楕円ピストンエンジン ホンダNR500 【エンジンの仕組み】

楕円ピストンエンジン ホンダNR500 【エンジンの仕組み】

 

【書き起こし】楕円ピストンエンジン ホンダNR500 【エンジンの仕組み】

(00:01) [音楽] みなさんこんにちはメカのロマンを探求 する会 今回のお題はこれ 楕円ピストンエンジンを積んだ nr 500 僕たちが普段乗っている車やバイクの レシプロエンジンで円筒形のシリンダーに 支援形状のピストンがハマっていますよね 冷間時は熱膨張を考慮して深遠ではないの ですが暖気完了後には深淵になっています ところが家の中にはピストンが横長の エンジンもあって ホンダのエンダーの500というレーサー が楕円イン 正確には腸炎 トラック計上したピストンのエンジンを 搭載しています nr 500はなぜ楕円ピストンの エンジンを搭載するに立って 深淵ピストンのエンジンとは何が違うの でしょうか ということで今回は nr 500につい て調べてきましたのでご紹介したいと思い ます nr 開発開始 時は1970年代の後半とんだわダブル
(01:07) gp 500 c c クラスという バイクレースの最高峰で 4ストエンジンのバイクで2ストエンジン のバイクと戦おうとしてました wgp の500 c c クラスは今の モト gp クラスにあたります 本田はダブル gp から撤退した後 1977年に 1979年にダブル gp の復帰を宣言 します この時バイクのレースの世界は2スト エンジン全盛期だったわけですが 本田はそこは得て4ストエンジンのバイク で井戸も落としたわけです 2ストメインが500 c c クラス からフォースとメインのモト gp に 移行する数年間は2ストが350から 500 cg レイフォースとが990 c かとエンジンの排気量の差別化をされてい ましたが 1970年代のダブル gp の例 グレーションでは2ストと4ストの レギュレーションは同一でした
(02:12) ご存知かと思いますが2ストエンジンは ピストンに片道に1回の燃焼 フォースエンジンはピストン4片道に1回 の燃焼なので 2層の方が排気るあたりのパワーは圧倒的 に大きく同排気量のフォースをが行くと 比較した場合 2ストはロスが多くて4ストの2倍までは パワーが出ないのですがそれでも1.5倍 程度のパワーを絞り出すことができます またカムシャフトなどの動弁系等がないの で 仮に同じ排気量であった場合でも軽量な エンジンに仕上がります 同様にシリンダーヘッドが小さくなるため エンジンの搭載位置に see you が きくというメリットも持っているかと思い ます ただ2ストエンジンは燃費が良くないので 燃料の補佐を考慮すると重量面での差は 縮まりそうです でもレースうんじんだともしかしたらさが ないかもしれません moto gp の4スト2スト混走時代
(03:16) の燃費データがあると面白かったのですが これは残念ながら見つけられなかったです 本田宗一郎は2スト嫌いであり女が4スト エンジンを好むという傾向に加えて他とは 違うことをしたいという思いがエンジニア たちに会ってあえての4ストエンジンと いう選択になりました 楕円ピストンは目的ではなく手段 4ストエンジンを積んだバイクで2スト エンジンを積んだバイクにレースで勝つの は並大抵のことではありません エンジンのパワーを上げるには主に二つの ルートがあるかと思います 一つ目が単位時間あたりにさばける空気の 量を増やすこと 二つ目がエンジンの熱効率を出ること 熱効率に関しては圧縮比を挙げるなどが あるもののそれでもそう簡単に変えられ ないのでパワーを出すにはいかに空気を 砂漠化を追求する必要がありますその方法 には排気量を増やす過給器を使う
