エンジンの吸気系の仕組み｜空気の通り道と各部品の役割

エンジンも人間と同じように呼吸しています。空気を吸って吐いてを繰り返しているのですが、どこから、どんな部品を通って来るのでしょうか？吸気系の通り道を、入口から順番に追ってみましょう。

吸気系は、外の空気を気筒まで届ける通り道

エンジンが燃料を燃やすには、空気に含まれる酸素が必要です。外から入った空気は、まずフィルターなどを通り、配管を進んで、最終的にピストンが動く筒へ入ります。この一連の通り道が吸気系です。

通り道の途中には、空気をきれいにする部品、入る量を調整する部品、流れを各気筒へ分ける部品などがあります。ターボ付きの車では、空気を押し込む装置や、冷やす装置も加わります。

一般的な自然吸気のガソリン車なら、取り入口、エアフィルター、吸気管、スロットル、枝分かれするインテークマニホールド、ヘッドの中の道と進みます。センサーの場所や、ターボ、空気を冷やす装置は車によって違います。

フィルターと通路が、空気を整える

エアフィルターは、ごみを止める

空気の取り入口には、砂やほこりまで付いてきます。そのままエンジンへ入れては困るので、エアフィルターで捕まえます。詰まれば空気は通りにくくなりますが、だから外してしまえ、とはいきません。通りやすさと、異物を止める仕事の両方が必要なんです。

スロットルは、必要な空気量を調整する

スロットルは、通り道にある弁です。多くのガソリン車では、開く量で空気を調整します。電子制御式ならモーターで動かし、アクセルの要求と車の状態に合わせます。ディーゼルや可変リフトのエンジンでは、目的や使い方が違うこともあります。

マニホールドが、各気筒へ空気を分ける

インテークは吸気、マニホールドは枝分かれする集合管です。共通の空間から、各気筒へ向かう「ランナー」という道が伸びるものがあります。ヘッドの中の道とは別の部品です。

各気筒は、順番に空気を吸います。流れには勢いと圧力の波があるので、管の長さや太さ、集合部の広さで、入りやすい回転数が変わります。太くすると抵抗を減らしやすいですが、流れる速さや波の働きも変わります。

長い道と短い道を切り替える、可変吸気もあります。どんな回転数で何をねらうかは仕組みによって違います。短くしたらいつでも高性能、とはいえません。

自然吸気と過給で、空気を入れる条件が変わる

自然吸気では、吸気バルブが開いてピストンが下がると、筒の中の空間が広がります。そこで外との圧力差ができ、空気が通り道を進んで入ってきます。ターボは排気のエネルギーで、空気を押し縮めるコンプレッサーを回し、入口側の圧力を高くします。

空気を押し縮めると、温度も上がります。そこで多くの過給車は、インタークーラーで冷やして空気を多く詰めやすくし、火花から広がる炎とは別に、まだ燃えていない気体が急に着火して衝撃を起こす「ノッキング」も、起きにくい方向へ整えます。入口で熱い空気を吸う改造では、音が大きくなっても、パワーが増えたとは限りません。

圧縮した空気を冷やす理由は、インタークーラーの仕組み｜ターボの空気を冷やす理由で詳しく解説しています。

空気漏れは、測った量と実際の量をずらすことがある

空気の重さを測るエアフローメーターや、圧力、温度のセンサーを使います。その情報で燃料を計算するので、測った後の場所で空気が漏れると、計算と実際が合わなくなる場合があります。

ターボなどで押し込んだ側から漏れれば、圧縮した空気が逃げ、目標の圧力に届かなくなります。ホース、つなぎ目、ガスケット、センサー、弁などを、場所と走行条件に合わせて調べます。加速の悪さだけでフィルターのせいとは決まりません。

よくある疑問

むき出しのエアクリーナーは、必ず速くなる？

ごみを止める力、吸う空気の温度、通りやすさ、センサーや制御への適合で変わります。吸気音が変わったことと、測った性能が上がったことは別です。

吸気音を小さくする箱は無駄？

レゾネーターという、共鳴や音を調整する装置もあります。音だけでなく、圧力の波へ関わる場合もあるので、役割を確かめて扱います。

直噴なら、吸気系へガソリンは入らない？

直噴だけなら、燃料は筒の中へ直接入れます。ただし、通り道で燃料を入れるポート噴射を、一緒に使うエンジンもあります。仕様を確認しましょう。

関連記事

吸気バルブ

スロットルの仕組み／ターボの空気の流れ／ポート噴射と直噴

参考資料

1. Bosch：Air management
2. Bosch：吸気圧力と温度の検出
3. Garrett：過給とインタークーラー
4. Honda：可変長吸気マニホールドの採用例

MANN-FILTER：エンジン用エアフィルターの役割。関連する仕組みをメーカーの資料でも確認できます。