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Mesin diesel adalah sejenis mesin pembakaran dalam; lebih spesifik lagi, sebuah mesin pemicu kompresi, dimana bahan bakar dinyalakan oleh suhu tinggi gas yang dikompresi, dan bukan oleh alat berenergi lain (seperti busi).

Mesin ini ditemukan pada tahun 1892 oleh Rudolf Diesel, yang menerima paten pada 23 Februari 1893. Diesel menginginkan sebuah mesin untuk dapat digunakan dengan berbagai macam bahan bakar termasuk debu batu bara. Dia mempertunjukkannya pada Exposition Universelle (Pameran Dunia) tahun 1900 dengan menggunakan minyak kacang (lihat biodiesel). Kemudian diperbaiki dan disempurnakan oleh Charles F. Kettering.

[sunting] Bagaimana mesin diesel bekerja

Ketika gas dikompresi, suhunya meningkat (seperti dinyatakan oleh Hukum Charles; mesin diesel menggunakan sifat ini untuk menyalakan bahan bakar. Udara disedot ke dalam silinder mesin diesel dan dikompresi oleh piston yang merapat, jauh lebih tinggi dari rasio kompresi dari mesin menggunakan busi. Pada saat piston memukul bagian paling atas, bahan bakar diesel dipompa ke ruang pembakaran dalam tekanan tinggi, melalui nozzle atomising, dicampur dengan udara panas yang bertekanan tinggi. Hasil pencampuran ini menyala dan membakar dengan cepat.

Ledakan tertutup ini menyebabkan gas dalam ruang pembakaran di atas mengembang, mendorong piston ke bawah dengan tenaga yang kuat dan menghasilkan tenaga dalam arah vertikal. Rod penghubung menyalurkan gerakan ini ke crankshaft yang dipaksa untuk berputar, menghantar tenaga berputar di ujung pengeluaran crankshaft.

Scavenging (mendorong muatan-gas yang habis terbakar keluar dari silinder, dan menarik udara segara kedalam) mesin dilaksanakan oleh ports atau valves. (Lihat direct injection vs indirect injection untuk tipe injeksi bahan bakar). Untuk menyadari kemampuan mesin diesel, penggunaan turbocharger untuk mengkompres udara yang disedot masuk sangat dibutuhkan; intercooler untuk mendinginkan udara yang disedot masuk setelah kompresi oleh turbocharger meningkatkan efisiensi.

Komponen penting dari mesin diesel adalah governor, yang membatasi kecepatan mesin mengontrol pengantaran bahan bakar. Mesin yang menggunakan pengontrolan elektronik canggih mencapai ini melalui elektronik kontrol modul (ECM) atau elektronik kontrol unit (ECU) - yang merupakan "komputer" dalam mesin. ECM/ECU menerima kecepatan signal mesin melalui sensor dan menggunakan algoritma dan mencari tabel kalibrasi yang disimpan dalam ECM/ECU, dia mengontrol jumlah bahan bakar dan waktu melalui aktuator elektronik atau hidrolik untuk mengatur kecepatan mesin.

Mesin diesel tidak dapat beroperasi pada saat silinder dingin. Beberapa mesin menggunakan pemanas elektronik kecil yang disebut busi menyala di dalam silinder untuk memanaskan silinder sebelum penyalaan mesin. Lainnya menggunakan pemanas "resistive grid" dalam "intake manifold" untuk menghangatkan udara masuk sampai mesin mencapai suhu operasi. Setelah mesin beroperasi pembakaran bahan bakar dalam silinder dengan efektif memanaskan mesin.

Dalam cuaca yang sangat dingin, bahan bakar diesel mengental dan meningkatkan viscositas dan membentuk kristal lilin atau gel. Ini dapat mempersulit pemompa bahan bakar untuk menyalurkan bahan bakar tersebut ke dalam silinder dalam waktu yang efektif, membuat penyalaan mesin dalam cuaca dingin menjadi sulit, meskipun peningkatan dalam bahn bakar diesel telah membuat kesulitan ini menjadi sangat jarang. Cara umum yang dipakai adalah untuk memanaskan penyaring bahan bakar dan jalur bahan bakar secara elektronik.

[sunting] Tipe mesin diesel

Ada dua kelas mesin diesel: dua-stroke dan empat-stroke. banyak mesin diesel besar beroperasi dalam dua-stroke cycle. Mesin yang lebih kecil biasanya menggunakan empat-stroke cycle.

Biasanya kumpulan silinder digunakan dalam kelipatan dua, meskipun berapapun jumlah silinder dapat digunakan selama muatan di crankshaft di tolak-seimbangkan untuk mencegah getaran yang berlebihan. Inline-6 paling banyak diproduksi dalam mesin tugas-medium ke tugas-berat, meskipun V8 dan straight-4 juga banyak diproduksi.

