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話し合いが好きな人、嫌いな人、どっちでもない人

会議と言いますが、最初のレースミーティングは1983年にニュージーランドクライストチャーチ郊外にあるRuapuna Speedwayにて開催されました。このクラブの設立の背景にはクライストチャーチのChristchurch Motorcycles、Classic Linesという2つのバイクショップが携わっていました。クラブは順調に成長し、ニュージーランド内の日本人以外のレーサーの関心を集めていきます。

そしてNorthern BEAR's、Central BEAR'sという2つのクラブが新たに生まれます。このクラブにまたがるレースイベントとしてNorthern Sound of Thunder、Central Sound of Thunderが開催され、クライストチャーチのRuapuna Speedwayで2月最終週に開催されるSound of Thunderと合わせて、レースシーンは拡大していきました。この時代のレーサ達ーはDucati TT2、Weslake、Denco、BMWなどでレースをしていました。

そして、この中にジョン・ブリッテンも含まれており後のオリジナルマシン開発に繋がっていきます。当時最も強力だったエンジンはDucatiのベベルドライブ(ベベルギアによってカムシャフトを動かす機構)の860ccVツインエンジンでした。ジョンと友人のマイク・ブロスナンは、もっと現代的なバイクを作ろうということで彼らのオリジナルマシンであるAero-D-Zeroを1985年に完成させます。

同じようにできたらどんなに楽しいことでしょう

とんでもなくバイクの扱いが上手いMotoGPライダーたちのライディングスタイルに繋がる起源を辿っていくと、1970年代後半に登場したケニー・ロバーツが最初のゲームチェンジャーのひとりとして浮かび上がってくる。当時のWGP最高峰だった500ccクラスのマシンの性能限界はまだまだ低く、マシンに負担をかけない直線的なライディングスタイルが一般的だった。これは排気量500ccの2ストロークエンジンから繰り出される強大なパワーが、当時の車体やタイヤの性能を遥かに上回っていたからだ。そんな状況の中で、ダートトラック出身の米国人ライダー、ケニー・ロバーツはこの限界を超越してみせた。

彼は車体とタイヤが持つ弱点に突破口を見つけ、優れたスロットルコントロールで理論的なグリップ限界の更に上までプッシュすることを可能にしたのだ。またロバーツは、コーナー内側に大きくハングオフすることで、膝を路面に擦り付けながらどこまでコーナーリングの限界に近づくことができるかを探り続けていた。こうしてロバーツは、恐竜たちを絶滅させた小惑星のように1970年代以降におけるGPの歴史を一気に塗り替えてしまった。2000シーズンを前にミック・ドゥーハン(オーストラリア出身、1994~1998シーズンGP500ccクラス5連覇)が引退し、GP界は再びヨーロッパ出身ライダーたちが主導権を握りはじめたが、その潮流を決定づけたのはヴァレンティーノ・ロッシという新たなゲームチェンジャーの登場だった。

あらゆる面で驚くべき才能の高さを見せつけたロッシは、テクノロジーの進歩へ素早く適応しながら、限界を更にプッシュする能力を持ち合わせていた。その巧みなレース構成力と幅広い対応力はまさに群を抜いており、彼は125/250/500の各クラスを次々に制覇し、やがて新生MotoGP時代の盟主として君臨していく。この頃、MotoGPレギュレーションの制定によって4ストロークエンジンが主流となり、急激にマシンの性能が上がった。しかし、「伝統的ライディングスタイル vs. スーパーバイク由来のライディングスタイル」という構図においてどちらがより効果的であるかについては当初まだ誰も結論を見出せていなかった。ロッシはそうした議論を尻目に、グリップ重視のコーナーリングとタイヤをスライドさせるコーナーリングの両方を自在に使い分けてみせた。過去のあらゆるスタイルを統合し、その上に新たなスターが現れるというこのスポーツの循環構造は、ロッシの登場によって再び印象づけられることになった。

新しいものを嫌う人もいれば、好む人もいる

何年も何年も数十年にわたって「自動車のボディは鉄で作られるもの」という認識が定着していたこともあり、その構造も大きく変わることはありませんでした。どんどん進歩していくエンジンやサスペンションと比べれば、動きのない分野だったのです。しかし、その静寂は環境問題とガソリン価格の高騰によって打ち破られました。

