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2007年1月22日 (月)

1月22日: フォルクスワーゲンの新エンジン

 TSIという新形式のガソリンエンジンを搭載したゴルフが登場。

 排気量は1.4Lながら、2.4Lの高いパフォーマンスと、1.6Lより優れた低燃費を実現するというもの。

 スーパーチャージャーとターボチャージャーの両方を備えている。

C先生:過給エンジンは燃費が悪いというのは、昔の話である。ただし、「むしろ良い」と言えるのは、このエンジンのように、ガソリン直噴型であることが条件のようだ。ガソリンを燃焼室に吹き込むと、その蒸発潜熱で、温度が低下して、ノッキングを起こし難くなる。したがって、高圧縮率、すなわち、高効率が実現できることになる。

 TSIは、圧縮比が10、過給圧が1.5気圧なので、実質上圧縮比が15相当ということになる。

 公称燃費だが、14km/L。カタログ値としては余りほめられた数値ではないが、ドイツ車は、表示と実燃費が比較的近いものが多いようだ。ただ、この手の過給エンジンは、そろそろ走れば燃費もまずまずだが、飛ばせばやはりそれなりの燃費になるのではないか。

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コメント

日本車がやっているように、10・15モードへのピンポイント最適化をすればVW含む欧州車もカタログ値を稼ぐことはできるでしょうけど、JC08が控えていますから今更やっても意味無いでしょうね。

投稿: P307HDi | 2007年1月24日 (水) 05時03分

>TSIは、圧縮比が10、過給圧が1.5気圧なので、実質上圧縮比が15相当ということになる。
これはおかしくないですか?かつて日本市場を闊歩していた燃費の悪いターボ装備車も圧縮比こそ7〜8と低かったですが、過給圧込みだと「実質上圧縮比」は12〜程度となり、燃費が悪かったことと話が合わなくなりますが…。効率は膨張比によって決まるのではなかったかと。直噴に関する説明も、そうだったっけ?と言う感じです。
何にしても先生が言うともっともっぽく聞こえるので、少し調べ直して欲しいです。このままでは「あるある」を批判出来ません。

投稿: 嘘つきさん | 2007年1月24日 (水) 05時59分

>嘘つきさん

圧縮比を上げると同じ排気量(シリンダ容量)で得られる出力が向上しますので、「同じ出力の得られる低圧縮比エンジンより効率が良い」というだけだったと思います。

シリンダ容量が増えるとピストンの慣性が大きくなったり、摩擦も増えたりして機械損失なんかが増えるためです。
#もちろんストロークなどの条件が同じ場合です

また、過給器の場合は充填効率も上がるので、NAで圧縮比を上げる以上の効果があります。

>日本市場を闊歩していた燃費の悪いターボ装備車…

パワー志向ターボ車の燃費が悪かったのは
・街乗りでは過給OFFの低圧縮比での走行(=効率が悪い)がメインになる
・過給時はノッキング対策でAFよりかなりリッチにセッティングしている
・ほとんどがスポーツ車だったので、そもそもレスポンス重視の短ストロークエンジンを使っている
と言うのが大きな要因です。

ちなみに、トラック向けのディーゼルターボエンジンは、当初からNAより燃費をよくする目的で使われてきました。
ディーゼルの場合は、ノッキングの心配がほとんどないので、圧縮比を抑えたり必要以上の燃料を噴射する必要がないこと、また要求される性能がトラックとスポーツ車では大きく違うことが主な要因でしょうね。

ガソリンエンジンでも直噴であればディーゼルの特色に近づいていますので、低燃費型過給器つきエンジンには向いていると思います。

>C先生
>ガソリンを燃焼室に吹き込むと、その蒸発潜熱で、温度が低下して、ノッキングを起こし難くなる

これってよく言われることなんですが本当にそうなんですかね?
まあ、実際直噴エンジンは概ね圧縮比を上げていますので、アンチノック性能が高いのは事実なのでしょうが、原理としてはいささか疑問です。
別に燃焼室に吹いてもインマニに吹いても吸気を冷却するのは変わりませんから、全量が気化するのなら奪う熱量は同じですので、この点は直噴でも変わらないはずですよね。

