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[[画像:4-Stroke-Engine.gif| |
[[画像:4-Stroke-Engine.gif|200 px|thumb|内燃機関の例([[4ストローク機関|4ストロークエンジン]])<br/> (1)吸入<br/> (2)圧縮<br/> (3)燃焼・膨張<br/> (4)排気]] |
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'''内燃機関'''︵ないねんきかん︶とは、 |
'''内燃機関'''︵ないねんきかん︶とは、[[シリンダー]]など機関内において[[ガソリン]]などの[[燃料]]を[[燃焼]]させ、それによって発生した[[燃焼ガス]]を用いて直接に機械仕事を得る[[原動機]]をいう<ref name = "netsukikan">﹃熱機関工学﹄西脇仁一編著、朝倉書店、1970年、p. 42</ref>。内燃機関では燃焼ガスを直接[[作動流体]]として用いて、その[[熱エネルギー]]によって[[仕事 (熱力学)|仕事]]をする<ref name = "netsukikan" /><ref name="jpo-card-K8">[https://www.jpo.go.jp/system/design/gaiyo/bunrui/isyou_bunrui/document/index/K8.pdf 意匠分類定義カード︵K8︶] 特許庁</ref>。これに対して、[[蒸気タービン]]のように燃焼ガスと作動流体がまったく異なる原動機を[[外燃機関]]という<ref name = "netsukikan" />。
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内燃機関はインターナル・コンバ |
内燃機関はインターナル・コンバスチョン・エンジン︵{{en|'''i'''nternal '''c'''ombustion '''e'''ngine, '''ICE'''}}︶の訳語であり、内部︵インターナル︶で燃料を燃焼︵コンバスチョン︶させて[[動力]]を取り出す[[機関 (機械)|機関]]︵エンジン︶である。﹁機関﹂も﹁エンジン﹂も、複雑な機構を持つ装置という意味を持つが、ここでは[[発動機]]という意味である。
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なお、動力を取り出すことが目的の内燃機関ではあるが、特殊な用途として[[パルスジェット]]による[[フロンガス]]の分解や4サイクル機関による天然ガスの改質などが研究された<ref>山崎毅六、三井光. [https://doi.org/10.3775/jie.37.417 内燃機関による天然ガスの変成] 燃料協会誌 37.7 (1958): 417-422, {{doi|10.3775/jie.37.417}}</ref>。 |
なお、動力を取り出すことが目的の内燃機関ではあるが、特殊な用途として[[パルスジェット]]による[[フロンガス]]の[[化学分解|分解]]や4サイクル機関による[[天然ガス]]の[[水蒸気改質|改質]]などが研究された<ref>山崎毅六、三井光. [https://doi.org/10.3775/jie.37.417 内燃機関による天然ガスの変成] 燃料協会誌 37.7 (1958): 417-422, {{doi|10.3775/jie.37.417}}</ref>。
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== 動作概要と原理 == |
== 動作概要と原理 == |
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[[File:Turboprop T-53.jpg|thumb|240px|航空機用ガスタービンエンジンのカットモデル。右側のタービンの上下に見える空洞部が燃焼器。中央は圧縮機。]] |
[[File:Turboprop T-53.jpg|thumb|240px|航空機用ガスタービンエンジンのカットモデル。右側のタービンの上下に見える空洞部が燃焼器。中央は圧縮機。]] |
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内燃機関は[[熱エネルギー]]を[[機械エネルギー]]に変換する[[熱機関]]の一種であ |
内燃機関は[[熱エネルギー]]を[[機械エネルギー]]に変換する[[熱機関]]の一種であり、[[レシプロエンジン]](ピストンエンジン)や[[ロータリーエンジン]](ヴァンケルエンジン)といった'''容積型内燃機関'''と[[ガスタービンエンジン]]や[[ジェットエンジン]]などの'''速度型内燃機関'''に分けられる<ref name = "netsukikan" />。 |
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容積型内燃機関 |
容積型内燃機関とは、燃焼ガスの容積変化(膨張)を利用するもので、クランク機構などにより回転軸出力として機械仕事に転換する内燃機関をいう<ref name = "netsukikan" />。<!--ロータリーエンジンも容積型内燃機関に分類される<ref name = "netsukikan" />。-->レシプロエンジンの場合、[[シリンダー]]︵気筒︶の内部で燃料を燃焼させ、燃焼ガスがピストンを押す力を利用する。このピストンの往復運動をクランクにより回転運動に変換し軸動力を得る。また、ロータリーエンジンの場合は、作動室内での燃焼後のガスの膨張によるローターの[[公転]]が、エキセントリックシャフトを回転させて軸動力を得る。
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現代の内燃機関では主に[[熱効率]]を高めるために、燃焼には出力の一部を利用して圧縮した空気を使用する。[[ディーゼルエンジン]](レシプロエンジンの一種)のように、原理的に圧縮なしでは動作しない内燃機関もある。 |
現代の内燃機関では主に[[熱効率]]を高めるために、燃焼には[[機関出力|出力]]の一部を利用して圧縮した空気を使用する。[[ディーゼルエンジン]]︵レシプロエンジンの一種︶のように、原理的に圧縮なしでは動作しない内燃機関もある。
