現在ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなど内燃機関はさまざまな種類がありますが、その一つに「グローエンジン」というものがあります。
一般的な用途では使われないエンジンですが、特定の用途については未だ現役です。
今回はそんなグローエンジンについてご説明しましょう。
グローエンジンとは
グローエンジンはピストンとシリンダーを使うレシプロエンジンの一種類で、「グロープラグ」という部品を持つことが特徴です。
レシプロエンジンとは？種類は？仕組みや構造まですべて解説！グロープラグはエンジンの点火機構と始動機構を兼ねた部品で、それ以外はガソリンエンジンやディーゼルエンジンと大差はありません。
ガソリンエンジンとディーゼルエンジンの違い3つ！比較すると熱効率や寿命が全然違う？！まずグロープラグの構造や使い方などをご説明していきましょう。
グロープラグの役割
グロープラグは電熱線によって発熱する構造を持つ部品で、エンジンのシリンダー上部に取り付けられます。
ガソリンエンジンであればスパークプラグのある位置に設置されます。
ガソリンエンジンのメリット3つとデメリット5つ！仕組みと将来性の特徴を解説！グロープラグの役割は2つありますが、どちらも燃料を点火することを目的としており、「熱面着火」という方法での点火を行います。
熱面着火とは高温になったものに燃料と空気の混合気が触れることで発火することで、火種がなくても温度だけで点火できます。
グロープラグはこの現象をシリンダー内に飛び出した電熱線で行っており、これにより次の2つの役割を果たします。
グロープラグでのエンジン始動
エンジンにおいてグロープラグの最初の役割はエンジンを始動させることで、バッテリーなどからの電気をグロープラグの電熱線に流すことで燃料と空気の混合気に熱面着火をします。
グローエンジンの始動方法ですが、始動時にスタートボタン、イグニッションボタン等を押すことでグロープラグが赤熱化します。
その状態でエンジンのクランクを回転させると、空気と燃料の混合気がエンジンの内部に取り込まれ、圧縮され、点火されることでエンジンが始動します。
自動車などではスターターモーターによって始動しますが、これはクランクシャフトを回しているのと同じことであり、小型エンジンの用途の多いグローエンジンでは手で回すことがほとんどです。
またガソリンエンジンはスパークプラグの電気火花で点火しているところを、グローエンジンではグロープラグが行います。
ここまでは基本的にはガソリンエンジンなどと同じことを行っているわけですが、大きく違うのはこの後です。
エンジン稼働時のグロープラグ
ガソリンエンジンは始動後も常にスパークプラグで点火を行っていますが、グローエンジンの場合始動後にはグロープラグに電気を送りません。
ではどうやって始動後に点火しているのかというと、エンジン内の熱そのものをグロープラグで保持することで継続的な稼動を行います。
エンジン内部では燃料の爆発的な燃焼により、常に高温の状態となります。燃料の種類にもよりますが、数百度から高いものでは千度近い温度にもなります。
グロープラグはこのときの熱エネルギーを電熱線に受けることで常に高温の状態を保っており、その熱によって熱面着火を行っています。
つまりグローエンジンは始動時以外は電源が不要であり、一度始動したら燃料が続く限りは動き続けることができるのです。
ガソリンエンジンなどは常に電源が必要なので、このあたりがグローエンジンの大きな特徴となります。
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グローエンジンの構造と特徴
グローエンジンはグロープラグを使うこと以外はガソリンエンジンと同じような構造を持っており、ガソリンエンジンよりもシンプルでコンパクトにまとめることができます。
グローエンジンの基本構造
グローエンジンもレシプロエンジンですので、シリンダー内にピストンがあってピストンが上下することで出力を生み出します。
ピストンを動かす動力は燃料の燃焼エネルギーであり、ピストンで燃料と空気の混合気を圧縮後に点火、その燃焼エネルギーを活用します。
グローエンジンの場合は熱面着火であり、圧縮して温度が上がることで着火しやすくなることを利用しています。
その混合気を作るためには燃料を気化しなければならず、グローエンジンではその機構にキャブレターという機械式の気化器を使います。
自動車用のガソリンエンジンでは電子制御の噴射装置が一般的ですが、グローエンジンではそこまでのものは必要ありません。
とはいえ結構精密な部品ですので、グローエンジンの構成部品の中では一番複雑といえるでしょう。
グローエンジンの構成部品はこのぐらいであり、とくに点火系と始動系がグロープラグだけで済みますので非常にコンパクトなエンジンが実現できます。
前述したように始動以外に電源が不要なのもそれを助けています。
グローエンジンの特徴
グローエンジンはその特徴を活かして小型のエンジンを作ることに向いており、ガソリンエンジンの限界よりさらに小型のエンジンを実現できます。
