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こんにちは。
今回は4ストローク1サイクルエンジンのバルブの開閉タイミングについて説明します。
前回にピストンの動作を説明しましたね。今回もピストンの動きに合わせて説明します。

さて、ピストンが上下することにより、バルブが開いたり閉じたりして、
混合気を圧縮したり燃焼させたりすることはもうお分かりだと思います。
混合気を吸う側のバルブをインレット・バルブと言います。
反対に燃焼後の排気ガスを捨てる側のバルブをエキゾースト・バルブと言います。
この二種類のバルブの動きを追ってみましょう。

その前に、空気が動くには多少の時間がかかります。
よく天気予報で風速何㍍と言うのを聞きますよね。
エンジンに吸入される混合気も動くには時間がかかります。

すなわち、各動作を行う前にはすでにバルブは開いたり閉じたりしています。

基本としては前回説明したピストンの上下とバルブの開閉タイミングを頭に入れて下さい。
吸入行程でインレット・バルブが開く。
圧縮行程でインレット・バルブとエキゾースト・バルブが閉じる。
燃焼行程でインレット・バルブとエキゾースト・バルブはまだ閉じている。
排気行程でエキゾースト・バルブが開く。
この点を基本として頭に入れて置いて下さい。

まずは吸入行程。
ピストンが下がって混合気を吸います。
が、先程も説明した通り、空気が動くまでには時間が かかります。
つまり、ピストンが下がる→インレット・バルブが開くでは、
空気が移動する時間分入ってくる混合気は少なくなってしまいます。
沢山混合気が入った方が強い爆発力が出せるので、
なるべく沢山の混合気を入れたいわけです。
なので、吸入行程の前段階の排気行程で既にインレット・バルブが開いて混合気を吸っているのです。

ただ排気行程でもあまりに早い段階でインレット・バルブが開くと、
排気ガスがインレット側に逆流してしまいます。
なので排気行程の終わりの方にインレット・バルブが開くのです。

排気行程でエキゾースト・バルブが開き、ピストンが上昇する→ピストンが上死点に達する前にインレット・バルブが開く→ピストンが上死点に達する→ピストンが下がりエキゾースト・バルブも閉じて吸入行程になる。と言うことです。

すなわちインレット・バルブがフライングしてピストンがまだ吸入行程になる前に開いたと、いうことです。

吸入下死点にきて、圧縮行程になっても、まだインレット・バルブは開いたままです。
ピストンが上昇して、混合気が押し上げられて混合気が動く事にも、
多少のタイムラグがあます。
なるべくぎりぎりまで沢山の混合気を入れるためにピストンが上昇しても、
まだインレット・バルブは開いたままになるのです。
吸入下死点に到達→ピストン上昇して圧縮行程に移る→インレット・バルブが閉じる
と言う流れになます

ただ、あまり圧縮行程時に長い間インレット・バルブが開いていると、
逆流してしまうので圧縮行程初期にはインレット・バルブは閉じます。

圧縮上死点にきたら圧縮した混合気に点火をします。
点火した混合気はピストンを爆発力で押し下げます。つまり力は下向きに働いているので爆風も下向きに働いています。

なので下から上には混合気が流れる事が出来ない状態にあります。
それゆえに、燃焼行程中に排気側のエキゾースト・バルブが開いても、
そちら側には流れる事はほとんどありません。

圧縮上死点に到達→点火→ピストンが下がって燃焼行程→エキゾースト・バルブが開くという流れになります。

つまり、今度はエキゾースト・バルブがフライングしたという事になります。

燃焼下死点に達してピストンが上昇し排気行程になります。
この状態で先程説明した通り、エキゾースト・バルブはすでに開いていますので、
エキゾースト側に排気ガスが流れて排気を行います。
そして排気上死点に達する前に、
一番最初に説明した通りにインレット・バルブも開きます。
そして吸入行程に入った後でエキゾースト・バルブが閉じるのです。
燃焼下死点に到達→ピストン上昇で排気行程→インレット・バルブが開く→排気上死点に到達→ピストン下がって吸入行程→エキゾースト・バルブが閉じるとなります。

