再び注目？アンダースクエアエンジンとは

再び注目？アンダースクエアエンジンとは

寸法の定義

自動車の心臓部である原動機には、様々な種類がありますが、その中でも広く普及しているのが、ガソリンや軽油を燃料とする往復動内燃機関です。この原動機の性能を左右する要素の一つに、シリンダーの大きさ、つまり寸法が挙げられます。シリンダーの寸法は、内径（ボア）と行程（ストローク）の二つの数値で表されます。内径とはシリンダーの直径のこと、行程とはピストンがシリンダー内を上下する距離のことです。

この内径と行程の比率によって、原動機の特性は大きく変わってきます。行程が内径よりも長い原動機を、短い脚に胴長の体つきをなぞらえて「アンダースクエア原動機」と呼びます。ちょうど、背の高い細身のやかんなどの形状を思い浮かべると分かりやすいでしょう。

アンダースクエア原動機では、ピストンが上下に大きく動くため、燃焼室の形状を最適化しやすく、燃焼効率を高めることができます。また、行程が長いことでクランク軸の回転力が大きくなり、低回転域から高い力を得られます。これは、大きな荷物を積んだトラックや、力強い走りが求められるスポーツカーなどに適しています。

一方、ピストンの移動距離が長いため、原動機全体の高さはどうしても高くなってしまいます。また、内径が小さいため、一度に燃焼できる燃料の量も少なくなります。結果として、高回転域での出力はそれほど高くありません。

この寸法比は、行程を内径で割った値で表され、アンダースクエア原動機ではこの値が１よりも大きくなります。１よりも小さい場合はショートストローク原動機、等しい場合はスクエア原動機と呼ばれ、それぞれ異なる特性を持っています。原動機の設計者は、車両の用途や求められる性能に応じて、最適な寸法比を選び、原動機を開発しています。

名称の由来

自動車の心臓部である原動機、その中でも広く普及している種類のひとつに、火花点火原動機があります。この原動機には様々な種類がありますが、その中で「正方形より小さい」という意味を持つ、少し変わった呼び名を持つものがあります。これは、原動機の心臓部である気筒の形状から名付けられた「正方形より小さい原動機」のことです。気筒は、混合気を爆発させるための重要な部品であり、その断面形状が原動機の特性に大きな影響を与えます。

一般的に、気筒の断面は円形をしています。これを仮に正方形だと考えてみましょう。正方形の一辺の長さは、円の直径と同じになります。この直径を基準に、気筒内部で可動する部品である行程の長さを比較することで、原動機の特性を理解することができます。「正方形より小さい原動機」は、気筒の直径よりも行程の方が長いという特徴を持っています。図で表すと、正方形よりも縦に長い長方形のような形になります。これが、「正方形より小さい」という名前の由来です。

また、この原動機は、行程が長いことから「長い行程原動機」とも呼ばれます。長い行程は、燃焼室の容積変化を大きくし、低速回転域トルクを向上させる効果があります。そのため、大きな力を必要とする場面、例えば荷物を積んだトラックや、急な坂道を登る時などに力を発揮します。反面、回転数を上げるのが苦手という側面もあり、高速走行には向いていません。このように、「正方形より小さい原動機」は、その独特な構造から、特定の用途に適した特性を持つ原動機といえます。

過去の動向

自動車の動力は時代と共に大きく変わってきました。かつては、ゆったりとした回転で大きな力を生み出す「正方形に近いエンジン」が主流でした。これは、当時の工作機械の精度や材料の強度、更には潤滑油の性能などに制約があったため、高回転まで回すことが難しかったからです。そのような状況下では、低い回転数でも大きな力を出す設計が合理的でした。また、当時は大きな排気量から大きな力を得ることが重視され、燃費への関心はそれほど高くありませんでした。

しかし、時代が進むにつれて、車はより速く、より遠くへ走ることを求められるようになりました。それと同時に、燃費の良さも重要な要素となってきました。これらの要求に応えるために、エンジンの仕組みや形も変化していきました。より高回転で効率よく力を生み出す「縦長のエンジン」が登場し、主流となっていきました。高回転化によって大きな力を生み出せるようになったため、排気量も小さくなり、燃費向上にも繋がりました。一時期は、「正方形に近いエンジン」は姿を消しつつあるように見えました。

ところが近年、「正方形に近いエンジン」が見直されるようになってきました。最新の技術革新により、材料の強度や加工精度が向上し、高回転時の耐久性も確保できるようになったためです。また、過給機などの補助装置の進化も、「正方形に近いエンジン」の低回転域での力強さを更に高めることに貢献しています。低回転から大きな力を発生させる特性は、燃費効率の向上にも有効です。特に、街乗りなど、頻繁に停止と発進を繰り返す状況では、「正方形に近いエンジン」の方が燃費が良い場合もあります。更に、エンジンの小型化・軽量化にも繋がり、車全体の運動性能向上にも寄与します。このように、「正方形に近いエンジン」は、最新の技術と組み合わせることで、再び注目を集める存在となっているのです。

