車のマフラーの排気はどうする?

車の部品として大事なのに注目されづらいのが排気です。マフラーとも呼ばれ、エンジンから排出されるガスを浄化して大気に開放します。ただし、浄化は大気汚染を極力減らすために厳しい規格で作られています。また、ディーゼルエンジンの場合はガソリンエンジンに比べてさらに厳しい基準があるので浄化装置もさらにコストの掛かったものが利用されます。ガスの浄化はキャタライザーがおこないますが、マフラーでは消音作業を行っています。エンジンから排出されるのはガスだけではなく、音も伝わってくるためにマフラーで音量を下げ、車検の基準に合わせたものが採用されます。音の基準は年々厳しくなっており、ノーマルから変更する方は選択肢が少なくなっている傾向が強いです。ただし、音や排ガスの規制は販売された年で判断されることから旧車など現在ではパーツが手に入らない車でも販売した当初の規制が適用されるので現代でも走ることができます。音や排ガスのためにさまざまな工夫がされていますが、あまり厳しい制限をかけるとエンジン出力に影響が出てくることが多く、サードパーティーから販売されるものに取り替えるだけで馬力がかなり上がる、乗りやすくなるという場合も多いようです

爆発とスパークラグの関係性

エンジンはガソリンと空気の混合気をシリンダ内に吸気し、それを爆発させることで出力を得ています。混合気に点火するための装置が点火プラグです。そのなかでも電気的に火花を発生させる方式のものはスパークラグとよばれます。

点火プラグには中心電極と接地電極があり、プラグとして機能させるためには適切な隙間に調整する必要があります。高い電圧がかかると両極間の放電がおき、火花が発生します。これによって圧縮された混合気に点火されます。供給される電圧はイグニッションコイルなどから供給されます。

イグニッションコイルから供給される電圧は通常10,000-30,000Vです。現在の排ガス規制に対応するために、より高温でより長時間のスパークを発生させることが必要です。そのため45,000Vという非常に高い電圧が供給されるものもあります。

放電は適切なタイミングでおきる必要があります。また混合気に点火した後、その燃焼がうまくシリンダー全体に伝播させていく必要があります。これはプラグだけでなく混合気の濃度や燃焼室内の構造も最適化させる必要があります。うまく燃焼が広がっていかないとエンジンは点火タイミングが遅れたような挙動を示し、広がりが大きすぎると点火タイミングが早すぎるのと同じ挙動を示すようになります。いずれの場合もエンジンにダメージを与えることになります。

圧縮比とストロークとは

圧縮比とは、車のカタログなどにも記載されているものですが、ピストンが吸い込んだ混合気にどれくらい圧力をかけて縮めさせることができるかの比率のことです。ピストンが上下運動する幅のことをストローク量といって、これがこの比にかかわります。エンジンは、混合気に圧力をかけて縮めるほど、1回の爆発で爆発する混合気の量も増えます。つまり馬力が出るのです。しかし、一方で、縮める力が大きければ大きいほどエンジンへの負担も大きくなってしまいます。そのエンジンや、自動車に適したものを選択する必要があるのです。
自動車は、走行距離が増えることでエンジンのパワーが下がっていくことがありますが、その原因に大きく関わっているのが、この混合気にかかる圧力なのです。エンジン内のピストンが上下することで、徐々にシリンダが広がっていったり、傷が付いてしまう、或はピストン自体が小さくなってしまう事などで徐々にエンジン内の圧力が下がってきてしまうのです。
本来はエンジンオイルが隙間に入り込むことでガス抜けが防がれていますが、走行距離が増え、隙間が広がると、エンジンオイルでは防ぎきれなくなってしまいます。これらを防ぐためには、定期的なエンジンオイルやオイルフィルターの交換、暖機前の急発進などをやめたり、急加速や急減速はできるだけしないなどが挙げられます。