[sunting] Keunggulan dan kelemahan dibanding dengan mesin busi-nyala

Mesin diesel lebih besar dari mesin bensin dengan tenaga yang sama karena konstruksi berat diperlukan untuk bertahan dalam pembakaran tekanan tinggi untuk penyalaan. Dan juga dibuat dengan kualitas sama yang membuat penggemar mendapatkan peninkatan tenaga yang besar dengan menggunakan mesin turbocharger melalui modifikasi yang relatif mudah dan murah. Mesin bensin dengan ukuran sama tidak dapat mengeluarkan tenaga yang sebanding karena komponen di dalamnya tidak mampu menahan tekanan tinggi, dan menjadikan mesin diesel kandidat untuk modifikasi mesin dengan biaya murah.

Penambahan turbocharger atau supercharger ke mesin meningkatkan ekonomi bahan bakar dan tenaga. Rasio kompresi yang tinggi membuat mesin diesel lebih efisien dari mesin menggunakan bensin. Peningkatan ekonomi bahan bakar juga berarti mesin diesel memproduksi karbon dioksida yang lebih sedikit.

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Il motore diesel è una tipologia di motore a combustione interna. Nel caso di questo motore l'accensione della miscela aria – carburante avviene per compressione e non viene provocata da una scintilla o altro agente esterno, come per i motori alimentati a benzina. In pratica l'aria all'interno del cilindro viene compressa ad elevati valori e in seguito a questa compressione si ha un innalzamento della sua temperatura. L'accensione della miscela avviene quindi spontaneamente proprio a causa di questa elevata temperatura.

Origini del motore diesel [modifica]

Il brevetto depositato da Rudolf Diesel

Questo tipo di motore si deve all'inventore tedesco Rudolph Diesel che lo realizzò nel 1892. Il brevetto venne concesso il 23 febbraio 1893. Inizialmente il motore era stato pensato dal suo inventore in modo che potesse utilizzare diversi tipi di carburanti tra i quali anche la polvere di carbone. La sua presentazione ufficiale si ebbe all'Esposizione Universale di Parigi del 1900. In questo caso il carburante utilizzato era l'olio di arachidi. Attualmente il carburante maggiormente utilizzato nei motori diesel è il gasolio tanto che il termine motore a gasolio è divenuto sinonimo di motore diesel. il motore a diesel è l'unico motore che non ha la candela.

Funzionamento [modifica]

Quando un gas viene compresso la sua temperatura, in base alla legge combinata dei gas, cresce. Nel motore diesel viene utilizzata questa proprietà per provocare l'accensione spontanea della miscela aria-carburante.

In un motore diesel con ciclo a quattro tempi l'aria viene immessa nel cilindro, richiamata dal movimento discendente del pistone e attraverso la valvola di aspirazione, dove viene compressa dalla spinta ascendente dello stesso pistone. In questo processo la temperatura può raggiungere valori compresi tra i 700 e i 900 gradi C. Poco prima che il pistone raggiunga il punto morto superiore, il punto di massima salita dello stesso, viene immesso per mezzo di un iniettore il carburante. Si ha poi la combustione e la seguente fase di espansione che riporta il pistone verso il basso generando così la rotazione dell'albero motore, che genererà la forza che, semplificando, permette il movimento del veicolo. Infine si ha la fase di scarico dove i gas combusti vengono espulsi dal cilindro attraverso l'apertura della valvola di scarico. Da notare che è possibile realizzare anche un motore diesel con ciclo due tempi.

Uno dei primi motori diesel

Il funzionamento sopra riportato spiega alcune delle caratteristiche che differenziano il motore diesel da quello a benzina. Per fronteggiare le forze che si creano durante l'intero processo il motore diesel dovrà avere un rapporto di compressione più elevato di quello di un analogo motore a benzina. Questa necessità influenza anche il peso di un motore diesel, che sarà maggiore di quello di un motore a benzina di analoga cilindrata, in quanto le parti del motore dovranno essere costruite per resistere a stress più elevati. D'altra parte, proprio per il suo funzionamento, il motore diesel trae maggiori vantaggi dall'impiego di sistemi di sovralimentazione che effettuano una compressione dell'aria già prima che questa entri nel cilindro.

