「オートバイ/バイクエンジン進化の歴史」についてご紹介
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バイクエンジンは、高回転・高出力の追求から時代は高効率化へ
4気筒が登場した’60年代、DOHC化が加速した’70年代エンジンは、いつの時代も最強スペックを目指して進化を続けた。そして今、そのスペックを“制御する”時代へと、転換期を迎えた。
国産大排気量車の主流が「並列4気筒」にシフト
多気筒エンジンといえば純粋なレーシングマシンか外国製のプレミアムバイクしか存在しなかった’60年代末に、並列4気筒を搭載したCB750Fourが登場。排気量、馬力、最高速すべてがケタ違いのスペックに世界が驚愕。国産ライバルメーカーも追従することに・・・。
バイクのエンジンの歴史
大排気量スポーツバイクを変えた「CB750Four・並列4気筒エンジン」
バイクのエンジンの歴史を紐解けば、戦前・戦後にも優れたレイアウトや機構を備えたエポックなモノが数多く存在します。しかし、近代の大排気量スポーツバイクのエンジンを語るとき、決して外せないのが69年にホンダが世に放ったCB750Fourの「並列4気筒エンジン」。
Honda CB750 Four(1969年)
量産市販バイクで世界で初めて並列4気筒エンジンを搭載。’68年東京モーターショーで発表され、世界中のバイクファンに衝撃を与えたエポックモデル。
60年代に世界GPを総ナメにした「ホンダエンジン」
多くのバイクメーカーが2ストロークでスタートして軌道に乗ったのに対し、ホンダは創業当時から4ストロークに力を注いでいました。そして50年代にはマン島TTにチャレンジし、4気筒DOHC4バルブのレーサーまでも完成させ、60年代には世界GPを総ナメ…。
’80年代初頭までにあらゆるエンジン形式が登場
現在もメジャーな並列4気筒の他にも、’70~’80年代には並列6気筒やV型4気筒、ホンダのゴールドウイングが搭載した水平対向4気筒(後に6気筒化)など、ほとんどのエンジン形式が登場しています。今は無きロータリーやターボなど、チャレンジ精神も旺盛!
Honda CX500 TURBO(1981年)
同年にヤマハ、’82年にスズキ、’84年にカワサキもターボ車を発売。国内認可が下りず、ターボは短命に終わった。
Honda VF750 SABRE(1982年)
世界初の水冷V型4気筒エンジンを搭載。油圧式クラッチも二輪で世界初の試み。
Honda CBX(1978年)
Z1300より1年早く登場した国産初の6気筒は、空冷DOHC4バルブだった。
SUZUKI RE-5(1974年)
国産で市販(輸出車)された唯一のロータリーエンジン搭載車。排気量は497cc。
KAWASAKI Z1300(1979年)
カワサキ初の6気筒エンジンはDOHC2バルブで最高出力120psを発揮。水冷方式もカワサキ初の試み。エンジン幅を抑えるためロングストロークを採用した。
英国メーカーを完膚なきまでに駆逐した「日本の4気筒エンジン」
そんなバックボーンがあるから可能だったとはいえ、750ccの4気筒エンジンを搭載した市販量産車はあまりにも衝撃的。発売から時をおかずに、それまで名声を欲しいままにしていた英国メーカーを完膚なきまでに駆逐することになります。
「カワサキZ1」「スズキGS750」「ヤマハGX750」「ホンダ CB900/750F」の登場
「ビッグバイクは4気筒」という新基準がCB750Fourで確立されると、国産ライバルも黙っていない。
同時期から4気筒を開発していたカワサキはDOHCのZ1を72年に投入し、スズキも76年にGS750を発売、ヤマハは3気筒だがDOHCのGX750を登場させた(翌77年には4気筒DOHCのXS1000を発売)。
そこでホンダが黙っているワケがなく、ワークス耐久レーサーと同時開発した1気筒あたり4バルブCB900/750Fで迎え撃つ・・・。
80年前後、空前のバイクブーム
そして80年前後には空前のバイクブームが巻き起こります。免許制度の兼ね合いで国内バイクは400ccや250ccが中心だったため、これら中型排気量にも4気筒DOHCが相次いで登場することに。
今では想像できない、並列4気筒で初めて水冷化されたのはビッグバイクではなく400cc(88年のスズキGSX400FW)でした。
DOHCが主流になり4バルブ化も進む
カワサキもCB750Fourと同時期に“4気筒・750cc”を開発していたが、先を越されたCBを倒すべくDOHCを採用した900ccのZ1を’72年に発売。続いて’76年にスズキがGS750を、ヤマハも3気筒DOHCのGX750を発売。対するホンダは4バルブ化で迎え撃った。