全体で流れを追ってみると
ピストンが下がって吸入行程〔すでにインレット・バルブは開いています〕→エキゾースト・バルブが閉じる→ピストンが吸入下死点に到達→ピストンが上がって圧縮行程→インレット・バルブが閉じる→ピストンが圧縮上死点に到達→圧縮した混合気に点火→ピストンが下がって燃焼行程→エキゾースト・バルブが開く→ピストンが燃焼下死点に到達→ピストンが上がって排気行程→※インレット・バルブが開く→ピストンが排気上死点に達する→ピストンが下がって吸入行程→エキゾースト・バルブが閉じる※→
※での間は両方のバルブが開いています。この期間をオーバーラップと言います。

バルブは上死点、下死点に到達する前や後に開閉します。
この点をしっかり頭に入れておきましょう。
以上で4ストローク1サイクルエンジンのバルブの開閉について説明を終わります。
お疲れ様でした。
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・こんにちは。もうしわけありませんが、
 4ストローク・エンジンのバルブ開閉のタイミングと種類について
 説明する予定でしたが、前回の説明が判りにくかったため、
 もう少し、わかりやすく説明します。
454t.jpg


 まず、エンジンはピストンを上下させて力を生み出し、
 その力をタイヤに伝えます。図を見てください。
 ハンドルをピストンが上下して押すと、
 その先にあるタイヤが回るのが判りますか?

 この作動がピストンの上下運動をタイヤの回転運動に変える
 原理を簡単に説明した状態です。

 ピストンが①から②の状態まで来たところで1ストロークとなります。
 この時に左側にある弁が開き(今後、弁の事をバルブと表記)、
 空気とガソリンの混合気を吸っていきます。
 この行程を吸入行程と言い、
 ピストンが一番下についた状態(②の図)を吸入下死点と言います。
コピー ~ 454t

 ②の次の図になると、今度は吸った混合気を圧縮させます。
 このとき、吸入側のバルブは閉じて、空気の逃げ道を完全にふさぎます。
 この行程を圧縮行程と言い、
 ピストンが1番上についた状態(③の図)を圧縮上死点と言います。
 
 この段階でピストンは1往復上下して、タイヤが1回転しましたね。
 この段階で2ストロークとなります。
コピー ~ コピー ~ 454t


 ③の次の図になると、圧縮した混合気に火をつけて、爆発させます。
 この爆発力でピストンを下に押し出して回転力を加えます。
 バルブも圧縮時と同じで爆発エネルギーが逃げないように、
 閉じています。
 この行程を燃焼行程と言い、
 ピストンが一番下についた状態(④の図)を燃焼下死点と言います。
ftyuio.jpg


 ④の次の図では、燃焼時に発生した排気ガスを捨てる作業になります。
 この時、右側のバルブが開いて、排気ガスを捨てます。
 この排気ガスは車の後ろにあるマフラーから排出されます。
 この行程を排気行程と言い、
 ピストンが一番上についた状態を排気上死点と言います。
 
 この段階でピストンは2往復して、4つの作動を行ったのが
 判りましたか?この4つの行程で1セットとなり繰り返しおこなうので 
 4ストローク・1サイクル・エンジンと言われます。
コピー ~ ftyuio


 2ストローク・1サイクル・エンジンの場合にはピストン1往復で、
 吸入、圧縮、燃焼、排気を行います。
 つまり、ピストン1往復で4つの作動を行うので、
 2ストローク・1サイクル・エンジンと言われます。
111.jpg


 まずは、下の図ではピストンの上に混合気が送られます。
 掃気孔から空気が送られていますが、4ストロークと違い、
 排気側の通路にはバルブが付いていません。
 つまり、吸った空気の何割かは、未燃焼状態で、排気されてしまいます。
11.jpg


