ディーゼル・エンジン(4サイクル)の作動と特徴

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4サイクル・エンジンとは、吸入、圧縮、爆発、排気の4つの行程で1セットを行なうエンジンである。
クランクシャフトが2回転(ピストンは2往復)して上記1セットを行い、動力発生の1動作をしたことになる。

※1ストローク(サイクル)とは、ピストンが上死点から下死点、または下死点から上死点へ運動する1行程をいう。


ディーゼル・エンジンの作動
吸入 圧縮膨張 排気


バルブ・タイミング・ダイヤグラム
①吸入行程
ピストンが上死点から下死点に向かって下降し、空気を吸入しながら下死点に達するまでの行程。この間は吸入バルブは開き、排気バルブは閉じている。
空気の吸入効率を高めるため、吸気バルブはピストンが上死点に達する前に開き、下死点を過ぎてから閉じる。
②圧縮行程
ピストンが下死点から上死点に向かって上昇し、吸込んだ空気を圧縮する行程。この間は吸入バルブ、排気バルブ両方閉じている。
この行程で空気を圧縮し、燃料の自己着火温度以上の高温にする。
これで、ピストンは2行程、1往復、クランクシャフトは1回転したことになる。
③膨張(爆発)行程
圧縮行程の終わり近くで燃料を10MPa以上の高圧にして、噴射ノズルから霧状に噴射すると、圧縮熱によって燃料は自己着火して燃焼し、その爆発圧力でピストンを押し下げて動力を得る行程。この間は吸入バルブ、排気バルブ両方閉じている。
④排気行程
押し下げられて下死点にあるピストンが再度上死点まで上昇し、燃焼爆発したガスを自己の圧力でシリンダ外に押し出す行程。この間は排気バルブだけが開いている。排気効率を高めるため排気バルブは、ピストンが膨張行程の下死点に達する前に開き、ピストンが排気行程の上死点を過ぎてから閉じる。
これで、ピストンは4行程、2往復、クランクシャフトは2回転したことになる。

※実際のエンジンではガスの流れの慣性を有効利用するため、バルブは上死点と下死点では開閉せず、
開閉時期に進みや遅れを与えている。(バルブ・タイミング)



圧縮比と排気量 ディーゼル・エンジンの特徴


デイーゼル・エンジンは、ガソリン・エンジンに比べ燃焼圧力が高いため全体に丈夫に造られているが、ピストンなど運動部分の重量も大きいため、最高回転数を大きく出来ない。また、シリンダ容積当たりの出力は小さくなるが、燃焼の変動が少ないため使用回転域でのトルク変化が少ない。

ガソリン・エンジンでは、予め空気と十分に混合し微粒化された燃料を、スパーク・プラグからの火花によって点火し燃焼するが、ディーゼル・エンジンでは、噴射ノズルから霧状となって噴射された燃料が、圧縮された空気と混合し、圧縮熱によって自己(自然)着火し燃焼する。

ディーゼル・エンジンにおけるノッキングは、着火遅れや、急激な圧力上昇によって起こる。ガソリン・エンジンと比べ発生原因が異なるため、噴射時期または点火時期を除いてディーゼル・エンジンとガソリン・エンジンではノッキングの類似点がなく、対応の仕方も異なる。




計算式ディーゼル・エンジンの圧縮比は15~22程度で、ガソリン・エンジンに比べて熱効率は高く、燃料消費率は低い。

熱効率とはエンジン爆発行程においての全発熱量が、実際に有効な動力として転換される割合のことで、ガソリン・エンジンでは22~28%、ディーゼル・エンジンでは30~38%である。





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作成日:2008/4