自動車が進む仕組み

ガソリンを使ってどうやってタイヤを回して進む仕組みなのか、
小中学生レベルの知識でもわかるようなわかりやすい解説をお願いします。

No.1 ベストアンサー 回答者： oldrookie 回答日時： 2012/06/22 00:38

頑丈で大きな注射器の中でガソリンを爆発させたらどうなると思いますか？

ピストン(注射器の親指で押す部分)が勢い良く飛び出します。
それでは、その飛び出したピストンで自転車のペダルを押したらどうなりますか？
ひと漕ぎ分だけ前に進みます。
ものすごい速さで連続して爆発させれば自転車はものすごい勢いで前に進むでしょう。
エンジンも同じ原理です。

No.7 回答者： fxq11011 回答日時： 2012/06/24 02:06

(1)回転動力を取り出す方法

(2)走るための実際の工夫
(1)ガソリンと空気を一定割合で混ぜて十分気化させると、単に燃えるだけで無く爆発します。
その力でビストンを動かし、ハズミ車で回転に変えます（蒸気機関車の動輪がハズミ車に該当します）。
回転する力を歯車等を経由してタイヤを回せば走ります。
(2)ガソリンエンジンの始動は外から力を加えて回してやる必要が有ります、電気モーターはその必要が有りません、電気を流してやるだけでOKです。
最初からタイヤまで繋がっていると、車を押して走らせる必要が有ります、大変な力が必要になります。
最初はタイヤまで繋がす、エンジンだけを回して始動します。
始動してから、エンジン側で回る円盤とタイヤ側に繋がる止まった状態の円盤をゆっくり押しつけます、最初の内は滑りながら少しは回転が伝わります、最後、強く押しつけると滑ることなく回転が伝わります。
これで走り始めます（これがクラッチの働きです）。
エンジンの回転を上げるとタイヤの回転も速くなりスピードが出ます。
車は一旦走り始めると勢いで勝手に走るため、あとはそれほど大きな力が必要有りません。
そこで変速機（歯車の組み合わせ）でタイヤの回転数を変えずにエンジンの回転数を小さくする組み合わせにして走り続けます。
参考　トルク＝回転軸を回す力
モーターは停止している時のトルクが最大
ガソリンエンジンは相当高回転でトルク最大、始動直後＝アイドリングといいます、では最低です。
従ってモーターの時はクラッチは不要です。

No.6 回答者： sailor 回答日時： 2012/06/22 11:13

ごく一般的なガソリンエンジンの自動車について子供にもわかるようにできるだけ簡単に書いてみますね。

自動車が走る仕組みは大きく分けて二つの仕組みからできています。

まず一つ目はガソリンを燃やして力を作り出す部分で、エンジンですね。

ガソリンをただ燃やしても熱くなるだけでどこにも力なんか出てきませんね。そこで熱から力を得るための機械が必要になります。
エンジンはそれ自体の基本的な仕組みはとても簡単で、片方が閉じた筒の中にピストンを入れておいてその中でガソリンと空気を混ぜたものを燃やすというものです。先の方が言われている注射器を思い浮かべると判りやすいでしょう。さて、注射器の中にガソリンと空気を吸い込んで火をつけるとどうなるでしょうか？注射器のピストンが勢いよく飛び出すはずです。これはガソリンが燃えたときに出るガス（排気ガスですね）と熱で、注射器の中の気体の体積が急激に増えるためですが、ガソリンを燃やすことで力が出ることは確かだということが確認できるでしょう。ただ、このままでは実際に力として使うにはとても使いにくいですし、燃やすたびに注射器にガソリンと空気を入れるなんてこともできないですよね。このための機械と注射器にあたるシリンダーとピストンなどを組み合わせた物がエンジンです。実際には注射器のピストンの先にクランクシャフトという軸を取り付けておいて、ピストンがこれを押すと軸が回るようにしておきます。そして、ガソリンと空気を吸い込んだり、燃え終わった排気ガスを外に捨てたりするための弁が注射器の先に当たるところについています。この弁とピストンの動きをタイミングを合わせて動かすことによって、吸い込んで燃やして吐き出してということが繰り返し起こるようになっています。これが繰り返し起これば、軸は繰り返しまわされるので、エンジンは回り続け力を出すことができます。実際のエンジンでは吸い込んでそのまま燃やすのではなく、吸い込んだ後に圧縮といって、吸い込んだ空気とガソリンをぎゅっと押し縮めてやる作業があるのですが、これをやると出てくる力後ずっと大きくなるためです。実際にこれを実験するのは危険なのでやめてくださいね。

