いまや軽自動車にまで使われる当たり前技術！　「はるか昔」のレーシングカーが発祥だった

2020.12.13 12:41 掲載 49

いまや軽自動車にまで使われる当たり前技術！　「はるか昔」のレーシングカーが発祥だった

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　100年以上の歴史をもつレースメカニズムが受け継がれてきた

　現在は、ごく当たり前、常識的と思われているいくつかの自動車メカニズムは、元を正せば限界性能を追求する性能本位のレースから派生した高性能メカニズムだったことをご存じだろうか。今回は、こうしたレースルーツの「当たり前」高性能メカニズムを振り返ってみたい。

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　１）4バルブDOHC

　今後はEVが主流、化石燃料使用のクルマは手控えることが見越される環境で、高効率（つまりは高性能）の土台として考えられている内燃機関が4バルブDOHC方式だ。DOHC、すなわちダブル・オーバー・ヘッド・カムシャフトの略で、4サイクル機関の動弁構造を表す名称である。

　DOHC方式の特徴は、吸排気バルブを開閉するカムシャフトが直接バルブと接し（直打方式の場合）、動弁系の質量が小さいことから、作動が正確でエンジンを高回転で使う（＝出力を稼げる）ことができる点にあり、レース用として誕生している。歴史的に遡ると非常に歴史の長いメカニズムで、その第1号は1912年のフランスGPに参戦したプジョーのグランプリカーL76だった。

　このエンジンがいかに高効率だったかは、当時のライバル車との排気量を見比べるとよく分かる。第1回グランプリ（1906年）優勝のルノーは12.8リッター、第2回グランプリ（1907年）優勝のフィアットは15リッター、第3回グランプリ（1908年）優勝のメルセデスは13リッターと、とてつもない大排気量であったことに対し、プジョーのDOHCエンジンは7.6リッターとフィアットの半分の排気量で同等以上の出力を確保していたのだ。

　内燃機関の動弁形式は、SV（サイド・バルブ）、OHV（オーバー・ヘッド・バルブ）、SOHC（シングル・オーバー・ヘッド・カムシャフト）と発展したが、単に動弁系の質量だけの問題ではなく、バルブ配置による燃焼室デザインの変化（自由度）も重要な要素だった。ターンフロー方式のバスタブ型、ウエッジ型からクロスフロー方式の半球型へ、さらに吸気、排気の容量が大きなマルチバルブ方式（吸気1／排気1の2バルブ方式→吸気2／排気2の4バルブ方式）によるペントルーフ型へと燃焼効率の向上が図られてきた足跡がある。

　こうした意味では、近代量産4バルブDOHCの先駆者に位置付けられるエンジンが、なんと日本車、日産スカイラインGT-R（1969年、PGC10型）に搭載されたS20型だった。ベースはグループ6プロトタイプカーR380（I型、1965年）用に開発されたGR8型エンジンで、これを元に量産車用として設計し直されたエンジンがS20型だった。

　世界レベルで見れば、DOHC方式によるペントルーフ型燃焼室＋4バルブ＋高圧縮比の組み合わせをレース用として成功、定着させたのは英コスワース社で、1966年のF2用1.6リッターFVA、1967年のF1用3リッターDFVの存在はあまりに有名である。

　S20型は排出ガス対策の影響などで短命に終わったが、その後4バルブDOHCを再び市販車に搭載したのも日産だった。1981年デビューのスカイラインRS（DR30型）で2リッター4気筒のFJ20型を開発。もっとも、生産車とはいえスカイラインRSはまだプレミアムな車両だったが、4バルブDOHCを日常の高性能エンジンにまで敷居を下げたのがトヨタAE86レビン／トレノに搭載された1.6リッターの4A-G型だった。そしてこの4A-G型の登場は、各社に4バルブDOHCエンジンを開発させる起爆剤となっていた。

　究極的な速さを目指したフィールドのなかで技術が進化した

　２）デュアルクラッチトランスミッション

　また、コンマ1秒が優劣を分けるレーシングカーの世界では、動力伝達の効率性も重要視された。エンジン動力とトランスミッションによる動力伝達の関係である。トルクの発生がエンジン回転の影響を受ける内燃機関では、エンジントルクを活用するため動力伝達装置として変速機（トランスミッション）が必要だった。始動時から最高速度時まで、適切な駆動力を伝えられるよう、何種類かの変速比（ギア）を用意して、走行速度の上昇に従い順次ギヤを切り替え、適切な駆動力を伝えることを目的とした装置である。

