自動車を動かす心臓部！内燃機関のしくみ
車を知りたい
先生、「内燃機関」って、自動車の中で燃料を燃やして動力を得ている部分のことですよね？
自動車研究家
その通りです。「内燃機関」は、エンジンルームにある、燃料を燃焼させて動力を発生させるための装置です。ガソリンエンジンやディーゼルエンジンが代表的ですね。
車を知りたい
でも、なぜ「内燃」なんですか？ エンジンの中で燃えているのに、外で燃えているわけじゃないですよね？
自動車研究家
良い質問ですね！「内燃」は、エンジンの中で燃料を燃焼させて、その熱エネルギーを直接動力に変換することを指します。蒸気機関のように、外で燃料を燃やして熱した蒸気で動力を得る「外燃機関」と区別するために「内燃機関」と呼ぶんですよ。
内燃機関とは。
自動車の用語で「内燃機関」とは、燃料をエンジン内部で燃焼させて動力を得るエンジンのことです。熱機関は、作動流体の加熱方法によって内燃機関と外燃機関に分類されますが、内燃機関はエンジン内部で作動流体を加熱するのが特徴です。具体的には、空気と燃料をエンジン内部で混ぜて燃焼させ、その爆発力でピストンなどの動きを発生させます。燃焼後のガスはエンジン外部へ排出されます。このような仕組みのため、内燃機関は外燃機関と比べて構造がシンプルになり、小型軽量化に適しています。しかし、燃焼によって発生するガスをエンジン内部で処理するため、質の高い燃料が求められます。内燃機関は、熱エネルギーを機械的エネルギーに変換する方法によって、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの容積型内燃機関と、ガスタービンなどの速度型内燃機関に分類されます。
内燃機関とは？
内燃機関とは、ガソリンや軽油などの燃料を空気と混ぜて燃焼させ、その時に発生する熱エネルギーを運動エネルギーに変換して動力を得る装置です。 自動車のエンジンルームに搭載されているのが、まさにこの内燃機関です。
内燃機関は、燃料の種類や構造によって様々な種類に分けられますが、自動車で広く使われているのはガソリンエンジンとディーゼルエンジンの2種類です。
内燃機関の仕組み：熱エネルギーを動力に変えるまで
自動車を走らせるために欠かせない内燃機関。その心臓部では、ガソリンや軽油などの燃料が持つ化学エネルギーを熱エネルギーに変換し、強力な動力を生み出しています。
内燃機関の動作は、「吸入 – 圧縮 – 爆発 – 排気」という4つの行程（サイクル）を繰り返すことで成り立っています。まず、「吸入」行程では、ピストンが下がりながら空気と燃料の混合気をエンジン内部に吸い込みます。次に、「圧縮」行程では、ピストンが上昇し、混合気を小さく圧縮することで温度と圧力を高めます。そして、「爆発」行程では、圧縮された混合気に点火プラグから火花が飛び、爆発的な燃焼が起こります。この燃焼の力はピストンを押し下げ、クランクシャフトを回転させる力となります。最後の「排気」行程では、ピストンが再び上昇し、燃焼後のガスをエンジン外部へ排出します。
このように、内燃機関は、熱エネルギーを機械的なエネルギーに変換することで自動車を動かす動力源となっています。この驚くべき技術は、100年以上も前から進化を続け、現代社会においても重要な役割を担っています。
内燃機関の種類：ガソリンエンジンとディーゼルエンジンの違い
自動車の心臓部である内燃機関には、いくつかの種類があります。その中でも代表的なものが、ガソリンエンジンとディーゼルエンジンです。どちらも燃料を燃焼させて動力を得るという点では同じですが、その仕組みには違いがあります。
ガソリンエンジンは、ガソリンと空気の混合気をシリンダー内で圧縮し、そこに点火プラグで火花を飛ばして爆発・燃焼させることでピストンを動かします。一方、ディーゼルエンジンは、空気のみを圧縮し、そこに高温高圧になったところに燃料を噴射して自己着火させることでピストンを動かします。
この違いにより、それぞれのエンジンには特徴があります。ガソリンエンジンは、高回転までスムーズに回り、静粛性が高いというメリットがある一方、ディーゼルエンジンは、低回転から力強いトルクを発生し、燃費が良いというメリットがあります。そのため、用途や求められる性能に応じて使い分けられています。
内燃機関の長所と短所
内燃機関は、長い歴史の中で改良を重ねてきた信頼性の高い動力源です。
その長所として、まず挙げられるのがエネルギー効率の高さです。
ガソリンや軽油といった燃料から、効率的に動力を生み出すことができます。
また、燃料を供給するだけで長距離走行が可能である点も、大きなメリットと言えるでしょう。
一方、短所も存在します。
最も大きいのは、二酸化炭素などの排出ガスによる環境への影響です。
地球温暖化が深刻化する中、排出ガスの削減は喫緊の課題となっています。
また、エンジン構造が複雑なため、どうしても製造コストがかさんでしまう点もデメリットと言えるでしょう。
自動車の未来と内燃機関
長年にわたり、自動車の動力源として君臨してきた内燃機関ですが、近年は電気自動車や燃料電池車など、新たな動力源の登場により、その存在意義が問われています。しかし、内燃機関は絶えず進化を続けており、燃費の向上や排出ガスの削減など、環境性能も飛躍的に向上しています。さらに、水素や合成燃料など、新たな燃料に対応した内燃機関の開発も進んでおり、次世代自動車の動力源としても期待されています。内燃機関は、自動車の進化とともに、その姿を変えながら、これからも重要な役割を担っていくと考えられます。