ほとんどの人はフォードモデルTが最初の本当に手頃な自動車であったことを知っています。しかし、あなたはそれがどんな種類のエンジンを持っていたか知っていますか？ 1908年にリリースされたオリジナルのモデルTは、わずか22馬力の2.9リッター4気筒エンジンを搭載していました。
それは今日のエンジンと比較してそのサイズの小さな出力ですが、それは確かに最初の自動車であると考えられているものである1885年のベンツパテントモーターワーゲンでエンジンを打ち負かしました。その車はシングルピストンエンジンを搭載し、シングル馬力のわずか3分の2を生成しました。
ご覧のとおり、自動車のエンジンは、自動車の運転が始まった当初から絶えず進化してきました。今日では、エンジンの設計と技術の絶え間ない進歩のおかげで、これまでよりも強力で、静かで、耐久性があり、汚染が少なく、燃料効率が高くなっています。
自動車エンジニアは、内燃エンジンを改善し、それを将来に引き継ぐ方法に絶えず取り組んでいます。 150年以上にわたって継続的に改良されてきた発明が他にいくつあるか知っていますか？
この記事では、これまでで最大かつ最も重要なエンジンの10の改善点を見ていきます。燃料噴射からハイブリッドモーターまで、エンジンがどこにあったかを見て、うまくいけば、エンジンがどこに向かっているのかについての洞察を得るでしょう。
メリット： より燃料効率が高く、汚染が少ない
欠点： より複雑で、製造コストが高くなります
私たちが話し合ったベンツパテントモーターワーゲンを覚えていますか？単一のピストンまたはシリンダーを持っていることに加えて、それは多くの初期のモーターのように、2ストロークエンジンでした。 ストローク エンジン内のピストンの動きを指します。
4ストロークエンジンは、1800年代後半に内燃エンジンに加えられた最も初期の改良の1つでした。 4ストロークエンジンでは、エンジンがガソリンを燃焼するときに、吸気、圧縮、出力、排気の4つのステップがあります[出典：CompGoParts.com]。これらのステップはすべて、ピストンが2回上下に動くときに発生します。
以前の、より単純な2ストロークエンジンは同じタスクを実行します-ガソリンを燃焼させて機械的な動きを作成します-しかし、それらは2つのステップでそれを実行します。今日、2ストロークエンジンは、芝刈り機、小型オートバイ、大型の産業用エンジンなどの小型機器に搭載されています。ほぼすべての車が4ストロークサイクルを使用しています。
4ストロークエンジンには、燃費の向上、耐久性の向上、出力とトルクの向上、排出ガスのクリーン化など、いくつかの利点があります。ただし、2ストロークエンジンと比較すると、製造がより複雑で費用がかかり、ガスの吸入と排気にバルブを使用する必要があります。
それにもかかわらず、4ストロークエンジンは自動車の業界標準になり、すぐになくなることはないでしょう。バルブの役割と、バルブがどのように改善されたかについては、この記事の後半で詳しく説明します。
次に、過給機と、それが飛行機から日常の車にどのように移行したかについて学びます。
メリット： エンジンサイズを大きくすることなく、より多くのパワーを発揮
欠点： 燃料消費量、ターボラグ
エンジンがモーションを生成するには、燃料、空気、点火の3つが必要です。より多くの空気をエンジンに詰め込むと、エンジンのピストンによって生成される出力が増加します。それを行うための長年の方法、そして最近ますます人気が高まっている方法は、過給機を使用することです。ターボチャージャーとスーパーチャージャーなど、このプロセスを実現する部分によって、このプロセスをよりよく理解できるかもしれません。
過給機エンジンでは、空気が通常よりも高い圧力で燃焼室に押し込まれ、エンジンの各ストロークからより高い圧縮とより多くの出力が生成されます[出典：Bowman]。ターボチャージャーとスーパーチャージャーは本質的に、エンジンにより多くの空気を送り込むエアコンプレッサーです。
過給機システムは、1920年代に自動車エンジンに追加されるずっと前に、航空機エンジンで使用されていました。エンジンのサイズを大きくしたり、燃費を大幅に低下させたりすることなく、多くの余分な電力を生成できるため、小型エンジンには特に有益です。
良い例は、ターボチャージャー付きのミニクーパーSです。これは、1.6リッターエンジンしか搭載していませんが、一部のアプリケーションでは200馬力以上を生成します。さらに、ポルシェ911ターボやコルベットZR-1のような高性能車は、過給機を使用してパワーを大幅に向上させています。