In questo tipo di motori è di fondamentale importanza il sistema di alimentazione ed in particolare la pompa del combustibile, che regola la quantità dello stesso immessa nei cilindri. Sulla base della quantità di carburante immesso ad ogni regime di rotazione il motore fornisce più o meno potenza in quanto l'aria da questo aspirata è un valore costante che corrisponde sempre al massimo possibile. Nei motori diesel, a differenza di quelli a benzina, non è possibile agire per gestire l'accensione, e quindi la potenza, direttamente sulla quantità di miscela aria-carburante da immettere nel cilindro ma solo sulla quantità di carburante immesso. Nei primi motori diesel questo sistema di regolazione era di tipo meccanico con una serie di ingranaggi che prelevavano energia dal motore stesso. Il limite più rilevante era dato dal fatto che l'immissione di carburante era rigidamente collegata con il regime di rotazione del motore stesso. Nei motori moderni l'immissione di carburante è invece regolata attraverso il ricorso all'elettronica. Si hanno quindi dei moduli di controllo elettronici (ECM – Electronic Control Module) o delle unità di controllo (ECU – Electronic Control Unit) che altro non sono che dei piccoli calcolatori montati sul motore. Questi ricevono i dati da una serie di sensori e li utilizzano per calibrare, secondo tabelle (dette anche mappe) memorizzate nell'ECM/ECU, la quantità di carburante da iniettare e il tempo, inteso come momento esatto di immissione, in modo da ottenere sempre il valore ottimale, o il più vicino a questo, per quel determinato regime di rotazione. In questo modo si massimizza il rendimento del motore e se ne abbassano le emissioni. In questo caso il tempo, misurato in unità di angoli di rotazione, assume una importanza critica in quanto sia un ritardo che un anticipo rispetto al momento ottimale comportano dei problemi. Infatti se si anticipa troppo si ritroveranno nei gas di scarico valori rilevanti di ossidi di azoto (NO_x) anche se il motore raggiunge una efficienza maggiore dato che la combustione avviene ad una pressione più alta. Un ritardo invece, a causa della combustione incompleta, produce molto particolato (polveri sottili) e fumosità allo scarico oltre a peggiorare l'efficienza del motore. Non esiste un valore ottimale valido per tutti i motori ma ogni motore ne ha uno proprio.

L'iniezione nei motori diesel [modifica]

Due sono oggi le tipologie di iniezione dei motori diesel: indiretta e diretta. La prima tipologia, quasi scomparsa dai motori diesel automobilistici di ultima generazione, era molto utilizzata per la sua semplicità dato che i primi pistoni erano a testa piatta ed era facilitata la sistemazione dell'iniettore. Oggi invece si utilizzano pistoni dal disegno della testa più complessa accoppiati al sistema di iniezione di tipo diretto.

Iniezione indiretta [modifica]

Nell'iniezione indiretta il gasolio viene iniettato in una precamera di combustione che si trova sulla testata del motore. L'iniettore ha un solo foro di polverizzazione del gasolio. La pressione d'iniezione del gasolio è di circa 150 bar. Nella precamera c'è una candeletta elettrica che serve a facilitare l'avviamento del motore. La candeletta non riscalda né l'aria né il gasolio, ma semplicemente le sole pareti della precamera di combustione. Con questo sistema si rallenta il ritardo di accensione e si riduce il rumore emesso. Viene ridotto anche lo stress della combustione e quindi le pressioni sui singoli componenti. Si ha però come svantaggio la perdita di calore verso il sistema di raffreddamento e quindi una minore efficienza generale del propulsore.

Iniezione diretta [modifica]

Diversi sono i sistemi di iniezione diretta impiegati sui motori diesel. Per iniezione diretta si intende l'immissione del carburante direttamente nella camera di scoppio (senza precamera quindi). In questo caso il sistema di alimentazione deve operare a pressioni molto più alte del sistema di iniezione indiretta e sono eliminati alcuni di quei componenti che rendevano il motore diesel particolarmente rumoroso. L'iniezione diretta ha avuto diverse interpretazioni, la più famosa è il sistema denominato Common rail ma esiste anche il sistema ad iniettore-pompa. I primi motori diesel ad iniezione diretta dotati di pompa rotativa sono ormai scomparsi in virtù delle notevolmente superiori performance dei due sistemi sopracitati.

Tipi di motore diesel [modifica]

La prima differenziazione tra i motori diesel si ha tra quelli con ciclo a quattro tempi, in pratica la maggioranza dei motori in circolazione, e quelli con ciclo due tempi, adottato di solito nei grandi motori navali. Per quanto riguarda le tipologie di motori si possono realizzare diesel con qualunque configurazione di cilindri dato che spesso i problemi ed i vantaggi di una determinata configurazione restano immutati sia che si tratti di motori a benzina o di motori a gasolio. Per esempio i motori di grande cilindrata montati sulle navi sono dei V12. Nelle auto la configurazione più diffusa è quella con quattro cilindri in linea. Si può dire che quasi tutti i motori diesel sono sovralimentati proprio per sfruttare i vantaggi di questo sistema con questa tipologia di motore. Va detto che in ogni caso per raggiungere uno stesso livello di potenza i motori diesel, per le loro caratteristiche, devono avere una cilindrata superiore a quella dei motori a benzina. In compenso, sempre a parità di potenza erogata, il motore diesel vanta una maggiore efficienza (ca. 15%).

