エンジンの回転速度の変え方

質問

エンジンについてほとんど知りません。
吸気弁や排気弁はどうやって動いているのでしょうか？
「吸気弁と排気弁を動かすために、ある軸(カムシャフト?)にカムを2つつけて回転している」
と理解しています。
ではそのカムを回転させるためのトルクはどこから来ているのでしょうか？
専用のモータが用意されていて、バッテリから電力をもらって回転しているのでしょうか？

また、エンジンの回転速度はどのように制御されているのでしょうか？
「アクセルペダルによって混合気を作る時の空気量を調整し、空気量が多いほどよく燃焼する」
らしい、と理解しています。
よく燃焼すると、クランクシャフトの回転速度は上がるでしょう。では、その早くなった速度に合わせてカムも回転する必要があります。どうやって動きを揃えているのでしょうか？

最初だけセルモーターを使ってクランクシャフトを強引に回転させ、ある程度したら離す、らしい、という話を聞いたことがあります。
ということは、その後は最初の勢いを利用して動いているのでしょうか？
その勢いは、一度車が停止してしまうとなくなってしまうのではないでしょうか？ なくなってる場合、またセルモーターなどのお世話になるのでしょうか？

質問が長いので、もし「この本を読めば謎は解ける」というお勧めの本がありましたらご紹介ください。

回答No.2

shintaro-2 · ベストアンサー

>ではそのカムを回転させるためのトルクはどこから来ているのでしょうか？
>専用のモータが用意されていて、バッテリから電力をもらって回転しているのでしょうか？

昔なら中学で習う技術の教科書に記載されていたんですけど・・・

エンジンのクランクシャフトに連動する
コンロッドという棒とロッカーアームで弁を動かすのがOHV

クランクシャフトで動くタイミングベルトでカムシャフトを動かし、弁を駆動するすのがOHC／DOHCです。
今の車のエンジンは全部ＯＨＣ／ＤＯＨＣです。

>また、エンジンの回転速度はどのように制御されているのでしょうか？
>「アクセルペダルによって混合気を作る時の空気量を調整し、空気量が多いほどよく燃焼する」
>らしい、と理解しています。
>よく燃焼すると、クランクシャフトの回転速度は上がるでしょう。では、その早くなった速度に合わせてカムも回転する必要があります。どうやって動きを揃えているのでしょうか？

クランクシャフトと連動していますので、特に調整する必要はありませんが、
回転数に合わせて微調整したい場合がありますので、カムシャフトで動かされるカムに特別な機構を設け調整する場合があります。
https://www.google.co.jp/search?q=%E3%82%A8%E3%83%B3%E3%82%B8%E3%83%B3%E3%80%80%E3%82%AB%E3%83%A0%E3%82%B7%E3%83%A3%E3%83%95%E3%83%88&hl=ja&rlz=1T4GGNI_jaJP529JP529&tbm=isch&tbo=u&source=univ&sa=X&ei=j_QXVKbKEYPr8AWei4DQBQ&ved=0CDQQsAQ&biw=1697&bih=1140

>最初だけセルモーターを使ってクランクシャフトを強引に回転させ、ある程度したら離す、らしい、という話を聞いたことがあります。
ということは、その後は最初の勢いを利用して動いているのでしょうか？

その通りです。
セルモーターは最初だけ、後は燃料によるエンジンの回転で動きます。

>その勢いは、一度車が停止してしまうとなくなってしまうのではないでしょうか？ なくなってる場合、またセルモーターなどの
お世話になるのでしょうか？

当然エンジンを止めたら、またセルモーターを回してエンジンを動かす必要があります。
通勤時に朝エンジンをかける時と、エンストした時、帰宅時にエンジンをかける時とで基本的に方法は変わりません。

お礼

ご回答ありがとうございます。
自分の推測が当たってて安心しました。

多分、DOHCです。まだ詳細を聞いてないので断言できませんが。

以外、余談です。
私はエンジンについて学んだのは大学に入ってからです。昔と今とでは学習速度はかなり違いますね。
私の大学では燃焼工学の先生は講義への熱意がなかったので、ものすごく適当でした。結果、私はエンジンに興味がもてず、専攻もエンジン関係は避けました。今思えば、興味がある人は研究室に押し掛けて質問してたのでしょう。

補足

>当然エンジンを止めたら、またセルモーターを回してエンジンを動かす必要があります。

すみません、言葉の使い方を間違えました。
×停車、○停止
赤信号で一時停止してる間もエンジンは回ってますね。

そういえば、ブレーキを踏んでる間、どうして車は止まるのでしょう？ エンジンは回ってるのでしょう？ 空気は送り込まれてないはずですが…

回答No.10

shintaro-2

書籍ですが、こんなのは如何？
　（ちょっと古いのが難点ですが）

自動車メカニズム図鑑
http://www.amazon.co.jp/dp/4906189407

図解雑学 自動車のしくみ (図解雑学シリーズ)
http://www.amazon.co.jp/dp/4816332383

お礼

ご回答ご紹介ありがとうございます。
お返事が遅くなりまして申し訳ごさいません。
さっそく本屋で探してみます。

補足

本屋で探したところ、後者のみ見つかりましたので立ち読みしてみました。
なかなか詳しく書いてあり、参考になりました。購入も検討したいと思います。
ご紹介いただき、ありがとうございます。

