エンジン基礎講座
現在、市販車に搭載されているエンジンは
ロータリー形式以外はブロック型式・カムシャフト
の配置・バルブ数で分類される。
ブロック形式は次の3つが代表的である。
・直列
・Ｖ型
・水平対向
カムシャフトも次の3つが代表的である。
・OHVオーバーヘッドバルブ
・SOHCシングルオーバーヘッドカム
・DOHCダブルオーバーヘッドカム
バルブ数も次の3つが代表的である、なかには吸気2、排気1の3バルブもある。
・2バルブ
・4バルブ
・5バルブ
・効率
排気量＝爆発力、これがトルクである。
しかし効率向上の為には、この数値は変えられない。
正確に言うとストロークが長くシリンダーあたりの排気量が大きいほうが
トルクは太くなる。それなら爆発の回数を増やしてやればいい。
一歩ずつが小さくてもピッチ走法で足を速く回転させれば速く走れる。
つまり高回転化すればするほど(トルクと回転数をかけたものは)稼げる。
アクセルは無限に踏める物ではない。
エンジンはOHVからSOHCそしてDOHCと進化してきた。これと並行してバルブ
数も増えてきた。高回転での吸排気をスムーズにするためにはバルブ面積が
広いほうがいいがシリンダーの断面積は限られている。そこでバルブを吸排気に各2個ずつ配置して合計のバルブ面積を大きくしたのが
4バルブエンジンである。現在国産車のほとんどは4バルブ化されている。
ここでTOYOTAの3S-GEについて説明しよう。
3S-GEはバルブの挟み角を大きく取る事によって出来上がる
屋根形の燃焼室はバルブ面積を広げバルブリフト(燃焼室にバルブが突き出す
距離)を大きくして高回転に対応するメリットを生み出した。もっとも吸気バルブが大きい事は低回転では混合気の流速が落ち、
反って吸入効率を下げてしまう。そのためDOHCは低速トルクが細くなりATでの走りが不得意なのだ。
次に3S-FEについて。
ハイメカツインカムと呼ばれるトヨタの3S-FEエンジン、バルブ挟み角を小さく
して距離が近くなった2本のカムをギアによって繋いで連動させている。
バルブ面積は限定されるが、吸排気の配管の曲がりが少なくなることで効率を
アップ。更に燃焼室をコンパクトにでき、圧縮比が上げられるため燃焼効率も
アップ。高回転よりも低中回転でのトルクアップの向上に的を絞った4バルブ
のためのDOHC機構である。
・ターボ
どれだけ高回転で回してパワーを稼いでも排気量が限られていれば結局の
ところ限界はある。無理矢理混合気をエンジンに詰め込めば排気量アップと
同じではないかというのがターボの本質。もともとターボは空気の薄い高空で使われる飛行機用として開発された。初搭載はアメリカの
WWU爆撃機B-29(空の要塞)である。
エンジンの回転パワーを使って混合気を詰め込むのがスーパーチャージャー(例：4A-GZE)。
排気ガスの圧力を利用するのがターボチャージャー。
シャフトで繋がれた2つの風車がターボの本体、排気ガスが片方の風車を回す事
によって吸気側の風車が空気を燃焼室に送り込む仕組み。排気ガスエネルギー
を再利用する点では省燃費になるが、本質的に自然吸気(NA：ナチュラルアス
ピレーション)よりも余計に燃料を送り込むのだから踏めば踏んだだけ燃料を食う。
ターボの問題点は排気エネルギーを利用するので回転が上がらないと効果が出ない事だ。
これがターボラグの原因で2段ロケットのような段付き加速になってしまう。
そこで低速では排気ガスの流入口を狭くして流速を上げた日産のジェット
ターボやマツダのツインスクロールターボなどが、出現。
低速から回りやすい小型のターボを2基装備したツインターボも登場。
ただし、この場合排気ガスのエネルギーを半分に分ける為に効率が落ちるのと
タービンが小さく大きいパワーが得られ難いのが難点である。
そこで今一番の最先端はシーケンシャル(機械制御)ターボだ。
これは低速では小型のタービンを回し高速になると、もう一つのタービンに移る変則ツインターボである。
RX-7(FD-3S)やレガシィに装備されている。
