エンジン | クルマのAtoZ

車の静音化：覆い隠す技術

車は、走るためにエンジンを動かす必要があります。このエンジンは、燃料を燃やして力を出す仕組み上、どうしても大きな音が出てしまいます。この音を小さくすることは、運転する人や周りの人にとって、とても大切なことです。静かな車は、快適な運転を味わえるだけでなく、周りの住民への迷惑も減らすことができます。しかし、エンジンの音を小さくすることは、実は簡単なことではありません。音を小さくするには、エンジンを何かで囲ってしまうのが一番効果的ですが、そうすると今度はエンジンの熱がこもってしまい、エンジンの働きが悪くなってしまうのです。音と熱、この相反する二つの問題を同時に解決することが、騒音対策の難しさなのです。音を小さくするためには、まず音の発生源を特定し、その部分に防音材を取り付けるという方法があります。防音材は、音を吸収したり、跳ね返したりする特別な素材でできています。例えば、エンジンルームの内側や、車の床などに防音材を敷き詰めることで、音を車内に伝わりにくくすることができます。また、マフラーの中に、音を吸収する構造を設けることで、排気音を小さくすることもできます。しかし、防音材をたくさん使うと、どうしても車の重さが増してしまいます。車の重さが増えると、燃費が悪くなってしまうため、できるだけ軽く、それでいて効果の高い防音材を選ぶ必要があります。また、エンジンの熱を逃がす工夫も必要です。例えば、エンジンルームに空気の通り道を作ることで、熱を効率的に外に逃がすことができます。この時、空気の通り道が騒音の通り道にならないように、空気の流れを工夫したり、遮音材を併用するなどの工夫が凝らされています。このように、車の騒音対策は、音と熱、そして燃費という、様々な要素を考慮しながら行う必要がある、とても難しい技術なのです。車の開発者は、これらの要素の最適なバランス点を見つけるために、日々研究開発に取り組んでいます。

2024.12.16

環境対策

エンジンの隠れた力：サイドスラストを理解する

車はエンジンで動きますが、その心臓部で起きている力の働きについてお話します。よく耳にする出力以外にも、様々な力が働いており、その一つが横向きの力、すなわち「サイドスラスト」です。エンジンの中には、ピストンという部品がシリンダーという筒の中を上下に動いて力を生み出しています。このピストンは、単に上下に動くだけでなく、シリンダーの壁にも力を加えています。この壁を押す横向きの力が、まさにサイドスラストなのです。サイドスラストは、エンジンの回転を速くする力には直接関係していません。しかし、エンジンが長く使えるかどうか、そしてどのくらいスムーズに動くかには、大きな影響を与えます。サイドスラストの向きと大きさは常に一定ではなく、エンジンの部品であるクランクシャフトという軸の回転に合わせて変化します。さらに、エンジンの回転数や車の走る速さ、積載量などによっても変化し、回転数が速く、負荷が大きいほど、サイドスラストも大きくなります。このため、高い性能を持つエンジンでは、サイドスラストによる悪影響を抑えるための工夫が特に重要になります。例えば、ピストンやシリンダーの素材を工夫したり、潤滑油の性能を高めたりすることで、サイドスラストによる摩擦や摩耗を減らし、エンジンの寿命を延ばし、スムーズな動きを保つことができるのです。サイドスラストは目に見えませんが、車の性能を左右する重要な要素の一つなのです。

2024.12.16

エンジン

忘れられた点火調整：ドエルアングル

車は、ガソリンと空気を混ぜたものに火をつけることで動力を生み出します。その火をつけるタイミングを細かく調整するのが点火装置です。昔は、この点火装置の重要な調整要素として「 dwell 角」（ドエル角）というものがありました。dwell 角とは、点火装置の中にある部品（ポイント）が接触している時間のことで、この時間が適切でないと、エンジンがスムーズに動かなかったり、十分な力が得られなかったりしました。　dwell 角の調整は、機械式の分配器を使っていた時代のエンジンにとって、とても重要な作業でした。点火装置の中心には、イグニッションコイルという部品があります。これは、電気をためて高い電圧に変える装置です。そして、分配器は、この高い電圧をそれぞれの気筒（エンジンの部屋）に順番に送る役割を担います。dwell 角は、このイグニッションコイルに電気をためる時間を決めていました。dwell 角が小さすぎると、イグニッションコイルに十分な電気がためられず、火花が弱くなってエンジンの力が弱くなります。反対に、dwell 角が大きすぎると、イグニッションコイルやポイントが過熱してしまい、故障の原因になります。しかし、現代の車では、コンピューターを使った電子制御が主流となり、機械式の分配器やポイントはほとんど使われなくなりました。電子制御によって、dwell 角の調整も自動で行われるようになり、私たちがdwell 角について意識することはなくなりました。dwell 角という言葉を知る人は少なくなりましたが、かつてはエンジンの調子を整える上で欠かせない要素でした。エンジンの仕組みや歴史を理解する上で、dwell 角は重要な知識と言えるでしょう。点火装置の進化の歴史を知ることで、現在のエンジンの技術の素晴らしさをより深く理解することができます。

