フリクション低減とは?部品の接触面で発生する摩擦損失の低減【バイク用語辞典:エンジン出力向上編】

■フリクションの低減により出力と燃費が向上

●フリクションは摺動速度に依存するのでエンジン回転とともに増大

ピストンやクランクシャフトなどさまざまな部品が摺動しているエンジンでは、部品間に摩擦損失が発生します。出力と燃費を改善する手法のひとつが、この摩擦損失を減少させるフリクション(機械損失)低減技術です。

エンジンフリクションの内訳や低減手法について、解説していきます。

●エンジンの熱勘定とは

ガソリンエンジンは、ガソリンをシリンダーの中で燃焼させてピストンを押し下げ、その力をクランクシャフトで回転運動に変換して動力として取り出します。言い換えると、エンジンはガソリンの持つ燃焼エネルギーを機械エネルギーに変換する熱機関です。

この変換効率は熱効率に相当し、熱効率が高いほど出力が上がり、燃費が良くなります。

ガソリンエンジンの熱勘定
ガソリンエンジンの熱勘定

エンジンの燃焼による発熱量を100%として、エンジンの出力として取り出される有効仕事と、さまざまな損失(冷却損失、機械損失、ポンプ損失、排気損失、燃料の未燃損失)の割合を示すのが、熱勘定です。

一般的なガソリンエンジンの場合、有効仕事として取り出せる割合(熱効率)は、最高で40%程度、残りは熱などによって捨てられます。通常の運転では、損失の割合は大きく、有効仕事の割合は15~30%程度と少ないため、出力や燃費を向上させるにはこれらの損失を減らすことに他なりません。

この中のフリクションに関して、その要因と低減技術について以下に解説します。

●フリクションの内訳

フリクションの内訳
フリクションの内訳

フリクションは、ピストンがシリンダー内で往復運動するときのピストンとシリンダー間、ピストンリングとシリンダー間の摩擦、クランクやコンロッド大端部が回転運動するときのコンロッドメタルやクランクメタルの摩擦、吸・排気弁を駆動させるカムシャフトや弁駆動のときの摩擦、オルタネーターなどの補機可動部の摩擦などで発生します。

補機類のフリクションは、回転によらずほぼ一定です。動弁系のフリクションは、低速域でカム山を乗り越えるときの摩擦が大きく、高速になるほど十分に潤滑されるため、フリクションは低下していきます。その他の部品では、エンジンの回転が上がるほど、フリクションが周速に依存するため、増大します。

●フリクション低減手法

フリクションを低減するためには、部品同士の摺動抵抗を減らす、ピストンなど軽量化によって慣性抵抗を減らす、補機駆動損失を減らすことが有効です。

・摺動抵抗の低減

ピストンスカート部形状の最適化や表面処理、ピストンリングの形状改良や張力低減、タイミングベルト張力の低減などの部品の接触力の低減、低粘度オイルの使用による摺動抵抗の低減などが効果的です。

・慣性抵抗の低減

効果的なのは、ピストンの軽量化です。ピストンが軽量化できれば、コンロッドとメタルも軽量化でき、さらにカムシャフトベアリングも小型化できるのでフリクション低減につながります。

・補機駆動損失の低減

補機には、オルタネーター、水ポンプ、オイルポンプなどがあり、構造的な見直しで改良します。


バイクはエンジンを1万5000rpmぐらいまで回すので、回転上昇とともに寄与度が増大するフリクションは最高出力への影響が大きくなります。フリクション低減は、ひとつひとつの効果は小さいですが、確実に出力と燃費を改善できる技術なので、多くの部品について少しずつでも低減を図ることが大切です。

(Mr.ソラン)

『バイク用語辞典』の最新記事
トビラ画像
ADASとは?バイクでも実用化が進む先進安全運転支援技術【バイク用語辞典:安全技術編】
トビラ画像
スマートヘルメットとは?ヘッドアップディスプレイに情報を表示するヘルメット【バイク用語辞典:安全技術編】
トビラ画像
エアバッグとは?車体一体型もあるがエアバッグ付きべストが効果的【バイク用語辞典:安全技術編】

あなたにおすすめの記事

この記事もよく読まれています