2022-11-17更新

自動車エンジンの仕組み

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お世話になっております。カーネクストのブログ担当です。前回の「世界で最も速い8つの車」はいかがでしたでしょうか。では早速本日のテーマに入っていきたいと思います。

本日のテーマは「自動車エンジンの仕組み」です。では、始めていきたいと思います。

自動車エンジンの仕組み

車のボンネットを開けて見たときに、そこに何が起こっているのか疑問に思いませんか？一見車のエンジンというのは、金属、チューブ、ワイヤーなどが絡まりあったジャングルのように見えます。この記事では、エンジンの背後にある基本的な考え方について説明し、すべての要素がどのように働いているかについて解説していきます。

ガソリン車のエンジンの目的は、ガソリンを動きに変換することです。

ガソリンから動力を得る最も簡単な方法は、ガソリンをエンジンの中に燃やすことです。したがって、自動車エンジンは内燃機関であり、燃焼は内部において行われます。

内燃機関には様々な種類があります。ディーゼルエンジンは1つのタイプであり、ガスタービンエンジンとは別のタイプです。それぞれに長所と短所があります。

外燃機関もあります。昔ながらの列車や蒸気船の蒸気エンジンは、外燃機関の最良の例です。蒸気エンジンの燃料（石炭、木材、油）はエンジン外で燃焼して蒸気を作り、蒸気はエンジン内部で動きを作ります。

内燃機関は外燃機関よりもはるかに効率的であり、内燃機関は非常に小型です。

内燃機関を解説

往復で運動する内燃機関の背後にある一貫した原則があります。

小型で密閉された空間に少量の高エネルギー密度の燃料（ガソリンなど）を入れて点火すると、膨大なエネルギーの形で膨大なエネルギーが放出されます。必要なものに対してそのエネルギーを使うことができます。たとえば、1分に何百回もの爆発を起こすことができるサイクルを実現できれば、そのエネルギーを有効に活用することができれば、車のエンジンはできあがります。

ガソリンエンジンを搭載したほとんどすべての自動車は、ガソリンを動力に変換するために4サイクルの燃焼サイクルを使用しています。

4ストロークのアプローチ

1867年にニコラウス・オットーによって発明された為、オットー・サイクルとしても知られています。

摂取ストローク
圧縮ストローク
燃焼ストローク
排気行程

以上の4サイクルによってエンジンというのは動力に変換されています。

エンジンの効率化

では、出来上がったエンジンをどのように高燃費で良いものにできるのでしょうか？そこで必要となってきますのが効率化という考え方です。

こちらは自動車メーカーで言えばポルシェの根幹となる哲学です。そして、ポルシェはフォルクスワーゲンにおける開発部門を一任されています。いかにしてエンジンの効率化を行うのかということは非常に大きな課題となっています。実際、エンジンのパフォーマンスを向上させるためにはさまざまな方法があります。

自動車メーカーは、エンジンをより強力かつ、またはより燃費の良いものにするために以下の工夫をしています。

排気量を増やす

排気量を増やすとエンジンの１回転ごとのガスの燃焼量が増えます。シリンダーを大きくするか、シリンダーを追加して、ディスプレースメントを大きくすることができます。12気筒が実用限界と言われています。

シリンダーにさらに多くの空気を詰め込む

決められたサイズのシリンダーにより多くの空気を詰めることができれば、シリンダーからより多くのパワーを得ることができます。ターボチャージャーは入ってくる空気を加圧してより多くの空気を効果的にシリンダーに詰め込みます。

入ってくる空気を冷やす

空気を圧縮すると温度が上がります。しかし、気温が高ければ高いほど燃焼が起こるときに膨張することが少ないので、シリンダー内で最も冷たい空気を送り込みたいのです。したがって、多くのターボエンジンにはインタークーラーが搭載されています。インタークーラーは圧縮空気がシリンダーに入る前にそれを冷却するために通過させる特殊なラジエーターです。

空気をより簡単に流入させる

ピストンが吸気行程で下降するとき、空気抵抗はエンジンから動力を奪うことができます。各シリンダーに２つの吸気バルブを設置することで、空気抵抗を大幅に低減できます。いくつかの新しい車では、空気抵抗を排除するために研磨されたインテークマニホールドを使用しています。より大きい空気フィルタはまた、空気の流れを改善することができます。

すべての軽量化

軽量パーツは、エンジンの性能を向上させます。ピストンが軽いほど、必要なエネルギーは少なくなります。これにより、より良い燃料効率となる良い性能が得られます。

これらの視点を持つことでエンジンはさらなる効率化を果たすことができるのです。

ここまで話を進めてきましたが、疑問はありませんか？

エンジンに関する疑問と答え

以下に多く寄せられる疑問とその答えについて記載していきます。

ガソリンエンジンとディーゼルエンジンの違いは何ですか？

ディーゼルエンジンでは、スパークプラグはありません。代わりに、ディーゼル燃料がシリンダ内に噴射され、圧縮行程の熱と圧力によって燃料が点火されます。ディーゼル燃料はガソリンよりも高いエネルギー密度を有するため、ディーゼルエンジンはより良い走行距離を得ます。

2ストロークエンジンと4ストロークエンジンの違いは何ですか？

2ストロークエンジンには可動バルブがなく、ピストンがサイクルの最上部に当たるたびに点火プラグが点火します。シリンダー壁の下部にある穴がガスと空気を吸い込みます。ピストンが上に動くと圧縮され、点火プラグが燃焼を開始し、排気ガスはシリンダーの別の穴を通って排出されます。シリンダー壁の穴がリングを使用して燃焼室を密封するのを防ぐので、2ストロークエンジンではオイルをガスに混合する必要があります。

一般に、2サイクルエンジンは、１回転につき2サイクルの燃焼サイクルが発生するため、そのサイズに対して多くの出力を生成します。しかし、2ストロークエンジンはより多くのガソリンを使い、多くのオイルを燃やすので、はるかに汚染されています。