100年以上の間、エンジンはより大きく、より速く、そしてより卑劣になり、より多くの馬力とトルクを持っていました。眠りから目覚めたドラゴンのようにテールパイプから排気ガスが噴き出し、その宝物の潜在的な泥棒に咆哮しました。少なくとも、それは幅の広いタイヤとエアブラシの炎の仕事をしている人があなたに考えてほしいことです。
それから20世紀になり、火を噴くエンジンが赤信号のドラッグレースの対戦相手よりも多くを殺していることに気づきました。結局のところ、げっぷは気候を変え、厄介なスモッグを生み出すことでした。ドラゴンが多すぎると、惑星はホビット庄よりもモルドールのようになりました。
誰がこれらの排気げっぷドラゴンから私たちを救うことができますか？誰が彼の科学と工学の剣で彼らのガスを飲み込む方法を飼いならすことができますか？誰が燃料効率の真のリングを持っていますか？一人の男：イギリス、ミドルセックスのハムステッドのジェームズ・アトキンソン。 1887年のものでもあります。
そうです-最新のグリーンエンジン技術は、自動車時代の幕開けから来ています。アトキンソンサイクルエンジンは、1887年に米国で特許を取得しました（アトキンソンは、数年前に英国と欧州の特許を申請しました）。しかし、彼のガソリン駆動の燃焼エンジンのピストンの不均一なストロークは、私たちの最新のハイブリッドシステムに非常にうまく適合しています。
最近多くのハイブリッドで使用されているアトキンソンサイクルエンジンは、元のエンジンと同じ原理で動作します。これには、1世紀にわたる技術の進歩という明らかな利点があります。しかし、私たちが今日どこにいるのかを理解するためには、まず私たちがどこにいたのかを知る必要があります。タイムマシンを1887年に設定してください！
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アトキンソンの米国特許（私たちの特許を愛するオタクにとっては番号367,496）は非常に単純です：約1000語のテキストといくつかの役立つ図。または、この説明を読むこともできます。これは、どの特許よりもはるかに優れています。
最近の最も一般的な燃焼エンジンは、4ストロークオットーサイクルエンジンです。このエンジンでは、ピストンがシリンダー内で上下し、火花がガスと空気の混合物に点火します。アトキンソンサイクルエンジンについても同じことが言えます。そのため、プロセスを簡単に復習します。
吸気行程： 空気と燃料をシリンダーに吸い込みます
圧縮行程： 混合物を押しつぶして、火花が消えると爆発するようにします-大きな時間
パワーまたは拡張ストローク： 爆発によって生成された力を使用して、ピストンをシリンダーの下に移動します
排気行程： 燃焼プロセスの厄介な残り物をシリンダーから押し出します
オットーサイクルエンジンでは、これはクランクシャフトの2回転で行われます：吸気/点火、次に動力/排気。オリジナルのアトキンソンエンジンでは、発明者は2つのリンケージを追加して、クランクシャフトを1回転させるだけで4ストロークすべてを完了できるようにしました。
それ自体で効率は向上しますが、アトキンソンは別の認識を持っていました。シリンダー内の圧縮が低下し、パワーストロークが吸気ストロークよりも長い場合、エンジンはより効率的に動作します。エンジンを回すのに必要な燃料が少なくてすむので、車輪が回って車が動きます。
想像してみてください。シリンダーとピストンを想像してみてください。吸気行程では、ピストンはシリンダーを完全に下に移動しません。空気と燃料がシリンダーに入る吸気バルブは、混合物の多くをシリンダーに入れることを許可しません。混合が少ないほど、必要な圧縮は少なくなります。ピストンは圧縮行程のために上に戻り、上部で混合気が点火されます。ブーム！力は、パワーストロークでピストンをシリンダーのシャフトに戻します。今回は、燃焼によって生成された力の最後のビットをすべて利用するために、ピストンを完全に下げます。次に、ピストンが上に戻り、排気行程のためにジャンクを取り除きます。タダ！ 4ストローク、より少ない燃料！
もちろん、あなたが賢い読者であるなら、あなたはおそらく、より少ない燃料とより少ない圧縮がより少ない電力を意味することに気づいたでしょう。あなたは正しいです。ピストンは、吸気行程よりも出力行程でさらに下に移動することが許可されていますが、圧縮率が高く、混合気が豊富なエンジンの場合ほど多くの出力を生成することはありません。
このエンジンのもう1つの課題は、余分な部品がたくさん必要になることです。これにより、高価なことは言うまでもなく、組み立てが難しくなります。貧しいアトキンソンは、スプリングと振動リンク、そしてバンドの優れた名前のように聞こえる真っ赤な点火チューブを使用して、このすべての効率を達成する必要がありました。現代のエンジニアはそれをはるかに簡単に行うことができます。
純粋主義者は、振動するリンクが見えない状態で、今日のアトキンソンサイクルエンジンをうんざりさせるでしょう。実際のところ、最新のアトキンソンサイクルエンジンを最新のオットーサイクルエンジンの隣に配置すると、違いはわかりません。トヨタ大学のデビッド・リー氏によると、「[プリウス]エンジンには通常のエンジンにないものは何もない」とのことです。 （トヨタの従業員がディーラーへの最新かつ最高の展開について知る必要がない限り、それはあなたが通うことができる大学ではありません。申し訳ありません。）