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積極的に[[デトネーション]]を利用する事で高効率化が期待され<ref>[http://www.waseda.jp/jp/news13/data/130709_engine.pdf 究極効率のエンジンを生む新圧縮燃焼原理を発見!]</ref><ref name="tendo">[http://home.hiroshima-u.ac.jp/fges/theme/tendo.pdf デトネーションを利用した新しい内燃機関]</ref><ref>{{PDFlink|[http://home.hiroshima-u.ac.jp/rgdlab/rgdl_html/conferences/conferences-pdf/2005_seibushibu_ochi.pdf プロパン−空気混合気を用いたパルスデトネーションタービンエンジンの作動実験]}}</ref>、[[パルス・デトネーション・エンジン]]の開発が各国で進められている。 |
積極的に[[デトネーション]]を利用する事で高効率化が期待され<ref>[http://www.waseda.jp/jp/news13/data/130709_engine.pdf 究極効率のエンジンを生む新圧縮燃焼原理を発見!]</ref><ref name="tendo">[http://home.hiroshima-u.ac.jp/fges/theme/tendo.pdf デトネーションを利用した新しい内燃機関]</ref><ref>{{PDFlink|[http://home.hiroshima-u.ac.jp/rgdlab/rgdl_html/conferences/conferences-pdf/2005_seibushibu_ochi.pdf プロパン−空気混合気を用いたパルスデトネーションタービンエンジンの作動実験]}}</ref>、[[パルス・デトネーション・エンジン]]の開発が各国で進められている。 |
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内燃機関に限らず、燃焼プロセスを経る装置では、熱効率において[[カルノーサイクル|カルノー効率]]を |
内燃機関に限らず、燃焼プロセスを経る装置では、熱効率において[[カルノーサイクル|カルノー効率]]を超えるものは、理論上ありえず、また効率を最大限向上させると出力が殆ど無になる<ref>{{Cite web|和書|url=https://pc.watch.impress.co.jp/docs/news/1027753.html|archiveurl=https://web.archive.org/web/20210517020940/https://pc.watch.impress.co.jp/docs/news/1027753.html|title=慶應大ら、熱エンジンの効率を最大限に上げると出力がほぼゼロになることを証明|publisher=PC Watch|year=2016-11-01|accessdate=2022-05-17|archivedate=2021-05-17}}</ref>。
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== 歴史 == |
== 歴史 == |
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[[File:Rivaz Engine.jpg|thumb|right|250px|1807年に[[:en:François Isaac de Rivaz|François Isaac de Rivaz]]によって製造されたcharette of de Rivaz. A:シリンダー, B:点火栓, C:ピストン, D:水素を充填した風船, E:ワンウェイクラッチ, F:給排気弁, G:給排気弁を作動するための取っ手]] |
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[[ファイル:Otto Engines - WMSTR Montage 2.ogv|thumb|250px|[[ミネソタ州]]の Western Minnesota Steam Threshers Reunion にある[[オットーサイクル]]の内燃機関の動画(2分16秒、320×240、340kbit/s)]] |
[[ファイル:Otto Engines - WMSTR Montage 2.ogv|thumb|250px|[[ミネソタ州]]の Western Minnesota Steam Threshers Reunion にある[[オットーサイクル]]の内燃機関の動画(2分16秒、320×240、340kbit/s)]] |
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[[ファイル:Early-gasoline-engine-models.jpg|thumb|250px|これらの初期の内燃機関は、農業用機械の動力源として使われた。]]
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[[ファイル:Early-gasoline-engine-models.jpg|thumb|250px|これらの初期の内燃機関は、農業用機械の動力源として使われた。]]
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* 1801年: [[フィリップ・ルボン]]が2ストロークガスエンジンの特許を取得。 |
* 1801年: [[フィリップ・ルボン]]が2ストロークガスエンジンの特許を取得。 |
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* 1807年: スイス人技師 [[:en:François Isaac de Rivaz|François Isaac de Rivaz]] が[[水素]]と[[酸素]]の混合気体を燃料とした内燃機関を製作<ref>{{cite web|url= http://inventors.about.com/library/weekly/aacarsgasa.htm?rd=1 |title=The History of the Automobile - Gas Engines |publisher=About.com |date=2009-09-11 |accessdate=2009-10-19}}</ref>。
