エンジンには、「自然吸気エンジン(NAエンジン)」と「過給エンジン(ターボエンジン)」の大きく分けて2つのタイプがあります。今回は、それらの仕組みや特徴をわかりやすく解説し、吸気システムに施されている様々な工夫についても紹介します。
自然吸気エンジンとは
自然吸気エンジンとは、ピストンが下に下がる力を利用して空気を負圧で吸い込む仕組みのエンジンのことを指します。外部からの過給装置がなく、自然に大気圧の力を利用して吸気しているから自然吸気エンジンと呼びます。シリンダー内でピストンが下降すると、シリンダー容積が大きくなるため、気圧が低くなります。空気は気圧が高いほうから低いほうに流れますので、シリンダーに空気が吸い込まれます。このような「吸入負圧」という力を利用しています。
過給エンジンとは
一方の過給エンジンとは、ターボチャージャーやスーパーチャージャーなどの過給機を使って、圧縮した空気(過給空気)をエンジンの燃焼室内に強制的に押し込むエンジンのことを指します。これにより、同じ排気量でもより多くの空気を燃焼させられ、出力が向上する効果があります。
過給機については、こちら【簡単解説】エンジン部品の過給機の仕組みで詳しく解説していますので、ご参照ください。
それぞれの特徴
自然吸気エンジンは以下のメリットがあります。
- シンプルな構造：過給機がないため、部品点数が少ないです。
- 低コスト：製造コストやメンテナンス費も抑えることができます。
- レスポンスが良い：アクセル操作に対する反応がダイレクトでスムーズです。
過給エンジンは以下のメリットがあります。
- 高出力：同じエンジンサイズでも、より多くの出力を出すことができます。
- 効率向上：ターボチャージャー付きであれば、排気のエネルギーを利用しますので、熱効率を向上させることができます。
吸気システムに施されている工夫
自然吸気エンジンでも過給エンジンでも、効率良く吸気するために、途中の空気抵抗を減らすことは重要になります。そのため、吸気ダクトの形状などに対して圧損低減の工夫が施されています。例えば、自然吸気エンジンでは、吸気マニホールド(各気筒の燃焼室に枝分かれして吸気を振り分ける多岐管のこと)には常に負圧がかかっているのですが、ほかの気筒の空気の奪い合いにならないように設計していたり、無駄な曲がりを減らし長さを均一にしたりするなど、吸気効率を良くするための工夫が施されています。（下の図が吸気マニホールドの模式図です。本来は、各配管の抵抗を均一にし、圧力損失を低減するためのもっと複雑な形状をしています。）
また、エンジン回転数が高回転のときにはパイプが太く短いほど、低回転のときには細く長いほど吸入効率が高まります。このような特徴を利用するための「可変吸気システム」というものもあります。バルブの開閉を利用して、状況に応じて最適な経路を切り替えるものです。
まとめ
自然吸気エンジンと過給エンジンの2種類のエンジンがあり、自然吸気エンジンはシンプルで信頼性が高く、過給エンジンは高出力で高効率という特徴を紹介しました。これら吸気システムや吸気マニホールドの特徴を知ることで、エンジンの仕組みの理解につながれば幸いです。
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