エンジンはどうやって回転している！？3つの要素から観るエンジンの話

2020.09.27

カテゴリ：車の雑学

こんにちは！

チェンジニアのko-heiです！！

皆さんは普段から車のご使用、ご利用はありますか？

自動車というのは、戦後の日本経済を支えた重要な産業の一つですよね。

世界を代表するトヨタをはじめ、ホンダ、日産、スバル、スズキ、ダイハツ、、、と多くの自動車メーカーが日々、新しい車を開発しています。

そもそも自動車というのは、原動機を搭載し、レールや架線に頼らないで運転する車の事です。

つまり、原動機を必ず搭載しています。

そして、自動車の原動機と言ったら、エンジンですよね？

※一部モーターなどもありますが。

特に、ガソリンを燃料として回転するガソリンエンジンが主流です。

回転する原理は、ガソリンを燃やしているから、、、

皆さんもそのくらいはわかるかと思いますが、実は、ガソリンエンジンをスムーズに回転させる為に、いろんな事をしていたのです。

今回はそんな、ガソリンエンジンについて、解説していきます。

それでは、どうぞ！

最新！自動車エンジン技術がわかる本オールカラー図解 [ 畑村耕一 ]

1.ガソリンエンジンの回転原理
2.ガソリンエンジンの3要素
3.ガソリンエンジンの種類
4.まとめ

1.ガソリンエンジンの回転原理

ガソリンエンジンは、自動車販売の中でもっとも普及している原動機です。

内燃機関と言って、エンジン内部でガソリンを燃焼させ、そのエネルギーを取り出します。

皆さん、中学校の理科の授業で、エネルギーのお話があったかと思います。

エネルギー保存の法則といって、エネルギーの形状は変化するが常にエネルギー量は等しい。ってやつです。

内燃機関を有しているエンジンは、ガソリンを燃やす事でエネルギーを発生させ、その力を回転させるという運動エネルギーに変換させています。

ただし、その全てを運動として取り出すことができるわけではなく、全エネルギーの内、約30パーセントほどしか運動（つまり回転）に変える事ができないんです。

そう考えると、内燃機関っていかに効率が悪い原動機かがわかりますよね。

トヨタが開発した次世代プリウスに搭載されているエンジンでさえも、最大燃焼効率が40パーセントほど。

ちなみに燃焼効率とは、燃料を燃焼させて得たエネルギーの内、どれだけ運動に変えられたかという指標です。

あのプリウスでさえ、半分も走行するエネルギーに変える事ができていないんですね。

でも40パーセントって実はすごいんですよ！！

最大燃焼効率を40パーセント叩き出せた世界初のエンジンなんですから！

やはり、世界のトヨタ。

2.ガソリンエンジンの3要素

ガソリンエンジンを回転させる為には、3つの要素が欠かせないんです。

逆にこれが一つでも欠けると、エンジンがスムーズに回転しないばかりでなく、エンジン自体が回らないなんて事もあるのです。

私たちエンジニアがエンジン系の不具合の際に、要因を検討するうえで、必ずこの3要素は考えます。
　　
　　エンジンのトラブルはこちらでも紹介しています！

そのくらいエンジンの回転に直結する項目！

そのガソリンエンジンにとって重要な要素が次の3つです。

①良い混合気
②良い圧縮
③良い火花

まず、良い混合気とは一体何でしょう。

ガソリンエンジンを燃焼させる為には、燃料が必要です。

これはお分かりかと思いますが、実は燃料だけ有れば良いというわけではなく、空気（酸素）も必要です。

酸素は燃焼を手助けする作用があります。

※これも理科の実験でした経験があるのではないでしょうか？

つまり、良い混合気とは、燃料と空気を適切な量で混ぜ合わせる事です。

ガソリンを完全燃焼させる為に必要な空気の量は、燃料1ｇに対し、14.7ｇと言われています。

この空気と燃料の比率の事を空燃比と呼び、これを適切に制御する事で、効率よくエンジンを回転させているのです。

つぎに良い圧縮です。

圧縮とは、文字通り、混合気（燃料と空気）を圧縮する事です。

混合気をしっかり圧縮させる事で、燃焼した時のエネルギーが何倍にも膨れ上がります。

もともと取り入れた混合気をどのくらい圧縮するかは、圧縮比（圧縮率）で表されます。

この圧縮比を高めるエンジンは高出力エンジン、つまりパワーのあるエンジンとなります。

ただ、圧縮比を高めすぎると、回転負荷やノッキングにつながる場合がある為、適度な圧縮が求められます。

最後に良い火花です。

良い火花とは、ろうそくに火をつける為のライターと同じ作用です。

圧縮された混合気に、火花を飛ばす事で燃料を着火させ、燃焼（爆発）を促します。

火花は、単に飛べば良いというわけではありません。

火花が弱いと、燃料が着火しない恐れがあります。

そして、適切なタイミングで点火しないと、圧縮途中でパワーが足りないなんて事もあるのです。

良い火花とは、強い火花を適切なタイミングで飛ばす事が重要であり、それらを細かく制御しているのです。

　　火花に関する消耗品のお話はこちらから！

3.ガソリンエンジンの種類

ガソリンエンジンは、常に同じというわけではなく、車種や目的に応じて、様々です。

いくつかご紹介します。

①気筒数による違い

燃焼を行う為の部屋が何個あるかによっての違いです。

基本的には、気筒数が多いほど回転の効率が良く、高出力が見込めます。

大半の一般車両は、4気筒エンジンを採用しています。

②気筒の配列による違い

直列気筒　：　ピストンが上下に運動するタイプです。

Ｖ型気筒　：　ピストンがＶの字型に運動します。

水平対向　：　ピストンが水平方向に運動します。

いかがでしたか？

ガソリンエンジンはその存在自体は、皆さん知っていたかと思いますが、その中身は、各メーカーが効率や出力を追い求めた技術の結晶なんです。

そんなエンジンの基礎知識をお伝えさせて頂きました。

今後も定期的に雑学を発信していきますので、どうぞ楽しみにしていてください。

車に関する素朴な疑問、質問も随時、受け付けております。

内容次第では、記事にて詳しく紹介させていただきます。

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