自動車エンジンの燃焼エネルギーは大半がムダになっているという噂は本当か?

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効率のいいエンジンでも60%もムダになっている

 普通のクルマって、走ると熱くなりますね。エンジンルームの中は熱気がこもり、フロアの下を通る排気管も熱くなります。発生する方法は違いますが、ブレーキも熱くなりますね。

 こうした熱くなった部分というのは、基本的にエネルギーが熱に変換された、ということを示しています。ヒーターや湯沸器であれば有効な熱ですが、エンジンルームや排気管の熱というのは破棄された熱になります。つまり無駄になっているんですね。

 燃料の持つエネルギーをどれだけ動力として取り出すことができるか? これをエンジンの熱効率といいます。今、ガソリンエンジンの熱効率は最高で40%前後です。10年くらい前までは30%程度でしたから、低燃費の技術競争もあって大きく進化しているわけです。

 そうは言っても、ともかく40%しか動力になっていないわけで、残りの60%は捨てていることになります。エンジンルームの熱や排気管の熱も、熱として捨てられたエネルギーです。またエンジンの排気音は、音として捨てられたエネルギーなのです。

 しかし普通のガソリンエンジンは、もっと熱効率が低いのです。あるエンジンの熱効率が最大となるのは全負荷に近いところなんですね。アクセルはほぼ全開で、エンジンパワーと要求されている駆動力が釣り合っていて、つまり加速も減速にもならないようなときに、熱効率が最大になるんです。

 もし加速してしまうと、エンジン自体を加速させるための抵抗が増えるので、熱効率としては下がってしまいますし、そもそも加速できるということは全負荷に対して余裕が残っていたことになります。

 一般的な走行では、そういう状況になりませんね。全開近くまでアクセルを踏み込むなんてことは、一般的な日本人ドライバーだとほとんどないですよね。

 たとえばアイドリングやそれに近いような低負荷のときは、エンジンの熱効率は半分以下になってしまうのです。ゆっくり走ったほうがエネルギー量が小さくなるため燃費は良くなりますが、熱効率という面では悪化してしまうのです。

 もっといえば、エンジンの熱効率が良くなっても、燃費が良くなるかどうかは判らない、ということです。たとえばエンジンの熱効率を良くするためには高圧縮にしたり、アトキンソンサイクルを採用したりするわけですが、それは結果としてドライバビリティを悪化させます。

 そして要件が変わると、逆に熱効率が大きく悪化する傾向になります。加速中だったり、気温が高くなったり、エアコンがONだったりする場合です。だから熱効率をピンポイントで狙ったエンジンは、カタログ燃費は良くなりますが実用燃費は悪化してしまいます。真夏に全然走らなくなる、というようなエンジンは、ダメエンジンです。

 それを解消するためのひとつの方法は、シリーズハイブリッドです。シリーズハイブリッドに搭載されているエンジンは、つねに熱効率が最大になるよう制御されます。アイドリング近くで運転するのは、エンジンなどを暖気しなければならないときだけです。通常のガソリンエンジンの運用上の熱効率よりも、1.5倍以上は優れていることでしょう。この部分だけを考えても、ガソリンエンジンよりもハイブリッドは1.5倍以上は燃費が良くなって当然なのですが、実際のところはどうでしょうか??

 ともかく、それでも運用上の熱効率では燃料の持つエネルギーの2/3は捨てられていることになります。最新技術ではガスタービンの熱効率が70%に届きそうですが、それでも30%は捨てていることになります。高圧に圧縮して、高温で燃焼させるというシステムである以上、そうしたロスは避けられないのでしょう。

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