フラットトルクの正体

このごろ海外で流行っている小排気量ターボエンジン。
カタログ値を見ると最大トルク「175（17.8）/1,400‐4,000」なんて書いてあります。

最大トルクが1400rpmで出るなんて！　と思う方や、1400-4000rpmで最大トルクが維持されるなんて！と思う方は多いと思います。

残念ながらエンジンのような複雑な機械で、そんなことは出来ません。
これは最大トルクではなく、電子制御でトルクカーブをまっ平らに削っただけです。

従って、本来の最大トルクはもっと高回転側です。
その最大トルクを削ったため、カタログ上の最大トルクが極低回転側になっただけです。


そもそもこの手のエンジンは、全体的に電子制御でトルクが管理されています。
基本的にはドライバビリティ（運転のしやすさ）や燃費のためですが、上図の緑の部分――削られた部分は別の理由があります。

その理由は駆動系であることがほとんどです。駆動系が壊れないようにピークトルクを制御して保護しています。駆動系を強化すればもっとトルクを出すことが出来ますが、以下の理由により行いません。

・そこまで高いトルクが必要でない
・駆動系を新設する予算がないか、あっても見合わない
・フラットにしたほうが乗りやすい

と、こんなところです。

するともっと排気量を下げられそうですが、タービンが回っていない状態のドライバビリティが著しく悪化するため、ある程度の排気量を確保してNA領域のドライバビリティを補った結果です。


これらの小排気量ターボエンジンは、ハイブリッド技術のないメーカーの悪あがきのひとつと言えるでしょう。ただしハイブリッドより運転していて楽しかったり、巡航時の燃費に有利だったりと、ハイブリッドとは違う利点があるので存在価値は多分にありますし、欧州のニーズとも合致しているのではないでしょうか。

そもそも技術とはそうやって発展してきたものなので、悪あがきもバカにできませんね。

トルク型のエンジンなんて無い

やっぱり実用エンジンはパワーじゃなくてトルクだね。なんていってる人、要注意です。

トルクと出力（馬力）の理解を深めると、エンジンがより良く分かります。
カタログを読んで得られることも増えます。

今回はトルクと出力の関係を出来る限り簡潔かつ正しく解説したいと思います。


まず、トルクと出力には絶対的な関係があります。それが以下のような式です。


出力　＝　2π　×　回転数　×　トルク


です。

読まなくてもいい注釈
（この式はSI単位系に基づいた式です。psなどの工業単位系では少し違う式ですが、そんなことはどうでもいいので気にしないで大丈夫です。）

細かい事は気にせず、この式が意味することをもっと簡単に表してみるとこうなります。


出力　＝　トルク　×　回転数


です。大体こういう関係なんだなと覚えておけば問題ありません。

例としてこんなエンジンを用意してみました。
全ての回転域で同じトルクが出るエンジンです。

トルク　×　回転数　で出力なので、回転数が高ければ高いほど出力も上がります。

実際のエンジンではこのようなトルク特性を出すことは現実的ではありません。電子制御の場合を除き、トルクカーブ（赤い線）は山形を描き、ピークトルク点がどこかに存在することになります。

トルクカーブの山を高回転側か低回転側、どちらに持ってくるかによってエンジン特性が決まります。そして、トルクカーブが決まれば、出力は先の式によって自動的に決まります。

つまり、トルクカーブが提示されていれば出力は誰でも算出できます。
どこにトルクを振るかという作業の結果が出力なのです。

次に、トルクカーブをどちらかに振った場合を見ていきましょう。
まずは高回転にトルクを振った場合です。

これは比較的分かりやすいのではないでしょうか。
高い数値に高い数値を掛ければ、すごく高い数値が出ます。
従って、図のように最大出力はとても大きな値を示します。


ではトルクを低回転側に振った場合はどうでしょうか。

トルクを振った低回転側の出力が大きく上昇……していません。確かにトルクは高いのですが、回転数が低いのでそこまで大きな出力は得られないのです。高回転側も、折角回転数が高いのにトルクが低いので出力も控えめです。

以上のように、どうせ同じトルクなら高回転で出したほうが高い出力を得られます。

であれば、エンジンは高回転型が正義かと言うとそうでもありません。理由はお察しのとおり、使わないからです。F1のようにビュンビュン回してコンビニに突っ込んだら大変なことになります。

一方スポーツカーであれば高回転にトルクを振ることになります。サーキットなら出力は高いに越したことはないからです。ところが街乗りもするでしょうから、低回転側もそれなりにトルクを厚くするという離れ業を今日のエンジニアはやってのけます。