回答No.9

noname#215107

>ということは、マグネトーは車にバッテリーが搭載されてなかった頃、車で電気を得るために作られたものなのでしょう。今は点火以外にも電気を消費するので、別途バッテリーを用意してその電気を点火に使っているのでしょう。この理解で合ってますでしょうか？

バッテリーがないと電子制御ができないばかりか、何よりも腕力や脚力でエンジンを掛けなくてはならなくなるので、車にバッテリーが搭載されているのは当然なことでしょう。

マグネトーは電池が要らないので、信頼性が高く、私が使っている農機具のエンジンにも使われていますし、
信頼性が要求されるセスナなどのレシプロ飛行機にも使われています。

キャブレターについても、構造が簡単なので、うちの農機具や、飛行機のエンジンにも使われています。
航空機は枯れた(古く熟成した)技術が好まれるためです。最近ようやく航空機にもキャブレターでは無く電子燃料噴射方式がぼちぼち採用され始めたばかりです。

補足

マグネトーは現在では農機具などに使われているのですね。
こうやってお話を伺って関連する話を知ることができるのは、とてもありがたいことです。

飛行機に使われている技術は、調べてみるとなかなか興味深いです。
確かに特に不安定なものですから安全性が問われるので、最新技術をすぐに！とはいかないのでしょうね。

回答No.8

noname#215107

No.5です。

>エンジンはガソリン エンジンです。点火に使う電力も微小なら、無視して大丈夫でしょうか。

最近のコンピュータ制御された電子燃料噴射のガソリンエンジンばかり目がいくと思いますが、昔ながらのマグネトーを使った点火方式だと、点火するための電気も、エンジンの回転で作りますので、バッテリーすら必要ありません。

混合気の量の調整も、昔ながらのキャブレター式だと、アクセルにつながったワイヤーで吸入口についている板の角度を変えるだけです。この板の向きによって空気の通り道の障害物の役割をして、通り道が広くなったり狭くなったりします。

http://www.geocities.jp/ssssjinjin/file/coarse_study/cabratar.html

お礼

ご回答ありがとうございます。
マグネトーは初めて聞きました。
気になったので車や電池の歴史を調べてみると、ガソリン エンジン搭載の車は1886年に発売、充電できる二次電池は1859年に開発、そして鉛蓄電池と点火コイルを用いた低圧バッテリー式点火装置は1918年に出現したそうです。

ということは、マグネトーは車にバッテリーが搭載されてなかった頃、車で電気を得るために作られたものなのでしょう。今は点火以外にも電気を消費するので、別途バッテリーを用意してその電気を点火に使っているのでしょう。この理解で合ってますでしょうか？

混合気の量の調整も教えてくださってありがとうございます。
以前、バタフライ バルブで量を調整している、ということは聞いたことがありましたが、それ以外はまったく知らなかったので、知識の補完ができました。

回答No.7

teppou

No.４です。お礼ありがとうございます。少し追加します。

　エンジンは、ガソリンの爆発する力を利用して回り続ける仕組みになっています。
　モーターは電気を流せば回り始めますが、エンジンは最初にある程度の回転数にならないと、回り続けることができないので、そのある程度の回転数にまでモーターで回してやるのです。
　一旦ある程度の回転数になれば、後はガソリンがなくなるまで回り続けることができます。

お礼

再度のご回答ありがとうございます。
車は最初の勢いが重要なのですね。勉強になりました。

回答No.6

shintaro-2

＃２です

＞そういえば、ブレーキを踏んでる間、どうして車は止まるのでしょう？ エンジンは回ってるのでしょう？ 空気は送り込まれてないはずですが…

ブレーキでタイヤに負荷をかけるとエンジンの負荷が大きくなり、
そのままブレーキを踏んでいればマニュアル車ならエンストします。

マニュアル車ならクラッチというものがあり、エンジンとタイヤとは好きなときに運転者がメカ的にくっつけます。
AT車なら機械が制御してくれます。

教習所で免許を取るときに勉強するはずです。

お礼

再度のご回答ありがとうございます。

停止中も普通にブレーキで止めてれば、確かに負荷が高そうです。

>マニュアル車ならクラッチというものがあり、エンジンとタイヤとは好きなときに運転者がメカ的にくっつけます。

クラッチって、そういうものでしたか。
私もマニュアルの免許を持っていて、確かに説明はされました。が、具体的な機構は説明されなかったのと、試験ではあまり重視されなかったので、すっかり忘れてました。
学校に通う間も、操作の説明ばかりで、「何やってるんだろう」と思ってました。
AT車は便利ですね。自動的に接続が切られてるから動かないのですか。

