エンジンにおける空気の吸入量と燃料供給量の関係について

質問

はじめて質問させていただきます。よろしくお願いします。
　疑問に感じたことは、内燃機関についての事項です。出力、燃費を考えるに当たりガソリン燃料を使用するものは空気の吸入量を制限してこれを調整しているとのことです。
かたや、ディーゼル燃料機関は空気の吸入量は制限せず、燃料の噴出量で調整すると何処の本にもあったのですが、ここで疑問感じたことですが、どうしてガソリン機関は空気の吸入量を制限するのですか？
酸素の過剰供給を抑えるためですか？それとも窒素の吸入量を制限して窒素酸化物の生成を押さえるためなのですか？
　どちらの燃料機関も炭化水素系化合物の総供給量から酸素供給量が決まると思うのですがどうなのでしょうか？またEGRを利用した機関が増えているようなのですがこの一つの効果として酸素供給量か窒素供給量を減らすためなのでしょうか？その当たりが良く分かりませんでしたので質問させていただきました。分かる方返答をどうかお願いいたします。

回答No.2

sekisei · ベストアンサー

ガソリンエンジンは燃料と空気を混合したものをシリンダーで着火するのですが、出力を調整するため燃料だけを絞ると空燃比が保てません。
そこでスロットルバルブで吸入空気量を調整するようです。
ただ、最近はスロットルバルブをなくす技術もあるようです。

また、ディーゼルエンジンは空気を断熱圧縮して生じる高温により、発火点が低い軽油を燃焼させます。
ディーゼルはもともと空気過剰で空燃比も一定ではないようです。
こちらは逆にスロットルをつける動きもあります。

ＥＧＲについてですが、ガソリン車にはもうほとんど付いていません。
逆にディーゼルにはかなり付いているようです。
これはガソリンでは還流させる排ガスに含まれる炭酸ガスが燃焼時の発熱を抑える働きにより窒素酸化物を減らすことが目的で、ディーゼルでは質問者さまも書かれている酸素濃度を低減させて発熱量を減らす事で窒素酸化物を減らすことが目的になります。

三元触媒が使えないディーゼルは今後ＤＰＦなどで排ガス対策を行うことになります。

お礼

回答ありがとうございます。
　EGRなど排ガスの再利用充填法はガソリン車ではなくなっているものがあるということですね。参考になりました。はじめて知りました。また排ガス中の炭酸ガスが燃焼温度を抑制し、窒素酸化物の生成を減らすわけですね。
　参考になりました。ありがとうございます。

回答No.3

opechorse

技術的には古い話ですが
ディーゼルは空気圧縮後、燃料インジェクションで燃料を噴射しますのでインジェクションの局所で空燃比を確保しています
酸素リッチでも影響が少ないわけです

ガソリンエンジンでは混合気をフラグで引火します
混合気の空燃比が一定でないと点火しないです
よって古いエンジンでは混合気の量を制限しています
酸素リッチでも点火するには
副燃焼室を設ける(CVCC)
直接燃料を吹き込む(GDI)
シリンダ内の流れを制御する等
プラグ周辺に局所的に空燃比を確保する技術が必要です

お礼

回答ありがとうございます。
　そうですね。ガソリンエンジンに関しても燃費と燃焼率を良くしようとした技術としてCVCCやGDI、D-4などが生まれたと思います。これは機構、発想としてはディーゼルエンジンに近いですね。その後ガソリンエンジンに関して多くの直噴機関が世に出てきたと思います。
　そうであれば、逆にどうしてディーゼルエンジンにガソリンエンジンのような予混合型のものが無いのでしょう？単純に燃焼可能な高圧縮比まで圧縮を進めていくと早期着火してしまうためなのでしょうか？
また、予混合型ディーゼルエンジンがもし出来たとしたらこの場合も通常の予混合型ガソリンエンジンと同じように吸入混合気量を制限するべきなのでしょうか？混合気内に多すぎるのは酸素なのでしょうか？窒素なのでしょうか？

回答No.1

Hiyuki

内燃機関は燃料と空気と混合された混合気を燃焼させて動力とします。
この混合気には理想(理論)空燃比というものがあり、簡単に言えば、空気と燃料の比率は
これに近い方がいいわけです。
で、本題ですけど、ガソリンエンジンはまず空気と燃料を混ぜて混合気を作り、
それをエンジンのシリンダーに送り込みます。そしてそれを圧縮して、点火、燃焼させます。

対して、ディーゼルエンジンはまず燃料をポンプ(最近は名称や機構が色々あります）
に溜めます。そして、シリンダー内の空気を圧縮し、高温になったところに燃料を吹き付け、燃焼させるわけです。
(物質は圧縮すると自然に高温になるため、その熱で燃料を燃やすわけです）

つまり、ガソリンは気体の状態でシリンダーに燃料を送る、ディーゼルは燃料を直接吹き付ける
ということです。
結果として、空燃比を調節するにはガソリンエンジンは空気の量を調節し、ディーゼルエンジンは燃料の量を
調節するわけです。

補足

回答をありがとうございます。
　理想空燃費は以前13とも言われていましたが、現在は使用燃料によってガソリンが14,5から14,7の辺り、ディーゼルが15辺りと言われていると聞いています。
　当初の質問の内容として分かりにくかったかもしれませんが、この理想空燃費がほぼ同じなのに方やガソリン機関は吸入空気量を絞り、かたやディーゼル機関は最大限空気を押し込もうとしています。もし理想空燃費が両者で10も20も違っていたらそれこそ吸入空気量の調整がどうの言った問題もありましょうが実際に違いがなくなってきている数値を見て疑問に思ったので質問をしたといったところなのです。
　また当初の質問でどうして理想空燃費といった言葉を使用しなかったかというと吸入に必要な物体は何でどのくらいが必要なのか、吸入に不要なものはいったいどんなものなどかを具体的に知りたかったためです。EGRなどを用いて充填効率を挙げる方法論などは燃焼質温度を上げすぎないためと現在主流の排気浄化用の三元触媒の活動阻害因子を減らすためだと聞いています。これなどは先の話とどういった関係があるかを知りたかったために質問をしたといったところなのです。
　質問の趣旨を分かっていただけたでしょうか？