エンジンの燃焼

質問

エンジンの燃焼

　お世話になります。　
　車に限らず、内燃機関のガソリン燃焼は、空気が当然　必要ですが、
　空気中には、酸素の他、窒素や二酸化炭素や、塵　等がありますよね。

　で、燃焼に必要なのは　酸素だけなのでしょうか？

　つまり、出来る出来ないは別として、吸い込む空気の酸素濃度が高いほど、
　効率良い燃焼　という事になり、様々な無駄が減る　と言うことになるのでしょうか？？

　変な質問で申し訳有りません。

回答No.3

oo14 · ベストアンサー

へんなものをすいこまないため、吸気口に金網をつけるのは昔からやっていました。
飛行機など上部に吸い込み口を設けて砂塵などを吸入しないように工夫しています。
重力の影響をうけるすべての空気を吸って動くものは上から吸ってしたから出します。

目の細かい中空繊維を使用して、酸素濃度を２１→２５％にあげ燃焼効率をあげるとか、
燃えにくいものを完全燃焼させることはよく行われています。
水道の浄水器のようなものを使えば、８０％ぐらいの酸素を作るのはかなり容易です。
より高温を得たい用途はいっぱいあり、そこらじゅうで使われています。
内燃機関がこれからも生き残っていこうとすると、排気ばかりでなく、
空気の前処理が今以上になされるようになるでしょうね。
もちろんそれに合わせたエンジンのキャブレターのセッティングが必要なのは
いうまでもないですね。（電子制御だと結構、その環境に追従しそうですが）

お礼

御回答有り難う御座います。

　なるほど　これはまたお詳しいですね。

　ひとつ　思いついたのですが、スポーツタイプのエアークリーナーで、
　円錐タイプがありますよね。
　あれって、吸気抵抗を減らすのと、吸気面積を稼ぐ為ですよね。

　吸気抵抗が同じ物どうしなら、インテークパイプの吸気口に ファンを付け、
　空気を押し込んだ方が　効率が良い様な気がしますが・・・（２輪には昔からありますね）

回答No.17

brenzo

結構昔にテレビ番組か雑誌の企画で、酸素ボンベを使って車を速く走らせられるか？
みたいな企画をみたことがあるような気がするんですけど、
酸素の導入システムをつけただけではダメで、結局いろいろな改造をして
「NOS搭載車」が出来上がって凄かったね、といった感じだったと思います。
記憶が適当なので何が良くなかったのか思い出せないのですが
つまるところ普通の空気を吸うのが一番良いってことになるんじゃないでしょうか
（酸素噴射→吸気中の酸素の割合の変化　NOS→過給機に近い性質（酸素の割合はあまり変えない））

しかしHKSでは凄いサービスがあるんですね・・・
私も走る場所の高度補正は気をつけていましたが、酸素濃度自体は盲点でした。
今度森の中でセッティング取ってくださいとお願いすることにします。

お礼

大変失礼ながら、この場をお借りし、皆様にお礼申し上げます。
　なんか　様子がおかしくなってきたようなので、閉じさせて頂きます。

　皆様　有り難う御座いました。

回答No.16

oo14

完全燃焼とは燃料のＣはＣＯ２に、ＨはＨ２０にする反応です。
窒素とかアルゴンがそこに必要な訳がないじゃないですか。
純酸素なら、ＮＯＸとか訳のわからないものの対応が不要です。
空燃比なんて関係ないです。
酸素濃度計は２０．９％で校正しますが、そんなレベルの
計測器さえついていない自動車というのは、いわば欠陥商品。
そのレベルで内燃機関を評価すること自体がすでに
論点がずれているような気がします。

回答No.15

ImprezaSTi

No.13の、自称：ＨＫＳプロショップ　パワーライター店　セッティング担当の方へ

　セッティングのプロである方が、間違えられているようですので。
「１４．７と言う数値は燃料１グラムが酸素１４．７グラムで・・・」と記載されていますが、
大間違いで、「酸素」では無く「空気」です。もっとよく勉強しましょう。
何のために、空燃比と記載されているのか考えれば直ぐ分かることですヨ。