Pur scomparendo la precamera, anche i sistemi common rail hanno una sorta di preparazione del carburante che avviene nel "condotto comune" (common rail) in cui il gasolio si trova a pressioni altissime ed è pronto per l'iniezione che avviene di conseguenza a pressioni elevatissime. Gli iniettori devono quindi sopportare pressioni elevatissime ed è stato questo il principale problema tecnico che hanno dovuto affrontare gli ingegneri Fiat. Il completamento del sistema commonrail è stato opera della Bosch a cui Fiat cedette il "brevetto", pare proprio a causa di questi problemi a livello di iniezione.

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金刚石刀具有天然金刚石刀具和人造金刚石刀具之分。

天然金刚石刀具： 天然金刚石刀具是采用特殊焊接方法将天然金刚石单晶焊接在刀杆上，经过特殊的几何角度设计和刃磨技术制成的。它可以装置在精密车床、镗床、铣床等设备上使用。 可根据用户加工工件及图纸要求设计订做。

人造金刚石聚晶刀具： 聚晶金刚石刀具可加工的金属材料（非铁）和非金属材料主要有：铝及铝合金、镁及镁合金、共晶硅有色金属、金、银、铜、黄铜、锌及锌合金、锰合金、碳化钨、 陶瓷及陶器、塑料及橡胶、玻璃丝加强纤维、木材及木制品等。现已广泛应用在汽车制造、航空航天、电子、电机、内燃机、精密仪表及耐磨材料加工等行业。

可根据用户的产品、图纸及要求设计定制刀具。

金刚石聚晶车刀建议用机加工参数：

PCBN刀具主要是由于该材料具有高硬度及极好的耐高温性能，因此可以加工淬火钢，调质钢以及冷硬铸铁等黑色金属，可以以车代磨。

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ディーゼルエンジン (diesel engine) は、ディーゼル機関（—きかん）ともいい、ドイツの技術者ルドルフ・ディーゼルが発明した内燃機関。自動車整備士国家試験ではジーゼルエンジンと呼称している。1892年に発明され1893年2月23日に特許を取得した。ディーゼルは微粉炭を含む様々な燃料の使用を意図していた。1900年のパリ万国博覧会ではピーナッツ油での運転を実演した（バイオディーゼルを参照）。

鉄道車両（キハ183系）用のDML30HSI形ディーゼルエンジン
水平対向12気筒排気量30リットル (440PS/1600rpm)

[編集] 仕組み

圧縮して高温になった空気にディーゼル燃料（軽油や重油、初期には粉炭も用いられた）を吹き込んだ時に起きる、自己着火（正しくは「発火」）をもとにした爆発でピストンを押し出す（超拡散燃焼）。理論サイクルとして低速のものはディーゼルサイクル（等圧サイクル）、高速のものはサバテサイクル（複合サイクル）が理論サイクルとして取り扱われる。

1. 吸入行程: ピストンが下がり、空気のみをシリンダ内に吸い込む行程。
2. 圧縮行程: ピストンが上死点まで上がり空気を圧縮する行程。
3. 膨張行程: 高圧のシリンダー内に燃料を噴射・燃焼し、燃焼ガスがピストンを下死点まで押し下げる行程。
4. 排気行程: 慣性によりピストンが上がり燃焼ガスをシリンダ外に押し出す行程。

現在の高速エンジンでは4サイクルエンジンが主流であり、航空機にまで使われたクルップ・ユンカース式や、GMのユニフロースカベンジ式など、戦前生まれの2サイクルエンジンは姿を消した。一方、極低速回転の大型船舶用は、2サイクル（ユニフロー スカベンジング ディーゼルエンジン）が主流となっている。

燃料の噴射には高圧ポンプが使用され、燃焼方式の違いで、単室の直接噴射式と副室式（予燃焼室式・渦流室式）に分かれる。

ディー ゼルエンジンは圧縮によって吸気を高温にする必要があるために高い圧縮比が要求される。圧縮比が高いために熱効率が良いと言われることが多い が、高すぎる圧縮比はエンジンにより高い機械的強度を要求し、そのために部品を丈夫にする必要が生じ、部品が重くなるために機械的損失が大きくなる。自動 車用ではかつては圧縮比が20以上であったが、21世紀以降では圧縮比は16程度まで低下している。寒冷時の始動性向上のためには高い圧縮比が必要であっ たためである。

また、ガソリンエンジンと異なり、過給をしても圧縮比を下げる必要がないために過給と相性がよい。自動車用ディーゼルエン ジンではそのほとんどが ターボ過給されている。ターボ過給をすることにより同じ出力をより小さい排気量、より低い回転数で発生することが可能となりディーゼルエンジンの高性能化 が一気に進んだ。なかにはリッター当たり出力が100馬力を超えるものも登場している。

従来、高速走行の頻度が高いバスやカーゴトラックには、古くからターボチャージャーが普及していたが、低ミュー路や、走行抵抗の大きい悪路での微・低速走行の機会の多いダンプトラックでは、レスポンスに優れ、扱いやすい排気量20リッター以上の、V型8気筒自然吸気エンジンが好まれてきた経緯がある。しかし、次第に厳しくなる排ガス規制の前に、各社とも排気量を11 ~ 13リッター程度まで落とし、エミッション低減デバイスとの親和性が高い直列6気筒エンジンに生産を絞り 込んだため、排気量の大きなV8自然吸気エンジンは姿を消した。