どなたかこの辺詳しい方が居られましたらご教示願います。

投稿: B-51 | 2007年1月24日 (水) 12時55分

>B-51さん
私の言い分は、C先生の書き込みの

>TSIは、圧縮比が10、過給圧が1.5気圧なので、実質上圧縮比が15相当ということになる。

この部分はおかしいと言うことだけです。B-51さんの説明に異議は無いのですが、上の文章でB-51さんの解釈までは行き着かないだろうと思います。この辺はC先生の反応待ちだと思います。

投稿: 嘘つきさん | 2007年1月24日 (水) 21時44分

こんばんは。ちょっと寝込んでいました。

> TSIは、圧縮比が10、過給圧が1.5気圧なので、実質上圧縮比が15相当ということになる。

C先生の回答待ち、とのことですが、勝手に解釈してみます。「実質上圧縮比が15」っていうのは、「過給エンジンでは、ノッキングが起きやすくなる」の理由で、燃費が良くなる理由とは、別ですね。最近の過給エンジンの燃費が良くなるのは、圧縮比を下げなくてもノッキングを回避する技術が獲得できたから、低負荷時(過給が効かないとき)、熱効率が低下することがない。ということでしょう。そう思って読まないと、読めませんが。

実質上の圧縮比が15、といっても、圧縮行程だけの話で、膨張行程は、膨張比10のままです。せっかく、過給も含め高い圧縮を行ってエネルギを蓄えても、膨張行程で、燃焼ガスが十分膨張する前に、ピストンが下死点に達し、排気弁が開いて、残っているエネルギは、大気に放出されてしまいます。なので、単に過給しただけでは、まず熱効率の改善は期待できないと思う。少なくとも、ターボのように、排気エネルギを回収しないと。

容積型の過給器は、一般にクランク軸から駆動するんで、排気エネルギを回収できず、出力は稼げても、効率は上がらないだろうなぁ。ルーツブロワなんかだったら効率悪いから、ますます望み薄。VWのウエブサイトみると、ロータが微妙にねじれていて、ルーツブロワなんだか、スクリューコンプレッサなんだか、微妙な感じ。吸気管、排気管の付き方見ると、コンプレッサのような気もするし。

> 圧縮比を上げると同じ排気量(シリンダ容量)で得られる出力が向上しますので、「同じ出力の得られる低圧縮比エンジンより効率が良い」というだけだったと思います。
> シリンダ容量が増えるとピストンの慣性が大きくなったり、摩擦も増えたりして機械損失なんかが増えるためです。

圧縮比が高いと、燃費が良いのは、単純に、オットーサイクルの理論熱効率が、圧縮比の関数だからで、機会損失云々は、関係ないと思うんですが。実機では、圧縮比が大きいとピストンの側圧が大きくなり摩擦が大きくなって、極大値があるみたいですけど。確か14~15になるのではなかったかしら。

投稿: 燎 | 2007年1月24日 (水) 22時47分

げっ。「機械損失」が「機会損失」になっている。皆さん、頭の中で変換願います。

> ガソリンを燃焼室に吹き込むと、その蒸発潜熱で、温度が低下して、ノッキングを起こし難くなる

詳しいわけではないですけど、私なりに想像。
従来の吸気ポート噴射は、5気圧くらいの圧力で、噴いていたから、数十~百数十気圧(TSIは150bar)で噴く気筒内噴射に比べたら、ボタボタボタって、感じなので、吸気ポート壁面や、吸気バルブの背面にベタベタつきます。で、そっちを冷やすことになります。もちろん、吸入ガスも冷やすけれど。吸気ポートや吸気弁は、ガソリンで冷やされなければ、吸入ガスで冷やされる(ガスは加熱される)から、結局同じでは、と聞かれそうですが、空気は熱伝導率が悪いので、そんなに温度が上がらないような気がします。と言うわけで、気筒内にガソリンを噴けば、その蒸発潜熱は、全て気筒内から調達されるので、吸入ガスの温度を下げることになるのでは。

もう一つ考えられるのは、直噴だと、燃焼室の隅にガソリンが行き渡っていないからかも。ノッキングは、点火プラグ周囲で火がついて爆発・膨張する燃焼ガスが、燃焼室の隅っこの混合気を急激に圧縮し、火炎の伝播とは別に火がついて爆発する現象ですよね。燃焼室の隅っこにガソリンがなければ、いくら圧縮されても火がつかない。直噴だと、燃焼室の隅にまで、ガソリンがまわらないか、余りまわらないので、火がつかない、てのはどーかなぁ。

