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    COLUMN

エンジンの基本サイクル

2022-05-16

こんにちは。

皆さまいかがお過ごしですか。


5月といえば、連休明けの5月病が話題に上がることも多い時期です。

サクッと読んでいただけるよう、今回は短めのコラムになっていますので、ぜひ気分転換に読んでみてくださいね。

エンジンの基本サイクル

エンジンはどのように動いているのでしょうか。


なんとなく勉強した記憶が…という方もいらっしゃるかもしれませんが、

今回はこの、4ストロークエンジン(4サイクルエンジン)について説明していきます。

上記の図の通り、エンジンは吸気・圧縮・燃焼・排気の4つの工程で動いています。


この4工程の間に、2回ピストンが往復(下降・上昇・下降・上昇)することから「4ストローク」と呼ばれます。


 ※4工程のため4ストロークと呼ばれているわけではありません

・吸気バルブが開き、シリンダー(燃焼室)内に混合気が吸入されると、ピストンが下降し始めます。

・吸入が終わる下死点(ピストンの最下点)付近で吸気バルブが閉じます。密封状態になった燃焼室でピストンが上昇することにより、混合気が圧縮されます。

・圧縮された混合気を点火させ、燃焼させます。この燃焼の勢いで、ピストンは再び押し下がります。ちなみに、この燃焼時は吸気バルブも排気バルブも完全に閉まっています。

・ピストンが上昇しはじめる下死点(ピストンの最下点)より手前で排気バルブが開き、燃焼室内の排気ガスを排出します。上死点(ピストンの最上点)近くまで上昇すると、排気バルブが閉じます。

このように4ストロークエンジンは、シリンダー内を上下往復するピストンと、4つの工程とタイミングを合わせて吸気/排気をすることで、効率よく機能しています。

ちなみに、上記説明では吸気バルブと排気バルブは交互に開いているように感じられるかもしれませんが、これら4工程の間には、開閉のタイミングが重なる瞬間があります。つまり、両バルブとも開いている瞬間があります。どちらかが開いているとき、もう片方が必ず閉まっているということはないのです。
おわりに

エンジンの生み出す動力は、車輪に伝わる前にトランスミッションを経由します。

トランスミッションがどのような役割を持ってるのかは、既にこちらのコラムで紹介しておりますので、気になった方はぜひチェックしてみて下さい。


それでは次の更新をお楽しみに!






オイル上がり?オイル下がり?

2022-04-11
こんにちは。

4月に入りました。
日中はすっかり春の気候ですね。皆さまいかがお過ごしですか。

次はどんなコラムにしようかと考えていましたが、
年度が替わったのでオイルも交換しよう!ということで、エンジンオイルについてお話していこうと思います。

皆さんは、オイル上がり/オイル下がり、という言葉を聞いたことがありますか?


車やバイクを運転されない方にはなかなか馴染みのないワードかもしれません。

これは、どちらも「エンジンオイルが漏れてしまうこと、減ってしまうこと」を指します。

本来入るべきではない燃焼室にエンジンオイルが入り込んでしまうと、爆発時にオイルと混合気(空気と霧状のガソリン)が一緒に燃え、白煙が混じった排気がなされます。

運転していると、前の車のマフラーから白い煙が!なんてことはありませんか?
あれは殆どの場合、水蒸気であり、エンジンに問題はありません。
しかし、焦げたような臭いがするときや、白煙が収まらない場合、オイル上がり/オイル下がりという不具合が起きている可能性があります。



先程、どちらも同じ「エンジンが漏れてしまうこと・減ってしまうことを指す」と説明しましたが、

燃焼室にオイルが混入するルートは、オイル上がりとオイル下がりで異なります。


まずはこの図をご覧ください。
シリンダーの中では、ピストンという装置が往復運動をしています。
燃焼室でガソリンを爆発させる際に発生する「燃料圧力」により、ピストンが押し下げられ、この力が動力となり駆動輪に伝わります。
オイル上がりの原因
ピストンには「ピストンリング」というゴムのパーツが取り付けられています。
このピストンリングとエンジンオイルが、上下に動くピストンとシリンダー間のクッションの役割を果たしています。