自動車メーカーにとっては、燃費性能こそが死活問題となり、社運をかけた低燃費争いが始まったのです。燃費の向上にはさまざまな手段が用いられます。例えば、エンジン単体の低燃費性能を上げたり、トランスミッションを効率化したり、空気抵抗を減らしたり。これらすべてに手を尽くしたメーカーが最後の切り札として取り組んだのが、車重の軽量化です。実は、自動車の重量は新型モデルが出るたびにどんどん重くなっています。

エアコンに始まりパワーシートやカーオーディオといった快適装備、エアバッグなどの安全装備が車重を増加させているのです。ボディも例外ではなく、衝突安全性が重視されるようになってから、格段に重くなっています。今さらエアコンを外したり、エアバッグを外したりして、快適性・安全性を犠牲にすることはできません。しかし、車重はどうしても軽くしなければならない。その解決策が、数十年にわたってほとんど変化のなかったボディの刷新なのです。

比べて比べて悩んで選んで

電気で動く自動車の電気自動車が人類史上初めて登場した時期は、ガソリン自動車の登場よりも古い1800年代でした。登場した当初こそ実用化レベルまでは到達していませんでしたが、その後、1900年代に近づく頃には、実用に耐えうる電気自動車がイギリス、フランスにおいて開発されました。また、日本にも三輪自動車として電気自動車(アメリカ製の電気自動車プログレス)が個人レベルで輸入されました。1900年代に入ろうとする頃、電気自動車の他にガソリンを動力源とした自動車も実用化されていましたが、電気自動車がもっとも普及に成功していたのです。

この頃のガソリン自動車は技術的に未熟な時代であり、そのメカニズムは製造が難しいこと、さらに、運転する方も高い技量が求められていたためガソリン自動車の普及は進みませんでした。一方で、電気自動車は製造とメンテナンスが比較的簡単であり、運転する方も自動車の始動が容易であるため、電気自動車の方が広く受け入れられていました。1900年頃の世界は電気自動車が主流でしたが、1900年初期にフランスの自動車メーカーが高性能のガソリン自動車開発に成功し、これがきっかけとなりガソリン自動車の機構が洗練され始めました。

一方、電気自動車の方では目立った技術革新は行われませんでした。やがて、米国の自動車メーカー・フォード社が1908年にT型フォードを世に送り出し、政府の後押しも行われ、コスト低下とともにガソリン自動車が人々の間で一気に広く受け入れられるようになりました。このT型フォードが、ガソリン自動車の爆発的普及のきかっけとなったわけです。そして、ガソリン自動車の普及とともに、世界において電気自動車の存在感が薄れて行きました。

技術が素晴らしいと楽しいですね

イギリス、有機ELの先進国である英国ではプラスチックエレクトロニクスの開発を政府の肝いりで進めており、英国全土に5カ所の研究拠点(Centre of Excellence:COE)を設けている。このうちの4カ所が大学内に設けた施設を利用するが、1カ所だけは政府が組織化した。このPETEC(Printable Electronics Technology Centre)は、北東イングランドの田舎町セッジフィールド(Sedgefield)に設立された。

プラスチックエレクトロニクスの量産設備であるロールツーロール(R2R)を設置できる広い場所を求め、この場所が選ばれた。このPETECには、R2Rマシンだけではなく、薄膜形成のスパッタリング、エッチングリソグラフィ、プリンティングなど半導体を作れるほどのクリーンルームを持ち、一種のインキュベーションセンターとしても機能する。基板となるプラスチックのポリエステルフィルムは耐湿性を向上させるためにバリア層が欠かせない。このためのALD装置も持っている。例えば、ポリエステル基板の上にALDで固いSiN膜を堆積しその上に有機ELバイスを設ける。

生まれたばかりのベンチャー企業のPolyphotonixはPETECの設備を使い、有機EL照明の商品化を目指している。この施設を利用するためのコンペに勝ち、政府から6億円を獲得、ビジネスリスクを下げられるとして、商品化に向けたビジネス開発に力を入れている。曲げられるプラスチックの上に有機EL材料を構成した、フレキシブルなディスプレイの最も実用化が近い応用と見られるのがこの有機EL照明だ。