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* 1807年: スイス人技師 [[:en:François Isaac de Rivaz|François Isaac de Rivaz]] が[[水素]]と[[酸素]]の混合気体を燃料とした内燃機関を製作<ref>{{cite web|url= http://inventors.about.com/library/weekly/aacarsgasa.htm?rd=1 |title=The History of the Automobile - Gas Engines |publisher=About.com |date=2009-09-11 |accessdate=2009-10-19}}</ref>。
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* 1823年: [[:en:Samuel Brown (engineer)|Samuel Brown]] が産業の動力源として使える世界初の内燃機関の特許を取得。無圧縮式で当時既に古臭くなっていた[[熱 |
* 1823年: [[:en:Samuel Brown (engineer)|Samuel Brown]] が産業の動力源として使える世界初の内燃機関の特許を取得。無圧縮式で当時既に古臭くなっていた[[熱力学サイクル|サイクル]] "Leonardo cycle" を使っていた。 |
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* 1824年: [[フランス]]の物理学者[[ニコラ・レオナール・サディ・カルノー|サディ・カルノー]]が理想的熱機関の[[熱力学]]理論を確立。この理論から、温度差を大きくするには圧縮が必要であることが科学的に裏付けられた。 |
* 1824年: [[フランス]]の物理学者[[ニコラ・レオナール・サディ・カルノー|サディ・カルノー]]が理想的熱機関の[[熱力学]]理論を確立。この理論から、温度差を大きくするには圧縮が必要であることが科学的に裏付けられた。 |
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* 1826年4月1日: アメリカの[[サミュエル・モーリー]]がガス作動の内燃機関で特許を取得。 |
* 1826年4月1日: アメリカの[[サミュエル・モーリー]]がガス作動の内燃機関で特許を取得。 |
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* 1923年: [[アメリカ国立標準技術研究所|アメリカ国立標準局]]の [[:en:Edgar Buckingham|Edgar Buckingham]] が[[ジェットエンジン]]は効率が低く現実的でないという報告を発表。特にピストンエンジンに比べて5倍の燃料を消費するとしていた<ref>[http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19930091225_1993091225.pdf JET PROPULSION FOR AIRPLANES]</ref>。 |
* 1923年: [[アメリカ国立標準技術研究所|アメリカ国立標準局]]の [[:en:Edgar Buckingham|Edgar Buckingham]] が[[ジェットエンジン]]は効率が低く現実的でないという報告を発表。特にピストンエンジンに比べて5倍の燃料を消費するとしていた<ref>[http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19930091225_1993091225.pdf JET PROPULSION FOR AIRPLANES]</ref>。 |
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* 1924年: ベンツ社が初のトラック用ディーゼルエンジンの特許を取得。 |
* 1924年: ベンツ社が初のトラック用ディーゼルエンジンの特許を取得。 |
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* 1925年: [[スウェーデン]]の技術者 [[:en:Jonas Hesselman|Jonas Hesselman]] が世界初の[[ガソリン直噴エンジン]]を開発<ref>{{Cite book | title = Scania fordonshistoria 1891-1991 |year=1992 |language=Swedish |isbn=91-7886-074-1}} (Translated title: ''Vehicle history of [[スカニア|Scania]] 1891-1991'')</ref><ref>{{Cite book | title = Volvo – Lastbilarna igår och idag |year=1987 |language=Swedish |isbn=91-86442-76-7}} (Translated title: ''[[ボルボ|Volvo]] trucks yesterday and today''))</ref>。
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* 1925年: [[スウェーデン]]の技術者 [[:en:Jonas Hesselman|Jonas Hesselman]] が世界初の[[ガソリン直噴エンジン]]を開発<ref>{{Cite book | title = Scania fordonshistoria 1891-1991 |year=1992 |language=Swedish |isbn=91-7886-074-1}} (Translated title: ''Vehicle history of [[スカニア|Scania]] 1891-1991'')</ref><ref>{{Cite book | title = Volvo – Lastbilarna igår och idag |year=1987 |language=Swedish |isbn=91-86442-76-7}} (Translated title: ''[[ボルボ・グループ|Volvo]] trucks yesterday and today''))</ref>。
