本記事は2chのまとめではありません。


しょぼーんみなさん こんにちわ。ぶーぶー速報管理人のぶーちゃんです。
 

先日、ガソリンエンジンとディーゼルエンジンの違いについての記事(→こちら)を書いたところ、以下の”くるまやさん”という方からお叱りのコメントをもらいましたぶ~

燃焼サイクルの話が出てウキウキして見てたけど、燃費の違いは1サイクルで回収できるエネルギー量がガソリンサイクルよりディーゼルサイクルの方が大きいということを書かないとダメだよ!




実を言うと、サイクルを使って説明する方法も考えましたが、サイクルを使った説明は読者の方にはわかりにくいと思い、前回書いた記事
(→こちら)のようになってしまったぶ~

くるまやさん”からお叱りを受けましたので、今回はガソリンのサイクルであるオットーサイクルとディーゼルサイクルを比較しながら、ディーゼルエンジンの方がガソリンエンジンよりも燃費がいいことを示したいと思うぶ~


 

まずは、いつものように、基本事項の復習だぶ~
基本事項は以下の5つだぶ~

①ガソリンエンジンとディーゼルエンジンの違い 
②PV図とエネルギーとの関係
③ガソリンエンジンのサイクルであるオットーサイクルのPV図
④ポンピングロスについて
⑤ガソリンノックについて
 
①ガソリンエンジンとディーゼルエンジンの違い

ガソリンエンジンもディーゼルエンジンも共通して言えることは、吸入、圧縮、膨張、排気工程の4工程から成るという点だぶ~

それぞれの工程を対比させると以下のようになるぶ~

ガソリンエンジンディーゼルエンジン

ガソリンエンジンとディーゼルエンジンの決定的な違いは燃焼方法になるぶ~
ガソリンエンジンの場合はあらかじめ混合気をつくって点火プラグを用いて燃焼させるぶ~(予混合燃焼)
一方ディーゼルエンジンは、あっちっちの空気に燃料である軽油を吹きかけ燃焼させるぶ~

そして、燃えているところに次々と燃料(軽油)が噴射され、次々と燃えていくぶ~(拡散燃焼)

燃料が燃えているところに次々に突撃していくイメージだぶ~ 突撃だぶ~

次々と

 
②PV図とエネルギーとの関係

以下の図に示すように気体が底面積Sの円筒にピストンを介して閉じ込められている状態を想像してほしいぶ~
この時気体は圧力Pでピストンを押していると仮定するぶ~
この時ピストンが気体から受ける力は圧力×面積になるのでP×Sということになるぶ~


PV1 

次に、ピストンが圧力Pを受け右にΔX移動したと仮定してほしいぶ~
この時、ピストンが気体から受ける仕事は力×移動距離なので、以下のようになるぶ~ 

PV2

上記のことを前提にして、
例えば気体がピストンを押し、体積がV1からV2まで変化させた場合を想定するぶ~

体積がV1からV2に変化する過程で気体の圧力も変化し、例えば以下のようなP=f(V)の関係をもつPV曲線を示したとするぶ~


PV4
 
この時に、気体がピストンに与える仕事(エネルギー)はどうなるかについて考えるぶ~

まず、ピストンは右に微小変位ΔVずつ動いて行ったと考えられるぶ~


PV7
PV図で考えると、以下のようにV1からV2までを微小変位ΔVずつ分割することになるぶ~ 

PV9

 この時の仕事は以下のようになるぶ~

PV10 
すなわち上図の短冊の面積の総和になっているぶ~

更にこの微小変位ΔVを限りなく0に近づけるぶ~
そうすると短冊は限りなく細くなり、その総和は以下の斜線部の面積になるぶ~ 

PV6
 
数学的には以下のようになっているぶ~
PV11

③ガソリンエンジンのサイクルであるオットーサイクルのPV図

オットーサイクルとは、ガソリンエンジンのサイクルのことだぶ~
まずガソリンエンジンの各々の4工程のPV図とその時に外部に放出する(外部から吸収する)エネルギーについて考えてみるぶ~

Ⅰ:吸入工程
アトキンソン1

Ⅱ:圧縮行程

アトキンソン2

Ⅲ:膨張行程
アトキンソン3

Ⅳ:排気行程 
アトキンソン4


上記4工程で外部に放出するエネルギーは以下のようになるぶ~!

