【自動車用語辞典:エンジン「概説」】エンジンを構成する基本技術を確認しよう

■エンジンはクルマの動力源かつ心臓部

●はじめにエンジンの基本構成と技術を理解しよう

エンジンは、クルマの動力源であり、クルマの心臓部です。いろいろなタイプのクルマがあるように、それに合わせて多種多様なエンジンがあります。
出力と燃費を向上させ、有害な排出ガスを低減させる最新技術を理解するために、まずはエンジンの基本構成と技術について、解説していきます。


●4ストロークエンジンとは?

自動車用エンジンは、すべてが4ストロークのレシプロ(往復ピストン)エンジンです。かつては、マツダが採用したロータリーエンジン(別頁で解説)がありましたが、現在は生産していません。

エンジンは燃焼行程で燃料を燃焼(爆発)させてピストンを押し下げ、そのエネルギーをエンジンの回転力として取り出します。燃料の持つ化学的エネルギーを機械的エネルギーに変換する装置です。

ガソリンエンジンでは、まず吸気行程で燃料と空気の混合気をシリンダーに吸入し、圧縮行程で吸入した混合気をピストンで圧縮します。次の燃焼行程で圧縮した混合気に点火プラグで点火して燃焼させ、最後の排気行程で燃焼ガスをシリンダーから排出する、といった一連の行程を繰り返します。

ディーゼルエンジンでは、空気のみを圧縮して高温になった圧縮空気中に、軽油を噴射し、蒸発した軽油が自着火して燃焼します。

●エンジンの排気量と気筒配列

クルマのコンセプトや大きさ、目標出力と目標燃費を設定すれば、目標に見合ったエンジンの排気量や気筒数、気筒配列が決まります。通常は、直列配列とV型配列が一般的ですが、希少な配列としてポルシェとスバルが採用している水平対向エンジン(別頁で解説)があります。

●圧縮比

圧縮比を上げるほど、エンジンの熱効率が上がり、燃費と出力が向上します。

ガソリンエンジンでは、それほど高温でない圧縮混合気でも火花点火すれば燃焼するので、ノッキングが発生しない比較的低めの圧縮比(9〜12)に設定します。一方、ディーゼルエンジンは圧縮空気温度を上げて自着火させるため、高い圧縮比(17〜18)に設定します。

●動弁系システム

動弁系は、吸気弁と排気弁を適切なタイミングで開閉する重要な役目を担っています。エンジンの吸気行程では吸気弁の開閉によって空気と燃料をシリンダー内に吸入し、排気行程では排気弁の開閉によって、燃焼ガスをシリンダーの外に排出します。

●筒内流動(スワールとタンブル)

燃焼を活性化して燃焼速度を上げるためには、シリンダー内に流動(乱れ)が必要です。ディーゼルエンジンでは水平方向の「旋回流スワール」、ガソリンエンジンでは縦渦・垂直方向の「旋回流タンブル」が活用されます。スワールやタンブルを強化するために、吸気ポート形状やピストン頂面形状を最適化します。

●フリクション

エンジンの損失のひとつであるフリクションは、主としてクランクシャフトやピストンなどの回転運動や往復運動時に発生する機械損失です。要素部品ひとつひとつの低減効果は小さくても、その積み重ねによってエンジン全体のフリクションが下がり、燃費改善につながります。

●フライホイール

シンプルな構造ながら、エンジンをスムーズに回すという基本的な役目を担いつつ、一方でクルマのレスポンスを左右する重要な部品です。

バランサーシャフト

ピストンエンジンでは、ピストンの往復運動で発生する慣性力に起因する振動は避けられません。この振動を抑制するために、一般的に採用されているのがバランサーシャフトです。


本章では、ガソリンエンジンとディーゼルエンジンの違い、エンジンの排気量と気筒配列、圧縮比などエンジンの基本的な技術の詳細について、個々に解説していきます。

(Mr.ソラン)

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