2011年08月20日

ロータリーエンジンの謎

 ファミリアロータリークーペの記事を書いているうちに、ロータリーエンジンの謎、にはまってしまった。ただこれは初めてロータリーエンジンを見たときから私には謎だった。

 ロータリーエンジンの排気量って少なすぎるよね。 なんで?

 今の日本の自動車技術は世界一と言ってもいいくらいだが、当時はまだまだそうではなかった。だから私は性能の割に排気量が少ないというのは何かトリックがあるのではないかと思っていた。

 4サイクルレシプロエンジンの場合、排気量とはシリンダ容積のことを言う、これは円筒形の体積の計算で簡単に出る、これはオットーサイクルの(吸入、圧縮、爆発、排気)1サイクルで排気する量にあたる、これに気筒数をかければ良い。
 ここで一つのことわりは1回転で何回爆発(排気)するかなんてことはは関係ない。
 だから2サイクルエンジンの場合も同じだ、上死点から下死点までの容積で表す。
 もう一つ、ミラーサイクルでも同じ事だ。

 さてロータリーエンジンはどうだろう、トロコイドとか言う楕円形のハウジングの中を三角形のローターが回転する、このハウジングとローターの隙間が大きくなったり小さくなったりすることで、吸入、圧縮、爆発、排気の1サイクルをローター1回転で3回完了する。
 レシプロと同じように考えれば、その隙間の最大容量から圧縮時の最小容量を引けば良い、そして三角形のローターだから3を乗じれば1ローターエンジンの排気量が出る。2ローターなら更に2をかける。

          P6

 

 と、私は考えるのだが、どうもそうではないようだ、おそらく、例えばファミリアロータリークーペの10Aエンジンの491×2という場合の491ccというのは3をかけない一つの作動室つまり隙間の容量なのではないか、だからたった982㏄のエンジンが110馬力も出せると言うことになるのだ。
 余談ながら、最新の235馬力もでる13B-NSPエンジンでもたった654×2=1308ccなのだ。

 これが私には謎なのだ。

 これにはエキセントリックシャフトがローターの3倍回転するので1回転1回の爆発(排気)だから、という理由が付いているようだが、レシプロエンジンの場合は、


 そんなのカンケイねぇ。(また古いギャグ)


 つまり、これは誤魔化しと言うことではないだろうか。

 当時の通産省と税制の問題で一悶着あったとの噂がある、これは結局5割増しで決着した。レースの方では2倍ということになった。

 こうして誤魔化しても、キャロルロータリーは実現しなかった、300㏄の1ローターロータリーエンジンは450㏄と見なされたからだ、当時の軽自動車は360㏄以下でなければならなかった。


 ちなみに、私の換算では実に900㏄と言うことになるんですけど・・・。

posted by 健太朗 at 22:28| Comment(12) | TrackBack(0) | マツダの話 | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする
この記事へのコメント
昔の2stのホンダディオAF27、今も手元にありますが、これも49ccで4stの2倍爆発して、最高7.2psもはじきだしていました。今の排ガス対応4st原付は4馬力ちょいなので、トルクも含めえらい違いです。

 当方の軽四のカクシカ君も、ブースト計はつけていないから正確には分からないけど、いつターボが効いているか分からないほどの滑らかさで、最大ブーストを0.7ぐらいとすれば最大1100ccぐらいと実力といったところです。
 ブースト圧が0.5程度でみても最大990ccなので、車体はリッタカーより少しだけ軽いですが、最大4人乗りだしリッタカー並みですね。

 前に乗っていた2001年式のアトレーのターボは、3000rpmも越えると「ピー」というあの音が聞こえてきましたが、今のターボはボンネットにエンジンがあるのもあるでしょうが、あの独特なタービン音は聞こえてこなくなっています。


 ロータリーエンジンのお車は乗ったことないのですけど、CVTを積んでいる当方軽四ターボ車、出だしが少しもさっとする感じ以外は、4人乗っていても一般道も高速も普通に走っていれば動力不足と思えるようなことはないですよ。
 燃費もちょい乗りでリッターあたり15km前後、平坦な高速を100km/h以下走行なら20kmぐらい走ります。