先程、VWのウエブサイトで確認したらTSIのエンジンは、圧縮比9.7、スーパーチャージャーの最大過給圧1.8barになってました。ターボの過給圧が分からなかったのですが、スーパーチャージャによる過給時も、ターボによる過給時も平均有効圧が同じになっていたので、同じ1.8かな。

投稿: 燎 | 2007年1月25日 (木) 00時52分

>嘘つきさん
了解です。確かにその通りですね。
過給効果と圧縮比を一律に議論するのは確かにおかしいですね。

>燎さん
>オットーサイクルの理論熱効率が…
確かに仰るとおりですね。
圧縮比という点での議論だとそっちの方が支配的でしょうか。

表現を改めると
(過給にる)充填効率の向上により燃費がアップするのは、同じ出力のNAエンジンより小型のエンジンで済むから
とすべきでしょうか。

>で、そっちを冷やすことになります
普通に考えるとこれくらいかな~と私も思います。
でも、それくらいの差で圧縮比を2~3も上げられるのかな~とも思ったり。

>直噴だと、燃焼室の隅にガソリンが行き渡っていないからかも。
直噴でも均一燃焼であれば吸気行程中の噴射なので、全体的に均一な混合気が出来上がってそうに思います。
層状燃焼ならリーンバーンで(としても)運転できるので、これが支配的でしょうか。
VWのがどっちなのかは分かりませんが、高出力運転中に層状燃焼してしまうとおそらくNOxが大量発生するので、最低でも過給状態では均一燃焼だと思うんですよね。
三菱やトヨタなんかは(高出力運転中は)確実に均一燃焼ですので、それでも圧縮比をポート噴射エンジンより上げられるという理由はやはり上の理由くらいしか思いつきません。

まあ、均一燃焼とはいっても本当に均一なわけではなく、シリンダ壁/ピストン表面付近はリッチ寄りになるようになっているのかもしれませんが、これが理由だと世間一般で言われている冷却効果云々とは関係ないと言うことになりますね。

投稿: b-51 | 2007年1月25日 (木) 14時02分

>燎さん
何故か日本では「スーパーチャージャー」と言うと機械式をさしますが、本来的には過給器全般をさすので、最大過給圧にはターボ式の分も含んでいるのではないでしょうか?

投稿: 嘘つきさん | 2007年1月26日 (金) 04時46分

皆さま TSIの謎について

 もとより専門領域ではありませんので、皆さまの議論も確実に理解できている訳ではなく、従って、以下も確実な解釈ではないかもしれませんが、TSIに謎は、こんなものだと思っております。

(1)ディーゼルエンジンの効率が高い理由の一つは高圧縮率。
(2)ガソリンが燃料だと、ディーゼルほどの高圧縮率は、燃焼制御上難しい。
(3)点火プラグで点火時期をきっちりと制御することを目指すべき。
(4)直噴以外のポート噴射などでは、異常燃焼が起きる可能性が高いが、制御要素が少ないので対処しにくい。
(5)直噴だと、制御可能な範囲が広がるが、蒸発潜熱による冷却効果も一因。
(6)実効的な高圧縮率の実現に過給機を使えば、インタークーラーが使用可能なので、気筒内の空気の温度を制御が可能。
(7)ターボチャージャーだけだと、低速回転時での効率が上がらない。
(8)スーパーチャージャーだと、機械的駆動ロスが効いて来る。
(9)そこで、ごく低回転時のみに、スーパーチャージャーも動かし、回転数が上がればターボチャージャーのみとする。

 加えて、排気処理用触媒などの外部要因なのかどうか分かりませんが、AF比は、理論空燃比としているようです。

 昔の燃費の悪いターボは、低圧縮率のエンジンにターボを付け、気筒内液冷式と悪口を言われていたぐらいに燃料を過多に供給するタイプだったもので、低速でも高速でも燃費が悪かったのでは。

 これに対して最近の過給エンジンは、「ストイキオメトリー型」と呼ばれるようです。

投稿: C先生 | 2007年1月26日 (金) 08時47分

>C先生
失望です。1〜9までは間違ったことは書いてはいませんが、私の問いに対する答えにもなっていません。単なる言い逃れで、先生には関西テレビを云々資格は無いです。