回答No.5

noname#215107

ガソリンエンジンの場合、点火以外に電力は要りません。点火に使う電力は非常に微小なものです。

セルモーターで最初だけ力を与えますが、人力でエンジンを掛けることも可能です。
農機具のリコイルスターターは、紐で引っ張って回転させますし、
バイクのキックスターターは足で蹴って、回転させてスタートできます。マニュアルの自動車は、非常時には「押しがけ」ができますね。

ディーゼルエンジンにいたっては、点火すらも不要なので、電気回路が全く不要です。
（実際にはグロープラグなど、補助的に電気を使う場合もありますが）

カムシャフトはエンジンの回転そのもので動きます。つまり燃料の爆発の力でクランクが回転し、その力でカムシャフトも動くのです。

エンジンは単位時間当たりに吸い込む空気量でその出力が決まります。

通常、空気量に比例した量の燃料を混ぜますので、吸入空気量が大きければ爆発力も大きくなり、回転を上げる力として働きます。
しかし、実際には負荷トルクおよびフリクションロスと釣り合う回転数で安定します。

お礼

ご回答ありがとうございます。
エンジンはガソリン エンジンです。点火に使う電力も微小なら、無視して大丈夫でしょうか。

>通常、空気量に比例した量の燃料を混ぜますので、吸入空気量が大きければ爆発力も大きくなり、回転を上げる力として働きます。

燃料も比例するのですね、言われてみれば当たり前のことでした…
必要な混合気は、単にアクセル ペダルによる要求トルクだけなのか、現在のトルクとの差分なのか、効率のよい燃焼を重視して工夫するのか…そこはメーカーの腕の見せ所なのでしょうか。

回答No.4

teppou

カムシャフトはエンジンのクランクシャフトの回転の半分の早さで回転する仕組みになっています。
　カムシャフトの回転については、次の動画がわかりやすいと思います。

　http://www.nagatac.co.jp/animation/4cycle.htm

　エンジンの回転速度の変更は、エンジンか回転することにより、ガソリンの霧と空気の混合気体（混合気と言います）を吸い込んで（エンジンはポンプでもあります）圧縮し爆発させているのですが、その混合気の吸い込み量を変えることにより行っています。
　スロットルバルブと言う混合気の吸入量を制御する弁を操作して行います。
　現在のエンジンは、もう少し複雑です。

　自動車のエンジンは、最初モーターを使って回転させますが、回転を始めるとそのまま回り続けます。
　自動車がとまっていても、エンジンは回り続けることができる仕組みになっています。

　本については、大きめの書店に行けば自動車と言う書棚がありますので、内容を確認してご自分で判断するのがよいと思います。実にたくさんの自動車関係の本があります。

お礼

ご回答ありがとうございます。
今日、本屋で見つけた本にタイミングベルトのことが書いてあって、皆さんが教えてくださったのはこれのことかぁと納得しました。
私の今回の質問内容は、本に明記されていない箇所なのです。エンジン始動時はセルモーターを使う、ということは書いてあっても、セルモーターが止まったあとは慣性なのか、とか。普通はそう考えるとこでも、私は想像力がとぼしく、うっすら予想はできても、断言できるほどの知識がなく。そこで皆様の知識に頼らせていただきました。
本の全部を読んでるわけではないので、見落としてる可能性もありますが…

ご紹介頂いた動画は、帰宅後に閲覧してみます。

回答No.3

nitto3

給、排気弁はピストンと連動して動くようになっています。
最初はモーターですが、エンジンが燃焼すれば、エンジンからの供給です。

混合気を供給するのですよ。
その量で出力が変わってきます。

お礼

ご回答ありがとうございます。
混合気は、やはり空気量は多いほど燃焼しやすいのでしょうか。多すぎると燃料が薄すぎて良くない気も…まぁ、圧縮する都合上、必ず上限はありそうです。

回答No.1

ryo_ Deathscythe（@Deathscythe）

簡単に書くとこんな感じです
1.ピストンが下がるとき吸気弁が開きガソリンと空気の混合気が入る
2.ピストンが上がってきて最も上に来たときに点火プラグが点火
3.混合気が爆発しその勢いでピストンが下に下がる
4再び上に上がるときに排気弁がひらき排気する

最初は回転していないのでセルによって始動させます。

点火タイミングや弁の動作などはタイミングベルトで連動し回転数を合わせて調整されています。
なので長く乗った車はベルトが伸びてしまうため交換をしないとタイミングがズレ有効なパワーを得られなくなるし、切れたらタイミングが取れなくなるので動かなくなります。

お礼

ご回答ありがとうございます。
なるほど、角速度を揃えるための機構がありましたか。参考になりました。