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* 1926年: [[:en:Alan Arnold Griffith|Alan Arnold Griffith]] は重要な論文 ''Aerodynamic Theory of Turbine Design'' を発表。これによってそれまで実現が疑問視されていたジェットエンジンが注目されるようになった。その中で、これまでの圧縮機は飛行には不向きで、ブレードを[[翼型]]に設計変更すべきだとし、実用的エンジンが製造可能であることを数学的に示すと共に[[ターボプロップエンジン]]の構築法を解説した。同年、[[ロバート・ゴダード]]が世界初の液体燃料ロケットを打ち上げた。 |
* 1926年: [[:en:Alan Arnold Griffith|Alan Arnold Griffith]] は重要な論文 ''Aerodynamic Theory of Turbine Design'' を発表。これによってそれまで実現が疑問視されていたジェットエンジンが注目されるようになった。その中で、これまでの圧縮機は飛行には不向きで、ブレードを[[翼型]]に設計変更すべきだとし、実用的エンジンが製造可能であることを数学的に示すと共に[[ターボプロップエンジン]]の構築法を解説した。同年、[[ロバート・ゴダード]]が世界初の液体燃料ロケットを打ち上げた。 |
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* 1929年: [[フランク・ホイットル]]がジェットエンジンに関する論文を発表。 |
* 1929年: [[フランク・ホイットル]]がジェットエンジンに関する論文を発表。 |
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== 出典 == |
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== 関連項目 == |
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{{Commons|Internal combustion engine}} |
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* [[空冷エンジン]] |
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* [[水冷エンジン]] |
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* [[液冷エンジン]] |
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* [[可変圧縮比エンジン]] |
* [[可変圧縮比エンジン]] |
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* [[自動車エンジン]] |
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* [[機関出力]] |
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== 外部リンク == |
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* {{Kotobank}} |
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{{自動車の構成}} |
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{{DEFAULTSORT:ないねんきかん}} |
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[[Category:内燃機関|*]] |
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2024年3月6日 (水) 10:23時点における最新版
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a6/4-Stroke-Engine.gif)
(1)吸入
(2)圧縮
(3)燃焼・膨張
(4)排気
動作概要と原理[編集]
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/7d/Turboprop_T-53.jpg/240px-Turboprop_T-53.jpg)
歴史[編集]
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/c/cd/Rivaz_Engine.jpg/250px-Rivaz_Engine.jpg)
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/ff/Early-gasoline-engine-models.jpg/250px-Early-gasoline-engine-models.jpg)
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/34/Benz_Patent_Motorwagen_Engine.jpg/220px-Benz_Patent_Motorwagen_Engine.jpg)
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/d6/CarlBenz.jpg/159px-CarlBenz.jpg)