エンジンの種類と働き

エンジンは、エネルギー源を物理的な働きに変換する機械である。 何か動くものが必要な場合、それに叩きつけるのがエンジンである。 しかし、すべてのエンジンが同じように作られているわけではありませんし、異なるタイプのエンジンが同じように動作するわけでもありません。

おそらく最も直観的に区別する方法は、それぞれのエンジンが動力として用いるエネルギーの種類でしょう。

• 熱機関
  • 内燃機関（ICエンジン）
  • 外燃機関（ECエンジン）
  • 反応機関 エンジン

電気エンジン

• 物理エンジン

熱エンジン

最も広い定義で言えば これらのエンジンは、運動に変換するために熱源を必要とします。 その熱をどのように発生させるかによって、燃焼式（物を燃やす）エンジンと非燃焼式エンジンに分かれる。 推進剤を直接燃焼させるか、流体を変化させて仕事を発生させるかによって機能する。 このように、ほとんどの熱機関は化学駆動システムと重なる部分があります。

内燃機関

内燃機関（ICエンジン）は、今日、かなり普及している。 自動車、芝刈り機、ヘリコプターなどの動力源になっている。 最も大きなICエンジンは109,000馬力を発生し、2万個のコンテナを運ぶ船を動かすことができる。 ICエンジンは、燃焼室と呼ばれる特殊な場所で燃料を燃やしてエネルギーを得ている。 燃焼の過程では、燃料と酸化剤を合わせた反応物よりもはるかに大きな総体積の反応物（排気）が発生する。 この膨張がICエンジンの最大の特徴であり、これが実際の動力源となる。

IC engine is differentiated by the number of ‘strokes’ or cycles made each piston for a full rotation of the crankshaft.Double of America.Double of America.Double of America.Inc.

1. 燃焼室への燃料-空気混合物（炭酸ガス）の誘導または注入。
2. 混合物の圧縮。
3. 排気の排出。

すべてのステップで、4ストロークピストンは交互に押下またはバックアップされる。 点火は、エンジンで仕事が発生する唯一のステップなので、他のすべてのステップでは、各ピストンは、動くために外部ソース（他のピストン、電気スターター、手動クランキング、またはクランクシャフトの慣性）からのエネルギーに依存します。 芝刈り機のコードを引かなければならないのも、自動車が走り出すのにバッテリーが必要なのもそのためです。

ICエンジンを区別する他の基準として、使用燃料の種類、シリンダー数、総排気量（シリンダーの内容積）、シリンダーの分布（インラインエンジン、ラジアル、Vエンジン等。

外燃機関

外燃機関（ECエンジン）は、燃料と排気物を分離し、一つの部屋で燃料を燃やし、熱交換器やエンジンの壁を通してエンジン内の作動流体を加熱するもので、燃料と排気物を分離しない。

ある点では、ECエンジンはICエンジンと似たような働きをする。

ECエンジンは、熱膨張収縮や相転移を起こすが、化学組成は変化しない流体を使用する。 スターリングエンジンのように気体、有機ランキンサイクルエンジンのように液体、あるいは蒸気エンジンのように相変化を起こす流体が使われます。ICエンジンの場合、流体はほぼ例外なく液体燃料と空気の混合物で、燃焼する（化学組成を変える）ものです。 最後に、エンジンは、ICエンジンのように使用後に流体を排出するか（オープンサイクルエンジン）、同じ流体を継続的に使用するか（クローズドサイクルエンジン）である。 大気圧エンジン」と呼ばれたこの機械は、重く、燃料効率も悪かった。 レシプロ式蒸気機関では、ピストン方式（現在もICエンジンで使われている）を採用し、複合機関ではシリンダー内の流体を減圧して再利用し、さらに「力」を発生させる方式を採用した。 しかし、重さや大きさが気にならず、安定的に仕事を供給してくれるのであれば、とても良いものです。 そのため、ECは現在、海軍や発電所の蒸気タービンエンジンとして大活躍している。

原子力発電の用途では、ECエンジンと同じ原理で作動するが燃焼から出力を得ていないため、非燃焼エンジンまたは外部熱機関と呼ばれる特徴がある。

反応エンジン

ジェットエンジンとして俗に知られている反応エンジンは、反動物質を排出することで推進力を発生する。 反動エンジンの基本原理はニュートンの第三法則で、基本的にはエンジンの後端から十分な力で何かを吹き込めば、前端を押し進めることになります。

