エンジンの仕組みと働き


レシプロエンジン
<出典 : http://www.bookcrazeonline.com/category14/entry309.html>

自動車はタイヤが回転することによって前に進みますが、タイヤを回転させるためにはその動力源が必要です。

エンジンは自動車の動力源を発生させる最重要部品で、正に自動車の核となる部品といってよいでしょう。

自動車に搭載されるエンジンの構造には主に以下の2種類があります。

エンジンの構造による分類

名称 概要
レシプロエンジン 燃料を燃焼させることによってピストンを動かし、ピストンの往復運動を回転運動に変換してタイヤに伝える。
ロータリーエンジン 燃料を燃焼させることによってローターを動かし、その回転運動をタイヤに伝える。

レシプロエンジンがピストンの往復運動を動力としているのに対し、ロータリーエンジンはローターの回転運動を動力としています。

ロータリーエンジンは、レシプロエンジンに比べて省スペース、高出力かつ振動に強いというメリットがある一方、熱効率が悪く燃費が悪くなるため現在はあまり使われていません。現在の車に搭載されているのはほとんどレシプロエンジンとなります。

次にエンジンは燃料の種類によって以下の2種類に分類されます。

燃料の種類による分類

名称 概要
ガソリンエンジン ガソリンを燃料として動く
ディーゼルエンジン 軽油を燃料として動く

ガソリンを燃料とするのがガソリンエンジン、軽油を燃料とするのがディーゼルエンジンです。

例えば、レシプロエンジンで燃料がガソリンの場合「レシプロガソリンエンジン」となります。

エンジンが始動するまでの流れ

スタートボタン
<出典 : http://www.cat-powder.com/2014/04/blog-post.html>

エンジンが動き出すまでの具体的な流れは以下の通りです。(ここではレシプロエンジンを例に説明しています)

  1. イグニッションキーを回す、又はスタートボタンを押す
  2. スターターモーターが始動し、クランクシャフトが回転する
  3. 燃料を噴射して点火する
  4. ピストンが動き出してエンジンのサイクルがスタートする

まずは運転手がイグニッションキーを回します。最近はキーレスの車が増えてきており、キーを回す代わりにスタートボタンを押すとエンジンがかかるタイプも増えてきました。

イグニッションキーを回すとエンジンを初期始動させるためのスターターモーターが回り始めます。スターターモーターは、バッテリーの電力を使って動きますので、バッテリーが上がっている状態だとエンジンが始動できません。この場合はバッテリーの充電が必要となります。

スターターモーターが回ると、同時にクランクシャフトが回りだしますので、インジェクターによって燃料を噴射して点火プラグにて点火します。

点火された混合気(燃料と空気が混じったもの)が膨張してピストンを押し下げその運動エネルギーによってクランクシャフトを回転させ、エンジンのサイクルがスタートします。

レシプロエンジンのサイクル

レシプロエンジンの4工程
<出典 : https://goin.jp/3231>

レシプロエンジンには大きく分けて4つのサイクルがあり、4サイクルを繰り返すことによって運動エネルギーを発生させています。

レシプロエンジンの4つのサイクル

工程 動作
吸気工程 吸気バルブから混合気がエンジン内に入ってくる。ピストンは上死点から下死点へ下降する。
圧縮工程 吸気バルブが閉じてピストンが下死点から上死点へ上がっていく。混合気は圧縮されていく。
燃焼(膨張)工程 点火プラグによって混合気が点火され、ピストンを上死点から下死点へ押し下げながら膨張していく。
排気工程 排気バルブが開き、燃焼されたガスが出ていく。ピストンは下死点から上死点へ上がっていき、吸気工程へ戻る。

レシプロエンジンは吸気⇒圧縮⇒燃焼(膨張)⇒排気を繰り返しながらピストンを上下運動させることで運動エネルギーを作り出しています。

そしてピストンの上下運動は、クランクシャフトを通じて回転運動に変えられ、タイヤへと伝わっていきます。

ピストンはシリンダーの中に収められており、シリンダーの数がそのままピストンの数となります。

シリンダーが直線に並んでいるのが現在主流の形で、シリンダーが3つ並んでいるものを3気筒、4つ並んでいるものを4気筒といいます。

燃料の動きと役割

ガソリンや軽油などの燃料はエンジンを動かすために必ず必要です。

私たちがガソリンスタンドで給油した燃料は、燃料タンクに貯められます。燃料タンクは、防錆処理をした鉄製、もしくは樹脂製などがあり、車の後部に設置されていることが多いです。

燃料タンク内の燃料は、燃料ポンプで汲み上げられ、燃料フィルターを通ってインジェクターに運ばれていきます。燃料フィルターは、金属片などの異物がインジェクターに運ばれないように燃料をろ過する役割があります。

インジェクターへ運ばれた燃料は、霧状になり、エンジンの吸気ポートに噴射されます。エンジンの回転数や温度によってコンピューターで噴射量を調整しています。

吸気ポートへ噴射された燃料は、空気と混じり合って混合気となり、圧縮された後、点火プラグにて点火され、燃焼(膨張)してピストンを動かします。

燃料タンクに入っている燃料の量は、ドライバーがいつでも分かるように運転席でモニタリングできるようになっており、一般的に「F」が燃料満タンの状態、「E」が燃料がなくなった状態を指しています。

最近の車は、あと何キロ走ると燃料がなくなるといったことまでモニタリングされているものもあり、走行途中で燃料がなくなることがないような工夫がされています。


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