内燃機関（エンジン）の不思議

質問

いつも思っていたことですが、例えば４サイクルでは吸入・圧縮・点火・排気という一連の工程を行いクランクシャフトを回転させていますよね。
時速１００キロ以上にもなるとその工程はものすごい速さだと思います。４サイクルの正確な順序立てた工程がものすごいスピードで行われているのでしょうか？（勿論そうなのでしょうけれど）
例えば、モーターなら電磁石のＮとＳが入れ替わり永久磁石との引き合い・反発なので高速回転でも容易に理解出来るのですが、ことエンジンとなると信じられません。（といっても毎日、乗っている車がトラブルも無くまさにそうなのですが・・・）よろしければ御教示ください。

回答No.14

Mokuzo100nenn · ベストアンサー

ものすごい速さってことも無くて、丁度良い速さなんですよ。

例えば、6,000rpmのガソリンエンジンの場合、一秒に100回転ですから、ピストンが上死点から下死点まで0.005秒ですよね。
これが気化したガソリンに着火して、火焔が全体に行き渡るのに丁度良い速さなんです。
シリンダー容積を小さくして（多気筒化し）、思い切り早期着火をしてもF1レースカーの12,000rpmぐらいが限界です。

ですから、現在の自動車エンジン程度のシリンダー容積の内燃機関を20,000rpmで回せるかと言うと「それは無理です」という領域に入ってきますね。
一方、燃料の燃焼を伴わない電気モーターなら30,000rpmでも40,000rpmでも可能ですから、そこにはちゃんと内燃機関の限界がありますよ。

お礼

ご回答ありがとうございます。

確かに新幹線などは時速３００キロオーバーを何時間にわたって安定して持続できますよね。

回答No.3

tance

信じられないくらいスゴイことをしているのです。
電気の世界では１秒間に100往復というのは、低周波のなかでも
低い方に相当しますが、メカでこれを実現するのは大変です。

しかもこの１サイクルの中でもたくさんやることがあります。
バルブの開け閉めも空気やガスの動きの遅れ分を考えて
タイミングをずらしています。点火や、今なら燃料噴射など
１秒間に100回：つまり10msecよりはるかに短いタイミングを
要求されています。

排気のスピードなんて、バルブを通るところでは音速になります。
温度が高いから音速も速いですが、それでもこれがひとつの
限界になります。

他にも細かいところで、スゴイ技術がたくさん使われています。
しかも量産されています。さらに、その技術を知れば知るほど
ナンデ100万円そこそこで作れるのか、その方が不思議なくらいです。

お礼

ご回答ありがとうございます。

確かに電気の世界ではＭ、ＧＨｚというように桁違いですよね。しかしメカでこれだけのことをやっているのは凄いと思います。

回答No.2

Hiyuki

もちろん寸分のロスもなく動いていますよ。
ちょっとでもずれると、失火したり異常燃焼でエンジンが壊れたりします。
電子的な制御が組み込まれるようになって、相当厳密に制御されるようになりましたね。

部品数も半端無く多いです。私なんて分解したら絶対組みたてられません。

お礼

ご回答ありがとうございます。

回答No.1

Lupinus2

あなたの疑問はもっともです。
100キロのときは、実はそんなに回転数は高くないですが（普通乗用車、5速ＭＴ、4速ＡＴであればギアで変速して、低回転を使っているので）、
アクセルをめいいっぱい踏めば、一分間に7000回転くらい回りますかね。
一秒間に100回以上回っていることになります。
それでもカムやバルブが正確に動いているのですから、凄いと思います。

エンジン開発の歴史は、いかに正確に作動させるかの歴史と言ってもいいと思います。
初期のエンジンは、それこそ低回転だけのポンポンと回るものでした。
150年くらい前だったかな？
50年くらい前までは、良いバルブスプリングが無かったので、高回転になるとバルブの開閉が追いつかない、バルブサージングという現象が現れました。
そのため、各社創意工夫していました。
バルブスプリングを使わない、強制開閉式のデズモトロミック機構、ヘアピンスプリングタイプ、トーションバースプリングタイプもありました。
それが、材質や加工処理技術の向上により、今はほぼ全てがコイルスプリングになり、
それ以外はイタリアのバイクメーカーが頑なにデズモ機構を使っているだけになりました。

エンジンは、その基本的な構造に劇的進歩は無いけれど、
それを正確に作動、コントロールする技術が劇的に進化したので、今のような高回転、安定した出力が得られるようになりました。

お礼

ご回答ありがとうございます。

仰るとおりで本当に凄いと思います。