自動車簡易図解コーナー
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エンジンの仕組み
エンジンには、いくつかの形式があります。その代表的なエンジンについて説明します。
４サイクル・エンジン
ＣＧ制作 by JOLLYBOY (無断転載禁止)
ガソリンエンジンは、吸入(ガソリンと空気を混ぜる)、圧縮(狭い面積に押し込む)、爆発(膨張してピストンを押し下げる)、排気(燃焼を終えたガスを出す)、と言う原理で動いています。この"吸入"→"圧縮"→"爆発"→"排気"と言う工程を、４工程で行うエンジンを４サイクル・エンジンと言います。
吸入工程では、吸入バルブが開きガソリンと空気の混合ガスが、ピストンの下降による不圧でシリンダー内に入ります。ピストンが上昇すると、混合ガスを圧縮します。ピストンが上限に達する直前に、プラグに電気が流れて火花が飛び、混合ガスが爆発(※燃焼)します。爆発によって押し下げられたエンジンは、再び上昇を始め、排気バルブが開いて排ガスをシリンダーの外に追い出します。
ちなみに、ピストンが上下運動(※往復運動)してクランクシャフトを回して動力を得るエンジンを、レシプロエンジンと言います。
２サイクル・エンジン
ＣＧ制作 by JOLLYBOY (無断転載禁止)
４サイクル・エンジンは、吸気から排気までの工程をきっちり４工程で行いますが、２サイクル・エンジンは、"吸入と圧縮"を同時に、"爆発と排気"を同時に…の計２工程で行います。
２サイクル・エンジンには、４サイクル・エンジンのようなバルブがありません。シリンダーの側面に、掃気孔と排気口があります。バルブが開閉する変わりに、ピストンの上下動により孔が開閉します。４サイクル・エンジンは、クランクシャフト２回転で吸入から排気までの工程を終えますが、２サイクル・エンジンは、クランクシャフト一回転で工程をすべて終えます。つまり、４サイクル・エンジンと同じ回転数で、２倍の爆発回数を得ている事になります。圧縮比は４サイクル・エンジンより低く、２倍の爆発回数だからと言って、２倍のパワーが出るわけではありません。
簡単な構造かつ軽いエンジンなので、バイクなどによく使われるエンジンです。
ディーゼルエンジン
ＣＧ制作 by JOLLYBOY (無断転載禁止)
ディーゼル・エンジンの特徴は、点火プラグや気化器(※キャブレター)を必要としない点です。燃料は、ガソリンではなく軽油である事も特徴です。
ディーゼル・エンジンは、高圧縮によって高温となった空気に、直接燃料(※軽油)を注入して自然着火させます。つまり点火プラグがありません。また、シリンダー内に空気を吸入させるためのキャブレターが必要のない代わりに、高圧で精密な噴射ポンプがついています。ディーゼル・エンジンには、４サイクルと２サイクルの２方式があるが、乗用車の場合は４サイクルを使用しています(※上記のＣＧは４サイクルのディーゼル・エンジンを説明しています)。
ちなみに、ディーゼル・エンジンと言う名前は、このエンジンを発明したドイツの故ルドルフ・ディーゼルから名付けられています。
ロータリーエンジン
ＣＧ制作 by JOLLYBOY (無断転載禁止)
ロータリー・エンジンは、その名の通り、回転運動するエンジンです。レシプロエンジンはピストンの"上下運動"を"回転運動"に変えていますが、ロータリー・エンジンはそのような往復運動によるパワーロスや振動が少なく、回転はスムーズで騒音が少なく、構造も簡単かつ軽量です(※ただしマツダの開発は困難を極めましたが)。
三角形の"おむすび型"ローターが、ケース(※ローターハウジング)の中を回転しながら、吸気、圧縮、爆発、排気の４工程を行います。ローターが一回転するごとに、すべての工程が完了します。ローターの運動は、真円運動ではなく偏心運動です。
ＣＧ図を見ていただいても分かるように、ロータリー・エンジンには三つの作動室があります。吸入をしている作動室の隣の作動室では爆発工程にあり、その隣の作動室では排気をしています。３つの作動室がそれぞれ連続して作動していいて、ローター１回転につきシャフトは３回転します。
ターボチャージャー
ＣＧ制作 by JOLLYBOY (無断転載禁止)
ターボチャージャーはエンジンではありませんが、エンジンと"対"で語られる事が多いので、ここで取り上げさせていただきます。ターボチャージャーとは、ターボ(※タービン)とスーパーチャージャー(※過給機)の合成語です。普通以上の空気をエンジンに供給して、多量の燃料を燃やしてパワーをあげるための装置です。スーパーチャージャーは、クランクシャフトの回転を利用してエアコンプレッサーを回してエンジンに過給する装置で、メカニカルな物なので機械式過給機とも呼ばれていました。
一方、ターボチャージャーは、エンジンの排ガスを再利用します。エンジンを回した後の排ガスは、エンジンの発生した熱量の３３％も持ったまま大気に捨てられてしまいます。その排ガスを利用してタービンを回し、エアコンプレッサーを回し、空気を圧縮してエンジンに送り込みます。ターボチャージャー自体の重量は僅かなものですが、エンジン出力は驚異的に一気に跳ね上がります。
参考／エンジンの実物写真
トヨペット・クラウンに搭載されたガソリン４気筒エンジン(秋葉原・交通博物館にて)
いすずＤＬ２０１に搭載されたディーゼルエンジン(秋葉原・交通博物館にて)
コスモスポーツに搭載されたツイン・ロータリー・エンジン(秋葉原・交通博物館にて)
