この用語のポイント
簡単にいうと…
ガソリンエンジンとは
気化した燃料と空気を機構内部で混ぜ、着火させることで得た燃焼の勢いで、運動エネルギーを直接的・継続的に取り出す
技術個体です。
詳しくいうと…
コンビニのパンを電子レンジで温めると、袋がぱんぱんに膨らみます。
これは気体分子が熱エネルギーを加えられ、袋内部で活発に運動するため起こります。
ガソリンエンジンも、このような熱→膨張→運動を何度も何度も繰り返しています。
ではさっそく、自動車に搭載されたガソリンエンジンを始動させて、その様子を見てゆきましょう。
⓪始動
車に乗り込み、鍵を回します。
セルモーターという小型の駆動機械が、バッテリー電源を利用してクランクシャフト（回転軸）を一生懸命回転させます。
クランクシャフトが回転することで
それと連接しているピストンも、上下に動き始めたようです。
(ピストン)(ピストン)
｜ |
(セルモーター)＿|￣｜＿｜￣｜＿… ←この凸凹横棒がクランクシャフト！
なおcrankは「風変わりなひと」、shaftは「機械の回転軸」です。
以下、シャフト（回転軸）と呼びます。
①吸気
シャフト（回転軸）が回ると、まず、ピストンの位置が下がります。
このタイミングで、図の右上にある吸気弁がちょっとずれて、
外部の空気がエンジン内部へと入り込んできました。
このとき、燃料（ガソリン）も、気化された状態で空気と一緒に入ってきます。
吸入空気の中へ燃料を混ぜる部品はインジェクタと呼ばれます。図右上の？マークの部品です。
この段階で、シリンダー（ピストンが往復運動する筒）内部はいつでも引火される結構危ない環境になりますが、厚く覆われているので安心です。
②圧縮
シャフト（回転軸）の回転運動はまだ終わっていません。
さらに回り続けて、次にピストンは持ち上がります。
このシリンダー内部は密封状態のため、ピストンが下から迫ってきても、空気-燃料の混合気体に逃げ場はありません。どんどん体積が圧縮されてゆきます。
ついにこのタイミングで、点火プラグ（図中の？マーク部品）が電流を流し、火花を散らせます。
③燃焼／膨張
燃料の充満した気体中で散らされた火花は、またたく間に燃え広がります。
冒頭で触れたように、物質は熱くなるとその体積を膨張させます。
この膨張する運動エネルギーをまともに受けたピストンは、たまらず下部へと押し戻されます。この動きに連動して、シャフト（回転軸）も回ります。
さて、これまでは、セルモーターの頑張りのおかげでシャフト（回転軸）が回り、ピストンが上下運動していました。
ですがこの燃焼と膨張運動のタイミングで、はじめてガソリンエンジンは、自発的に運動エネルギーを生み出すことになります。みずからシャフト（回転軸）を回すのです。
④排気
シャフト（回転軸）の回転はまだ終わりません。というより、終わらせてもらえません。
さらに回ると、ピストンがまた上部へと押し上がります。
このとき、ちょうど左上の排気弁がずれて、シリンダー内部に溜まっていた燃焼後の気体が排気孔に逃げ場を求めて出てゆきます。自動車の排気筒から出てる白い煙の正体です（燃焼後なので、二酸化炭素などがいっぱいです）。
ピストンとつながっているクランクシャフトが２回転するあいだ、このカムシャフトが１回転して、弁の位置をタイミングよくずらしてくれます。
止まらないピストン
以上が、レシプロエンジンの１サイクル―吸気→圧縮→燃焼・膨張→排気―です。
最後の排気後も、シャフト（回転軸）はそのままの力で回り続けることになるため、
この１サイクルが何度も何度も繰り返され、車のタイヤを回す力がつねに取り出され続けます。
ブレーキペダルを踏むと、このエンジンにつながるシャフト（回転軸）と、タイヤとの間に、隙間が生まれます。つまり、ブレーキを踏んでいる間中、エンジンのこの運動エネルギーはカラカラと空回りすることになり、車は暴走しないのでご安心ください。
あとは、セルモーターの助けを借りなくとも、シャフト（回転軸）は回り続け、燃焼は何度も繰り返され、ピストンは何度も上下運動を行ないます。外部の補助に頼らない、エンジン内部の自発的なサイクルに入るわけです。
たとえばコマは、最初に手で回してあげても、そのうち失速しますが、その回転するコマに、定期的に回す力が加え続けられ、コマがずっと回り続けるイメージです。つまり、止まりません。
反復になりますが、なぜ止まらないかというと、回転する過程のなかに、回転を維持する工程が含まれているためです。
シャフト（回転軸）が１回転するのに0~360度の全角度を踏破して、それをこれまでの４つの行程に分割してまとめてみると…
0～180度（1回目）の過程：吸気
180～360度（1回目）の過程：圧縮
0～180度（2回目）の過程：燃焼・膨張 ←ピストンに上下運動を加えている行程
180～360度（2回目）の過程：排気
…はい、上から三つ目の過程で、ピストンが動かされているので、ピストンに連動しているシャフト（回転軸）も回り続けるわけです。そしてシャフトも回り続けるから、ピストンの上下運動も止まらず、吸気に始まる次のサイクルを延々と繰り返し、延々と運動エネルギーをシャフトへ伝え続けます。
工夫に富んだ、よくできた仕組みですよね。
・また、このときピストンがシャフトで生み出す回転運動は、そのままピストン自身を上下運動させる起動力にもなる。なので①～④の行程は失速なく繰り返し続ける
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つまり…
ガソリンエンジンとは
反復し続ける吸気→圧縮→燃焼・膨張→排気→…のサイクルにより、ピストンの上下運動、シャフトの回転運動（それによるピストンの再上下運動）を生み出しつづける
技術個体ということです。
金属製のピストンを動かすほどの燃焼、と言われてもピンとこんが、Youtubeでその迫力をみると納得してしまうわい！
歴史のツボっぽくいうと…
1509年 イタリアのレオナルド・ダ・ヴィンチが無圧縮式内燃機関を構想する。
1673年 オランダのホイヘンスが無圧縮式内燃機関を構想する。
17世紀 イギリスの発明家モーランドが、火薬を用いた送水ポンプを駆動させる
初の原始的な内燃機関を発明する。
1879年 ドイツのカール・ベンツが、４ストローク機関を設計し、
これを動力とした自動車を製造する。
<参考文献>(2018/08/31 visited)
