車の加速

質問

素朴な疑問なのですが、車はなぜ加速するのでしょうか？よろしくお願いします。

回答No.8

hatman34 · ベストアンサー

追加質問は下記ですね。

Q1. エンジンの回転数は、流量と燃料の濃さ、二つで制御しているということでしょうか。
Q2. シリンダー内に混合気がたくさん入れば圧縮比があがることになるから、エネルギーもたくさん取れますよね。
Q3. 燃料の濃さ（確か空燃費という名前でしたよね）でもエネルギーがたくさん発生したり下がったりもしますよね。
Q4. 普段の走行（全開ではなく半開など）では、わざと空燃費を下げたり、流量を減らしたりしてエネルギーを抑えているのでしょうか。

それぞれ関連しているのですが、なるべく単純化して、個別に回答します。

Q1. エンジンの回転数は、流量と燃料の濃さ、二つで制御しているということでしょうか。
A1. 混合気の流量で制御するのが基本です。但し、混合気の中の「空気と燃料の比率」はきちんと制御されているのが前提です。
それと、この流量で制御できるのは、エンジンピストンの１行程（爆発行程）で、燃料から取り出せるエネルギーです。
その瞬間の、エンジンにかかる負荷（車の重さ、坂道、空気抵抗、タイヤの回転抵抗、メカの摩擦抵抗、エアコンなどなどの総合負荷）と回転数によって、同じ流量による、回転数の上昇率は異なります。
（力学用語の「力」「質量」「加速度」「運動量」「エネルギー」「摩擦力」などの違いは理解されてますよね）
-->でも、単純にいうと、「うまく調合された混合気がたくさん、エンジンに吸い込まれれば、パワーが出て加速される。」ということです。

Q2. シリンダー内に混合気がたくさん入れば圧縮比があがることになるから、エネルギーもたくさん取れますよね。
A2. 「圧縮比」の解釈が違ってます。絵がないと説明しにくいので、下記URL(1)参照ください。
下記(2)にあるように、
圧縮比＝（シリンダー容積＋燃焼室容積）/燃焼室容積
であり、エンジンを組み立てた時点で、寸法的に決まってしまい、走行時にダイナミックに変動するものではないです。
(1)エンジン講座
http://www.mech.eng.himeji-tech.ac.jp/kikai/center/jisshuu/eng-k.html

(2)～自動車用語辞典～
http://www2.ocn.ne.jp/~takanet/vanningnet/takahiko/yougo.htm

【補足】

ご質問の「走行時の加速を制御するダイナミックなメカニズム」とは別に、エンジンの出力を大きくする静的な要素として排気量（1気筒あたりの排気量 ｘ 気筒数）、圧縮比 があります。前者については単純に「大きいことはいいことだ。」というだけの話です。後者については、「圧縮行程で小さくしてから燃焼させたほうが爆発行程でのエネルギ効率が高い」ということですが、燃焼のコントロールが難しいので、むやみに圧縮比をあげることは出来ないということです。小さな爆発もちいさな空間で起これば破壊力が大きすぎて、エンジンを壊しかねないということです。

Q3. 燃料の濃さ（確か空燃費という名前でしたよね）でもエネルギーがたくさん発生したり下がったりもしますよね。
A3. まず、「空燃費」ではなく「空燃比（空気と燃料の比率）」です。完全燃焼を前提とすれば、燃料の量によってエネルギーが決まります。もし、「燃料が濃いとエネルギーが大きい」とどこかで聞かれたとすると、「シリンダの空間に対する燃料の比率という意味で『濃さ』という言葉を使った」のではないでしょうか。

Q4. 普段の走行（全開ではなく半開など）では、わざと空燃費を下げたり、流量を減らしたりしてエネルギーを抑えているのでしょうか。

A4. 空燃比は基本的には一定です。流量を減らしています。というか、人間の感性とは鋭いもので、定速走行の時は加速の必要が無いので、自然とアクセルの踏み込みが浅くなっています。その時点での負荷（摩擦、空気抵抗など）に見合う程度の軽い出力を発生する程度の流量になっています。

