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ガソリンエンジンとディーゼルエンジンの違い3つ!比較すると熱効率や寿命が全然違う?!

自動車用のエンジンには主にガソリンエンジンとディーゼルエンジンがありますが、ガソリンエンジンは乗用車、ディーゼルエンジンはトラックやバス、というイメージがありますよね。

しかし2つのエンジンのどんな違いがこういった使い分けに繋がっているのか知らない方も多いと思います。

そこで今回はガソリンエンジンとディーゼルエンジンの違いについてご説明しましょう。

ガソリンエンジンとディーゼルエンジンの違い

車のエンジン

ガソリンエンジンとディーゼルエンジンはある程度車種による使い分けがされていますが、実際にはどちらのエンジンも乗用車用、トラックやバス用の両方に使われています。

しかし普通はエンジンの違いといっても普通は燃料の違いぐらいしかイメージはなく、ガソリンエンジンではガソリンが燃料、ディーゼルエンジンでは軽油が燃料で、燃料を間違えなければよいぐらいしか気になりませんよね。

ですがガソリンエンジンとディーゼルエンジンはエンジンの特性や得意とする走行条件などの違いもあり、環境性能についても差があります。

まずはそういったガソリンエンジンとディーゼルエンジンの構造的な違いをご説明していきます。

ガソリンエンジンとディーゼルエンジンの構造

ガソリンエンジンとディーゼルエンジンの大きな違いは使用する燃料が違うことですが、これはそれぞれの燃料が得意とする燃焼状態が違うからで、燃料に対応した構造の違いがあります。

燃料の燃え方の違い

ガソリンも軽油もどちらも石油から生成される石油系燃料で、原油から特定の成分のみを分離して作られます。

基本的には燃やしたエネルギーでエンジンを駆動させるのですが、その燃え方には大きな差があります。

ガソリンは揮発油とも呼ばれる燃料で、常温でも気化する特性があり空気と非常に混ざりやすい燃料です。そのためわずかな火種さえあれば点火することが出来、その熱量も高いのです。

それに対してディーゼルエンジンの燃料である軽油は常温では気化することがなく、ちょっとした火種では発火しない性質を持っています。

その代わり軽油には自己発火温度が低いという特徴があり、燃料の温度が高くなるとガソリンより早く発火します。

自己着火とは燃料の温度がある一定以上に達すると自然に発火する現象で、点火する火種などは不要です。

こういった燃料の違いにあわせた点火機構をそれぞれのエンジンは持っており、それが構造的な差に繋がっています。

点火構造の違い

ガソリンエンジンとディーゼルエンジンはどちらもピストンで燃料と空気を圧縮し、爆発によって出力を得るレシプロエンジンです。

ですが点火機構には大きな違いがあり、それこそがガソリンエンジンとディーゼルエンジンを分ける点です。

ガソリンエンジンはガソリンと空気の混合気に点火するために火花点火装置が組み込んであり、電気火花によって点火するスパークプラグが一般的です。

エンジンのピストンストロークで決まる圧縮非は10:1から最大でも14:1が限界です。

基本的にはガソリンと空気をシリンダーの外であらかじめ混合しておいて、シリンダー内でそれを圧縮、最後にスパークプラグで点火して爆発を起こします。

ディーゼルエンジンにはそれと違う点火機構があり、火花で点火するのではなく圧縮による温度上昇での自己発火を起こします。

そのため圧縮比は18:1から22:1と高く、その高い圧縮比でまずは空気のみを圧縮します。

圧縮行程の最後で軽油をシリンダー内に噴射することで即座に自己着火が起こり、爆発的に火炎が広がることで動力を得ます。

こうした点火機構の違いがこの2つのエンジンにはありますが、もし燃料を逆に入れたりすると点火機構が違うため正常な稼働は出来ません。

もしガソリンエンジンに軽油が入った場合、軽油は火花では点火しませんから爆発が起こりません。圧縮比もディーゼルほど高くないので自己着火も起こらずエンジンは動きません。

逆にディーゼルエンジンにガソリンが入った場合は一応ガソリンにも自己着火は起こるものの、ガソリンは一度点火すると軽油ほどゆっくり燃えないのであまりに急速な爆発が起こります。

それはエンジンに大きな衝撃と振動を発生させてしまい、エンジン本体に悪影響を及ぼしてしまいます。

ガソリンエンジンとディーゼルエンジンは燃料に適した構造と点火機構を持つがゆえに、専用の燃料でなければ正常な稼働はできないのです。

ディーゼルエンジンの特徴的な構造

点火機構以外のエンジンの構造的な違いはいくつもありますが、ガソリンエンジンの構造については別の記事で詳しくご説明しています。

そこでこの記事ではディーゼルエンジンの構造についてもう少し詳しくご説明しましょう。

ディーゼルエンジンは圧縮点火という構造上、出力を燃料の量でコントロールしておりガソリンエンジンのように空気の量でコントロールしていません。そのため空気量をコントロールするスロットルが不要となっています。

