4 ストローク エンジンの 4 ストロークとは何ですか?

4 ストローク エンジンの 4 ストロークとは何ですか?

4ストロークサイクルエンジンは、4 つの異なるピストン ストローク (吸気、圧縮、動力、排気) を使用して動作サイクルを完了する内燃エンジンです。ピストンはシリンダー内で 2 つの完全なストロークを完了し、作動サイクルを完了します。 1 つの作業サイクルでは、クランクシャフトが 2 回転、つまり 720° 回転する必要があります。

4 ストローク サイクル エンジンは、最も一般的なタイプの小型エンジンです。 4 ストローク エンジンは、吸気行程、圧縮行程、点火行程、動力行程、排気行程を含む 5 つの行程を 1 つの作業サイクルで完了します。

吸気ストローク

吸気イベントとは、空気と燃料の混合物が導入されて燃焼室を満たす時間を指します。吸気イベントは、ピストンが上死点から下死点に移動し、吸気バルブが開くときに発生します。下死点に向かうピストンの動きにより、シリンダー内に低圧が発生します。周囲の大気圧により、開いた吸気バルブを通じて空気と燃料の混合物がシリンダー内に押し込まれ、ピストンの動きによって作られた低圧領域が満たされます。混合気がそれ自体の慣性で流れ続け、ピストンが方向を変え始めると、シリンダーは下死点をわずかに超えて充填を続けます。 BDC 後、吸気バルブはクランクシャフトが数度回転するまで開いたままになります。エンジンの設計により異なります。その後、吸気バルブが閉じ、混合気はシリンダー内に密閉されます。

圧縮行程圧縮行程は、閉じ込められた空気と燃料の混合気がシリンダー内で圧縮される時間です。燃焼室は密閉され、チャージが発生します。充填量は、点火の準備ができている燃焼室内の圧縮空気燃料混合物の体積です。混合気を圧縮すると、点火時により多くのエネルギーが放出されます。圧縮を提供するためにシリンダーが密閉されていることを確認するには、吸気バルブと排気バルブを閉じる必要があります。圧縮は、燃焼室内の充填物を大きな体積から小さな体積に減少または圧縮するプロセスです。フライホイールは、チャージを圧縮するために必要な運動量を維持するのに役立ちます。

エンジンのピストンがチャージを圧縮すると、ピストンの仕事によって圧縮力が増加し、熱が発生します。給気内の空気燃料蒸気の圧縮と加熱により、給気温度が上昇し、燃料の蒸発が増加します。チャージ温度の上昇は燃焼室全体で均一に起こり、点火後の燃焼 (燃料の酸化) が速くなります。

発生した熱により小さな燃料滴がより完全に気化すると、燃料の気化が増加します。点火炎にさらされる液滴の表面積が増加することで、燃焼室内での装薬のより完全な燃焼が可能になります。ガソリン蒸気のみが発火します。液滴の表面積が増加すると、ガソリンは液体が残る代わりに、より多くの蒸気を放出します。

帯電した蒸気分子が圧縮されるほど、燃焼プロセスからより多くのエネルギーが得られます。装薬を圧縮するために必要なエネルギーは、燃焼中に生成される力の増加よりもはるかに小さくなります。たとえば、典型的な小型エンジンでは、充填物の圧縮に必要なエネルギーは、燃焼中に生成されるエネルギーのわずか 4 分の 1 です。

エンジンの圧縮比は、ピストンが下死点にあるときの燃焼室容積と、ピストンが上死点にあるときの燃焼室容積との比較です。この領域は、燃焼室の設計およびスタイルと組み合わされて、圧縮比を決定します。ガソリン エンジンの圧縮比は通常、6 対 1 ～ 10 対 1 です。圧縮比が高いほど、エンジンの燃料効率が高くなります。通常、圧縮比が高くなると、燃焼圧力またはピストンに作用する力が大幅に増加します。ただし、圧縮比が高くなると、エンジンを始動するためにオペレーターが必要とする労力が増加します。一部の小型エンジンには、エンジン始動時にオペレーターが必要とする労力を軽減するために、圧縮行程中の圧力を軽減するシステムが搭載されています。

点火イベント点火 (燃焼) イベントは、装薬が点火され、化学反応によって急速に酸化されて熱エネルギーが放出されるときに発生します。燃焼は、燃料が大気中の酸素と化学的に結合し、熱の形でエネルギーを放出する急速な酸化化学反応です。

適切な燃焼には、火炎が燃焼室全体に広がる短い、しかし限られた時間が必要です。クランクシャフトが上死点前約 20°回転すると、点火プラグの火花が燃焼を開始します。大気中の酸素と燃料蒸気は、前進する火炎前面によって消費されます。火炎面は、装入物を燃焼副生成物から分離する境界壁です。火炎面は、装薬全体が燃焼するまで燃焼室を通過します。

パワーストローク

パワーストロークは、高温膨張ガスがピストンヘッドをシリンダーヘッドから強制的に引き離すエンジンの動作ストロークです。ピストンの力とその後の動きはコネクティングロッドを介して伝達され、クランクシャフトにトルクが加わります。加えられたトルクにより、クランクシャフトの回転が開始されます。生成されるトルクの量は、ピストンにかかる圧力、ピストンのサイズ、エンジンのストロークによって決まります。動力行程中、両方のバルブは閉じます。

排気行程排気行程は、排気ガスが燃焼室から排出され、大気中に放出されるときに発生します。排気行程は最終行程であり、排気バルブが開き、吸気バルブが閉じるときに発生します。ピストンの動きにより排気ガスが大気中に排出されます。

パワーストローク中にピストンが下死点に達すると、燃焼が完了し、シリンダー内が排気ガスで満たされます。排気バルブが開き、フライホイールやその他の可動部品の慣性によってピストンが上死点まで押し戻され、開いた排気バルブから排気ガスが強制的に排出されます。排気行程の終わりには、ピストンは上死点にあり、作動サイクルが完了します。