2024.12.16

エンジン

蒸気タービン：動力の源

蒸気タービンは、高温高圧の蒸気の力を使って回転運動を生み出し、様々な機械を動かす装置です。その仕組みは、まるで風車の羽根に風が当たって回るように、蒸気の勢いを回転力に変換するところにあります。まず、ボイラーなどで発生させた高温高圧の蒸気は、噴射口と呼ばれる狭い通路を通って勢いよく噴き出されます。この噴射口は、蒸気の進む向きを適切に調整し、速度を上げるための特別な形をしています。この過程で、蒸気が持っていた熱のエネルギーは、勢いのある運動のエネルギーに変換されます。次に、勢いよく噴き出した蒸気は、タービンの中にある羽根車にぶつかります。羽根車は多くの羽根を円形に並べた構造で、蒸気が当たると風車のように回転を始めます。この羽根の形状も、蒸気の力を効率的に回転力に変換するために、重要な役割を果たします。羽根の微妙なカーブや角度によって、蒸気の勢いを最大限に利用し、滑らかに回転するように設計されています。こうして回転する羽根車は、繋がっている軸を回し、その回転力は発電機や船舶のスクリューなどを動かす動力源として利用されます。水力発電では水が、風力発電では風が担っている役割を、蒸気タービンでは蒸気が担っていると言えるでしょう。蒸気タービンは、火力発電所や原子力発電所で電気を作り出すためにも使われています。これらの発電所では、燃料を燃やしたり、原子力の反応を利用したりして高温高圧の蒸気を発生させ、タービンを回して発電機を駆動しています。また、大型船舶の推進機関としても使われ、私たちの生活を支える重要な動力源の一つとなっています。

2024.12.16

その他

車の冷却の仕組み：密閉式ラジエーター

車は、心臓部であるエンジンを動かすことで、たくさんの熱を発生させます。この熱をうまく処理しないと、エンジンが熱くなりすぎて、オーバーヒートという状態になり、故障の原因となってしまいます。そのため、エンジンを冷やす冷却装置がとても大切です。密閉式の冷却器は、この冷却装置の最も重要な部品の一つと言えるでしょう。密閉式の冷却器は、その名前の通り、密閉された構造をしています。エンジンを冷やす水を循環させて、エンジンの熱を吸収し、外に逃がすことでエンジンを冷やします。以前使われていた開放式の冷却器とは違い、密閉式の冷却器は冷却水が外に漏れにくいという利点があります。また、冷却する力も高いのです。密閉式の冷却器が冷却水を漏らさない秘密は、冷却装置にかかる圧力にあります。装置内の圧力を高くすることで、水の沸点を高くすることができるのです。水は温度が上がると沸騰して蒸気になりますが、圧力を高くすると、より高い温度で沸騰するようになります。つまり、密閉式の冷却器は、高い温度になっても冷却水が蒸気になりにくいので、より効率的にエンジンを冷やすことができるのです。さらに、冷却水が外に漏れにくいので、冷却水の補充の手間も省けます。これは、車の維持管理を簡単にする上で大きなメリットです。また、冷却水の減少によるオーバーヒートのリスクも減らすことができます。密閉式の冷却器は、エンジンの性能を維持し、車の寿命を長く保つために、とても重要な役割を果たしていると言えるでしょう。

2024.12.16

エンジン

車の快適な始動を支える技術：ファーストアイドル

車を走らせるためにエンジンを始動させると、最初はエンジンの回転数が通常よりも高くなります。これは「早回転」と呼ばれる制御が働いているためです。この早回転は、エンジンが冷えている状態から温まるまでの間、様々な重要な役割を果たします。まず、エンジンを始動させた直後は、エンジン内部の温度が低いため、燃料と空気の混合気がうまく燃焼しないことがあります。早回転にすることで、より多くの空気をエンジン内部に取り込み、燃焼を安定させます。これにより、エンジンがスムーズに始動し、急に回転が止まってしまうことを防ぎます。次に、エンジンが冷えている時は、エンジンオイルの粘度が高く、各部品の動きが鈍くなります。早回転によってエンジンオイルの循環を促進し、油膜を素早く形成することで、エンジン内部の摩擦を低減し、部品の摩耗を抑えます。特に、始動直後は摩擦による摩耗が大きいため、早回転による保護は非常に重要です。さらに、近年の車は排気ガスに含まれる有害物質の排出量を削減するために、排気ガス浄化装置が搭載されています。この装置は、一定の温度に達しないと十分に機能しません。早回転によってエンジンを早く温めることで、排気ガス浄化装置を早期に活性化させ、有害物質の排出を効果的に抑えます。このように、早回転は、エンジンの始動性を高め、エンジンの寿命を延ばし、環境への負荷を軽減するなど、様々な効果をもたらす重要な制御です。普段あまり意識することはありませんが、快適な運転を支える縁の下の力持ちと言えるでしょう。

