空燃比って知ってますか?

2019年3月19日

エンジン開発をしている中で避けて通れない排気ガスについてです。

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理論空燃比ってご存知でしょうか?
自動車はガソリンで走っていますが、燃焼させる為には空気(酸素)が必要です。 このガソリンと空気を混ぜたもの(これを混合気と言います)に着火して爆発させてエンジンを回しています。

そして、この混合気の中の燃料と空気の割合を空燃比と言います。
理論上の理想空燃比は 1:14.7 (燃料 1 に対してい空気 14.7)

この状態で燃やすと一番燃えカスが少なくなるって事です。
それでも、排気ガスの中には有害な物質が含まれており、排気経路中に三元触媒というものを設置し、3種類の有害成分(炭化水素 (HC) 、一酸化炭素 (CO) 、窒素酸化物(NOx))を酸化・還元によって同時に浄化します。

常に理想空燃比で燃やす事が出来ればいいんですが、実はそう簡単ではありません。

北海道の冬のように寒いと燃えずらいので、多少燃料を多めにしたり、
燃費に有利で有害排出物質が少なくなる希薄燃焼にしたり、逆に出力を稼ぎやすく発進時や加速時に使われる過濃燃焼したりと、その時々で比率が変わってきます。

燃料を正しく燃やすためには、エンジン内の混合気の割合と、着火タイミング、そしてどのぐらい圧縮するのか...気の遠くなるような微妙なバランスでエンジンは動いているのです。

燃料を薄くすると、有害排出物が少なくなる...と思いきや、同時に燃えずらくなってしまい、未燃焼の物質がかえって多くなって排気ガスが汚くなったり、あの悪名高きPM2.5が発生してしまったりと、なかなか厄介なのです。

そして、排気ガスを浄化する三元触媒ですが、HCとCOは酸素をもらって、浄化されるけNOxは酸素を置いてくる事によって浄化される。
従って、多酸素状態ではNOxが反応しずらくなるので機能を発揮できないんです。

出来るだけ、1:14.7 の理想に近い状態で燃やしたい...

その為には、もの凄く技術開発しなけりゃならないかなぁ...
しかし、その非常に難しい技術を開発した自動車メーカーがあります。
 そうマツダです。
マツダのスカイアクティブというエンジンは、予混合圧縮着火という方式で、 この難しい燃焼を可能にした世界で唯一のエンジンです。
燃費も良く、かつ有害物質も少なく、出力も十分。
なので、トヨタさんも、EV技術を提供する代わりにスカイアクティブの技術を 獲得しようとしたのでしょう。

私達はまだ、何も作ってません。
作る予定の物はエンジンが回転する模型です。
実際に動く物を作るのはだいぶ先だなぁ~

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