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ディーゼルエンジン

でぃーぜるえんじん

圧縮着火エンジンの一種。扱いやすさと燃費効率の良さから、船舶・自動車から据置の産業用まで広く用いられる。
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概要

ドイツの機械技術者『ルドルフ・クリスチアン・カール・ディーゼル』(ドイツ語: Rudolf Christian Karl Diesel、1858-1913)によって熱効率の高い合理的熱機関を研究、独自の独自設計の圧縮着火式内燃機関を開発した。当初は「オイル・エンジン」と呼ばれていたが、後に彼に因んでディーゼルエンジンと呼ばれるようになった。

ディーゼル機関の大きな区分

ディーゼル機関には、大型舶や内燃力発電所用の巨大な物と、鉄道車両や小型船舶、自動車に積まれている比較的小さいものとでは理論サイクルが異なり、定格時の機関回転数も異なるため、低速ディーゼル機関と高速ディーゼル機関とに分けられている。大まかな違いは下表のとおり。

項目\機関低速ディーゼル機関高速ディーゼル機関
理論サイクルディーゼルサイクルサバテサイクル
定格回転数数百r/min数千r/min
よく使われる燃料重油軽油
熱効率50%以上30%前後

ちなみに、身近に見かけるディーゼル機関は、その用途から大抵のものは高速ディーゼル機関となる。

ディーゼル機関と過給機

ディーゼル機関はその構造上高い圧縮比で動作するため、熱効率がよい。また、点火するまで燃料を噴射しないので過給機で過給しても圧縮中に点火してしまうこともない。よって過給により更に圧縮比を上げられそれに伴い熱効率も上げられる。そのため、現代のディーゼルエンジンは高速・低速の別を問わず大抵ターボチャージャー付きである。

大型の低速ディーゼル機関では、ターボチャージャーに加えエンジンの排気を動力に利用するターボコンパウンドも採用しさらに効率を上げている。

乗用車用ディーゼルエンジン

車両用ディーゼルは高速道路の定速走行など負荷が一定の状態ならガソリンより3割ほど効率が良い。しかし常用回転域が狭いことから市街地走行のような負荷変動と加減速を含む走行パターンでは一気にガソリンとの差がなくなる。このため、配送用の小型トラックではディーゼルハイブリッド車が設定されている。

排気量は1.5リットル~。

ディーゼルエンジン車の特徴

ディーゼルエンジンは乗用車に限定して話すのであれば、低速トルクが尋常でなく太い。クリーンディーゼル車の場合、マツダ以外の日本車では主にSUVミニバンに採用されることが多いことからもその特性が伺える。

ex.アクセラの場合
SPORT 20S(2.0ガソリン) 155ps/6000rpm 20.0kgm/4000rpm 17.8km/L
SPORT XD(2.2ディーゼル) 175ps/4500rpm 42.8kgm/2000rpm 21.4km/L

参考までにこのトルクの数値、ガソリンエンジンであれば高級車に積まれる3L~3.5Lクラスの自然吸気エンジンに匹敵する。

それでこの燃費なのだから末恐ろしい限りである。燃費の良さは長時間のラリーでは強みにもなり、アウディはディーゼル搭載車でル・マン24時間レースを制した。
※データは2015年6月26日、各社公式サイトより。全車MT車、燃費はJC08モード。

これだけトルクがあるならモータースポーツじゃ無敵だな!と思われるだろうか?しかし弱点もある。低回転型であるため最大馬力で劣り、トップスピードが伸びないのである。同じ性能を出すには排気量を大型化する必要があるが、自重がかさみがちなのも弱点。

ディーゼル車の排ガス問題

ディーゼルエンジンはNOx(窒素酸化物)とPM(粒子状物質:早い話が黒煙である)という有害物質を大量に出す。ガソリンエンジンの排ガスは三元触媒でクリアできたが、ディーゼルの場合NOxとPMは片方を減らそうとすれば、もう片方が増加してしまうので、両方の排出削減を実現するのは難しい。

現状では発生したPMはディーゼル微粒子捕集フィルター(DPF)でキャッチし、NOxは尿素SCRシステムで排出量を低減している。

DPF

DPFは、先に述べたとおりフィルターの一種である。
そのまま使い続けるとフィルターが目詰まりを起こして機能が低下するため、セルフクリーニング(いわゆる再生)が必須である。ディーゼルエンジンから排出されるPMは基本的に可燃性の化合物であるため、フィルターへの堆積量が増えると、フィルターそのものを高温に熱して溜まった有害物質を燃焼させて害の少ない(あるいは無害な)ガスとして排出する。
しかしながら、フィルターをある程度高温にしなければならないため、運転時間が短くフィルターが温まりづらい日本の都市部のような短距離走行が多い環境では詰まりなどのトラブルが目立つのも事実である。
一応専門業者に依頼すればDPFを車両から外して内部の詰まりを除去することが出来る。

尿素SCRシステム

NOxの削減は積年の課題であったが、日産ディーゼル(現UDトラックス)が実用化した自動車向け尿素SCRシステム(据え置き用の大型のものは1970年代にIHIにより実用化されていた)によって削減することが可能になった。
尿素SCRシステムは後処理装置の一種で、「AdBlue」と呼ばれる専用の尿素水を排気管内に噴射し、NOxを化学反応によって窒素ガスと水蒸気に分解するものである。
現在ではトラック、バスなど大型ディーゼル車の必須装備となっており、乗用車向けにもドイツ車を中心に採用が進んでいる。

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