 ロータリエンジンのように、小型でパワーが出せるのなら小排気量の2輪車にこそ最適そうですが、マツダが造ったものなので、それはありえないですね。
Posted by 43のおじさん at 2011年08月24日 23:20
健太朗です。
43のおじさん、こんばんわ。
コメントありがとうございます。
blogを立ち上げられたそうですね、おめでとうございます。
ちょっとのぞいてみれば、奇麗なレイアウトですね、ゆっくり読ませていただきますわ。

ロータリーエンジンの二輪車もあるにはありました、ヤマハはヤンマーのロータリーエンジンを載せたRZ201というモデルを東京モーターショーに出品しましたが、主に熱の問題でリタイヤ、ホンダも試作車があったと噂されていますが、全然おもてには出ていません。
そして唯一スズキがRE5を市販したのですが、497㏄シングルローターと言いますから、私流に換算すると1500㏄近くになりますし、お国の換算でも750㏄になり、当時は750㏄以上のオートバイは国内販売禁止(自主規制)の時代ですので、輸出専用でした。
なんとジウジアーロのデザインだったそうです。
しかしこれも熱処理のために水冷油冷に重量がかさみ、更に燃費の悪さからオイルショックの頃に中止になったそうです。
その他、DKWやノートンもやったそうです。

ロータリーエンジンは熱効率が悪くて燃費が悪いという説が多いのですが、排気量の換算次第では燃費も性能もそれ相応と言うことになるのではないかと私は思うのです。
それでもコンパクトなことは今の時代でも大きなメリットになったと思うのですが。

たとえば、150㏄×3×2というエンジンに強力なモーターをつないだハイブリッドで、排気ガスの未燃焼ガスから水素を取り出して小型の燃料電池を動作させるというのはどうでしょう。
Posted by 健太朗 at 2011年08月25日 23:19
なるほど、過去には一応あったのですね。当方車・バイクともたずさわった歴史が浅くて全然知りませんでした。

 ところで、電気でモーターを動かして走行するやり方、三相交流モーターとインバータ装置を使って制御するのは、鉄道ではもう30年の歴史があります。
 路面電車を除く一般の鉄道で、これに最初に取り組んだのが大阪市交、俗にいう大阪市営地下鉄です。1980年代にはすでに実用的なものが登場したと記憶しています。1990年代半ばになると、モーターの整流子がないかご型三相交流モーターは、新幹線にいたるまでほぼすべての電車に使われるようになり、あっというまに直流モーターを駆逐しました。
 少なくとも今のところ、車より20年ぐらいは進んでいる感じです。これがなければ新幹線の300キロ(超)運転は実用にならなかったでしょう。

 ところで昔国鉄が1970年ごろだと思うのですが試験した中に、ガスタービン動車というのがありました。当時の出力の少ないディーゼルカーの代わりにということでしたが、鉄道のように速度=使用領域の可変幅が大きいものには不向きだったようで、騒音問題とともに当時の技術では解決できなかったようです。

 で、現在はといいますと、JR東日本のローカル線でディーゼルとのハイブリッド車、JR貨物の非電化用の機関車で今のところ北海道のみの投入ですが、ディーゼル発電機で発電し、いったん直流に整流してからインバータ装置で三相交流に変換して、6軸各軸に取り付けた交流モーターで走っているDF200という電気式ディーゼル機関車というのもあります。

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 水素のほうがより高出力で発電しそうですが、つい先日もJR北海道の高速路線の石勝線(せきしょうせん)の短いトンネル内で、人災ともいえる列車火災事故が発生し、もう少しのところで大惨事になるところでした。

 ヘリウムが使われる前の、19世紀初頭の水素の飛行船はよく空中爆発したらしいのですが、いまだ鉄道にもまだ採用されていないです。列車事故や相変わらず頻繁におこる交通事故に対して、軽油やガソリン以上に爆発とかの危険があるので、なかなか実用化しないのかもしれません…これ、あくまで私の主観です。
 
