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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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カムシャフト (camshaft)

カムシャフト (camshaft) とは、エンジンの構成部品の一つで、バルブを開閉する各気筒のカムをまとめて1本に備えているシャフト(軸)である。断面が卵型のカムが複数連なったもので、回転の中心と外周までの距離は一定ではない。カムシャフトはクランクシャフトからのタイミングチェーンなどにより回転が伝えられている。4ストローク機関ではクランクシャフトが2回転する間に、カムシャフトは1回転する。

変速機


マニュアルモード付きATのシフトレバー(ヒュンダイ・ソナタ)前進、後退、速度域の制御はトランスミッションが行い、シフト&セレクトレバーによって、任意にギアの組み合わせを選択するマニュアルトランスミッション (MT) 、停止から最高速まで自動選択式のオートマチックトランスミッション (AT) 、マニュアルトランスミッションを用い、クラッチ操作のみを自動化した、セミオートマチックトランスミッション、さらに、変速操作も自動制御する自動制御式マニュアルトランスミッション (AMT)の4つに大別される。 前進の変速比は2速から8速程度が一般的だが、副変速機を用いて、変速段数を2倍とする場合もある。
オートマチックトランスミッションは、トルクコンバータとプラネタリーギアを組み合わせたものと、有効径を連続可変とした2つのプーリーと金属ベルトを組み合わせた、CVT (Continuously Variable Transmission) と呼ばれる無段(階)変速機が一般的である。また、いずれの方式においてもMT車のようにギアをドライバーが選択できる、いわゆる「マニュアルモード」を備えるものがある。また、日本の法規においてAT車に分類される変わり種の例として、トヨタ・MR-SのシーケンシャルMTがある。
推進力(回転)のOFF/ONはクラッチが行い、クラッチペダル等の操作部を操って手動操作するものをマニュアル・クラッチ、あるいは単にクラッチと呼ぶ。手動操作を伴わないクラッチをオートマチック (AT) 、ノークラ、あるいはよく使用される自動クラッチ機構の名称を取ってトルコンなどと呼ばれる。

ハイブリットカー


 日本ではエンジンの回転力で発電機を回して電力源としつつ、運動エネルギーを二次電池に回生し補助動力とするものが主流である。
 インドやフランスではタタ・ワンキャットのような圧縮空気と内燃機関を併用する方式がある。
 フライホイールで運動エネルギーを回生するハイブリッドシステムも存在する。
 ブラジルで普及しているバイオエタノールとガソリンの両方が使えるエンジンを搭載したフレックス燃料車と呼ばれる車がある。このほかLPG自動車・CNG自動車・水素自動車の一部にも、燃料にLPG・CNG・水素とガソリンを切り替え可能なエンジンがある。これらは燃料のハイブリッド利用が可能な内燃機関自動車である。
 自動車が普及を始めた19世紀後半においては、赤旗法による英国の蒸気自動車の開発停滞にもかかわらずガソリン自動車の性能は蒸気自動車や電気自動車に劣っていた。特に、蒸気貯めに圧力を蓄えたり鉛蓄電池に電気を蓄えたりするため始動トルクが大きく、ニードル弁や抵抗器操作で無段階変速が可能な蒸気自動車や電気自動車に比べ、ノッキングなど低速性能が悪くアクセル・クラッチ・減速ギヤないしプーリー切替の同時操作を強いられるガソリン車の操作性は劣悪であり、複雑な精密機械であるトランスミッションの故障も多かったため敬遠された。
 ガソリンエンジン車の唯一の利点である航続距離の長さを生かす手法が、内燃機関→発電器→整流器→蓄電池→電動機の電気駆動方式だった。変速機の代わりに駆動力として蓄電池を使い動力を一方的に電気エネルギーに変換して消費するもので、回生ブレーキのないシリーズハイブリッド方式のハイブリッド電気自動車である。ガソリン原動機を電力源として使う電気駆動方式は「ガス・エレクトリック」と呼ばれる。
 20世紀初頭には車輪の回転駆動に電気を使ったものがあるが、サスペンションの動きに合わせた機械式駆動系が満足に作れなかったためとはいえ不完全ながらも自動車黎明期のハイブリッドカーである。電気による駆動系としてサスペンションの動きに追随し、車軸側と一体となったモーターで車輪を回転させた。エリーカなど現代の電気自動車で見られる車輪一体型モーターの初期の形態である。
 第1次世界大戦を経て等速ジョイントなど機械駆動用の要素技術の発明と工作機械による量産技術の確立により、機械駆動系の信頼性向上とコストダウンが進展し、フォード・モデルTの登場によるガソリン車の急激な普及により、電気自動車は廃れていった。
 20世紀後半の1980年代になると導電性プラスチックポリアセチレンの発見に端を発する高性能なリチウムイオン二次電池や、小型で強力なモーターを可能にするネオジム磁石が相次いで日本で開発され、電気自動車に必要な技術が急速に発展した。その結果、エネルギー回生を含む真のハイブリッドカーが登場し、あらかじめ充電しておくプラグインハイブリッドを経由して内燃機関自動車から電気自動車に向かう技術革新の流れが起きている。
 発電用動力にガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、ガスタービンエンジンを使用するもの(主にシリーズハイブリッド)が実用化されている。
 燃料電池車は回生ブレーキによる電力回収部分も含め全て燃料電池単独で発電した電力をやりくりしているためエネルギー源が燃料電池のみでありハイブリッドカーではないが、燃料電池とハイブリッドシステムを組み合わせることで価格を抑えたハイブリッド燃料電池自動車が開発されている。 [1]。
 ハイブリッド車の併用動力として二次電池以外にキャパシタ(コンデンサ)や圧縮空気、フライホイールなどが試行されているが、エネルギー蓄積量、稼働時間、制御性、コストの面から、二次電池が多く用いられている。二次電池は長時間安定した出力を確保できるが、その分充放電の反応が遅いため、短時間の高出力が求められる重機用として大電流を流す事が可能なキャパシタも利用されている。
 自動車と鉄道の中間形態として架線式電気自動車(無軌条電車、トロリーバス)とハイブリッドバスの利点を合わせた架線式ハイブリッドトロリーバスなどがある。(詳細:トロリーバス参照)

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