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水冷エンジンとは?
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機関を通過したことで過熱した冷却水は、船舶では海水等と熱交換して冷却され、その他ではラジエーターで空気冷却されることで水温が下がり、循環して再び機関の冷却に用いられる。
機関を運転に最適な温度に保つため、一般的に冷却水の循環経路にサーモスタット弁を設け、水温に応じてラジエーターに向かう(またはラジエーターから戻る)水量を調節している。
比熱が大きいと言う水の性質と、ラジエーター容量に余裕を持たせることで空冷エンジンよりも安定した冷却能力を持つが、配管系統が複雑であり、また冷却媒体となる水(ないし冷却液)の漏出や減少による故障のリスクを伴う。
通常、ウォータージャケットはエンジン製造時に鋳造で形成されるが、第二次世界大戦以前の航空用エンジンには、外部から鋼板を巻き付けて溶接することでウォータージャケットを形成する例もあった。
冷却水は加圧により100℃では沸騰しないようにし、より効率的にエンジンの冷却を行う。
外気温が0℃を下回る環境では、冷却水が凍結-膨張することで、ラジエーターのみならず、シリンダーブロックをも破壊することがある。
これを防止するため、冷却水にロングライフクーラント(LLC)や不凍液などを添加することが多い。
内燃機関の出現当初から、高温に達する燃焼室周囲の安定した冷却は重要な課題であった。
空冷エンジンは簡易だが、条件によっては冷却効率が悪く温度管理も難しいため、比熱の大きい水を冷却媒体とする手法が早くから普及した。
当初の水冷エンジンは、極めて原始的なものであった。
燃焼室周囲のウォータージャケット上に大きな水槽部があり、エンジンの作動前には水槽に水を満たしておく。
過熱した水はそのまま大気中に自然蒸発するに任せる。
これは非常に単純な構造であるため、定置動力用・農業用の小型エンジンなどでは、はるか後年の1960年代になっても用いられていた。
だが、自動車など交通機関に用いるには水の搭載量が過大であり、またエンジンが高性能化すると発熱量も高まることから冷却水が全て蒸発してしまうため、ガソリン自動車が生産されるようになった1890年代には、早くも実用性を欠くようになった。
その解決には、ラジエーターの利用によって冷却水を循環再使用させることが必要だった。
このため1890年代後半には、冷却フィン(ひれ)を設けたパイプをくねらせた原始的なラジエーターが、水冷エンジン自動車に装備されるようになった。
1900年には、ドイツのダイムラー社が開発した乗用車「メルセデス・シンプレックス」に、ハニカムラジエーターが採用された。
このラジエーターは、細い空気流路で形成された冷却コアを密集させて広い表面積を確保し、高い冷却効率を得るもので、原理的には1世紀以上を経た21世紀初頭に至っても、最も一般的なラジエーターの構造として踏襲されている。
エンジン動力の一部を利用して冷却ファンを駆動し、ラジエーターの放熱を促進する構造も、時を同じくして一般に広まった。
大型エンジンでも効率の良い冷却が可能であることから、20世紀初頭には水冷方式は自動車や船舶、定置動力用機関のもっとも有効な冷却手段として用いられるようになった。
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