平成14年実施1級小型問題：コモン・レール式高圧燃料噴射システム方式のジーゼル・エンジンの特徴

コモン・レール式高圧燃料噴射システム方式のジーゼル・エンジンの特徴として,不適切なものは次のうちどれか。

(1) 燃料噴射圧力を高圧化することで燃料が微粒化し,燃料の総表面積が大きくなって,周囲の吸入空気や熱とよく触れるようになる。このため,良い燃焼状態になりPMの発生が低減する。
(2) 燃料が微粒化したことで着火性が良くなるため,噴射タイミングを進角させることができ、着火遅れや燃焼期間が短くなることにより燃焼温度が低くなるので,NOxの生成も低減できる。
(3) コモン・レールと電磁式インジェクタを使用することにより,噴射量及び噴射時期をエンジンECUで精密に制御できる。
(4) 燃料噴射を２段階に分割し,パイロット噴射を行うことによりメインの燃焼が緩やかに開始するため,エンジンの振動及び騒音を低減できる。

解く
(1) 燃料噴射圧力を高圧化することで燃料が微粒化し,燃料の総表面積が大きくなって,周囲の吸入空気や熱とよく触れるようになる。このため,良い燃焼状態になりPMの発生が低減する。
適切
　ジーゼル・エンジンは，ガソリン・エンジンのようなノッキングを生じないため圧縮比を高くすることができる。さらに，吸気の絞りを行う必要がないため，ほとんどの領域で空気過剰の希薄燃焼になる。空気が多く希薄燃焼になるため，排気温度も低くエンジンの耐久性もあり， CO （一酸化炭素） , HC （炭化水素）の発生も極めて少ない。しかし，排気ガス中に O2 (酸素）が多く存在するので，ガソリン・エンジンに使用されている三元触媒が，多量の O2 による触媒の効率低下のために使えない。そのため NOx （窒素酸化物）の低減が難しい。また，ジーゼル・エンジンは，一種の層状燃焼であり，燃焼は燃料噴射近傍のところで行われ，局部的空気不足を生じやすく， PM ( Particulate Matter ：粒子状物質）（注参照）生成の問題を生ずる。
ジーゼル・エンジンでは，特に，排気ガス中に合まれる有害な大気汚染物質となる PM , NOx をそれぞれ低減させることが最も重要になってくる。 PM は，完全燃焼させることで低減させることができるが， NOx は，完全燃焼すると燃焼ガス温度が高くなるため，より多く生成される。この PM と NOx は，同時に両者を低減することは，困難な関係にある。
この問題を解決するためには，コモン・レール式高圧燃料噴射システムのように噴射圧力を高圧化することで液体の燃料を微粒化させ，微粒化したことで総表面積が大きくなり周囲の吸入空気や熱とよく触れることになり，良い燃焼状態になり PM の発生が低減する。さらに，微粒化したことで着火性が良くなるため噴射タイミングを遅角させることができ，着火遅れや燃焼期間が短くなることにより燃焼温度が低くなるため，NOx の生成も低減できる。
コモン・レール式高圧燃料噴射システムでは，図 に示すようにサプライ・ポンプで作られた高圧燃料をコモン・レールと呼ばれる高圧貯蔵室に蓄えており，エンジンの運転状態などを検出する各センサからの信号をもとにエンジン ECU が最適な噴射量と噴射時期を決定し，エレクトロニック・ドライビング・ユニット（以下， EDU という。）を介して電磁式インジェクタに通電することにより燃料を噴射している。

(2) 燃料が微粒化したことで着火性が良くなるため,噴射タイミングを進角させることができ、着火遅れや燃焼期間が短くなることにより燃焼温度が低くなるので,NOxの生成も低減できる。
不適切
遅角

(3) コモン・レールと電磁式インジェクタを使用することにより,噴射量及び噴射時期をエンジンECUで精密に制御できる。
適切

(4) 燃料噴射を２段階に分割し,パイロット噴射を行うことによりメインの燃焼が緩やかに開始するため,エンジンの振動及び騒音を低減できる。
適切
燃料噴射を 2 段階に分割し，メイン噴射の前に補助的なパイロット噴射を行うことによりメインの燃焼が緩やかに開始するため，エンジンの振動及び騒音を低減できる。さらに，噴射時期を最適に制御することにより燃料の拡散を促進し，燃焼温度が低く抑えられるため，黒煙及び NOx の排出量を低減することができる。また，この噴射システムでは，燃焼速度を速めることができるため，良好な燃焼を確保できる。