[編集] ガソリンエンジンとの比較

メリットとして

• オットーサイクルのガソリンエンジンと比較して、圧縮時の筒内が空気のみであるため、プレイグニッション・ノッキングなどの危険がないことから圧縮比をガソリンエンジンよりも高くできる。同じ理由でデトネーションの心配が無く、また、全域で排気圧が高いためターボチャージャーとの相性が良い。
• 空気過剰率が大きいため作動ガスの比熱比が高く図示熱効率が高い（投入したエネルギーに対して燃焼ガスの温度上昇に使われる割合が高い）。
• 出力制御を燃料噴射のみで行えるため、出力制御のためにスロットルバルブが必要ない（自動車用はガバナー制御や吸気騒音低減のためスロットルバルブを持つ）。そのため絞り損失（吸気損失・ポンピングロス）が小さい。
• 部分負荷時の燃料消費率が低く、同じ仕事に対する二酸化炭素の排出量が少ない。要するに燃費が良い。これがヨーロッパでのディーゼルシフトの最大の要因であり、世界初となった3リッターカーの実用化もディーゼルエンジンなしでは困難であったと思われる。
• 高 回転運転が苦手（2.0l 4気筒の実用上限回転は4,800rpm程度）なため、同排気量あたりのガソリンエンジンと比較して最高出力は低い。しかしながら、今日における自動車用 ディーゼルエンジンはターボ過給がなされているためにトルクが自然吸気ガソリンエンジンより大きく常用回転数を下げることが出来る。回転数を下げることに より機械的損失が減り、燃費の向上に寄与している。
• ガソリンエンジンには点火時の炎の伝播速度によりシリンダの直径に限界があるのに対 して、ディーゼルエンジンには限界が無いので大型化に適してい る。ガソリンエンジンで高出力を得ようとすれば、シリンダの直径に限界がある為、多気筒化、高回転化しなければならないのに対して、ディーゼルエンジンは シリンダの大型化が可能である為、少ない部品点数で大型化が可能であり、信頼性に優れている。
• 2ストロークターボディーゼルにした場合、2ストロークの長所を活かし、短所を補う事が出来る。

デメリットとしては

• 機関自体に高い強度と剛性が必要で、タービンなどの補機も加わるために質量が大きくなりやすい。
• 燃料噴射システムに高い精度、高い耐久性が要求されるためにコストがかさむ。
• 自己着火に必要な高温を高圧縮で作るため、小型エンジンだとエネルギー損失が多い（超大型では圧縮比が11～13程度で済むので効率が良い）。
• 高圧縮のため、エンジン本体の騒音、振動が大きくなりがちである。
• 脈動が大きく、吸排気系の振動や騒音が大きい。
• 吸気管負圧を得にくいため、自動車において、それを動力源とするブレーキブースター装置などをガソリンエンジン搭載車から流用する場合、別途バキュームポンプが必要。
• 燃料噴射系のノイズが大きい。
• 燃焼室内が空気過剰（窒素過多）でNOxが発生しやすい。
• 高地など気圧の低いところでは不完全燃焼による黒煙が多くなる。
• 均一燃焼が難しく、黒煙や粒状物質（PM, パティキュレート・マター）が発生しやすい（最近では技術の進歩により、数年前のガソリンエンジンとあまり変わらない程度まで改善されている）。
• 希薄燃焼域（軽負荷時は 30:1 から 60:1）での運転が多いために排気中の残留酸素が多く、三元触媒が使えない。
• 自動車の場合、現在の日本の法制度では、規制のために新しいディーゼル車でも製造や輸入をするのが難しい。

などが挙げられる。

[編集] 主な用途

大型自動車（トラック・バス）や、鉄道車両（ディーゼル機関車・気動車）、建設機械、農業機械（主に耕運機、トラクター、コンバイン、ごくまれに6条植以上の乗用田植機や管理機）、潜水艦を含む船舶、内燃力発電などのエンジンに利用される。また加えてガソリンに比べて引火爆発の危険が少ない燃料を用いる事から、戦車や軍用車両に用いられている。

[編集] 船舶

大型機関では、重油を燃料とするユニフロー式2サイクルディーゼルが主流となっている。 小型機関では、軽油を燃料とする自動車用のを流用したエンジンも使われている。

[編集] 鉄道

詳細はディーゼル機関車を参照

[編集] 自動車

詳細はディーゼル自動車を参照

日本では、ディーゼル燃料がガソリンに比べて税制上安価(おおむね70%程度の価格)であることから、上記大型自動車などの他に、主に経済性を優先する商用車（トラック、バス※1、※2、ライトバン）や重量のあるSUVなどに使われている。