【補足】
ガソリンが安価で、大気汚染が騒がれる前は、（ガソリン過剰気味で）空気の量でエンジン出力を制御してました。ガソリン量一定という意味ではありません。霧吹きの原理で空気が増えるのにしたがって、ガソリンも増えます。ただ、支配要因は空気量でした。
大気汚染のことを考えて（排ガス規制）、理想空燃比あるいはそれ以上に希薄（空気過剰）なエンジンが開発されてきました。薄い混合気でも着火しやすくするために渦を利用したホンダのCVCC とか、燃焼室に燃料を直接送り込む三菱のGDIとかです。おそらく、世界中の自動車メーカが今後もしのぎを削っていくでしょう。
ユーザとしては、環境にやさしく、かつ「加速したいときに、アクセルの踏み込みに敏速に反応してくれる楽しいエンジン」が欲しいですよね。

以上

お礼

ありがとうございました。理解できました。丁寧に説明していただいて、非常にわかりやすかったです。圧縮比の定義も勘違いしていました。回転数は流量で制御しているのですね。なるほど。自動車関係の本なんかも何冊か読んで見たのですが、こういう基本的なことは書いてありませんでした（読んだ本が悪い？）。空燃比はパソコンのせいです。ちゃんと確認するべきでした。すみません。環境問題のため、自動車メーカーもかなり苦労しているみたいですね。hatman34さんのおっしゃるようにCVCCやGDIなど新しい技術を取り入れた車もたくさんでてきました。それと同時にスポーツカーのような車が少なくなってしまいました。地球にやさしく、ユーザーにもやさしく、走ると速く楽しい！！そんな車を開発してほしいものです。
何回も丁寧に答えていただき、しかもお返事がいつも遅くなってしまってすみませんでした。本当にありがとうございました。

回答No.7

hatman34

ということは、電子燃料制御を使用している現在の車では、スロットルバルブがないのでしょうか？燃料の濃さのみで回転数を制御しているということでしょうか。よろしくお願いします。

--> 電子燃料制御でもスロットルバルブはあります。
電気ポンプで制御するのは（液体である）ガソリン
です。体積が3桁大きい気体（空気）はスロットル
バルブで流量制御します。
ただし、スロットルバルブは、ワイヤで機械的に
制御できますが、電気式が多いようです。

[補足]
シリンダの負圧で混合気体を吸い込むと説明しましたが、
大気圧より大きい圧力で押し込むのが加給機です。
排気ガスでタービンを回してその回転で押し込み用の
回転ポンプを回すのがターボチャージャーです。
エンジンの回転を用いるのがスーパーチャージャー
（どこかの自動車会社の商標かも知れません）です。

補足

お返事が遅くなって本当に申し訳ありませんでした。
電子燃料制御でもスロットルバルブはあるのですか。そうするとエンジンの回転数は、流量と燃料の濃さ、二つで制御しているということでしょうか。
素人の考えなのですが、シリンダー内に混合気がたくさん入れば圧縮比があがることになるから、エネルギーもたくさん取れますよね。また、燃料の濃さ（確か空燃費という名前でしたよね）でもエネルギーがたくさん発生したり下がったりもしますよね。
自動車ではこの両方を使って回転数を上げているのでしょうか。
そうすると、普段の走行（全開ではなく半開など）では、わざと空燃費を下げたり、流量を減らしたりしてエネルギーを抑えているのでしょうか。

回答No.6

hatman34

物理学というより、自動車工学ですね。
まず、エンジンの燃料制御に2種類有ることから、
はじめる必要あり。
１．過去20年くらいのあいだに、電子燃料制御が実用化
されてきました。
--> アクセルの踏み込みを電気的に検出して、
電気燃料ポンプを制御します。
２．その前は、流体力学を用いたキャブレターという
装置が使われました。
--> 霧吹きの原理です。
アクセルを踏むと、メカニカルにバルブが開き、
エンジンシリンダの負圧（吸い込む力）によって
空気流量が増え、
霧吹きの原理で、燃料も増えます。
--> エンジンの回転数が上がります。

[補足]
燃料と空気のバランスに関しては、
昔は、燃料を不完全燃焼気味（空気が少なめ）に制御していますた。
大気汚染防止のために、理論空燃比に近づける努力がされ、さらに完全燃焼を目指して薄め（空気過剰）の制御が
行われるようになっています。
この辺の微妙な制御は電子制御で、より容易になっています。

