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4ストロークエンジン (1)吸入 きゅうにゅう (2)圧縮 あっしゅく (3)燃焼 ねんしょう ・膨張 ぼうちょう (4)排気 はいき
4ストローク機関 きかん のシリンダー周辺 しゅうへん 構造 こうぞう C – クランクシャフト E – 排気 はいき カムシャフト I – 吸気 きゅうき カムシャフト P – ピストン R – コネクティングロッド S – 点火 てんか プラグ V – バルブ 赤 あか :排気 はいき 用 よう 、青 あお :吸気 きゅうき 用 よう W – 冷却 れいきゃく 水 すい ジャケット 灰色 はいいろ 部分 ぶぶん はシリンダーブロック
ガソリンエンジン (英 えい : gasoline engine )は、ガソリン機関 きかん ともいい、燃料 ねんりょう であるガソリン と空気 くうき の混合 こんごう 気 き を圧縮 あっしゅく したあと点火 てんか 、燃焼 ねんしょう (予 よ 混合 こんごう 燃焼 ねんしょう )・膨張 ぼうちょう させるという行程 こうてい を繰 く り返 かえ し、運動 うんどう エネルギー を出力 しゅつりょく する内燃 ないねん 機関 きかん である。
ガソリンを燃焼 ねんしょう させる外 そと 燃 もえ 機関 きかん もあるため(外 そと 燃 もえ 機関 きかん は基本 きほん 的 てき に熱源 ねつげん を選 えら ばない)、より厳密 げんみつ に「ガソリンを使 つか って火花 ひばな により点火 てんか するエンジン」を表現 ひょうげん したい時 とき は、「ガソリン火花 ひばな 点火 てんか 式 しき 内燃 ないねん 機関 きかん 」と呼 よ ぶ。
火花 ひばな 放電 ほうでん により点火 てんか することから火花 ひばな 点火 てんか 内燃 ないねん 機関 きかん や火花 ひばな 点火 てんか エンジンと書 か かれることもあるが、火花 ひばな 点火 てんか は燃料 ねんりょう ガス などによるエンジンも同様 どうよう であるため、より幅広 はばひろ い意味合 いみあ いになる。模型 もけい 用 よう ガソリンエンジンの一部 いちぶ およびマグネトー 開発 かいはつ 以前 いぜん のガソリンエンジン開発 かいはつ 初期 しょき にはグロープラグ点火 てんか による「ガソリングローエンジン 」もある。
ほとんどは、ピストン を往復 おうふく 運動 うんどう させてコンロッド とクランクシャフト で回転 かいてん 軸 じく に出力 しゅつりょく するレシプロエンジン であり、行程 こうてい 数 かず により更 さら に分類 ぶんるい される。
吸気 きゅうき ・圧縮 あっしゅく ・膨張 ぼうちょう ・排気 はいき の4つの行程 こうてい をとる4ストローク機関 きかん に主 おも に使 つか われるサイクルはオットーサイクル である。燃焼 ねんしょう は混合 こんごう 気 き の体積 たいせき が最小 さいしょう になる上 うえ 死 し 点 てん 付近 ふきん の短時間 たんじかん に一気 いっき に行 おこな われるため、容積 ようせき がほぼ一定 いってい で燃焼 ねんしょう する。このため定 てい 積 せき 燃焼 ねんしょう サイクル、または開発 かいはつ 者 しゃ の名前 なまえ からオットーサイクルと呼 よ ばれる。かつてマツダ がスーパーチャージャー 付 つ きミラーサイクル 機関 きかん を実用 じつよう 化 か した。トヨタ のハイブリッドカー であるプリウス のエンジンはアトキンソンサイクル 機関 きかん と称 しょう しているが、そのうちのミラーサイクル機関 きかん である。
吸気 きゅうき と圧縮 あっしゅく 、膨張 ぼうちょう と排気 はいき の2つの行程 こうてい をとる2ストローク機関 きかん はクラークサイクルである。