 次の図ではピストンが上がってきて、空気が圧縮されます。
 このピストン事体で排気の通路と掃気孔を閉じて、密閉された空間を作ります。
 それと同時に下にある吸気バルブから混合気を吸入して
 クランク・ケース内に新しい混合気をためます。
 つまり圧縮行程と同時に混合気をとりいれる、吸入行程を行っています。

 2ストロークの吸入行程は、最初の説明の、掃気孔へ空気を送る作業と、
 クランク・ケースへ混合気をとりいれる2作業があります。
12.jpg
 

 次の図では圧縮した混合気を爆発させてピストンを回します。
teeaqeva.jpg


 次の図では、排気側の通路が開いて排気ガスを捨てています。
 そして最初の吸入行程である掃気孔からまた新しい混合気を取りいれます。
 この混合気をとりいれて、
 排気の通路に流れるのは燃焼した排気ガスの掃除も兼ねています。
14.jpg


 この段階で1サイクルとなります。
 ピストンが4ストロークと違い1往復していませんね。
 2ストロークと4ストロークの違いはここにあります。

 何となく、4ストロークと比べて、燃費が悪そうな気がしませんか?
 バイクなどはのぞいて、
 一般の車は今はほとんどが4ストローク・エンジンを使用しています。
 今の車は低燃費や、環境にやさしい車が多くなっているので、
 昔みたいに大排気量や高出力ですが、高燃費の車は少なくなってきています。
 車を買う基準にも燃費は重要な部分となるので、
 どんなエンジンが自分の走行スタイルによいのか、よく考えて購入するのも1つです。

 以上でエンジンの作動を終了します。
 お疲れさまでした。

・こんにちは。
 2回目の今回はエンジンの種類について説明します。
 エンジンは作動方式、燃焼方式、点火または着火方式、
 燃料の種類及び供給方式などで分類が出来ます。

・レシプロエンジン
 エンジンはエンジン内部にあるピストンが上下して力を生みます。
 このピストンが上下運動(往復運動)するのでレシプロケーディング・エンジン。
 通称レシプロ・エンジンと呼ばれるものです。
 おもに一般に出回っているエンジンはほとんどがこのタイプです。
0001.jpg


 ピストンが上下運動することでクランクシャフトに力を加えて、
 タイヤの回転力にします。
 おもに4サイクル・エンジンと2サイクル・エンジンがあります。
 おもに4サイクル・エンジンについて説明します。

 まずはピストンが4つの動作で1行程となります。
 この4つの動作を4ストロークといい、
 4ストロークの行程すべてを1サイクルと言います。

 すなわち
 ピストンが下がって空気を吸入。
 ピストンが上がって空気と燃料を圧縮。
 ピストンが圧縮された混合気(空気と燃料を混ぜ合わせたもの)が
 爆発して下に押し出される。
 ピストンが上がって排気ガスを捨てる。

 この4行程を繰り返して行うので
 4ストローク1サイクルと言います。
 つまり4つの上下運動で1行程になる、ということです。
 吸入→圧縮→燃焼→排気→吸入→圧縮→……と、繰り返し続いていきます。 
 ピストンとクランク・シャフトはつながっているので、
 ここでピストンの上下運動が回転運動へ変換されます。
 そして、このクランク・シャフトが2回転することで、
 ピストンが2往復して4ストロークを行います。

 ピストンが一番上に来ることを上死点といい、
 ピストンが一番下に来ることを下死点と言います。

 1ストローク・吸入…上死点に達する前にエキゾースト・バルブが閉じて、
 インレット・バルブが開き混合気(空気とガソリン)が入る。
 ピストンが上死点に達して、
 ピストンは上死点から下死点(吸入下死点)へ。
 クランク・シャフトが180度回転。半回転。
コピー ~ 0001

 2ストローク・圧縮…吸入下死点に達してピストンが上昇する。
          インレット・バルブが閉じて圧縮され、混合気が熱を持つ。
          空気は圧縮されると熱が高くなります。