 2~3年前だったか、首都高でタンクローリーが横転?して炎上し、なんと高架橋の鉄の橋脚まで溶かしてしまった事件がありました。当然復旧にも相当時間がかかっていました。炎上でも普通の消防では手がつけられなかったようですよ。
Posted by 43のおじさん at 2011年08月26日 19:48
健太朗です。
私はどうも電気の理論には弱いのですが、勉強になります。
かご形ローターを使ったモーターは小型軽量に出来るそうですね。
またインバータの歴史は意外に新しいのですね、半導体やコンデンサの発達に関係があるのかな。

電気自動車の場合はインフラもありましょうが電池の問題が大きいのでしょうね、小さくてより大きな電力が蓄えられる電池が出来たら、電気モーターは自動車のエンジンにとって変わる資格が出来るでしょう。
ガスタービンエンジンで車を走らせるというのは過去の夢ですが、もしも超小型タービンエンジンを一定回転で廻して常時発電でもするならいいでしょう、でもやっぱりこれは騒音でアウトでしょうね。

私がロータリーエンジンの排気ガスから云々、といったのはまぁ夢のような未来の話で、ロータリーエンジンは熱効率が低く、排気ガス中に未燃焼ガスが多いことから、昔はこれをサーマルリアクターで燃やしたり、現在でも触媒を使って熱に換えて捨てています。
一方燃料電池は現在のところ、水素タンクを積んで危険を背負いながら発電していますが、最近はオンデマンド水素生成装置などといわれるものが研究されています。
水素を作って圧縮して、液体にして、必要なところまで運んで、くるまのタンクに積んで燃料電池で発電するより、電気自動車の電池を充電する方が3倍も効率がいいとか、しかも危険度が高いのですから、これでは実用になりませんが、将来、原料から水素を取り出しながら燃料電池で発電できる、つまりオンデマンドで水素を作る小型の装置が出来れば、タンクにはアルコールやバイオマス、もしくは水?などを積めば良いわけで、そうなると排気ガスの未燃焼ガスも立派な水素の原料になるのではないかと思ったわけです、しかしこれは水素を作るための電力がただならぬものだそうで、やっぱり夢のようなお話なのです。

でもこれが実現するとロータリーエンジンのハイブリッドなんて意味ありませんね。
Posted by 健太朗 at 2011年08月27日 19:16
もう連コメになりますが、

 私は将来(50年先ぐらいかなぁ)は、車にバッテリーを積むのではなく、たとえ蓄電と回生ブレーキのためにバッテリーを積載しても、充電は(回生ブレーキで余った電気は)、非接触で幹線道路の路面からエネルギーを伝送してもらう(逆に幹線道路の方へ送る)方向にいくのではないかと思っています。昔アニメであった宇宙戦艦ヤマトの世界です。

 現在JR鉄道総研(JR鉄道総合技術研究所)でもこれは研究されているのではないかと思います。
 手元の資料を探すとはっきりするのですが、実は札幌の市電だと思うのですけど、路面電車の新設区間とかを架線レスにするために、現在停留所とかの地面に非接触の送電装置を設置し、停車中や折り返しの待ち時間中に、路面電車に電気を送る実験とかが行われています。

 寒く条件が厳しい北海道でこれが実用化すれば、架線がなくても電車が走らせることが出来るようになり、特に空力騒音の大きい新幹線ではメリットが大きいです。しかも厄介な架線の保守も冬場の霜付きによる接触不良も減らせます。
 現在では固定電話の子機の充電システムに、この小電力用の非接触による充電システムが採用されていますね。

 ちなみにリニアーモーターカーは、時速550キロを目指しているので、従来のパンタグラフによる物理的な集電は難しく、超伝導技術を使って、地上のコイルから非接触で電気を取り込む構造となっています。