2024.12.16

エンジン

最適な性能を引き出すキャブレーター口径の選び方

吸気と燃料の混合装置である気化器の、空気の通り道の大きさを示すのが気化器口径です。この空気の通り道は、円形の扉のような絞り弁で開閉され、エンジンの吸い込む空気の量を調整しています。この絞り弁の直径こそが、気化器口径と呼ばれ、エンジンの性能を大きく左右する重要な要素です。気化器口径は、一般的にミリメートルまたはインチで表されます。例えば、「３４－３０」という表記は、２連式の気化器でよく用いられ、最初の数字「３４」が主気化器、次の数字「３０」が補助気化器の絞り弁の直径（ミリメートル）を表しています。補助気化器は、エンジン回転数が高くなった時に開き、より多くの空気をエンジンに送ります。また、「１と４分の１」のようなインチ表記も、ＳＵ気化器などで見られます。この気化器口径の大きさは、エンジンの出力特性に直結します。口径が大きければ、一度に多くの空気を吸い込めるため、高回転域での出力は向上します。しかし、低回転域では空気の流れが遅くなり、燃料との混合がうまくいかず、力強さが不足することがあります。まるで、大きな鞴でゆっくり風を送るような状態です。逆に、口径が小さければ、低回転域では力強い走りを実現できますが、高回転域では吸い込める空気の量が制限され、エンジンの性能を十分に発揮できません。これは、小さな鞴で勢いよく風を送っても、風量が限られるのと同じです。そのため、エンジンの特性や乗り手の使い方に合わせて、最適な気化器口径を選ぶことが大切です。例えば、街乗りを重視する場合は、低回転域での力強さを重視して小さめの口径を選び、高速走行を楽しむ場合は、高回転域での出力を重視して大きめの口径を選ぶといった具合です。適切な気化器口径を選ぶことで、エンジンの性能を最大限に引き出し、快適な運転を楽しむことができます。

2024.12.16

エンジン

カムブラケット：エンジンの心臓部を支える縁の下の力持ち

自動車の心臓部、エンジン。その中でも特に重要な部品の一つに、吸気と排気を調整する部品があります。これを、吸排気バルブと呼びますが、この吸排気バルブの開閉時期を調整するのがカムシャフトと呼ばれる部品です。カムシャフトはエンジンの回転に合わせて滑らかに回転する必要があり、この滑らかな回転を支えているのがカムブラケットです。カムシャフトは、それを支える軸受けの中で回転しています。この軸受けは、いわばハンモックのような構造をしています。ハンモックの布地のようにカムシャフトを両側から支える部品が必要です。その下半分を構成するのがカムブラケットで、上半分はカムキャップと呼ばれる部品で構成されています。これらの部品によってカムシャフトはしっかりと固定され、安定した回転を維持することができるのです。カムブラケットはエンジンの主要部品であるシリンダーヘッドに組み込まれています。シリンダーヘッドはエンジンブロックの上部に位置し、燃焼室や吸排気バルブなどを含む重要な部分です。カムブラケットは、このシリンダーヘッドの一部としてカムシャフトを支える役割を担っています。カムキャップはボルトでカムブラケットに固定され、カムシャフトをしっかりと挟み込むことで、その回転を安定させます。ハンモックの例えを再び用いると、シリンダーヘッドはハンモックを吊るす土台、カムブラケットとカムキャップはハンモックの布地、そしてカムシャフトはハンモックの上で揺られている人、といった具合です。カムシャフトがスムーズに回転することで、エンジンの吸排気は最適なタイミングで行われ、エンジン性能の向上、燃費の改善、排気ガスの浄化といった効果につながります。このように、カムブラケットは小さいながらも、エンジンの性能を左右する重要な部品と言えるでしょう。

2024.12.16

エンジン

進化するアルミ製エンジンブロック

車の機動力にとって、車体の重さ対策は燃費の良さと深く関わっており、とても大切です。エンジン部分の重さ対策には、今までよく使われてきた鋳鉄に代わる、より軽い材料が求められています。そこで注目されているのがアルミです。アルミは鋳鉄と比べて重さがおよそ３分の１しかありません。エンジン部分をアルミにすることで、車全体が軽くなり、燃費が大きく向上します。軽くなった車は動きも良くなり、軽快な走りを実現できます。アルミには、熱を伝える力が高いという利点もあります。エンジンは動いていると熱くなりますが、アルミ製のエンジンは熱を素早く逃がすことができるので、冷却効率が向上します。エンジンの熱はエネルギーの無駄使いにつながるので、熱を効率よく逃がすことは、燃費向上と出力向上に繋がります。つまり、アルミ製のエンジンは、力強く、燃費も良いエンジンを実現できるのです。近ごろ、環境問題への関心が高まり、車の製造会社各社は燃費を良くする技術の開発にしのぎを削っています。その中で、アルミ製のエンジンは燃費向上の中心的な役割を担っています。さらに、アルミは製造する際の二酸化炭素の排出量も抑えられるため、環境への負担も少ない材料です。まさに、環境に配慮したこれからの車にぴったりの材料と言えるでしょう。