　しかし、ギヤを切り替える際、いったんエンジン動力を切らなければならず、動力の断続装置としてクラッチが考案されたわけだ。一般的に、クラッチの断続に要する時間は0.5～0.6秒だが、この時間を短縮すれば、より速く走れるとレーシングカーの設計者は考えた。

　デュアルクラッチトランスミッション（DCT）はこうして生まれたメカニズムだった。このシステムをいち早くトライしたのはポルシェだった。1980年代のグループＣカーレースでDCT方式のポルシェPDKを開発、ポルシェ962C（962-007）に搭載して実戦テストを行った。このときは、システム重量が重くなりすぎ、またポルシェがグループＣカーレースから撤退したことで、実戦メカニズムとして正規採用されるまでにはいたらなかったが、その長所は自動車業界から注目され続けた、

　さて、DCTの仕組みだが、たとえば6速ミッションなら、変速ギヤを奇数段（1、3、5速）と偶数段（2、4、6速）に分けてシャフトに装着。それぞれの先端に動力断続用のクラッチを設け、一方がエンジンとつながっている間は、もう一方が次のギヤを選択して待機する方式で、クラッチの切り替えによって瞬時のシフトアップ、シフトダウンが出来る方式である。ギヤ切り替えの操作は、ドライバーが自分の意志でスイッチ（ほぼステアリングに装着されたパドルスイッチ）を操作し、その信号を受けて機械的（電気的）にクラッチの断続が行われるクラッチペダルレスのセミマニュアルシフト方式（セミオートマという言い方もある）である。

　ギヤの切り替えに要する時間は0.2～0.3秒と言われ、マニュアル方式の半分以下で動力伝達が可能となっている。車両の空走時間が短くなるため、当然MTより速く走れることになる。

　DCTを最初に採用したのはVWで2003年にゴルフR32に搭載。日本では2007年に三菱ランサーエボリューションＸ、日産GT-Rが採用し、採用車種が順次拡大されて現在にいたっている。

　３）ディスクブレーキ

　さて、速く走るためには、エンジンパワーだけがその構成要素ではない。短時間で減速することもまた、速く走るための必須条件となる。この減速を受け持つメカニズムがブレーキだが、ブレーキとは本来、走行エネルギーを摩擦による熱エネルギーに変換、大気中に放散するシステムである。言いかえれば、いかに大量の熱を放散できるかで制動能力が変わってくるわけだ。

　自動車のブレーキとして自動車が誕生以来、長く使われてきた方式がドラムとシューの圧着を利用するドラムブレーキだったが、今では熱の放散効果に優れるディスクブレーキがその主流となっている。

　ディスクブレーキは、回転するブレーキローターを両側からブレーキパッドで挟みつけて制動を得る方式で、そのルーツは思いのほか古く、じつに1895年の段階でその原型が存在している。イギリス初の4輪自動車となるランチェスター社製作の車両に、ローターとパッドを使うブレーキが採用されていたのだ。ただ、操作に大きな力が必要なことから普及にはつながらなかった。

　ディスクブレーキが本格的に検討されるのは、第2次世界大戦中の航空機で、着陸時の制動力確保のため一気に開発、採用が進んだ経緯をたどっている。

　そして、自動車で本格的に採用されたのは、よく知られるように、1953年のル・マン24時間で初優勝を果たしたジャガーＣタイプである。1952年のミッレ・ミリアにディスクブレーキを装着してデビューしたジャガーＣタイプは、その優れた制動能力を生かしてフェラーリ、メルセデスを破ってル・マンを制覇。ライバルチームからその性能が大きく注目され、現在のような普及状態にいたっている。

　ミッドシップ方式、エアロスポイラーとレーシングカーがその発祥となるメカニズムはほかにもあるが、要はコンマ1秒という究極的な速さを目指したフィールドで、高性能、先進的なメカニズムは生まれ育ってくるといういくつかの実例である。