パイ口ット噴射制御
　補助的な噴射であるパイロット噴射は，図 に示すように圧縮行程の早い段階で噴射される。このとき噴射した燃料は，自己着火しないで燃焼室内に拡散し，空気と混ざった予混合状態にして，冷炎反応状態（燃焼し易い状態）のまま保持される。この状態からピストンが上死点を過ぎ，シリンダ内の温度が下がり始めた所でメイン噴射が行われるため，このとき噴射された燃料もすぐには自己着火せず，拡散して予混合状態となってから，冷炎反応状態のパイロット燃料の作用を受け急速に燃焼する。このような燃料噴射制御を行うことにより，噴射した燃料と空気とを十分混合させてから燃焼させることができるため黒煙が低減できる。また，メインの燃焼の開始を緩やかにすることで，最高燃焼温度が低下することにより N０x の排出も低減できる。ただし，ある程度エンジンの回転速度が上昇するとパイロット噴射を止め，通常の噴射方式に切り替えている。
なお，パイロット及びメインの噴射量は，各々についてエンジンの状態から算出し，各種センサによる補正を加え決定した後，レール圧に応じてインジェクタへの通電時間を制御している。また，メインの噴射時期及びパイロット噴射とメイン噴射の間隔についても同様の方法で決定している。

よって答えは（2）

平成23年6月実施1級小型問題13：CNG（圧縮天然ガス）及びCNG自動車に関する記述

CNG（圧縮天然ガス）及びCNG自動車に関する記述として,適切なものは次のうちどれか。

（1）CNGは,ガソリンなどの液体燃料に比べ,車両搭載効率が低くなるという短所がある反面,燃焼時に水蒸気の発生が極めて少ないことから,排気系の防錆対応については,ガソリン車と比較して軽微な処置で済むという長所がある。
（2）燃料系の配管（パイプ）及び継ぎ手を外すときは,パイプ内のガス圧力が高圧のためガス容器元弁を全閉にして,配管内の燃料がなくなるまでエンジンを運転してから行う。
（3）CNG燃料圧力計は,CNGレギュレ一タの下流にある燃料系の配管内の圧力を表示する。
（4）天然ガスは,空気より重く（対空気比重1.562）,また,燃焼下限界（燃焼することのできる空気中の燃料濃度の下限）が,他の燃料に対して高い（約4.5％）。

解く

（1）CNGは,ガソリンなどの液体燃料に比べ,車両搭載効率が低くなるという短所がある反面,燃焼時に水蒸気の発生が極めて少ないことから,排気系の防錆対応については,ガソリン車と比較して軽微な処置で済むという長所がある。
不適切
CNG は燃焼時の CO 2 発生量が石油系燃料に比べて少なく， SOx やすすの発生はなく，ランニング・コストは，ガソリン＞ LPG ＞ 軽油 ＞ CNG の順であり，一番安価である。
しかし，気体であるためガソリンなどの液体燃料に比べ，車両搭載効率が低くなる。また，燃焼時に水蒸気の発生が多く，排気系の防錆対応を強化しなければならないという短所もある。

（2）燃料系の配管（パイプ）及び継ぎ手を外すときは,パイプ内のガス圧力が高圧のためガス容器元弁を全閉にして,配管内の燃料がなくなるまでエンジンを運転してから行う。
適切
作業場での注意
・火気のない風通しの良い場所で作業を行うこと。
・建物内で作業をする場合は，十分な換気をすると共に，天然ガスは空気より軽いため，　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　必要に応じてガス漏れ警報機などの設備を建物内の上部へ設けること。
・電気配線などを外すときは，火花が飛ばないようにすると共に，天井付近に天然ガス　　の滞留がないことを確認すること。
・ガス漏れを発見したときは，着火源となり得る照明，換気扇などのスイッチを操作しない（させない）こと。
・高圧ガスが残留したまま燃料配管のパィプ及び継ぎ手を緩めることは，絶対にしないこと。
・燃料系統の配管（パイプ）及び継ぎ手を外すときは，パイプ内のガス圧力が高圧のため，必ず， 2 本のガス容器元弁（マニュアル・ロック・ダウン・バルブ）を全閉にして，配管内の燃料が無くなるまでエンジンを運転すること。通常はアイドリング運転で約 2 ～ 5 分で，配管内の燃料が無くなり，エンジンが停止する。

（3）CNG燃料圧力計は,CNGレギュレ一タの下流にある燃料系の配管内の圧力を表示する。
不適切
上流

（4）天然ガスは,空気より重く（対空気比重1.562）,また,燃焼下限界（燃焼することのできる空気中の燃料濃度の下限）が,他の燃料に対して高い（約4.5％）。
不適切
高い利便性
　天然ガスは空気より軽く（対空気比重 0．65 ) ，ガス体なので液体燃料のように地上に滞留せず，上方へ向かって拡散する。燃焼下限界（燃焼することのできる空気中の燃料濃度の下限）が，他の燃料に対して高く（約 4 . 5 % ) ，自然発火温度も高いため，そのほかの燃料と比べ扱い易い燃料といえる。