近年の復活

近年、自動車のエンジン形式で再び脚光を浴びているのがアンダースクエアエンジンです。このエンジン形式は、かつて主流でしたが、近年ではあまり見かけなくなっていました。しかし、近年の自動車を取り巻く環境の変化によって、再び注目を集めるようになっています。その理由の一つは、自動車のエンジンルームのスペースの有効活用です。近年の主流となっている前輪駆動車、特にエンジンを横向きに配置する横置き型エンジン配置の車では、エンジンルームのスペースが限られています。エンジンルームの奥行きは確保しやすい一方、エンジンの長さが長すぎると配置が難しくなります。そこで、全長が短いアンダースクエアエンジンが再び注目されているのです。アンダースクエアエンジンは、シリンダーの直径に対して、ピストンの上下運動の距離であるストロークが短いことが特徴です。このため、エンジン全体をコンパクトに設計することができます。限られたエンジンルームのスペースを有効に活用し、様々な機器を配置する上で、このコンパクトさは大きなメリットとなります。また、アンダースクエアエンジンは、エンジンの排気量を大きくする上でも有効な手段です。通常、排気量を大きくするにはシリンダーの直径を大きくする必要がありますが、アンダースクエアエンジンではシリンダーの直径を大きくせずにストロークを長くすることで、排気量を増加させることが可能です。つまり、エンジンの全長を大きく変えることなく排気量アップが可能となるため、限られたスペース内でより大きな出力を得ることができるのです。このように、アンダースクエアエンジンは、近年の自動車の設計思想に合致したエンジン形式として、再びその価値が見直されています。今後、更なる技術の進歩により、アンダースクエアエンジンはますます重要な役割を担っていくと考えられます。

利点と欠点

水平対向機関は、その独特の構造から生まれる長所と短所を持っています。まず、水平方向に配置されたシリンダーによって、重心が低くなることが大きな利点です。重心が低いと車の安定性が増し、カーブを曲がるときなどに車体が傾きにくくなります。まるで地面に吸い付くように安定した走りを実現できるため、スポーツカーや高級車など、走りの質にこだわる車に多く採用されています。また、シリンダー同士が互いに振動を打ち消し合うことから、振動が少ないことも水平対向機関の特徴です。エンジンが発生する振動は、乗り心地を悪くするだけでなく、車の部品にも負担をかけます。水平対向機関は振動が少ないため、滑らかで快適な乗り心地を提供できるだけでなく、車の耐久性向上にも貢献します。

一方で、水平対向機関には欠点も存在します。構造上、部品点数が多くなりやすく、製造コストが高くなる傾向があります。一般的な直列機関やＶ型機関に比べて、複雑な構造をしているため、製造に手間と費用がかかります。そのため、価格を抑えたい大衆車にはあまり採用されません。また、水平方向にシリンダーが広がっているため、エンジンルームの横幅が広くなってしまうことも欠点の一つです。限られたスペースにエンジンを収める必要があるため、車全体の設計に制約が生じることがあります。特に、小型車ではエンジンルームのスペースが限られているため、水平対向機関の搭載は難しい場合があります。このように、水平対向機関は優れた長所を持つ一方で、コストや設置スペースなど、いくつかの課題も抱えています。車を作る際には、これらの長所と短所を carefully に比較検討し、車種に最適なエンジンを選択することが重要です。

今後の展望

車は、私たちの暮らしになくてはならないものとなっています。これから先の車の発展について考えてみましょう。環境への配慮は、ますます重要になってきています。そのため、燃費を良くし、排気ガスを減らすことが強く求められています。車の心臓部であるエンジンは、より小さく、より軽くすることが大切です。

このような状況の中で、再び注目を集めているのが、アンダースクエアエンジンと呼ばれる種類のエンジンです。このエンジンは、長さが短く、排気量を大きくすることができます。排気量とは、エンジンが空気を取り込む量のことです。排気量が大きいほど、力強い走りを実現できます。アンダースクエアエンジンは、全長が短いので、車全体の設計の自由度を高めることにもつながります。

アンダースクエアエンジンは、近年の電動化技術との相性も良いと考えられています。例えば、電気で走るハイブリッド車や電気自動車に、アンダースクエアエンジンを組み合わせることで、より燃費が良くなることが期待されます。電気の力とエンジンの力を上手に組み合わせることで、環境性能を高めながら、力強い走りも実現できる可能性があります。

エンジンは、これからも進化し続けるでしょう。材料や製造方法の改良、コンピューター制御技術の進化など、様々な技術革新が期待されます。アンダースクエアエンジンも、これらの技術革新と共に、さらに進化していくと考えられます。より環境に優しく、より力強い、そしてより快適な車を実現するために、アンダースクエアエンジンは重要な役割を果たす可能性を秘めていると言えるでしょう。