売りたい買いたい、どっちなの

バイクや自動車などのエンジンの燃料としてガソリンスタンドで販売されているのは「ガソリン」と軽油」。さらにガソリンは「レギュラー」「ハイオク」に分かれている。レギュラーとハイオクの違いは、含まれる添加剤の割合にある。この割合は「オクタン価」と呼び、オクタン価が高いほうがハイオクと呼ぶ。

オクタン価が高いと、エンジン内部の爆発が予期しないところで起こる異常燃焼が起こりにくくなる。また、ディーゼル車はエンジンの構造が他のエンジンと違うため、軽油が燃料になる。もとは石油から作られ、同じ燃料だが、その差は蒸留温度の違いで分けてあるのだ。乗用車の中で一番多く採用されているのがレシプロエンジン。これは、エンジン内部の円筒状の空間(シリンダー)で爆発した燃料の力を、ピストンが受け止めて上下に動くものだ。その、上下の運動を回転運動に変えるクランクシャフトを介して、回転力として駆動に伝えるメカニズムを持つ。

もっともポピュラーなエンジンといえる。エンジンの中でも、エンジンが動く過程を「空気」「圧縮」「爆発」「排気」の4つで行うものを、4ストロークエンジンと呼ぶ。空気や燃料を取り入れ、排出する空気バルブ、爆発のための着火パーツスパークプラグ(ディーゼルには無い)、爆発を受け止めるピストン、上下運動を回転運動に変えるクランクシャフトの4つが、レシプロエンジンを構成する重要なパーツとなる。ディーゼルエンジンは燃料が爆発する仕組みがガソリンとは違うが、エンジン内部で行われる行程は変わらないので、レシプロエンジンの仲間に入る。

どっちを選ぶのか知らない、謎は謎のまま

イーブイ、EV(Electric Vehicle)は、エコカーと呼ばれる次世代のクルマの中で、最も長い歴史を持ち、その歴史はガソリンエンジンの自動車とほぼ同じといわれています。電気自動車(EV)は、外部から充電した電気を動力源にし、モーターで走るクルマです。ガソリン車とちがって、走行時のCO2の排出がまったくないエコカーとして、大きな期待を集めています。

しかし、電気自動車は、コストが高く航続距離が短く充電時間が長い、というバッテリーの性能に大きな問題を抱えています。そのバッテリーも、昔の鉛電池からニッケル水素バッテリーに進化し、さらに最近では、リチウムイオン電池に徐々に移行してきています。高電圧で小型化が可能なリチウムイオン電池電気自動車バッテリーの主流になるとみられています。

いまは連続走行距離の短さが課題となっていますが、バッテリー性能の向上・充電インフラ施設の充実が図られれば、これからの時代を支える重要な動力源として大きな期待を寄せられています。いっぽう、FCV(fuel cell vehicle)はというのは、水素を燃料とし、空気中の酸素を反応させて電気を発生させます。その電気でモーターを回して走る車です。EV(電気自動車)と同様、内燃機関は一切搭載されておらず、走行時に排ガスを一切出しません。出すのは水だけという、究極のクリーンエンジンを実現するものです。

どんどん新しいものになっていくのでしょう

知っているかもしれませんがコンピューター制御のことを電子制御と呼びます。燃料調整に使えば「電子制御式燃料噴射装置」と呼び、アクセル操作に使えば「電子制御スロットル」と呼びます。車に詳しい人たちは、それぞれ「インジェクション」、「電スロ」と訳したり、略したりしますね。それに対して、昔ながらのコンピューターによる制御を介さないメカニズムは「機械式」と呼ばれます。

機械式の場合は調整用のツマミなどがついていたり、部品を組み替えることで最適化しますので、電子制御に比べると少し面倒です。しかし、電子制御がまだ高コストだった頃には、軽自動車やコンパクトカーで機械式の車はだいぶ後まで残りました。1990年代までは一切コンピューターの無い、機械式の車がまだ数多くあったのです。もちろん性能は電子制御に劣りますが、性能より安価であることが求められた時代では、それで良かったのでした。次第に電子制御のメカニズムが大量生産されるようになると、安い車でも機械式を続けることで、部品を別に作るコストが生じます。

