現在、ほとんどのエンジンはレシプロエンジンと呼ばれるものが使われています。エンジンの中にシリンダーと呼ばれる筒があり、その中をピストンが上下に往復し、クランクシャフトを回すことで、車を動かす力を得ています。
エンジンは4つの工程を繰り返している
現代のエンジンは「吸入→圧縮→燃焼→排気」という4つの工程を繰り返す、4サイクルと呼ばれる方式を採用しています。車を動かす、つまりエンジンを動かすには空気と燃料と火花が必要になります(ガソリンエンジンの場合)。これを4つの工程に当てはめると
①空気と燃料をシリンダーの中に吸入
※空気と燃料を混ぜたものを混合気と言います。
②吸入した混合気を圧縮
③圧縮した混合気に火花を散らして点火、燃焼させる
④燃焼によって生じたガスを排気する
という流れになります。何を食べたらこんな仕組みを思いつくのでしょうね?しかし、一体これが車の動きにどう繋がるのでしょうか?工程ごとにもう少し詳しく見てみましょう。
吸入
初期状態のイメージ。ピストンは上死点と呼ばれる一番上の位置にあります。
吸入工程では、ピストンが下がり混合気をシリンダ内に吸い込みます。ピストンが下がると、繋がっているクランクシャフトも回転します。
圧縮
圧縮工程では、ピストンが上死点まで上がり混合気を圧縮します。混合気を圧縮する理由はいくつかありますが、その理由の1つに「早く燃えるから」というのがあります。
火は点火した場所から、じわじわと燃料と酸素を使いながら広がっていきます。空気を圧縮した方が、燃焼にかかる時間を短くできます。
燃焼
燃焼行程では、 圧縮された混合気を点火プラグから火花を放つことで燃焼し、爆発により燃焼ガスが膨張してピストンが一番したの位置である下死点まで押し下げられます。
排気
排気工程では、下死点まで下がったピストンが、慣性により再び上がります。そして、燃焼ガスをシリンダ外に押し出します。
これらの一連の流れにより、クランクシャフトがぐるぐると回り、この回転エネルギーがドライブトレインを介してタイヤに伝わり、車が動くのです。