これを自問してみてください: 車が実際にどれほど興味深いものか考えたことがありますか? デバイスに液体を入れ、椅子に座り、手足を動かして部屋の中をより速く移動します。 200 年前には、4 輪の金属製の馬車が密閉され、秒速 27 メートルを超える速度で走行できるとは誰も想像していなかったでしょう。 ただし、それは発生しており、今後も改善が続くでしょう。 ここでは、急速な加速を担う車両の一部であるエンジンを調べます。 その複雑な部分をすべて分析し、それらがどのように機能するかを見ていきます。 それでは、この投稿を開始して、自動車のエンジンがどのように機能するかについて学びましょう。
車のエンジンのしくみ: 3 つの主要部品
大まかに言えば、エンジンはヘッド、ブロック、オイルサンプの 3 つの重要な部分に分けることができます。
1. シリンダーヘッド 燃料がエンジンチャンバーに入り、排気ガスが排出されるチャネルです。 その主要コンポーネントは、カムシャフト、バルブ、スパーク プラグです。
2. シリンダーブロック すべての燃焼作用が行われる場所です。 ここでの重要なコンポーネントは、燃焼室、ピストン、およびクランクシャフトです。
3. オイルサンプ エンジンの最下部を構成しています。 その主要コンポーネントは、オイルパンとオイルフィルターです。
車のエンジンのしくみ: 基本的なワークフロー
今日の自動車エンジンは 4 ストロークです。つまり、4 回のピストン ストロークで有効なパワーを生成します。 ピストンは、ストロークごとに最低点 (下死点) から最高点 (上死点) に移動し、再び戻ります。 インテーク、コンプレッション、パワー、エキゾーストの4ストロークです。 電源サイクルをよりよく理解するために、関連する多くのステップを概説するフローチャートを見ることができます。
自動車エンジンのしくみ: エンジン ヘッド内のプロセス
インテークマニホールドは、内燃エンジンの燃焼プロセスの開始点です。 空気と燃料の混合物は、インテークマニホールドを介して燃焼室に入ります。 スロットルボディから、空気がマニホールドに引き込まれます。 反対に、ガソリンは、燃料インジェクターとして知られるノズルによって、マニホールドのテールピースに送り込まれます。
燃料放出バルブ、またはタップは、次の目的地です。 バルブは、最も基本的な形で、燃焼室を密閉した状態に保ち、燃料が導入されたりガスが放出されたりしたときにゲートを開くメカニズムです。 バルブの開閉は、発生するストロークのタイプに対応しています。 カムシャフトと呼ばれるロッドがアクチュエーターとして機能し、バルブの開閉を制御します。
カムは、ドロップを形成するカムシャフトのシリンダーからの突起です。 ポートがカムに逆らって回転するカムによってポートが下方に押されると、バルブが開くことができます。 尖った端が丸みを帯びた端に変わると、バルブはスプリングによって閉じられ、元の位置に保持されます。 ベルトとプーリーは、カムシャフトの回転をクランクシャフトの回転に接続します。 回転のタイミングは手動で調整されており、非常に正確で繊細です。
自動車エンジンのしくみ: エンジン ブロック内のプロセス
では、本題の燃焼工程に移りましょう。 ヘッドには、実際の燃焼が発生する燃焼室があります。 このセットアップでは、ピストンが重要な役割を果たします。 ピストンの動きは、車輪に適用される回転力を開始します。 ピストンから有効な動力を生み出すには、少なくとも 4 回の完全なストローク、つまりシリンダーの一端から他端への移動が必要です。 では、これらの 4 つのストロークを分解してみましょう。
エンジンの 4 ストローク:
1. 吸気ストローク: 燃焼は、ピストンが上死点または TDC 位置にあるときに始まります。 ピストンが下がり始めます。 ピストンが下降を始める直前に、吸気バルブが開きます。 ピストンが下降すると、マニホールドから新鮮な混合気を吸い込みます。 ピストンが下死点または BDC に達すると、チャンバーは混合気で満たされます。
2. 圧縮ストローク: ピストンが BDC に達すると、圧縮行程が始まります。 ピストンが最下点に達する直前に、吸気バルブが閉じます。 これでピストンが上に移動します。 上昇すると、バルブが閉じていると逃げる場所がないため、混合気を圧縮します。
