内燃機関外燃機関違いからみるエンジン仕組み比較解説

内燃機関外燃機関違い

内燃機関と外燃機関の基本的な仕組みの違い

内燃機関と外燃機関の最も大きな違いは、燃料を燃焼させる場所と方法にあります 。内燃機関では、シリンダ内で燃焼がおこなわれ、その燃焼による膨張ガスがピストンの往復運動を生み出し、これを回転運動に変換して動力とします 。
参考）【自動車部品と制御を学ぶ】エンジンの種類・分類をわかりやすく…

 

一方、外燃機関では燃焼はシリンダの外部で行われ、発生する膨張ガスや蒸気をシリンダに導き、ピストンの往復運動を生み出します 。具体的には、外燃機関では空気と燃料によって得た熱を第二の流体へ伝えて、それで出力を得るという作動ですが、内燃機関では燃焼によって得た流体を直接作動流体として使います 。
参考）内燃機関 [JSME Mechanical Engineer…

 

燃料の種類についても大きな違いがあり、内燃機関は気体や液体の化石燃料のみに制限されますが、外燃機関は石油系燃料や石炭、天然ガス、太陽熱、地熱、海水の熱など多様な熱源を利用できます 。
参考）【熱機関】外燃機関と内燃機関の違いとは？ - エネ管.com

 

内燃機関の代表例とガソリンエンジンの特徴

内燃機関の代表的な例として、自動車のガソリンエンジンやディーゼルエンジンがあります 。ガソリンエンジンは4ストロークエンジンが一般的で、小型のため兵器や民間航空機、車のエンジンとして広く普及していました 。
参考）内燃機関 （Internal-combustion engi…

 

高速回転が可能な構造で、騒音・振動が少ないことも特徴です 。しかし、1気筒あたりの行程容積が600mlを超えると燃焼効率が悪くなることから、出力を上げるには気筒数を増やす必要があります 。気筒数を増やすことができればそれだけ出力を向上させることができ、エンジンの小型化と機体の設計のバランスが重要になります 。
参考）エンジン・機関（ガソリン、蒸気、ディーゼル）

 

現在のガソリンエンジンの最高熱効率は40～42%で、一般走行時の熱効率は運転条件により25～35%程度となっています 。
参考）燃焼速度と熱効率とは？燃焼速度は混合気の燃焼する速さ、熱効率…

 

外燃機関の蒸気タービンとスターリングエンジン

外燃機関の代表例としては、蒸気機関車（SL）に使われる蒸気機関や、発電所で使用される蒸気タービンがあります 。蒸気機関では、ボイラ内部で石炭を燃やし、その熱で水を加熱・沸騰させて蒸気を発生させ、その蒸気を動力部へ伝えてピストンを動かすことで車輪が回転します 。
参考）https://ameblo.jp/hyonsoo01/entry-12403576124.html

 

スターリングエンジンも外燃機関の一種で、外から熱エネルギーを得ることで動作します 。ヒータ（熱交換器）を介して外部から熱エネルギーを取り込んで作動流体を膨張させ、圧縮比を高くできないため同じサイズのガソリンエンジンと比較すると出力は低くなりますが、外部の多種多様な熱源から動力を生み出せるという特長があります 。
参考）https://www.yanmar.com/jp/about/technology/technical_review/2022/08_5.html

 

蒸気タービンは簡単に言えば蒸気を使ってタービンを回すだけなので、ガソリンエンジンなどのようにピストン方式の構造を採る必要がありません 。

内燃機関と外燃機関の熱効率と性能比較

内燃機関と外燃機関の効率面での比較では、それぞれに特徴があります。内燃機関は熱エネルギーを直接機械的なエネルギーに変換するため、燃料の燃焼に伴うエネルギーの損失が少なく、高い効率が得られます 。
参考）内燃機関と外燃機関の違いとは？種類や仕組みと将来性

 

外燃機関では熱エネルギーを利用して蒸気を生成し、その蒸気をタービンで回して発電機を駆動するため、エネルギー変換の段階が多く、一般的に内燃機関よりも効率が低いとされています 。しかし、外燃機関は大規模な電力生成に適しており、発電所や船舶の動力源として広く利用されています 。
自動車用で比較した場合、ガソリンエンジンよりも高速ディーゼルエンジンの方が熱効率が高くなっており、これは主に高速ディーゼルエンジンの方が圧縮比が高く、作動ガスも希薄で比熱比が高いためです 。
参考）ニュース

 

ガスタービン発電では発電効率が40%程度にとどまるのに対して、最新のコンバインドサイクル発電では60%程度の発電効率が達成されています 。
参考）ガスタービンとは？

 

内燃機関と外燃機関のメンテナンス性とランキンサイクル応用

エンジンの規模と構造の違いも重要な要素です。内燃機関はエンジンだけですべてが完結しており、作動流体を持たないため燃焼エネルギーをそのままエンジンに活用できます 。そのためエンジンが比較的小型でも高出力化が可能で、こういった特徴があるので自動車用には内燃機関が適しています 。
参考）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…

 

一方、外燃機関はエンジン本体の他に燃料を燃焼させるボイラーのような設備と、その両者間をつないで作動流体を行き来させる配管類が必要となります 。ボイラーが別にあることでエンジン全体の規模としては大型化することが多く、小型化するとそれだけ出力や効率が下がるため、どうしてもある程度の大きさが必要です 。
近年注目されているランキンサイクルシステムは、液体を熱源で加熱し、発生した蒸気でタービンを回し運動エネルギーに変換するもので、車載用の小さな火力発電所と考えることもできます 。このシステムは排熱エネルギーを回収して動力・電力に変換する技術として期待されています 。
参考）内燃機関超基礎講座