それならいっそ、全部電子制御に統一してしまえば、全体的に車が安くなるため、2000年頃を境に機械式の車が日本から消えていったのでした。機械式の車の多くは「チョーク」という、エンジンに入れる燃料と空気の割合を変える装置を持っています。これがエンジンの暖まり具合によって、その熱で自動的に調整される仕組みの「オートチョーク」なら楽です。それすらも手動になっている「マニュアルチョーク」の場合は、チョークのノブを引いて、最初はエンジンに空気より少し濃い目の燃料を入れる必要があります。

決められた選択は忘れてはいけない

自動車やバイクをお持ちの人なら必ず利用するガソリンスタンドに行くと、たいていのスタンドで2種類のガソリンを売っていると思います。レギュラーガソリンと、ハイオクガソリンです。ハイオクガソリンは「高オクタン価ガソリン」のことで、燃やしたときのノッキングを起こしにくいという特長があります。

ノッキングとは、燃料の燃焼異常などで生じた衝撃波が、エンジンを振動させる現象です(機関工学的にはいろいろあるようですが、生化夜話はエンジン夜話ではないので、大雑把にこうしておきます)。ノッキングがあまりにもひどければ部品が壊れてしまいますし、そうでなくとも燃料の燃焼が期待通りではないので、頑張って燃やしている割には力が出ないということになってしまいます。ガソリンはいくつかの成分が含まれていますが、その中でノッキングを起こしにくいイソオクタン(2,2,4-トリメチルペンタン)を100、ノッキングを起こしやすいn-ヘプタンを0とします。

あるガソリンがイソオクタン100%のときと同様にノッキングを起こしにくければ、オクタン価は100、n-ヘプタン100%のようにノッキングを起こしやすければ、オクタン価は0というふうに計算します。ノッキング防止のため、昔のガソリンには四エチル鉛が添加されていました(有鉛ガソリン)。四エチル鉛はノッキング防止にはよいのですが、有毒、金属が腐食する、高価といった欠点があり、代わりの添加剤を探す研究が行われていました。1930年代のアルコール燃料は、この研究の流れの中で語られています。この頃の航空関係の雑誌を見ると、アルコール混合ガソリンの性質に関する研究が多数報告されています。

比べてみると分かるものがある

かなり前の1990年代に入る頃には、ほとんどの自動車用エンジンがEFIを採用するようになりましたが、それでも「空気と燃料を混ぜてからシリンダーへ送り込む」スタイルは変わりませんでした。しかし、1993年に三菱自動車が市販した「GDI」エンジンが、その常識をくつがえします。

GDIはGasoline Direct Injectionの頭文字を取ったもので、その名の通り、燃料であるガソリンをエンジンのシリンダー内部へ直接噴射する構造です。 ただし、GDIエンジン以前にも、実はガソリン直噴エンジンは存在していました。航空機用エンジンでは、旋回時でも安定して燃料を供給できる利点から、第2次世界大戦中に採用例がありましたし、自動車用でも1954年にメルセデス・ベンツ300SLというクルマのエンジンが採用し、キャブレター仕様に比べて大幅な高出力化に成功しています。

ただし、この時の燃料噴射装置は機械式で、エンジンを停止させる時、点火をカットした後にシリンダー内に噴射してしまうガソリンで潤滑用オイルが洗い流される、といった難点もあったそうです。三菱がGDIエンジンを開発した目的は、「希薄混合気による成層燃焼」の実現です。ガソリンの場合、理想的な燃焼が得られるのは、質量比で空気14.7に対して燃料1の割合の混合気で、この比率を理論空燃比(ストイキオメトリー)と呼びます。ストイキオメトリーより燃料が多い状態を「濃厚(リッチ)混合気」、逆に少ない状態を「希薄(リーン)混合気」と呼び、「希薄燃焼」とは、希薄混合気による燃焼でエンジンを運用することを指します。

世界の問題が近くにあるのだと思います

我々の住む日本同様、アメリカ・ロサンゼルスでも光化学スモッグが社会問題になっていました。1970年代初め、光化学スモッグの主要因が自動車の排気ガスで、大気汚染と密接な関係があるということが判明したんです。その頃、アメリカでは「US Clean Air Act」(大気浄化法)の改正があり、当時、上院議員を務めていたマスキー氏が、自動車のテールパイプから排出される排気ガスを1975年までに10分の1以下にする規制の提案を行いました。