ガソリンエンジン基礎知識!吸入と混合器

4ストロークエンジンは混合気をシリンダー内に充満させこれを圧縮し点火することで膨張力を得て上下運動を行い、燃焼後のガスを排出させさらに新たな混合気を吸入するというサイクルで動力を取り出す形式のエンジンです。その一連の動作を行うためにピストンの上下運動を2回行い、それぞれに工程が分かれていることから4ストロークと言われているものです。
その工程は、それぞれ吸気行程、圧縮行程、燃焼行程、排気行程ともよばれ、それぞれの動作が独立して行われます。吸気工程においては吸気バルブが開き混合気をシリンダー内に十分に吸い込んだのちバルブを閉じ、密閉された状態で爆発させるため非常に燃焼効率が良いという特徴があります。
このタイプのエンジンでは、それぞれの工程が明確に分かれており燃料を十分に圧縮してから点火できるため、より大きな動力を得ることが出来る特徴があります。しかし吸気バルブや排気バルブなどの部品が増え構造が複雑になるという欠点があります。しかし、2ストロークで混入するエンジンオイルなどの混入が少なく、その為排気が比較的きれいなこと、また大きな推進力が得られるという事から自動車のエンジンにはそのほとんどがこの4ストロークエンジンを基本にしたものが使用されています。

4ストロークエンジン仕組みと役割

最近では電気自動車や水素自動車などガソリンを使わない車が増えてきましたが、まだまだエンジンの必要性は残っています。
車で使われるエンジンは内燃機関と言ってシリンダー(筒)の中で何らかの燃料を燃焼させてその熱エネルギーで動く原動機です。
その仕組みは筒とその中にぴったり収まるピストンがあり注射器に似ています。
ピストンは上下動を繰り返すのですが、その縦の動きをクランクと言う棒が振り子のように動いて回転運動に変換します。
その回転運動がタイヤを回す動力になります。
シリンダーには先端にバルブと呼ばれる開閉する穴がついていて、給気と排気を行います。
給気とはガソリンを含む空気(混合ガス)をシリンダー内に送り込むことです。
排気とは燃えたあとの排気ガスをシリンダー内から排出することです。
実際の動作は以下のとおりです。
1.給気バルブが開いた状態でピストンが下がり混合ガスがシリンダに入ります。
2.ピストンが上がって混合ガスを圧縮します。
3.電気的に火花を起こして混合ガスを燃焼爆発させてピストンを押し下げます。
4.排気バルブを開けた状態でピストンを上げて排気を行います。
この4つの動作をサイクル(工程)と言います。
工程のたびにピストンが上下動(ストローク)するので、このようなエンジンを4ストロークエンジンと言います。

 

 

クランクシャフトにおける上下運動と回転運動とは

蒸気機関のような外燃機関や自動車のエンジンのような内燃機関ではピストンを用いて熱エネルギーにより空気や蒸気を膨張させることにより、熱を仕事(運動)に変換して押す力を発生させる機構になっており、レシプロエンジンと呼ばれます。使用後の熱は捨てられてピストンが引くことになり、直線的な往復運動(上下運動)が生じます。直線的な往復運動では車輪を回転させることができないので自動車を走らせることができません。このため、直線的な上下運動を回転運動に変換させるためにクランクシャフトが使われます。往復するピストンに接続された棒を軸よりもずらした位置で回転軸に接続し、ピストンが往復運動する際に軸を回す力に変換します。最も多くの力が取り出せるのはピストンがちょうど中間点に位置している時で、この地点でトルクが最高になります。逆にピストンの運動が方向が逆転する地点(両端)においては力を取り出すことができなくなり、この状態のことを上死点、下死点と呼びます。このため、レシプロエンジンでは複数のピストンが運動するタイミングを少しずつずらす事により、全てのピストンが往復運動の端にくる事がないようにして、常に一つかそれ以上のピストンが往復運動を行う間に来て、回転軸にトルクを伝えられるように設計されています。レシプロエンジンの欠点は往復運動を回転運動に変換するための機構が複雑で重量が大きくなることです。一方レシプロエンジンの利点は燃料を燃やして得られる熱エネルギーを運動エネルギーに変換する熱効率が高いため低燃費であることで、現在あらゆる熱機関のうちで最高の熱効率が得られるものは船舶用の大型ディーゼルエンジンです。

車のピストンの部位とは

車のエンジンはコンセプトごとに様々な種類のものが採用されていますが、乗用車の中で最も多く採用されているエンジンがレシプロエンジンとなります。
レシプロエンジンはエンジン内部のシリンダー内で爆発した燃料によって生み出された力を、ピストンが受け止めることで上下に動く形のものです。
上下運動を回転運動に変えることで回転力を得て、駆動に伝えるメカニズムとなっています。
エンジンが動くまでの仕組みとして、吸気と圧縮、爆発、排気という工程を行います。
バルブを開いて下がっていくことで、シリンダー内へ気化された燃料が入っていき、クランクシャフトが回転をすることで燃料と空気が混ざって、混合気の状態になります。
混合器はシリンダー内部で圧縮されて、内部で圧縮された混合器は電気で火花を飛ばす仕組みであるスパークプラグを使って点火されて爆発を起こします。
空気や燃料を取り入れることで排出する空気バルブや、爆発させるためのスパークプラグ、爆発を受け止めるための部位、上下運動を回転運動にするクランクシャフトなどがレシプロエンジンを構成している主要なパーツになります。
ディーゼルエンジンの倍あには、燃料が爆発を起こす仕組みがガソリンを使用するものとは異なりますが、エンジンの内部で行われている過程についてはレシプロエンジンと同じものとなります。