エンジンの動作アニメーションはこちらからどうぞ。http://ja.wikipedia.org/wiki/4%E3%82%B9%E3%83%88 …

次に出た力をタイヤまで伝えなければ自動車は走りませんね。これを受け持つのが変速機です。最近の自動車ではオートマチックが主流ですが、中身はたくさんの歯車からできています。何でこんなものがいるのでしょうか？エンジンが回っているのだからそのままタイヤにつなげてしまえば良いじゃないかと思うかもしれませんが、それでは困ったことが起こるのです。
エンジンの回転の速さは１分間に数千回転も回る速いものですが、自動車のタイヤはそんなに早く回ってしまっては困りますし、エンジンは回転の速さは速いのですがまわす力は自動車をそのまま進めるには小さすぎるのです。それに自動車が止まるたびにエンジンが止まってしまいますし、そのためにエンジンからの力をタイヤに伝えたり切り離したり、速過ぎるエンジンの回転を丁度よく調整して力を強くしてやらなければいけません。そこで変速機の登場です。変速機の中にはたくさんの歯車がはいっていますが、この歯車をうまく組み合わせる事で回る速さを調節したり、力を強くしたりできるのです。

実際にはエンジン側に小さな歯車をつけてタイヤ側に大きな歯車をつけると、回る速さは遅くなり力は強くなるのです。この組み合わせには決まりがあり、大きな方の歯車の歯の数と小さな方の歯の比率で決まります。たとえば大きな方の歯の数が１００で小さなほうが５０の組み合わせでは、回る速さは半分になり、その代わり力が２倍になるのです。これをうまく使えば自動車が走るスピードにあわせて、歯車の組み合わせを変えてやれば自由にスピードを変えたり、上り坂では大きな力が出せたりという事ができるようになります。そして変速機とエンジンの間にはエンジンからの力を切り離したり変速機に伝えたりするための装置がついています。最近のオートマチックの自動車ではトルクコンバーターという機械が間に入ってこの働きをしてますが、このトルクコンバーターは完全にエンジンの力を切り離す事はできないのですが、エンジンの回る速さが変ることで、変速機に伝える力の強さを変えることができる機械です。また、変速機側がとまってしまってもエンジン側がとまってしまうことがない仕組み（後で簡単な説明をします）になっています。人が自分で歯車の切り替えを操作するタイプの自動車ではクラッチという機械がついていて、エンジン側と変速機側にそれぞれ円盤がついていて、普段はこの二つの円盤がバネで強く押し付けられていて、二つがくっ付いて一緒に回るようになっています。クラッチペダルというペダルを踏むと、円盤を押し付けていたバネが押し戻され、円盤を押し付ける力がなくなり、エンジンと変速機は切り離された状態になりエンジンからの力は変速機に伝わらなくなります。

さて、さっき出てきたトルクコンバーターという機械ですが、簡単に言ってしまうと２台の扇風機を向かい合わせて、片方だけのスイッチを入れたときのような物です。このときスイッチが入っているほうがエンジン側でスイッチが入っていないほうが変速機側です。これは試してみれば判りますが片方の扇風機を回すと、もうひとつの扇風機もつられて回ることが判るでしょう。この仕組みを利用したものがトルクコンバーターです。実際には二つの羽根車以外にもうひとつ重要な働きをする羽根車があるのですが、この説明は小学生には少し難しいので省きますね。それからトルクコンバーターでは空気ではなくてＡＴＦと呼ばれる特別な油が入った中でエンジン側と変速機側の二つ羽根車が回っていてＡＴＦは羽根車を納めたケースの中を循環するようになっています。この仕組みであれば変速機側がとまってしまってもエンジンが止まってしまうことはないのがわかるでしょう。また、エンジン側の羽根車の回す速さを早くすると変速機側の羽根車に伝わる力が大きくなることも判ると思います。

さて、実際に自動車が走り出すときにはどういうことが起こっているのか下に書いてみますね。

１　自動車に乗り込みエンジンを掛けます。これで走るための力を出す用意はできました。
2　次に急に飛び出したりしないようにブレーキ踏んで、オートマチックならシフトセレクタをＤに入れます。
　　これでエンジンの発生した力をタイヤに伝える準備ができました。このときトルクコンバーターはエンジン側だけが
　　回っています。

　　手動式の場合はクラッチペダルを踏み込み変速機のレバーを　１段　に切り替えます。

3　オートマチックの場合はアクセルを踏み込むとエンジンの回転が速くなり、トルクコンバーターを通して変速機に伝わる
　　力強くなっていき車が動き始めます。

　　手動式のばあいは、アクセル踏み込みながらクラッチペダルゆっくりと放していきます。すると２枚の円盤が少しずつ
　　強く押し付けられていきエンジンの力が変速機に少しずつ強く伝わっていき、車がうごきだします。

4　オートマチックの場合はそのまま好みの速さになるまでアクセルを踏むだけで、歯車の組み合わせは自動的に
　　切り替わっていき、自動車の走る速さに一番良い組み合わせになるようになっています。