2024.12.16

エンジン

クルマの吸排気系振動騒音特性

車は、燃料を燃焼させることで力を生み出し、私たちを目的地まで運んでくれます。この燃焼には、空気を取り込み、燃えカスを排出する過程が必ず伴います。この一連の流れの中で、実は様々な音や振動が発生しています。これらをまとめて、吸排気系振動騒音と呼びます。吸気系では、エンジンが空気を吸い込む際に、空気が流れる音や、吸気弁が開閉する音などが発生します。まるで呼吸をするように、エンジンも空気を取り込むたびに小さな音を立てているのです。一方、排気系では、燃焼後のガスが排出される際に、より大きな音が発生します。これは、高温高圧のガスが狭い排気管を通る際に、空気との摩擦や圧力の変化によって生じるものです。この排気音は、エンジンの回転数や負荷によって変化し、車種によっては力強い音になったり、静かな音になったりします。さらに、吸気や排気の過程では、空気の流れの変化に伴って振動も発生します。この振動は、吸気管や排気管といった部品だけでなく、エンジン本体や車体にも伝わることがあります。これらの振動は、不快な音を発生させるだけでなく、部品の寿命を縮める原因にもなりかねません。吸排気系振動騒音は、車の快適性や環境への影響を大きく左右するため、自動車メーカーは様々な工夫を凝らして、その低減に努めています。例えば、吸気管や排気管の形状を工夫したり、消音器の性能を向上させたりすることで、音を小さくしたり、振動を吸収したりしています。また、エンジン自体を改良することで、燃焼をより滑らかにし、騒音や振動の発生を抑える努力も続けられています。このように、吸排気系振動騒音を抑える技術は、車の進化と共に常に進歩を続けているのです。

2024.12.16

エンジン

電子制御キャブレーター：消えた技術

電子制御式燃料噴射装置は、ガソリンを動力源とする車の心臓部であるエンジンにおいて、空気と燃料を混ぜ合わせる重要な役割を担う装置です。これは、従来の機械式の燃料噴射装置に、最新の電子制御システムを組み合わせたものです。従来の機械式の燃料噴射装置では、バネやダイヤフラムなどの機械的な部品の動きによって、空気と燃料の比率（空燃比）を調整していました。しかし、この方式では、エンジンの回転数や負荷の変化、外気温の変化など、様々な要因によって空燃比が変動しやすく、常に最適な状態を保つことが難しいという課題がありました。電子制御式燃料噴射装置は、この課題を解決するために開発されました。電子制御式燃料噴射装置は、排気ガス中に含まれる酸素の量を測定するセンサーを備えています。このセンサーが測定したデータは、エンジンの制御装置に送られます。制御装置は、このデータに基づいて、燃料噴射装置の電磁弁を開閉する時間を細かく調整します。これにより、常に最適な空燃比を維持することが可能になり、燃費の向上、排気ガスの浄化、エンジンの出力向上など、様々な効果が得られます。電子制御式燃料噴射装置の登場は、自動車技術における大きな進歩の一つと言えるでしょう。この技術により、自動車はより環境に優しく、より快適に、そしてより力強く進化しました。現在では、ほとんどのガソリン車が電子制御式燃料噴射装置を採用しており、自動車の性能向上に大きく貢献しています。さらに、今後の技術開発によって、更なる燃費向上や排気ガスの浄化が期待されています。

2024.12.16

エンジン

高性能エンジンへの道：ライナーレスアルミブロック

車は、様々な部品が組み合わされて動いています。その中心となるのが、車の動力源であるエンジンです。このエンジンの性能を大きく左右する部品の一つに、シリンダーブロックがあります。シリンダーブロックは、エンジンの骨格となる部分で、ピストンが上下運動を行うシリンダーが入っている重要な部分です。近年、このシリンダーブロックの製造技術において、高性能化と軽量化を両立させるために注目されているのが「ライナーレスアルミブロック」です。従来のシリンダーブロックは、アルミ製のブロックに鋳鉄製の筒(ライナー)を挿入する構造が一般的でした。これは、アルミの耐摩耗性が低いため、直接ピストンが擦れるのを防ぐためです。しかし、ライナーレスアルミブロックは、アルミブロックに直接特殊な表面処理を施すことで、ライナーを不要とした画期的な技術です。この技術によって、いくつかの大きな利点が生まれます。まず、アルミブロックのみで構成されるため、エンジンの軽量化に大きく貢献します。車の燃費向上は、地球環境への負荷軽減に繋がり、重要な課題です。ライナーレスアルミブロックは、この燃費向上に大きく貢献できる技術と言えます。さらに、アルミは熱伝導率が高いため、エンジンの冷却効率も向上します。効率的な冷却は、エンジンの安定した動作につながり、高出力化にも貢献します。また、ブロックとライナーの接合部分が無くなるため、エンジンの剛性も向上します。一方で、課題も残されています。アルミは鋳鉄に比べて耐摩耗性が低いため、特殊な表面処理技術が不可欠です。この表面処理技術の高度化が、ライナーレスアルミブロックの普及における重要な鍵となります。また、製造コストも従来の方式に比べて高くなる傾向があります。しかし、技術の進歩とともに、これらの課題は克服されつつあり、今後ますます多くの車にライナーレスアルミブロックが採用されていくと期待されています。

