コンロッドとか
ピストンとクランクを結ぶロッド、コネクティングロッドだから略してコンロッド。
ピストンの上下動をクランクの回転に変換するためのロッドだけど、エンジンの回転に伴い、単純な往復動だけでなくピストンの往復動方向と垂直方向にも振れる動きをする。
それ故に、エンジンが高回転運転をする程、激しい動きを伴う。よって、この重量を軽くすると言うのは極めて重要。
最近ではカワサキのZX-10RRがZX-10Rに対してチタン製コンロッドを採用しレブリミットを高め、更に重量軽減効果を活かしてサスペンションセッティング迄変えたとか、そんな話も聞く。
そんなコンロッド、軽くするために思い付くのは、材質変更だとか、サイズの小型化。
ただ、サイズの小型化でも長さを短くするのは考え物。
っていうのは、コンロッド長を短縮するのは、コンロッドの振れながら往復運動における振れ角が大きくなるということ。振れ角が大きくなるというのは、ピストンの首振りが大きくなる。つまり、重量が小さくなったとしても、トータルで考えればピストン摺動に呈しては大きなフリクションを生みかねない。
ということで、高回転型エンジンでは、軽くするよりも、振れ角を押さえてフリクションを押さえるというのが結構大事だったりする。
エンジンの高回転化を果たすのに、コンロッドを伸ばす、、、、こういう事も歴史を振り返れば存在する。
それは、80年代のカワサキ400ccマルチエンジン。このエンジンはZ400FXを初代として、Z400GP、GPZ400、GPZ400F、ゼファーと引き継がれたエンジンだけど、Z400GPとGPZ400の間で大きな変更がある。それは、ボアストロークだ。それはボア×ストロークが、Z400GP迄は52mm×47mm、GPZ400以降が55mm×42mmとなっている。そして、GPZ400以降ではコンロッド長が伸ばされている。まぁ、高回転型のためにコンロッドを伸ばした訳ではなく、実際には、エンジン外観寸法を変えないというのも理由にあったとは思うけど、GPZ400以降のエンジンの高回転のフリクションを感じない吹け上がりは、ショートストローク化だけでなく、ロングコンロッド化の効果も少なくなかっただろう。
そんなコンロッド長だけど、高回転高出力を得るためにロングコンロッド化するというのは、フリクション低減に有効。そのフリクション低減は出力アップだけでなく、今の時代ならエンジンの効率向上にも重要な要素、、、、それは言えるのである。
ただ、コンロッドというエンジンの中で最も激しく動く部品でもあり、長くしても軽くしたい、シンプルにしたいというのはエンジンの効率アップに無視出来ない考え方とも言える。
そこで今時のエンジンにおけるコンロッドというモノを見渡してみると、まず興味深いのは、日産のVCエンジン。これはコンロッド長を変化させて可変圧縮比を実現するというコンセプトであり、言葉面を追うと素晴らしいように感じる。
ただ、現在のカワサキのZX-10RRの取り組み等を考えると、可変圧縮比を求めるためといっても、それでコンロッドをリンク接続による多点部品にして複雑かつ重量を大きく増やすというのは、本質的な部分で適切なのか？というのは何とも複雑なような気もする。
そもそも、ターボエンジンであり圧縮比を変えるために物理的な燃焼室容積を変える手立てが正解か？というと、それには一考の余地があるように思える。
そもそも過給エンジンなのであれば、過給圧をコントロールすることで、実際に燃焼室に取り込む空気量が変えられる訳であり、敢えて燃焼室容積を変える必要まであるか？という点で個人的には今一賛同し辛い部分が伺える。
一般に排気でタービンを回すターボチャージャー、エンジン出力の一部でコンプレッサーを回すスーパーチャージャーがあるけど、これでは状況に応じた過給圧制御が難しいのかもしれないが、今時なら、過給器を電動化することで、状況に応じて圧力制御を行う方がエンジンの効率に対する影響が小さい、、、、個人的には圧縮比というか取り込み空気量を付加に応じて制御するのであれば、昔ながらの過給器や、VCエンジンのようなコンロッド長可変デバイスよりも、回転数を電子制御で可変可能な電動過給器の方が遙かにシンプルで高効率なように感じたりするものである。