しかし金属の摩耗や損傷などで隙間ができると、エンジンオイルが漏れ、ピストンの下から燃焼室にオイルが入ってしまいます。
燃焼室でエンジンオイルと混合気が一緒に燃えることで、マフラーから白煙が混じった排気がなされます。

エンジンの回転数をあげる(=加速する)ときに白煙が出る場合は、オイル上がりの可能性が高いです。
オイル下がりの原因
バルブには「吸気バルブ」と「排気バルブ」の2種類があります。
これらは、カムシャフトに押し込まれると弁が開く仕組みです。

吸気バルブは、吸気ポートに配置されており、混合気(空気と霧状のガソリン)を燃焼室内に送り込む役割を持っています。
混合気である理由は、ガソリンと空気が混ざっていると効率よく燃焼が行われるからです。

一方、排気バルブは排気ポートに配置されており、シリンダーで燃焼されたガスを排気管に排出する弁の役割を担っています。
この際、金属摩擦によるバルブの劣化を緩和するために使われているのがバルブ(ステム)シールです。

イラストの青い部分、バルブシールは常にオイルと触れあっています。
このバルブシールの劣化により、カムシャフトや吸気/排気バルブから漏れたオイルが、燃料室に落ちていきます。
そしてオイル上がりと同様に、燃焼室でエンジンオイルと混合気が一緒に燃えることで、マフラーから白煙の混じった排気がなされます。

減速時やエンジン始動時に白煙が出る場合は、オイル下がりの可能性が高いです。


ピストン、バルブ共に接触部の摩擦や焼き付きを防ぐために、エンジンオイルは必要です。
しかし、燃焼室にオイルが侵入してしまうと、トラブルの原因となります。
潤滑性を確保しながらも安全性を守るためには、ピストンリングとバルブシールが最大限機能することが求められます。
対策
一番最初のコラムで説明している通り、エンジンオイルには「潤滑」機能が求められます。


しかしエンジンオイルの量が適正でない状態で車を走らせてしまうと、摩擦によってエンジンは大きなダメージを受けることになります。
エンジンを守るポイントは、大きく分けて4つです。


・オイル残量の確認
1ヶ月に1回は、オイルゲージを引っ張り、オイルの残量を確認してください。しっかりと目視確認することが大事です。

・定期的な走行
週に1回、30分程度車を走らせることを推奨します。
バルブシールはゴム製です。走行により熱を伝えられ、ゴムの柔軟性を維持できます。

・エンジンオイルの粘度変更変更
0W-30を使っている方なら、5W-30など、粘度をあげると安定することもあります。
隙間から漏れないように固くすると、吸気/排気バルブからも吸いづらくなりますね。

・添加剤で性能強化
エンジンオイルに添加剤を混ぜて使用することで、燃費を向上させたり、エンジン性能を強化できます。
弊社でもエンジンオイル強化剤を取り扱っています。


オイル管理を少し怠ったとしても、エンジンや車がすぐに不調になるわけではありません。
反対に、添加剤を足しても改善されないこともあります。パーツが破損してしまったり、劣化して、物理的に交換しなくてはならないケースもあります。

必ずしもこれが正解!ということは無いのですが、大切な愛車と長く付き合っていくには
定期的にメンテナンスを行い、適切なタイミングでオイルを交換をすることがとても重要です。

新年度・新生活がスタートし、お持ちの物をアップデートされる方もいらっしゃるのではないでしょうか。
最近車のメンテナンスをしてないなぁ、という方は、GW前にぜひお手入れしてみてくださいね。



リユースオイルとは

2022-03-22
前回の続き
(4)再生の方法と手順について

▼再生復元方法の指針づくり
劣化油は新油に比べて前記(3)の様に変化してきております。
そこで、再生工程に入る前に物理的・化学的分析を行いその本質を調べ、これにもとづいて再生復元の仕方の方針を定める必要があります。

