ディーゼル車はガソリン車に比べて、エンジンの音が大きいのは何故なのでしょうか？

Answer 1

燃焼室内の圧力がガソリンエンジンより高いためです。以下，少し詳しく書きましたので，ご覧ください。

●トルクと馬力
まず下記の式をご覧ください。

（トルク）＝（正味平均有効圧力）×（排気量）×（爆発回数）／（2π）

（馬力）＝2π×（回転数）×（トルク）


ここで、「正味平均有効圧力」＝BMEP＝Brake Mean Effective Pressureです。
また「正味」とは、制動型試験機で計測したという意味です。
なお「爆発回数」とは、出力軸1回転あたりの爆発回数を意味していまして、4サイクルエンジンは、「0.5」、2サイクルエンジンやロータリエンジンでは、「1.0」になります。

●正味平均有効圧力BMEPは2倍異なる
BMEPがディーゼル・エンジンとガソリン・エンジンでは異なります。

＊ディーゼル＝最近のインタークーラおよびターボ・チャージャー付きのクリーン・ディーゼルエンジンで20～23。近い将来、25程度になります

＊ガソリン＝10程度。ターボ・チャージャーあるいはスーパー・チャージャー付きで、15～18程度です。

上記の「トルク式」から、ディーゼルとガソリンでは、BMEPが約2倍違います。このため、ガソリンエンジンでディーゼルエンジンのトルクを出すのは難しいことになります。

●圧力が高いので，振動が出やすい
ガソリンエンジンの約2倍の圧力のため，エンジンブロックやヘッドが強い振動を起こします。これがアイドリング時などでカラカラという音になります。

●圧力の違いが強度に影響する
正味平均有効圧力BMEPが約2倍も異なると、燃焼室やクランク、クランク軸などの強度を高くしないと、強度的に持たなくなります。一方、ピストンのような可動部の強度をあげると、質量が重くなり、慣性質量の問題で、クランクやクランク軸の強度をあげる必要が出てきます。
また燃焼室壁を厚くすると、クランク軸長さが長くなり、振動が増える原因になるので、これまた強度をあげる必要があります。

●強度アップと最高回転数
ピストンやクランク軸の強度をあげると，「慣性質量」が大きくなります。遠心力は回転数の2乗と慣性質量の1乗に比例します。慣性質量が大きい分，回転数は高くできません。このためほとんどの乗用車用ディーゼルエンジンの最高回転数は4000rpm程度です。

●最高回転数と馬力

（馬力）＝2π×（回転数）×（トルク）

という式から，トルクが高くても，回転数が低いので，ガソリンエンジンより馬力は低いのが一般的です。

●１気筒あたりを小排気量にすると
1気筒あたりの排気量は通常、ミニマム500cc程度です。これをさらに小さくすることで、各部の強度を維持したまま、肉厚を薄くできます。しかし実用的な車両での最小排気量は、約330ccでした（1983年に発売されたダイハツ・シャレード・ディーゼルで、排気量1Lの3気筒エンジン）。1気筒あたりの排気量を小さくすると、強度的にはラクになりますが、別の問題が起きます。
それが、「冷却損失」です。通常、燃料の1/3程度が駆動力ですが、それと同じか、やや多くが冷却系への熱損失として出て行きます。これが冷却損失です。もし1気筒あたり排気量が小さくなると、筒内容積（排気量）に対して表面積が大きくなります。このため冷却損失が増え、燃焼効率が低下するのです。このため、小排気量にして強度をあげるのは、あまり良い方策とはいえません。

●燃焼速度
ガソリンエンジンでは、燃焼速度が非常に重要です。一般に回転数が速いほど、吸入空気の流入速度が高くなり、このため回転数が高いほど、火炎伝播速度は速くなります。もし火炎伝播速度が遅いと、燃焼室の壁付近のエンドガスが火炎伝播が届く前に異常燃焼します。これがノッキングです。もし圧縮比を高くし、BMEPを大きくすると、出力（馬力）も効率も高くなりますが、ノッキングしやすくなり、圧縮比には上限があります。
一方、ディーゼルは拡散燃焼といい、燃焼室内のいろいろな部分から燃焼が始まります。つまり火炎伝播ではないのです。このため、燃焼速度は、燃焼室内容積や回転数にあまり依存しません。このため船舶用の超大型エンジンには、ディーゼルが使われるのです。

●参考URL
ディーゼルエンジンとガソリンエンジンの差異：
http://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question_detail/q1416938664

ディーゼルエンジンのコスト：
http://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question_detail/q1417228669

ご参考になれば幸いです。

質問者からのお礼コメント

e60fuenfer1さん、とても詳しいご説明、どうもありがとうございました。

Answer 2

ディーゼルエンジンは圧縮比が極端に高いからでしょう。