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Q1．4ストロークエンジンの1気筒が4行程を1巡する間、クランクは何回転する？

答え：2回転

1行程で約180°、4行程で720°です。この1巡の中で、1気筒の出力行程は1回です。

本文で確認：4サイクルとは、クランク2回転で1巡すること

Q2．基本模型の圧縮行程で、ピストンと弁の状態は？

答え：ピストンが上がり、両方の弁が閉じる

混合気を閉じ込めたままピストンが上がり、燃焼室の容積が小さくなることで圧縮します。実機の弁時期は模型より複雑です。

本文で確認：圧縮：両方の弁を閉じて押し縮める

この2問だけで理解全体や実技能力は判定できません。実際の運航判断には使わず、本文の前提・例外も確認してください。


エンジンは、シリンダの中で燃料と空気のエネルギーを回転力に変えます。ですが「吸気・圧縮・燃焼・排気」を言葉だけで覚えると、ピストン、弁、クランクの動きがつながりにくいかもしれません。

この記事では、火花点火式の航空用ピストンエンジンを、まず1気筒の断面で学び、次に水平対向4気筒へ広げます。3D教材を止めたり回したりしながら、各行程を追ってください。

まずは1気筒を動かしてみる

モデルはドラッグで回転、スクロールで拡大・縮小できます。「一時停止」を押してから下のスライダーを動かすと、クランクが720°回る間にピストンと弁がどう変わるかを追えます。色は、水色が吸気、青紫が圧縮、オレンジが燃焼・膨張、淡い赤が排気です。

教材を別画面で開く

最初は「吸気」「圧縮」「燃焼・膨張」「排気」のボタンを順に押し、各行程で①ピストンの向き、②開いている弁、③気体の動きを確認してみてください。弁とピストンの関係が見えたら、再生して4行程を続けて観察します。

4サイクルとは、クランク2回転で1巡すること

ここでいう「1行程（ストローク）」は、ピストンが上死点から下死点、または下死点から上死点へ移動することです。1行程の間にクランクシャフトは約180°回ります。吸気・圧縮・燃焼（出力）・排気の4行程で180°×4＝720°、つまりクランク2回転。この1巡の中で、1気筒の出力行程は1回です。

上死点はピストンが最も上にある位置、下死点は最も下にある位置です。教材の角度表示とスライダーを見ながら、ピストンの向きが各180°の境目で切り替わることを確かめてください。

吸気：ピストンが下がり、混合気を取り込む

吸気行程では吸気弁が開き、ピストンが上死点から下死点へ下がります。シリンダ内に空間ができ、燃料と空気の混合気が流れ込みます。排気弁は閉じています。教材では水色の粒子が吸気側からシリンダへ進みます。

圧縮：両方の弁を閉じて押し縮める

次に吸気弁が閉じ、ピストンが下死点から上死点へ上がります。両方の弁が閉じているため、取り込んだ混合気は狭くなる燃焼室に閉じ込められ、圧縮されます。教材では、ピストンの上の空間が小さくなる様子を見てください。

燃焼・膨張：ピストンを押し下げ、回転力を生む

上死点付近でスパークプラグが点火し、混合気が燃えます。燃焼によってシリンダ内の圧力が高まり、ピストンが下へ押されます。この力がコンロッドを通じてクランクに伝わり、回転力になります。4行程のうち、エンジンが回転力を生み出す中心となる行程です。

排気：ピストンが上がり、燃焼後のガスを押し出す

排気弁が開き、ピストンが下死点から上死点へ戻ります。燃焼後のガスは排気側へ押し出され、次の吸気に備えます。教材では淡い赤の粒子がシリンダから外へ向かいます。ここまででクランクは2回転し、再び吸気行程へ入ります。

4気筒では、出力する気筒が順番に変わる

1気筒の動きが分かったら、4気筒の全体像を見てみましょう。水平対向エンジンでは、クランクケースの左右に気筒が向かい合います。下の模型は左右に2気筒ずつを配置し、4気筒が共通のクランクを回す関係を示しています。

「一時停止」で止めてから、0°・180°・360°・540°のボタンを順に押してください。出力行程を担当する気筒がAからDへ移り、同じ瞬間にほかの気筒では吸気・圧縮・排気が進む様子を比べられます。気筒を選ぶと、その行程と弁・点火の状態が表示されます。

4気筒教材を別画面で開く

この4気筒模型のA〜Dは学習用の記号です。180°間隔で出力が受け渡される関係を示すためのモデルであり、特定の航空機エンジンの気筒番号や点火順序を表していません。

観察したあとに答えてみよう

  1. ピストンが上がる行程は、圧縮と排気のどちらでしょうか。開いている弁で見分けられますか。
  2. 両方の弁が閉じている行程は、どれでしょうか。
  3. 燃焼の力は、どの部品を通ってクランクの回転になりますか。
  4. 4気筒模型で気筒Aが出力中のとき、ほかの3気筒も同じ行程でしょうか。

答えは、①どちらもピストンが上がり、圧縮では両弁が閉じ、排気では排気弁が開く、②圧縮と燃焼・膨張、③コンロッド、④同じ瞬間でも気筒ごとに異なる行程、です。動きが曖昧なら、教材を止めて行程ボタンを押し直してみてください。

この模型で簡略化したこと

実機では、吸排気弁の開閉や点火は行程の境目と完全には一致しません。点火時期は上死点より前に設定されることがあり、弁の開閉時期にも重なりがあります。この教材はまず4行程の基本的な関係をつかむため、弁と点火を単純化しています。特定機種の構造や整備値を示す模型ではありません。

4行程に加えて機体の系統を学ぶときは、エンジンの冷却・潤滑と異常燃焼へ進めます。

1気筒の模型で「ピストンの往復がクランクの回転になる」関係を確かめ、4気筒の模型でその動きが時間をずらして重なる様子を見てください。4気筒模型のクランクピン形状や弁の表現も模式的なものです。

別の形式のエンジンと比べたい場合は、ターボファンエンジンの基本で空気の流れと推力の関係を確認できます。

参考資料：FAA Pilot’s Handbook of Aeronautical Knowledge, Chapter 7: Aircraft Systems、FAA Aviation Maintenance Technician Handbook – Powerplant, Chapter 1: Aircraft Engines。本文は火花点火式4ストロークエンジンの基本動作を説明しています。実際の機体では使用機の資料を確認してください。