▼再生復元の具体的な方法及び効果
① 脱水+ろ過処理(ろ過助剤併用)
ろ過処理では、油の添加剤にほとんど影響を与えず、油中の酸化劣化を促進させる媒体(金属粉・水分等)を取り除きます。これにより、現在使用されている油の劣化速度を抑制します。

② 脱水+白土処理ろ過
油中の酸化劣化を促進させる媒体(金属粉・水分等)と酸化劣化物(ガム状物質及びその中間体)を取り除くことにより、油性が向上し、抗乳化度の改善、全酸価(酸化劣化物)の低減、色相の改善、並びに酸化安定度(RBOT)においては20%ほどの向上がなされます。
これにより、現在使用されている油の劣化程度の改善がなされます。

③ 再添加
①②の処理後、更に新油並の状態にして油を使用される場合には、粘度調整あるいは各添加剤(極圧剤・油性向上剤・錆止め剤・金属不活性剤・抗乳化剤・酸化防止剤・泡消剤等)を添加することにより、様々な性能の向上及び泡立ち抑制等が可能となります。
上記の①②の処理では回復出来ない項目を補う為に、再添加して油を復元させる効果があります。

④ 化学処理
必要に応じて酸処理及びアルカリ処理を行います。処理後の副産物(硫酸ピッチ等)の産業廃棄物が生成されるため、今日ではあまり行われない工程です。

▼処理前に対する処理後の項目別効果
(油種別の比較は(5)を参照のこと)

▼潤滑油添加剤の一般的用途

◎ 必ず添加されるもの

〇 通常添加されるもの  

△ 場合により添加されるもの



(5)再生工程における性状の推移及び要求規格との対比

(6)再生復元油の観察と評価


白土処理工程までの目的は、脱水、夾雑物除去、抗乳化度(水分離性)の回復です。

上記の結果より、目的が達成されたことが明確です。


特に抗乳化度の回復は、白土処理を行うことにより向上します。ろ過のみの場合より効果ありです。

また添加剤の劣化や消耗も、ろ過処理では回復いたしません。したがって、極圧剤や酸化防止剤、泡消剤等を油に再添加します。


再添加を行うことにより、四球試験、RBOT、泡立ち性能等の回復がなされます。


上記の結果からもはっきりとした差が出ておりますが、再添加を行うことは、結果的に使用油を新油と同程度まで回復させ、オイル寿命を延長させます。



再生復元のメリットは、コストダウンにも直結致します。それは、元来廃棄されているはずの使用済みオイルが極めて安価な再生費用でもう一度使用できるという事です。


この事からも、劣化潤滑油の復元利用の意味は大変大きいといえます。

また、使用済みオイルを再生しもう一度使用する意識が生まれ、使用者側の一歩進む潤滑管理レベルとなります。


現代は、企業も環境に対する配慮を行うことが自主的にかつ包括的に行われる時代です。


潤滑油の再生は目の前に存在する様々な環境問題を解決するため有力な策の1つです。


今後、弊社の活動がその一助となる様に努力して参ります。    






リユースオイルとは

2022-03-07
はじめに
令和2年の「2050年カーボンニュートラル宣言」が、各分野で脱炭素化の取組みを加速させました。
また令和3年の「地球温暖化対策計画」では、廃油などの焼却に伴うCO2削減が定められました。

今日、環境問題に対する法律や規制も形を変えながら増え、多くの企業が環境問題を抱えております。
「環境」はどの企業にとってもメインテーマになりました。 
このような状況下での潤滑油業界の課題は、使用された潤滑油のほとんどが廃油焼却され、温室効果ガスの排出源の1つになっていることです。

私達新日本油脂工業は、サーマルリサイクルにおける廃油焼却によるCO2排出を、使用油の再生利用(リユース)を促進させる取組みで削減できると考えています。
再生復元の方法について