(04:23) エンジンの回転数を上げる na でも空 空気の充填率を上げるなどなどとあります が排気量アップという解決策は レギュレーションで排気量が縛られている ため採用できません 下記ウキについては当時の レギュレーションでは ok だったよう ですが技術的な問題からかこのときはまだ 出てきていませんだから n エンジンの 回転数を上げてそれでも空気の銃隊水が 落ちないようにする必要があります 当時のライバルたちの2スト500 cc のパワーは120馬力程度であると推定し nr の場合 force 10人を選ん だことによる重量増加を加味して130 馬力を目標とすることが決定されました なお重量については資料によって諸説あり ます 500 cc で130馬力という目標を 立てたのはいいですがこれをいかにして 達成数かですよねフォース戸隠神の排気量 で130馬力を絞り出すにはエンジンの
(05:29) 回転数を2万 rpm くらいまで上げる 必要があります確かに nr 500の タコメーターを見てみると今が rpm 付近にレッドゾーンが設定されています 馬力はトルクかけるエンジン回転数なので 仮に高回転でもトルクが同じであれば 10000rpm と20000rpm を 比較すると今がる pm の方が2倍のば 利益が出ることになります この仮に高回転でもトルクが同じであれば という部分実はこれが nr 500に 楕円ピストンが採用された理由で 口で言うのは簡単ですがこの高回転でも トルクを維持するというのがとても難しい ことなんです エンジンは頑丈に作れば超高回転までも あるような単純な代物ではありません nr の楕円ピストンエンジンは様は2つ の隣アウディストンをくっつけて スペック上は分イオンエンジンだけど実際 の機能はほぼほぼ v8エンジンという
(06:34) ものに仕上がっています ピストンの長手方向は深淵のそれの だいたい2つ分 バルブの数の1気筒あたり100本と普通 のエンジンの2気筒分 コンロッドもビス本1個に2つついている などということが写真を見てわかるかと 思います 500 cc で4気筒というのは レギュレーションで決まっているため これがは絶対に守る必要があります でも逆に言えば ピストの形状やバルブの数には制限がない のでホンダはこの隙をついたと言えます v8にすれば130馬力出せる nr 500は4ストの500 cc で 130馬力を目標に設定しましたが 平均ピストンスピードと吸気人の混合機の 充填効率を考慮すると 常識的にはこれを実現するためには8気筒 エンジンとする必要があります それぞれについて細かく見ていきましょう
(07:38) 平均ピストンスピード まず問題になるのがピストンが動く スピードです いわゆる平均ピストンスピードですね これが大きくなると強度的な懸念もあり ますがフリクションが大きくなって高回転 まで回らなくなってしまいます いまも昔もレース用レシプロエンジンは 平均ピストンスピード 24メートル毎秒 というのがほぼほぼ限界の数値のよで これ以上となるとフリクションが増大して ロスが発生してしまいます だから nr 500免じも24メートル 毎秒を超えてしまうと今 rpm まで マール猿人が作れなくなります nr の エンジンは20000rpm まで回すの がキモなのでそれじゃあ困りますよね 同じ排気量でもボアを大きくしてショート ストローク化すれば ピストンスピードは抑えられますがあまり にショートストローク化させると燃焼室が 平べったくなりすぎてよろしくなく
(08:41) ショートストローク化するにも限界があり ます ショートストローク化するとピストンが 重たくなってしまうのでこれまた高回転化 も足かせになりそうです 20000rpm で平均24メートル 毎秒のピストンスピードに収めるとなると ストローク量は36ミリメートル以下と 算出されます 500 c c を4気筒とするな1気筒 あたり125 c c デー さらにストロークが36mm であると boa は66mm になります 4気筒ではなく8気筒にしてストロークを 36mm と設定すると なんとかピストンスピード限度内に収める ことができる上に 燃焼室形状も適正に保つことができます 空気をたくさん吸い込みたい レシプロエンジンを高速回転させを通して ぶち当たるのが空気をいかにシリンダーに 呼び込むかです
