航空機の仕組みを口述する：4サイクルエンジンの発動原理

小型飛行機やヘリコプターの発動機には、レシプロエンジンが多用されていいます。レシプロエンジンの運用方式には２サイクルや４サイクルがありますが、航空機の発動機は原則４サイクルエンジンですから、その燃焼方式と発動原理について説明できるようにしておきましょう。

〇レシプロ運動を回転運動へ変換する原理
〇４ストロークの各サイクル
◎４ストロークの発生回数と精度

ピストンが前後に動くレシプロ運動は、点火により各シリンダー内の燃焼室で燃料と空気が同期して混合燃焼することで生成されます。可動性のあるピストンが連結ロッドによってクランクシャフトとつながっています。このクランクシャフトと連結ロッドがピストンの前後運動を回転運動へ変換して、それをプロペラへ伝えます。４ストローク運用サイクルとは、このような一連のイベントが連続して起こることで、機械的なエネルギーが産生される過程を指します。

The reciprocating back-and-forth motion of the piston is produced by the ignition and synchronized burning of the fuel/air mixture in the combustion chamber of each cylinder. The movable pistion is attached to the crankshaft by a connecting rod. The crankshaft and the connecting rod convert the back-and-forth motion of the pistion to rotary movement which drives the propeller. This produces mechanical energy by a series of events that occur in a repetitive cycle know as the four-stroke operating cycle. 

吸気ストロークでピストンがシリンダーヘッドから離れる時、吸気バルブが開いて、燃料と空気の混合気が燃焼室へ導かれます。ピストンがシリンダーヘッドへ戻ろうとすると、吸気バルブは閉じて、燃料と空気の混合気は圧縮されます。圧縮ストロークが殆ど完了すると、スパークプラグが点火して、圧縮された混合気は発火して押し出すパワーストロークを始めます。これが一連の事象となる理由です。燃料と空気の混合気が制御されて燃焼することから、急激に膨張するガスがシリンダーヘッドからピストンを押し返します。これによってクランクシャフトを回転する力をもたらします。最後に排気ストロークで、燃焼したガスが燃焼室から排気バルブを通して排出されます。

 When the piston moves away from the culinder head on the intake stroke, the intake valve opens and the fuel/air mixture is drawn into the combustion chamber. As the piston moves back toward the cylinder head, the intake valve closes and the fuel/air mixture is compressed. When the compression is nearly complete, the spark plugs fire and the compressed mixture is ignited to begin the power stroke. This is the whole reason for the series of events. The rapidly expanding gases from the controlled burning of the fuel/air mixuture drive the piston away from the cylinder head. This provides the power that rotates the crankshaft. Finally, the exhaust stroke expels the burned gases from the chamber through the opened exhaust valve.