2024.12.16

エンジン

発進加速時の不快なもたつき、スタンブル現象とは？

車を走らせる時、アクセルを踏んで速度を上げようとすると、特定のエンジンの回転数で加速が鈍る、まるでつまずくような現象があります。これを、スタンブルと言います。自転車で急な坂道を登っている時を想像してみてください。ペダルが急に重くなって、スムーズに登れない時のような感覚です。車で言うと、アクセルペダルを踏んでいるにもかかわらず、エンジンがうまく反応せず、思ったように加速しない状態です。このスタンブルは、単に運転の快適さを損なうだけでなく、安全面でも問題を引き起こす可能性があります。例えば、混雑した道路で合流する際や、前の車を追い越す際に、スムーズに加速できないと、思わぬ危険につながる可能性があります。では、なぜスタンブルが発生するのでしょうか？原因は様々ですが、エンジンの燃料供給系統や点火系統に問題がある場合が多いです。燃料が正しく供給されなかったり、点火のタイミングがずれていたりすると、エンジンの燃焼が不安定になり、スタンブルが発生します。具体的には、燃料ポンプの不具合や、燃料フィルターの詰まり、点火プラグの劣化、点火コイルの故障などが考えられます。その他にも、空気の取り込み量を調整する吸気系統や、排気ガスを出す排気系統に問題がある場合も、スタンブルが発生することがあります。吸気系統では、エアフィルターの詰まりや、吸気センサーの故障などが考えられます。排気系統では、マフラーの詰まりや、排気センサーの故障などが考えられます。スタンブルは、放置しておくと、燃費が悪化したり、エンジンに深刻なダメージを与える可能性があります。そのため、少しでも異変を感じたら、早めに整備工場で点検してもらうことが大切です。快適で安全な運転を続けるためにも、スタンブルについて知っておき、早めに対処するようにしましょう。

2024.12.16

エンジン

車の冷間始動：ファーストアイドルの役割

車の心臓部である原動機は、冷え切った状態から動き出す時に、様々な準備運動をしています。ちょうど、人の体が寒い朝に目覚めてすぐには動けないように、原動機も温まるまではスムーズに回りません。そこで、原動機を温めるための重要な役割を担うのが「始動時高回転」です。始動時高回転とは、原動機が冷えている時に、回転する速さを高く保つ仕組みです。原動機が冷えている時は、燃料と空気の混ざりが悪くなり、燃えにくくなります。これは、寒いと空気の密度が高くなり、燃料が十分に気化しないためです。また、原動機の油も冷えて固いため、各部品の動きが悪くなります。これらの問題を解決するために、始動時高回転は必要不可欠です。始動時高回転中は、回転の速さを上げることで、燃料と空気をより多く原動機に送り込みます。これにより、燃えにくい混合気でも確実に燃焼させることが可能になります。同時に、回転数を上げることで、原動機の油も早く温まり、各部品の動きも滑らかになります。始動時高回転は、自動的に制御されています。原動機の水温を測る装置で温度を監視し、原動機が温まると、通常の回転数に戻ります。この制御は、電子制御装置によって行われ、常に最適な回転数を維持しています。始動時高回転は、原動機の円滑な始動だけでなく、排気ガス浄化にも貢献しています。冷えた原動機は、燃焼が不安定なため、有害な排気ガスが発生しやすくなります。始動時高回転によって原動機を早く温めることで、有害物質の排出量を減らす効果があります。このように、始動時高回転は、原動機の性能と環境性能を両立させるための重要な技術です。一見、単に回転数を上げているだけのように見えますが、実は様々な要素を考慮した高度な制御が行われています。

2024.12.16

エンジン

ポンピングロス低減の技術

自動車の心臓部であるエンジンは、ピストンという部品が上下に動くことで動力を生み出しています。このピストンの動きによって、エンジン内部の容積が変化し、空気を吸い込んだり、燃えカスを外に出したりしています。まるでポンプのように空気を吸入し、排気ガスを排出しているのです。このポンプのような働きをする際に、どうしてもエネルギーの損失が発生してしまいます。この損失をポンピングロスといいます。ポンピングロスはエンジンの力を弱め、燃費を悪くする原因となるため、自動車開発においては、いかにこのロスを少なくするかが重要な課題となっています。エンジンが空気を吸い込むとき、吸気側の圧力が低いと、エンジンはより大きな力で空気を吸い込まなければなりません。これは、自転車のタイヤに空気を入れる場面を想像すると分かりやすいでしょう。タイヤの空気が少ない状態では、ポンプを押すのに大きな力が必要になります。同じように、エンジンも吸気側の圧力が低いほど、多くのエネルギーを使って空気を吸い込む必要があり、ポンピングロスが大きくなります。反対に、排気ガスを出すとき、排気側の圧力が高いと、エンジンは大きな力で排気ガスを押し出さなければなりません。これは、風船の口を小さくして息を吐き出す様子に似ています。風船の中の圧力が高いほど、息を吐き出すのが大変になります。同様に、エンジンも排気側の圧力が高いほど、多くのエネルギーを使って排気ガスを押し出す必要があり、ポンピングロスが大きくなります。このように、吸い込む空気の圧力と、吐き出す排気ガスの圧力の差が大きいほど、ポンピングロスは大きくなります。この圧力差を小さくするために、様々な技術が開発されています。例えば、吸気側の圧力を高く保つためにターボチャージャーやスーパーチャージャーなどの過給機が使われたり、排気側の圧力を低くするために排気管の形状を工夫したりするなど、様々な方法でポンピングロスを減らす努力が続けられています。

