エンジンの燃焼室について

ディーゼルエンジンのヘッドシリンダー側が平らなのは何故ですか？ガソリンエンジンの燃焼室側にペントルーフ等の凹形状が必要な理由と合わせて、分かりやすく教えてもらえますか？

No.7 回答者： loftybridge 回答日時： 2019/09/08 23:58

端的に言って、ディーゼルでは圧縮比が高いからです。

※ガソリンエンジンのペントルーフ型は、元々は以下のメリットがありました。
①プラグが燃焼室センターに置ける
　吸排気抵抗を減らす為に大径バルブを装着しても、バルブを傾けるとバルブステム間に空間が得られ、そこに点火プラグを通す事が可能になります。
　吸排気で対象形状のセンターにプラグが置けるということは、火炎伝播の効率で有利に働きます。
②掃気が働き易い
　吸気ポートと排気ポートが相対している為、バルブオーバーラップ（吸気と排気の両方のバルブが開いている状態）での掃気（入って来た新気が燃焼ガスを押し出す現象）がよく働き、吸排気効率が上がります。
③スキッシュエリアを設けることも可能
　ペントルーフ登場以前の、ペントルーフとよく似たヘミヘッド（半球型燃焼室）ではスキッシュエリアが取り難く、ペントルーフの方が『設計自由度が大きい』と言えます。

※しかしペントルーフでは『三角柱を横倒し』にした様な形状の燃焼室が残ってしまい、圧縮比を更に上げようとすると、ピストンヘッドを盛り上げるしかありませんが（この、ペントルーフのまま高圧縮比化するピストンは、発明会社の名を取り『コスワース型ピストン』と呼びます）、しかしそうすると圧縮上死点での燃焼室形状が『円錐の表面形状＝コーン形状』となり、燃焼室もピストンもフラットなものよりも、燃焼ガスが接するヘッドとピストンの『表面積』が増えてしまいます。

※燃焼ガスに対しヘッドやピストンが接する面積が大きいということは、燃焼の熱エネルギがヘッドやピストンに逃げてしまうことを意味し、そうなると熱力学的な『熱効率』が上げられなくなります。（燃焼室の面積が広い為に効率を落としているエンジンの代表はロータリーエンジンで、だからロータリーは①同じ馬力なら、レシプロよりも常に燃費が悪い　②エンジンルームの雰囲気温度が、レシプロよりも高い‣・・となっています。メルセデスを始め世界中の、マツダ以外の自動車メーカーがロータリーエンジンの開発を2～3年で断念したのは、マツダの年寄りどもが主張する様に『アペックスシールが作れなかったから』ではなく、それ以前に『熱力学的に不成立な点を改善出来ない』ことが判明したからです。当時のマツダには優秀な熱力学者がいなかった様で、逆に言いますと今は優秀な熱力学者が揃っているので、スカイアクティブの様な優れたレシプロエンジンを作りつつ、『根本が既におかしい』ロータリーの開発をやめたとも言えるでしょう。）

※さて。
　超高圧縮のディーゼルエンジンでは、熱効率を考えると燃焼室表面積が大きくなるペントルーフ＋コスワース・ピストンはあり得ず、燃焼室表面積が最小となるフラットヘッド＋フラットピストンとなります。（直噴だと燃料を噴射する空間が必要になりますが、そういうエンジンではピストン側に燃焼室を設ける＝ピストンの真ん中が『タコツボの様に』凹んでいます。）

※それなら、ガソリンでフラットヘッドにしたら熱効率が上がるのでは？っというと。
　もしそういう疑問を持ったなら、正解です。
　現在のガソリンエンジンでは、バルブ挟み角（吸気バルブと排気バルブの角度。この角度がゼロ＝両バブルが平行に配置されていると、燃焼室はフラットになります）を極端に狭くする傾向があります。
　勿論、ガソリンエンジンでは点火プラグを燃焼室センターに通す関係で完全なフラットヘッドには出来ませんが、吸排気バルブが直立に近く、フラットに近いペントルーフとなっています。（実はこの、バルブ鋏み角をゼロに近づけて高圧縮比化するアイデアも、英国コスワース社が考案したものです。）

No.6 回答者： かつみ先輩 回答日時： 2019/09/08 19:44

空気を14分のⅠに、圧縮して、熱々にしたところに、燃料を入れて、自然着火。

圧縮比を、上げるために、頭部を平らにしている。燃焼室は、ピストン上部につけた、くぼみで、バルブは、直立。ガソリンエンジンは、バルブを、斜めにして、吸排気効率を、上げている。

No.5 回答者： c200ohv 回答日時： 2019/09/07 23:07

あ、ちなみにオートバイでもディーゼルはあります。

近年だとロイヤルエンフィールドのロビンがありました。
今は製造されていませんが排ガス規制が厳しくなる2000年までは間違いなく売ってましたし、販売直後から
一定の人気もあったので中古でも出てくるかと思います。
鬼トルクで面白かったようですよ。

No.4 回答者： c200ohv 回答日時： 2019/09/07 23:03

ディーゼルは自然着火させるために高圧縮にします。

火炎の伝播も表面より離れたところで起こるので、ガソリンエンジンとはちょっと考え方が異なります。
ワシはこのあたり詳しくないので理由とトレンドは日野自動車にでも聞いてください。

ガソリンエンジンの場合はプラグを起点にして火炎が伝播していくため、短距離で伝播できるように真っ直ぐな燃焼室形状にするのがトレンドです。
昔は効率だけを求めてS/V比最優先だったので球形燃焼室が主流でしたが、そこから多球形になりスワール効果も狙うようになり…
最終的には「ショートストロークで広がった燃焼室で高回転まで回したら火炎伝播が追いつかねーよ！とにかく早く燃やせ！」ってことになって
ペントルーフに至っています。スワールに関しては今でも生きていますね。
伝播が速い＝アンチノック性能が高いので、四輪の低回転エンジンでもペントルーフを基本とした形状になってます。

No.3 回答者： 噛めんサイダー 回答日時： 2019/09/07 21:34

がそりんは点火着火、ディーゼルエンジンは圧縮熱による自己着火の違いだからじゃないですか？

この回答へのお礼

が、なぜヘッドシリンダー側の形状に関係するのか理解できていないので質問しました。ありがとうございます。

お礼日時：2019/09/07 21:38

No.2 回答者： GOMΛFU 回答日時： 2019/09/07 21:33

いくら中古といえバイクにディーゼルは使われていなかったような気もしますが。

http://www.isc.meiji.ac.jp/~re00111/contents/05_ …

この回答へのお礼

ありがとうございます。資料目を通します。

お礼日時：2019/09/07 21:37

No.1 回答者： daaa- 回答日時： 2019/09/07 21:22

発火・炎の伝搬・全燃焼等の仕組み過程が違うからでしょう。

両エンジンの燃焼の違いについては色々なサイトがありますから検索願います。

この回答へのお礼

ありがとうございます。ディーゼルは要らないから平、ガソリンはいるから凹形状くらいの認識でした。少し調べてみます。

お礼日時：2019/09/07 21:37