エンジンは車の心臓部です。 これは、燃焼ガスからの熱を道路の車輪を回す力に変換するために構築された複雑な機械です。 車両は、内燃機関（ICE）で行われるXNUMXつのプロセスの組み合わせの結果として移動します。つまり、燃料の点火と燃焼はエンジン自体の内部で発生します。 次に、エンジンは燃焼からのエネルギーを部分的に熱と機械的トルクに変換します。 これを実現するために、エンジンは同時に動作するいくつかの個別のコンポーネントで構成されています（すべて必須）。
車のエンジンの基本
内燃エンジン（ICE）は、今日ほとんどの車が使用しているものです。 エンジンが機能して動力を生み出すためには、主に空気と燃料の混合が必要です。 ほとんどの自動車エンジンは、主にディーゼルとガソリンの化石燃料で作動します。 他のいくつかのエンジンは、バイオエタノールまたは水素を動力源としています。 燃料に関係なく、ほとんどの自動車エンジンは同じ原理で動作します。 ただし、使用する燃料によって多少の違いがあります。 たとえば、ディーゼルエンジンにはスパークプラグがありません。 代わりに、燃料は高度に圧縮された熱風のために燃焼します。
発電
簡単に言えば、エンジンが動力を生成する方法は、XNUMXつのステップで説明できます。
- 吸入: 燃料は、燃料インジェクターによって空気とともにシリンダーに追加されます。
- 圧縮: 同じシリンダー内にあるピストンが空気と燃料の混合物を圧縮します。
- 動力: バルブが閉じると、点火プラグが混合気に点火し、動力を生成します。
- 排気: 爆発によってピストンが押し下げられ、エネルギーがクランクシャフトに伝達され、燃焼ガスが排気に押し出されます。
これらのXNUMXつのステップは、ガソリンを使用するほとんどの内燃機関で発生します。 XNUMXつのステップは、いわゆるXNUMXストロークエンジンに存在する「XNUMXストロークサイクル」と呼ばれます。
エンジンのコンポーネント
内燃機関は多くの部品で構成されており、最も基本的な部品は次のとおりです。
- エンジンブロック
- クランクシャフト
- ピストン
- カムシャフト
- 燃料噴射器
- エキゾーストマニホールド
これらすべての部品およびその他の部品は、化石燃料で走行するほとんどの自動車で使用されるXNUMXストローク内燃エンジンの典型的なコンポーネントです。 上記のコンポーネントは電力の生成を担当しますが、エンジンを実行するには他の多くのコンポーネントとシステムが必要です。 これには、潤滑システム、冷却システム、始動システム、エンジンコントロールユニット（ECU）などが含まれます。
1.エンジンブロック
エンジンブロックはエンジンの心臓部です。 最新のエンジンのほとんどはモノブロックで構成されており、すべてのシリンダーが同じブロックを共有しています。 エンジン ブロックはシリンダー用のスペースを提供するだけでなく、オイル ギャラリーと冷却液通路も備えており、それぞれエンジンの潤滑と冷却を可能にします。
V8、V12、直列4気筒、ボクサーエンジンなどと呼ばれるエンジンを聞いたことがあるかもしれません。 これらの名前は、エンジン ブロック内でシリンダーがどのように配置されているかによって決まります。 最も一般的なタイプの内燃エンジンを以下に示します。 他のタイプやバリエーションも存在しますが、一般的ではありません。
a。 V型エンジン
V6、V8、V12などのV型エンジンは、シリンダーが整列しているため、正面または背面から見たときに「V」を形成するため、いわゆるV型エンジンです。 数字はエンジンブロック内のシリンダー数を示します。 V6には10つのシリンダーがあり、VXNUMXにはXNUMXのシリンダーがあります。
b。 直列型エンジン
直列エンジンは、シリンダーが一列に並ぶように構成されています。 これらのエンジンは通常4気筒以下であり、製造コストが低くなります。
c。 ボクサーエンジン
ボクサーエンジンは、特定のタイプの水平対向エンジンです。 ピストンは平らになり、対向するピストンの各ペアが同時に出入りします。 前後にスライドするピストンのペアの動きは、戦いの間のボクサーの動きに似ており、お互いにパンチを投げることから、その名前が付けられました。
d。 ロータリーエンジン