3. パワーストローク: ピストンが圧縮行程の最上部に達する直前に、シリンダー ヘッドに取り付けられたスパーク プラグが非常に小さな火花を放ちます。 この火花が圧縮された混合気と接触すると、混合気に着火します。 着火すると炎が急速に広がります。 バルブがまだ閉じているため、炎は逃げる場所がなく、ピストンを押し下げます。 これは、ピストンの動きによって使用可能な動力が生成される動力行程です。
*ノート– ディーゼルエンジンにはスパークプラグがありません。 代わりに、燃料インジェクターはその位置にあります。 ディーゼルエンジンでは、燃焼メカニズムがわずかに異なります。 吸気行程では熱風のみが燃焼室に送られます。 この空気は圧縮され、さらに加熱されます。 パワーストローク中、インジェクターは燃料を噴霧し、高温の空気と接触すると発火し、燃焼を開始します。 残りのサイクルはガソリンエンジンと同じです。
4. 排気行程：最後は排気行程です。 前回のストロークで勢いを得たピストンが上向きに戻り始めます。 動き出すと排気弁が開きます。 燃焼プロセスからの残りのガスが押し出されます。 これで 4 ストローク 1 サイクルが完了します。 この後、ピストンは再び上死点から下死点に移動し、サイクルが再開されます。
キーをオフの位置から回すと、ピストンが下降する力がどこから来るのかと疑問に思われるかもしれません。 エンジンのスターターモーターがこれを担当しています。 イグニッションでキーをひっくり返すと、スターター モーターがピストンを押し下げる初期推力を提供し、エンジンの燃焼プロセスを開始します。 ピストンを動かすのに必要な力は、各動力サイクルで蓄積された運動量によって提供されます。
クランクシャフトは、コネクティングロッドを介してピストンに結合された回転軸です。 クランクピンは、ピストンが乗るコネクティングロッドのオフセット突起です。 したがって、ピストンの上下運動は回転運動に変換されます。 クランクシャフトが回転し、その動きがホイールに到達する前に多くのコンポーネントを通過します。 次の記事では、ホイールへのエネルギーの伝達をさらに詳しく調べます。
車のエンジンのしくみ：オイルサンプ
エンジンを下から見た場合、オイルサンプが一番下になります。 オイルサンプは潤滑油を受け取り、さまざまなエンジン要素に分配します。 オイルパンとオイルポンプの両方がオイルサンプに収納されています。 オイルパンは、すべてのフルードの貯蔵タンクとして機能します。 オイルパンからオイルを汲み上げて潤滑通路に送り込むオイルポンプは、オイルパンに完全に沈んでいます。
オイル ポンプの入口にある小さなスクリーンが、大きな粒子の侵入を防ぎます。 オイルがポンプに吸い込まれると、メイン オイル フィルターに送られ、そこでさらに大きな汚れや金属片が取り除かれます。 エンジンの可動要素を潤滑するために、このオイルは潤滑油チャネルに送られます。 このオイルは別のパイプを通ってサンプに戻り、そこでサイクルが再び始まります。
オイルを燃焼室に直接噴射することで、ピストンの動きをスムーズにします。 ただし、オイルとガソリンが混ざると燃焼がうまくいきません。 このような場合、ピストンを囲むスリーブにグリースを塗るにはどうすればよいでしょうか。 一連のリングがピストンの軸に巻き付いています。 ピストンが 4 ストローク サイクルで下死点 (BDC) に達すると、オイルがチャンバー壁に噴霧されます。 ピストンが下降し始めると、オイルの噴射が停止し、余分なオイルがリングによって壁からこすり落とされます。 これにより、オイルと燃料が結合することはありません。
結論として、これが自動車のエンジンの仕組みです。 次のセクションでは、クランクシャフトで中断したところから取り上げます。 そこでは、エンジンが接触する多くの部品へのエンジンの動力伝達を観察することができます。 この記事についてご質問やご意見がございましたら、お知らせください。 読者の皆様からのご意見をお待ちしております。
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