ガソリンエンジンはさまざまな複雑な部品が必要なのでどこまでも小型化はできず、せいぜい20ccが限界と言われています。
それ以下では点火系がシンプルなグローエンジンの世界となり、さらに小型のエンジンでも実現が可能です。
ただしエンジン出力に関してはガソリンエンジンより効率が悪く、燃料の異常燃焼(ノッキング)を防ぐためにも圧縮比を低めに設定しなければならないのがその原因です。
圧縮比を上げるとエンジン効率は上がるのですが、高い圧縮で高温になった混合気はグロープラグがなくても点火するようになってしまうのでコントロールできなくなってしまうのです。
そのため比較的低い出力のエンジンしか実現できず、パワーでは同排気量のガソリンエンジンには及びません。
このグローエンジンの特徴を活かせる分野が模型の分野であり、後述するように昔からグローエンジンの独壇場です。
グローエンジンの燃料
グローエンジンは後述するように模型用として主に使われており、燃料はガソリンなどより気化しやすく点火しやすいアルコール系燃料が使われています。
内燃機関の燃料は気化して空気とうまく混合することが重要で、ガソリンエンジンもディーゼルエンジンも燃焼効率をあげるためにさまざまな技術を使って混合気の生成を重要視しています。
内燃機関の種類と仕組み/構造！外燃機関との違い4つと類似点4つ！将来性あり？！ディーゼルエンジンとは？仕組み/構造を簡単にわかりやすく解説！ですが小型エンジンでは大型エンジンより気化しやすい燃料のほうが良く、また小型エンジンのためガソリンよりエネルギーの少ないアルコール系燃料でも十分な出力が得られます。
またグローエンジンの燃料にはエンジン内部の潤滑用オイルが混合してあり、ひまし油などの植物系天然オイルか、専用の合成オイルを使います。
燃料と一緒に空気と混合され、それをシリンダーに取り込むことでピストンとシリンダー間の潤滑をしています。
燃料の点火によってオイルも一緒に燃焼するため、排気ガスは独特な匂いがし、また燃え残ったオイルも一緒に排出されています。
ですが最近ではガソリン用のグローエンジンも登場しており、より高出力なエンジンもグローエンジンで実現できています。
グローエンジンの歴史
グローエンジンがいつ頃誕生したははっきりしませんが、グローエンジンと同様の点火機構の焼玉エンジンが1891年に開発されたので、歴史はかなり古いエンジンと言えます。
焼玉エンジンとは？構造/仕組みの特徴！船やバイク、自動車に搭載？！グローエンジンは1930年ごろには模型用の動力として広く使われており、とくに模型飛行機の分野では当時唯一の動力源でした。
いまでこそ模型にはモーターとバッテリーが一般的になっているものの、当時はまだ模型に使えるほどのものはなく、エンジンのほうがよかったのです。
1930年頃といえば飛行機が実用化されて性能競争をしている時代であり、模型飛行機も今以上に熱狂的だったのです。
なんと当時のニュースの記録動画がYoutubeに投稿されていたので、ぜひご覧ください。
1980年以降もグローエンジンは模型用エンジンとして変わらず人気であり、飛行機に加えてラジコンカーやヘリコプターなどにも使われました。
このころだとバッテリーとモーターによる電動動力も十分実用的でしたが、それでも高い出力と長い稼働時間はやはりエンジンのほうが優秀でした。
ラジコンカーはともかく飛行系の模型にはこの頃でもグローエンジンがベストだったのです。
しかし近年リチウムイオンバッテリーなどの大容量で軽量な電源が実用化されたことで、飛行機やヘリコプターの模型にもモーター動力が増えてきています。
グローエンジンはそれに押されるように少しずつ減っているのですが、模型の世界では決して効率だけで決まるわけではありませんので、グローエンジンはまだまだ残っていくでしょう。
なにより小型でちゃんとエンジンとして動くというのは模型としても面白く、グローエンジンならではの魅力と言えます。
グローエンジンの用途
グローエンジンは前述で触れたように模型用のエンジンが主要な用途で、20cc以下という非常に小排気量のものです。
とはいえ主流なのはもっと小さな5cc前後のものが多く、それでも模型用としてはしっかりした出力が得られます。もっと小さなものでは0.2ccというものもあり、大きさはさまざまです。
実際これぐらい小型のエンジンだと他形式のエンジンでは構成要素を成立させるのが難しいのですが、非常に単純で部品点数の少ないグローエンジンだからこそ、これほど小排気量のエンジンも実用化出来ています。
また模型以外にも教材用の小型エンジンや、エンジン自体を作ることが目的のキットなど、さまざまな面でグローエンジンが活用されます。
手のひらに乗るサイズでありながらしっかり実用できるエンジンですので、子供から大人まで心をくすぐられるのがグローエンジンなのです。
なおほかのエンジンについては以下の記事で取り上げているので、興味のある方はこちらもあわせて参考にしてみてください。
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