平成14年実施1級小型問題：ハイブリッドECUの基本制御

ハイブリッドECUの基本制御の説明として,不適切なものは次のうちどれか。

(1) HVバッテリの温度や電圧などを監視し、異常を検出した場合は,充放電の制限や停止によりバッテリを保護する。
(2) HVバッテリに充電が必要なときは,充電要求電力に応じてエンジン出力を増加させる。
(3) アクセル・ペダルの踏み込み量と車速から必要なエンジン出力を計算し,最適燃費線上からエンジン回転速度を求める。
(4) 電子スロットルの開度制御を行うとともに、プラネタリ・ギヤの共線特性からジェネレータの回転速度を決定し,エンジン回転速度を制御する。同時に必要な駆動力に対し,モータが分担するトルクを算出する。

解く

ハイブリッド ECU
アクセル開度，シフト・ポジションなどから必要なエンジン出力，
モータ・トルク．ジェネレータ・トルクを算出し，各 ECU に要求値を出力して，駆動力を制御している。
 
ハイブリッド ECU の基本制御は，図 のように，電子スロットル制御，ジェネレータ制御及びモータ制御の三つを次のように行っている。
 
ⅰ) アクセル・ペダルの踏み込み量と車速から必要なエンジン出力を計算し，最適燃費線上からエンジン回転速度を求める。
ⅱ）電子スロットルの開度制御を行うと共にプラネタリ・ギヤの共線特性からジェネレータの回転速度を決定し，エンジン回転速度を制御する。
ⅲ）同時に必要な駆動力に対し，モータが分担するトルクを算出する。
iv ) HV バッテリに充電が必要なときは，充電要求電力に応じてエンジン出力を増加させる。
 
 

(1) HVバッテリの温度や電圧などを監視し、異常を検出した場合は,充放電の制限や停止によりバッテリを保護する。
不適切
バッテリECUの制御

(2) HVバッテリに充電が必要なときは,充電要求電力に応じてエンジン出力を増加させる。
適切

(3) アクセル・ペダルの踏み込み量と車速から必要なエンジン出力を計算し,最適燃費線上からエンジン回転速度を求める。
適切

(4) 電子スロットルの開度制御を行うとともに、プラネタリ・ギヤの共線特性からジェネレータの回転速度を決定し,エンジン回転速度を制御する。同時に必要な駆動力に対し,モータが分担するトルクを算出する。
適切

平成23年6月実施1級小型問題12：ハイブリッド車のインバータに関する記述

ハイブリッド車のインバータに関する記述として,不適切なものは次のうちどれか。

（1）モータ用のブリッジ回路では,モータ駆動時にHVバッテリの直流を三相交流に変化させると共に,モータの電流制御や交流周波数制御を行い,発生トルクと回転速度を変化させる。
（2）Nレンジでエンジンが回転している場合,インバータのパワー・トランジスタのうち,モータ側のパワー・トランジスタはONし,ジェネレータ側のパワー・トランジスタがOFFするので,ジェネレータが空回りして発電しないため,バッテリに充電は行われない。
（3）インバータは,モータやジェネレータと共に,エンジンとは別の専用ラジエータの冷却水経路により冷却されている。
（4）エンジン始動時は,HVバッテリからジェネレータ用のブリッジ回路でHVバッテリの直流を三相交流に変換してジェネレータを駆動させ,エンジンを回すスタータの役割をさせている。

解く

（1）モータ用のブリッジ回路では,モータ駆動時にHVバッテリの直流を三相交流に変化させると共に,モータの電流制御や交流周波数制御を行い,発生トルクと回転速度を変化させる。
適切
インバータ（注参照）は， HV バッテリの直流電流とモータやジェネレータの交流電流の変換を行う変換装置であり，図 に示すように，モータ用，ジェネレータ用それぞれ 6 個のパワー・トランジスタで構戎される三相ブリッジ回路で電流を変換している。
（注）インバータ とは逆用回転変流機のことで，回転変流機を使用して直流電力を交流電力に変換する装置をいう。
このブリッジ回路のパワー・トランジスタは，ハイブリッド（モータ） ECU から制御回路を通して駆動される。
モータ用のブリッジ回路では，モータを駆動させるときには， HV バッテリの直流を三相交流に変化させると共に，モータの電流制御や交流周波数制御を行って，モータの発生トルクと回転速度を変化させており，また，減速時などの回生発電時には，6 個のダイオードによって，三相全波整流を行って HV バッテリに充電している。