KAWASAKI Z1(1972年)
市販量産バイク初のDOHC4気筒エンジンを搭載。発売直前に設けられた自主規制により、国内モデルとして翌173年に750ccのZ2が登場した。
エンジンの個性はバルブ形式で変化する
高回転高出力を目指して大きく変化したのがバルブの駆動方式’70年代、SVはすでに淘汰されていたが、OHVからDOHCまで急速に進化した。
SV(サイドバルブ)
吸排気バルブをピストンと並べて配置。燃焼室が大きいため高圧縮による高回転化が望めず、現在はほぼ消滅。
OHV(オーバーヘッド・バルブ)
吸排気効率の向上と燃焼室の小型化(高圧縮化)を狙い、バルブをピストンの頭上に配置し、プッシュロッドで開閉。
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OHC(オーバーヘッド・カムシャフト)
高回転時の“プッシュロッドの踊り”を解消するためカムをバルブの上に配置。カムが1本なのでSOHCとも呼ぶ。
DOHC(ダブル・オーバーヘッド・カムシャフト)
OHC以上の高回転化を狙い、吸気と排気バルブを独立したカムで開閉する。バルブ直押し式とロッカーアーム式が存在。
様々な機構の基礎は’80年代に確立されていた
’80年代は国産各メーカーのカラーが明確にエンジンに投影され、現代の4気筒に通じる様々な技術が確立された時代だった。なかでもヤマハの前傾エンジンの発想や、カワサキのサイドカムチェーン方式などは、現行エンジンではメーカーを問わず採用している。
KAWASAKI 横置き並列4気筒初のサイドカムチェーン
エンジン幅を抑え、吸排気のストレート化や冷却にも有効なサイドカムチェーンを’84年にGPZ900Rが採用。現行スーパースポーツの並列4気筒は、すべてこの方式。
Honda NRの技術を転用したV4エンジン
’80年代初頭からレーサーやレプリカのエンジンの主軸をV4にシフト。ギヤによるカム駆動やバックトルクリミッターなど、様々な技術をNRからフィードバックした。
SUZUKI エンジンオイルでヘッドの冷却を行う
オイル噴射により熱境界層を吹き飛ばして冷却効果を高める油冷エンジンを’85年のGSX-R750に採用。水冷より小型軽量、空冷に勝る冷却効率でハイパワー化に対応。
80年代中盤の「レーサーレプリカブーム」
そして80年代中盤には「レーサーレプリカ」ブームにより、の中型バイクのエンジンが飛躍的に高性能化していくことになります。
消滅寸前だった2ストロークエンジン
レプリカと言えば、ハズせないのが「2ストローク」。そもそもホンダ以外のメーカーは2スト主体だったが、大排気量化や4気筒の登場で、一気に4ストにシフトしたため、70年代中頃は2ストは消滅寸前でした。
2ストエンジンの復活
しかしヤマハが市販レーサーTZ250の技術を投入した、水冷のRZ250を80年に投入したことで一気に復活。しかも、バイクブームの影響でWGPや全日本などのレースもメジャー化したため、GPマシンと同じ2ストエンジンが人気を博したのも当然の成り行きと言えます。
400CCの4気筒とも勝負できた250クラスの2スト
2ストは構造がシンプルで軽量、しかも単純に比較すると同排気量なら4ストは2ストの2倍回さないと同じパワーを稼げません。そのため250クラスで2ストが人気なのは当然の流れ。400CCの4気筒相手でも十分以上に勝負できたのです。
エンジン吸気方式の進化
エンジンの吸気方式も、ピストンリードバルブからレーサー同様のロータリーディスクバルブに変化したり、燃費や扱いやすさも両立したクランクケースリードバルブ方式が採用されたりもしています。
排気デバイスが大中幅に改善されたヤマハRZ250R(88年)の登場
また「ピーキーで扱いにくい、低速時のトルクが弱い」といった2ストならではのエンジン特性も(そこに惹かれたマニアックなファンも多かったが)、ヤマハのRZ250R(88年)が装備した排気デバイス「YPVS」により大中幅に改善され、同様な機構をライバル車も備えることに。
そして80年代中頃を過ぎると、市販レーサーと同時開発した、「保安部品付きレーサー」のような2ストレプリカも登場。この流れは、90年代半ばに2ストロークエンジンが排ガス規制や燃費・省エネに対処できずに姿を消すまで続いたのです。
WGPと直結していた2ストレプリカが席巻
’80年代初頭の空前のバイクブームに連動し、WGP、全日本ともにロードレースも現在と比較にならない大人気。そこで国産各社はGPマシンと同一メカの2ストレプリカを市場に投入。’90年代中盤に環境対策で2ストが終焉を迎えるまで猛烈に進化を続けた。