ヨーロッパでは一般乗用車にも広く普及している。2段過給等の新型過給装置と尿素SCR還元システムなどとの組み合わせが試みられている。また、アウディは、2006年から5.5LのV型12気筒ディーゼルエンジンを搭載したR10でル・マン24時間レースに出場し、ディーゼル車として初優勝した。1952年、カミンズはインディアナポリス500マイルレースにディーゼルターボエンジンを搭載したレーシングカーで出場し、ポールポジションを得た。

[編集] 環境への影響と対策

あらかじめ空気とガソリンを混合して圧縮するガソリンエンジンと異なり、温度の上がった空気の中に燃料のみを噴射する拡散燃焼の原理上、着火から燃焼が均一にならないため、PM・黒煙・窒素酸化物 (NOx) などが発生しやすいのが欠点である。

さらに、部分負荷域（パーシャルスロットル）での空燃比は30：1から60：1と希薄となるため、排気ガスは酸素過多の状態となり、三元触媒が有効に働かないという点が排ガス浄化における課題となる（ガソリンエンジンでは理論空燃比で燃焼させた場合、三元触媒により炭化水素 (HC)・窒素酸化物 (NOx)・一酸化炭素 (CO) を同時に浄化できる）。

NOx と黒煙は二律背反の関係にある。高圧噴射で少量の燃料を完全燃焼させ黒煙を防ごうとすると、高温・高圧下で筒内の窒素（空気）よりNOxが生 成されてしまう。したがって、ガソリンエンジンと比べてより多くの空気（窒素）を吸い込むディーゼルエンジンは黒煙の処理においても不利となる。燃焼時間 を伸ばしピークの温度と圧力を低くするとNOxの生成は減らせることは分かっていたが、従来の一回吹きでは燃料過多となり燃え残りが増え、黒煙がきわめて 多くなる。当然燃費も悪化し、本来排出が少ないはずのCO₂のみならず、COとHCも格段に増えてしまうため本末転倒となってしまう。高圧で少量の燃料を数回に分けて噴射するコモンレール方式（後述）が考案されたのはこのためである。

[編集] 排気ガス処理

排気ガス処理技術は、できるだけ低温・低圧で燃焼させることでNOxの発生を少なく抑え、酸化触媒やDPFによりPM、CO、HCを処理する方法と、できるだけ高温で完全燃焼させることでCO、HCの生成を抑え、その結果増加するNOxは尿素により還元処理する尿素SCR還元システムの二つに落ち着きつつある。

前者は乗用車用の小型のものから大型のディーゼルエンジンにいたるまで、現在の主流となっている。後者は大型トラック用ディーゼルエンジン用として日産ディーゼルが開発を進めたもので、三菱ふそうトラック・バスも一部の車種に採用した。

トラックで採用された尿素SCR還元システムだが、ベンツを中心としたドイツ勢が大型乗用車に採用を決めており、日本勢はNOx吸蔵還元触媒を乗用車に使用するようである（欧州勢も小型車は採用を検討している）。そのほか、主流ではないが燃料の改質によりNOxを減らす方法があり、ジメチルエーテル混入、水エマルジョン燃料など、現在でも様々な研究が続けられ考えられてはいるが、供給体制の整備や、使用者が補給を怠った場合の対策などの問題が出てくるため、大規模な実用化は進んでいない。

[編集] 硫黄の問題

ディーゼル燃料（軽油）には硫黄が残留している。そのためディーゼルエンジンでは硫黄酸化物 (SOx) が排出されることと、触媒表面に付着した硫黄成分が触媒機能を奪うことが問題となる。 欧州で使用される軽油が低硫黄分の北海産原油を原料とすることが多いのに対し、日本で使用される軽油は高硫黄分である中東産原油を原料とすることが多い。産業用としての需要がほとんどであり、安価であることが優先される軽油と重油では高レベル脱硫が普及しなかったことで、日本では酸化触媒の普及も進まなかった。この事実は、ディーゼルエンジンによる大気汚染拡大に関係している。

日本では2004年末、自動車排出ガス規制に関連する「自動車燃料品質規制値」の変更に伴い、軽油に含まれる硫黄の許容限界は、従来の0.01%質量以下から0.005%質量以下へと改められた[1]。

[編集] 法規制

日米欧の各地では、ディーゼル自動車に対する環境規制を行っている。

詳細はディーゼル自動車を参照

[編集] コモンレール方式

従来のディーゼルエンジンは燃料の“加圧”と“制御”の両方を燃料ポンプで行っていた。このようなポンプを「ジャーク式」といい、燃料噴射量・タイミングなどがすでに制御された状態で加圧を行うタイプである。通常はポンプ本体のほか、ガバナー（噴射量を制御する機構）やタイマー（噴 射タイミングを制御する機構）が取り付けられ、ポンプの加圧能力と並んでエンジンの性能を決定する要素となっている。制御の機構は回転の遠心力やばねを利 用した機械制御が中心で、一部電子制御が採り入れられているものもあるが、加圧能力がカムのリフト量のみで決まるため自ずと限界があり、加圧行為そのもの を制御するという構造上その制御にも限界があった。