また燃料の量を非常に細かくコントロールすることが必要であり、ガソリンエンジンの燃料噴射装置より精密なシステムとなっています。

また軽油の燃焼はガソリンよりも燃焼が遅いため、運転条件によっては不完全燃焼による粒状黒鉛や、燃焼温度の高さによる窒素酸化物の発生が起こるため、後処理装置による排気ガスの浄化が欠かせません。

ガソリンエンジンでも後処理装置は必要なのですが、ディーゼルエンジンのほうがもっと高度で複雑なシステムが必要です。

さらにあまりエンジンの構造を比較する時には言われませんが、スロットルが無いことで自動車用のディーゼルエンジンにはバキュームポンプという部品が必要です。

空気を吸出して発生する負圧はブレーキの補助動力装置であるマスターシリンダーで必要なものであり、ブレーキの制動力を安定的に発生させるためには不可欠なものです。

ガソリンエンジンではスロットルで空気量を絞る際に副次的に発生する負圧を利用しますがディーゼルエンジンではそれが出来ないため、専用の負圧発生用ポンプが必要となるのです。

ガソリンエンジンとディーゼルエンジンはどちらが上か

ガソリンエンジンとディーゼルエンジンにはそれぞれメリットやデメリットがあり、車種によって求められる性能に違いがあるので一概にどちらが上とはいえません。

そこで今回は各エンジンのメリットとデメリットを比較してみようと思いますが、ガソリンエンジンに関しては別の記事で詳しくご説明していますので、ここではディーゼルエンジンに焦点をあててご説明していきましょう。

ディーゼルエンジンのメリット

ディーゼルエンジンのメリット、デメリットはガソリンエンジンと表裏の関係にあり、ガソリンエンジンのデメリットがメリットとなっています。

ガソリンエンジンより熱効率がよい

まずディーゼルエンジンがガソリンエンジンより優れている面として、基本的なエンジンの熱効率、燃料のエネルギーをどれだけ出力に変換できるか、という点が高いメリットがあります。

まずディーゼルエンジンの熱効率がよいのは何より圧縮比がガソリンエンジンより高いからであり、圧縮率の高さは熱効率に直結します。

自動車用のガソリンエンジンでは30%程度の熱効率に対してディーゼルエンジンでは40%程度が一般的で、燃料のエネルギーをより効率的に引き出せるエンジンということです。

これはエンジンとしての基本的な構造から来る差であり、普通のガソリンエンジンではディーゼルエンジンの熱効率は越えられません。

また熱効率はエンジンがどれだけ無駄を生んでいるかもわかる数値であり、燃料の持つ燃焼エネルギーから次のようなロスを除いた数値です。

  • 冷却損失:エンジン冷却での損失
  • フリクションンロス:ピストンの擦動や回転軸などでの摩擦損失
  • ポンピングロス:吸気時のスロットルの通気抵抗
この内冷却損失やフリクションンロスはガソリンエンジンでもディーゼルエンジンでもあるのですが、ポンピングロスについてはスロットルの絞りで起こる空気抵抗が原因であり、ディーゼルエンジンではスロットルがないためこの損失がまったくないのも効率が高い理由のひとつです。

さらにディーゼルエンジンの燃料である軽油は、原油からの精製に使うエネルギーがガソリンよりも少ないという面もあり、燃料的にもエネルギー効率がよいといえるでしょう。

低速、高トルク向けのエンジン

ディーゼルエンジンはガソリンエンジンのようにノッキングという異常燃焼の問題がないので、シリンダーひとつ辺りの排気量に制限がなく、ボア径の大きな高トルクエンジンにむいています。

ディーゼルエンジンはトラックやバス向けというイメージがありますが、それは大型車向けの高トルクエンジンはディーゼルのほうが作りやすいためで、実用的な面が高いエンジンです。

一般的にボア径が大きくロングストロークのエンジンは1気筒で発生する出力が高いので、回転数の低いときでも十分な出力と加速を得ることが出来ます。

また排気量制限がないということは大型車向けの大排気量エンジンを少ないシリンダー数でコンパクトにまとめられるということでもあり、やはり大型車に向いているメリットが多いのです。

