気密性をあげるオイルの役割

エンジンにオイルを入れる理由の最も大きな役割は”オイルの潤滑膜を利用して 摩擦と摩耗を少なくする”ということです。

それと同時にオイルの潤滑膜はコンプレッションにもかかわっています。

ピストンとピストンリング

エンジンの中ではガソリンを燃やしています。元々ガソリンは液体ですから
燃焼によってもとの液体より大きくなろうとします。その気体の膨張圧力を利用して、
エンジンを動かす、つまり動力に変換するには、密閉された”へや”が必要になります。

たき火は暖かいけど、そのままでは動力にならないということです。
つまり、やかんのふたを持ち上げるには、膨張圧力に負けない密閉された空間が
必要で、膨張する燃焼ガスを有効に”仕事”に換えているのが、ピストンとシリンダー
の部分になります。

 そのまま燃やしたのでは大きな力にならないので、混合気をわざわざ圧縮し、
爆発させています。

 その爆発力は、ピストン１ｃｍ2あたり約３０−５０ｋｇですが、ピストン１個の
面積に直すと、半径（2000ccクラス＝４．２５cmとする）の２乗に”パイ”（3.14）をかけて
１７００〜２８００ｋｇにもなります。これはピストン１個でその車を１台らくらく
持ち上げられるほどの力を瞬間的に受けていることになります。

たとえば水１ｃｃを１度Ｃ上げるのに必要なエネルギーは１カロリーということは 普通知られてますが、
１カロリーというのはどのぐらいの力かということは、 あまり知られてません。 

(a)ｋｇの物を(b)メートル持ちあげるのに必要なエネルギーは
(a)ｋｇ（ｍ）×引力に対抗する為の力(b)（ｇ）×(c)メートル（ｈ）と表せます。
　(a)（ｍ）×　　　　　　　　　　(b)（ｇ）×　　　　(c)（ｈ）ジュール＝ｍｇｈジュール
仮に水を１ｃｃ（１グラム）持ち上げようとすると１カロリーでは
どのくらい持ち上がるかというと                                                                                               
１カロリーは４．２ジュールなので、
４．２ジュール＝４．２ｍｇｈ＝４．２×０．００１×９．８×(c)（ｈ）
４．２＝ｍｇｈ
両辺をｍｇで割ると
４．２÷ｍｇ＝ｈ
ｈ＝４．２÷０．００１×９．８＝４２０
となります。
１カロリーで１ｃｃの水が４２０ｍ持ち上げられることになります。

（１）吸入行程：ピストンが下がり混合気を吸い込みます。
　　ピストンの溝の上側にコンプレッションリングの上面が接触して
　　溝にある少量のオイルが燃焼室側に入り込むのを防いでいます。
　　同時にシリンダー壁に付いている余分なオイルを落とします。
　　上部に付くのはこの行程だけです。

 （２）圧縮行程：ピストンが上がり吸い込んだ混合気を圧縮します。
　　ピストンが上がるのでリングは溝の下側の面で圧縮する混合気の圧力を
　　受けます。それで混合気を下に逃がしません。

（３）爆発・膨張行程：ガソリンと空気が混ざった圧縮ガスをプラグの火花で爆発させます。
　　ピストンリングにガスが強く叩きつけるように当たるので
　　リング下の面からのガス逃げをも防止します。
　　ピストンの動きに左右されない状態はこの行程だけです。

 （４）排気行程：（２）と同じ動きをします。燃焼したガスは排気バルブから
　　最終的にマフラーへ行き排出されます。

オイルはどうなっているのか

コンプレッションリングはピストンリングの３本のものは上部２本
２本のものは１本で、ピストンの溝に　はめ込まれていますが、混合気の燃焼によって
ピストン、ピストンリング、ピストンライナー（筒）の熱膨張を受けますので
わずかな隙間をつくってます。

また、ピストンリングは、リング状の一部が離れた輪ですから（極端に書けば”Ｃ”と言う形です）
その、隙間から、燃焼してない、または燃焼したガソリンが、ごくわずかですが漏れてゆきます。
その、未燃焼ガソリンをもう一度戻して、燃焼させると、排気ガスにも燃費にもいい結果が出ます。
（ＥＧＲ＋ブローバイガスの還元）
ブローバイガスは、オイルを痛めますので、
それらから出来る窒素・硫黄酸化物なども オイルの清浄分散剤で中和したりしています。 
熱膨張してもピストンとシリンダーのすきまは５０〜１２０ミクロン（0.05〜0.12mm）あり、
そのすきまをオイルが密封しているわけですが、
上記のようにリングは複雑微妙に動きますので、
エンジンの状態はオイルの状態によってもかなり影響を受けるわけです。



また、燃焼ガスによって、オイルは燃えたり、劣化のため潤滑不足になったりし
ひどい場合はリングをの動きがスラッジなどのため阻害されたり、リングを固着させたりし、
コンプッレッション不足、オイル上がりを起こしたりもします。
パネルコーキングテストやホットチューブテストが３００度Ｃ前後で
テストされているのはこの辺りをにらんでいるからです。

 このような環境で隅々まで素早く行き渡るようにするためには、

・粘度が低く、しかも油膜切れが少なく

・高温に強く、燃えにくく

かつ

・ピストンの運動に抵抗にならない

と言う、かなり条件の厳しい、いいオイルが要求されるゆえんです。 ところで、爆発行程で、
高圧高温ガスにさらされたシリンダーの壁のオイルは
大丈夫なのでしょうか？
答えは、ほぼアウト。トップリングのあたりは次の排気行程では、
オイルがほぼ無い状態と考えられます。
ピストンが燃焼室辺りでクリアランスが無くなってゆくこともうなずけます。
そのための潤滑添加剤もあるのですが、基本的には燃えてしまうようです。
ただ、ガソリンと混ぜることによって
いつも潤滑効果のあるようにする事は可能です。
 
 

 放熱量とはエンジンの冷却のために逃げている熱を指します。
燃焼ガスは最高で約２５００度Ｃになりますが、 シリンダーのヘッド部では
約３００度Ｃに冷やされてます。
つまり、冷却されてラジエターから外へ逃がしている＝捨てている、仕事量なのです。
高温のまま直接捨てている排気ガスと合わせると６０％以上 も無駄な消費をしているわけです。

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