ディーゼルエンジン: 燃料噴射量の影の主役「有効ストローク」
車を知りたい
先生、「有効ストローク」って、ディーゼルエンジンの燃料噴射ポンプの部品の名前なんですよね？
自動車研究家
うん、部品の名前というより、プランジャーが燃料を送る時の「距離」を表しているんだ。プランジャーが動くことで燃料が送り出されるんだけど、「有効ストローク」はその動ける距離のことなんだよ。
車を知りたい
距離で燃料の量が変わるんですか？
自動車研究家
そうなんだ。有効ストロークが長ければたくさんの燃料を送り出せるし、短ければ少しの燃料しか送り出せない。だから、エンジンの回転数やパワーに合わせて、有効ストロークを調整して燃料の量を変えているんだよ。
有効ストロークとは。
「有効ストローク」とは、ディーゼルエンジンの燃料噴射ポンプで使われる用語で、プランジャーが燃料を加圧して送り出す際の有効なストローク量を指します。燃料の量を調整するには、コントロールスリーブを左右に回転させて、燃料のカットオフポイントが変化するタイミングを調整します。例えば、コントロールスリーブを左に動かすと有効ストロークが短くなり、燃料噴射量は減少します。逆に右に動かすと有効ストロークが長くなり、噴射量は増加します。このコントロールスリーブはガバナーと連動しており、エンジン回転数などに応じて自動的に燃料噴射量を調整します。一方、コモンレール式ディーゼルエンジンでは、噴射弁の開閉時間を調整することで燃料噴射量を制御します。
ディーゼルエンジンと燃料噴射
ディーゼルエンジンは、ガソリンエンジンと異なり、吸入行程で空気のみを取り込みます。その後、ピストンが上昇して空気は高温・高圧に圧縮され、そこに燃料を高圧で噴射することで自己着火・燃焼します。
このため、ディーゼルエンジンにおける燃料噴射は、エンジンの出力や燃費性能を大きく左右する重要な要素となります。最適なタイミングで、最適な量の燃料を噴射することで、効率的な燃焼を実現することが求められます。
有効ストロークとは？
ディーゼルエンジンの性能を語る上で、燃料噴射量は重要な要素です。しかし、実際にエンジン内部で燃料噴射に利用できる範囲は、ピストンの動きによって制限されています。 この燃料噴射に有効に使えるピストンの移動距離こそが、「有効ストローク」と呼ばれるものです。
有効ストロークは、燃料噴射の開始時期と終了時期によって決まります。噴射開始時期が早すぎると、圧縮行程の初期段階で燃料が噴射されてしまい、十分な圧縮と混合が行われません。逆に、噴射終了時期が遅すぎると、膨張行程が始まってしまい、排気と一緒に燃料が排出されてしまいます。
このように、有効ストロークは、ディーゼルエンジンの燃焼効率や出力特性に大きな影響を与える重要な要素なのです。
コントロールスリーブの役割
ディーゼルエンジンにおいて、燃料噴射量はエンジンの出力や燃費を大きく左右する重要な要素です。そして、この燃料噴射量を陰ながら調整しているのが「有効ストローク」です。有効ストロークとは、燃料噴射ポンプ内のプランジャと呼ばれる部品が実際に燃料を押し出すために動く距離のことを指します。
コントロールスリーブはこの有効ストロークを調整する上で重要な役割を担っています。コントロールスリーブはプランジャの外側に備え付けられており、回転させることでプランジャの有効ストロークを変化させることができます。エンジンの回転数や負荷に応じてコントロールスリーブを回転させることで、最適な燃料噴射量を実現しているのです。
コントロールスリーブの動きは、アクセルペダルと連動しています。アクセルペダルを踏み込むと、コントロールスリーブが回転し、プランジャの有効ストロークが長くなります。その結果、燃料噴射量が増加し、エンジン出力が高まります。逆に、アクセルペダルを戻すと、コントロールスリーブが逆回転し、有効ストロークが短くなります。これにより燃料噴射量が減少し、エンジン出力が低下します。
このように、コントロールスリーブはディーゼルエンジンの燃料噴射量を制御する上で欠かせない役割を担っています。有効ストロークを変化させることで、エンジンの出力や燃費を最適に調整しているのです。
有効ストロークによる燃料噴射量の調整
ディーゼルエンジンの心臓部である燃料噴射システムにおいて、燃料噴射量を緻密に制御することが、エンジンの性能と排ガス浄化に不可欠です。 この燃料噴射量の調整において重要な役割を担っているのが、「有効ストローク」という概念です。
有効ストロークとは、燃料噴射ポンプのプランジャが実際に燃料を圧送する行程の長さを指します。プランジャの全ストロークのうち、燃料噴射に寄与する部分だけが有効ストロークとなり、その長さを変化させることで、噴射される燃料の量を調整します。
従来の機械式燃料噴射ポンプでは、エンジン回転数や負荷に応じて、カムの形状やリンク機構によって有効ストロークを機械的に制御していました。しかし、近年の電子制御燃料噴射システムでは、燃料噴射時期や噴射圧力だけでなく、有効ストロークも電子制御することで、より精密な燃料噴射量制御を実現しています。
これにより、エンジンの運転状況に応じた最適な燃料噴射が可能となり、燃費の向上、排ガス中の有害物質の低減、そしてよりスムーズなエンジン出力特性などが実現されています。
コモンレール式との比較
ディーゼルエンジンの燃料噴射システムにおいて、コモンレール式は高圧・精密な燃料噴射を実現し、排出ガス浄化や燃費向上に大きく貢献してきました。しかし、従来型の「有効ストローク」による制御方式も、そのシンプルさと信頼性から、現在でも幅広く採用されています。
有効ストローク方式は、燃料噴射ポンプ内のプランジャーのストローク長を変化させることで、噴射量を調整します。これは、コモンレール式のように複雑な電子制御を必要とせず、機械的な構造によって実現できるため、堅牢性やコスト面で優れています。
一方、コモンレール式は高圧燃料を蓄圧したコモンレールから、電子制御されたインジェクターによって燃料を噴射します。噴射圧力やタイミング、噴射回数などを細かく制御できるため、より精密な燃料噴射が可能となり、排出ガス低減や燃費向上、静粛性の向上などに貢献します。
このように、有効ストローク方式とコモンレール式はそれぞれに特徴があり、用途や求められる性能によって使い分けられています。有効ストローク方式は、そのシンプルさや信頼性の高さから、現在でも建設機械や農業機械など、耐久性が求められる分野で活躍しています。