ガソリンエンジンはどのように動くのでしょうか？

おそらく毎日、あるいはそれほど頻繁ではなくともこの記事を読んでくださっている皆さんのほとんどは、熱心な愛好家で、自動車が大好きで、おそらく車輪があって、エンジンの力で動くものすべてが好きな方々でしょう。エンジンがガソリン式ならなおさらだと、私は確信しています。

今日は、Highmotorでいつも話題にしている通常のニュースを少しの間置いて、私たち全員が好きなもの、ガソリンエンジンの基本的な仕組みについて、穏やかな入門の紹介をしたいと思います。以下の段落を読めば、きっと私たちが大好きなエンジンを、より良く理解できるようになるでしょう。

まず、4ストローク・オットーサイクルの大気吸引式ガソリンエンジンを基本として取り上げます。簡単に言えば、ガソリンを燃料とする内燃機関は、点火プラグの火花によって引き起こされる燃料と空気の爆発を利用し、ガスを膨張させてピストンを上から下へ押し下げます。この動きが、やがて車輪に伝わって車輪を回転させるのです。

以上が、これから続く内容の大まかな要約と言えるでしょう。ガソリンエンジンには2種類あり、2ストロークと4ストロークです。前者はかつて搭載されていましたが、現在では農業用オートバイや50cc原付にしか使われていません。後者は、現在の自動車のガソリンエンジンすべてに搭載されているもので、その名のとおり4つの行程で動作します：吸気、圧縮、爆発、排気。

順を追って見ていきましょう。簡単ではありますが、後でエンジンのチューニングなどを理解するためにも、しっかり把握しておく必要があります。

吸気：大気中の空気（「大気吸引式」という言葉はここから来ています）がスロットルバルブを通って入り、吸気マニホールドを経て、シリンダーヘッドへと向かいます。そこで、ピストンが最上部にあるあいだにガソリンと混ざり、燃焼室に到達します。燃料はインジェクターによってシリンダーのこの部分に送られます。

圧縮：ガソリンと空気の混合気がシリンダーに入ると、吸気バルブが閉じるのと同時に、ピストンは最下点まで下降を始めます。ピストンが下がる勢いのまま再び上昇し、混合気を圧縮します。これによりエンジンブロック内部の温度が上昇し、制御されない爆発（ノッキング）を引き起こす可能性があり、長期的には深刻な影響をもたらします。

爆発：ピストンが上死点に達し、バルブが閉じ、混合気が限界まで圧縮されると、点火プラグが火花を発します。点火プラグは、ECUの指示でオンとオフが切り替わる、いわば小さな発熱体にすぎません。ガソリンと空気を爆発させ、その爆発の力によってピストンは非常に強い力で再び最下点まで押し下げられます。この力、すなわちトルクが、エンジンの性能を測る指標として使われます。

最後の行程に進む前に、はっきりさせておきたいことがあります。爆発を実際に引き起こしているのはガソリンではなく、酸素です。燃焼室内にある酸素です。シリンダーに入るガソリンの微細な液滴は、酸素が燃焼できるようにするだけの役割を果たしています。そのため、混合気が「薄い」か「濃い」かを話題にするのです。空気の割合が多く、ガソリンが少ないとき、混合気は「薄い」と言われ、逆の場合は「濃い」と言われます。薄い混合気では車はより速く走りますが、その代償としてエンジン温度が上昇します。したがって、シリンダーに入れるガソリンの量は、エンジン内部の温度管理の手段である、と言えるでしょう。

排気：最後の行程は、爆発が起こり、ピストンが2回目に下降した後に起こります。このとき、カムシャフトが排気バルブを開き、排気マニホールドを通して、そして後に排気管を通して、爆発によって生じた燃焼ガスを外へ排出します。

ピストンの往復運動は、ピストンに接続されたコンロッドを介して、クランクシャフトによって回転運動に変換され、それが車輪を動かします。要約すると、これが大気吸引式の通常の4ストロークガソリンエンジンの仕組みです。後ほど、出力を上げる方法、エンジンに施せるさまざまなチューニング、そして過給についても見ていきましょう。