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ミラーサイクルとアトキンソンサイクルの秘密の違い：なぜ出力の 20% 以上が変換されるのか？
内燃機関の工学分野において、ミラーサイクルは、1957 年にアメリカのエンジニアであるラルフ・ミラーによって提案され特許を取得した熱力学サイクルであり、内燃機関技術に大きな変化をもたらしました。この技術は、内燃機関の運転効率を向上させるだけでなく、環境に優しい電力システムの基盤を築きます。
ミラー サイクルは、アトキンソン サイクルのパフォーマンス損失を相殺する方法でエンジンが動作できるように設計されています。
ミラーサイクルの基本原理
従来のピストン内燃エンジンは、一般的に 4 つのストロークを使用して作動しますが、そのうちの 2 つのストローク、つまり圧縮ストロークと出力ストロークは、高出力ストロークであると考えられています。ミラーサイクルでは、吸気バルブの開放時間を延長することで、圧縮行程の初めに混合ガスの一部を押し出すことができ、いわゆる「第5行程」を形成します。この設計はエネルギー変換効率の向上に役立ちますが、ガスの一部が吸気マニホールドに逆流するため、課題も生じます。
ミラーサイクルでは、この損失はスーパーチャージャーの使用によって補われ、エンジン全体の効率が向上します。
充填温度と圧縮比
ミラーサイクルでは、低温により空気の密度が高まり、シリンダーとピストンの圧縮比を上げずにエンジンの出力が向上します。充填温度が低下すると、燃料混合物はより高い力で燃焼し、特に大型ディーゼルエンジンにおいて窒素酸化物 (NOx) の排出量を削減するのに役立ちます。
さらに、ミラーサイクルは圧縮比に比べて膨張比が優れているため、燃焼プロセス中により多くのパワーを引き出すことができ、エンジン全体の効率が向上します。これは、この技術の航空および産業輸送における潜在的な応用範囲が非常に広いことを示しています。
ミラーサイクルは、有効圧縮比と膨張比を高めることで、エネルギー効率の向上という目標を達成します。
スーパーチャージャーとターボチャージャーの利点と課題
ミラーサイクルでは、スーパーチャージャーを充電するためにスーパーチャージャーを駆動するために通常約15％〜20％の電力損失が発生し、これが欠点です。しかし、比較すると、ターボチャージャーは排気ガスをより効率的に使用でき、特に低速運転が不要な場合に、電力依存度と圧力損失を低減します。
ターボチャージャーは性能面で遅れが生じますが、技術の進歩に伴い、商用エンジンへの応用の可能性を過小評価することはできません。
ミラーサイクルの利点と用途
ミラーサイクルの主な利点は、膨張比が圧縮比よりも大きいため、運転中の排出量をより効果的に削減し、エンジン性能をさらに向上させることができることです。この技術は、船舶や大規模発電所で使用されるディーゼルエンジンに特に適しています。
ミラーサイクルはアトキンソンサイクルよりも優れた出力を誇りますが、実際の用途では、実際のニーズに基づいて調整できるよう、効率と構造コストの関係のバランスを取る必要があります。持続可能な開発を追求する文脈において、これらの先進技術をいかに効果的に統合するかが、内燃機関技術の進歩を促進する鍵となるでしょう。
環境に優しい移動手段の需要が高まるにつれ、内燃機関技術は大きな課題とチャンスに直面しています。ミラーサイクルのさらなる開発と応用は、将来の輸送に新たな推進力をもたらす可能性があります。テクノロジーが進歩するにつれて、次の市場ではどのパワートレインが主流になると思いますか?
