内燃機関超基礎講座 | ミラーサイクルとアトキンソンサイクル。早閉じ遅閉じそれぞれ何が違うか。

せっかく吸った空気を吸気ポートに戻してしまう「早閉じ／遅閉じ」制御。なぜ一見無駄とも思えるこんなことをするのか。それぞれの長短所とともに紹介しよう。

　吸気バルブの早閉じ、遅閉じ、どちらもその主な狙いは圧縮行程における実圧縮比の抑制だ。吸気バルブを早めに、もしくは遅らせて閉じることで、圧縮できるかたちでシリンダー内に残す空気量を減らし、ノッキングを回避すべく実効圧縮比を抑制しながら、燃焼行程では幾何学的な膨張比を余すところなく使い、長いストロークの中で取りこぼすことなく熱エネルギーから運動エネルギーへの変換を行なう。




　市販車における高膨張比サイクルとしては、これまで遅閉じ型が主流だった。下死点を越え圧縮行程に入ってもなおバルブを開いたままにしておく遅閉じ型では、吸った空気を吸気ポートに戻す格好になる。エンジンが低回転なら戻す量は多く、高回転になるにつれてその量は減っていく性格であり、回転が高まるほど空気の量を必要とするエンジンという機械にマッチする。いわば、低回転域での無駄を省けるのが遅閉じ型の特長と言える。




　一方の早閉じは逆の性質。だから高回転域で吸入空気量を確保するためにはカムフェーザー（VVT）などを用いて閉じるタイミングを遅く（つまり早閉じ制御をキャンセル）する必要がある。ターボを備えていれば高回転域の際に過給圧を高めれば解決できる。


　早閉じ型のメリットはどこにあるかといえば、フリクション低減と筒内温度の低下が図れること。前者についてはバルブをバルブシートに押し付けている時間が短いこと、後者については早閉じによって密閉したシリンダーの体積がなお増えることで断熱膨張を見込めることがあげられる。




　自然吸気が主体の日本勢では遅閉じ型が多く、アウディ／フォルクスワーゲンが「ライトサイジング」として打ち出してきたエンジンが早閉じを採択したのはターボ過給を前提としているからだろう。

上の図は吸気バルブが遅閉じとなるパターン。下死点を過ぎてピストンが圧縮行程の上昇を始めてもなお吸気バルブが開いている。当然ながら吸気バルブが開いている間は圧縮されず、実圧縮比は抑えられることになる。（ILLUSTRATION：熊谷敏直）

　ちなみに、吸気バルブを遅閉じとしているトヨタのプリウスでは、これをしてアトキンソンサイクルと呼んでおり、1.5 TSI evo（エンジン）のそれを下死点前で閉じてしまうフォルクスワーゲンはミラーサイクルと呼称しているのだが、厳密に言えばこれらはすべて「ミラーサイクル」である。

これが真のアトキンソンサイクル。James ATKINSONによる副リンクを伴うクランクで、圧縮＜膨張行程を機械的に生み出している。