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大学生と学ぶ、クルマの基礎知識

こんにちは。
僕は、静岡大学自動車部に所属している、「なつ」という者です。

僕は幼少期にトミカやプラレールに興味を持ち、高校時代には「頭文字D」や「湾岸ミッドナイト」に、ドハマりした経験があります。

それがきっかけで、なんとなく車が好きという漠然とした思いを抱き、大学1年生にこの静岡大学自動車部に入部し、自動車部の一員として活動しています。
そこで、「自動車の基本的なメカニズムや知識」について色々説明し、「最後に僕自身のこれからの目標」についてお伝えできればと思います。

これを読んでいるアナタも、この機会に僕と一緒に知識を蓄えましょう!!

自動車のメカニズムは、非常に複雑なものです。

自動車の役割は大きく分けると、
「走る」
「止まる」
「曲がる」
の三つになります。

これらの役割は、どのようにして可能になっているのでしょうか?

これら3つの役割を担っている車の構造は、大きく二つのグループに分かれます。

一つ目は
●エンジンやトランスミッション
●クラッチ
●デファレンシャル
などからなる、「エンジン&ドライブトレーングループ」

もう一つが
●サスペンション
●ステアリング機構
●ブレーキ装置
からなる、「シャーシグループ」です。

では、2つのグループに関する説明をしていきます。
「エンジン&ドライブトレーングループ」は、走る力を生み出すという役割を持っています。

エンジンからタイヤへの動力伝達の流れを簡単に説明すると、ガソリンや軽油といった燃料をエンジンから運動エネルギー、つまり回転力が発生し「MT車はクラッチ」、「AT車はトルクコンバーター」を介してそのエネルギーをトランスミッション → デファレンシャル → ドライブシャフト →タイヤに伝わるという構造になっています。

ここで、トランスミッションとデファレンシャルの写真紹介をします。

トランスミッションです。
トランスミッションです。

トランスミッション内部構造です。
トランスミッション内部構造です。

デファレンシャル・ギアです
デファレンシャル・ギアです。

ギア一つ一つが、複雑にかみ合っているのが分かります。 多くのギアがあることから、トランスミッションは車速度に応じたギアの組み換えを担っている、ということがうかがえます。

デファレンシャルは「差動装置」とも、呼ばれます。
では、なぜ?「差動装置」が必要なのでしょうか?

実は、自動車がカーブを曲がるとき、カーブの“内側の車輪”と“外側の車輪”で、速度に差が出てしまうのです。
それを防ぐために、デファレンシャルは両側の車輪の速度差を、差動装置をもちいることで、同じトルクを配分するという役割を果たしています。
ちなみにこのデファレンシャルはFF車のです。

「シャーシグループ」は、「エンジン&ドライブトレーングループ」から生み出されたパワーを、上手く制御するという役割を持っています。

簡単に説明すると、「サスペンション」は車の挙動を整え、どんな道でも安定した走行を可能にし、ステアリング機構は操縦者が行きたい方向に車を誘導すること。
「ブレーキ装置」は重たい車のボディを、安全に止めるという重要な役目を果たしています。

では、サスペンションとブレーキディスク、ブレーキパッドを写真で紹介します。

サスペンションです。
サスペンションです。

このサスペンションは、自動車の前輪左側を映したもので、「独立懸架(インディペンデント)式」と言われる形式に沿っています。
この形式にすることにより左右の車輪が自由に動けることで、路面からの影響を少なくし、ボディの傾きを抑えるのです。
さらに、写真を見ると黒いバネがついているのが分かります。

これは、路面凹凸を軽減する「コイルスプリング」とその衝撃を弱める「ショックアブソーバー」が一体となった「ストラット式」を採用しているものです。

これら2つの形式があることで、快適な運転が実現できているのです。

ブレーキディスクです。
ブレーキディスクです。

ブレーキパッドです。
ブレーキパッドです。

このブレーキパッドがブレーキディスクを挟むことで、自動車の速度を減少させているというわけです。

ここでブレーキディスクには、構造において一つ工夫があります。

次の写真を見てください。

ブレーキディスクを横からみたものです。
ブレーキディスクを横からみたものです。

等間隔に、空洞があるのが分かります。 実はこのディスクは「ベンチレーテッドディスク」とも、呼ばれることがあります。

なぜこのような構造になっているのかというと、「フェード現象」というトラブルのリスクを減少させるためです。

「フェード現象」とは、ブレーキの連続使用で発熱し、パッドとディスクの摩擦力が減少し、ブレーキがうまく効かなくなる現象のことです。

これを防ぐために、ディスクと空気が触れ合う表面積を増やし、放熱性を高めているというわけです。

では次に、二つのグループにおける部品の細かな説明や背景事情について話します。

「エンジン&ドライブトレーングループ」のエンジンについて。
乗用車用のエンジンは、2タイプあります。
「ガソリンエンジン」
「ディーゼルエンジン」
の、2タイプです。

ガソリンエンジンは、文字通りレギュラーガソリンやハイオクガソリンを燃料とするエンジンです。
ディーゼルエンジンは、軽油を燃料とするエンジンです。

そもそも、なぜ車の燃料がガソリンなのでしょうか?
それはガソリンの持つ「引火点」にあります。

引火点というのは、その名の通り火を近づけると燃え出す温度のことです。
ガソリンは“マイナス40度以下”と非常に低いことから、常温で燃えます。

さらに、酸素と一緒に圧縮すると「爆発」するという特性を持ちます。
この大きな特徴があるため、動力源であるエンジンを動かすための燃料として使用されているのです。
しかし、エンジンが燃料を燃やし、運動エネルギーとして有効利用できているのは「全体の30%」であると言われています。