欠点は？ターボチャージャーを搭載した車は、プレミアムガソリンを必要とすることがよくあります。次に、ターボラグの問題があります 、ターボチャージャーが毎分より高い回転数（RPM）で巻き上がるまで、パワーゲインは感じられません。エンジニアは、近年、これらの欠点の両方を軽減するのに役立っています。
また、燃費と排出ガス基準が厳しくなる中、多くの自動車メーカーは、大型エンジンを製造する代わりに、小型エンジンの過給機に目を向けています。たとえば、最新のヒュンダイソナタでは、購入できるトップエンジンはV6ではなく、ターボ4気筒です。
次は、燃料噴射のおかげでキャブレターが事実上過去のものになった理由について説明します。
メリット： より良いスロットルレスポンス、向上した燃料効率、より多くのパワー、より簡単な始動
欠点： より複雑で潜在的に費用のかかる修理
何十年もの間、燃料と空気を混合してエンジンの燃焼室に入れるための好ましい方法はキャブレターでした。アクセルペダルを全開にすると、キャブレターはより多くの空気と燃料をエンジンに送り込みます。
1980年代後半以降、キャブレターはほぼ完全に燃料噴射に置き換えられました。これは、燃料と空気を混合するはるかに洗練された効果的なシステムです。燃料噴射装置はガソリンを吸気マニフォールドに噴霧し、そこで燃料と空気が混ざり合って細かい霧になります。その混合物は、吸気プロセス中に各シリンダーのバルブによって燃焼室に運ばれます。エンジンのオンボードコンピューターが燃料噴射プロセスを制御します。
では、なぜ燃料噴射がキャブレターに取って代わったのでしょうか？簡単に言えば、燃料噴射はあらゆる面でうまく機能します。コンピューター制御の燃料噴射エンジンは、特にキャブレターが物事をトリッキーにする可能性がある寒い日には、始動が簡単です。燃料噴射を備えたエンジンは、スロットルの変化に対してより効率的で応答性が高くなります[出典：Automedia]。
複雑さが増すという点で欠点があります。燃料噴射システムは、キャブレターよりも修理に費用がかかります。しかし、それらは燃料供給の業界標準になっており、キャブレターがすぐに復活することはないようです。
この次のセクションでは、直接噴射と呼ばれる燃料噴射技術の次のステップについて説明します。
メリット： より多くの電力、より良い燃料経済
欠点： 製造コストが高く、比較的新しいテクノロジー
直接噴射は、燃料噴射によって行われた改善のさらなる改良です。その名前から推測できるように、それは燃料噴射が「ステップをスキップ」することを可能にし、それはエンジンに効率を追加し、結果としてより多くのパワーと改善された燃料経済をもたらします。
直噴エンジンでは、燃料は吸気マニフォールドではなく、燃焼室に直接噴霧されます。次に、エンジンコンピュータは、燃料が必要なときに必要な場所で正確に燃焼することを確認し、廃棄物を削減します。直接噴射は、より効率的に燃焼する燃料のより希薄な混合を提供します。いくつかの点で、ガソリンエンジンは常に直接噴射の形式を使用してきたディーゼルエンジンに似ています。
先に学んだように、直接噴射エンジンは、スタンド燃料噴射システムよりも出力と燃費が向上しています。しかし、欠点もあります。一つには、この技術は比較的新しいものであり、過去10年ほどで市場に出たばかりです。ますます多くの企業が直接噴射の使用を増やし始めていますが、それはまだ標準にはなりません。
場合によっては、直噴エンジンが吸気バルブに炭素堆積物を蓄積し、信頼性の問題を引き起こす可能性があります。一部の車のチューナーは、直噴エンジンの変更にも困難を示しています。これらの問題にもかかわらず、直接噴射は現在自動車の世界でホットな新技術です。時間が経つにつれて、ますます多くの車でそれが見られることを期待してください。
次に、アルミニウム製のエンジンブロックと昔ながらの鉄製のブロックの使用法を見てみましょう。
メリット： 軽量化により、効率と取り扱いが向上します
欠点： 高温で反る可能性があります
過去数年間、車は多くの点でより軽量になる傾向にあります。自動車メーカーは、より良い燃費と性能を生み出すために、車両の重量を減らす方法を探しています。彼らが行った方法の1つは、主に鉄製のエンジンをアルミニウム製のエンジンに交換することです。
長年にわたり、鉄製のエンジンブロックは業界標準でした。今日、すべての新しい小型エンジンの大部分は代わりにアルミニウムを使用していますが、多くの大型V8エンジンは依然として鉄ブロックを使用しています。アルミニウムは鉄よりもはるかに軽量です。通常、アルミニウムエンジンの重量は鉄の半分です。これは、車の全体的な軽量化につながります。つまり、ハンドリングが向上し、燃費が向上します[出典：マーフィー]。
