ガソリン・エンジンの作動と特徴

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ガソリン・エンジンは構造上2サイクル4サイクルに分かれ、以下のような特徴がある。

■4サイクル(4工程サイクル)・エンジン

4サイクル・エンジンとは、吸入、圧縮、爆発、排気の4つの行程で1セットを行なうエンジンである。
クランクシャフトが2回転(ピストンは2往復)して上記1セットを行い、動力発生の1動作をしたことになる。

※1ストローク(サイクル)とは、ピストンが上死点から下死点、または下死点から上死点へ運動する1行程をいう。

4サイクルOHV(オーバヘッド・バルブ)エンジンの作動

吸入 圧縮 爆発 排気


①吸入行程
ピストンが上死点から下死点に向かって下降し、混合気(ガソリン、空気)を吸入しながら下死点に達するまでの行程。
この間は吸入バルブは開き、排気バルブは閉じている。
②圧縮行程
ピストンが下死点から上死点に向かって上昇し、吸込んだ混合気を圧縮する行程。
この間は吸入バルブ、排気バルブ両方閉じている。従って、混合気の圧力と温度は上昇する。
これで、ピストンは2行程、1往復、クランクシャフトは1回転したことになる。
③爆発行程
圧縮した混合気に点火して燃焼爆発させ、その爆発圧力でピストンを押し下げて動力を得る行程。
この間は吸入バルブ、排気バルブ両方閉じている。
④排気行程
押し下げられて下死点にあるピストンが再度上死点まで上昇し、燃焼爆発したガスを自己の圧力でシリンダ外に押し出す行程。
この間は排気バルブだけが開いている。これで、ピストンは4行程、2往復、クランクシャフトは2回転したことになる。

※実際のエンジンではガスの流れの慣性を有効利用するため、バルブは上死点と下死点では開閉せず、開閉時期に進みや遅れを与えている。(バルブ・タイミング)


□オーバ・ラップ

排気行程の終わりから吸入行程の初めにおいて、吸入バルブと排気バルブが共に開いている期間があり、これをオーバ・ラップという。
燃焼ガスの排出を完全にすると共に、混合気の充墳効率を良くするためのもので、各エンジン毎に最適のオーバ・ラップが決められている。
バルブ・タイミング・ダイヤグラム


ガソリン・エンジンの特徴

ガソリン・エンジンは、ディーゼル・エンジンに比べ軽量で加速性がよく、高速回転ができるが、反面、ノッキングのために圧縮比を大きく出来ない。

ガソリン・エンジンは、予め空気と十分に混合し微粒化された燃料を圧縮させて、スパーク・プラグからの電気火花によって点火し燃焼するエンジンである。

ガソリン・エンジンにおけるノッキングは、運転中にキンキンという打音を発する現象で、デトネーション(異常燃焼)、プレイグニション(過早点火)の二つがあり、出力低下や打音の発生、排気バルブ、ピストンが焼損したりする。デトネーションとは、点火後の燃焼過程において燃焼室末端の混合気が自然発火して、非常に速い火炎伝播速度で燃焼する事であり、プレイグニションとは、正常な点火時期より早く、混合気が燃焼室内の過熱箇所によって点火してしまう事である。

圧縮比と排気量
ガソリン・エンジンの圧縮比は6~10程度のため、ディーゼル・エンジンに比べて熱効率はやや低く、燃料消費率は高い。

熱効率とはエンジン爆発行程においての全発熱量が、実際に有効な動力として転換される割合のことで、ガソリン・エンジンでは25~28%、ディーゼル・エンジンでは30~35%である。




計算式
4サイクル・エンジンと2サイクル・エンジンの違い

□4サイクルの得失
  • 各行程の動作が完全に分かれてるため、不確実なところがない。
  • 吸入行程で冷却効果があるため、熱的負荷が少ない。
  • 低速から高速までの広範囲の速度変化が可能。
  • 2サイクルのように、不完全な排気によって爆発が途切れるような事がないため、低速運転が円滑に行なわれる。
  • 2サイクルに多いガスの吹抜けによる損失が少なく、燃料消費率がいい。
  • 機械的に複雑で部品数も多く、衝撃や機械的な騒音が多い。
  • 爆発回数が少ないので、円滑な運転を望むにはシリンダ数を多くする必要がある。

  • □2サイクルの得失  
  • クランクシャフト1回転毎に爆発行程があるため、トルク変動が少ない。    
  • 部品数が少ないため構造が簡単で、重量やコストを軽減でき故障も少ない。
  • クランクシャフト1回転毎に爆発行程があるため、シリンダやピストンなどの熱的負荷が大きい。
  • シリンダ壁に穴があるため、シリンダが熱変形してピストン・リングの破損や磨耗を生じ易い。
  • シリンダ壁に穴があるため、そこで油膜がきれるので燃料消費率が悪い。
  • 掃気口と排気口が同時に開いている時間が長いので、新鮮な混合気の損失が多い。
  • 4サイクルに比べ排気が不完全なため、最高回転数に制限を受ける。
  • 低速運動が困難で、キャブレータへの吹返しの恐れがある。




  • ■2サイクル(2行程サイクル)・エンジン


    2サイクル・エンジンとは、掃気、圧縮、爆発、排気の動作を2行程で1セットを行なうエンジンである。
    クランクシャフトが1回転(ピストンは1往復)して、上記1セットを行い、動力発生の1動作をしたことになる。
    ※1ストローク(サイクル)とは、ピストンが上死点から下死点、または下死点から上死点へ運動する1行程をいう。
    2サイクル・エンジンには、4サイクル・エンジンにある吸入と排気の独立したピストン行程とバルブが無く、それぞれ吸入口、排気口としてピストンがバルブの作用を兼ねている。

    ①掃気
    掃気孔が開いてクランクケース内で予圧された混合気がシリンダへ送られる動作。この時同時に、残っている燃焼ガスを排出する。
    ②圧縮
    ピストンが上昇し、掃気孔に次いで排気孔が閉じ、シリンダ内の混合気が圧縮される動作。
    この時、クランクケース内は負圧となり、吸気孔にあるリード・バルブが開きクランクケース内に混合気が吸入される。
    ③爆発
    ピストンの上死点付近で、スパーク・プラグの火花による点火でシリンダ内の混合気が爆発する動作。
    爆発によりピストンが押し下げられ、クランクケース内の混合気が予圧される。
    ④排気
    ピストンが下死点に近づき、排気孔が開いて燃焼ガスが排出される動作。
    この時、①掃気の動作がすぐに始まる。

    ポート・タイミング・ダイヤグラム

    掃気 圧縮 爆発 排気


    リード・バルブ

    リード・バルブとは吹返しを防ぐ弁であるが、あるもの(動力散布機など)と無いもの(草刈機など)がある。
    これは、気圧差で自動開閉する弁である。



    無いものは、ピストンの往復(上下)運動によって吸気孔を塞ぎ、吹き返しを防いでいる。
    所謂、ピストン・バルブである。




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    作成日:2008/3