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マフラーの役割について

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マフラーとは車の後ろに見える金属のパイプの部分のことをいいます。役割についてはエンジンから排出された排気ガスはとても高圧力で高温なので大気に触れると急激に膨張して空気を震わせるため大きな音を発生させます。段階的に膨張・干渉などを繰り返して圧力と温度を低下させることでその音を小さくしていったり、排気ガスの浄化や音量・温室の調整などを担っています。車のパフォーマンスの低下が起きていたり破損していたりすると最悪の場合保安基準に適合しないことがあり時々チェックをすることが大切です。チェックのポイントとしては基本的にはサビとへこみ、穴の3つがあげられます。ステンレス系の素材のものであればサビは発生しにくくなっていますが、サビを放置していると穴が開いたり折れたりすることもあるのできちんとチェックしておきましょう。平気ガスをスムーズに放出する役目がありますが、その途中でへこんでいるとその流れを妨げてしまうことがあります。また口が大きいスポーツタイプに交換している場合には大きなへこみがあるとその分排気効率が落ちてしまいます。穴が開いた場合には音が急に大きくなるのですぐに気がつくことが多いです。音が大きくなるだけでなくその場所によっては有害ガスを出すことになってしまうのですぐに対策をする必要があります。

ターボパーツの役割とは

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ターボパーツはいくつかの部品から構成されています。まずターボの本体ともいえるタービンとその内部に収まっている風車を二つつなぎ合わせたような形のインペラー、そして加給され圧縮された混合気を一旦冷ますための中間冷却器(インタークーラー)、そしてそれらをつなぐパイプとブースト系などの補機類です。エンジンから排気された排ガスがインペラーと呼ばれる風車を二つつなげたような部品を回すと、その回転力が吸気側の風車に伝わり、吸気側の混合気を圧縮します。空気が圧縮すると熱を持ってしまうために混合気が薄まってしまいます。このため一旦インタークーラーを通過させ圧縮された混合気を冷まします。このためインタークーラーの設置場所が車両前方、ラジエーターに近いところにおかれるケースが多くみられます。結果的により多くの混合気がシリンダー内に送り込まれます。この時の気圧がブースト系に示されるのです。このようにターボシステムの役割はより多くの混合気を圧縮してより大きな爆発力と出力を獲得しようとすることにあります。使用するタービンの大きさやコンピュータプログラムによるブースト圧の設定などによってその車の走りの特性も大きく変わってきます。

スーパーチャージャー編

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スーパーチャージャーは、過給機の一種で、エンジンのクランクシャフトから動力を取り出し、コンプレッサーを駆動させて、圧縮した空気を強制的にエンジンに供給するシステムで、圧縮比や爆発圧力が高まり、エンジンの出力が向上します。
スロットル開度による反応が敏感で、低回転域からの過給が可能なので加速性能に優れており、大排気量エンジンにも対応しています。
また、性能曲線上のトルクがフラットトルクのため、高回転域の出力がターボ車に比べると劣る事がありますが、トランスミッションに関しては、マニュアルでもオートマチックでも相性が良いのが特徴で、軽自動車からSUV車まで、幅広く採用されています。
エンジンが掛かっている状態では、コンプレッサーが作動しているので、エンジン出力の一部が無駄になっている場合が多く、燃費の悪化に繋がります。
また、部品点数も多く、機械加工の増加などで生産コストが上がる傾向にあります。
種類は遠心式、ルーツ式、リショルム式、スクロール式、ベーン式、レシプロ式などがありますが、自動車で多く使われているのはルーツ式であり、空気の吸入側と吐出側が常に完全に仕切られる構造であり、車が停止している状態でも吐出側の高圧空気が吸入側に漏れないのが特徴です。

ターボチャージャー編

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ターボチャージャーは、過給機の一種で、排気ガスの内部エネルギーを利用してタービンを回転させ、回転力で遠心式圧縮機を駆動させて、圧縮した空気を強制的にエンジンに送り込み、圧縮比や爆発圧力が高まる事で、エンジン出力が向上するシステムです。
高温高圧の排気ガスの運動エネルギーと熱エネルギーを回収するため、熱効率が上がり、大排気量エンジンと比較して、部分負荷運転時の燃料消費率が低減されます。
また、排ガスの量が足りないと、ターボの効果は発揮できず、タービンが回り始めてから一定の回転数に達するまでの、ターボが効いていない状態をターボラグと言い、ある回転以上から急に出力が立ち上がるので、アクセルの踏込みに対するレスポンスがスムーズに行かない事があります。
ターボの種類には、シングルターボ、ツインターボ、シーケンシャルターボなどがあり、シングルターボは1基のターボを用いて過給させるシステムで、ツインターボは小型のターボを2基用いる事で、回転体の慣性モーメントを低くでき、ターボラグの低減が可能になります。
シーケンシャルターボは小型と大型のターボを用い、エンジンの低回転時は小型のターボが作動し、高回転になると大型のターボが作動するシステムです。

直噴エンジン編

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直噴エンジンは、高圧のガソリンをエンジンの吸気行程から圧縮行程にかけて、インジェクターからシリンダー内に直接噴射するガソリンエンジンの事です。
シリンダー内の気流を利用しているので、点火プラグ付近に燃焼可能な混合比の層を形成する事で、シリンダー内全体の空燃比を20:1から55:1に設定でき、従来のエンジンに比べて圧縮比を高くできる事と、燃料噴射後に気化熱を吸収してくれる事で、ポンピングロスの低減、比熱比の改善、冷却損失の改善などにより、低燃費と出力向上といったメリットがあります。
また、燃料の気化や霧化に優れており、排気温度の制御が行いやすい事により、排気ガスの低減や有害成分の低減などといった効果があります。
高負荷時は、空燃比を12:1に切り替え、吸気行程でガソリンを噴射し、ガソリンの気化熱によりシリンダー内の吸気が冷却されるので、充填効率が向上して高出力が得られ、排気量や気筒数を減らしたダウンサイジングが可能になります。
ダウンサイジングは、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組み合わせ、大排気量の自然吸気エンジンと同等の動力性能を確保でき、コストダウンが可能になります。