 ここのURLには、簡単に解説された札幌市電のハイブリットの絵入り解説文のページを、
 JR鉄道総研の札幌市電の研究記事のPDFのアドレスは以下です
http://www.rtri.or.jp/publish/rrr/2008/02/200802_06.pdf
Posted by 43のおじさん at 2011年08月27日 20:03
健太朗です。
43のおじさん、ごめんなさい、コメントがスパムに入っていました。
アダルトサイトにリンクする迷惑コメントが多いものですからいっぱいフィルターをかけています、かえってこまめにチェックしなければいけませんが、27日からちょっと山奥の温泉に隠れていましたので・・・。

さて、架線がなくなるということは思いのほか重要なことなんですね、京都でもLRTによる路面電車の復活を計画しているとか、いまさら架線を張ったんでは四条通も河原町も走れませんからね、非接触送電が50年もかかるのでは、やっぱりバッテリーは重要なようですね。
でも、宇宙で発電して電波を使って地球に送電する、なんて話もあるくらいですから、もっと早くに実現するのではないでしょうか。
Posted by 健太朗 at 2011年08月31日 23:00
健太朗さんのこのサイトを昼休みなどにぼんやりながめていたりします。

拝見すると、戦後20年ぐらいの間に驚くほど多様な自動車が作られてきたのですね。
4サイクル、2サイクル、 単気筒、2気筒、3気筒、4気筒
 直列、並列?、水平、V、 空冷、水冷、FWD、RWD、三輪、4輪、このバラエティの多さ・・・・小さな島国、敗戦直後と言うことを思うと、日本は自動車に特別の情熱を持っていた様に私には思えます。
はじめは先進国に範をとりスタディしたにしてもこれだけ多様に原動機を作り実用化した例は無いのではないでしょうか。
そしてその原動機たちのシンボルがロータリーエンジンでは無いでしょうか。

私は趣味で小さい2輪車のエンジンをおもちゃに遊んでいますが、ガソリンが何時までも有ってくれたらいいな~と
思わずにいられません。

後ろ向きなコメントで恐縮!
Posted by なめネジ at 2011年09月07日 22:52
健太朗です。
 なめネジさん、コメントありがとうございます。

 並べてくれましたね、いろいろいろいろ、確かにその通り、戦後復興に関わった先輩たちはものすごい情熱を持って日本を立て直されたのでしょう、とくに自動車はすごいですね。

 昭和30年代後半にはダットサンやトヨペットはもう輸出を開始していますし、第1回日本グランプリレースも行われ、名神高速道路も豊中ー栗東間で開通しています。
 そしてこの頃72万円だったトヨペットコロナはモデルチェンジしてその名神高速を10万kmノンストップで走破、43年には45万円までコストダウンによる値下げに成功しています。

 ところが48年のオイルショックとマスキー法で時代は変わりました、自動車も変わらざるを得ませんでした。
 一個人が自由にいつどこへでも自動車に乗って走っていける時代は、そう長くは続くまい、と思わずにはいられませんでした。

 持続可能な文明、そしてその中の自動車は、電気で走ろう、だけで良いのでしょうか。
 先輩たちは何を思い、何のためにこんなにすばらしい自動車を作り上げてきたのでしょう、よく考える必要があります。

 
 てなことを、偉そうに書いてみましたが、私の方はただムカシを懐かしんでいるだけ、単なるノスタルジックだけですから、お役には立ちません。

 ロータリーエンジンが原動機のシンボルといわれるのは確かにその通りですね、そしてもう一つ日本の自動車技術の代表として、私は軽自動車を推したいと思います。
 スバル360から始まった軽自動車、などといいますが、実はそれ以前に面白いカタチやメカニズムを持った軽自動車たちが無数にあったということはあまり詳しく知られていないのではないかと思います。
 スクーターに屋根を付けたら楽ちんだろうと思った人がいて、それからたった半世紀で、カクシカくんやモコのような高速道路を、安心して、すっ飛ばしていける軽自動車が出来たのですから、すごいものです。
 そういえばロータリーエンジンも元はといえばキャロルという軽自動車のために開発されたものだとか、マツダの人は否定するのかな。
Posted by 健太朗 at 2011年09月09日 14:04
初めまして
「ファミリアロータリー」でググってこちらのサイトに辿り着いたオッサンです
まだ中学生だった頃、我が家が選んだ車はファミリアロータリークーペで、その後
カペラ・ルーチェと続きロータリーエンジンとは付き合いも長く接してきたので
つい書きこんでしまいます、目障りとは思いますがどうかご勘弁を・・

