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エンジン(ガソリン編)

燃料供給方式

---キャブレター---
エンジンに接続されていて、ガソリンと空気を混ぜて気化させる事で混合気を作り、
エンジン内部に送りこむ燃料供給装置。
エンジンはガソリンと空気を混ぜ合わせた混合気を走行状況に応じて
最適な量を燃焼させてことでパワーを生み出すのですが、
その混合気を自らアナログで制御するタイプのものが「キャプレター」です。
キャブレターは、アクセル・スロットルを開ける際の負圧(気圧の低下)を利用して、
ジェットと呼ばれる細いノズルを通して燃料タンクからガソリンを吸い上げます。
その途中でガソリンと空気が混ざり、混合気となりエンジン内部に供給されるという仕組みになっています。
機械制御なので、気温や気圧・走行状況など刻々と変化する 供給量や混合気の濃度の微調整が困難で、
現在のエンジンでは採用されていない。


【出典】https://ja.wikipedia.org/wiki/キャブレター



---電子制御インジェクション---
電子制御燃料噴射装置とは、
その名の通りエンジンが燃焼に必要な燃料を電子制御によって噴射供給する装置です。
燃料タンクに備え付けられた燃料ポンプにより 燃料系統パイプに常時高い圧力(燃料圧力)が掛けられる。
燃料系統パイプの末端に設けられたインジェクターは、電気信号の入力で内部のプランジャーが作動、
もしくは機械式噴射ポンプによって高圧となった燃料により開弁することで、
スプレーチップ先端のノズルからインテークマニホールド内の吸気ポート付近に燃料を 噴射する。
EFI、EGI、PGM-FIなど、メーカー各社で呼び名は違いますが、一般的に「インジェクション」と呼ばれます。
車のエンジン制御が電子化される以前は、 キャブレターが一般的に使用されていましたが、
現在ではほぼすべての車がインジェクションシステムによって燃料供給を制御されています。
吸気量の計測など制御方法の違いによりKジェトロ・Dジェトロ・Lジェトロなどの種類があるが、
現在は空気抵抗が少ないLジェトロが主流。


【出典】http://www.ken-room.mydns.jp/maje_fisystem.htm



---ダイレクトインジェクション(直噴エンジン)---
従来のエンジンは、燃焼室に、空気と燃料を混ぜた状態の気体を入れ、燃焼させていましたが、
直噴エンジンは、燃焼室に空気と燃料が別々に送り込まれ、燃焼室内で混ぜ 合わされます。
「燃焼室内に直接、燃料を噴射」するという意味で、『直噴燃料噴射方式=ダイレクト インジェクション』といいます。
直噴エンジンは、空気のみ圧縮し ているので過早着火によるノッキングが発生しにくく、圧縮比を通常より高く設定できる。
また、燃焼室内に燃料を直接噴射するので燃焼室内の温度が低くなりより多くの 空気を取り入れることができる。
それにより、ポート噴射のエンジンより高出力で低燃費なエンジンが実現できる。
但し、直噴エンジンは、燃料を噴射してから燃焼するま での時間が短いため、
局所的に燃料が濃いところができやすく、PM(粒子物質)の発生が多くなる傾向があります。
(動画のトヨタD-4sは直噴とポート噴射の併用です)

点火方式

火花点火エンジンにおいて、
シリンダー内で圧縮された混合気の燃焼を開始させるのに必要な火花を発生させるための装置。
エンジンの回転数や負荷などの検出部、1次電流発生部、2次電流変換部、点火プラグ、
コードなどから構成される一連のシステムである。
エンジンの運転状態に応じ、最適時期に点火するようタイミングを決定し、
これによって通電された1次電流をイグニッションコイルで昇圧し点火プラグで点火する。
現在では着火性能の向上や有害排出ガスの低減、低燃費などをはかるため、
マイクロコンピューターによる点火制御方式が主流となっている。
この方式はディストリビューターで各スパークプラグ に2次電流(高圧)を配電する方法のほか、
1次電流(低圧)を各シリンダーに配電し、独立した点火コイルから直接スパークプラグに配電する方法があり、
後者をディスト リビューターレス点式と呼ぶ。


【出典】https://www.weblio.jp/content/点火装置

新技術エンジン

---アトキンソンサイクル(ミラーサイクル)エンジン---
アトキンソンサイクルエンジン(Atkinson cycle Engine)は容積型内燃機関を基礎として、
圧縮比よりも膨張比を大きくして熱効率を改善した内燃機関です。
オットーサイクルでは、吸気を圧縮する圧縮比と膨張比は等しいため、
圧縮比が高いほど熱効率は高くなります。
しかし通常のガソリンエンジンは圧縮比を高くしすぎると
圧縮行程で混合気が過熱して燃焼が始まってしまうため、圧縮比は9~11の範囲になっています。
これに対して、膨張比だけを大きくして熱効率 を改善したのがアトキンソンサイクルです。
現在は、アトキンソンサイクルの複雑なリンクの代わりにバルブの開閉を遅らす(早める)ことにより
同様の効果 をねらったタイプが主流になっています。
基本原理として1500ccのエンジンに1000ccの空気を圧縮しているような状態になるので
同排気量のオットーサイクル エンジンよりも燃費は良いが出力が小さくなります。
したがって、不足した出力をモーターで補足できるハイブリッド車のエンジンとして採用するケースが増えています。



---VCターボエンジン---
アトキンソンサイクルのような吸気の量を制限するのではなく、
物理的に圧縮比を変化させる機構を持った可変圧縮比エンジン。
VCターボは複数のリンクを備えることで、
ピストンとクランクシャフトの間の距離を変化させることが可能となりました。
クランクシャフトと平行にセットされた コントロールシャフトを動かして、
クランクシャフトとピストンをつなぐリンクの運動距離を変化させます。
リンクを使うため、ピストンが高速で運動するエンジンの稼働中でも作動が可能です。
そのため状況にあわせて、
“燃費のよくなる高圧縮比”や“たくさん過給できる低圧縮比でパワーを出す”という使い方が可能になります。



---SPCCIエンジン---
内燃エンジンの理想の燃焼像として昔からHCCI(予混合圧縮着火)という燃焼方法がある。
1980年代にメルセデス・ベンツが取りくみ、それ以降各社が取り組んだが、 実現できず、
それは現在も実現していない理想の燃焼方法だ。
マツダのSPCCIというのは、そのHCCIの一歩手前といったイメージで捉えていい先進技術だ。
つまり、自己着火せず、最初のきっかけにプラグ点火を採用し、
そこから火炎伝播が始まり同時多発的に自己着火していく仕組みを発明したわけだ。
マツダはこのSPCCI燃焼するエンジンを「スカイアクティブX」として実用化した。
SPCCIでは、薄い混合気を、圧縮着火する直前まで圧縮した状態にしつつ、
スパークプラグを点火(実はこの時、より点火しやすい環境を作るため、
ピストンの圧縮行程においてスパークプラグ周辺部だけに少量のガソリンを追加噴射 している)。
その際、プラグの周りで生じた火炎球をもうひとつの“仮想ピストン”に見立て、
上方からも圧縮するような状態にしてシリンダー内の圧力を一気に高め、
それをきっかけにシリンダー全体で圧縮着火を起こさせる。
これにより、圧縮着火のタイミングを完全に制御下に置けるようになった。