一方、「蓄圧式」といわれるコモンレールシステムでは、燃料の“加圧”はポンプ（サプ ライポンプ）に、“制御”はインジェクタ（噴射装置）に分担さ せている。金属製の頑丈なパイプ（レール）に高圧燃料を蓄えてから、各インジェクタで噴射を行うため、ポンプ側は無理なカムリフトや噴射制御から解放され た。また電気式インジェクターは開弁行為のみを受け持ち、パイロット、プレ、メイン、アフター、ポストなど、5回噴射も可能となるなど、NOxの発生を抑 え、かつ、PMも少ない、完全燃焼のための理想的な噴射を実現する、自由な制御が可能となった。

なお、硫黄分や灯油（炭素）分の多い不正軽油を使用すると燃料噴射装置などの故障を招きやすい。

ディーゼルエンジンの歴史にコモンレールの名前が現れたのは、1910年代終盤のボッシュによるものが最初であるが、当時の開弁圧は90bar程度と低く、インジェクターの開弁も圧縮空気によるもので、そのためのエアーコンプレッサーを必要とした。1,800barを超える開弁圧と電子制御によるソレノイドやピエゾ素子を用いたインジェクターを備えた現在のコモンレールとは文字通り隔世の感があるが、基本的な原理は同じである。

環境対策としての現在のコモンレール方式を初めて実用化したのは日本のデンソーであり、伊藤昇平、宮木正彦を中心として、ECD-U2という名称で開発された。これは、1995年末に日野ライジングレンジャーに搭載された。1997年末にはボッシュで乗用車用が実用化された。コモンレールは、1960年代後半にスイスのRobert Huberがその原型を開発、スイス工科大学が中心となり研究が進んだ^[1][2]。

[編集] ユニットインジェクション

メインポンプから送られた燃料の圧力を使い、インジェクター内で再度加圧する仕組み。パスカルの原理の応用。インジェクターごとに加圧機構を持ち、従来型のポンプでは不可能な高圧が簡単に得られることから、燃料の微粒化による完全燃焼が行え、燃費の改善に効果がある。フォルクスワーゲン・アウディグループが燃費最優先の考えでこの方式を選んだ。日本では、電子制御コモンレール式の前段階の技術と見られていたが、日産ディーゼル一社のみは開発を続け、尿素SCR還元システムとの組み合わせで、平成17年排出ガス規制（新長期規制）に、大幅な前倒しで適合を果たした。

[編集] ディーゼル微粒子除去装置

（DPF・酸化触媒） 「DPF(Diesel Particulate Filter)」は、ディーゼルの排気ガスに含まれる粒子状物質（PM）を捕らえるセラミック製のフィルターのこと。 微細な穴により粒子状物質を捕らえる。 白金など貴金属を含む触媒物質を塗布してあり、排気ガスが300度以上の高温の場合、触媒が粒子状物質に対し即座に化学反応が起こり、粒子状物質は無色無臭の気体に変化し排出される。

DPF内の粒子状物質堆積による強制再生等も必要であるが、これは運転状況によって異なる。

なお、触媒の多くは硫黄に弱く、フィルターの目詰まりの原因となるため、低硫黄化された軽油以外（不正軽油）の使用はできないが、フィルターにセラミックを使わず、金網と炭化珪素繊維を用いた製品もあり、こちらは低硫黄軽油以外も使用可能である。

[編集] 尿素SCR還元システム

詳細は尿素SCR還元システムを参照

排ガス中のNOxをアンモニアと反応させて、窒素と水に還元する浄化触媒、大型トラックで既に導入されていて耐久性もあり、ベンツやVWが大型乗用車に採用する予定である。

尿素水の補給とシステム全体の取り付け場所に問題あるが、幅広い排ガス温度領域でNOx還元性能が高い。

[編集] NOx吸蔵還元触媒

排ガス中のNOxをリーン燃焼時に取り込み、その後にリッチ燃焼で還元させる触媒、筒内直噴ガソリンエンジンで採用されていた。

一般的に直噴ガソリンエンジンでは3元触媒、ディーゼルエンジンではDPFと組み合わせて使用される。

乗用ディーゼルエンジン用としては、欧州仕様アベンシスで採用されているPMとNOxを同時に還元するトヨタのDPNR、米国排ガス規制をクリアしたホンダの触媒内でアンモニアを生成してNOxを還元する2層式NOx吸蔵還元触媒、またベンツは尿素噴射を行わない尿素SCR還元システムにNOx吸蔵還元触媒を組み合わせている。 日産はホンダの２層式NOｘ吸蔵還元触媒に似た新型触媒を開発、2008年に国内販売する車両に搭載すると発表した。