ロータリーエンジンとも呼ばれるワンケルエンジンは、ピストンをまったく使用していません。 代わりに、三角形の形をしたローターを使用します。 今日、ロータリーエンジンは非常にまれであり、使用している車種はごくわずかです。 エンジンは能力があり、高回転での走行が好きなので、彼らは多くの自動車愛好家の注目を集めています。
2.クランクシャフト
ピストンは、燃焼室で発生する反応にさらされます。 燃料が点火すると、エネルギーがピストンを押し下げます。 ピストンはコネクティングロッドによってクランクシャフトに接続されています。 ピストンが動くと、クランクシャフトも動きます。 ピストンからの上下運動は、クランクシャフトでの回転運動に変換されます。 クランクシャフトは途方もない力にさらされています。
結局のところ、あなたの比較的重い車を動かし続ける力はクランクシャフトを通過します。 さらに、クランクシャフトのエネルギーの多くは摩擦によって失われます。 クランクシャフトが直線運動を回転運動に変換すると、フライホイールが動力を滑らかにします。 動力の供給はトランスミッションに続き、そこではクラッチがクランクシャフトとトランスミッションの間に配置されます。
トランスミッションは出力シャフトに接続されており、出力シャフトは車軸に接続されています。 車軸は車輪に接続されており、シリンダーによって生成された力の旅を完了します。 クランクシャフトは、トランスミッションに回転力を供給するだけではありません。 クランクシャフトに接続されたプーリーは、回転すると、オルタネーター、カムシャフト、パワーステアリングポンプなどの他の自動車部品に動力を供給するアクセサリベルトに接続されます。
3。 ピストン
ご覧のとおり、ピストンは内燃機関で動力を生成する過程で頻繁に言及されるものです。 ピストンはエンジンブロックのシリンダーに封入されています。 ピストンに取り付けられたピストンリングが燃料の燃焼に必要な圧縮を提供するために完全なシールを作成するため、ピストンから漏れたり逃げたりすることはありません。 ピストンが占めていない部分であるシリンダーの上部は、燃焼室と呼ばれます。
ピストンがシリンダーの上部に向かって上昇するにつれて、燃焼室はますます小さくなります。 ピストンが上昇し、燃焼室が小さくなると、大量の熱と圧力が発生し、混合気が爆発してエネルギーを放出し、電力を生成します。 前述のように、ディーゼルエンジンはスパークプラグに依存していません。 代わりに、燃料はピストンによって引き起こされる大規模な圧縮によって点火され、燃焼室が「小さく」なります。
4.カムシャフト
クランクシャフトのセクションで述べたように、カムシャフトはクランクシャフトに接続されており、エンジンブロック内で同期運動を提供します。 カムシャフトは吸気バルブと排気バルブを操作し、空気と燃料を燃焼室に送り込みます。 タイミングベルトやタイミングチェーンについて聞いたことがあるかもしれません。 これらはクランクシャフトとカムシャフトを接続するものです。
それらは、ピストンが低い位置にあるときにバルブが完全に開き、シリンダーに燃料と空気を供給し、ピストンがシリンダーの上部に向かっているときにバルブを閉じて、燃料に点火することを保証します。 車にタイミングベルトが付いている場合は、車のメーカーが決めた間隔でタイミングベルトを交換することが重要です。 タイミングベルトの故障は、互いに接触することを意図していないエンジンコンポーネントが激しく接触するため、エンジンに大きな損傷を与える可能性があります。
5.燃料インジェクター
古いガソリンエンジン車はキャブレターを使用していました。 右足がアクセルペダルを踏むと、スロットルバルブが開き、空気がキャブレターを通って移動します。 空気がキャブレターを通過すると、燃料も通過しました。 空気は、「フロートボウル」と呼ばれるキャブレターの燃料容器から燃料を「引きずり」ました。 これは、派手な物理学のおかげで、より具体的には、空気と燃料を比較的比例させたベルヌーイの原理によって可能になりました。
次に、混合気はインテークマニホールドとインテークバルブに進み、そこで燃焼がシリンダー内で発生します。 現在、燃料インジェクターが使用されており、ノズルからより正確な量の燃料を供給します。 燃料噴射装置にはさまざまなタイプがあり、主に外部混合気の形成と内部混合気の形成によって定義されます。
一般に、名前が示すように、外部混合気形成燃料噴射装置は、燃焼室に入る前に混合されます。 内部混合気の形成は通常、燃料を燃焼室に直接噴射します。 現代の自動車には、燃料噴射システムの助けを借りて、空燃比が十分であることを保証するさまざまなタイプのセンサーやその他の電子機器があります。