　　手動式では有る程度のスピードになったら、クラッチを踏んでエンジンの力を一度切ったところで、２段目の歯車に
　　シフトレバーで切り替えて、クラッチをはなして変速機にまたエンジンの力を伝えます。この操作を繰り返して３段目
　　４段目ときりかえていって、一番良い組み合わせを人が操作してやります。

ざっとこんなところですが、実際にはもっとたくさんの機械がなければ自動車をちゃんと走らせることはできません。たとえばディファレンシャルギアとかもとても大切です。これはカーブを曲がるときに内側と外側ではタイヤの転がる距離が異なるため、回転の速さに差が出るのですが、右と左のタイヤの回転の速さが違っていてもちゃんと力を伝える仕組みが必要ですね。これを行うのがディファレンシャルギアというちょっと複雑な歯車の組み合わせです。

それから、最近では変速機に歯車を使わない方式の自動車も多数あります。これらの多くはベルトを掛けた二つのプーリー（ベルト車のこと）を用いていますが、このプーリーとベルトにがちょっと特別な仕組みが回りながら二つのプーリーの大きさが変えらる（ベルトの掛かる位置が変るのでプーリー自体の大きさが変るのではないのですが）ようになっていて、歯車の組み合わせのように段階的ではなく連続的に比率を変えられるものもあります。最近よく耳にする言葉でＣＶＴというのがあるかと思いますが、これがＣＶＴなのです。ＣＶＴとは　Continuously Variable Transmission　の頭文字で日本語では無段変速機と呼ばれ連続的に比率が変えられる変速機という意味です。

そのほかにも新しい技術や、昔からあるものでもとても大切装置が多数あるのですが、まぁ、これだけは無いと走れない、ということでエンジンと変則と動力の断続装置についてのみ書いてみました。

No.5 回答者： fjdksla 回答日時： 2012/06/22 10:26

エンジンの仕組みは小中学生には分かりません。

もう少し大きくなって勉強すると分かります。
だからエンジンの構造を説明しても無理です。
・・・となると、説明としては、
エンジンと言うガソリンを燃料とする機会があります。とか・・・
このエンジンと言う機械で回転運動をさせることができます。
自転車の足こぎをする回転運動を、このエンジンにさせます。
自転車はタイヤが2つですが、車はタイヤが4つになっただけです。
うしろ2輪の3輪タイヤの自転車と同じような物です。

このくらいしか説明できません。

No.4 回答者： daibutu_puririn 回答日時： 2012/06/22 10:14

ガソリンを空気で薄めて火をつけると爆発します。

その爆発を狭いシリンダー(筒の部屋)で行い、
爆発の力でピストンを動かします。
ピストンの先はクランク形状により
直線的な運動を、回転運動に変えます。

ここだけは言葉では無理なので図解で
http://www.google.co.jp/imgres?imgurl=http://www …

エンジンから回転運動が得られますので、それを
ドライブシャフトなどさまざまな部品でタイヤが回転
する力に伝えていくわけです。
http://www.aisin-aw.co.jp/products/drivetrain/st …

No.3 回答者： chiha2525 回答日時： 2012/06/22 08:07

ガソリンの成分には水素が含まれています。

それと空気中に含まれている酸素とを使って、電気を作ることが出来ます。燃料電池といいます。
ちなみに水素供給はガソリンだけでなく、エタノールなど他のものも考えられています。

電気が出来れば電気モーターを回せますので、それでタイヤを回せます。

半世紀後には、このようになっていると思われます。

No.2 回答者： oo14 回答日時： 2012/06/22 00:48

ディムラーは当時危険すぎて使えない揮発性の高いガソリンにめをつけ、

鉄の箱の中で燃やしてその圧力でピストンを動かす装置を作り出しました。
ピストンでクランクを回転させることは蒸気機関で一般的に行われている技術でしたから、
ガソリンを気化させる機構と点火装置が胆だったと思われます。
ピストンの潤滑問題も難問だったと思われます。
どう考えたって外燃期間のほうが簡単な構造です。薪や石炭が使えますし、
ボイラーでタービンを回すとかの方法もあります。
スターリングエンジンもあります。
でも、そこから内燃機関が安くてパワーがある小型機関の主人公になりました。
自動車がその最たるものです。
でも、神様だったら、あんな不細工なものは気持ち悪くて創造できなかったでしょうね。
丸い車輪で地面を蹴飛ばして前進するとか、カーブをまがるときのみっともないしぐさ。
だいたい直線運動を回転運動に変えるという信じられないほどの効率の悪さ。
いまどきの小学生はあんなものの知識を得ないほうがよいとおもいますね。
というわけで、メカが書いてあるカタログなど皆無ですし、雑誌でもそんな解説をするような本は
さっぱり売れません。
知らないほうが幸せです。知れば人類に絶望するだけです。