これまでに各種サイクル(熱力学サイクル)を解説してきましたが、改めてそれぞれのサイクルの特徴をまとめました。エンジンの性能や効率を理解するために、非常に大事な内容ですので、復習をかねつつ理解を深めてください。
PV線図まとめ
エンジンでよく使われるサイクル(PV線図)を以下の図の通り、まとめました。
オットーサイクル
オットーサイクルはガソリンエンジンに使われる代表的なサイクルです。等容変化での燃焼となっていることが特徴で、燃料と空気の混合気を火花点火方式(点火プラグ)で着火させます。瞬時に燃焼・爆発が行われることを模擬したサイクルになっています。
ディーゼルサイクル
ディーゼルサイクルはディーゼルエンジンに使われる代表的なサイクルです。等圧変化での燃焼が特徴で、高温高圧の空気に燃料を直接噴射して自着火させます。燃焼・爆発がオットーよりはゆっくりと行われますが、圧縮比を高く設定することができるサイクルになっています。
サバテサイクル
サバテサイクルは、オットーサイクルとディーゼルサイクルの複合サイクルです。燃焼の一部が等容変化で行われ、残りが等圧変化で行われることを模擬したサイクルになっています。実現象として、PV線図の実際の波形はサバテサイクルに近い形になりますので、理論的な効率を計算する時に役立ちます。
4ストサバテサイクル
4ストロークエンジンでは、ピストンが上下運動して、排気行程と吸気行程を行いますので、排気行程と吸気行程の体積の変化を示したサイクルになります。この体積変化の仕事は負の仕事となりますので、ポンプ損失(ポンピングロス)として扱われます。
4ストミラーサイクル（アトキンソンサイクル）
ミラーサイクルは、ピストンが圧縮行程を開始する前よりも早くに、吸気弁を閉じ(早閉じ)、圧縮比を低く保ちながら、膨張比を大きく取ります。アトキンソンサイクルは圧縮比自体を変化させますが、サイクルとしての考えはミラーサイクルもアトキンソンサイクルも同じです。圧縮比を低くするための手段がそれぞれ異なるだけの違いです。これらのサイクルでは、正の仕事や効率を大きくすることができ、かつ、環境汚染物質を減らすことができるというメリットがあります。一方、Pme(出力)を上げられなくなる、着火性(始動性)が悪化するというデメリットがあります。
4スト過給ミラーサイクル
ミラーサイクルは、過給機を搭載したエンジンと組み合わせることで、特に効果的になるサイクルです。ミラーサイクルでは圧縮比を低くすることでPmeの低下や着火性の悪化につながってしまうのですが、過給圧を上げることで、これらを改善することができるようになります。また、過給機を搭載することで、ポンプ損失を正のポンプ仕事にすることができ、効率向上につながります。
まとめ
エンジンのサイクル論は、エンジンの効率や出力を評価するのに非常に大事な基本知識になります。それぞれの利点を理解することで、性能を深く知り、効率改善を実現できることを願っています！
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