投稿: 嘘つきさん | 2007年1月26日 (金) 21時30分

嘘つきさん

何故か、何かの回答待ちをされているようですが、失望されたかどうかは別として、何か調べた上で、前回の1~9を超えたコメントを出すことが、当方の責任だとは思っておりません。したがって、お待ちいただいても、これ以上、何も出ません。

このブログの本来の意味は場の提供です。この場を使って専門家同士が情報と意見を交換されることにより、ある種の意識を共有している全ての人々をも含め、お互いに正確な情報を共有できることが目的だと考えております。

「単なる言い逃れで、先生には関西テレビを云々資格は無いです」、と言う種の発言は不穏当だと思いますので、なぜ資格が無いと思われるのか、このブログの場をどのように理解されているのか、より詳しいご説明を。これを要求することは、妥当だと思いますので。

投稿: C先生 | 2007年1月27日 (土) 10時53分

>C先生
> TSIは、圧縮比が10、過給圧が1.5気圧なので、実質上圧縮比が15相当ということになる。
私は、上のオカルト理論の説明をして頂きたかったのです。1〜9まで読んでも何処にも回答はありません。分からないのであれば分からないで良いのです。「先生」と呼ばれる人が間違ったことを言わないとは思ってはいません。「資格が無い」理由は私の問いははっきりと挙げてあるのに、それには触れずズレた回答しかしていません、そのような態度で関西テレビテレビを云々することが出来るでしょうか?
このブログの場に対する理解ですか?ここは単なる議論の場以上の何かなのですか?先生様の言うことには逆らうなとでも仰りたい?間違いを間違いと指摘しせめて訂正を求めることも出来ないのでしょうか?

投稿: 嘘つきさん | 2007年1月27日 (土) 13時20分

嘘つきさん

残念ながら、相変わらず分かりません。何が問題なのかきちんと説明してください。この文章がオカルト理論だ、それが問題なのだという主張であるようですが、そのことをこれまで全く把握できていませんでした。

これがオカルト理論であるということは、科学的コミュニティーの合意できるような解釈なのですか。当方は、単に「相当」とだけ記述しているのであって、理論も何も提案していないのです。「相当」と書くことが、即「オカルト理論」を提案していることになるという理由をご教授下さい。

私が書くことに事実誤認や理論的に間違いが含まれ居ることなどは、ごく普通に起きるあたり前のことでして、すべてのことを知っている人などはこの世の中に居ませんから、当然のことです。

誤りは正せば良いのです。

関西テレビを云々する資格が無いことの理屈も、相変わらず全く不明です。

ブログというものは、テレビと違って双方向性のメディアですから、比較的短時間の間意に、間違い・誤解を修正できる。この機能を果たそうとすることが、どうして関西テレビの捏造と同じなのですか。

このブログという場で、当方が嘘つきさんの期待するレスポンスは、どこがどのように問題だという、専門家としての具体的な見解です。さらに、どう直せば正しくなるのか、という提案でもあります。それに対して、他の専門家からの意見がこの場で交わされれば、私を含めて多くの人間が現実を正しく理解できるようになることです。

投稿: C先生 | 2007年1月27日 (土) 13時44分

>C先生
>〜したがって、高圧縮率、すなわち、高効率が実現できることになる。

> TSIは、圧縮比が10、過給圧が1.5気圧なので、実質上圧縮比が15相当ということになる。

先生はこう書かれている訳です。圧縮比が高いから高効率だ、とはっきりと述べています。しかし、燎さんが書かれている通り、オットーサイクルの効率は「膨張比」で決まるもので、実質上の圧縮比がいくら高くても膨張比が10でしかないので、効率は良くはならないはずです。
あと、オカルトなる言葉を使った件に付いては謝罪します。自分的には「根拠不明」程度でよく使う表現ですが、その辺の了解無しで使うときつい表現ですから。

投稿: 嘘つきさん | 2007年1月27日 (土) 21時35分

嘘つきさん

やっと論点が分かってきましたが、過給していないオットーサイクルのエンジンだと、圧縮比=膨張比だから、圧縮比が高いエンジンの方が効率が高いが、オットーサイクルエンジンを過給すれば、実質圧縮率は高くなるが、膨張比は変わらないから、効率は同じだ、ということですか。それなら、確かに、そのようです。