6。 エキゾーストマニホールド
燃料が燃焼したとき、排気ガスは燃焼室から逃げなければなりません。 これは、ピストンが上向きに移動し、排気バルブが開いているときに行われます。 これは非常に単純なプロセスのように思われるかもしれません。 エンジン内の他のコンポーネントやシステムと比較すると、そうです。 ただし、これらのシステムの背後には多くのエンジニアリングもあります。 物事を単純にするために、あまり詳細には立ち入りません。
エキゾーストマニホールドとその背後にあるエンジニアリングについてもっと知りたい場合は、ウィキペディアにそれについての素晴らしく簡潔な記事があります。 未燃燃料もエキゾーストマニホールドを通過することは言及する価値があります。 酸素センサーがマニホールドに装備されており、空燃比が高すぎるか希薄である場合に燃料インジェクターシステムにフィードバックを提供します。
ハイブリッド車エンジン
これで、車のエンジンがどのように機能するかについての一般的な理解が得られたはずです。 これまで、主にガソリンとディーゼルのエンジン車が説明されてきましたが、もう少し複雑なタイプの車があります。それはハイブリッド車のエンジンです。 ハイブリッドは、XNUMXつの異なる要素を組み合わせて作成されたものです。 自動車の世界では、ハイブリッド車は通常、電気とガソリンのXNUMX種類の電力で走行することを意味します。 一般的に、ハイブリッド車にはXNUMXつのタイプがあります。
- フルハイブリッド
- マイルドハイブリッド
- プラグインハイブリッド
これらのタイプは、ハイブリダイゼーションの程度に応じて分類されます。
- 完全なハイブリッド車は、エンジンとバッテリーの両方で、または XNUMX つのいずれかを個別に使用して走行できます。
- マイルド ハイブリッド車には、それ自体で車に電力を供給できる電気モーターや発電機がありません。 マイルド ハイブリッドは、従来のオルタネーターの代わりとなる電気モーターを使用します。 電気モーターは車を補助し、たとえば惰性走行時、停止時、またはブレーキ時に内燃エンジンを停止することで燃料を節約します。 加速時に内燃エンジンを補助したり、回生ブレーキをサポートするものもあります。 回生ブレーキが作動すると、車輪の回転によって発生した運動エネルギーが電気として蓄えられます。 ある意味、これは電気を生成するオルタネーターによく似ています。 ただし、このエネルギーはクランクシャフトの運動パワーの代わりにホイールから得られます。
- プラグイン ハイブリッドはフル ハイブリッドに似ています。 プラグインハイブリッドの方がはるかに大きいため、違いはバッテリーのサイズにあります。 また、完全に充電するには車にプラグを差し込む必要があるため、プラグインハイブリッドと呼ばれます。
ハイブリッド車のエンジンはどのように機能しますか？
上記の分類は、電気モーターの能力によって定義されます。 次のセクションでは、設計におけるさまざまなタイプのハイブリッド実装について説明します。 XNUMX種類のハイブリッド設計を見ていきます。 彼らです：
- パラレルハイブリッド
- シリーズハイブリッド
- 直並列ハイブリッド
a。 パラレルハイブリッド
車のエンジンが動力を生成し、その動力を軸に伝達し、軸がその動力を車輪に伝達することを想像してみてください。 もう一方の端には、同じ軸に電力を伝達する電気モーターがあります。 これがパラレルハイブリッドの基本原理です。 内燃エンジンと電気モーターの両方が同じ軸に電力を送ります。 ほとんどの場合、電気モーターはエンジンとトランスミッションの間にあります。
b。 シリーズハイブリッド
「拡張範囲の電気自動車」について聞いたことがあるかもしれません。 これらは、電気モーターと内燃エンジンの両方を使用するハイブリッド車です。 シリーズハイブリッドの鍵は、エンジンがホイールに接続されていないことです。 代わりに、エンジンは発電機に接続され、発電機は電気モーターに電力を供給します。 バッテリーが充電されなくなると、内燃エンジンがオンになり、電気モーターに直接電力が供給されます。 バッテリーの充電にも使用できます。
c。 直並列ハイブリッド