アトキンソンがクランクシャフトの配置で達成しなければならなかったことは、可変バルブタイミングで実行できるようになりました。これははるかに安価で簡単なソリューションです。アトキンソンのオリジナルでは、空気と燃料の混合物の一部を防ぐために、吸気バルブが早く閉じることを覚えておいてください。現在、吸気バルブは少し長く開いたままになっているため、ピストンが圧縮行程のために上昇すると、ガスと空気の混合気が少し逃げる可能性があります。それぞれの方法には同じ目的があります。圧縮率は低くなります。エンジニアの話では、現代の方法は「リビック」として知られています-遅い吸気バルブの閉鎖。次に、スパークプラグがその役割を果たします-スパーク-そしてピストンはシリンダーを下るフルパワーストロークで燃焼を利用します。そして、排気行程がクリーンアップ作業を行います。
120年以上の間にそれ以上の変化がありました。効率の向上を目指して、新しい材料が開発されました。たとえば、軽量のピストン、リング、バルブスプリングは、摩擦と車の総重量を軽減します。より少ない重量を運ぶことはより少ないエネルギーを取ります。フォードがフュージョンや他のハイブリッドで行っているように、デュアルオーバーヘッドカムエンジンを使用すると、プロセスの制御がさらに簡単になります。
繰り返しになりますが、賢い読者の皆さん、このエンジンの最新バージョンは、前モデルと同じように、出力が少ないことに気付いたと思います。真実すぎる。リーが述べたように、「このエンジンは普通の車では苦労するでしょう。」
しかし、あなたはそれが苦労しないところを知っていますか？ハイブリッドドライブトレインで。
だから、あなたは本当に効率的なエンジンを持っていますが、それはパワー、特に火を吐くドラッグカーがスペードで持っているようなパワーの種類のパワーに欠けています。しかし、あなたがハイブリッドパワートレインエンジニアであるなら、あなたはまた、0rpmから常にすべてのトルクを持っている電気モーターを持っています。電気モーターの問題点は、ガソリンエンジンほどではなく、より高い馬力で高速を維持できないことです。何をすべきか、ハイブリッドパワートレインエンジニア？
さて、あなたがフォードとのハイブリッドパワートレインエンジニアであるギルバートポルタラティン、または完全なハイブリッドを構築している他のほとんどすべての自動車会社の他のエンジニアであるなら、あなたはチョコレートとピーナッツバターのようにこれらの2つのシステムを一緒にします。低速では、電気モーターがトルクで始動し、車を前進させます。あなたが子猫がその下に隠れているかのように穏やかにアクセルを押すような非常に注意深いハイパーマイラーでない限り、電気モーターはかなりの仕事をしていますが、ガソリンエンジンはかなり速くオンラインになります。時速約40マイルで、アトキンソンサイクルエンジンは、電気モーターの助けを借りて、ほぼ完全に引き継ぎます。
この種のコンボがあれば、アトキンソンサイクルエンジンを設計して、電気モーターと正確に噛み合わせ、最適な効率を実現できます。次の車線で火の息抜きをすることを主張する場合、あなたは完全にほこりの中に残されることはありません。 「ペダルを踏むと、あなたが求めているものを手に入れることができます。両方のパワープラントのすべてです」とトヨタのリーは語った。
この負荷平準化は、トヨタプリウスやフォードエスケープのようなフルハイブリッドが高速道路よりも町の周りでより良い走行距離を得る理由です-道路上の他のすべての車両のように、正反対です。私たちの間の非火吹きは、町をかなりゆっくりと走り回っています。私たちはたくさんのスタートとストップをします、そして私たちは時速75マイルまで上がらないので、電気モーターは多くの負担を負います。ただし、高速道路では、ガソリンエンジンはほとんど単独で動作しています。
1887年には、アトキンソンのエンジンと電気モーターのピーナッツバターとチョコレートの幸せな結婚を予測できた人はほとんどいませんでした。当時、車には恒久的な屋根さえありませんでした。
初版：2012年3月1日
正直に言うと、私はこれらの超技術的な記事を書くのが大好きです。エンジニアに電話して、勉強したことのないことを説明してもらうのが大好きです。彼らが話していることを想像することすら難しいので、私は彼らに日曜日まで6つの方法を繰り返してもらい、何かを書き留める直前にそれがあることを確認します。
今回は、オタクの塗り絵というオタクのボーナスがもらえました！さて、それは実際には塗り絵ではありませんでしたが、Googleの特許検索（番号367,496、覚えておいてください）を使用してアトキンソンの特許を調べると、アトキンソンの元の図が含まれています。私は8つの蛍光ペンすべてといくつかの色付きのシャーピーを使用して、どのバルブが何をしたか、どこから空気が入り、どこから排気が出るかを追跡しました。次に、私も印刷した特許テキストを色分けして、読んでいるときに、説明の振動リンクHをエンジン内の位置と一致させることができるようにしました。
技術学習の塗り絵の方法はお勧めできません。できるだけ頻繁に使用する予定です。私の内なる8歳はとても幸せです。