2024.12.16

エンジン

静かなエンジンへの工夫：ピストンピンオフセット

自動車の心臓部であるエンジンは、様々な部品が複雑に組み合わさり、力を生み出しています。しかし、この複雑な構造であるがゆえに、どうしても音が出てしまうことがあります。エンジンの音には、心地よい力強い響きもありますが、一方で耳障りな音も含まれています。その中でも、ピストンがシリンダー壁を叩くことで発生する打音、いわゆるピストンスラップ音は、特に気になる音の一つです。ピストンはエンジンの内部で上下に激しく動いており、この動きによって動力が生まれます。しかし、ピストンとシリンダー壁の間にはわずかな隙間があり、この隙間によってピストンがシリンダー壁にぶつかり、打音が発生してしまうのです。特に、エンジンが冷えている時は、この隙間が大きくなるため、ピストンスラップ音がより大きく聞こえます。また、エンジン回転数が高くなるにつれてピストンの動きも激しくなるため、やはりピストンスラップ音が目立つようになります。静かで快適な車を作るためには、このピストンスラップ音をいかに小さくするかが重要な課題となります。自動車メーカーは、様々な技術を駆使してこの問題に取り組んでいます。例えば、ピストンとシリンダー壁の間の隙間を小さくする工夫や、音を吸収する材料を使うことで、ピストンスラップ音を抑える努力が続けられています。また、エンジンの設計段階から、ピストンスラップ音が発生しにくい構造にすることも重要です。このような様々な技術開発によって、自動車の静粛性は年々向上しており、快適な運転環境が実現されています。近年の車は、エンジンの音がほとんど聞こえないほど静粛性の高いものも増えてきており、技術の進歩には目を見張るものがあります。

2024.12.16

エンジン

車の心臓、エンジンの乾燥重量とは？

動力源である機関の乾燥重量とは、機関単体の重さを示す言葉です。これは、機関の設計や車両全体の性能を考える上で、とても大切な数値です。乾燥重量には、冷却用送風機や空気清浄機といった、機関の働きに欠かせない装置も含まれます。しかし、機関油や冷却水などの液体、それに、放熱器や消音器、一部の空気清浄機、潤滑油を入れる容器などは含まれません。つまり、機関を動かすために必要な最小限の部品の重さが乾燥重量となります。もし、機関と一体となっている部品、例えば動力伝達装置や変速機がある場合は、それらを含めた重さを示し、説明を加える必要があります。この乾燥重量は、車両の設計において重要な要素です。乾燥重量が軽ければ軽いほど、使う燃料が少なくなり、走る性能も良くなります。そのため、車両を作る会社は、機関を軽くするために、日々新しい技術の開発や改良に取り組んでいます。機関の乾燥重量は、国際的な単位で表すと乾燥質量と呼ばれます。これは、機関の性能を評価する上で重要な指標の一つです。乾燥重量は、車両の全体の重さにも影響を与え、加速やブレーキの性能にも関わってきます。また、乾燥重量が軽いと、車両の重心も低くなり、走行時の安定性も向上します。このように、乾燥重量は、車両の様々な性能に影響を与えるため、車両開発においては非常に重要な要素となっています。

2024.12.16

エンジン

空気に乗る回転：気体軸受けの革新

気体軸受けとは、空気などの気体を用いて軸を支える技術です。まるで宙に浮いているかのように軸を回転させる、摩訶不思議な技術と言えるでしょう。軸と軸受けの間には、非常に薄い空気の層が形成されます。この薄い空気の膜がクッションの役割を果たし、軸を浮かせることで、軸と軸受けが直接接触しない状態を作り出します。この技術の最大の利点は、摩擦がほぼ無いことです。従来の玉軸受けやころ軸受けでは、金属同士が接触するためどうしても摩擦が生じてしまいます。摩擦はエネルギーの損失や発熱、摩耗の原因となり、装置の寿命を縮める要因の一つでした。しかし、気体軸受けでは、空気の膜が潤滑剤の役割を果たすため、摩擦を極限まで減らすことができます。摩擦が少ないということは、それだけ高速回転が可能になるということです。従来の軸受けでは、摩擦による発熱や摩耗が高速回転の妨げとなっていましたが、気体軸受けではその心配がありません。そのため、超高速で回転する機械を実現できるのです。また、摩擦が少ないため、動作音が非常に静かである点も大きなメリットです。従来の軸受けに比べて、格段に静かな動作音を実現できます。さらに、摩耗が少ないため、軸受けの寿命が非常に長いという利点もあります。メンテナンスの手間や交換頻度を減らすことができ、装置の運用コスト削減にも貢献します。この革新的な技術は、様々な分野で応用されています。例えば、高速回転が必要な工作機械や、高精度が求められる医療機器、振動を極力抑える必要がある精密測定機器など、幅広い分野で活用されています。まさに、空気の力で未来を支える、驚異の技術と言えるでしょう。