NOxを還元するのにリッチ燃焼が必要な事と、軽油内の硫黄分が触媒の機能を奪うのが欠点である。

[編集] 次世代燃料

[編集] FT軽油

エミッション低減の足かせとなる鉱物油由来の燃料に代わり、次世代のディーゼル燃料として注目されているのが、FT（Fischer Tropsch, フィッシャー・トロプシュ）合成油である、GTL（Gas To Liquid, ガス・トゥー・リキッド）燃料、BTL（Biomass To Liquid, バイオマス・トゥー・リキッド）燃料、CTL（Coal To Liquid, コール・トゥー・リキッド）燃料である。これらの燃料は、単体で、あるいは軽油に混合してディーゼルエンジンに使用することで、エミッションの低減が期待できる。

GTL燃料の原料は天然ガス、CTL燃料は石炭であり、軽油に比べセタン価が高く、SOxの原因となる硫黄分やPMを発生させるベンゼン・キシレンなどの芳香族炭化水素をほとんど含まない。常温でも液体のため、CNGや水素とは異なり、従来のインフラがそのまま生かせる点も大きなメリットとなる。ただし、硫黄が含まれないことから、潤滑作用の点で軽油に劣るため、添加剤で対応する必要がある。

一方BTL燃料は、植物を原料とし液体燃料として合成したもので、GTL・CTL燃料の性質に加え、燃焼時に排出されるCO₂は植物が生長する際に吸収したCO₂量と等しいとされることから、カーボンニュートラルとみなされ、京都議定書の目標達成には非常に有効となる。葉や茎など、植物全体を原材料としたセルロースから作られるBTL燃料は、植物の種子から得られるデンプンを元にした植物油燃料（BDF/バイオ ディーゼル フューエル、SVO/ストレート ヴェジタブル オイル）に比べ、植物の質量あたりのエネルギー量は2倍、同じ耕地面積から得られる収穫量は10倍以上と言われる。雑草などを原料にできるため、食物価格の高騰や、水不足の問題を解決する一助ともなる。

これらのFT燃料は、生産量の増加に伴い価格も下がっていくと見られており、今後のディーゼル燃料の主流として期待されている。 高セタン価燃料であるため、単体専用ディーゼルエンジンとしてなら圧縮比を13–15へと低圧縮比化でき、エネルギー効率を上げ低燃費化できるのも利点である。

[編集] DME

詳細はジメチルエーテルを参照

ジメチルエーテル (DME) をディーゼル燃料として使う事も実用化されつつある。メタノールを脱水縮合反応合成してエネルギー密度を上げる方法ではなく、合成ガスからの直接合成による低純度低価格な大量生産が確立しつつある。原料として天然ガス、石炭、植物など合成ガス化できるものなら良く、有酸素燃料でFT軽油より合成エネルギー損失が少ないのが利点である。

DME燃料は軽油と同等のセタン価で、硫黄分や芳香族炭化水素を含まない。機械式燃料噴射では低圧で体積変化するため噴射量制御が難しかったが、コモンレールで高圧化された事により噴射量制御が正確になり、適した燃料となった。

[編集] BDF

詳細はバイオディーゼルを参照

植物油をエステル化してグリセリンを除去し脂肪酸メチルエステル (FAME) とした燃料 (Bio Diesel Fuel ; BDF) である。

[編集] BHD

油脂を水素化処理技術を応用して分解して作る水素化処理油 (Bio Hydrofined Diesel ; BHD) である。

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其实硬度有很多种表现方式：布氏硬度HB、洛氏硬度HRA，HRB，HRC、维氏硬度(显微硬度)HV，橡胶塑料邵氏硬度HA,HD。

不锈钢:硬度差别很大,沉淀硬化不锈钢的硬度最高可超过HV500,但相对来说硬度不太高.氮化钛，硬度可达HV1994,碳化钨HV2200,碳化钛最高可达HV2850~3200;一般来说硬度越高耐磨性越好.但也要注意它们的脆性问题.

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实验步骤及方法：
1）选定负荷 10g、20g、、、、、200g。

2）将清洗、磨好的试样放在显微镜镜头下，选好要测量的区域。

3）将测量区域移动到压头下、加载、保载15秒后卸载。

4）将试样移动到显微镜下，测量压痕对角线长度。

5）用对角线长度，再查表读取HV值

5）用对角线长度，再查表读取HV值。


HV显微镜

读数说明
显微硬度计算公式：



式中：

P:负载(g)。

d:压痕长度（mm) 。

显微硬度适用范围：

显微硬度不存在布氏硬度那种P/D2的关系约束，适用于各种金属材料，尤其是可测薄工件、表面硬化层硬度。显微硬度精度可靠，但测定较为麻烦，要求被测面光洁度高，不适于成批生产性常规检验，却在科学实验中有较多应用。

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