最終的に我が家に残ったのは昭和50年製のルーチェAPで国産初の触媒搭載
マスキー法案対策であったようです、実は今でもこのクルマはガレージに保存してあり
いつか走らせようと兄と企んでいる車です

機械として道具としてその歴史はあらゆる時代に付き物ですが、特に車は人の心を
ワクワクさせたり思い出に残る素材としてはとても重要で身近な物だと思います

突然に唐突な書き込みをお許し下さい。
Posted by ken@56歳 at 2011年10月04日 23:29
ken@56歳さん、こんばんわ。
 健太朗です。
 ようこそ、自動車屋のかどで立ち話にお立ち寄りくださいました、そしてコメントありがとうございます。

 昭和50年のルーチェAPを残しておられるとか、もうこれは文化財、国宝と同じですからどうぞ大事にしてくださいね、そして出来れば動態保存してほしいですね。

 2代目ルーチェは実にダイナミックなクルマでしたね、今から思えば5ナンバーサイズなのですからそれほど大きなクルマではなかったのでしょうが、当時はすごく大柄に感じました、その大柄な車がタイヤをきしませるくらいの加速をするのですから、まるでアメリカ車に乗ったような気分になったものです。

 ところで、ルーチェAPが触媒を使っていたのは知りませんでした、初期のルーチェAPはサーマルリアクターと言って排気ガスをもう一度マフラーで燃やす方式か使われていて、すごく熱い排気ガスが出ていました、芝生の上でアイドリングしていたらクルマの下の芝が燃えちゃったという話もありましたね。
 ロータリーエンジンは元来効率の悪いエンジンで、排気ガス中に未燃焼ガスが多かったものですから、レシプロでは成立しなかったサーマルリアクターが成功したと言うことです。
Posted by 健太朗 at 2011年10月06日 23:42
失礼しました^^;
ルーチェAPは触媒ではなくサーマルリアクター方式でしたね・・
排気を再燃焼して浄化する、今から考えれば単純な装置ながら当時はマツダが初
REAPSとか称してその後日産がNAPS(ロゴ不明)とか開発して
進化した記憶があります

我が家のルーチェは初代13Bロータリーで兄弟車はワゴンのみで固体は少ないようです
走行距離は約2万キロでガレージ保存としました、ある意味それだけ親爺の思い入れがあり
そんな息子(私)が選んだのはマツダオートザム系列の「AZ-1」です
軽自動車としては当時最性能のアルトワークスエンジン搭載でまるでバイクのエンジン
ガルウィングという「異端児」とも言われた道具に惚れこんで早15年が過ぎました・

軽自動車の存在についても語り合えそうなブログに喜んでいます(^.^)
Posted by ken@56歳 at 2011年10月07日 21:14
健太朗です。
ken@56歳さん、ありがとうございます。

 REAPSは今となっては大食らいのエンジンですので、実用性に欠けますが、たまに天気の良い日にガレージから出して深呼吸をさせてあげてほしいものです。

 ところで、とうとうマツダはロータリーエンジン搭載車の販売を中止することになりましたね、マツダさんに期待するのは今後更に研究して、コンパクトでクリーンな、そして経済的な(330×2ではなく)220×3ccのロータリーエンジンとして、軽自動車キャロルに甦らせてほしい、OEMではなくて自前のキャロル、ロータリーキャロルを作ってほしい、そう思っています。

AZ-1もたしか4千台あまりしか作られなかった貴重なクルマですが、横転すると危険ですので決して無茶をなさらないように。
Posted by 健太朗 at 2011年10月08日 21:41
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