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エンジンの仕組み レシプロエンジン


エンジンの代表例として、内燃機関の一種である『レシプロエンジン』の仕組みを以下に記す。
ガソリンやアルコール等の揮発性の高い液体をシリンダー内部の燃焼室内に空気と適当な混合比になるように吸入、圧縮、電気火花で着火してエンジン内で爆発を起こさせる。通常、爆発力は着火場所を中心にして放射状に拡散するが、エンジンという機械はその爆発力を効率良く取り出す必要がある。爆発に十分に耐えられる構造のシリンダー内で起きた爆発力は、逃げ道を探して、シリンダー内を行き来するピストンと呼ばれる部品を押す力となる。そこで、放射状に拡散する爆発力が直線(往復)運動に変わる。次にコネクティングロッド(コンロッド)とクランクシャフトが連動して往復運動を回転運動に変え、この連続により、クランク軸から動力を出力する。
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タイヤ交換


タイヤの交換には、以下の工程が必要となる。
ホイールを車体から取り外す。
ホイールのタイヤを外す。
ホイールにタイヤを取り付ける。
ホイールを車体に取り付ける。
一般的に、2、3の工程に付いては、専門店に任せる事が多く、専門店でも専用の機械を使う為、人力でタイヤの交換作業を行う事は少ない。現在の乗用車用タイヤは、チューブレスタイヤが多く、その場合、ビート部とホイールが強固に密着しており、人力での交換作業は困難な事が多い。また、タイヤ交換後のホイールバランスを取るにも専用の機械を使用する事がほとんどである。ただし、軍用車などの特殊な構造のホイールや、トラックなどの大型車両のタイヤは、この限りでは無い。 一般的な、チューブレスタイヤの交換方法は、以下のようになる。
ホイールを車体から取り外す。
ホイールを取り付けているナットを緩める。
車止めをセットし、ジャッキで車体を持ち上げ、ジャッキスタンドで保持する。
ホイールを取り付けているナットを取り外す。
ホイールを取り外す。
ホイールのタイヤを外す。
タイヤの空気を抜く。
ホイールとタイヤの間にタイヤレバーを差し込み、タイヤのビート部を外す。タイヤレバーで外せないような場合は、L字鋼材をタイヤとホイールの間に差し込みハンマーで叩くなどの作業を行う。
ホイールにタイヤを取り付ける。
タイヤのビート部にワックスまたはパウダーを塗る。
タイヤを外すのと逆の手順で、ホイールにタイヤを取り付ける。
タイヤに規定量の空気を入れる。
一定時間放置し、空気漏れが無いか確認する。
ホイールを車体に取り付ける。
ホイールを固定するボルトにグリスなどを塗る。
ホイールを取り付け、手でナットを締める。
車体を下ろし、規定トルクでナットを締める。
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内燃機関と呼ばれるエンジン


内燃機関と呼ばれるエンジンは、ピストンの往復運動をクランクシャフトで回転運動に変換して出力するレシプロエンジンが一般的で、サバテサイクルを使うディーゼルエンジン、オットーサイクルを使うガソリンエンジンがあり、それぞれに4サイクルと2サイクルがある。
レシプロエンジン
レシプロエンジンは、シリンダー配置やクランクピン形状により、直列(インライン)、V型、対向式、V型派生のW型などに分類される。戦前のディーゼルエンジンには、ひとつのシリンダーに2つのピストンが向き合い、シリンダーヘッドを持たない、真のボクサーエンジンである、垂直対向式もあった。
ロータリーエンジン
レシプロ以外では、世界で唯一、「マツダ」のみが生産している、繭形のハウジングと、その内部で遊星運動をする、三角形のローターで構成される、ロータリーエンジンが知られている。
ガスタービンエンジン
連続燃焼サイクルのガスタービンエンジンは、レーシングカーやレコードブレーカー、少数の試作車を除き[1]、実用化されていない。もっとも広義の自動車という意味では、戦車などの軍用車両分野ではアメリカのM1戦車など一部で実用化されている。
噴射式エンジン
近年の最高速度記録挑戦用の車両では、ジェットエンジンやロケットエンジンにより直接車体を推進させる方式が採られている。ブレーキングもパラシュートにより行われるため、これらは自動車というより地上を走る航空機やロケットと言って良く、車輪はもはや「自動車である」事を示すための足枷に過ぎないと言っても過言ではない。
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クラッチ (Clutch)