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%A9%BA%E7%87%83%E6%AF%94

回答No.14

LB05

クルマの研究で食ってる者です。
　既に色々と回答が出そろってしまってますが、多少カンタンに。

>つまり、出来る出来ないは別として、吸い込む空気の酸素濃度が高いほど、
　効率良い燃焼　という事になり、様々な無駄が減る　と言うことになるのでしょうか？？

　ガソリンという燃料は、ストイキオメトリ（ガソリンの理論空燃比）＝14.7で燃焼効率が最高になります。故に酸素をヤミクモに増やして空燃比14.7を超えても、ウマく燃焼しなくなります。
　具体的には異常燃焼となり、燃焼温度が極端に上がります。同じ燃料の量で燃焼温度が上がるのは一見結構なことに見えますが、実際にはススが増え（これはカンタンに言うと燃料が燃え切っていないということです）、温度が高過ぎてプラグやピストンが溶け、また排気ガスの酸素濃度が増え三元触媒（排ガス浄化装置）が働かず、『毒ガス』をまき散らす様になります。

>で、燃焼に必要なのは　酸素だけなのでしょうか？

　燃焼そのものに必要なのは酸素だけですが、上述した様に燃焼に必要な燃料と酸素の混合比は決まっています。

>つまり、出来る出来ないは別として、吸い込む空気の酸素濃度が高いほど、
　効率良い燃焼　という事になり、様々な無駄が減る　と言うことになるのでしょうか？？

　やはり上述した様に、ストイキオメトリから大きく外れるほど酸素を増やしても、燃焼状態は悪化するだけです。

　っというワケですが、ついでに・・・他の疑問にも回答してしまいますと。

>　吸気抵抗が同じ物どうしなら、インテークパイプの吸気口に ファンを付け、
　空気を押し込んだ方が　効率が良い様な気がしますが・・・（２輪には昔からありますね）

　クルマや航空機のエンジンでは、２輪より遥かに昔から採用例があります。
　そのファンとは、即ちターボチャージャーでありスーパーチャージャーです（ただそのファンを電動モータで回していないだけです。スーパーチャージャーなど、1930年代のレーシングマシンには既に『当り前』の様に装着されていました。）
　もっと単純な、ラム圧（単なる走行風圧）を利用してエンジンに空気を押し込むシステムなんてモノは、クルマと言わずバイクと言わず、市販車と言わずレーシングカーと言わず、今ではフツーに普及しています。

>　そうですね。一つ一つ　無駄なものをエネルギーに変換出来れば、
　パワーもあって、環境にも優しいものが出来るかも知れませんね。

　冷却しなくてよいエンジンは、既に研究レベルで作られ、色々と発表もされています（例として・・・いすゞ自動車のセラミックエンジンなどは、もう２５年近くも前に『冷却不要』『熱損失ゼロ』を謳っていました）。
　ただ実際に作ってみると、冷却しないだけでは熱効率はそれほど上がらなかったんですよ。
　爆発力とはすなわち膨張力で、燃焼温度さえあげればリクツ上はOKなはずですが、しかしレシプロ構造では機構的な理由により熱エネルギを回転力（駆動力）として回収する効率が低く、熱力学上のプロセスを正確になぞってくれません。
　で、発生した熱エネルギを効率よく回収する手段が必要になります。

>　こうしている間にも、どこかで 研究開発が進んでいることを願います。

　熱エネルギの回収手段の研究は、こうしている間に進んでいます。
　現在最も研究が盛んなのは、（なんと）蒸気機関です。８年ほど前にBMW社が『将来的には内燃機ハイブリッドの熱回収システムとして蒸気機関を市販車に組み込む』と発表して以来、自動車研究分野で地味な？ブームが起こりました。
　それともう一つ。熱電素子（デジタル温度計に使われている熱電対の様な、熱を加えると発電する素子）を使ったシステムも、複数の研究機関、自動車メーカで研究されています。これは排気管に『熱電素子ジャケット』を被せるだけで発電してくれるというスグレもので、問題は熱電素子の熱―電力の変換効率にかかっていますが、コストや故障率を考えると市販車には非常に妥当なシステムだと思います。
　学会レベルの動きは、現状ではこれら２種類の熱エネルギ回収手段が有力の様で、論文もチラホラ散見されます。（ちなみにワタシ個人は、熱電対システムが最も有力ではないか？と考えています。）

