4サイクル・エンジンのしくみ：吸入・圧縮・燃焼・排気をクランク角で理解する

公開 2026-11-11

自動車のエンジンの多くは 4 サイクル（4 ストローク）です。ピストンが 4 回動く（クランクが 2 回転する）あいだに、吸入 → 圧縮 → 燃焼（膨張）→ 排気の 4 つの行程を 1 回ずつ行います。

4 つの行程

行程	ピストン	吸気バルブ	排気バルブ	起きていること
吸入	上死点 → 下死点	開	閉	ピストンが下がってシリンダ内が負圧になり、混合気（ガソリンと空気）を吸い込む
圧縮	下死点 → 上死点	閉	閉	混合気を押し縮めて、温度と圧力を上げる
燃焼（膨張）	上死点 → 下死点	閉	閉	上死点の少し前にスパーク・プラグが点火。燃えたガスがピストンを押し下げる（力が出るのはこの行程だけ）
排気	下死点 → 上死点	閉	開	燃えたガスを押し出す

1 つの行程はクランク角で 180°、4 行程で 720°（2 回転）です。

なぜカムシャフトは半分の速さで回るのか

各バルブは 1 サイクル（クランク 2 回転）に 1 回だけ開けばよいので、バルブを押すカムシャフトはクランクシャフトの半分の速さ（1 回転）で回ります。そのため、カムシャフトのタイミング・スプロケット（プーリ）の歯数は、クランクシャフト側の 2 倍になっています。

試験のポイント
カムシャフトの回転はクランクシャフトの 1／2。「2 倍で回る」とする選択肢は誤りです。

実際のバルブは「早く開いて遅く閉じる」

表では行程の切れ目でバルブが開閉するように書きましたが、実際の吸気バルブは上死点の少し前に開き、下死点を過ぎてから閉じます。空気には重さ（慣性）があるので、早めに開いて遅めに閉じると、より多くの混合気を入れられるからです。排気バルブも同じ考えで、下死点前に開いて上死点後に閉じます。そのため、上死点の前後で吸気・排気の両方が開いている時間（バルブ・オーバーラップ）ができます。→ バルブ・タイミングとオーバーラップ

4 シリンダにすると滑らかになる理由

1 シリンダでは、力が出るのは 720° のうち 180° だけです。4 シリンダにして 180° ずつずらして点火すると、いつもどこかのシリンダが燃焼行程になり、回転が滑らかになります。点火の順番（直列 4 気筒では 1-3-4-2 が多い）は点火順序の問題の解き方で詳しく解説しています。フライホイールは、燃焼と燃焼の間の回転のむらを、重さ（慣性）でならす役目をしています。

2 サイクルとの違い

	4 サイクル	2 サイクル
1 サイクルのクランク回転	2 回転	1 回転
燃焼の回数	2 回転に 1 回	1 回転に 1 回
吸排気	バルブで行う	シリンダ壁のポート（掃気・排気）で行う（小型のガソリン機関）
特徴	燃費・排出ガスに優れる	構造が簡単で軽いが、混合気の吹き抜けが起きやすい

2 サイクルの動きは、このアプリの2 サイクルエンジンの 3D で見られます。

3D で確かめる

このアプリの直列 4 気筒エンジンの 3D では、クランク角のスライダーを動かして、ピストンとバルブの動き、点火の時期を断面で確かめられます。ゆっくり再生すると、バルブが行程の切れ目より早く開き、遅く閉じる様子も分かります。

直列 4 気筒の 3D を開く →