Honda NSR 250R(1986年)
既存のNS250Rを全面刷新し、ワークスNSR250の技術をフィードバック。市販レーサRS250とほぼ同一のシャシー設計。
KAWASAKI KR250(1984年)
WGP250/350クラスで活躍したワークスマシンKRを踏襲する、シリンダーを前後に配置した直列2気筒、通称“タンデムツイン”を搭載。
SUZUKI RG250(1983年)
初のフルカウル&アルミフレームのガンマの登場がレプリカブームに拍車をかけた。登場時は並列2気筒、’88年にV型のRGV250に進化。
YAMAHA TZR250(1985年)
本格2ストレプリカの先駆けとなったTZR。並列2気筒→後方排気(写真)→V型2気筒と、市販レーサーTZ250の進化を忠実にトレース。
4ストはクランク2回転、2ストは1回転で爆発する
4ストロークエンジンは、ピストンの動き1行程ごとに吸気、圧縮、爆発、排気を行う。クランク2回転、すなわちピストンが4行程で1度爆発する。
対する2ストロークエンジンはピストン上昇時の1行程で吸気と圧縮、下降時の行程で爆発と排気を行うため、クランクが1回転(ピストンが2行程)するごとに1度爆発する。
4ストローク
2ストローク
90年代、革新から熟成の時代へ
そして90年代は、意外なことにエンジンにとって革新的な技術はあまり登場していません(もちろん既存の技術の熟成・進化は図られていた)。
楕円ピストン8バルブのV4エンジンを搭載した「NR750(1992年)」
そんな中で注目されたのは92年に販売されたホンダのNR750。楕円ピストン8バルブのV4エンジンは、まさにレーシングテクノロジーからのフィードバック。しかし残念ながら、あまりの高コストとレースレギュレーションの変更により間もなく終焉を迎えてしまうことに。
扱いやすさを追求する海外メーカーの猛追
さて国産バイクのエンジンばかりご紹介してきましたが、外国勢はどうなったのか?じつは国産メーカのように、短いサイクルでエンジンのレイアウトを変更したり、全面刷新されることはほとんどなく、基本レイアウトを80年代以前から踏襲するものが多かったのです。
「ドゥカティ・851」「BMW・K100」
こう言うとほとんど進化していないように感じますが、そんなことは決してない。ドゥカティは伝統の空冷Lツインをベースに、88年に水冷4バルブDOHCの851を登場させたし、フラットツイン一辺倒と思われがちなBMWは90度寝かせた水冷4気筒を縦置きに搭載したK100を88年に発売しています。
そしてこの2台で注目すべきは、フューエルインジェクション(FI)の採用。その後もドゥカティやBMWはFIを熟成して行くが、なぜか日本メーカーがFIに本腰を入れたのは90年代後半からでした。
2010年代前半、目覚ましい躍進を遂げる海外製スーパースポーツバイク
2000年代中頃までは、ことスーパースポーツにおいては日本製が圧倒的に優位を誇っていたものの、2010年代前半に海外製スーパースポーツが目覚ましい躍進を遂げます。
制御系電子デバイス技術で先行する海外メーカー
エンジン刷新で日本製4気筒に勝るとも劣らない高出力を発揮したのも驚きですが、それ以上に高出力エンジンを「扱いやすく」制御する電子デバイス技術で先行したのです。
「いかに扱いやすく」「効率よく使えるか」の時代へ
日本メーカーも黙ってはいなかった。15年のYZF-R1を皮切りに、各メーカーが次々と新作を投入。バイクのエンジンはここにきて、高回転・高出力を追求した時代から、いかにライダーが扱いやすく、効率よく使えるかの時代へ明確にシフトしていくことになります。
躍進する海外メーカーと、栄華を築いてきた日本メーカーのエンジン制御における熾烈な争いは今後も激化を極めていくだろう。その動向からは目が離せない。
海外メーカーは刷新ではなく熟成させて進化する
海外メーカーは、独自のエンジンレイアウトを長く使うのが特徴。モト・グッツィなどは、最初期型から現行型まで共通するエンジンパーツが存在するほど。しかし毎年のようにリファインを重ねて性能向上を図る姿勢に、アイデンティティの強さを感じる。
MOTO GUZZI 縦置Vツイン
1966年に登場以来ひたすら熟成を重ね、現在もOHVが主流(SOHCも存在する)
BMW 水平対向ツイン
1923年から続く水平対向は、OHVからDOHCへ。’13年にヘッドのみ水冷化を果たす
HARLEY-DAVIDSON 45度Vツイン
1909年に登場した空冷Vツインは、独特なリズムの爆発間隔とサウンドを守り通す
https://kopenguin.com/post-45459/
