クルマの異常燃焼「自己着火」とは？
車を知りたい
先生、「自己着火」って火花点火エンジンで勝手に燃料が燃えちゃう現象のことですよね？でも、点火前に起こるのがデトネーションで、点火後だとノッキングって書いてあるんですけど、違いがよく分かりません。
自動車研究家
良い質問ですね！どちらも自己着火で起こる現象ですが、発生のタイミングが違います。 デトネーションは火花が飛ぶ前に、ノッキングは火花が飛んだ後に起こります。
車を知りたい
なるほど。タイミングが違うんですね。ノッキングは火花が飛んだ後なのに、なんで勝手に燃えちゃうんですか？
自動車研究家
火花が飛んで燃焼が始まっても、エンジン内の全ての燃料が一瞬で燃えるわけではありません。ノッキングは、まだ燃えていない燃料が、圧縮熱などで高温・高圧になってしまい、勝手に燃焼してしまうことで起こるんです。
自己着火とは。
「自己着火」とは、自動車の火花点火エンジンにおいて、本来火花で燃焼させるはずの燃料が、火花なしに自然に燃え始める現象です。似た現象に「デトネーション」と「ノッキング」がありますが、「デトネーション」は点火前に燃料が爆発的に燃焼してしまう現象を指し、「ノッキング」は点火後、火花による火炎が全体に広がる前に、一部の燃料が先に燃焼してしまう現象を指します。ノッキングは点火後に起こりますが、これは残っていた未燃焼のガスが自己着火することによって発生します。
自己着火のメカニズム
ガソリンエンジンは、スパークプラグによって混合気に着火し、爆発的な燃焼によってピストンを動かしています。しかし、本来スパークプラグによって着火されるべきタイミングよりも前に、混合気が高温・高圧にさらされることで、自ら発火してしまう現象があります。これが「自己着火」です。
デトネーションとノッキングの違い
エンジン内部で起こる異常燃焼には、いくつかの種類があります。その中でも「デトネーション」と「ノッキング」は、名前が似ていることもあり混同されがちです。どちらも異常燃焼であることに変わりはありませんが、発生メカニズムやエンジンに与える影響は大きく異なります。
まず、デトネーションとは、混合気が圧縮熱によって自己発火し、火炎面とは別に爆発を起こす現象です。これは、非常に速い燃焼速度で、衝撃波を伴う激しい爆発となります。この衝撃波がシリンダー壁などを叩くことで、金属を叩くような音が発生します。デトネーションはエンジンに深刻なダメージを与える可能性があり、最悪の場合、エンジンブローに繋がることもあります。
一方ノッキングは、点火プラグによって着火された火炎面から燃焼が進む通常の燃焼過程で、未燃焼の混合気が圧縮熱によって自己着火してしまう現象です。デトネーションほどの激しい爆発ではありませんが、エンジンからノック音と呼ばれる異常音が発生します。また、出力低下や燃費悪化の原因となるだけでなく、長期間放置するとエンジンにダメージを与えてしまう可能性があります。
自己着火が引き起こすエンジンへの影響
自己着火は、スパークプラグによる着火を待たずに混合気が燃焼してしまう現象です。 本来、エンジンの燃焼はスパークプラグによって厳密に制御されるべきものですが、自己着火が起こるとこの制御が乱れてしまいます。その結果、ノッキングと呼ばれる異常燃焼を引き起こし、エンジンに深刻なダメージを与える可能性があります。具体的には、ピストンやシリンダーヘッドに損傷が生じたり、エンジン出力の低下や燃費悪化につながったりするケースも少なくありません。最悪の場合、エンジンが故障し、走行不能に陥ってしまうことも考えられます。
自己着火が発生する原因
ガソリンエンジンにおける自己着火は、スパークプラグによる着火よりも前に、混合気が燃焼室内の高温にさらされることで、意図せずに燃焼が始まってしまう現象です。
この自己着火は、いくつかの要因が重なることで発生しやすくなります。
まず、エンジンの高温化が挙げられます。
高負荷運転が続いたり、冷却システムに不具合があると、燃焼室内の温度が過度に上昇し、自己着火のリスクが高まります。
次に、燃料の性状も関係します。
ガソリンにはオクタン価という指標があり、オクタン価が低いほど自己着火しやすくなります。
また、燃焼室内の堆積物も要因となります。
燃料やエンジンオイルの燃え残りが堆積物となり、これが高温化を促進することで自己着火を引き起こしやすくなります。
自己着火を防ぐためには
自己着火は、ガソリンエンジンにとって非常に有害な現象です。自己着火を防ぐためには、いくつかの対策を講じることが重要となります。
まず、エンジンオイルの選定が重要です。高温に強いオイルを選ぶことで、オイルの劣化による自己着火のリスクを低減できます。また、適切な運転を心がけることも大切です。エンジンを高回転で回し続けたり、長時間のアイドリングを避けたりすることで、エンジンの温度上昇を抑え、自己着火を防ぐ効果が期待できます。さらに、定期的なメンテナンスも欠かせません。特に、スパークプラグの状態や燃焼室のカーボン堆積は、自己着火に大きく影響するため、定期的な点検と清掃が必要です。
これらの対策を講じることで、自己着火のリスクを抑制し、エンジンを健全な状態に保つことが可能になります。