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エンジンの仕組み・ガソリンとディーゼルの違い

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人間にとっての心臓ともいわれるエンジンは、車が自走するうえで欠かせない機関です。しかし、エンジンが車にとって重要な役割を果たしていることはわかっていても、具体的にどのような仕組みによって動いているのか、詳細に知っている方は少ないのではないでしょうか。

そこで今回は、エンジンの代表例ともいえる「ガソリンエンジン」と「ディーゼルエンジン」にスポットを当て、そのメカニズムについて詳しく解説します。

ガソリンエンジンの仕組みを解説!混合気を圧縮して燃焼するシステム

エンジンは、日本語で「内燃機関」とも呼ばれています。その基本原理は、密閉された空間の内部で燃料を爆発させて熱を起こし、その熱で空気を膨張させて、力を発生させるというシステムです。そこで発生した力を使ってピストンを往復運動させることにより、車の動力源とします。

エンジンには複数の種類がありますが、まずガソリンエンジンのシステムについて詳しく解説しましょう。

ガソリンエンジンにおける吸気・圧縮・燃焼・排気のプロセス

エンジンは、吸気口と排気口のついた金属の容器=シリンダーと、その中で上下に動くピストンで構成されています。実際にガソリンエンジンが動くプロセスは以下のとおりです。

(1)シリンダーの吸気口の蓋が空いて、空気が入ると同時に中にあるピストンが上の部分(上死点)から下の部分に移動する。

(2)ピストンが下方に移動したとき、ピストン内にある噴射装置より燃料が出され、シリンダー内は燃料の混ざった空気で満たされる。

(3)ピストンがシリンダーの最下部(下死点)に到達したら、吸気口の蓋が閉じる。

(4)最下部にあるピストンが上部に向かって移動し、燃料の混ざった空気を圧縮する。

(5)ピストンが最上部近くに到達すると、シリンダー内にある点火プラグから火花が出て燃料の混ざった空気に着火する。

(6)着火によりガスが発生して、ピストンが下方に動く。

(7)押し下げられたピストンが最下部に到達すると、今度は排気口が開く。

(8)排気口から燃えた後の排気ガスが排出され、それと同時にピストンが上方に動く。

(1)~(8)のプロセスを高速で繰り返すことで、ピストンは素早く上下します。これを動力として自動車などが動くわけです。(1)~(3)が吸気プロセス、(4)が圧縮プロセス、(5)~(6)が燃焼プロセス、(7)~(8)が排気プロセスと呼ばれます。

ガソリンエンジンは圧縮された燃料と混ざった空気を着火で燃焼する

ガソリンエンジンの特徴は、シリンダー内でピストンが下がったときに燃料が噴射されるという点、さらに火花を使って着火するという点です。空気に燃料が噴射されてできる燃料と混ざった空気がピストンの上昇により圧縮され、そこに火花を付けて燃焼しエネルギーを生みます。

シリンダーは日本語では気筒とも呼ばれ、気筒の数が多く、排気されるガスの量(排気量)が多いほど、作られるエネルギー量は多く、車の推進力、加速力も強くなるのです。

ディーゼルエンジンの仕組みを解説!圧縮された空気に燃料を噴射して燃焼するシステム

続いてディーゼルエンジンのシステムをご紹介します。基本的な仕組みはガソリンエンジンと変わりません。しかし、燃料と混合していない空気を圧縮する、自然着火で燃焼する、といった点で異なります。

ディーゼルエンジンにおける吸気・圧縮・燃焼・排気のプロセス

シリンダーとピストンを用いた動力システムであるという点は、ディーゼルエンジンもガソリンエンジンも同じです。以下に、具体的なプロセスを示します。

(1)シリンダーの吸気口の蓋が空いて、空気が入ると同時に最上部(上死点)にあるピストンが下降する。

(2)ピストンが最下部(下死点)に到達したら、吸気蓋が閉じる。

(3)最下部にあるピストンが上昇して、空気が圧縮される。

(4)最上部にピストンが近づくと、噴射装置から燃料が噴射される。

(5)噴射とともに燃料が燃え、発生したガスがピストンを下方に動かす。

(6)ピストンが最下部に到達したら、シリンダーの排気口の蓋が開く。

(7)排気口から燃焼後の排気ガスが出て、ピストンが上方に動く。

(1)~(7)のプロセスを高速で繰り返すことでピストンは素早く上下し、それが動力源となって自動車などを動かします。(1)~(2)が吸気プロセス、(3)が圧縮プロセス、(4)~(5)が燃焼プロセス、(6)~(7)が排気プロセスです。

ディーゼルエンジンは空気を圧縮して自己発火で燃焼する

ガソリンエンジンと異なっているのは、圧縮されるものが燃料と混ざった空気ではなく、ただの空気であるという部分です。ディーゼルエンジンの場合、使用されるのはガソリンではなくオクタン価の低い軽油です。

オクタン価とは、自己着火のしにくさを表し、高いほど自己着火しにくく、低いほどしやすいことを表します。空気は圧縮されると温度が急上昇するので、そこに軽油が噴射されると自然発火して燃えるガスが発生し、ピストンを押す力を生むのです。

ガソリンエンジンとディーゼルエンジンは使用する燃料や圧縮プロセスに違いがある

エンジンは吸気、圧縮、燃焼、排気という4つのプロセスを経てエネルギーを生み出す機関です。ガソリンエンジンはガソリン、ディーゼルエンジンは軽油を燃料とします。

ガソリンエンジンは燃料と混ざった空気を圧縮し、着火によって燃えるガスを発生させ、ディーゼルエンジンは空気を圧縮し、自然着火によって燃えるガスを発生させるという仕組みです。どちらのエンジンも、発生した燃えるガスがシリンダー内部のピストンを押す力を生み、それが車を動かす原動力となっています。

この記事を書いた人

広報部として、日々車に関するあらゆるノウハウを学ぶ。 おもに、車に起きるトラブルの対処法やお役だち成功など、車の豆知識に関するコラムを執筆。

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