しかし、指摘するときに、その前の文章=「したがって、高圧縮率、すなわち、高効率が実現できることになる」、がおかしいと言って貰わないと、論点が良く見えません。

しかも、最初の反論に、「これはおかしくないですか?かつて日本市場を闊歩していた燃費の悪いターボ装備車も圧縮比こそ7〜8と低かったですが、過給圧込みだと「実質上圧縮比」は12〜程度となり、燃費が悪かったことと話が合わなくなりますが…。効率は膨張比によって決まるのではなかったかと」、という表現がありますが、効率は膨張比で決まるという部分は、その前の文章(効率は別の要素、すなわち、AFなどの要素が大きかった、が主旨?)に引きずられて、読み飛ばしてしまいます。

プリウスのエンジンは、トヨタに言わせればアトキンソンサイクルで、高膨張比を実現して高効率のエンジンとされていますが、しかし、実体は、マツダがかって販売していたミラーサイクルと同じ?? いずれにしても、実は、カムの形状が多少違うだけ。

TSIは純粋なオットーサイクルなのでしょうか。それとも、ミラーサイクル?? あるいは、可変バルブタイミング??

論点をずらした訳ではないですが。

投稿: C先生 | 2007年1月27日 (土) 23時14分

論点がかみあってないようなので素人ながら一応論点整理
>内燃機関の熱効率
オットーサイクルの理論効率は膨張比で決まる。メカからは圧縮比=膨張比だから、圧縮比を議論することは膨張比を議論することに等しい。
圧縮比≠膨張比のミラーサイクルではこの論点は成り立たないが、可変バルブタイミングの派生的メカらしいので、この論点からは除外
>過給の機能
オットーサイクルにおける過給は充填効率、吸気損失の改善であり、ディーゼルサイクルにおける過給とは機能が異なる。
過給による改善点は低速時トルク特性の改善によって機械損失の小さい低回転域で十分な出力が得られること、小排気量でも大きなトップパワーが得られて原動機出力当たりの軽量化が図れること。効率の良い自動変速機を前提の特性改善である。
>直噴の意義
ノッキングの制御、空燃比の最適化、希薄燃焼の範囲拡大、排気ガス清浄化などがあるが、ノッキングの防止はノックセンサーによる点火時期制御も行われる。
連続定格で最適設計が可能な舶用機関と異なり、可変出力の自動車用機関では熱力学的効率と機械効率の両立がとても難しい課題であるということ。
その点では、可変部分を蓄電池と電動機とし、内燃機関を連続定格の最適設計とするハイブリッドは、現状では最も優れた効率的仕組みであるという先生のスタンスには同感です。
こういった整理でよろしいでしょうか?

投稿: のび太 | 2007年1月28日 (日) 11時58分

>のび太さん
私としては十分です、ゆっくり眠れます。樽ポリフェノールもチャージしましたし。

投稿: 嘘つきさん | 2007年1月28日 (日) 21時15分

>C先生

嘘つきさんの仰りたいのは、「過給をつかって効率を上げている」というようなニュアンスの記事なっているが、それは間違いではないか?
ということではないかと。
#直接して息しているのは圧縮率と膨張率の点ですが

直噴でもポート噴射でも、同じエンジンの過給器付き/無しでは無い方が燃費はほぼ確実に良いはずです。
これは、過給をする=空気を沢山送り込む=それに見合う燃料を燃やすわけですから、当然のことです。

ただし、それによって出力が増えます。
その車が必要とする出力が、NAでは足りないような状況であれば、過給によって出力を上げて対処するほうが、排気量を上げるよりは効率が良い場合も多い(この辺はケースバイケースでしょうが)ということで、「低燃費型ターボ」などが出てくるわけです。

このゴルフTSIの場合ですが、車重が1.2~1.4t程度のようです。
この車重だと1.4lのNAではいささかパワー不足ではあると思います。
ただ、環境負荷を低く抑えるという点で見れば、もっとダイエットして1.5lNAエンジンくらいにするのがベストでしょうから、環境と言う観点から評価できる車なのかどうかは微妙なところではあるでしょう。

環境負荷云々を抜きにして、1.3tクラス(=NAだと2lクラスですかね)のちょっと軽快に走れる乗用車としてみた場合は、小排気量+過給でそれなりに燃費の良い車には仕上がっているのではないかと思います。
と言うわけで、もうワンランク下の低燃費車よりは環境負荷が高いが、同ランクの車としては低いという、LOHAS的な意味合いとしては良い車なのかもしれません。

投稿: B-51 | 2007年1月29日 (月) 14時20分

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