この提案から生まれたのが、通称「マスキー法」と呼ばれる法律です。これはかなりハードルが高い規制ですから、ほとんどの自動車メーカーが「マスキー法」のクリアは不可能と考えて、ネガティブな態度を取っていたそうです。しかし、Hondaはマスキー法をクリアすることを考えました。しかも、多くのメーカーが、テールパイプに触媒をつけることで排気ガスを回収する方法を取ろうとする中で、創業者の本田宗一郎は「それは嫌だ」と。根本から問題を解決する、つまり、新たなエンジンの開発することになったのです。もともと本田宗一郎は、創業当初から「製品以外のものを工場の外に出してはならない」という理念を掲げていました。「水も空気も汚さず、Hondaの工場から出て行くのは車だけだ」と。

だからこそ、自動車の排気ガスが悪者になったままでいいわけがない。当時はすべてのレース活動も中止して、新たなエンジンの開発に集中して取り組み、1972年に「CVCC」という複合過流調速燃焼方式のエンジンが生まれました。

好きなものかもしれません、個人的に

専門的な話題ですが、ガスタービンは、現在では発電用、航空用などいろいろな分野でたくさん使われていますが、これまでの開発は、多くの機械の開発と同じような地道な技術開発の積み重ねでした。ガスタービンでは、タービン仕事を100%とすると圧縮機仕事は概略60%(小型ではもっと大きくなる)、残りの40%が有効に取り出せる仕事になります。一方蒸気タービンでは、給水ポンプの仕事は2~3%しかありませんので、両者を比較すると、ガスタービンの圧縮機仕事が非常に大きいことがわかります。

圧縮機を回す仕事が大きいため正味仕事は、タービン入口温度とタービン効率、とくに圧縮機の効率の変化の影響を大きく受けます。これらの値が高いと正味仕事が大きく増え、熱効率が大きく上がり、低いと大きく下がります。最初にガスタービンが開発された頃は、高温に耐える材料が無いため、タービン入口温度が上げられず、また流体工学も進歩していなかったため、流れの損失が大きく、圧縮機効率、タービン効率が悪く、圧縮機を回すだけにタービン仕事が費やされ、正味仕事を得るのは大変なことでした。これがガスタービンの開発を遅れさせたといわれております。昭和3年(1929年)発行の内燃機関の本(山下誠太郎著)をみると、当時の様子を垣間見ることができます。それによると、"瓦斯(ガス)タービン"の熱効率は最高記録13%であり、圧縮機の効率が上がらない、高温に耐える強度のある材料がない、羽根を冷却する手段がむずかしいなどのためにこの機械の前途に関する学者の見解は悲観的であるように見受けられると記述されています。

熱機関の理論熱効率は、高熱源と低熱源の温度で決まり、高熱源の温度が高いほどよいのです。実際の熱効率は、理論熱効率より気体の流れの損失が差し引かれます。上記の本の記述でわかりますように、ガスタービンの開発の歴史は、高温化と流体性能向上への挑戦の歴史です。1939年に世界最初の商用の4000kW発電用ガスタービンがスイスで運転され、またドイツで最初のジェット機が飛び、これより本格的な開発が始まったのです。このときの発電用ガスタービンの入口温度は548℃でした。

バイクは楽しい乗り物ですが

バイク、つまり二輪車の場合は、当初の規制ではエンジンの種類として2サイクルと4サイクルとが市販されていましたので、規制値もこの形式に見合う形になっていましたが、2006年の強制強化をきっかけに、全て統一した規制値が設定されるようになりました。 正式には「道路運送車両の保安基準の細目を定める告示(平成14年7月15日国土交通省告示第619号)等の一部改正」という内容で、規制名称も開始が複数年に渡るため、それぞれ平成18年規制、平成19年規制、平成20年規制ということになります。 それ以前に施行された大きな二輪車の排出ガス規制としては、平成10・11年規制があります。このときに、ホンダNSRなどの2ストロークスポーツ二輪車がほとんど姿を消しました。