2024.12.15

エンジン

縁の下の力持ち：メインベアリングキャップ

自動車の心臓部である発動機で、ピストンの動きを回転に変える部品が、クランク軸です。このクランク軸が滑らかに回ることが、自動車の力強い走りに繋がります。この滑らかな回転を支える重要な部品の一つが、主軸受蓋です。主軸受蓋は、発動機本体であるシリンダーブロックと共にクランク軸をしっかりと固定し、安定した回転を可能にしています。クランク軸は、ピストンが上下に動く力を回転運動に変換する、いわばエンジンの動力源です。この回転運動は非常に大きな力と速さを持つため、クランク軸を支える部品には高い強度と精度が求められます。主軸受蓋は、まさにその要求に応える部品です。頑丈な材質で作られた主軸受蓋は、シリンダーブロックにしっかりとボルトで固定されます。これにより、クランク軸にかかる大きな力にも耐え、安定した回転を維持することができるのです。主軸受蓋とクランク軸の間には、軸受と呼ばれる部品が挟まっています。この軸受は、クランク軸が滑らかに回転するように、摩擦を減らす役割を担っています。軸受には、特殊な合金や表面処理が施されており、高い耐久性と滑りやすさを実現しています。主軸受蓋は、この軸受を適切な位置に保持し、クランク軸の回転をスムーズに支える役割も担っているのです。もし主軸受蓋がなければ、クランク軸は安定した回転を維持することができず、最悪の場合、破損してしまう可能性もあります。大きな力を発生させる発動機にとって、主軸受蓋は、まさに縁の下の力持ちと言える重要な部品なのです。強力な発動機の安定した回転を支え、自動車の力強い走りを陰で支えている、重要な部品と言えるでしょう。

2024.12.15

エンジン

車の回転を支える：スラストベアリング

車は、多くの動く部品が組み合わさって動いています。その中で、回転する軸を支える部品がいくつかありますが、『スラストベアリング』は、軸方向の力を支える特殊な部品です。軸方向の力とは、軸を押し込んだり、引っ張ったりする力のことで、車が動き出す時や止まる時、あるいはギアを変える時など、様々な場面で発生します。例えば、車が動き出す際には、エンジンが回転を始め、その回転力は車輪に伝えられます。この時、軸は前方に押される力を受けます。逆に、ブレーキを踏んで車を止めようとする時には、軸は後方に引かれる力を受けます。このような軸方向の力は、エンジンの回転やタイヤの回転など、車の動きに直接関わるため、非常に大きな力となります。スラストベアリングは、この大きな軸方向の力を効率的に分散させて支えることで、軸や周りの部品を守っています。もしスラストベアリングがなければ、軸は不安定になり、ガタガタと揺れてしまいます。そうなると、軸と周りの部品が擦れ合って摩耗したり、最悪の場合は破損してしまうこともあります。スラストベアリングは、小さな部品ですが、車のスムーズな動きを支える上で欠かせない重要な役割を担っています。まるで縁の下の力持ちのように、目立たないところで車の安定性と耐久性を保つために、静かに、しかし確実に仕事をこなしているのです。様々な種類の軸受が存在しますが、スラストベアリングは軸方向への力に特化してその役割を果たしています。この部品があるおかげで、私たちは安心して車に乗り、快適に移動することができるのです。

2024.12.15

エンジン

一体型シリンダーブロックの心臓部：シリンダーウォール

車の心臓部である原動機の中には、燃焼室と呼ばれる部屋があります。この部屋で燃料と空気が混ぜ合わさり、爆発することで力を生み出します。この燃焼室の壁となっているのが、筒状の壁、つまりシリンダー壁です。シリンダー壁は、原動機の性能を左右する重要な部品であり、その役割は多岐にわたります。まず、シリンダー壁は、燃焼室で起こる激しい爆発に耐える必要があります。爆発の圧力に耐えうる頑丈さがなければ、壁が壊れてしまい、原動機は動かなくなってしまいます。そのため、シリンダー壁には高い強度が求められます。また、シリンダー壁は、滑らかに動く部品である、活塞の動きを支える役割も担っています。活塞は、燃焼室の中を上下に動き、爆発の力を回転運動に変換する役割を担っています。この活塞がスムーズに動くためには、シリンダー壁の表面が滑らかでなければなりません。摩擦が大きければ、エネルギーが失われ、原動機の効率が低下してしまうからです。多くの原動機では、シリンダー壁はシリンダー全体を支える枠組みと一体成型されています。これは、別々に作って組み合わせるよりも、高い強度と正確な寸法を実現できるためです。一体成型されたシリンダー壁は、頑丈な構造を維持しながら、活塞が滑らかに動くための正確な円筒形を保つことができます。このように、シリンダー壁は、単に燃焼室の壁を形作るだけでなく、原動機全体の構造を支える重要な役割も担っているのです。原動機の性能を高めるためには、シリンダー壁の強度、滑らかさ、そして正確な形状が不可欠です。これらの要素が最適化されることで、燃焼効率が向上し、より大きな力を生み出すことができる、高性能な原動機が実現するのです。

