クルマの燃料と言うと、ガソリン、軽油(ディーゼルエンジン)、電気(ハイブリッドや電気自動車)等ですねぇ~
特にガソリンの場合、このガソリンに空気を混ぜたものを混合気と言います
この混合気中の酸素と燃料が、過不足なく反応する時の空燃比を理論空燃比と言います
例えば、エタノールを含有しないガソリン1gの燃焼には空気14.7gが必要であり、ガソリンにおける理論空燃比は14.7となる訳です
理論空燃比よりも濃い混合気の状態を混合気が「リッチ」であるといい、薄い状態を「リーン」であると言います
理論空燃比のことをストイキオメトリー(通称:ストイキ)とも言います
(マツダのスカイアクティブテクノロジーはこの理想空燃比を究極に突き詰めたエンジンです
)
[乗用車用ガソリンエンジンの実際の空燃比について]
ガソリンエンジンでは排気ガス浄化のために三元触媒が使われております
これが有効に機能するためにはストイキ近傍で燃焼させることが必要ですが、エンジンは常にストイキで燃焼しているわけではなく、燃費に有利で有害排出物質が少なくなるリーン傾向の経済空燃比と、出力を稼ぎやすく発進時や加速時に使われるリッチ(過濃)傾向の出力空燃比を使い分けて走行させています
負荷の状況によって空燃比は使い分けられており、常にその値は変化しています
さらに、高回転化したエンジンでは、熱負荷の軽減(冷却)のためリッチ傾向で運転されることが多くなります
(急加速、減速を繰り返す走行や最高速走行では燃費は極端に悪化するのは、リッチ方向で燃料を噴いているためですねぇ~
)
ストイキのまま回転数を上昇させると、たとえ点火時期を早めても排気バルブの開弁後かなりの時間にわたり燃焼が終了せず、アフターファイアーを発生させます
(因みにインテーク側に燃焼排気するのをバックファイアーと言い、エキゾーストに燃焼排気するのをアフターファイアーと言います
しかし私は解説で解りやすく説明するために、総称してバックファイアーと呼んでいる場合があります
)
高出力時には発生する熱量そのものも膨大となり、シリンダーやシリンダーヘッド内壁面、バルブシートその他からの放熱だけでは間に合わなくなるために、結果として主に排気バルブやピストンの溶損等を生じる場合があります
(高出力時に、排気ガス温度が高いために三元触媒が過熱し、溶損する可能性があるので、高速走行後は一定の時間をアイドリングさせて触媒等の排気を冷却させましょう
)
これを防ぐため、空燃比をかなりリッチ傾向の設定をします。これにより燃焼速度が高くなり、アフターファイアーが緩和されます
また、燃焼しきれないガソリンの気化潜熱(蒸発熱)により、バルブ周りやシリンダー内が冷却される(排気と共に排熱される)
しかし、この状態での運転は、燃費が悪化するのはもとより、三元触媒が働かないなどの弊害もあるのです
このため高速連続運転の比率の高い欧州車等の一部の乗用車では燃費改善のため、金属ナトリウム封入排気バルブの採用(バルブ溶損の防止)しています
(日本では日産GT-Rが採用)
シリンダー壁面材料を高い熱伝導率を持つアルミ等へ変更(シリンダ壁面放熱性の向上)等を行い、ガソリン過剰を少しでも改善させる方策が採られているが、技術上の問題やコストの観点から、多くの乗用車に普及するまでには至っていません
さらに、冷間始動時にも理論空燃比が使われることはありません
冷間時には、混合気中の気化が促進されず、燃料が吸気ポート壁面や吸気バルブに付着してしまい、結果として燃焼するのに十分な燃料が燃焼室まで達しないためでもあります
この付着分を考慮したリッチな混合比の設定を行います
エンジン始動後、冷却水温の温度上昇に応じて、この冷間始動時の燃料増量が減少するように制御されています
このように、空燃比とはエンジンの出力向上と燃費、エンジン内部の冷却など大切な要素なのですねぇ~
改めてエンジン制御の凄さに驚くさーぱぱなのですねぇ~
Posted at 2015/06/17 03:47:46 | |
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