以上

補足

ということは、電子燃料制御を使用している現在の車では、スロットルバルブがないのでしょうか？燃料の濃さのみで回転数を制御しているということでしょうか。よろしくお願いします。

回答No.5

osietemappy

素朴な疑問と書いていらっしゃるので、なるべく素朴な観点で説明してみます

まず最初に、
エンジンの回転数は
　１）エンジンを回そうとする力（ガソリンが爆発燃焼する力が元になる）
　２）タイヤの回転に抵抗する力
の２つが競い合って決まると考えてください

ですからタイヤが空転する状況とか、下り坂などでは回転数があがり（＝加速し）やすくなり、
逆に登り坂や重い物を積んでいる時は回転数があがりにくくなります

次にアクセルを踏むと何が起こるかについてです
エンジンではガソリンを霧状に噴出して空気と混ぜて着火する構造になっていますが、
アクセルはこのガソリンの噴霧量を調節する弁につながっています
アクセルを踏めばガソリンが濃く、緩めれば薄く噴霧されます
おおまかにですが、この「濃さ」が爆発する時の力に比例しているのです
こんなふうにアクセルで１）の力が変えられるわけです

従ってアクセルを踏めば、１）の力が２）の力に比べて大きくなってどんどん加速する、という理屈です

ちなみに車は一定速度で走っていても摩擦などの抵抗で２）の力がかかり、その大きさは速度とともに増していきます
一定速度走行でも４０kmの時より８０kmの時の方が踏み込まなければいけないのはそういう理由です

以上大雑把ですが他の方の説明とあわせて読んでいただけるとlovewingさんの頭の中のイメージがすっきりするのではないかと思います

補足

お返事が遅くなってしまって申し訳ありません。一つ疑問があるのですが、アクセルを踏むと、スロットルバルブも開閉しますよね？噴霧量を調節する弁と一緒に制御しているのでしょうか？スロットルバルブが開いて空気の量も増えてしまうと、１）燃料の濃さはあまりかわらないのではないか？
２）燃料の濃さだけで力を変えているのであればスロットルバルブはいらないのではないか？
と、私は考えてしまうのですがどうでしょうか。よろしくお願いします。

回答No.4

guin

ガソリンエンジンの場合は、インジェクター類から気化したガソリンが取り込まれ、シリンダーヘッドが移動して圧縮したあとプラグにより点火され、爆発が起きます。そして、その爆発力がシリンダーヘッドを押します。シリンダー内に取り込まれるガソリン（エネルギー源）が大きいほど、爆発によりシリンダーヘッドに与えられるエネルギーは大きくなるので、よりタイヤへ与えられる回転エネルギーも大きくなり、結果、より大きな加速度による加速度運動が行なわれるものと思います。

補足

そうすると、例えばアクセルを半分開いているとき、燃料と空気の割合は、理論空燃費からはとおく、全開にすると理論空燃費に近づいていき、熱による膨張が大きくなり、加速すると言う考えでよろしいのでしょうか。

回答No.3

acacia7

「なぜ加速するのか？」
移動しなければいけないから。（え？）

そうじゃない？

補足

確かにそうなんですけど・・・。移動するためにクルマはあるわけですからね。私の説明不足でした。申し訳ありません。エンジン内で何が起こって加速する（回転数が上がる）のかが知りたいのです。よろしくお願いします。

回答No.2

SCNK

車輪の回転により、地面から摩擦力の反作用を受けるからです。これによって推進力が得られます。速度の低いうちは空気抵抗などは小さく、推進力の方が勝っているので、その間は加速するわけです。速度が大きくなるにしたがって抵抗が増え、つりあい状態になると加速しなくなります。

補足

すみません。私の説明不足です。アクセルを踏むとエンジンの回転数が上がって加速しますが、なぜ、エンジンの回転数が上がる（加速する）のかが、知りたいのです。エンジンの内部でなにが起こっているのか。よろしくお願いします。でも摩擦の話は興味深い話ですね。だからスピードを上げると加速が鈍るのですね。

回答No.1

CATV95II

エンジンと燃料の力です。

補足

すみません。説明不足です。アクセルを踏むと加速（回転数が上がる）しますが、なぜ加速するのか。エンジン内でアクセルを踏むことによって何が起こっているのかが知りたいのです。よろしくお願いします。