(1)再生可能な工業用潤滑油の種類
 
▼タービン油・油圧作動油
タービン油・油圧作動油には、添加剤を含まない無添加のものと、酸化防止剤・油性向上剤・流動点降下剤・金属不活性剤・防錆剤などを含んだ添加タイプがありますが、いずれも再生可能です。
 
▼不燃性(難燃性)作動油
一般石油系作動油と異なり、これら合成潤滑油タイプのものは、比較的要求性状が過酷で劣化の仕方も複雑ですが、水グリコールタイプ・りん酸エステルタイプを問わず一般に再生可能です。
特に合成タイプは、鉱油タイプと比較して新油の単価が高く、再生のメリットは一段と大きいと考えられます。

またこのタイプの油は、廃油としての処理処分が困難で処理処分費が膨大ですので、使用限界以前の再生を推奨しています。

▼ギヤー油
ギヤー油は、自動車用・工業用を問わずSP系の極圧剤が相当量添加されているのが普通ですが、これら添加剤もベースオイルと共に劣化します。
添加剤の劣化物はスラッジとなり、再生ろ過処理で除去されます。あるいは再添加を行って、劣化分の極圧剤を補うことも可能です。

また、ギヤー油においては、適切な粘度を保有していることが求められるので、再生時に粘度調整も行うことが可能です。
 
▼コンプレッサー油・冷凍機油
これらの油は、密閉系のなかで循環使用されております。

使用油は新油と比較して、水分・摩耗粉及び劣化生成物が含まれておりますが、すべて再生可能です。
ただし、対象となる圧縮ガスの種類が多く、これらのガスが油中に溶解している場合が多いので、再生の際は脱ガスの工程が必要となります。

この工程による二次公害に留意する必要があります。また、ポリブテン等を使用したコンプレッサー油もありますが再生に対しては問題ありません。
 
▼金属加工油
金属加工油には、圧延油・熱処理油・切削油等があります。

これらの使用油には、金属イオン・金属粉・水分・劣化添加剤等が含まれておりますが、いずれも再生・再添加・粘度調整が可能です。



(2)使用油潤滑油の管理と保管

使用油を再生するときは、次の点にご注意下さい。

▼適度な使用限界を守って油を抜き取る
抜き取った劣化油は、極度にその潤滑油の使用限界を超えたものであってはなりません。
疲れきった劣化油の再生は好ましくないからです。
使用限界とはどんな程度であるかについては下記の通りです。
▼異種油の混合を避ける
異種の劣化油が混合されているものは、再生復元が困難です。

▼軽質分、溶剤などの混入を避ける
軽質のベンゾール・ソルベント・トリクレーン・灯油・軽油・重油などの混入や雨水の侵入を避けて下さい。

▼保管容器などを整備し万全を期す
使用油の厳正保管のため、タンクやドラム缶に油名を記してください。

(3)各種使用油の劣化の内容一覧(該当は○印)



つづく


トランスミッションの役割

2022-02-14
前回の続き
こんにちは。

早速ですが皆さま、頭の中にエンジン自動車を想像してみてください。



では質問です。


「 車はエンジンだけで走れるでしょうか。 」

この聞き方をしてしまうと、答えは1つしかないような気もしますが……。


皆さんのご想像通り、答えはNoです。車はエンジンだけで走ることができません。
それでは一体何が必要なのでしょうか。




車が走るために欠かせないものの1つが、エンジンの出力を引き出し、車輪に動力を伝えるための「トランスミッション」です。トランスミッションはエンジンの後ろに搭載されていることが多いです。
エンジンが生み出す動力は、車輪に伝達される前にトランスミッションを経由します。
様々なシチュエーションに合わせて、速度とトルクを適切に伝達するのがトランスミッションの主な役割です。
ちなみにトルクとは、エンジンのシャフトを回す力の強さを指します。