乗用車でもディーゼルエンジンのこの特性はメリットになり、発進加速のよさや街乗りでの運転のしやすさがガソリンエンジン車より乗りやすいといわれる理由となっています。

日本ではマツダ以外のメーカーはあまりディーゼル乗用車を出していませんが、欧州車ではディーゼルの乗用車が販売台数の半分を占めるほど人気です。

ただ乗用車用としてはデメリットもあるディーゼルエンジンですので、後程ご説明していきます。

燃費が良くCO2排出量が少ない

熱効率がよくロスも少ないディーゼルエンジンはガソリンエンジンよりも燃費がよく、また消費燃料量が少ないのでCO2排出量もすくなくてすみます。

燃費はエンジンの設計や車の重量などでも大きく変わりますが、ガソリンエンジンとディーゼルエンジンを比較した場合にはその基本構造の違いによってそもそもの差があります。

同じ最高出力のエンジンの場合、同じ量の燃料からより多くのエネルギーを出力に回せるディーゼルエンジンのほうが燃料消費量が少なく効率がよいというわけです。

さらに圧縮比が高いということは燃料にたいする空気の量が多いこともあり、CO2は少な目になります。

燃料消費という観点に立てばディーゼルエンジンのほうがガソリンエンジンより環境性能が高いといえ、一時期は環境対応車として人気が出たこともありました。

また日本では軽油はガソリンよりも単価が安いこともあって、経済性も高いわけですね。

ディーゼルエンジンのデメリット

自動車用エンジンとしてはガソリンエンジンより効率も燃費もよく、運転もしやすいと言うことで結構メリットは高いのですが、一方でデメリットもそれなりにあり、これがガソリンエンジンがいまだに乗用車用エンジンの主流である理由です。

高回転、高出力エンジンには不向き

ディーゼルエンジンは低速、高トルクには向いているのですが、回転数が高くなり高出力を出すような状況には不向きです。

ディーゼルエンジンの大きな圧縮比はピストンストロークがロングストロークということであり、ピストンを上下させるのにガソリンエンジンより時間が必要です。

しかし高回転域になっていくとこのストロークの長さはデメリットとなってしまい、高速スピードを維持する高速道路などではガソリンエンジンより走行性能が劣ってしまいます。

ディーゼルエンジンは発進加速はよいのですが、そのあと高速域までスピードをあげていくのが苦手ということで、エンジンレスポンスが悪いという言い方も出来るでしょう。

なおガソリンエンジンの高回転型エンジンは短いピストンストロークを持つショートストローク型が多く、シリンダーひとつ当たりの発生出力が少ない分回転数をあげることで出力を稼ぐエンジンとなっています。

レースカーにディーゼルエンジンがほとんど使われていないのもこういった点に理由があり、一般的な乗用車はともかくスポーツカーやスーパーカーには向かないエンジンなのです。(耐久レースなどでは燃費の良さをいかしてディーゼルエンジンのレースカーもあります)

振動の大きさと独特な音

またディーゼルエンジンの高い圧縮比とロングストロークはエンジン振動を大きくさせる原因でもあり、ディーゼルエンジンはガソリンエンジンよりも振動が多いデメリットがあります。

また自己着火という点火方式にも原因があり、特有のガラガラ音がエンジンから発生してしまいます。

このデメリットが乗用車用としてディーゼルエンジンがいまいち普及しない大きな理由でもあり、静かで上質な音や振動を求められる乗用車にはディーゼルエンジンの特性は少々アンマッチなのです。

それでも近年は燃焼効率の改善や振動を押さえるためのバランサーシャフトの採用、エンジンマウントや吸音材の性能向上などにより、昔のディーゼルエンジンとは比べ物になら無いほど静かなエンジンとなってはいます。

ですがこの面はどこまでディーゼルエンジンで頑張ってもガソリンエンジンには追い付けない点であり、日本ではとくに気にする人が多いようです。

排気ガスの後処理が難しい

車のマフラー

ディーゼルエンジンは昔は黒煙を吐く排気ガスの汚い車というイメージがありましたが、なにも処理しない状況では確かに黒煙のもとになるPM(粒状黒鉛)やNox(窒素酸化物)がガソリンエンジンより多く発生してしまうエンジンです。

それらを大気に放出しないように排気ガスの後処理がディーゼルエンジンの大きな課題です。

ディーゼルエンジンの燃焼はガソリンエンジンよりも低速で燃焼が進むものであり、圧縮された空気内に噴射された燃料が次第に自己着火で点火していくからです。

そうするとどうしても燃焼が完全に終了しない燃料が残ってしまい、それらは非常に細かいPMとして排気ガスに混ざります。

またディーゼルエンジンでは燃焼時に空気が多いので空気中の窒素からNoxが多く発生してしまい、HCやCOといったような排気ガス中の有毒物質と共に排出されます。

これらを処理するのはおもに触媒と呼ばれる化学反応を行う部品が必要となり、またPMの処理にはDPFという専用の触媒も必要になります。

この後処理装置の詳細については別のディーゼルエンジン車の記事で解説していますので省略しますが、ガソリンエンジンに比べて非常に複雑で高価なシステムが必要であり、年々厳しくなる排気ガス規制に対応するにはさらに高度な後処理システムが必要となっています。