(09:44) 空気にも粘り気青も下がるためエンジンが いくら吸い込もうとしても思い通りに入っ てきてくれません トルクを出すためには燃料をたくさんたく 必要がありますが 酸化剤の酸素が含まれる肝心の空気が シリンダーに入ってこないと 燃料を燃やそうにもも痩せません 実際には空気とガソリンはシリンダーの 手前でまず得られるんですけど 2021年のこのご時世 皆さんまっすくをされていると思います このマスクふつうにしている分には まあまあ苦しいくらいで済みますが 階段を上ったりするときには呼吸に対して 真っすぐが大きな抵抗になっているのを 感じると思います 実はエンジンでもイメージ的には同じよう なことが起きていて 高回転でブン回そうにも空気が思い通りに 入ってきてくれません エンジンの吸気は最速で音速です さすがに皆さんは右側で息を吸っていない かとは思いますが
(10:49) さて先ほどの仮に高回転でもトルクが同じ であればはここにかかってきます なにせにマール pm 年人で吸気バルブ が開いている時間は1サイクルあたり約 660分の1秒なんです こんな時間開いているではなく振動して いるのレベルですよね こんな感じでいろいろと大変なので高回転 でもシリンダー内に空気がたくさん入って こられるようにあれやこれやの作戦を打っ ていくわけです 空気をたくさん取り込む方法 しみんなの中にたくさん空気を取り込むに はどうすればいいのでしょうか まず普通に考えられるのがパル部を大きく することです ではシリンダーいっぱいに巨大なバルブを 設置すればいいのかというとそううまくは いきません 単純にバルブ大きくすると出てくる恩来が あります まずはバルブリフト量を増やす必要がある という点です バルブだけが巨大でもそのバルブが作る 隙間が小さいと何の意味もありません
(11:56) 巨大なバルブはそれが使う大きなポート 面積に見合うだけのバルブの開口面積が 不可欠です それを確保するためにバルブリフト量と 呼ばれる バルブの動く距離を大きく取る必要があり ます エンジンが高回転になればこのバルブ リフト量はさらに多く求められますバルブ が巨大になると大きなバルブリフト量が 必要であることもあいまってイナーシャや フリクションが増え むしろ高回転に向かない結果になって しまいますこれじゃあ20000rpm も 回すことはできませ 単純なバルブの巨大化にはさらに懸念事項 があってシリンダーヘッドの名跡を有効 活用できません ユニフロー掃気2ストリーゼルのように頭 にバルブが一つだけなら大丈夫なのかも しれませんが 4ストエンジンは最低でも 吸気と排気に各1つずつ 経営にこのバルブはフィスです2つの バルブで大きな面積を確保しようにも
(12:59) デッドスペースが多く出てしまいます このレッドスペースを埋めようとある以外 のバルブ形状も考えられますが 座りが良くないなどの問題があります nr 500のエンジンでもこの異径 バルブは候補に挙がったようですが 本格的な検討されるまでには至っていない みたいです それならとバルブを増やす方法をとるわけ ですね 二つの巨大バルブを吸気日本排気2本の計 4つに分割すればレッドスペースは減り ますしまたバルブ一つ一つが小さくなる ため軽くバルブリフト量も少なめにする ことができます もう一つのバルブ面積を確保する方法とし て 燃焼室の屋根をとがらせる方法があります 方すると同じ直径でも大きなバルブを配置 することができます ところが調子に乗って飛ん階今みたいにし てしまうと圧縮比を確保するために
(14:03) ピストンもトンガリくんにする必要があり ます こんないびつな燃焼室どう考えてもパワー が出なさそうです ついでに向かうバルブ同士がぶつかる リスクも出てきます 何をバルブがギチギチに設置されていると か部屋となりのバルブを流れる空気がお 互いに邪魔になって実質的な空気の通り道 が狭くなってしまいますだからこれに対応 するため さらにバルブリフトルーを増やすなどの 措置が取られます nr 500はこれらの考えを取り入れた として それでもそれでもレギュレーション ドーリー4気筒のびゃく cc で130 馬力という目標を満たすには空気の流量を 十分に確保できませんしパル部がまだまだ 重たい状態です 8気筒にすれば従来通りの4バルブでも 目標のトルクを出せそうですがこれは4 気筒縛りがあるためそれも叶いませ 目標の馬力を出すためには一つの
