【Study Diesel】③ 圧縮比

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おはようございます。こんにちは。こんばんは。
グラシアです。

今般、国内でも徐々にシェアを伸ばしているクリーンディーゼル。新世代の内燃機関であるディーゼルエンジンを徹底的に解剖して行きます。第三回は「圧縮比」です。



※当ブログ内容はあくまで個人の主観に基づくものであることご了承ください。
ご理解頂ける方は続きをどうぞ( ´ ▽ ` )





さて圧縮比とは、内燃機関のようなシリンダー内でピストンが運動するエンジンに示されるもので、シリンダーの容積をピストンによってどのくらい圧縮するのかを表す数値です。ピストンはシリンダー内に取り込んだ空気や燃料を圧縮し、最大限に圧縮した段階で点火もしくは着火させて爆発による燃焼エネルギーを得ます。シリンダー内を上下に動くピストンの上限と下限で生まれる容積が排気量であり、上限の時にシリンダーヘッドとの隙間に生まれる空間を燃焼室ということになります。圧縮比は

圧縮比 =(燃焼室容積)/(燃焼室容積+排気量)

となります。圧縮比を高くするということは、すなわち燃焼室を小さくするということになります。また、エンジンの排気量はシリンダーの内径及び高さ、そして圧縮比におよって決定するとも言えますね、

一般的に圧縮比は10や16といった単純な数値で示されます。この数値は圧縮比の割合を表し、例えば10の場合はピストンで1/10に圧縮しているというわけです。例を挙げますと、圧縮前のシリンダー容積を1000ccとして、ピストンで完全に圧縮した状態の燃焼室が100ccになっていた場合、1/10に圧縮されているので圧縮比=10ということになります。



圧縮比と熱効率

圧縮比は排気量の他にエンジン効率を左右する熱効率にも大きく関係しています。熱効率とは、燃料自身が持つ燃焼エネルギーをどの程度エンジン出力に変換できているかを示す数値で、熱効率が高いほどエンジン効率が高くなります。この熱効率を向上に最も大きく影響するのが圧縮比で、基本的に内燃機関は圧縮比が高いほど熱効率も高くなります。

熱効率の高さは最高出力やトルクの大きさに直結し、また同じ量の燃料で高いエネルギーを得られるため燃料削減につながり燃費の向上にもつながります。つまり圧縮比はエンジンの排気量、熱効率、馬力やトルクなど車の基本的なスペックのほとんど全てに関わる非常に重要なものなのです。カタログや諸元に圧縮比が記載されているのもなんだか納得ですね。



ディーゼルエンジンの圧縮比

圧縮比の数値はエンジンによって様々ですが、ディーゼルエンジンにはディーゼルエンジンの、ガソリンエンジンにはガソリンエンジンの一般的な範囲があり、ディーゼルエンジンの場合には14〜22の値を取ります。旧来のディーゼルエンジンは低温始動時の安定した着火性を確保するために22という圧縮比が多く採用されていました。初期のディーゼルエンジンは燃料の噴射効率が悪く、シリンダー内の温度をより高くすることで圧縮着火を起しやすくしていたのです。ですがこのようなエンジンも通常燃焼時では燃料の噴射タイミングを遅延させることで圧縮比の低くなったところで噴射を行なっており、見かけ上の圧縮比は15〜16程度となっていました。

クリーンディーゼルと呼ばれる新世代のエンジンでは、コモンレールシステムという効率的な燃料噴射システムが一般的となり、より精密で効率的な噴射を行うことができるようになりました。また始動直後の温度管理も適切に行う事が出来るようになったため、そこまで高い圧縮比は必要ではなくなり今般のディーゼルエンジンの圧縮比は14〜18くらいが多くなっています。

それでもガソリンエンジンの圧縮比が高くても14なので、ディーゼルエンジンの圧縮比は高く設定されていることがわかります。ディーゼルエンジンがガソリンエンジンより高い圧縮比を実現できているのは圧縮着火という燃焼方法以外にも理由があり、ノッキングやデトネーションと呼ばれる問題が怒らないという点があります。
(⇨ノッキングとデトネーション)
またガソリンエンジンの熱効率が30%程度が限界なのに対して、ディーゼルエンジンは40〜50%も実現可能です。




まとめ

如何でしたでしょうか?
ディーゼルエンジンにおける圧縮比は、排気ガスで問題となるPMやNOxとも深く関係していますのでしっかり理解しておきたいところです。




それでは今回はこの辺りでお暇しますね。
ありがとうございました。
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2019/08/06 (Tue) 07:50 | EDIT | REPLY |   

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