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エンジン・ノッキングの発生原因


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エンジンから「ガリガリ」「ガラガラ」と音を発生させるノッキングの発生原因。

■ノッキング音とは?

一言で言えば異常燃焼による異音です。ノッキング音とはアクセルを急激に踏んだときなどにエンジンから「ガリガリ」「ガラガラ」と発生する異音のことで異常燃焼のデトネーションと過早点火のプレイグニッションに分けて考えることができます。

一時的過負荷によるノッキング音ならまだいいのですが、何らかの特定原因で発生する異音である場合オーバーヒートからエンジン破損などの大きな故障を引き起こす可能性がありますので、以下の原因を考察し、ノッキング音の低減、防止編でノッキング改善対策を行い愛車のエンジン状態を最適化してください。

■ノッキング・デトネーションとは

デトネーションは厳密に定義するとノッキングではないとの見方もされていますが、私はこれこそノッキングそのものでは?と思いますので、ノッキング音を発生させる異常燃焼はノッキングとして定義して説明させていただきます。

通常燃焼における火炎伝播はスパークプラグで点火された中心(火炎核)から燃え広がり未燃焼ガスは中心部より外側(シリンダー壁側)に広がりながら燃焼されていきます。

ところがシリンダー壁や燃焼室末端部に触れた未燃焼ガスが通常の火炎伝播より異常に早い伝播速度で燃焼しその衝撃波がシリンダー壁やピストンを叩く音で発生します。

最近の希薄燃焼エンジンや直噴は高圧スワールやタンブルなどの気流を利用していますので綺麗に円状に火炎核から広がるような燃焼をしているかは不明ですが、このようなエンジンでも異常燃焼によるノッキングは発生します。

■ノッキング・プレイグニッション

プレイグニッションとは別名、過早点火といい名前のとおりスパークプラグで点火する前にエンジン内部のヒートスポット(熱源)により点火してしまい一気に圧力上昇が起きて衝撃波がピストンやシリンダー壁を叩着付けたときに発生する打音です。

ヒートスポット(熱源)にはカーボンが燃焼により赤熱状態になったものやスパークプラグそのものが過熱して熱源になったりと様々です。

古いエンジンやエンジン特性上(欠陥?ともいう)の問題でカーボンが特定の位置にたまり易く熱源になり易い場合などに、よく見られるノッキングです。合わせてエンジン停止後もエンジンが止まらないランオンを併発する場合もあります。

またはチューニングによって冷却が不十分になったターボエンジン、高圧縮エンジンなども同様に過負荷走行時に発生しやすくなっています。

■デトネーションとプレイグニッションの聞き分け

はっきり言って(私には)できません。私の知識や技術がないだけかもしれませんがノッキングの研究結果というのは実は明確になっておらず、おそらく調べても教科書どおりの同じような内容しかないはずです。

デトネーションは自動車以外の用語でも使われており、いずれも超高速火炎伝播のことですがエンジン内部で実際プレイグニッションの音なのかデトネーションの音なのかは判断はできないと思いますので予備知識として知っておく程度で問題ないと思います。

音で判断するよりもエンジン特性や、使用環境などから大抵の場合判断できます。最終的にはエンジン側に問題があった場合簡易的処方で誤魔化す(低減する)か、OHなどの最終的な処置を取るかはユーザーにゆだねられます。

■ノッキングの原因

1,燃料のオクタン価が低い

一番解りやすいのはハイオク燃料はオクタンが高い燃料ということです。通常ハイオクのオクタン価は96~100、レギュラーは89以上とされておりガソリンスタンドによってはオクタン価表示をお客さんに見えるように明確に表示しているようです。

オクタン価はアンチノック性を示す指標で、ハイオク指定車にレギュラーガソリンを入れたり粗悪ガソリンを入れてしまうとノッキングの原因になります。

勘違いが多いようなので注釈を入れておきますがハイオクガソリンは決して燃えにくい燃料とかそういった意味ではありません。燃えるべき時に安定して燃焼する燃料だと簡単に考えてください。

2,車両積載重量が多い

車両積載量や乗車人数が多く重量が重くなってしまうとエンジンにかかる負荷も大きくなるためノッキングが起こりやすくなります。高負荷ノックは圧縮圧力の高いエンジンや高過給エンジンがノッキングする原理とほぼ同じと考えてください。

3,圧縮比が高い

エンジンをチューニングしないかぎり圧縮比が高くなりすぎるという原因でノッキングが起きるということはまずありません。しかしながら高圧縮比のエンジンや過給装置付きのエンジン(ターボエンジン)はノッキングがおきやすいといえます。

要は高負荷になり易いため圧力が上がって思わぬところで燃焼タイミングがずれたり、熱源が発生しやすいということです。ピストンが振れるサイドノックもノッキングと捉えるのも正解かもしれません。

4,空燃比異常

空燃費とは燃料と空気の割合のことです。複数のセンサーによってエンジン負荷を検知して空燃費補正をしてますが補正異常が起きて特に燃料が薄く(リーン状態)なってしまうと燃焼温度が上昇してノッキングが起こりやすくなります。

高過給エンジン、高圧縮エンジンでも回転を上げていくと空燃比がうまく調整できずリーン状態になることがあります。

5,点火時期異常

点火時期自動調整タイプではなく機械式の調整タイプであれば点火時期がずれてしまう可能性があり点火時期が早くなりすぎるとノッキングの原因となりえます。

スポーツ志向のセッティングのエンジンは点火時期が早めで出力重視なのでノッキングが起こりやすいともいえます。(現在は可変バルブタイミング機構によってずいぶんと良くなっていますが)



他にも状況によってノッキング発生要因は考えられますが以上が主なノッキングの原因です。上記制御以上の中にはコンピューターの異常も含まれます。