(15:06) シリンダーに18mm の吸気バルブと 16ミリメーターの排気バルブを4つずつ 計8本配置する必要がありました 吸気バルブの方が大きいのは吸気バルブを 通る混合機よりも排気バルブが扱う排ガス の方が圧力が高くまた温度が高い上に音速 が早くなっていて小さくても ok だ からですこれは普通の車やバイクでも同様 です とは言うものですよ 深淵のシリンダーに貼っ本もバルブを つけると意外と有効開口面積が足りなく なるという問題があります また吸気ポートやシリンダーヘッドの形状 も複雑になります バルブのサイズと適切な燃焼室形状を確保 しつつ バルブを8本設置するとなるとバルブは いろんな方向に向いてしまいます これをカムシャフトへ go 貸すのは 難儀しますしロッカー6でも大変です おまけにポートもふ頭町となってしまって
(16:11) 9機の管制下球を生かすことができません 昔流行った後バルブエンジンが廃れて しまったのは実は木コーンの複雑さの割り にメリットがあまりなかったからなんです ね 僕が昔乗っていたトレのは5バルブで高 回転までよく回るいいエンジンだったん ですけどね 5バルブは燃焼室形状がボコボコになって しまうため さらにシリンダーに導かれる空気の流れも 悪くなります 今後気をバッチリ燃焼させるにはガスの渦 が大切なのですが5バルブだと結果的に うまいことずを作り出せません 神への燃焼手で8バルブにした場合でも 同じような問題が起こると考えられます そう考えると6バルブの dd 54形 ディーゼル機関車は不思議な存在です エンジンはマイバッハ性を三菱が ライセンス国産化していてさすがドイツの 技術力は世界 話はそれましたがこんな感じで常識的な エンジンで4ストンのお役 cc で
(17:16) 130馬力出すには8気筒にしなければ ならないというのがよく分かりますそれ じゃあピス豚を横長にしよう 前に説明したようにやはり普通の4きっと 500 cc で130馬力出すには無理 があります そこで本田の中の人はひらめきました シリンダーとピストンを横長にして v8エンジンの壁をぶち抜いたような v4 エンジンを作ればいいんじゃないかと これならカタログ上は4基となのに実質8 気筒ですこういう構造にすると横にバルブ を並べられるのでバルブの有効面積を十分 に確保できますさらにバルブが一直線に 並ぶため 凝ったロッカー胸どうしようしなくても8 バルブ化を実現できます のピストンスピードにしても当初限界で あると考えられていた 24メーター前日を満たすための ストローク36mm とすることが可能 でした シリンダーが横には長くなってしまうもの
(18:20) も 実質的なボアは短編と考えることができ そうです さらに実は楕円ピストンで作った分イオン エンジンには真円ピストンの v8 エンジンよりも優れた部分があります 楕円ピストン分用エンジンは v8 エンジンの壁をぶち抜いた構造なので壁が 少なくこれによって生まれるメリットが あるんです まずはバルブを出入りするガスを妨げる壁 が減るということです 前6方でお話ししましたがバルブはただ そのサイズが大きければいいというわけで はありません バルブを抜けるとき障害物があると空気は うまいことを出て来られません この妨害をしている主な犯人がシリンダー の壁なのですが 楕円ピストンの分イオンエンジンは真円 ピストンの v8エンジンよりも壁が 少ないため これによって妨害されるバルブが少なく なります それに接していたピストンリングの接触長 さも減るわけでフィクションが小さくなり ます
(19:24) 他にも冷却損失が減ったりエンジンの小型 化ができたりと壁が減ることによる色んな メリットが出てきそうですね 実は楕円ではない mr のピストン なーるのエンジンのピストンやシリンダー は正確には楕円ではありません世の中的に は楕円と言われているし 開発時も楕円と呼んではいたみたいです けどね レーサーの nr 500が採用していた 横長ピストンの形状は楕円ではなく腸炎 です さらにその後市販化された nr 750 が積んでいたエンジンのピストンは 性基材の包絡線形状という強そうな名前の 形状です 楕円はこういう形状ですよね x と y の二点をつないだ紐にペンを引っ掛けて その日もがたるまないように描いた線です [音楽] 線が連続的に変化していくスムーズな形状 です でも残念ながらピストンとシリンダーを 楕円にすると尖っている方は幅が狭くなっ
