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エンジンの仕組み ディーゼルエンジン (diesel engine)


ディーゼルエンジン (diesel engine)は、ディーゼル機関(ディーゼルきかん)とも呼ばれ、ドイツの技術者ルドルフ・ディーゼルが発明した内燃機関である。1892年に発明され、1893年2月23日に特許を取得した。
ピストンによって空気を圧縮し、シリンダー内の高温空気に燃料を噴射することで自然着火させるしくみである。
実用的な内燃機関の中ではもっとも熱効率に優れる種類のエンジンであり、また軽油・重油などの一般的燃料の他にも、様々な種類の液体燃料が使用可能である[1]。汎用性が高く、小型高速機関から巨大な船舶用低速機関まで様々なバリエーションが存在する。
エンジン名称は発明者にちなむものであるが、日本語表記では一般に普及した「ディーゼル」のほか、かつては「ヂーゼル」「ジーゼル」とも表記された。日本の自動車整備士国家試験ではジーゼルエンジンと呼称している。

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。

制動・拘束装置


速度を落とす、停止する等の制御はフットブレーキで行う。ブレーキペダルに加えられた力を、油圧や空気圧を介して摩擦材を回転部分に押しつけ、自動車の速度を熱に変換してスピードを落とす。市販車のほとんどが、エンジンの吸気管負圧、油圧、空気圧を利用した、ペダル踏力を軽減する、倍力装置を有している。
長時間の停車には機械式、または空気式のパーキングブレーキを用いる。
高速からの制動には、放熱性に優れるディスクブレーキが有効であるが、重量が大きい車両の制動や、勾配での駐車などには、自己倍力作用の働きで、拘束力の大きいドラムブレーキが有利となる。[要出典]
下り坂などで、フットブレーキに頼り過ぎるとフェード現象やベーパーロック現象などが起き、ブレーキの効きが著しく低下してしまう事がある。

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。

冷却水交換


現在の多くの市販車では、通常LLCと呼ばれる防錆剤を含む不凍液を注入されているため、交換頻度は低い。ただし、それは定期的交換を否定するものではなく、むしろ防錆剤の効果が切れる頃(3年とも5年とも言われていて、メーカーによって様々であるが)の定期的な交換を必要とするものである。尚、LLCには大別して「赤」と「緑」があり、トヨタでは赤、日産では緑が新車時に注入されている。また外車では「青」もある(補充時には、同色系を補充するとされている)。当然、車種によって構造等の違いから手順は様々であるが、概ね次の通りである。
ラジエターキャップと下部のドレンプラグを外し、中に入っている冷却水を抜く。(温暖時は、冷却水が噴き出すため、ラジエーターキャップの取り外し時に布をかぶせるなどの注意が必要。)
(指定されている車種では)ラジエターホース、ヒーターホース等を外し、溜まっている冷却水を抜く。
清涼な水でラジエター内、シリンダーブロック等を洗浄する。
ホース、ドレンプラグを元に戻し、適正な濃度に調整された不凍液を規定まで入れる。(日本国内の寒冷地仕様では濃度約50%・凍結温度-35℃くらいに調整する。 関東以南では、適切な量水を足し薄めて良い)
エンジンを始動し、ヒーターの調整レバーを最高温度にして、サーモスタットが開いて冷却水が完全に循環するまで、適時冷却水の量を確認しながら暖気する。場合によっては、ラジエター等に風が当たらないように適切な処置をする。
完全に循環し、中の空気が逃げたのを確認してから、冷却水を更にラジエターいっぱいまで足し、ラジエターキャップを閉める。
リザーブタンクの規定量まで冷却水を足す。

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