読まなくてもいい注釈
昔のエンジンで特に尖った物は、低回転側にイエローゾーンが設定され実用上支障をきたすようなものでした。3500rpm以下はガクガクで使い物にならなかったそうです。スズキ・フロンテSSですね。すばらしい車です。


と言うわけで、上図2つの出力だけを重ねてみました。

それぞれが求めている領域の出力に、マッチしていると思います。

ただし細かい話をすればエンジン特性の設定はこんな簡単な話ではありません。
例えば街乗りで使う領域の中でも、更に細かく「どうトルクを振るか」微調整が続きますし、同じトルクでもすぐに出るかどうか（いわゆるレスポンス）によっても運転のしやすさは雲泥の差です。サーキットの領域となれば更に繊細です。


いずれにしろ、「パワーは無いがトルクがあるので加速が良い」なんて言葉は意味不明だと理解していただけたと思います。


もっとも、誤解が始まった理由は別にあります。
私は誤解の原因を「正しく理解した人同士が省略して話していたのを、理解の無い人が文面どおり受け取ってしまった」のではないかと推測しています。

新しい知識を手に入れると分かった風にひけらかしたくなるのが人間と言うものです。
それをあまりにも攻撃的に非難するのもひどい話ですが、誤解したまま話すのも恥ずかしいですね。

エネチャージって何？

最近盛んにCMで聞くエネチャージ。これって何でしょう。

ざっくりと言ってしまえば「ハイブリッドカーの簡単で安いところだけ使いました」って感じです。

しかしその簡単で安いところがハイブリッドカーの根幹を成しているので、なかなか効果があったりします。エネチャージとハイブリッドカーを比較しながら解説してみましょう。

エネチャージって？

エネチャージとは「熱として捨ててしまうエネルギー」を電気として回収し、再利用する機能です。「熱として捨ててしまうエネルギー」とは何でしょうか。それには「ブレーキ」が大きく関わっています。

知らなきゃエコカーは理解できないブレーキの基本

ブレーキは「車の持つ運動エネルギーを熱エネルギーへ変換する装置」です。この仕組みにより車から運動エネルギーを奪い、結果として車が止まります。

ところがこれが大問題です。せっかくエンジンで得た運動エネルギーなのに、熱にして大気に捨ててしまうのです。実にもったいない。

ハイブリッドカーやエネチャージは、運動エネルギーを熱として捨てるのをやめて電気として回収しようとする車です。

電気としてためたエネルギーはどうするの？

上記のように、ハイブリッドカーやエネチャージは本来捨ててしまうエネルギーを電気として蓄えました。蓄えたエネルギーをどうするのでしょう。

ハイブリッドカーの場合

ハイブリッドカーは、ご存知のとおり電気で走ります。電気で走った分は燃料を使いません。燃料を使わない分、燃費がよくなります。これがハイブリッドカーです。

エネチャージの場合

エネチャージは電気で走ることは出来ません。では蓄えた電気をどうするのでしょうか。

答えは「電気は電気として使う」です。現代の自動車は、例えガソリン車であっても電気を良く使います。例えばスパークプラグやブレーキランプなどが分かりやすいですが、他にもコンピュータがたくさん積まれていたり、オーディオも電気で動いていますね。

電気で走れなくても使い道はあるのです。ガソリン車ではエンジンの補機で発電した電気でこれらの電装品を動かしますが、エネチャージは回収した電気でまかなう事が出来ます。

エネチャージのメリットとデメリット

エネチャージの仕組みは理解していただけたと思います。

ではハイブリッドと比べてどうなんでしょう。

エネチャージのメリット

メリットは安い！これに尽きます。電気で走ることが出来ない＝電気で走る仕組みが要らない、です。ハイブリッドカーと比べて安上がりです。

エネチャージのデメリット

デメリットは、ハイブリッドと比べて効果が少ない事です。「電気で走る」ということは物凄い量の電気を使います。それと比べると車の電装品が使う電気の量は知れています。

従って、ハイブリッドカーは大量の電気を回収し大量に使えるのに対し、エネチャージは少しだけ回収して少しだけ使う、という仕組みになってしまいます。

エネチャージから学ぶこと

エネチャージとハイブリッドカーを比べて分かる事があります。

それは「ハイブリッドカーは電気で走るから燃費が良いわけではない」という事です。

捨ててしまうエネルギーを回収して再利用できるから燃費が良いのであって、その使い道は何だって良いのです。たまたま電気で走る以外に選択肢がなかっただけです。

すると、エコカーの向かうべき道が見えてきますが、それはまた別の機会にまとめたいと思います。

オイル上がり/下がりって何？

オイル上がり、オイル下がりという言葉をたまに聞くと思います。
これって何でしょう。エンジンの不具合みたいだけど……なんて事はないでしょうか。

オイル管理を適切に行えば遅らせることは出来きますが、永久に防ぐことは出来ない症状のひとつです。愛着の湧いたクルマを長く乗りたいと願う諸氏は知っていても損はありません。というわけで、オイル上がり、下がりに分けて解説したいと思います。