（2）Nレンジでエンジンが回転している場合,インバータのパワー・トランジスタのうち,モータ側のパワー・トランジスタはONし,ジェネレータ側のパワー・トランジスタがOFFするので,ジェネレータが空回りして発電しないため,バッテリに充電は行われない。
不適切
前輪とモータは，ギヤとチェーンを介して常時機械的につながっている方式のため，駆動力の遮断手段として， N レンジのときは，インバータのパワー・トランジスタをすべて OFF にして，モータとジェネレータの作動を強制的に停止させている。これをシャット・ダウンといい，車軸での駆動力はゼロになる。この状態では，エンジンが回転していても，ジェネレータは空回りして発電しないため，バッテリに充電は行われない。

サンギヤが空転しているため,エンジンが回転してキャリアが回転しても,駆動輪とつながっているインターナルギアには,動力が伝わらない。

（3）インバータは,モータやジェネレータと共に,エンジンとは別の専用ラジエータの冷却水経路により冷却されている。
適切

（4）エンジン始動時は,HVバッテリからジェネレータ用のブリッジ回路でHVバッテリの直流を三相交流に変換してジェネレータを駆動させ,エンジンを回すスタータの役割をさせている。
適切
ジェネレータ用のブリッジ回路では，HV バッテリに充電するときやモータに電力を供給するときには，エンジンによりジェネレータを回して発生した三相交流を６個のダイオードで全波整流を行っており，また，エンジン始動時には，HV バッテリの直流を三相交流に変換させてジェネレータを駆動してエンジンを回し，スタータの役割をさせている。

よって答えは（3）

平成14年実施1級小型問題平成：振動・騒音

図を参考に次の文章の（　　　　）にあてはまるものとして,下の組み合わせのうち適切なものはどれか。

図は６気筒４サイクル・エンジンのトルク変化を示したものである。この場合は燃焼間隔がクランク角で120°となるため,合成トルクはクランクシャフト２回転で,（　イ　）のトルク変動が生じる。これをエンジンの（　ロ　）成分という。
　　　イ　　　　ロ
(1) １２回　　　３次
(2) ６回　　　　６次
(3) １２回　　　６次
(4) ６回　　　　３次

解く

図は６気筒４サイクル・エンジンのトルク変化を示したものである。この場合は燃焼間隔がクランク角で120°となるため,合成トルクはクランクシャフト２回転で,（　イ,６回　）のトルク変動が生じる。これをエンジンの（　ロ,３次　）成分という。

よって答えは（4）

平成23年6月実施1級小型問題11：CAN通信に関する記述

CAN通信に関する記述として,適切なものは次のうちどれか。

（1）CANバスを構成する信号線に用いられるツイスト・ペア線は,終端抵抗と組み合わせることで信号線に乗ったノイズを吸収するため,CAN－L線とCAN－H線それぞれの信号電圧値に変動がない。
（2）高速CAN通信のサブ・バス・ラインには,二つの終端抵抗が用いられている。
（3）識別子フィールドとは,複数のメッセージが同時に送信されそうになったときの優先順位を表し,データ・フィールドとは,メッセージの信号量を表している。
（4）デジタル信号を作るにあたって,信号線と信号アース線間の電圧差を用いる方式のものをシングル・エンドといい,信号線間の電圧差を用いる方式のものをディファレンシャル・エンドという。

解く
（1）CANバスを構成する信号線に用いられるツイスト・ペア線は,終端抵抗と組み合わせることで信号線に乗ったノイズを吸収するため,CAN－L線とCAN－H線それぞれの信号電圧値に変動がない。
不適切

（2）高速CAN通信のサブ・バス・ラインには,二つの終端抵抗が用いられている。
不適切
メイン・バス・ライン

（3）識別子フィールドとは,複数のメッセージが同時に送信されそうになったときの優先順位を表し,データ・フィールドとは,メッセージの信号量を表している。
不適切
メッセージの信号量を表しているのは,コントロール・フィールド

（4）デジタル信号を作るにあたって,信号線と信号アース線間の電圧差を用いる方式のものをシングル・エンドといい,信号線間の電圧差を用いる方式のものをディファレンシャル・エンドという。
適切

よって答えは（4）

平成14年実施1級小型問題：クレストファクタの説明

クレストファクタの説明として,適切なものは次のうちどれか。

(1) クレストファクタとは、交流波形の片波形の最大波高値(以下「P値」という。)と片波形の平均値との比を係数で表したものである。
(2) クレストファクタとは,P値と実効値との比を係数で表したものである。
(3) クレストファクタとは,交流波形の両波形の最大波高値(以下「P-P値」という。)と実効値との比を係数で表したものである。
(4) クレストファクタとは,P-P値と両波形の平均値との比を係数で表したものである。

 

 解く

よって答えは（2）