後処理システムは高価な貴金属をたくさん使うのでコストがかかり、ディーゼルエンジン車はガソリンエンジン車よりも数十万円割高となることが多いです。

エンジンが頑丈で重量が重たい

ディーゼルエンジンは高圧縮比でシリンダーで発生する出力が多いわけですが、それはシリンダーにかかる負荷がガソリンエンジンよりも大きくなることでもあり、より頑丈なシリンダーブロックの構造が必要とされます。

それは結果的にはエンジンの重量増に繋がってしまい、ディーゼルエンジン車の燃費に対しては悪影響を与える部分です。

シリンダーで発生する出力が大きければそれに耐えるだけの構造も必要で、ガソリンエンジンが早期にアルミニウム合金のシリンダーブロックになっていったのに対してディーゼルエンジンでは近年までより頑丈な鉄製のシリンダーブロックが一般的でした。

さすがに最近は技術の進歩によりアルミ製のディーゼルエンジン用シリンダーブロックもありますが、構造的な頑丈さはやはりガソリンエンジンより上となっています。

エンジンは車の部品のなかではもっとも重量のある部品であり、なかでもシリンダー回りは金属を多く使う重量の重い部位です。

さらに振動の大きさもエンジンを頑丈にしなければならない原因のひとつであり、エンジンに取り付けられた様々な部品は軒並み高い振動に耐えられる頑丈な構造が求められます。

ガソリンエンジンよりも大型で金属製の部品がディーゼルエンジンに多いのはこういった面もあり、全体的にガソリンエンジンより重たいエンジンとなってしまうのです。

エンジンコストが高い

エンジン部品が頑丈で部品が大型、さらに後処理装置には複雑なシステムが必要となると、エンジン本体のコストはガソリンエンジンよりかなり上昇してしまうこととなり、乗用車に求められる低コストエンジンには少々向かない点といえます。

乗用車、とくに軽自動車やコンパクトカーなどはエンジンコストに大きな制限があってあまり高いエンジンでは商品性を確保できません。

しかしディーゼルエンジンを現在の排気ガス規制に適応させるためにはどうしても高額な貴金属をたくさん使う触媒が不可欠であり、触媒なくしてはディーゼルエンジン車は販売することすらできません。

おなじコンパクトカーでものガソリンエンジン車とディーゼルエンジン車ではその価格が400,000円近く違うこともあり、いかにディーゼルエンジンが高いかと言うことがわかるでしょう。(実際のエンジン単価はもう少し低いですが)

そのためディーゼルエンジンはコストは高くても環境性能や燃費で商品性を確保するか、もしくは高額車やトラック、バスなどの商用車など販売台数がそこまで大きくないものであれば採用しやすいエンジンと言えるでしょう。

ガソリンエンジンとディーゼルエンジンの車どちらを買えば良いか

ガソリンエンジンとディーゼルエンジンはそれぞれのエンジン特性にあった車種があり、ガソリンエンジンはおもに中小型の乗用車、高速向けの乗用車に向いています。

ディーゼルエンジンは逆に低速、低トルクの特徴を活かして商用車や環境性能を重視する乗用車に活用されます。

トラックやバスなどの商用車は圧倒的にディーゼルエンジンのメリットが光る車種なので、大型の車種では圧倒的にディーゼルエンジンが優勢です。

燃費が良いので商用車は間違いなくディーゼルエンジン車が便利でしょう。

乗用車に関してはやはりガソリンエンジンが特性が合っており、とくに静かさや振動の少なさに関してはガソリンエンジンが圧倒的に優勢です。

出力特性的には高速走行のほうが得意なのですが、近年は過給機を組み合わせることで低速トルクも大きくなってきており、ディーゼルエンジンは昔ほどの優勢さはありません。

しかしやはり燃費の良さ、CO2の少なさは乗用車でもよいメリットとなりますので、経済性をある程度優先する場合の選択肢にはなり得ます。

ですが車両価格はディーゼルエンジン車のほうが高いわけで、その差額を燃費でカバーできるかどうかが肝となるでしょう。

どちらのエンジンも自動車用エンジンとしてのメリット、デメリットを多く持っており車種ごとに求められる性能に応じて使い分けがなされています。

日本では一時期ディーゼルの乗用車は大きなイメージダウンとともにかなり数が少なくなりましたが、環境性能の高まりとともに復活の兆しも見えています。

今後は両方のエンジンがさらなる性能向上と排気ガス規制対応を進めていくことで、自動車用エンジンの両柱として発展していくことでしょう。