ガソリン・エンジンの作動と特徴

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ガソリン・エンジンは構造上、4サイクルと2サイクルに分かれ、以下のような特徴がある。

4サイクルの得失

2サイクルの得失

4サイクル・エンジン
2サイクル・エンジン


◎4サイクル(4工程サイクル)・エンジン



4サイクル・エンジンとは、吸入、圧縮、爆発、排気の4つの行程で1セットを行なうエンジンである。

クランクシャフトが2回転(ピストンは2往復)して下記の1セットを行い、動力発生の1動作をしたことになる。


1ストローク(サイクル)とは、ピストンが上死点から下死点、または下死点から上死点へ運動する1行程である。

4サイクルOHV(オーバヘッド・バルブ)エンジンの作動



吸入①吸入行程


ピストンが上死点から下死点に向かって下降し、混合気(ガソリン、空気)を吸入しながら下死点に達するまでの行程である。


この間は吸入バルブは開き、排気バルブは閉じている。

圧縮②圧縮行程


ピストンが下死点から上死点に向かって上昇し、吸い込んだ混合気を圧縮する行程である。

この間は吸入バルブ、排気バルブ両方閉じている。

従って、混合気の圧力と温度は上昇する。

これで、ピストンは2行程、1往復、クランクシャフトは1回転したことになる。

爆発③爆発行程


圧縮した混合気に点火して燃焼爆発させ、その爆発圧力でピストンを押し下げて動力を得る行程である。


この間は吸入バルブ、排気バルブ両方閉じている。

排気④排気行程


押し下げられて下死点にあるピストンが再度上死点まで上昇し、燃焼爆発したガスを自己の圧力でシリンダ外に押し出す行程である。

この間は排気バルブだけが開いている。

これで、ピストンは4行程、2往復、クランクシャフトは2回転したことになる。

実際のエンジンではガスの流れの慣性を有効利用するため、バルブは上死点と下死点では開閉せず、開閉時期に進みや遅れを与えている。(バルブ・タイミング)

バルブ・タイミング・ダイヤグラムオーバ・ラップ


排気行程の終わりから吸入行程の初めにおいて、吸入バルブと排気バルブが共に開いている期間があり、これをオーバ・ラップという。


燃焼ガスの排出を完全にすると共に、混合気の充墳効率を良くするためのもので、各エンジン毎に最適のオーバ・ラップが決められている。

ガソリン・エンジンの特徴



圧縮比と排気量ガソリン・エンジンは、予め空気と十分に混合し微粒化された燃料を圧縮させて、スパーク・プラグからの電気火花によって点火し燃焼するエンジンである。


ガソリン・エンジンは、ディーゼル・エンジンに比べ軽量で加速性がよく、高速回転ができるが、反面、ノッキングのために圧縮比を大きく出来ない。


ガソリン・エンジンにおけるノッキングは、運転中にキンキンという打音を発する現象で、デトネーション(異常燃焼)、プレイグニション(過早点火)の二つがあり、出力低下や打音の発生、そして排気バルブ、ピストンが焼損する事もある。


デトネーションとは、点火後の燃焼過程において燃焼室末端の混合気が自然発火して、非常に速い火炎伝播速度で燃焼する事であり、プレイグニションとは、正常な点火時期より早く、混合気が燃焼室内の過熱箇所によって点火してしまう事である。

計算式ガソリン・エンジンの圧縮比は6~10程度のため、ディーゼル・エンジンに比べて熱効率はやや低く、燃料消費率は高い。


熱効率とはエンジン爆発行程においての全発熱量が、実際に有効な動力として転換される割合のことで、ガソリン・エンジンでは25~28%、ディーゼル・エンジンでは30~35%である。



◎2サイクル(2工程サイクル)・エンジン



2サイクル・エンジンとは、掃気、圧縮、爆発、排気の動作を2行程で1セットを行なうエンジンである。

クランクシャフトが1回転(ピストンは1往復)して、下記1セットを行い、動力発生の1動作をしたことになる。


1ストローク(サイクル)とは、ピストンが上死点から下死点、または下死点から上死点へ運動する1行程である。

掃気①掃気


掃気孔が開いてクランクケース内で予圧された混合気がシリンダへ送られる動作である。


この時、同時に残っている燃焼ガスを排出する。

圧縮②圧縮


ピストンが上昇し、掃気孔に次いで排気孔が閉じ、シリンダ内の混合気が圧縮される動作である。


この時、クランクケース内は負圧となり、吸気孔にあるリード・バルブが開きクランクケース内に混合気が吸入される。

爆発③爆発


ピストンの上死点付近で、スパーク・プラグの火花による点火でシリンダ内の混合気が爆発する動作である。


爆発によりピストンが押し下げられ、クランクケース内の混合気が予圧される。

排気④排気


ピストンが下死点に近づき、排気孔が開いて燃焼ガスが排出される動作である。


この時、①掃気の動作がすぐに始まる。

ポート・タイミング・ダイヤグラム2サイクル・エンジンには、4サイクル・エンジンにある吸入と排気の独立したピストン行程とバルブが無いので、どうしても吸入側への吹き返しが生じる。


吹き返しを防ぐ方式として、農業機械では、主にピストン・バルブ方式とリード・バルブ方式が使われる。

ピストン・バルブ

ピストンの往復(上下)運動によって吸気孔を塞ぎ、吹き返しを防いでいる。

主に、草刈機やチェーン・ソーに使われる。

リード・バルブ

クランクケース内が負圧になると開く逆流防止弁で、吹返しを防いでいる。

動力散布機などに使われる。



作成日:2008/3