我々が通常「ジェット」エンジンと呼ぶものは、ボーイング旅客機に搭載されているものだが、厳密に言うと空気を吸うジェットエンジンで、タービン駆動のエンジンの部類に入るものである。 一方、ラムジェットエンジンは、可動部品が少ないため、よりシンプルで信頼性が高いとされており、同じ空気呼吸式ジェットエンジンでもラムパワークラスに分類される。 ターボジェットエンジンは、タービンで空気を吸い込み、圧縮して燃焼室に送り込むのに対し、ラムジェットエンジンは圧倒的なスピードで空気をエンジンに送り込むという違いがある。

ターボジェットでは、空気がエンジン室に吸い込まれ、回転するタービンで圧縮される。 ラムジェットは高速で空気を吸い込み、圧縮する。 エンジン内部では、高出力の燃料と混ぜて点火します。 空気（つまり酸素）を濃縮し、大量の燃料と混ぜて爆発させると（つまり排気を発生させ、すべてのガスを熱膨張させる）、吸い込んだ空気に比べて大きな体積を持つ反応生成物を得ることができるのだ。 この大量のガスが通過できるのはエンジンの後端だけであり、それは非常に強い力で通過できる。 その途中でタービンを回し、さらに空気を取り込み、反応を持続させる。

このハードウェアは、すべてのガスを、最初に入ってきたときよりもさらに小さな空間を通過させ、さらに加速して物質の「ジェット」にします。

非空気式ジェットエンジン、またはロケットエンジンは、燃焼を維持するために外部材料を必要としないので、前部のビットがないジェットエンジンと同じように機能します。 燃料の中に必要な酸化剤がすべて詰まっているので、宇宙でも使うことができるのです。

熱機関には、とんでもなく大きいものと、かわいらしいほど小さいものがあります。 しかし、もしあなたが持っているのがソケットだけで、電力を供給する必要があるとしたらどうでしょう？ その場合、

電気エンジン

そう、クリーンな一団が必要です。

磁性体は、そこにあるバッテリーと同様に、3 つのうち最もよく使用されます。 この3つのうち、最も一般的に使用されているのが、電池と同じように磁界と電気の流れの相互作用に頼って仕事を発生させるものです。 ダイナモが電気を起こすのと同じ原理ですが、逆です。

マグネットモーターを作るには、磁石と巻線導体が必要です。 巻線に電流を流すと磁界が発生し、これが磁石と相互作用して回転します。 この2つの要素を分離しておくことが重要で、電気モーターには、エンジンの外側で動かない固定子と、その内側で回転する回転子の2つの主要部品があります。 この2つはエアギャップで隔てられている。 通常、ステーターには磁石が埋め込まれ、ローターには導線が巻かれているが、この2つは交換可能である。

圧電駆動は、電気の流れを受けると超音波振動を発生する物質の性質を利用して仕事をするタイプのエンジンである。 静電エンジンは、同符号の電荷を互いに反発させてローターに回転を発生させるものである。

古典的な電気エンジンは、あらゆるエンジンの中で最もエネルギー効率が高く、最大でエネルギーの90％を仕事に変えることができる。 このクラスのドライブは、推進力を発生させるために電荷を使用してイオン（プラズマ）を加速させます。

They also have a very limited power output.そのため、すでに周りにイオンがある場合は機能せず、宇宙の真空外では役に立たないとされている。 しかし、電気とガスの個々の粒子を燃料として使うだけなので、宇宙船に使用するための研究が盛んに行われています。 ディープスペース1号やドーン号はイオンドライブの使用に成功している。

EM/Cannae ドライブ

EM/Cannae ドライブは、マイクロ波空洞に含まれる電磁波を使用して信頼を生成する。 あらゆるタイプのエンジンの中で、最も特異なものだろう。 無反応ドライブ、つまり推力を発生させるための放電を起こさないため、第三法則をバイパスしているように見え、「不可能」ドライブとさえ呼ばれている。

「燃料の代わりに、慎重に調整された反射板で跳ね返るマイクロ波を使用して、小さな力を達成し、したがって推進剤なしの推力を達成します」と、アンドレイはこのドライブについて報告しています。 将来的にはアップグレードもされるそうです。 微量とはいえ、電力だけで推力を発生させるので、宇宙開発には最適の駆動装置といえそうです。

でも、それは将来の話です。 その始まりを見てみよう。

物理エンジン

これらのエンジンは、蓄えられた機械的エネルギーに依存して機能する。