ごく少数 しょうすう ではあるが、6つの行程 こうてい を経 へ る6ストローク機関 きかん も存在 そんざい する。
他 た に、往復 おうふく 運動 うんどう を伴 ともな わないロータリーエンジン も実用 じつよう 化 か されている。
気筒 きとう あたりの行程 こうてい 容積 ようせき が600mL程度 ていど を超 こ えると熱 ねつ 効率 こうりつ が悪 わる くなるので、大 だい 出力 しゅつりょく (仕事率 しごとりつ )エンジンは多 た 気筒 きとう でなければならない[ 1] 。
ディーゼルエンジン (圧縮 あっしゅく 着火 ちゃっか エンジン)よりも、高速 こうそく 回転 かいてん が可能 かのう で、排気 はいき 量 りょう あたりの出力 しゅつりょく が大 おお きく、振動 しんどう や騒音 そうおん が小 ちい さく静 しず かであり、小 しょう 出力 しゅつりょく に適 てき している。乗用車 じょうようしゃ をはじめ小型 こがた 商用 しょうよう 車 しゃ 、自動 じどう 二 に 輪 りん 車 しゃ などに広 ひろ く利用 りよう される。かつては航空機 こうくうき 用 よう に1,000馬力 ばりき 以上 いじょう の多 た 気筒 きとう エンジンが用 もち いられたこともあったが、第 だい 二 に 次 じ 世界 せかい 大戦 たいせん 後 のち ジェットエンジン の普及 ふきゅう により姿 すがた を消 け し、今日 きょう では小型 こがた のものが軽 けい 飛行機 ひこうき などに用 もち いられるにとどまる。また寒冷 かんれい 地 ち にはディーゼルエンジンよりも適 てき しているため、該当 がいとう 地域 ちいき で運用 うんよう される軍用 ぐんよう 車 しゃ には優先 ゆうせん 的 てき に用 もち いられていた。
意図 いと して圧縮 あっしゅく 着火 ちゃっか を起 お こさせる一部 いちぶ のエンジンを例外 れいがい として、圧縮 あっしゅく 中 ちゅう に霧 きり 状 じょう ・気化 きか ガソリンが自己 じこ 着火 ちゃっか しノッキングを起 お こすと、不完全 ふかんぜん 燃焼 ねんしょう やエンジンが傷 いた むなど不都合 ふつごう なので、同 どう 排気 はいき 量 りょう ・同 どう 燃料 ねんりょう 消費 しょうひ 量 りょう から出力 しゅつりょく を向上 こうじょう させるべく圧縮 あっしゅく 比 ひ を上 あ げるには、自己 じこ 着火 ちゃっか し難 がた い=オクタン価 おくたんか が高 たか いガソリンを使用 しよう する事 こと が必要 ひつよう となる。その為 ため かつては四 よん アルキル鉛 なまり など有機 ゆうき 鉛 なまり 化合 かごう 物 ぶつ が添加 てんか されていたが、環境 かんきょう ・安全 あんぜん 性 せい の観点 かんてん から航空機 こうくうき 用 よう などを除 のぞ いて殆 ほとん どの国 くに で禁止 きんし され、代 か わりのアンチノック剤 ざい が添加 てんか されるようになった。排気 はいき ガスには有毒 ゆうどく な成分 せいぶん が多 おお く含 ふく まれているが、制御 せいぎょ と後処理 あとしょり で容易 ようい ・安価 あんか に削減 さくげん でき、排気 はいき ガス有毒 ゆうどく 成分 せいぶん 規制 きせい 開始 かいし 直後 ちょくご には各種 かくしゅ の方式 ほうしき が試 ため されたが、その後 ご 三 さん 元 げん 触媒 しょくばい 方式 ほうしき に収斂 しゅうれん した。前述 ぜんじゅつ の四 よん アルキル鉛 なまり など有機 ゆうき 鉛 なまり 化合 かごう 物 ぶつ は、この触媒 しょくばい の機能 きのう を損 そこ なうので禁止 きんし された事情 じじょう もある。
