Itamika
エンジン工学
1. はじめに
エンジン (engine) は、自動車や小型機械に広く使用されている内燃機関の一種です
エンジンの基本原理、技術、歴史などを解説します
2. エンジンの基礎知識
実はエンジンという言葉は、モータなどの電動機も含みますが、ほとんどの場合は、ガソリンエンジンなどの「熱機関」のことを指して使われています
この熱機関とは、熱エネルギーを機械的エネルギーに変換する装置のことで、「外燃機関」と「内燃機関」に分けられます
- 外燃機関: 作動ガスと燃焼ガスが別 (例: 蒸気機関車だと、石炭の燃焼ガスと水蒸気)
- 内燃機関: 作動ガスと燃焼ガスが同じ (例: ガソリンエンジンだと、ガソリンの燃焼ガスが作動ガスでもある)
一番有名な、ガソリンエンジンは、ガソリンを燃焼させて動力を得る内燃機関です
燃焼による空気の膨張力をピストンの動きに変換し、機械的な動力を生成します
3. 往復式内燃機関の構造
レシプロ (4ストローク) エンジン
ガソリンエンジンの大部分は4ストロークエンジンで、吸気、圧縮、燃焼、排気の4つの工程を経て動力を生成します
シリンダー内をピストンが往復し、コンロッド、クランクシャフトを伝わって出力されます
シリンダーの上には、吸排気、点火、燃料供給のシステムがあります
- 直列エンジン: シリンダーが直線的に配置されたエンジンです
- V型エンジン: シリンダーがV字型に配置されたエンジンです
- 水平対向エンジン: シリンダーが水平に対向して配置されたエンジンです
- ロータリーエンジン: 回転運動を利用するエンジンで、マツダが代表的な製造者です
ピストンとクランク
この写真にはピストンが６つありますが、これを２つずつ爆発させてクランクシャフトを回します
２つずつにすることでトルクが増えます
フライホイールは、ピストンの不連続な出力を滑らかで連続的な出力にするための重りです
4. 吸排気
ターボチャージャー (過給機)
排気ガスのエネルギーを利用して過給することで、エンジンの出力を向上させます。
可変バルブタイミング
バルブの開閉タイミングを変えることで、効率的な燃焼を実現します。
- 吸気行程 ピストンが下がり、吸気バルブが開いて空気と燃料の混合気をシリンダー内に吸い込みます。
- 圧縮行程 ピストンが上昇し、吸気バルブと排気バルブが閉じて混合気を圧縮します。
- 燃焼行程 圧縮された混合気にスパークプラグで点火し、爆発的な燃焼が起こり、ピストンを押し下げます。
- 排気行程 ピストンが再び上昇し、排気バルブが開いて燃焼ガスをシリンダー外に排出します。
点火
直噴システム
燃料を直接シリンダー内に噴射することで、燃焼効率を高めます。