仕組み
圧縮されて高温になった空気に軽油や重油などのディーゼル燃料を吹き込んだ時に起こる、自己着火(正しくは「発火」)をもとにした膨張でピストンを押し出す、超拡散燃焼である。理論サイクルの分類では、低速のものがディーゼルサイクル(等圧サイクル)、高速のものはサバテサイクル(複合サイクル)として取り扱われる。
ディーゼルエンジンは、4サイクル又は4ストロークと呼ばれるものと、2サイクル又は2ストロークと呼ばれるものとに大別される。
4サイクル・ディーゼルエンジンの各行程
1. 吸入行程: ピストンが下死点まで下がり、空気をシリンダー内に吸い込む
2. 圧縮行程: ピストンが上死点まで上がり、空気を圧縮する
3. 膨張行程: シリンダー内の高温高圧の空気に燃料が噴射される。燃料が燃焼し膨張したガスがピストンを下死点まで押し下げる
4. 排気行程: 慣性などによりピストンが上死点まで上がり、燃焼したガスをシリンダ外に押し出す
燃料の噴射には高圧ポンプが使用され、燃焼方式の違いで、単室の直接噴射式と副室式(予燃焼室式・渦流室式)に分かれる。
特徴
ディーゼルエンジンは内燃機関の中でも熱効率に優れ、低精製の燃料でも使用できる。圧縮によって吸気を高温にする必要があり、高い圧縮比が要求される。高い圧縮比は機械的強度を要求し、丈夫な部品は重く嵩ばりコストも架かり、可動部重量による機械的損失も大きくなる。
過給を行なっても、ガソリンエンジンで問題となるノッキングやデトネーションがディーゼルエンジンでは起こらず、圧縮比(初期シリンダ容積と圧縮時のシリンダ容積の比)を下げる必要がないため、過給とは相性がよく、ディーゼルエンジンの多くが過給機を備えている[2]。
燃焼行程
ガソリンエンジンではあらかじめ空気と気化ガソリンが混合されてシリンダー内に導入されるが、ディーゼルエンジンではシリンダー内の高温高圧になった空気中に液体状の燃料が高圧噴射される。ただし、この燃料噴射によってシリンダー内に生じた微細な油滴が注入直後瞬間的に自発発火する訳ではなく、ミクロな油滴の表面で気化した燃料ガスが空気と混合して燃えやすい状態へと変わった後に、発火することになる。この注入から発火までの時間を「着火遅れ」と呼び、この遅れの間にシリンダー内に広がった燃料ガスが自発発火によって一気に燃焼するために騒音と振動の原因となっていた。また、注入された燃料油滴がシリンダー内に広がり切る前に自発発火することが避けられず、原理的にシリンダー容積を使い切ることが難しい。
1990年代後半から登場したコモンレール方式の燃料噴射装置のように、燃料を超高圧で好きなタイミングで好きな量だけ噴射できるようになったために、何度かに分けて噴射するなど、燃費・出力・環境対策に関して最適の状態となるように燃料噴射が行なえるようになっている。
4サイクルと2サイクル
21世紀初めの現代の高速ディーゼルエンジンでは4ストローク機関が主流であり、航空機にまで使われたクルップ・ユンカース式対向ピストンエンジンや、GMのユニフロースカベンジング式など、第二次世界大戦以前から出現していた2ストローク機関は一部の例外を除いて姿を消した。
一方、極低速回転の大型船舶用は、2ストローク型(ユニフロー・スカベンジング・ディーゼル)が主流となっている。
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出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』