ディーゼルエンジンの仕組み【熱効率がいい理由】

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エンジン
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ディーゼルエンジンは軽油を燃料として使用して自然着火させて燃焼を行うエンジンです。
技術の進歩によって欠点とされていた部分が改善されて、メリットを生かすことが
出来るようになってきました。
ディーゼルエンジン最大のメリットは熱効率が良い=燃費が良好ということです。

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ディーゼルとは

ディーゼルエンジンの発明者のドイツ人のルドルフ・ディーゼルの名字です。
彼は1893年にディーゼルサイクルの特許を取得しました。

人生の最期は謎の多いものとなっています。

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ディーゼルエンジンの原理

空気をシリンダーに押し込んで閉じ込める。それを圧縮して温度を上昇させて
燃料を吹き込んで着火する。
ディーゼルエンジンの基本的な仕組みです。

ディーゼルエンジンではガソリンエンジンより強く圧縮された空気が800℃近くまで
温度が上昇する。ここに軽油を霧状に吹いて自然発火をさせる。

霧状に散布された燃料が自然着火する為シリンダー内のあちこちで着火が始まることになる。ガソリンエンジンではスパークプラグの火花から燃焼が広がっていく。

ディーゼルエンジンは空気を強く圧縮するので圧縮比が大きくなります。

圧縮比

ピストンが一番下がったときとピストンが上がりきった時の容量の比です。
強く圧縮し体積を小さくしたほうが圧縮比は大きくなります。。
圧縮比が大きいということは内部で燃焼が起こったときの膨張(膨張比)が
大きいということになります。

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リーンバーン

ガソリンエンジンに取り付けられているスロットルバルブ(吸気量を調整する)が
ディーゼルエンジンにはついていないので吸気をどんどん押し込むことができる。
更に過給機で押し込んでいきます。

シリンダー内は空気が十分豊富に存在していることになります。
空気量に対して燃料が少ない燃焼、空気が余剰ともとれる状態。
これをリーンバーン(希薄燃焼)となります。
※逆に燃料の比率が高い燃焼をリッチバーンといいます。
リッチバーン状態ではススなど黒煙の原因が発生しやすくなります。

リーンバーンに伴ってディーゼルエンジンは燃焼温度が低くなる。
なので排気温度も低いので熱効率がいいことにつながります。

さらに冷却水でエンジンから熱を奪う仕事も減るので冷却による損失も低く抑える事が
できます。(捨てる熱が少なくてすむ

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ガソリンと軽油の発熱量

ガソリン発熱量は34.6MJ/ℓ 軽油の発熱量は38.2MJ/ℓ
同じ量の燃料を使ったときには軽油の発熱量の方が大きいです。
しかしディーゼルエンジンの方が燃焼温度が低いので、熱効率が良好になる要因に
なります。

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ディーゼルエンジンのポイント

高過給

ノッキングの心配がないので空気をどんどん押し込むことが可能になる。
それだけ燃焼の圧力が大きくなってピストンを押し下げる力も強くなる。

高圧縮比

吸気の体積を強く圧縮するので、燃焼における膨張比も大きくなる。

ガソリンエンジンでは圧縮比を高くしすぎるとノッキングという急速燃焼現象が起こってしまいます。これは焼き付きの原因になるので一般に12程度までしか圧縮比を高くできません。
ディーゼルエンジンでは圧縮比を高くとれますが、NOxの発生量が増えてしまうので、
バランスをとって設定されています。

希薄燃焼

シリンダー内の空気量に対して少量の燃料ですむ。
燃焼温度を抑えられて冷却損失も低減できる。

 

 

 

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