ただし、アルミニウムにはいくつかの欠点があります。金属としては、鉄ほど強くはなく、高レベルの熱にも耐えられません。初期のアルミブロックエンジンの多くは、シリンダーの反りに問題があり、耐久性に懸念がありました。しかし、これらの問題はほぼ解決されており、アルミニウムはその軽量化特性により、エンジンの未来であると明確に主張しています。
この次のセクションでは、カムシャフトがエンジン設計にどのように革命をもたらしたかについて説明します。
メリット： パフォーマンスの向上
欠点： 複雑さの増大
誰かがエンジンについて話すとき、あなたはおそらく「DOHC」または「デュアルオーバーヘッドカムシャフト」という用語を聞いたことがあるでしょう。ほとんどの人はそれが持つべき望ましい機能として認識していますが、それはどういう意味ですか？この用語は、エンジンの各シリンダーの上のオーバーヘッドカムシャフトの数を指します。
カムシャフト あなたの車のバルブトレインの一部です 、これはシリンダーへの燃料と空気の流れを制御するシステムです。何十年もの間、車には主にOHVエンジンが搭載されていました。これは、「プッシュロッド」とも呼ばれるオーバーヘッドバルブを意味します。プッシュロッドは、エンジンブロック内のカムシャフトによって駆動されます。この設定はエンジンに質量を追加し、エンジン全体の速度を制限する可能性があります。
オーバーヘッドカムのセットアップでは、カムシャフトははるかに小さく、エンジンブロックではなくシリンダーヘッド自体の上に挿入されます。単一のオーバーヘッドカム（SOHC）エンジンに1つありますが、DOHCエンジンには2つあります。オーバーヘッドカムセットアップの利点は、より多くの吸気バルブと排気バルブが可能になることです。つまり、燃料、空気、排気がエンジン内をより自由に移動し、パワーを追加できます。
多くの自動車会社がプッシュロッドエンジンを廃止しましたが、DOHCとSOHCはまだそれらに取って代わっていません。クライスラーはまだプッシュロッドを使用して、ヘミV8エンジンに多くの電力を生成しています。ゼネラルモーターズは、ハイテクで最新のV8エンジンにもプッシュロッドを採用しています。しかし、DOHCとSOHCエンジンは、1980年代以降、エンジン、特に小型エンジンで目立ってきました。
オーバーヘッドカムを持つことの欠点は、それらが複雑さとコストを増加させることです。ここでもうトレンドに気づいていますか？
次に、可変バルブタイミングについて説明するときに、バルブがパフォーマンスにどのように影響するかについてさらに学習します。
メリット： 燃費、より柔軟な電力供給
欠点： 生産コストが高くなる
あなたがホンダエンジンに全く精通しているならば、あなたはほぼ確実にVTECという用語を聞いたことがあるでしょう。パフォーマンスのためにホンダを調整する人々はしばしば「VTECキックイン」について話します。しかし、それは正確にはどういう意味ですか？
VTECは、可変バルブタイミングとリフト電子制御、可変バルブタイミングの一種を指します。急加速時のように、エンジンがより多くの空気の流れを必要とする場合がありますが、従来のエンジンでは十分な空気が流れないことが多く、その結果、性能が低下します。可変バルブタイミングとは、バルブに出入りする空気の流れを必要に応じて遅くしたり速くしたりすることを意味します[出典：Autropolis]。
このようなシステムを提供している自動車会社はホンダだけではありません。トヨタには、インテリジェンスを備えた可変バルブタイミング用のVVT-iと呼ばれるものがあり、BMWには、可変カムシャフト制御を意味する可変Nockenwellensteuerungの略であるValvetronicまたはVANOSと呼ばれるシステムがあります。それらはすべて少し異なった働きをしますが、それらはすべて同じタスクを実行します-異なる速度でより多くの空気と燃料をバルブに入れることができます。これにより、エンジンの柔軟性が高まり、さまざまな条件で最高のパフォーマンスを発揮できるようになります。また、燃費も向上します。
現在、多くのエンジンには、エンジンのオンボードコンピューターによって制御されることが多い、何らかの形の可変バルブタイミングが組み込まれています。この次のセクションでは、エンジンコンピュータがどのように設計に革命をもたらしたかについて説明します。
メリット： 燃費、問題のより良い診断
欠点： コスト、複雑さ
エンジンは信じられないほど洗練されたデバイスです。数十の可動部品があり、一度に多数の異なるプロセスが実行されます。そのため、現代の自動車では、エンジン制御ユニット（ECU）と呼ばれるオンボードコンピューターによってすべてが規制されています。
