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レシプロエンジンの仕組みとは【4サイクルや4ストロークってなに?】

マシタ ヒロナリ

この記事では4サイクルのレシプロエンジンの基本的な仕組みについて紹介していきます。

電気自動車を除く車にはエンジンが搭載されており、駆動の源となっています。

様々なエンジンの中で、車に搭載されているのは4サイクルのレシプロエンジンかロータリーエンジンが一般的です。

最もスタンダートな4サイクルエンジンとはどのような仕組みなのでしょうか?

シプロエンジンとは

車のエンジンに最も多く採用されていて、上下往復運動を回転運動に変えるエンジンをレシプロエンジンといいます。

シリンダー(燃焼室)内にはピストンがあり、コンロッドを介して全て一本のクランクシャフトに繋がっています。

このクランクシャフトの回転を最終的にタイヤに伝えることで車を走らせ、ポンプやエアコンコンプレッサーなどの補機類を駆動させることもできるのです。

エンジンといったらこのレシプロエンジンが基本で、バイクや車から船や農機具まで幅広い乗り物になどに搭載されています。

またレギュラーかハイオクを使用するガソリン機関と、軽油を使用するディーゼル機関の二つに分けられる。

シリンダーとは
筒状のもので燃焼室ともいい、シリンダーが4つあるものを4気筒、6つだと6気筒、また直列に並べられていると直列エンジン、V型に配置されているとV型エンジンといいます。

サイクルエンジンの仕組み

4サイクルエンジンの行程とバルブの動き

4ストロークエンジンともいい、ピストンが2往復するあいだに①吸気→②圧縮→③爆発→④排気の4つの行程であります。

ピストンが最も上に上がってる状態を上死点、逆に一最も下がってる状態を下死点といいます。

①吸気

吸気側のバルブが開いてピストンが下がることで、負圧(吸い込む力)により混合気をシリンダー内に取り込みます。

直噴エンジンの場合は空気を取り入れたのちシリンダー内に直接燃料を噴射して混合気となります。

②圧縮

シリンダー内が密閉されてピストンが上がることで混合気が圧縮されます。

空気は圧縮されることで高温・高圧状態となります。

ガソリン機関とディーゼル機関の大きな違いはプラグが有無で、ディーゼル機関はこの圧縮時の熱で自然発火する仕組みです。

③爆発

ピストンが上死点となりスパークプラグにより混合気に点火させることで、爆発・膨張してピストンを下に押し出します。

この段階ではじめて、エンジンがパワーを得ることができます。

④排気

排気側のバルブが開きピストンで押し出すことで、燃焼後のガスを排出します。

ムシャフトによるバルブ開閉

バルブを開閉させるためにカムシャフトが配置されており、凹凸のあるシャフトが回転して吸気と排気のタイミングでバルブを押し出して開く仕組みとなっています。

カムシャフトが1本のSOHC(Single OverHead Camshaft)と2本のDOHC(Double OverHead Camshaft)があり、近年の車のエンジンはほぼ全てDOHCです。

基本的にDOHCでは1つのシリンダーに4本のバルブがあり、吸気バルブが2本で排気バルブが2本ですが、5バルブエンジンでは吸気バルブが3本で排気バルブが2本となっています。

さらにカムシャフトとクランクシャフトは歯車(ギア)によってゴムベルトもしくは金属のチェーンで繋がっており、回転するタイミングが同期しています。

いわゆるタイミングベルトタイミングチェーンといわれるものです。

リンダーごとの動き

直列4気筒エンジンの4サイクルと爆発のタイミング

分かりやすく直列4気筒エンジンを例にあげると、2つのピストンが上死点のときにもう2つのピストンは下死点にあります。

そして常にどこかのシリンダー内で爆発させてクランクシャフトを回転させていることがお分かりになるかと思います。

それぞれのシリンダーには気筒番号がつけられており、直列4気筒の場合は左から1→2→4→3番のサイクルで順番に点火させ爆発させます。

シリンダー数や直列・V型・水平対向かによっても点火順が変わってきて、より複雑な動きととなるのです。

とめ

☑上下運動を回転運動にかえる方式をレシプロエンジンという
☑レシプロエンジンの4サイクルは吸気・圧縮・爆発・排気
☑カムシャフトはバルブ開閉を操作し、クランクシャフトと繋がっている
☑点火による爆発を繰り返すことでクランクシャフトが回転する

レシプロエンジンの仕組みはどれも一緒ですが、排気量・気筒数・配置やガソリン機関かディーゼル機関かによってエンジン音も大きく変わります。

その辺を意識していろんな車のエンジン音を聞き比べてみるのも面白いでしょう。

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最後まで読んでいただきありがとうございます。

それではこのあとも引き続き、当ブログ『またたびCarfe』でゆっくりとお過ごしください。

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