2007年規制は、それよりも遥かに厳しい内容になります。 2008年9月からは平成18年度排出ガス規制により、輸入車も含む全車両において数値の強化が行われています。近年では、中国やタイなどの海外でも強制強化が行われるようになりましたが、その中でも日本の排出ガス規制は一番厳しい水準にあると言えるでしょう。

自動車やバイクが出すもの

バイクや自動車が出す排気ガスは地球温暖化の一因とされている。排気ガスにはCO2(二酸化炭素)やNOx(窒素酸化物)などの“温室効果ガス”が含まれており、これらが大気中に増えることで、温暖化が引き起こされているのだ。その仕組みはこうだ。地球は太陽光を受け暖められ、快適に過ごせる星となっている。

しかし、同時に受けた熱を適度に宇宙に放出するシステムも持っている。これまではその熱を受け、放出するバランスは崩れていなかったが、温室効果ガスが地球をバリアーのように覆い、熱の放出を阻害しているのだ。これが地球温暖化だ。自動車やバイクの排気ガスに含まれる温室効果ガスは全体の一部分に過ぎない。しかし、世界全体で温室効果ガスを減らさなければいけない状況で、自動車やバイクの排気ガスだけを見逃すことはできないのだ。代表的な温室効果ガス、CO2を日本がどれくらい排出しているのか、その中で自動車やバイクなどの排気ガスがどれほどの割合を占めているのか、を見てみよう。

日本はアメリカ、中国、ロシアに次ぐ世界第4位の排出国であり、世界で排出されるCO2量の約4.7%は日本から排出されている(※1)。また、日本が排出するCO2の中の約6%は自動車・バイクなどの自家用の乗り物から排出されるCO2というデータがある(※2)。両データの計測年が違うため正確な数字にはならないが、自動車・バイクなど日本の自家用車が排出するCO2が世界全体での排出量に占める割合は0.28%ほどと推定できる。この割合は自動車を含めた数字。残念ながら日本を走るバイクが排出するCO2量のデータがないため、バイクだけでの割合は不明だが…世界全体の排出量の0.01%以下の割合になるだろう。このように、数字だけで見ると日本のバイクが排出するCO2量は微々たるもの。地球環境に与える影響は小さい。

真剣に対策を考えることが大事

臭い自動車排ガス汚染を抑制するための最新技術にはエンジン、制御システム、操作条件を変更する改造といったエンジン内部の浄化と空気噴射、サーマルリアクターの取り付け、触媒コンバーターの取り付けといったエンジン外部の浄化がある。これまでの理論や実験によると、自動車排ガス汚染を根本から解決するためには、エンジン外部に触媒を設置し汚染物を分解する方法がもっとも有効である。

燃料消費や自動車の排ガスレベルを有効に抑制することは研究や産業における長年の課題である。対象車種はガソリン車、ディーゼル車、自動二輪車、新型エネルギー車である。主な汚染物質は炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)、窒素酸化物(NOX)、粒子状物質(PM)などである。ガソリンエンジンディーゼルエンジンでは後処理技術の面で異なる方向性が見られる。ガソリンエンジンの排ガス処理は三元触媒を利用した排ガス浄化技術が主流である。

厳しさを増す排ガス基準に対応するため、同技術は絶えず改良されている。現在ではガソリンエンジン内部における燃焼工程の最適制御に後処理技術である三元触媒コンバーターを加えることによって、有害物質の90%以上を無害なCO2、N2、H2Oに変換することができる。しかし世界的な石油エネルギー危機が進行するに伴い、燃料消費や動力性能を犠牲とするガソリンエンジンは動力性能や経済性に優れたリーンバーンエンジン(lean-burn)に取って代わられようとしている。

リーンバーンガソリンエンジンディーゼルエンジン天然ガスエンジンといった希薄燃焼エンジンの排気ガスは、HCやCOが明らかに少なく酸素濃度が高い。このため通常の三元触媒コンバーターでは希薄燃焼エンジンが排出する汚染物を有効に浄化することができない。代表的な希薄燃焼エンジンであるディーゼルエンジンの排気ガスに対する後処理技術は主にNOXやPMの除去を中心として研究が進められている。これまでに数多くの浄化措置が実用化されている。