DUCATI 90度Lツイン
1969年の空冷500ccから進化を重ね、水冷や4バルブも登場。パニガーレで完全刷新
YAMAHA 吸気効率を高めるストレートポート
’85年のFZ750ではシリンダーを45度前傾させ、エアボックスからダウンドラフトキャブを介して吸気ポートまで一直線に結んで吸気効率を高めた。低重心化にも貢献
ドカの台頭に日本メーカーもVツインスポーツで対向
’88年から始まったWSBでは、昨シーズンまでの29年のうちドゥカティが14回もチャンピオンを獲得。それを追い風に’94年登場の916や空冷のモンスターなど市販モデルも人気を高めた。国産メーカーも対抗するため’95年頃からビッグツインに力を入れた。
DUCATI 996R(2001年)
’88年に登場した水冷4バルブの851を鬼才M.タンブリーニが刷新し、916シリーズを開発。’01年の996Rで狭角バルブの“テスタストレッタ”が登場。
SUZUKI TL1000R(1998年)
TL1000Sをベースに本格的なレース参戦を視野に開発されたV2スーパースポーツだが、レースで陽の目を見なかった。
Honda VTR1000SP-1(2000年)
それまでのV4のRC45に替わるVツイン搭載のスーパーバイク。WSBでは登場した’00年と’02年(SP-2)にチャンピオンを獲得している。
爆発間隔を不揃いにしトラクションを稼ぐ
「並列4気筒は等間隔爆発」という常識を覆し、不要な慣性トルクを消して純粋な燃焼トルクを活かし、不等間隔爆発によりトラクション性能を向上させたのが、クロスプレーンクランクシャフトです。
スペックを追求しない空冷エンジンに再注目
スポーツバイクのエンジンはひたすらスペックを追求してきたが、近年は大らかで力強い特性の空冷エンジンが注目を浴びています。じつは空冷で性能を出そうとすると、排ガスなどの環境規則をクリアするのが難しい。レトロに見えるが最新技術で対処しているのです。
MotoGPで開発した技術をフィードバック
’04年YZR-M1(OWP3)にクロスプレーンクランクを初採用し、V.ロッシ選手が見事にシーズン制覇。
YAMAHA YZF-R1(2009年)
1-2番、3-4番のクランクピンを90度位相させた“クロスプレーンクランクシャフト”を装備。並列4気筒で唯一の不等間隔爆発する。
海外メーカーが躍進し日本メーカーはそれに応えた
国産4気筒が圧倒的なパワーで海外勢を突き放していたのは過去の話。海外製スーパースポーツのエンジンが完全に肩を並べた時点で、満載される電子デバイスは完全に国産車を凌駕。ここに次の一手を打ったのがヤマハ、そして他の3メーカーも続いた。
YAMAHA YZF-R1M(2015年)
2009年型で投入したクロスプレーン並列4気筒を、コンセプトをそのままに全面刷新。IMU(下段コラム参照)を軸としたフル電子制御化で、海外勢への逆襲の狼煙を上げた
BMW HP4(2013年)
S1000RRのハイパフォーマンス仕様。各種エンジンデバイスの他に、セミアクティブサスも装備
DUCATI 1199 PANIGALE(2012年)
完全刷新されたエンジンに加え、出力/トラコン/エンブレなどをライディングモードで統合制御
性能を効率的に活用できる次世代の電子制御に注目
エンジンパワーモード
最高出力やトルク、スロットルレスポンスを、レイン、スポーツ、レース等の走行シーンに合わせて切り替え可能。スリックタイヤ装着時のモードを装備する車種もある
トラクションコントロール
後輪の空転を検知し、電子制御スロットルや点火燃料制御でトルクをコントロールして、最大効率でトラクションを得る装置。介入レベルやオン/オフの選択が可能
オートシフター
スロットルを戻さず、クラッチも切らずにペダル操作のみでシフトアップ可能。トラクションが途切れないので、コーナー立ち上がりのバンク中でもシフトアップできる
DCT(デュアル・クラッチ・トランスミッション)
奇数ギヤ/偶数ギヤそれぞれにクラッチを装備する有段式ミッションを採用するホンダのオートマチック機構。フルATはもちろんボタン操作によるセミATでも走れる
最新電子制御の要、IMUは車体の動きを3次元計測する
IMU(Internal Measurement Unit)とは、運動を司る3軸の角速度と加速度を計測する慣性計測装置のこと。3次元(XYZ軸)に対する動きを回転方向と移動方向それぞれに計測できることから、6軸センサーと呼ばれることも。計測した数値をもとに、トラコンやABSをきめ細かく制御できる。
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