オイル上がり

まずオイル上がり。こちらは簡単なので文字だけで済ませてしまいます。
まず「どこに」オイルが上がるのかですが、燃焼室に上がってきます。
上がってくるということは下からやってきます。

つまりピストンの下、クランクケースからです。
通常クランクケースから供給された（と言うと格好が良いですが、飛沫として飛んでくるだけです）オイルはシリンダーにたっぷり付着します。それをピストンに装着されたオイルリングが適量に掻き落とします。そのため、潤滑を維持しながらも燃焼室には不必要にオイルが入り込まないのです。

しかし何らかの理由でオイルリングが機能不全を起こすと、掻き落とせなかったオイルがそのまま燃焼室に進入します。オイルが上がってしまいました。
オイルリングの機能不全は、固着・フラッタリング・スカッフィングなどですが、普段から問題の無いエンジンであったのならば、オイル管理やオーバーヒートが原因になります。

オイル下がり

一方オイル下がりはこうです。

シリンダーヘッドの図です。

シリンダーヘッドにもたくさんオイルが供給されており、本来は然るべきオイルラインを通ってオイルパンに戻ります。しかし、図の赤、バルブステムシールがだめになると、オイルをせき止められなくなり、バルブガイドを通って燃焼室へオイルが垂れます。
これがオイル下がりです。

多くの場合、オイル管理が悪いために起こる不具合なのでスラッジなどでバルブガイドもクリアランスが広がっており、症状に拍車をかけている場合が多く見られます。

症状と対策

オイル上がりと下がりどちらが起こっても、燃焼室に入ったオイルが燃えてマフラーからはもくもくと白煙があがります。匂いもきついのですぐに分かるはずです。
これを放っておくと大きなトラブルに繋がります。

オイルが燃えると大量のスラッジが発生しますので、それがピストンリングに溜まり固着を起こすと、エンジンブローに繋がります。従って、出来る限り早く対策するのが好ましいですが、オーバーホール（OH)となるため費用がかさみます。

従って、長く長くエンジンを持たせるのであれば、どこかのタイミングでOHを行えばこれらの症状を防げると同時に、さまざまなマイナートラブルの原因を取り除くことが出来るので一番効率的です。

長く乗りたいと考えている方は、今のうちからOHの費用を蓄えておいたほうが良いかもしれませんね。

スロットルの選び方

今回はチューニング系の話題です。

タイトルにある通り、テーマはスロットルです。
スロットルを小さくしたいという人は稀だと思いますので、大経スロットルについて考えていきたいと思います。多連スロットルやスライドスロットルについては別の機会にします。


大経スロットルは“効果が体感できるのに効果がない”パーツの筆頭だと思います。
どういうことか以下の図を見てください。赤が大経スロットル、青がノーマルです。

まずスロットルの前提として、大きければパワーアップするわけではありません。どのエンジンにも、これ以上大きくしても無意味な値が存在します。
上図では緑のラインがそれにあたります。従って、純正スロットルでこの値までスロットルを開くことができるのであれば、スロットルの経を広げる必要はないことになります。

ではなぜ体感が大きいのか。これも実に簡単です。
上図から分かるとおり、同じペダルの踏み方をしたら大経スロットルの方が開いています。スロットルが開けばそれだけパワーがでるので、いつもより加速が良いのは当然なのです。

しかしピークパワーは緑のラインで決まりますので、パワーアップしているわけではありません。単にいつもより多めにアクセルを踏み増ししているのと同じなのです。

もう一つ注意すべき点は、エンジンの出力をコントロールできるペダルのストローク量が減少してしまうことです。アクセルコントロールは難しくなります。

従って、スロットルの経を変更する必要があるのは、スロットルが吸気のボトルネックになっている場合です。スロットルを変更して出力を図らなければいけないので、意外と面倒ですがパワーチェックはそこまで高くないですし、スロットル交換も簡単な作業です。ユーザーレベルでの検証も可能ですが、気温や湿度が変わらないように短時間で済ませるべきですね。

エンジンオイルはなんでもいい

エンジンオイルについて考えてみましょう。

エンジンオイルの概要

エンジンオイルに求められる性能は六つと言われています。
それは

・減摩
・緩衝
・清浄
・密封
・防錆
・冷却

です。

これらの項目全てにおいて、必要な性能を満たしていればエンジンオイルとして問題ありません。そして一般に流通しているオイルはこれらの項目を満たしていると言えます。ただし、それは一般的な運転においての話であり、モータースポーツ用途となると話は別です。

