ACCEL [ ホーム | 作業内容 | Q & A | エンジンのお話 | 作業日誌| 経歴 | 会社概要 ]

ホーム > エンジンのお話 > 燃焼について

第4回 燃焼について

・今回は、’燃焼’についてですが、以前は’爆発’とも表現されていましたが・・・こちらの方がわかりやすい
かもしれませんが・・・   一般的な、燃焼の3要素というのを、ご存知でしょうか?
Engが調子よく回るためには、1、良い圧縮 2、良い火花 3、良い混合気 の3要素があります。
どれひとつ とってみても、ちょうど良い量であったり タイミングであったりと条件は必要です。
・燃料のガソリンは、大気中で火を着けても 気化したベーパーがメラメラ燃えるだけで、とても爆発というには
頼りなく、火の勢いや温度も低く何の役にもたちません。
そのガソリンの燃焼パワーを引き出すために、圧縮されたシリンダ内で火を着けることで、急速燃焼(爆発)に
かえ、ピストンを押し下げ、クランクを回し動力として取り出すのです。
 1、良い圧縮ですが、ガソリンEngの場合、コンプレッションが何kpaというよりは、圧縮比がいくつといった方が
わかりやすいかも知れませんが、昔は、NAで8.5 Turboで8ぐらいでしたが、今では、NAで普通に10はあります。
高圧縮比化は、膨張比が大きくなり熱効率が向上し、パワーや燃費を向上させますが、あまりに上げすぎますと
ノッキングの問題や、コンプレッションが上がりすぎて、スタータが回せない等 不具合が生じます。
また、よく聞く話ですが、各気筒のコンプレッションのばらつきですが、100kpa以上あると、ちょっとEngハードを
点検したいところですね・・・
 2、良い火花ですが、ピストンが圧縮工程に入り圧縮上死点前に点火を行い着火させます。
プラグは放電し火花を出しプラグ周りの程よい混合気に着火させ、その後は、火炎伝播により火が伝わります。
この時の火炎の色は(A/Fにもよりますが)青い色(ブルーフレーム)がプラグの周りから燃焼室の端に広がって
行きます。プラグの火の強さですが、大気中で火を飛ばすよりも、燃焼室内は条件が厳しく、それなりの電圧が
必要になります。それは空気を圧縮すると密度が高くなり必然的に放電しにくくなるためです。次にタイミングですが
MBT(ミニマムアドバンス ベストフォートルク)ということをご存知でしょうか?トルクが一番出る遅角した点火時期
とでもいうのでしょうか。一般にEng回転や負荷を一定にして点火時期を進角側からじょじょに遅らせていくと
トルクは進み過ぎでは出ないものの 少しずつ遅角すると徐々にトルクは出てきます。そしてあるタイミングを
過ぎるとトルクは下がります。このように点火時期は最適なポイントがあります。(ただし、高負荷域のノッキング
ゾーンはさらに遅角しノッキングを回避します)
点火系ですが、構成部品で一番肝心なのは、プラグです。最近は、イリジウム系が性能がよく、ACCELでも
交換しますが、中心電極の細いものは、性能は良いものの、耐久性は少々厳しいようで、消耗品という考えで
定期交換すべきでしょう。
 3、良い混合気ですが、一般的にA/Fと表現しEng出口の排ガス濃度?をセンサーにて測定しているのが
現状です。理論空燃比は14.7位で出力空燃比は12.5と言われています。 Engの運転状態は、冷えている
ときから、暖気が取れた状態。外気温・気圧等いろいろな気象条件でも、調子良く運転できないといけません。
ですから、気象条件やEngの油水温により、おのずと要求A/Fが違ってきます。当然Engのハードの仕様にも
より、最適なA/Fが必要となってきます。また、出力向上に合わせるため、インジェクターの流量をUPさせた
場合などは、低流量域の精度が悪くなり、アイドルが悪くなったりすることがあります。(燃焼室のプラグ周りに
程よい混合気をいかに留まらせるかが重要になってきます。)
 上記のように、Engを調子よく運転させるには、いろいろな条件があり、それをEngハードとしての確保と
制御のソフトが、あいまってEngとして成立するのです。

次に、シリンダ内のガス流れについてですが、これも一般に、スワールやタンブルと表現し全体の流れ方を
示しています。 スワールは、横の流れをいい、タンブルは縦の流れをいいます。確かに、3000rpm位までは
そのような方向に流れている様に見えますが、実際はグチャグチャです。特に排ガスや燃費測定のための
モードでは、Eng回転や負荷が低いため、比較的 それなりの方向に流れ燃焼時間の短縮や薄いA/Fでも
着火しやすいように、プラグ周りに程よい混合気を集めたりと効果はあります。(燃焼室の直接撮影や
シュリーレン撮影をして実際にみてきた私が言うのですから、間違いありません。ただし’88当時のこと)
でも、本当は、もっと高い回転・高負荷の領域を見てみたいですよね。この領域に入ると、小細工は効かず
設計思想や加工等の条件から、思考錯誤を繰り返し、そのEngのベストをみつけだす作業をします。
出力向上のためには、より多くの空気を入れ、そして気持ちよく出すかということにつきます。また、Eng
本体のフリクションの低減も地味ですが、大切なパワーUPの要因の一つです。

・燃焼といえば、燃焼室形状(ピストン冠面形状も含む)が、性能に大きく影響します。以前 自動車メーカーに
在籍していたときの上司は、燃焼室は18才の○○の形状・大きさがいいんだよね!とよく言っていました?。
Engを、何の制約もなく 1から設計するのであれば、それも可能でしょうが、レースでもレギュレーションという
ルールがあり、必然的に大きさは制限されてしまいます。現実は、燃焼室を造り直すことは難しく、STDの状態から
どれだけ、性能を引き出すかという点で、チューナーの腕が試されるのでしょう。
また、燃焼室の形状ばかりに目がいきがちですが、実は、燃焼室をどう冷やすかということも、重要なポイントです。
要するに、燃焼室まわりの水流れが、燃焼そのものを左右することもあり、燃焼室というよりは、シリンダヘッドを
どう設計しているかという事になります。(高負荷域では、点火時期のMBTはノッキングのため設定できず、
点火時期は遅らせなくてはなりません。仮に圧縮比を上げてみたものの、ノックで点火時期を遅らせるので
あれば、何の意味もありません。そこで、ノッキングに強いヘッドが必要になってきます。)

・次に、燃焼解析の手法ですが、一般的には、燃焼室内に圧力センサーを取り付け、また、クランクシャフトの
角度を正確に計測するためにロータリーエンコーダーを使用し、各クランク角度あたりの筒内圧力を測定し
解析ソフトで解析します。そして、平均有効圧・変動率・熱発生(マスバンド)等を解析します。
もうひとつは、燃焼撮影です。カメラよる直接撮影や、レーザーを光源にしたシャドウグラフやシュリーレン撮影で
目に見える画像で解析する手法です。当時は400フィートのフィルムで3000コマ〜30000コマ/秒のスピードで
撮影していました。

ACCEL
accel-edo@mbh.nifty.com
〒236-0002 横浜市金沢区鳥浜町 2-47
TEL 045-778-6086 / FAX 045-778-6087
AM 9:00 〜 PM 8:00