アトキンソン5


アトキンソン7
④ポンピングロスについて

ポンピングロスについては以下のURLにまとめているので、見てみてぶ~
http://matome.naver.jp/odai/2141008017241437301



⑤ガソリンノックについて

ガソリンノックについては以下のリンク先でまとめておいたので見てみてぶ~
http://my2chmatome.ldblog.jp/archives/41915030.html


しょぼーん

基本事項の復習はここまでぶ~

基本事項は当たり前すぎてつまらないと思われる読者の方もいらっしゃると思いますが、許してほしいぶ~

それではディーゼルサイクルについての説明に移るぶ~




まずディーゼルサイクルのPV図を以下に示すぶ~


ディーゼルサイクル

 

上のディーゼルサイクルと基本事項で示したオットーサイクルとよく比べてほしいぶ~

しょぼーん違いに気付いてくれたかなぶ~



 












ぶーぶーいうぞそんな下手な手書きのグラフを見せられて違いなんかわかるわけねーだろ

ちゃんと説明しろ!
ぶ~ぶ~言うぞ

ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~
ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~ぶ~
 

 

ぶーぶー言わないでご、ごめんぶ・・・

ちゃんとわかるように書くからぶ~ぶ~言わないでぶ~


















ディーゼルサイクルとオットーサイクルの違いのポイントはぶ~ちゃんが理解している範囲では3つあるぶ~(下図参照)


ディーゼルサイクル2
 
それではポイント1~3を順に説明していくぶ~

★ポイント1:等圧膨張と断熱膨張

ディーゼルサイクルの場合は膨張時に真横に伸びているぶ~
圧力が変わらないまま膨張しているので、この膨張形態を等圧膨張というぶ~

一方オットーサイクルの場合は尖がっているぶ~(下図参照)

ディーゼルサイクル3

この違いは、ディーゼルサイクルの拡散燃焼からくるぶ~

上記基本事項で説明したように、ディーゼルサイクルの場合は燃えているところに次々と燃料を噴射させて連続的に燃やしているぶ~

次々と

そのため、
オットーサイクルとは違い、筒内の圧力が下がることなく燃焼するぶ~


★ポイント2:ポンピングロスの有無

ディーゼルサイクルの場合はスロットルバルブをもたないので、ポンピングロスが小さいぶ~

ディーゼルサイクルではポンピングロスがないすなわち発生する負圧が小さいということになるぶ~

そのためディーゼルサイクルはオットーサイクルに比べ吸入工程時に行う仕事が大きくなるぶ~(下図参照)

ディーゼルサイクル5


その結果、ディーゼルサイクルはオットーサイクルに比べ、下図に示す引き算部Tの面積が小さくなるぶ~ 


ディーゼルサイクル4


★ポイント3:圧縮比(=膨張比)の違い

ディーゼルサイクルの場合、予混合燃焼ではないのでガソリンエンジンのような(スパーク)ノッキングは起こらないぶ~(詳しくは次のリンク先で⇒こちら

そのため、ディーゼルサイクルでは圧縮比(=膨張比)を大きく、すなわち上死点から下死点までの距離を大きくすることができるぶ~

その結果、膨張時に最高圧力が大きくなり、発生する仕事が大きくなるぶ~(下図でいうSの面積が大きい)


ディーゼルサイクル7


上記3つのポイントにより、結果的にディーゼルサイクルの方がガソリンサイクルよりもS-Tが大きい、すなわち発生する仕事(エネルギー)が大きくなるぶ~

発生するエネルギーが大きいということは燃費が良くなるということになるぶ~



しょぼーん

以上が、燃焼サイクルを用いたディーゼルサイクルの燃費が良いことの説明だぶ~

※上記内容はぶ~ちゃんが独学で、理解した内容なので、間違っているかもしれないぶ~
もし間違いを発見した場合はぶ~ちゃんの勉強のためにも教えてほしいぶ~

参考文献
青山元男著「車のメカニズム」
畑村耕一著「自動車エンジン技術がわかる本」
Motor Fan「バルブトレーンマニアックス」
御堀 直嗣著「クルマはなぜ走るのか」
岩波書店「熱・統計力学」