4ストローク機関 きかん の主要 しゅよう 部分 ぶぶん は、以下 いか の各 かく 部品 ぶひん で構成 こうせい される。
シリンダーブロック
主 おも に鋳鉄 ちゅうてつ 製 せい またはアルミニウム合金 ごうきん 製 せい のブロックで、内部 ないぶ にシリンダーの他 ほか 、冷却 れいきゃく 水 すい や潤滑油 じゅんかつゆ の通路 つうろ が設 もう けられている。 冷却 れいきゃく 水 すい を用 もち いず、外側 そとがわ にフィンを設 もう けた空冷 くうれい 方式 ほうしき もある。
ピストン
主 おも にアルミニウム合金 ごうきん 製 せい の円筒 えんとう 形状 けいじょう の部品 ぶひん で、シリンダ内 ない で往復 おうふく 運動 うんどう を行 おこな う。圧縮 あっしゅく 工程 こうてい では上昇 じょうしょう しながら燃焼 ねんしょう 室 しつ 内 ない の混合 こんごう 気 き を圧縮 あっしゅく し、燃焼 ねんしょう 行程 こうてい では燃焼 ねんしょう 圧力 あつりょく を受 う けながら下降 かこう し、その力 ちから をコンロッドに伝 つた える。排気 はいき 工程 こうてい では上昇 じょうしょう しながら燃焼 ねんしょう 排気 はいき をシリンダ外 がい に送 おく り出 だ し、吸気 きゅうき 工程 こうてい では下降 かこう しながら新 あたら しい混合 こんごう 気 き をシリンダ内 ない に吸入 きゅうにゅう する機能 きのう を持 も つ。熱 ねつ 伝導 でんどう 性 せい に優 すぐ れ、熱 ねつ 膨張 ぼうちょう が小 ちい さく軽量 けいりょう なものが望 のぞ まれる。 多 おお くの場合 ばあい 燃焼 ねんしょう 室 しつ 側 がわ 側面 そくめん に溝 みぞ が切 き られ、複数 ふくすう のピストンリング が嵌 は められ気密 きみつ 性 せい を向上 こうじょう させ、オイル上 あ がり・オイル下 さ がりを実用 じつよう 的 てき な範囲 はんい に留 と める。
コネクティングロッド
ピストンとクランクシャフトを連結 れんけつ し、ピストンの上下 じょうげ 運動 うんどう をクランクシャフトの回転 かいてん 運動 うんどう に変換 へんかん する。材料 ざいりょう にはクロームモリブデン鋼 こう や炭素 たんそ 鋼 こう が用 もち いられる。
クランクシャフト
ピストンの上下 じょうげ 運動 うんどう を回転 かいてん 運動 うんどう に変換 へんかん する。クランクシャフトの回転 かいてん 運動 うんどう は、エンジンの出力 しゅつりょく を生 う み出 だ すだけでなく、カムシャフトやオイルポンプなど、エンジン自体 じたい を構成 こうせい する部品 ぶひん や補 ほ 器 き 類 るい の駆動 くどう 力 りょく も発生 はっせい する。
吸気 きゅうき バルブ
インテークマニホールドとシリンダーの間 あいだ に設 もう けられたバルブで、エンジンが吸気 きゅうき 行程 こうてい に移 うつ ったときに開 ひら くことにより、混合 こんごう 気 き をシリンダー内 ない に導入 どうにゅう する。
排気 はいき バルブ
エキゾーストマニホールドとシリンダーの間 あいだ に設 もう けられたバルブで、エンジンが排気 はいき 行程 こうてい に移 うつ ったときに開 ひら くことにより、燃焼 ねんしょう 排気 はいき をシリンダー外 がい に排出 はいしゅつ する。
カムシャフト
吸気 きゅうき バルブ、排気 はいき バルブを適切 てきせつ なタイミングで開閉 かいへい するためのカムを持 も つシャフトで、各 かく バルブの開閉 かいへい タイミングは、クランクシャフトの回転 かいてん を伝 つた えるタイミングベルトにより決定 けってい される。
点火 てんか プラグ
電気 でんき 的 てき に発生 はっせい させた火花 ひばな や赤熱 しゃくねつ により、圧縮 あっしゅく された混合 こんごう 気 き に点火 てんか する。