          ピストンは吸入下死点から圧縮上死点へ。
          クランク・シャフトが更に180度回転。1回転。
コピー (4) ~ 0001

 3ストローク・燃焼…圧縮上死点に達して、スパーク・プラグの点火により混合気が燃焼。
(この行程時のみ動力を発生する)
          ピストンが下へ動き、エキゾースト・バルブが開く。
          ピストンは圧縮上死点から燃焼下死点へ。
          クランク・シャフトが更に180度回転。1回転半。
コピー (3) ~ 0001

 4ストローク・排気…ピストンは燃焼下死点から上昇し、
          開いているエキゾースト・バルブのシリンダ内から排気する。
          ピストンは上死点へ達する前にインレット・バルブが開く。
          ピストンは燃焼下死点から排気上死点へ。
          クランク・シャフトが更に180度回転。2回転。

コピー (2) ~ 0001

 流れ…インレット・バルブ開く(エキゾースト・バルブは開いている)→排気上死点
 →ピストン下がる(吸入)→エキゾースト・バルブ閉まる→→吸入下死点
 →ピストンあがる(圧縮)→インレット・バルブ閉まる→圧縮上死点
 →スパーク・プラグ点火(燃焼)→ピストン下がる→エキゾースト・バルブ開く
 →燃焼下死点→ピストンあがる(排気)→インレット・バルブ開く…の繰り返し

・2サイクル・エンジンは2ストローク・1サイクルとなります。
 つまり、ピストンの2行程のみで1サイクルとなります。
 4ストロークはピストンが2往復、
 クランク・シャフトが2回転で1サイクルとなりますが、
 2ストロークはピストンが1往復、
 クランク・シャフトが1回転で1サイクルとなります。

・ロータリ・エンジンはレシプロ・エンジンと違い、
 ロータが1回転する間に1サイクルを行うエンジンです。
 2サイクル・エンジンとロータリ・エンジンは燃費の問題で、
 今はほとんどつかわれていません。

 以上でエンジンの種類と作動は終了します。
 次回はレシプロ・エンジンの種類をもう少し細かくと、
 4ストロークの作動するタイミングについて詳しく説明します。
 お疲れさまでした。

・こんにちは。
 3級レベルのガソリン自動車に関して説明していきます。
 1回目はエンジンについて。

 エンジンとはなんですか?と、聞かれるとなかなか答えにくいと思います。
 車の心臓部、タイヤを回すための力を発生するところ。
 何となくイメージはつくと思いますが、いざ説明してみても難しいですよね。

 簡単に説明すると、燃料(ガソリン)と空気を混ぜ合わせて、圧縮させる。
 そこに火をつけて、一気に爆発をさせて、動力を出す装置です。

 ペットボトルロケットがありますね。あれは水の入ったペットボトルに
 空気を中にいっぱいためてからキャップを取り、一気に推進力を得て飛び立ちます。
 それと似たような原理です。
 ペットボトルロケットは水の噴射力で飛びますが、
 エンジンは水の代わりにガソリンに火をつけて爆発力を出してタイヤを回します。

 車は実はかなり昔からあります。
 今の法律での広い意味での車などは、自動車だけではなくフォークリフト、ロードローラ、
 馬車やそりなども車などに分類されます。
 人が重いものを運ぶために車輪やころを考えたのは極めて古い時代です。
 1500年頃にはレオナルド・ダ・ビンチにより
 渦巻きばね式や人力による自走車が発明されました。
  
 世界初の4サイクルエンジン(一般のエンジン)は1876年、
 ドイツのニコラス・アウグスト・オットーにより発明されました。

 昔はエンジンの性能は馬力や速さなどに重点を置きましたが、
 今は環境に問題を置き(エコ)、
 低燃費車や筒内噴射式の希薄燃焼(薄いガソリンでも燃える)、
 エンジンとモーターのハイブリットが主流になってきています。
 
 車とエンジンについては今回で終了です。
 雑学みたいになってしまいましたね。
 次回はエンジンの種類と作動について説明します。
 お疲れさまでした。
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