モータースポーツでは高回転を多用するため、減摩や緩衝に問題が発生します。油膜が切れて金属同士が直接接触し、破壊が起きます。それを回避するためには、油膜をきっちりと保持しなくてはなりません。

油膜を保持できればそれはモータースポーツ用途としても適正と言えます。しかし本当のレース用エンジンなど徹底的に詰めなければならない次元や、メーカーの実験の世界になってくると、ほとんど同じオイルであるはずなのに片方は問題なく、もう片方はブロー、なんてこともあるほど未解明な部分が残っていることは覚えておいても損はありません。


以上がエンジンオイルの概要です。


では、油膜を保持する方法を考えてみましょう。

ユーザーレベルでできることは大きく分けて三つあります。

まずオイルの粘度を上げること、次に性能の高いベースオイルを使うこと。三つ目はオイルの温度を管理することです。

オイルの粘度を上げる

粘度を上げると油膜が厚くなります。これにより、油膜の保持が期待できます。しかしながらこれに関しては、給油とフリクションについて気をつけなければいけません。

まず給油についてです。粘度を上げる事は油膜の保持に効果がありますが、給油に障害が出る可能性があります。問題は特にクランクピンで起こります。クランクピンは高回転エンジンにおいて最も潤滑が厳しい箇所です。

クランクピンへの給油は細く長いオイルラインを通ってくるため、粘度が高いとスムーズに給油されなくなってしまいます。給油が適切に行われないと、クランクピンの潤滑はもちろん冷却にも問題が出てきます。負荷が大きいにも関わらずクーラントが届かないため、潤滑ができているのであればオイルはジャバジャバ流しクランクピンを冷却したほうが良いでしょう。

次にフリクションについてですが、粘度が上がればフリクションが増大します。そのぶんエンジンのパフォーマンスを損なうことになります。

上記のように、闇雲に粘度を上げることはエンジンにとって好ましいことではありません。

性能の高いベースオイルを選ぶ

ベースオイルは一般的に３タイプ、鉱物油、半合成、全合成とありますが、最近は鉱物油から作られた高度水素化分解という化学合成っぽいものもあります。

近年では精製技術が非常に高く、鉱物油でも不純物はほとんど含まれていません。従って、ベースオイルにこだわる必要はないという意見もありますが、それはあくまでシティユースでの話です。

化学合成油は油膜の保持力が高いのが特徴です。従って、粘度を上げずに油膜を保持できるのでモータースポーツとしては有利に働きます。その差を埋めるべく鉱物油には高分子ポリマーが多量に添加されることが多いのですが、これは高温時にはあっさりと剪断されサラサラになってしまいます。高温・高回転時の油膜保持力はやはり化学合成油に軍配が上がります。

また、バルブステムのガイド部はオイルが出て行く先がないので燃え尽きえるように設計されています。従って、ここに分子構造の不揃いな鉱物油が入り込むと燃え残りが発生し、スラッジとして貯まります。これがバルブガイドシールを痛める原因になると林教授は著書で書いていますが、影響は比較的軽微であるようです。

以上、サーキット走行においては保険として化学合成油を選んでおくべきでしょう。反対に、それ以外では化学合成油のメリットを享受できることはないと考えて問題ありません。

オイルの温度管理

次にオイルの温度管理についてですが、これは単純です。油温がぐんぐん上がるサーキット上においてその温度上昇を止める手を講じておけば、オイルの保護性能を維持できます。これはオイルクーラーを利用するのが手っ取り早くて現実的です。オイルは125～130℃を超えると急激に潤滑性能を失います。それ以下、一般的に85℃程度が望ましいと言われていますが、開発者によってはブローバイから混入するガソリンを嫌い、100～110℃が望ましいと言われることもあります。

まとめ：オイルの選び方

エンジンオイルはシティユースかサーキット走行を想定しているかで大きく違います。

シティユースでは市販されているほぼ全てのオイルが要求性能を全て満たしていると言えます。従って問題となるのはメーカーの指定粘度と劣化です。指定された粘度をまもり、定期的な交換をすれば問題が起こることはありません。高価なオイルのメリットを享受することはできないので、安価なオイルを選ぶべきです。フィーリングを求めるのであれば指定粘度内で粘度を下げることが最も有効かつ安価な方法です。

サーキット走行を視野に入れた場合は、油膜の保持を念頭に適切なオイルを選ぶ必要があります。油膜の保持力は極力ベースオイルで確保し、粘度上昇は最低限にするのが望ましいと言えます。また油温の上昇はあらゆるオイルの潤滑性能を著しく損なうため対策が必要です。


以上。