2024.12.15

エンジン

アクティブエンジンマウント：快適な運転を実現する技術

車は心臓部である原動機を搭載していますが、原動機は動力の発生時に揺れをどうしても生み出してしまいます。この揺れが車体に伝わると、乗り心地が悪くなるばかりでなく、耳障りな音も出てしまいます。原動機台座は、原動機を車体に固定しつつ、この揺れを吸収するという大切な役割を担っています。いわば、原動機台座は、原動機の支え、揺れの抑制、揺れの低減という三役をバランス良くこなす必要があるのです。まず、支える働きについて説明します。原動機台座は、原動機をしっかりと支えることで、車体の安定した状態を保ちます。原動機は車の中で非常に重い部品の一つであり、これがしっかりと固定されていないと、車の挙動が不安定になり、危険な状態に陥る可能性があります。原動機台座は、この重い原動機をしっかりと支え、安全な運転を支えているのです。次に、揺れを抑える働きについて説明します。原動機から生まれる揺れは、そのまま車体に伝わると、不快な乗り心地の原因となります。原動機台座は、ゴムや油圧などの部品を使い、原動機の揺れを吸収し、車体に伝わる揺れを最小限に抑えます。このおかげで、乗っている人は不快な揺れを感じることなく、快適に過ごすことができるのです。最後に、揺れを低減する働きについて説明します。原動機台座は、揺れのエネルギーを吸収し、揺れを速やかに小さくする働きも持っています。揺れが長く続くと、車体の特定の部分が共振し、大きな音や振動が発生することがあります。原動機台座は、この共振を防ぎ、静かで快適な車内環境を実現する重要な役割を担っています。これら三つの働きが適切に働くことで、快適で静かな運転環境が作り出されるのです。原動機台座は、一見すると小さな部品ですが、車の快適性や安全性に大きく貢献している、縁の下の力持ちと言えるでしょう。

2024.12.15

駆動系

吸気管圧力：エンジンの呼吸を知る

吸気管圧力とは、読んで字のごとく、エンジンの吸気管、つまり空気を取り込む管の中の空気の圧力のことを指します。この圧力はエンジンの調子を知る上で、とても大切な目安となります。なぜなら、エンジンは空気と燃料を混ぜて燃焼させることで力を生み出しており、吸気管圧力はエンジンに吸い込まれる空気の量を反映しているからです。エンジンが動いている時、ピストンは上下運動を繰り返しています。ピストンが下降する時、吸気管内の空気はエンジン内部に吸い込まれます。この時、ピストンの動きによって吸気管内は一時的に真空に近い状態になり、外気圧よりも低い圧力、つまり負圧が生じます。反対に、ピストンが上昇する時は吸気管への空気の流入が一時的に止まるため、圧力は少し上がります。この吸気管内の圧力の変化は、エンジンの回転数やアクセルの踏み具合、それにエンジンの状態によって大きく変わります。例えば、アクセルペダルを深く踏み込むと、エンジンはより多くの空気を必要とするため、ピストンの動きも活発になり、吸気管内の負圧は大きくなります。逆に、エンジンがアイドリング状態の時は、必要な空気の量が少ないため、負圧は小さくなります。吸気管圧力は、大気圧を基準とした負圧で表される場合と、完全な真空を基準とした絶対圧で表される場合があります。どちらの方法でもエンジンの状態を把握する上で貴重な情報を与えてくれます。もし吸気管圧力が通常よりも低い場合、空気の通り道である吸気管やエアクリーナーが詰まっている可能性があります。また、吸気バルブに不具合があることも考えられます。逆に、吸気管圧力が通常よりも高い場合は、排気ガスがうまく出ていかないなどの問題が考えられます。吸気管圧力を知ることで、エンジンの不調を早期に発見し、大きな故障を防ぐことに繋がります。

2024.12.15

エンジン

エンジンの心臓部：下死点とは

自動車の心臓部である原動機は、燃料を燃やすことで生まれる力を運動の力に変え、車を走らせるための元となる力を生み出します。この力変換の過程において、上下に運動する部品である、活塞が重要な役割を担っています。活塞は筒型の部品である、気筒と呼ばれる空間の中を上下に動き、この動きが回転軸を回し、最終的に車輪を動かす力となります。活塞が動く範囲には上下の限度があり、その一番下の位置を下死点と呼びます。下死点は、原動機の動きの中で重要な位置であり、原動機の性能を理解する上で欠かせない要素です。下死点は、活塞が最も低い位置にある状態を指します。この位置から活塞は上向きに動き始め、燃料を燃やす行程へと進みます。燃焼によって発生した圧力は活塞を押し下げ、回転軸を回しますが、活塞は再び下死点に戻り、次の動きが始まります。このように下死点は、原動機の動きの始まりと終わりの役割を担い、原動機が滑らかに動くために必要不可欠な位置と言えるでしょう。下死点の位置は、原動機の圧縮比に影響を与えます。圧縮比とは、活塞が上死点（一番上の位置）にあるときと下死点にあるときの気筒の容積の比率です。圧縮比が高いほど、燃料を燃やす効率が上がり、出力も向上しますが、同時に異常燃焼（ノッキング）も起こりやすくなります。そのため、原動機の設計においては、下死点の位置を適切に設定することが重要です。また、下死点は排気行程にも関わっています。燃焼後の排気ガスは、活塞が上死点から下死点に移動する際に気筒外に排出されます。下死点における気筒の容積が大きいほど、排気ガスをより多く排出できるため、エンジンの効率向上に繋がります。このように、下死点は単なる活塞の最下点ではなく、原動機の様々な性能に影響を与える重要な要素です。下死点の役割を理解することで、原動機の仕組みや性能についてより深く理解することができます。

2024.12.15

エンジン