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内燃機関超基礎講座 | 休む気筒を毎回変える新しい気筒休止:RCD@3気筒エンジン

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3気筒エンジンで1気筒を休止させると、不等間隔点火の2気筒エンジンになる。それでは低回転域の振動がひどくて現実的ではないので、休止しながらも等間隔点火を維持する仕組みが考案された。
TEXT:世良耕太(SERA Kota)

気筒休止のコンセプトは燃費率の高いゾーンを使うことにある。低負荷になるほど燃費率は悪化していくのが一般的だが、そんな状況で気筒休止し排気量を減らしてやると、小さな排気量のエンジンにとっては負荷が高くなり、燃費率の良好なゾーンが使えるようになる。一般に、排気量の大きなエンジンほど気筒休止による取り分は大きくなるが、小排気量ではどうか。

それを検証したのがフォードとシェフラーだ。フォードはフィエスタなどに1.0ℓ・3気筒直噴ターボを搭載しているが、アグレッシブなまでにダウンサイズしたこのエンジンに気筒休止を導入しても、燃費向上の効果は得られるのか。シミュレーションと実走テストで検証した。

フォードとシェフラーは共同で、1.0ℓ・3気筒直噴ターボをベースにローリング気筒休止化し、シミュレーションと実走テストを行なった。より低負荷での効果が大きいので、モンデオよりもフィエスタとの組み合わせの方が、燃費向上効果は大きい。

3気筒あるうちの決まった1気筒を「固定休止」すると実質的な排気量は666ccになるが、この場合は不等間隔点火になり、低回転域での振動が問題になる。この振動の問題を解消するのが、気筒休止するシリンダーを切り換えながら燃焼させる「ローリング気筒休止(RCD)」だ。全気筒運転の場合はクランクシャフト4回転(1440度)で1、2、3番シリンダーが2回ずつ点火するが、RCDでは1、2、3番がそれぞれ1回ずつ休止する。だから、実質的な排気量は500ccになり、1.5気筒分である。

3気筒の場合、気筒休止するシリンダーが固定だと不等間隔点火になり、振動が大きくなる。気筒休止するシリンダーを切り換えることで、等間隔点火になる。クランク4回転で3回点火するので、500cc・1.5気筒にしたのと同等だ。
3気筒の場合、各シリンダーは720度ごとに1回点火するが、1.5気筒モードの場合は1440度間隔になる。排気行程でガスを排出した後は、真空状態のままダミーの吸気~圧縮行程を繰り返し、通常の吸気に戻る。

実質的な排気量が500ccになっても、1気筒固定休止666ccに比べて燃費向上効果があることを確認。さらに、振動吸収効果のあるデュアルマスフライホイールやペンデュラムアブソーバーを採用することで、気筒休止の領域を低回転側に広げられるという。

気筒休止を実現するデバイスは、油圧による可変動弁機構=ユニエアでも可能だが、油圧によってロック機構を解除することにより「ノーリフト」状態を作り出すスイッチャブルローラーフィンガーフォロワーを提案している。

実験ではフォードの1.0ℓ・3気筒直噴ターボにスイッチャブルローラーフィンガーフォロワー(SRFF)を組み合わせることで、気筒休止を実現。フィンガーフォロワー内部に油圧制御機構を設けることでロストモーションを作り出し、「ノーリフト」状態にする。
気筒休止するシリンダーを固定した場合は極低回転域(1000rpm以下)で発生する0.5次の振動が問題になるが、サイクルごとに気筒休止するシリンダーを変えるローリング気筒休止の場合は、0.75次のねじり振動が大きく現れる。
ローリング気筒休止エンジンに特有の0.75次の振動を打ち消すのに効果が高いのが、ペンデュラムアブソーバーとデュアルマスフライホイール(DMF)の組み合わせ。このシステムを採用することにより、気筒休止の領域をより低回転側まで広げることが可能になる。

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