着火?スパークラグにオイル付着したときの対策とは

ガソリンエンジンは、高圧電気を点火プラグに送って、放電による火花を作り出し燃料に着火しています。
着火を行う際に強い衝撃を受けるため、次第に摩耗していき、着火が遅れたり燃焼に勢いがなくなりエンジンの性能が低下していきます。
このように燃焼状態が悪くなると、カーボンなどが付着してしまい、さらに火花が弱々しくなりエンジンが不調となってしまいます。
こういったスパークラグの種類はいくつかあり、耐久性の高いものは白金プラグやイリジウムプラグで、その寿命は10万キロメートル走行です。
自浄作用が高いため寿命が長くなり、整備の手間が少なくて済みます。
ニッケル合金のものは、2万から3万キロ走行が寿命となっています。
プラグにオイルがついていている場合があります。
その場合は、カムカバーのプラグが差し込まれているところをよく見てみます。
そこにオイルがついていたりたまっていたならば、オイル付着の原因はカムカバーパッキンの劣化になります。
もしプラグの先の電極部分にオイルがついているのならば、重大なトラブルです。
ピストンに穴が開いたり、オイルリングの不具合やバルムステムシールの劣化などが考えられますので、シリンダーヘッドのオーバーホールをはじめとする多少大がかりな修理が必要となります。

レシプロエンジンの特徴と構造について

自動車というのは、通勤するため、買い物に行くため、遊びに行ったり旅行に行く際等、様々なシーンで大いに活用出来る存在です。そしてそんな車のエンジンには幾つか種類があり、その中で数多くの車に使われる代表的なエンジンと言えば、レシプロエンジンです。
このエンジンの特徴は、ピストンがシリンダーの中で往復運動を繰り返す事によって、出力を発揮するというものです。そのためガソリンエンジンだけでなく、ディーゼルエンジンもピストン運動により動力を得ているという構造なので、含む事が出来ます。更に自動車以外にも船舶の動力や、かつては航空機、電化されていない鉄道の動力源としても用いられており、広く使用されているのです。ただし同じ自動車の中には、ピストンではなく、ローターの回転運動により出力を発揮するというロータリーエンジンも存在しています。
そんなレシプロは、燃料サイクルの構造の違いにより、4ストローク型と2ストローク型の2つに分ける事が可能です。4ストローク型は、吸気、圧縮、膨張、排気の工程を、クランクシャフトが2回転する間に行うもので、特に4輪駆動車に多く用いられています。対する2ストローク型は、同じ工程をクランクシャフトが1回転する間に行うものであり、4ストローク型に比べて燃費が劣り、エンジン音も大きくなる傾向にあるのです。

レシプロエンジンのポイント

アイランド03レシプロエンジンとは燃料を爆発させ、その圧力でピストンシリンダーの上下運動をクランクシャフトで回転運動へと変換するタイプのエンジンの事を言います。そのため、シリンダー、ピストン、クランクシャフトという部品からできているエンジンは全てこの範疇に入る事になります。通常の自動車エンジンの多くはこのタイプのエンジンです。それに対してロータリーエンジンはこのような上下運動を回転運動に変換する構造はしていません。燃料の爆発を直接回転運動に変えるローターが使われています。自動車用エンジンにはこの2つのタイプが存在しています。ロータリーエンジンには上下運動を回転運動に変える機構がありません。そのために、ロータリーエンジンは比較的コンパクトなエンジンを作る事ができます。そして、上下運動が無い事から振動も少なく特有のエンジン音がします。理論的には運動を変換する余分な構造が無いために燃料効率も高くなるのですが、ピストンにあたるローター部分の応用が難しかった事から多くのメーカーは撤退を余儀なくされ、現在でもロータリーエンジンを市販している自動車メーカーはマツダだけになってしまいました。2つのエンジンのタイプにはこのような差があります。