また、コンロッドの長さに対する取り組みを見渡すと、スバルのボクサーエンジンも個人的に疑問が拭いきれない部分が存在する。
ボクサーエンジンの定番といえば、EJエンジンがあるけど、これは2Lの四気筒でボアストロークは92mm×75mmだ。一般に2Lではスクエアタイプが多く86mm×86mmが多いけど、それに較べれば相当なビッグボアショートストロークエンジンとなっている。そんなスバルの2LエンジンはFA型が86mm×86mm、FB型が84mm×90mmとなっている。
因みに、最近の2Lエンジンを見ると、ボア84mmでも大きい方。今はボア80mm、ストローク100mmを目指しているものが多い。
そんなトレンドだけど、そもそもスモールボアエンジンの方が効率的には上回るもの。
ただ、スバルのエンジンはボクサーエンジンというもので、ロングストローク化するとエンジンの横幅がひたすら拡大するという性質であり、エンジンの横幅を抑えるためにはコンロッド長自体を長く確保するのが、そもそも難しい構造である。
昔、初代インプレッサの整備でエンジンを下ろす作業を行った時、手狭故に、足周りも分解した記憶があるけど、当時のエンジンはEJ20だった筈。そんなエンジンが、ロングストローク化して、エンジン幅を抑えるとなると、シリンダー配置がエンジン設計において制約を与えかねないのでは？という心配というか懸念が生まれてしまうモノ。
最近のエンジンは高効率を志向するということだけど、そのためにメカニズムが複雑だったり、或いはアイデンティティのためか拘りが強かったり、、、そういうパターンが見受けられるけど、レイアウトはシンプル、構造は単純、王道を外さないというのが一番大事なような気がする。その中で、コンロッドという単純な部品だけど、これはエンジンの中の運動状態を考えれば効率に与える影響は小さくないパーツのように見える。こういうパーツこそ、王道的な考え方を守る事が実は一番大切なような気がする。
圧縮比を換えるためにコンロッド構造を複雑化させたり、アイデンティティである構造を守るために理想的なサイズを仮に守る事が出来ないのであれば、それは少し違うようにも思う。単純なパーツ故に、そこに拘るというのが実は一番大事、、、、そういう意味では、前述で紹介したカワサキ4ストロークエンジンというのは個人的には結構好みだったりする。
スペックのためのメカニズムではなく、本質のためのメカニズムへの拘りというのが本当の意味で高効率を実現する上で不可欠な考え方のような気がする。
余談だけど、これから登場するエンジンでは、スカイアクティブＸというエンジンが存在するけど、あれはコンロッド長云々の話では無いけれど、2LエンジンでSPCCI燃焼という火花点火制御圧縮着火エンジンらしいけど、発表された機械的構成を見ると、マイルドハイブリッド的なモーターによる補助動力機構、高応答エア供給機とはいっているけどルーツ式スーパーチャージャーが組み込まれている。言ってみれば2Lエンジン＋マイルドハイブリッド＋S/Cという構成である。それで公開されたスペックが190PS/230N･m程度である。そうであるならば、燃費的には公称値で30km/L以上を掲げない限りは、既存のエンジンに対しての優位性を謳う事は難しいのでは？というのが直感的な感想である。
少なくとも2Lエンジン＋過給器なら、出力的には250PS/35kg･m程度は今の時代に狙える数値である。ただ、そういうエンジンの燃費は公称値で15km/L程度。それに対してアドバンテージを発揮するのであれば、やはり30km/Lは欲しい。最低でも25km/Lが無ければ市場での競争力は発揮出来ないのでは？という印象が拭いきれない。
詳しいことは判らないけど、高効率なエンジンというのは、根幹部分はシンプル、制御が賢い、、、、そういうエンジンが正解のような気がする。