ECUは、点火時期、空燃比、燃料噴射、アイドル速度などのプロセスが想定どおりに動作することを確認します。センサーのアレイを使用してエンジンで何が起こっているかを監視し、すべてが正しく動作し続けるために毎秒数百万の計算を実行します。車内の他のコンピューターは、電気システム、エアバッグ、室内温度、トラクションコントロール、アンチロックブレーキ、オートマチックトランスミッションなどを制御します。
1980年代に最初のオンボード診断（OBD）コンピューターが追加されて以来、自動車はますますコンピューター化されてきました。これが、ダッシュボードの「チェックエンジン」ライトを担当するコンピューターです。整備士はコンピューターをOBDポートに接続して、車の問題領域を把握することができます。彼らはOBDを使用してあなたの車の何が悪いのかをすぐに知ることはできませんが、それは彼らに素晴らしい出発点を与えます。
エンジンをより効率的に作動させることにより、エンジンコンピュータは燃料効率を高め、問題の診断を容易にすることができます。しかし、それらはエンジンをはるかに複雑にし、週末のメカニックが作業するのを難しくする可能性があります。
次のステップ：ディーゼルエンジンが過去の煙のような、騒々しい、低出力のオイルバーナーではない理由を学びましょう。
メリット： トルク、燃費、よりクリーンな排出量
欠点： 燃料費、RPMが低く、初期費用が高い
これまでガソリンエンジンについて多くのことを話してきましたが、ディーゼルエンジンについてはどうでしょうか。ディーゼルは、米国でこれまで大きな売り手ではありませんでした。同様のガスエンジンよりも優れた燃費にもかかわらず、多くのアメリカ人は依然としてディーゼルを1970年代と1980年代の騒々しく、すすけた、臭い、信頼性の低いモーターと考えています。
もうそうではありません。最新のディーゼルエンジンは、パワフルでクリーン、そして非常に燃料効率が良いです。今日のエンジンは低硫黄のディーゼル燃料を使用しており、車内のシステムは粒子状物質と過剰な汚染を排除するのに役立ちます。
フォルクスワーゲン、メルセデスベンツ、BMW、ボルボなどの企業が製造したディーゼルは、ターボチャージャー、高度な燃料噴射、コンピューター制御などのエンジンの改善を誇り、効率的でトルクの高い運転体験を提供します[出典：ボッシュ]。
ディーゼルエンジンにはいくつかの欠点があります。主に、RPMレベルが低く、ディーゼル燃料のコストが高いことです。しかし、それらの多くは高速道路で1ガロンあたり40マイル（1リットルあたり17キロメートル）をはるかに超える距離を達成できるため、ドライバーはその燃料の支払い頻度を大幅に減らすことができます。そして、現代のディーゼルが優れた性能を発揮するかどうか疑問に思っているなら、アウディがディーゼルレースカーを使用して支配してきたルマンレースの最後の数24時間以上を探す必要はありません。
最後に、「グリーン」カーの現在のリーダーであるハイブリッドエンジンについて見ていきます。
メリット： 燃費
欠点： より高い初期コスト、複雑さ
高いガス価格、ドライバーの環境に対する意識の高まり、および燃料経済と排出基準を引き上げる政府の規制の組み合わせにより、エンジンはかつてないほど「グリーン化」を余儀なくされています。近年、効率を高めるために使用される最大のエンジン改善の1つは、ハイブリッドエンジンです。
ハイブリッドは10年前はあいまいでしたが、今では誰もがその仕組みを知っています。電気モーターは、高い燃費数値を達成するために従来のガソリンエンジンと提携していますが、電気エンジンの「範囲の不安」はありません。ドライバーは、充電がなくなるとどうなるのかといつも思っています。
トヨタプリウスは、アメリカで最も売れているハイブリッド車であり続けています。 1.8リッター4気筒エンジンと134馬力の電気モーターを搭載。低速では、電気エンジンが単独で作動します。つまり、車はガスをまったく使用しません。それ以外の場合は、ガソリンエンジンを支援します。パッケージ全体は、市内と高速道路の両方で1ガロンあたり約50マイル（1リットルあたり21.3キロメートル）になります[出典：AOLAutos]。
プリウスのようなハイブリッドは、内燃技術の最新の進化を表しています。それらの利点は燃料効率の形でもたらされますが、いくつかの欠点もあります。ハイブリッド車は非ハイブリッド車よりも初期費用が高く、ドライバーがハイブリッド車の追加費用を回収する前に、ガスは現在よりもはるかに高価でなければならないと主張する人もいます（信じられないかもしれませんが）。
>しかし、エンジンが排出量の削減と燃費の向上に向かっていることは明らかです。電気のみの車が一般的になりつつある一方で、内燃機関がまだどこにも行かないことは明らかです。モデルTの時代からのように、それは単に進化し続け、ますます良くなるでしょう。