回答No.13

rgm79quel

ＨＫＳプロショップ　パワーライター店　セッティング担当です。

空燃比というのは
大気の中の酸素と燃料が完全燃焼するための比率です。
この中には大気中に約3/4含まれる窒素分等は含まれません。

此処が重要なんです。

A/F計は残留酸素濃度を計測しています。

１４．７と言う数値は
燃料１グラムが酸素１４．７グラムで
ちょうど双方使い切るという数値です。

これに対して燃料供給量は
熱線式エアフロなどで
吸入空気量を計測し
その空気の計測量に対して決定されます。

ですので
大気中の酸素濃度が変化すると
エンジン制御が狂います。

吸気空気量を計測する術はあっても
吸気酸素量を計測術はないからです。

実際にかつてＦ１ターボ全盛時代
ホッケンハイムと言う森林の中のサーキットでレースのあった際
通常よりも酸素濃度が濃く
各車　希薄燃焼になり
ホンダ以外のハイパワーチームが
軒並みエンジンブローした事がありました。

私どもも酸素濃度は馬鹿に出来ないので
ハイパワー車の実走行セッティングは
森の中で行います。

実際に
街中とは空燃比が変わりますよ。

回答No.12

fxq11011

一般的に「燃焼」と言えば大抵は、急激な酸化反応を指す場合がほとんどです、従って酸化反応に必要なのは酸化される物（燃料）と酸素だけです。
燃料全部が酸化される量の酸素があれば良く、それを越える酸素は反応しません（不必要、従って濃度が高い程効率良い、は×）

回答No.11

ImprezaSTi

No9さん
No10さんへ

　両方とも間違えられていますので説明します。
(1)エンジンの吸気側に排気ガスを戻すのは、「内圧が上がってピストンを押す力が増すことによる」
　効率を上げるためではなく、元々は排気ガス対策のためです。(=EGR) 燃焼温度が低下がるので、
　排ガス中のNOX発生が低減するのを目的としています。あとは、その分、吸気抵抗が少なくなるので、
　スロットル損失が少なくなるので、効率が良くなります。
　(決して、内圧が上がってピストンを押す力が増すことにはなりませんので）
(2)A/F値が14.7というのは、あくまでも大気中だからであって、大気の中の酸素と燃料が
　完全燃焼するための比率です。この中には大気中に約3/4含まれる窒素分も含まれています。
　これが100%酸素中の燃焼であれば、当然、A/F値を変えれば対応出来ます。
　ディーゼルエンジンは、スロットルが無く噴射燃料の量によって制御しているので、
　低回転時は、エア過剰状態で燃料以上に空気がある状態となるので、余分な酸素と窒素が
　燃焼時の温度で結合してNOXが発生します。

　以上です。

回答No.10

oneone101

燃費を良くするためにわざわざ排気ガスを吸気ポートに戻す
（排気還流）こともやっているので、
酸素が濃ければ良いというものでもない。
この場合は酸素濃度をわざわざ低めている。
低出力運転時はシリンダー内にちょぴりの酸素と、ちょっぴりの
ガソリンだけがあるよりも、ちょっぴりの酸素と、ちょっぴりの
ガソリンと、シリンダーいっぱいの燃えない気体があった方が
より内圧が上がってピストンを押す力が増し、効率が上がる。

回答No.9

jam-23

そもそも、酸素濃度が高ければよい、というものじゃありませんよね。
A/F値が14.7というのが理論腔燃費とされます。
つまり、F(燃料)1gA(空気)14.7gにたいして、A(空気)14.7gということ。
濃すぎても、薄すぎでも駄目で、効率悪くなります。

ちなみにディーゼルは空気過剰率で表したと記憶していますが…
はるか昔に勉強したので忘れちゃいました（苦笑）

回答No.8

opechorse

単純に内燃機関で酸素が多いと性能が良くなるというのは
酸素濃度である必要は無く、絶対量でいい
とすると、あえて技術的に大変な窒素除去でなく
窒素も含めて、シリンダ内に大気圧以上の空気（酸素+窒素）を送り込めばいい
だから、空気中を走行する自動車には
ターボチャージャーなりスーパージャージャーなどの
加給装置で十分であるということです

危険な酸素タンクを積載するよりも安全だし
タンク内が空になるとおもりになる分不要ですからね