SV編

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「SV」と聞いても、若い方は「SUVの間違いじゃないの?」と思う方もいるかもしれません。これは「サイドバルブ」という4ストロークエンジンの一種で、この言葉に反応するのは一定の年齢以上の方かバイク好きかミリタリーに興味がある方でしょう。今ではほとんど姿を消していますが、欠点のゆえ、というより第二次大戦後のエンジンの発展は、サイドバルブ方式の欠点を克服しようとする方向性で発展してきました。ですから、欠点故に消えていったというより、発展の方向性を示した先駆者という存在です。
 現在のエンジンの方式である「OHV」(オーバーヘッドバルブ)に対して、サイドバルブは文字通り吸気・排気バルブがエンジンシリンダーの横に並んでいます。エンジンシリンダーの上部は平らなので「フラットヘッド」とも呼ばれます。その欠点のすべてはそのバルブの位置に起因することなので、根本的な解決法はありません。具体的にはバルブ位置から決まる燃焼室の形状により、以下のような問題が発生します。
異常燃焼が起きやすいので、圧縮比が一定値より上がりにくいので、回転数が上がらなくなります。
また、燃焼室の表面積が大きいため、熱損失が大きく、 吸排気の流れが悪い上に、点火プラグから燃焼室の端までの距離が長いので燃焼速度が遅くなります。
 しかし、部品が少なくて済むので整備が容易で頑丈だという利点もあるので、世界ではまだ使っている国もあるようです。

SOHC編

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SOHCは、エンジンの一形態で、シングル・オーバーヘッド・カムシャフトの略で、シリンダーヘッドに置かれた1本のカムシャフトを回転させ、吸気バルブや排気バルブを駆動させます。
特徴としては、バルブ周辺の慣性質量を減らせるので、吸排気バルブの開閉タイミングの管理が容易になり、駆動抵抗が少なくなるので燃費の良いエンジンと、重心を低くする事が可能になります。
また、吸排気バルブの数が増やせないので、高回転型のエンジンには不向きであり、バルブ一本当たりの慣性重量が大きくなり、バルブ挟み角などのバルブのレイアウトの許容範囲が狭くなる傾向になります。
さらに、ロッカーアームが吸排気バルブを開閉する力によって弾性変形するので、高回転になるほどバルブ開閉の精度が落ち、バルブジャンプやバルブサージングが発生する事があります。
基本的に、シリンダーあたりのバルブ数は、吸気が1で排気が1の2バルブですが、吸排気効率を高める目的で、吸気が2で排気が1の3バルブや、吸気が2で排気が2の4バルブのマルチバルブエンジンもあり、センタープラグの配置がカムシャフトと干渉してしまう事から、プラグを傾けて配置するレイアウトが主流となっています。

DOHC編

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DOHC。現在では多くの自動車に採用されており、特別なイメージはありませんが、かつては高性能エンジンの代名詞でした。構造的な特徴は、2本のカムシャフトがエンジンブロック上のヘッド部分に配置されていることです。カムシャフトがエンジン下部にあり、プッシュロッドを介して吸排気弁を動かすOHV、カムシャフトが1本のSOHCと比べて、弁を素早くスムーズに作動させ、吸排気効率を高め、同排気量で高回転、高出力を得ることができます。自動車の歴史上、意外に古くから使われており、海外では戦前からレース車に採用された例があります。日本では、60年代後半からスカイラインGTR、ギャランGTO・MR、べレットGTRといった車に搭載されましたが、いずれも高性能の特別仕様車の位置づけで、生産台数は少数に留まっていました。その理由は、機構が複雑なため製造コストがかかって高価になること、整備に手間がかかること等があげられます。スカイラインなどは「毎朝整備しないとフルパワーは発揮できない」とさえ言われていました。それが80年代に入って、トヨタが86レビンのパワーソースとして名高い4A-GEU型など、低コストで安定した性能を持つエンジンを開発し、今日の普及に至る道を開いています。

エンジンの種類と特徴

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自動車のエンジンには、いくつかの種類がありますが、大きく分けると、レシプロ型(往復型)とロータリー型(回転型)とがあります。

レシプロ型は、燃料の燃焼時の爆発を利用して、ピストンを往復駆動させるタイプです。
シリンダの内部に、上下に移動する円筒形状のピストンが収容されています。このピストンの上側の空間において、ガソリンや軽油などの燃料が、圧縮された空気とともに導入されて燃焼します。このとき、燃焼時の爆発によって気体が大きく膨張し、それによって、ピストンが一気に押し下げられます。ピストンにはコンロッドを介してクランクシャフトが連結され、ピストンの下降がクランクシャフトによって回転運動に変換され、車輪に伝達されます。

一方、ロータリー式は、ハウジング内に、おむすび型のロータが収容されており、ロータはハウジング内で回転可能です。ハウジングとロータとの間には3つの空間が形成され、それぞれ、吸気、燃焼(爆発)、排気の行程がそれぞれ同時に行われます。
燃焼行程が行われる空間で燃料が燃焼すると、そのときの膨張によりロータが回転します。この方式の特徴は、ロータの回転をそのまま取り出すことができることから、レシプロ式のように、ピストンの往復運動を回転運動に変換するための部材が必要ない、という点にあります。