キャブレター ・燃料 ねんりょう 噴射 ふんしゃ 装置 そうち
エンジンが吸気 きゅうき する空気 くうき にガソリンを混合 こんごう させ、燃焼 ねんしょう する混合 こんごう 気 き にする。燃料 ねんりょう 噴射 ふんしゃ 装置 そうち で燃焼 ねんしょう 室 しつ 内 ない にガソリンを噴霧 ふんむ する場合 ばあい もある。
ラジエーター
エンジンの焼 や き付 つ きを防止 ぼうし する為 ため 、シリンダーを冷却 れいきゃく する冷却 れいきゃく 水 すい から熱 ねつ を空中 くうちゅう に発散 はっさん させ、冷却 れいきゃく 水 すい を適温 てきおん に維持 いじ する。空冷 くうれい などで省略 しょうりゃく される場合 ばあい もある。
燃料 ねんりょう が燃焼 ねんしょう する際 さい の熱 ねつ を100%とした場合 ばあい 、その熱 ねつ がどのように使 つか われるかを示 しめ す言葉 ことば に、熱 ねつ 勘定 かんじょう というものがある。
以下 いか はカルノーサイクル に従 したが うガソリンエンジンの熱 ねつ 勘定 かんじょう の一 いち 例 れい である。実際 じっさい にはエンジンの性能 せいのう 差 さ や動作 どうさ 環境 かんきょう によりこの割合 わりあい は異 こと なる[ 2] 。
燃焼 ねんしょう 時 じ の全 ぜん エネルギー:100%
有効 ゆうこう 仕事 しごと :20 - 30%
機械 きかい 的 てき 損失 そんしつ :5 - 10%
放射 ほうしゃ 損失 そんしつ :1 - 5%
排気 はいき 損失 そんしつ :30 - 35%
冷却 れいきゃく 損失 そんしつ :30 - 45%
すなわち、燃焼 ねんしょう 時 じ のエネルギーの2割 わり から3割 わり 程度 ていど しか仕事 しごと は取 と り出 だ せない。
これはエンジン内 ない のみの勘定 かんじょう であるため、実際 じっさい には他 た の機構 きこう を伝達 でんたつ する際 さい 、さらに伝達 でんたつ 時 じ の損失 そんしつ が起 お こるが、排気 はいき からタービン 等 ひとし によりエネルギーを更 さら に取 と り出 だ す場合 ばあい もある。
^ 櫻木 さくらぎ 徹 とおる (2011年 ねん 6月 がつ ). “少 しょう 気筒 きとう 化 か の流 なが れ~インターナショナルエンジンオフザイヤー2011~ ”. コラム . 住 じゅう 商 しょう アビーム自動車 じどうしゃ 総合 そうごう 研究所 けんきゅうじょ . 2014年 ねん 12月28日 にち 閲覧 えつらん 。
^ 萩原 はぎはら 芳彦 よしひこ 監修 かんしゅう 『ハンディブック 機械 きかい 改訂 かいてい 2版 はん 』 オ お ーム社 むしゃ 2007年 ねん 3月 がつ 20日 はつか p.449
全国 ぜんこく 自動車 じどうしゃ 整備 せいび 専門 せんもん 学校 がっこう 協会 きょうかい 編 へん 『ガゾリン・エンジン構造 こうぞう 』山海 さんかい 堂 どう 、2005年 ねん 4月 がつ 5日 にち 。ISBN 9784381088444 。
自動車 じどうしゃ 部品 ぶひん
エンジン
方式 ほうしき 内部 ないぶ 構成 こうせい 部品 ぶひん 補 ほ 機 き 類 るい
足 あし 回 まわ り部品 ぶひん
緩衝 かんしょう 装置 そうち 制動 せいどう 装置 そうち 車輪 しゃりん
照明 しょうめい ・灯火 ともしび 装置 そうち 関連 かんれん
その他 た の部品 ぶひん ・関連 かんれん 項目 こうもく
安全 あんぜん 装置 そうち 安全 あんぜん 技術 ぎじゅつ ミラー セキュリティ常 つね 備品 びひん オプション部品 ぶひん 空調 くうちょう 設備 せつび 関連 かんれん 項目 こうもく