ディーゼルエンジンの基礎：仕組み、メリット、デメリット

ディーゼルエンジンは、断熱圧縮によって動作する内燃機関です。その仕組みはガソリンエンジンとは大きく異なり、効率や性能にも違いが生じます。断熱圧縮については前回の記事で解説していますので、そちらもご覧ください。

ディーゼルエンジンの効率、歴史、作動原理を理解する

今回は、ディーゼルエンジンの作動原理、そしてそのメリット・デメリットについて詳しく解説します。

ディーゼルエンジンには、以下のような特徴があります。

• 圧縮着火
• 燃焼室内での混合気形成
• 混合気質によるエンジン回転数の調整
• 不均一な空気燃料混合気
• 高い空気比
• 拡散燃焼
• 着火性能の高い燃料

これらすべてはディーゼルエンジンの作動原理の中で説明されます。ぜひ最後までお読みください。

ディーゼルエンジンの作動原理

ディーゼルエンジンは、ガソリンエンジンのように点火装置（スパークプラグ）を必要としません。高圧縮された高温の空気を使って燃料を着火させます。空気と燃料の混合は吸気マニホールドではなく、燃焼室内で行われます。ディーゼルエンジンの作動原理の面白い点は、最初に燃焼室に空気のみが導入されることです。この空気は、ディーゼルエンジンの種類や用途に応じて15:1〜23:1の圧縮比で圧縮されます。高圧縮により空気の温度が上昇し、圧縮行程が上死点近くになると燃料が高温の空気へ噴射されます。これらはすべてピストン上部の燃焼室で起こります。

燃料噴射装置は、燃料を微細な霧状にして燃焼室内に均等に噴射します。圧縮空気が作り出す極限の熱により、燃料滴の表面から気化が始まり、その蒸気が燃焼室内の熱で着火します。気化と燃焼は燃料滴が完全に燃え尽きるまで続きます。燃焼は動力行程の初期においてほぼ定圧で行われ、燃焼が完了すると燃焼ガスがピストンの下降に伴って膨張し、シリンダー内の高圧がピストンを押し下げ、クランクシャフトに動力を伝えます。エンジン回転数の調整は混合気の質、すなわち噴射燃料量のみによって行われ、常に可能な限り多くの空気と混合されます。これがクランクシャフト回転数の差を生みます。

ディーゼルエンジンの高圧縮比は高い熱効率を実現します。スロットルバルブがないため充填排気損失が少なく、燃料消費量が抑えられます。これらがディーゼルエンジンをより経済的にしています。

ディーゼルエンジンの仕組みを動画で確認する：

ディーゼルエンジンのメリット

ディーゼルエンジンには、他の方式のエンジンに比べていくつかの利点があります。主なメリットは以下の通りです。

1. すべての燃焼機関の中で最高の実用効率を持つ
2. 多種多様な燃料を燃焼できる
3. 燃料コストが低い（経済的）
4. 高いエネルギー密度
5. 優れた潤滑性
6. 可燃性蒸気を発生しないため火災リスクが低い
7. 燃料を燃焼室に直接噴射するため、エアフィルター以外に吸気制限がない
8. 排気ガス性能が良好

ディーゼルエンジンのデメリット

多くのメリットがある一方で、ディーゼルエンジンには以下のような制約もあります。

1. ディーゼルエンジン搭載車は一般的に標準車より高価
2. 多くの地域で軽油価格が高い
3. メンテナンスと修理コストが高い
4. 必要な燃料へのアクセスが限られる場合がある
5. 新しい軽油は従来のような潤滑性を持たない
6. 寒冷地での始動が困難
7. ガソリンエンジンより騒音が大きい

関連記事

• 自動車エンジンの構成部品
• ガソリンエンジンの理解
• ディーゼルエンジンの用途
• 自動車エンジンの理解

このガイドでは「ディーゼルエンジンの作動原理、メリット、デメリット」を解説しました。お役に立てれば幸いです。気に入っていただけたら、SNSでシェアしていただけると励みになります。