レシプロ・ディーゼル・ガスタービン・ロータリーエンジンの仕組みや特徴

公開日: : 最終更新日:2015/07/06 バイク

レシプロエンジン

エンジンの種類はいくつも存在します。そのうちバイクのエンジンとして定番採用されているのが、レシプロエンジンと呼ばれるタイプとなります。レシプロとは往復を意味しており、往復運動によってものを動かしていることから、その名で呼ばれています。

レシプロエンジンの仕組み

まず、キャブレターによってガソリンと空気の混合気をシリンダー内に取り込みます。取り込まれた混合気は、シリンダー内を上下するピストンによって圧縮され、スパークプラグによって点火、爆発します。この爆発エネルギーによってピストンは勢いよく押し下げられ、往復運動を繰り返す力に変換させられます。

ピストンの往復運動は、コンロッドと呼ばれる装置を通じてクランクシャフトへと導かれ、回転運動に変換させられます。そして、クランクシャフトの回転運動は伝動装置を介して走行装置へと伝えられ、バイクであれば走る力となるのです。

レシプロエンジンはピストンの上下運動にあわせて、吸気・圧縮・爆発・排気の4つの行程を行っています。この4つの行程をピストン2往復によって完了するのが、現在のレスプロエンジン主流の4ストロークエンジンとなります。

また、4つの行程をピストン1往復で完了するレシプロエンジンは2ストロークエンジンと呼ばれています。かつては広く普及していたタイプですが、現在は燃費性能の悪さや排ガス内の未燃焼ガスが多いという問題点から、現行のバイクにはほとんど採用されていません。

ディーゼルエンジン

ディーゼルエンジンは、構造的にはレシプロエンジンと似ています。エンジンのシリンダー内をピストンが往復運動し、クランクシャフトにて回転運動に変換します。ただ、大きく異なるのは、レシプロエンジンがスパークプラグを用いて圧縮した混合気を爆発させるのに対し、ディーゼルは圧縮によって高温になった空気に燃料を吹き込んで自然発火させているという点です。

ディーゼルエンジンの仕組み

構造は、点火方法が違うということを除けばおおむねレシプロエンジンと同じです。円柱状のシリンダー内をピストンが上下し、吸気・圧縮・爆発・排気を行います。

レシプロエンジンとは違う点を説明すると、まず吸気のプロセスでは、レシプロエンジンの場合は空気とガソリンの混合気が吸気されているのに対し、ディーゼルエンジンでは空気のみが取り込まれます。取り込まれた空気はピストンによって圧縮され、高温(600℃以上)となり、そこに燃料噴射ノズルから噴射された燃料を自然着火させます。自然着火を利用するため、点火に用いるスパークプラグのような装備はディーゼルには必要ありません。

ディーゼルは一般的に環境に悪いイメージがありますが、実はその逆です。燃焼効率の高さから燃費に優れ、二酸化炭素の排出量が少ないというメリットがあります。また、耐久性や低速トルクに優れています。ただし、黒煙や粒上物質が発生しやすく、エンジンサイズが大きくなり、生産コストも高くなってしまうという弱点があります。

ガスタービンエンジン

ガスタービンエンジンとは、飛行機やヘリコプターのエンジンとして採用されているジェットエンジンのことです。航空機に採用される場合はジェット、その他陸上車両や船舶に採用される場合はガスタービンと呼ばれています。燃料の燃焼エネルギーでタービンを回し、回転運動を発生します。

ガスタービンエンジンの仕組み

ガスタービンエンジン内部には吸気・圧縮・爆発・排気を行う部位がそれぞれ設けられており、レシプロエンジンのように一箇所でいくつもの行程を行う形態とは異なります。

まず空気取入れ口から空気が大量に吸気され、取り込まれた空気は超高速回転する圧縮機によって圧縮されます。そして圧縮された空気に燃料が送り込まれ、爆発が起こります。熱エネルギーはタービンを回し、排気口から燃焼ガスを排出します。

ガスタービンエンジン(ジェットエンジン)は、戦闘機などの高速航空機に採用される「ターボジェット・エンジン」、ジェット旅客機や輸送機に採用される「ターボファン・エンジン」、長時間飛行に優れる「ターボプロップ・エンジン」、ヘリコプターに採用される「ターボシャフト・エンジン」の4つに分けることができます。

このうち、ターボシャフト・エンジンを搭載したバイクがアメリカのMTT社から市販されています。車両名は「Y2K」。世界最速の一般市販モーターサイクルとして広く知られており、最高時速は400km以上を誇っています。なお、日本では騒音規制の問題で公道を走らせることは不可となっています。

ロータリーエンジン

ロータリーエンジンとは、熱エネルギーを回転運動に直接変換するタイプの内燃機関です。エンジン内部にはローターと呼ばれる回転ピストンが備わっており、これが一回転することで吸気・圧縮・爆発・排気の4行程を行います。なお、世界的にはヴァンケルエンジンという呼び方が用いられています。

ロータリーエンジンの仕組み

レシプロエンジンではシリンダー内でピストンが上下していましたが、ロータリーエンジンでは、シリンダー内でローターが回転しています。シリンダーは2つの円を少しずらして重ねたまゆ形をしており、シリンダー内を回転するローターはおむすび形をしています。そしてローターの中心にはエキセントリックシャフトが備わっており、これがレシプロエンジンでいうところのクランクシャフトに値します。

ローターが1回転することで、吸気・圧縮・爆発・排気の4行程が行われ、エキセントリックシャフトはローター1回転するたびに3回転しています。

レシプロエンジンと比べた場合、構造上の利点から軽量コンパクトにしやすい特徴があります。また、低振動や低騒音という特徴もあります。ただし、燃焼効率の悪さや燃費性に優れないという弱点も備えています。

バイクやクルマのエンジンとしてははるかにレシプロエンジンが主流ではありますが、マツダのスポーツカー「RX-7」「RX-8」などが、ロータリーエンジンを採用しており、かつてはバイクでもロータリーエンジンを搭載していたマシも存在していました。

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