(20:30) てしまって大きなバルブを設置することが できません さらに細い部分の半径が小さくなって加工 性に劣ってしまうようです nr 500のピストンの腸炎というのは いわゆる陸上競技のトラック形状です 同じ半径の円を2つ用意して その2つ目の共通する接戦を交差しない ように引きます これなら縦横のサイズを有効活用して 大きいバルブを設置できます 欠点としては超塩は塩を線で結ぶため 接戦の接点部分はなだらかに仕上がりませ ん だからか公募さの影響が出やすく ピストンリングの密着性にも難があって パワー大水害の性能はイマイチみたいです ね 今回はメインで扱うない nr 750 ですが こちらも演じに使われている正規楕円包絡 線形状は なぁログ夜久野町円形状に楕円の優しさを 加えて良いとこ取りをしたような形状です
(21:37) 楕円のスパガの線に別の深淵の中心に置い てこの神への中心お題に添って動かした とき 深淵が塗りつぶす範囲の外側を描いた線が 正規楕円方落選となります レースではどうだったのか wgp において2スト勢に4スト エンジンで戦いを挑んだ nr 500 ですが その結果は1ポイントもゲットすることが できず残念な結果に終わっています nr 500も nr 1から nr 4 と進化を続け エンジンのパワー自体は最終的には目標の 130馬力れていたようですが 成熟がうまくいっていないと言えるもの でした まずはホースとエンジンなら電話の問題点 です nr 500は楕円ピストンとはいえ4 ストエンジンであることに変わりはあり ませんだからライバルの2ストエンジン よりもエンブレが効きすぎるという問題が ありました さらに当時のダブル gp はエンジンが
(22:42) 止まった状態でグリッドに並び シグナルグリーンでライダーが自らバイク をしてエンジンをを仕掛けして走り始め なければなりませんでした 4ストのバイクと2ストのバイクじゃ押し がけでなインドは全然違いますよね 2ストの tzr 250 r から4 ストの fza 百韻乗り換えた時 fz の押しがけの再編さにびっくりし ました 排気量が違うのもあるんでしょうけどね これはホーストの方が圧縮比が高いのと 単純にクランク一回転あたりの燃焼回数が 半分であることが影響しています バルブ系統のフリクションも大きいと思わ れます また nr はスロットルにエンジンが 敏感に反応しすぎるという短所がありまし た nr 500は他にもトラブルが続出し 思うような結果を出すことができず レスでは結局1ポイントも取ることができ ませんでした 本田は会社なので結果を出さなければいけ ません
(23:46) そこで1982年に2ストエンジンの ns 500を追加投入することとなってホンダ のワークスチームは nr と ns の 二正面作戦に出ます nr が1979年 からなので4年目には ns とかぶって いたということです ホンダ陣営は2ストなら普通に結果を 出せると踏んでいたどういうことでこれで 実際に投入7戦目で軽く優勝してしまうん だから ヤマハ党としては悔しすぎます このようにずーっとの ns 500は 活躍したこともあって 1982年をもって nr 500の投入 は打ち切られることになります 楕円ピストンエンジンの nr 500は 確かにレースでは結果を出すことができ ませんでしたが充分に技術力は示せたので はないかと思いますということでご視聴 ありがとうございました 今後もこのような動画を投稿していきます のでぜひチャンネル登録をお願いします また動画のネタも募集しています
(24:51) 何かリクエストがあればコメント欄にお 願いします

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