クラッチ (Clutch) は、回転動力を伝達するための機械要素の一つである。入力軸と出力軸を機械的あるいは電磁的に結合し、原動機軸の回転を被駆動軸に伝えるもので、結合を解くことにより被駆動軸への回転の伝達を止めることができる。
内燃機関のように短時間に頻繁に起動・停止を繰り返すことが困難な原動機では、出力の伝達を一時的に停止するためには必須である。
また、起動停止が容易な電動機(モーター)においても、回転子の慣性のため瞬時に定格回転に達したり、停止することは困難である。電動機は一定回転数にしておき、その回転をクラッチで伝達すると意図したタイミングで回転力のオン・オフを行うことができる。
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エンジンにおけるシリンダー


初期のエンジンにおけるシリンダーはエンジンにおいて最大の部品だった。ピストンがもたらす摩擦を如何に軽減するかについて様々な実験が行われた。蒸気エンジンでは発生する水分が減摩材として作用する為、潤滑機構は無いか、あっても簡単なものであった。
外燃機関のシリンダーは、燃焼室が無い為対称的な構造をもつ。作動流体の熱エネルギーを膨張によって運動エネルギーに変換しピストンに伝達する。シリンダー内側は滑らかな場合が多く、ピストンにはガスケットが取り付けられ二つの部屋を分離密閉している。ピストンの運動は直線の往復運動の形で取り出され、外部のクランクによって回転エネルギーに変換している。シリンダーは付属するスライドバルブによって吸気排気が切り替えられ、一往復で2回運動エネルギーを取り出すことができる。主に蒸気機関に用いられた。スターリングエンジンのようにシリンダーが熱交換器として作用するものもある
内燃機関のシリンダーは外燃機関の機能を踏襲しており、基本的な構造や役目は外燃機関と似ているが、複雑になった。 一端はピストン・シリンダーヘッドと共に燃焼室を形成し、その密閉された容積により燃料と空気(混合気)を圧縮する。 圧縮された混合気は点火され、爆発燃焼する。燃焼して生じた燃焼ガスが持つ熱エネルギーによる膨張をピストンで受け運動エネルギーに変換する。 燃焼室の反対側ではピストンの運動をコネクティングロッド(コンロッド)・クランクシャフトにより回転エネルギーとして取り出す為の開口部となる。 水冷エンジンにおいては外壁または二重構造による中空部でウオータージャケットを形成して冷却を行う。 2ストローク機関ではシリンダーに開けられた穴・インテークポートとエキゾーストポートにより掃気が行われる。 シリンダー内側はホーニング加工されており、クランク側から供給される潤滑油を保持しピストンが滑らかに動くよう潤滑する。ピストンには複数のピストンリングが取り付けられ気密を保ち、シリンダー壁面の油膜を最適に保つ。
ピストンと共にエンジンの中枢部を構成する。
ガソリンエンジン、ディーゼルエンジンのシリンダーはかつては単体の部品で、鋳鉄製の筒が一般的であった。現在の主力は摺動部の耐磨耗性の観点からシリンダーライナーを導入しシリンダーブロック(シリンダージャケット)に圧入もしくは鋳造時に鋳込んで用いるもの。シリンダーをシリンダーブロックと共に一体鋳造とした方式が普及しつつある。これに対してライナーを導入しない方式はライナーレスエンジンと呼ばれるが、シリンダー内壁にニッケルシリコン合金(Nikasil:ニカシルorニカジル(商標))に代表される金属酸化物添加合金をめっき(溶射)するもので、1967年NSU・Ro80に使用され、ポルシェが1970年にレースカー(ポルシェ・917)に採用したのをはじめ、主にハイエンド仕様やレース仕様の車や小型車、バイクを中心に普及した。ライナーレス仕様は軽量で放熱性に優れ、ピストンリングと親和性が高いのが特徴。またピストンもシリンダーも同じアルミニウム合金で作る事ができるため、熱膨張してもクリアランスが保たれエンジン出力の向上に寄与する。溶射部分の耐久性は鋳鉄と同等以上であり、表面にほどこされたホーニング加工をエンジン寿命の終期まで保ち続ける。一方量産性と溶射加工時のスループットが長いことから加工コストが高くなる。
部品点数の削減と剛性の向上を図るため、クランクアッパーケースとシリンダーブロックを一体鋳造したエンジンもあり、3ピースエンジン等と呼ばれる。
ヤマハ発動機はライナーレス方式を発展させ、シリンダーブロック全体をアルミニウム・シリコン合金でつくり、メッキさえも不要としたDiASil(ダイアジル)シリンダーを開発した[1]。この方式によればメッキ方式に見られるスループットの問題は改善されるが、硬度が高く鋳造後の加工が困難となるのが欠点である。
船舶用エンジンはシリンダー・ピストンが巨大であり、大量の空気を充填し、きわめて長くて太いシリンダーで効率的に大きな出力を獲得できるよう工夫してある。
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