その理由は、運動エネルギーに変換されていく中で、様々なエネルギー損失が起こっているからです。

その具体的な例は以下の通りです。

●冷却損失

エンジンの温度を下げるために放出される、熱エネルギーのこと

●排気損失

排気ガスに含まれ、排気される熱エネルギー

●機械損失

エンジンの部品が稼働する間に排出されるエネルギー

●ポンプ損失

ガソリンの燃焼行程以外で消費される

●補機駆動損失

オルタネータなどの補機が消費するエネルギー

オルタネータ
ちなみに、補機駆動損失で登場した「オルタネータ」はこのような装置です。

どの損失も、エンジンを動かし続けるには必要な損失であります。
例えば補機駆動損失での、オルタネータとは、いわば発電機の役割を果たしています。
ヘッドライトやエアコンの使用、エンジン起動の際に必要な電力を供給しています。
つまりオルタネータが無ければ、ライトをつけることはおろかエンジンをかけることすらできなくなります。
自動車にとって、非常に重要な装置なのです。

少し脱線しますが、自動車に関するトラブルにおいて「軽自動車だから軽油を入れても大丈夫だと思ったら、クルマが動かなくなった」という話を聞きます。

その理由はそもそも2つのエンジンの構造に違いがあり、間違った燃料を使用するとエンジンが機能しなくなるからです。

車が物理法則によって動作しているわけなので、くれぐれも車に変な考えを持ち込まないように気を付けましょう!!

話は戻り、次はエンジンの大きさについて。
エンジンの大きさは、「総排気量」によって表現されます。

これは、エンジン内部でピストンという部品が上下する空間の容積を示しているのです。

例えば、軽自動車のエンジンは、基本的にピストンを三つ備えています。

(これを3気筒と言います)
一つのピストンが200cc動くとすると、
「200cc × 3気筒 = 600で、600cc」
であるという感じです。

次にエンジンの搭載位置と、駆動輪の関係について。
車の安全運転について考える場合、これらの関係を考慮することも大切です。

その種類は大きく5つに分かれます。

●FF(フロントエンジン・フロントドライブ)

ボディの前方にエンジンを搭載し、前輪がエンジンの力によって回転する

●FR(フロントエンジン・リアドライブ)

ボディの前側にエンジンを搭載し、後輪がエンジンの力によって回転する

●MR(ミッドシップエンジン・リアドライブ)

ボディの中央付近にエンジンを搭載し、後輪がエンジンの力によって回転する

●RR(リアエンジン・リアドライブ)

ボディの後ろ側にエンジンを搭載し、後輪がエンジンの力によって回転する

●4WD(4輪駆動)

4輪すべてがエンジンの力によって回転する

一般的な乗用車は、基本的にFFであることが多いです。
つまり車を走行、制御するための部品の多くが車の前側に詰まっているというわけです。
FFが普及する以前はFRが主流でした。

そもそもどうしてFFが主流となったのでしょうか?

この方式が様々な車に採用されています。
背景としてホンダ技研の言葉を借りれば
「マシン・ミニマム、マン・マキシマム」
という考え方で、
「人が利用できるスペースをなるべく広く確保しよう」
とする考え方があるからです。
つまり、人々がクルマに求めるものは「快適さ」であるということですね。

少し脱線しますが、最近では自動車技術の発達もあり、以下のような機能が自動車に搭載されるようになりました。

●アイドリングしていることに気づかないほど低騒音なエンジンの開発
●自動でアイドリングストップをしてくれる機能
●障害物に反応して車を自動で止める自動ブレーキ
●安全な走行ラインをコンピューターが自動で判断し、運転者の走行補助をしてくれる“スタビリティコントロール”

これらの他にも、空間的な快適さだけでなく「快適に車を運転する」ための機能が最近の車に搭載されており、人に寄り添うような車作りがされています。

これで自動車のメカニズムに関する説明は以上です。

最後に僕のこれからの目標について。

最近はある程度時間の余裕ができたこともあり、僕は「キョウセイドライバーズランド」や「三河モーターランド」などで行われているジムカーナ練習会に参加することが多くなりました。

そこでは、マツダのロードスターやRX-7、トヨタの86など、名の知れたスポーツカーたちが沢山あり、ベテランドライバーからのアドバイスを得ることができるなど、楽しみながら運転技術を身に着けていくことができます。
しかし、モータースポーツということもあり、腕を上げるにはそれ相応の経験と時間が必要であるということを、練習会で走るたびに思い知らされます...。

特に上手い人の車に同乗するとき、ジムカーナが上手い人ほど、自動車の基礎知識(スローイン・ファーストアウトやアウトインアウトなど)を徹底して守っていることを、身をもって感じます。

あわてんぼうの僕はいざ本番になると、ついつい基礎を見失いがちになってしまうので、恐らく「安全に車を走らせる」という目標は、国道だろうと、サーキットだろうとどこへ行っても同じなのですね。

というわけで、これからの僕の目標は「焦らず基礎を固める」にします。

ここまで読んでくれた方、僕の長い話に付き合ってくれてありがとうございます!

それでは!

Let`s enjoy safety drive!!

(執筆:静岡大学自動車部:山本夏彦)

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