車は、一般道路を60km/hで走ることもあれば、高速道路で100km/hで走ることも、急な坂を上ったり下りたりすることもありますよね。しかしエンジンの出力には限度があります。

坂道を上り下りする際にはトルク(回す力)を強くする必要がありますし、高速で走る際にはスピードを出すため、回転数を増やす必要があります。

エンジンからのトルクや回転数、スピードの配分を、ギアの組み合わせによって最適な物に変化させているトランスミッション、それではその仕組みを見てみましょう。


車用トランスミッション
バイク用トランスミッション
トランスミッションの構造

バイク用トランスミッションの方がギヤが見やすいのでこちらで説明をしていきます。


あまり見慣れない部品かもしれませんが、このように、隣り合うギヤはシャフトに固定、空転、固定…と交互に並んでいます。

噛み合うギヤを見てみると、固定されているギヤと対になるのは、空転するギヤです。
これはギヤが六速になっても同様です。


ギアAとギアBが噛み合っているからといって、メインシャフトが動くとカウンタシャフトも動くというわけではありません。


ニュートラル時、ギアB(メインシャフト側一速ギア)はメインシャフトに固定されており、同じ速度でシャフトと一緒に回転しています。

ギヤA(カウンタシャフト側一速ギア)は、回転はしているのですが、シャフトは一緒に回転していません。つまり空転状態です。



したがって、ギアB(とメインシャフト)がどれだけ回転してもカウンタシャフトに動力が伝わる事はありません。カウンタシャフトは車輪側に連動しておりますので、ギヤAが空転しているうちは、車輪に動力が伝わっていないということになります。



では車輪に動力を伝達するにはどうすればいいでしょうか。




もうお気付きですね。 

カウンタシャフトがギヤAと連動して動く様にする必要があります。


カウンタシャフトとギアAが連動するには「スリーブ」と「シンクロナイザーリング」という部品が必要です。

上の図だと、三速と四速、三速と五速の間にわずかに見えるのがそれです。
     シンクロメッシュ機構
常時噛み合い式マニュアルトランスミッションの構造を示す模式図(車)
2速における駆動力の伝達経路(破線部)(車)
「シンクロナイザー」はクラッチの1種で、異なる回転数で回転している物同士を、摩擦の力でシンクロナイズ(一体化)させる部品です。

この場合、スリーブがギヤA側に移動し、スリーブとギヤが完全に噛むと、空転から固定状態になるので、ギヤAの回転がカウンタシャフトへと伝達するという流れです。


つまり、ギヤBが回転した際、ギヤAと噛んだカウンタシャフトも回転するので、車は前に進むという仕組みです。




ちなみに・・・


「シンクロナイザーリング」は、銅合金でできています。
したがってミッションオイルに求められる性能の1つは、腐食防止です。

ギヤ油は耐荷重性能が求められるため、極圧剤を含有させます。その極圧剤に含まれる活性の高い硫黄が腐食を引き起こします。

以上の理由により、ミッションオイルを更油される場合には、腐食防止性能があるギア油を推奨します。


ギヤの大きさ
先程の図では、一速から五速までを示していますが、それぞれ噛み合っているギヤの大きさが違うのがお分かりでしょうか。

大きなギヤで小さなギヤを回すとき、回転数が増えますのでスピードが出ます。

逆に小さなギヤで大きなギヤを回すと、トルクが大きくなりますので、パワーが要る坂道を上るのに適しています。


ギヤを変えると、車輪に伝わる動力が変わるので、スピードが変わるというわけです。

 

最初の問いに戻ると

車を走らせるには、動力源である「エンジン」のほか、動力の伝達経路でもある「トランスミッション」が必要、ということになります。


トランスミッションは、実物を見たことがあるという方は殆どいらっしゃらないのではないでしょうか。

少々仕組みが複雑で、この説明では分かりにくい部分もあったかもしれませんが、参考にしていただければうれしいです。




それではまた次回の更新をお楽しみに。



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