その名前が示すように、直並列ハイブリッドは、並列ハイブリッドと直列ハイブリッドの設計を組み合わせたものです。 言い換えれば、内燃機関は車輪と発電機の両方に動力を供給します。
電気自動車はどのように機能しますか？
完全な電気自動車にはエンジンがありません。 コンポーネントに関しては、オルタネーター、排気システム、燃料噴射、シリンダーなどを必要としない、はるかにシンプルな設計になっています。 大型エンジンがないため、多くの電気自動車はトランクに加えて、「フランク」と呼ばれることもあるフロントトランクを備えています。 これは、車内により多くの収納スペースを提供するので便利かもしれません。 エンジンの代わりに、XNUMXつまたは複数の電気モーターが使用されます。
モーターの配置は車種によって異なります。 フロントアクスル専用のモーターもあれば、フロントアクスルとバックアクスルにデュアルモーターを搭載しているものもあります。 一部のハイエンドの電気スポーツカーは、すべてのホイールにモーターを使用しています。 価格がどうであれ、電気自動車は非常によく似た方法で機能します。 全電気自動車は、次のようないくつかのコンポーネントで構成されています。
- バッテリー
- 電気トラクションモーター
- 熱システム
- 充電ポート
- DC / DCコンバーター
- パワーエレクトロニクスコントローラー
- トラクションバッテリー
- 送信
コンポーネントはそれほど多くなく、従来のオイル潤滑や排気システムなども必要ありません。 このおかげで、電気自動車は、従来の内燃機関を動力源とする自動車よりも保守と保守がはるかに簡単です。
アウトレットから世界へ
電気自動車専用の充電器があります。 ただし、ほとんどの電気自動車は、自宅にある通常のコンセントからの充電をサポートしています。 あなたの家からの電気はどのようにしてあなたの車を潜在的に世界中で運転させるのですか（電気が利用可能である限り）？ 電気自動車のさまざまなコンポーネントを見てみましょう。
a。 充電ポート
最初のステップは、充電器を充電ポートに接続して車を充電することです。 交流（AC）は、車載充電器を通過し、直流（DC）に変換され、トラクションバッテリーパックに保存されます。
b。 DC/DCコンバータ
トラクションバッテリーパックに蓄えられている高電圧DC電力は、車両の付属品が使用するには強すぎます。 この問題を解決するために、DC/DCコンバーターはそれを低電圧DCに変換します。これは車両の付属品に電力を供給することができます。 バッテリーは同じアクセサリーを蓄え、電気を供給します。
c。 電気トラクションモーター
電気モーターは、車輪を回転させ、車を動かし続けるものです。 電力はトラクションバッテリーから供給されます。
d。 トラクションバッテリー
トラクションバッテリーは、車に電力を供給するためのバッテリーです。 それらは通常、リチウムイオンリチウムポリマー電池です。 サイズが大きいため、バッテリーは車の下部にあります。
e。 パワーエレクトロニクスコントローラー
パワーエレクトロニクスコントローラーは、電気プロセスの頭脳です。 これは、電気モーターの速度、バッテリーに供給されるエネルギーなどを決定します。
f。 伝染 ; 感染
トランスミッションは、電気モーターからホイールに動力を伝達します。 従来の内燃エンジンとは異なり、ほとんどの電気自動車のトランスミッションにはギアがXNUMXつしかありません。
g。 熱システム
サーマルシステムはシステム全体を冷却します。 車の性能は温度に大きく影響されるため、これは非常に重要なコンポーネントです。
まとめ
内燃機関は非常に洗練されたエンジンであり、通常はガソリンまたはディーゼルのいずれかで作動します。 ガソリンエンジンとディーゼルエンジンの最大の違いは、ディーゼルエンジンはスパークプラグではなく圧縮に依存していることです。 XNUMXつ以上の動力源を使用する自動車エンジンはハイブリッドと呼ばれます。 通常、ハイブリッドは内燃エンジンと電気モーターで構成されます。
ハイブリッドは、設計またはハイブリダイゼーションの程度によって分類できます。 ほとんどのハイブリッド車は、内燃エンジンが発電機と車輪の両方に電力を供給する直列並列ハイブリッド設計を使用しています。 全電気自動車は、従来のエンジンよりもコンポーネントが少なくなっています。 部品点数が少なく、オイルなどで潤滑する必要がないため、メンテナンスがはるかに簡単です。
