4サイクルエンジンとは、現在自動車で一番多く使われているガソリンエンジンの方式です。
「吸気」「圧縮」「燃焼」「排気」という4工程でエンジンを動かすため「4サイクルエンジン」と呼ばれています。
大まかに「ピストン」「シリンダー」「点火プラグ」「コンロッド」「吸気バルブ」「排気バルブ」といった部品の働きで動きます。
吸気工程
まず最初の「吸気」工程では、「吸気バルブ」が開き「排気バルブ」は閉じた状態で、ピストンがシリンダー内を下降します。
この時シリンダー内では負圧が発生し、ガソリンと空気の混合気が吸気バルブからシリンダー内へ急激に吸流れこんできます。
圧縮工程
2番目の工程は「圧縮」です。吸気バルブと排気バルブ共に閉じた状態で、シリンダー内が密閉されます。
この状態でピストンが上昇してきますので、シリンダー内の混合気は圧縮されます。
燃焼工程
3番目は「燃焼」工程です。シリンダー内で圧縮された混合気に、シリンダー内上部に設置されている「プラグ」が点火し、混合気に急激な燃焼を引き起こします。
これがコンロッドから、クランクシャフトに伝わり、往復運動だったエネルギーを回転運動としてタイヤに伝え、自動車が動くという原理です。
排気工程
4番目は最後の工程「排気」です。排気バルブが開き、吸気バルブは閉じたまま、ピストンがシリンダー内を上昇してきます。
これにより、シリンダー内に残っていた燃えかすは、排気ガスとしてエンジンからマフラーへ流れて行き、車外へ排出されるという仕組みです。
バルブオーバーラップとは
ピストンが一番上に来ているポイントを「上死点」、一番下に来ているポイントを「下死点」といいます。
これはバルブの作動タイミングの基準となっているのですが、厳密には吸気バルブと排気バルブのどちらも同時に開いている時間があります。
吸気バルブは上死点の少し前から、下死点の少し後まで、排気バルブは下死点の少し前から、上死点の少し後まで開いているということです。
この、吸気バルブと排気バルブのどちらも同時に開いている状態の事を「バルブオーバーラップ」と言います。
バルブオーバーラップを使う理由
このバルブオーバーラップを使う理由は、燃焼効率を良くするためです。
排気バルブと、吸気バルブを同時に開くことで、排気ガスの運動エネルギーを使い、効率的に吸気することができるのです。
しかし、このバルブオーバーラップにも問題があり、吸気の際の未燃焼の混合気が、排気バルブから一部漏れ出してしまうのです。
この対策としては、マフラーやチャンバーの形を工夫して、排気の衝撃波を反射させ、この作用により混合気を再びシリンダー内に戻すという事をしています。
