オートバイ用エンジン
オートバイ用エンジン(オートバイようエンジン)とは、内燃機関のエンジンのうち、特にオートバイへ搭載することに特化したものを指す。
概要
実用性を重視した車種では、安価で低燃費かつ整備がしやすい、小排気量の単気筒エンジンが搭載される場合が多い。趣味性の高い車種では、排気量の大きな物や複雑な機構を採用した物などが採用され、エンジン特性や運転音、外観などに趣味性を求められる場合が多い。オートバイはエンジンが露出して搭載されている場合が多く、デザインの一部ともなっている。シリンダー構成やシリンダーヘッドの種別、冷却形式やエキゾーストパイプの構成などを外観から識別可能である。
1990年代以降に市販されているオートバイのエンジンはレシプロエンジンが主流で、小排気量のものも含めて4ストローク機関が採用される場合が多い。排気量が400cc以上の2ストローク機関は、公道走行用の市販車では1970年代から1980年代に多少見られたが、排ガス規制が強化される以前の1990年代初頭には姿を消し、ロードレース用でも世界選手権の競技規定が変更された2002年から急速に採用例が減少した。1970年代から1980年代は、オランダのバンビーン、ドイツのDKW(ハーキュレス)、イギリスのノートン、そして日本のスズキがロータリーエンジンを搭載したオートバイを発売していた。特殊な例としてMTT・タービン・スーパーバイクは航空機用のガスタービンエンジンを搭載している。
搭載方向はクランクシャフトが進行方向に対して横向きの横置きエンジンが多いが、縦置きエンジンの車種も存在する。オートバイのメーカーによっては、ある特定のエンジン形式に特化した製品構成を持ち、そのメーカーの伝統とされることもある。アメリカのハーレーダビッドソンによる横置きの狭角V型2気筒エンジン、イタリアのモト・グッツィによる縦置き90度V型2気筒エンジンなどが代表的な例である。
近年では電動機を搭載した電動オートバイも登場している。
歴史
史上初めてのオートバイ用エンジンは蒸気機関で、製造された記録が残る最古の物は1868年のフランスのMichaux-Perreaux steam bicycleと1869年にアメリカのRoper steam velocipedeが製造した二輪車と三輪車であった。この蒸気機関オートバイは自転車のフレームを利用し、エンジンは搭乗者の後方に載せられた。
内燃機関が初めてオートバイに用いられたのは、1885年にゴットリープ・ダイムラーの手で製作されたDaimler Reitwagenである。ダイムラーはオートバイそのものを開発するというよりも、自身が造り上げたガソリンエンジンのテストを主目的として二輪車に載せただけであった。オートバイ史やオートバイ用エンジンの歴史では、ダイムラーのオートバイが「二輪自動車」という定義を確立させた史上初のオートバイとされ、前述の蒸気機関オートバイは長年の間除外されてきた経緯が存在した。オックスフォード英語辞典においても、最初のオートバイはダイムラーのオートバイであるとされており、蒸気機関型オートバイの存在には触れられてはいない。イギリスのNational Motor Museumにおいても、Michaux-Perreauxの展示に至るまでには「最初のオートバイの定義」を巡る多くの議論と長い年月を要した。
内燃機関と安全型自転車が登場すると、現在のオートバイのようにフレームの中央部分にエンジンを配置する形式に移行していった。20世紀の初め頃にはインホイールエンジンなど、様々な形のエンジン搭載方法も試作されたが一般化することはなかった。また、現在のスクーターのスイングアームのような搭載方式は1940年頃までにほぼ確立したとされている。
2000年代中期以降はクリーンエネルギーへの関心が高まり、電気モーターを動力とするオートバイも少しずつ増えてきている。特に中国においては零細町工場が製作する電動スクーターの広まりが先進諸国より先んじて見られる。また、ブラジルなどの一部の国ではエタノール燃料への対応を行う動きなども見られる。
ディーゼルエンジンを搭載するディーゼルオートバイの研究は20世紀から既に行われていたが、近年は特に軍事用途における研究が盛んになってきており、アメリカ軍は自軍車両の全ての燃料をジェット燃料の一種であるJP-8に統一する目的でクランフィールド大学と川崎重工業に共同研究を行わせていた。その結果、カワサキ・KLR650にディーゼルエンジンを搭載したM1030 M1(Kawasaki KLR650s)を開発して制式採用された。
2ストロークと4ストローク
4ストロークエンジンは2ストロークに比べて、扱いやすいトルク特性を持ち、低燃費で排ガスの炭化水素濃度が低いほか、潤滑管理が容易でエンジン寿命が長いなど、利点が多いことから古くから広く用いられている。小排気量の車種でも1970年代までは4ストロークエンジンが主流であったが、1980年にヤマハ・RZが発売されたのを機に、小排気量でも高出力が得られる利点や、旧来は欠点とされてきた扱いにくいエンジン特性が持つ趣味性が注目され、小排気量の車種を中心に2ストロークエンジンの採用車種が増えた。しかし、1990年代には世界的な規模の排ガス規制が実施されるようになり、2000年頃には2ストロークエンジンはほとんど採用されることがなくなった。
シリンダーヘッド
吸排気のバルブトレーンを構成し、エンジンの性能や特性を大きく左右する。加えて、オートバイではエンジンの重心位置が車体の重心位置に大きく影響を及ぼすことから、シリンダーヘッドの重量や大きさなども意識した設計が行われる。
エンジンが露出しているオートバイでは、外観上の特徴をもたらす部品の一つでもあり、識別要素として扱われる例もある。ハーレーダビッドソンのVツインエンジンの場合にはフラットヘッドやパンヘッドなど呼ばれてハーレーのエンジンの変遷の上で区別される。BMWの水平対向エンジンの場合には特に外観上の特徴として影響を及ぼすため、エアヘッドやオイルヘッドとよばれて区別される。ドゥカティの場合にはバルブトレーンの機構が大きく異なり、ベベルヘッドやデスモドロミックなどと呼ばれて区別される。
オートバイ用エンジンはその性格から、古くよりマルチバルブなどの高度なバルブトレーンを持つものが少なくなかった。ヤマハ発動機は1気筒当たり吸気3、排気2のバルブを配置した5バルブエンジンをハイエンド車種を中心に積極的に展開している。
可変バルブ機構を採用した車種も少なくない。ホンダは1983年にオートバイ用エンジンでは初の可変バルブ機構であるREV(Revolution-modulated valve control、回転数応答型バルブ休止機構)を採用したCBR400Fを発売した。これは低回転域で吸排気バルブを一つずつ休止させるシステムであった。その後、バルブリフトやタイミングを可変できるバルブ機構を搭載した車種も開発されるようになった。
ギアボックス
オートバイのトランスミッションは、戦前から戦後間もなくの頃までは、エンジンから独立したギアボックスを持つ分離式ギアボックスが用いられていた。その後、エンジンとギアボックスが一体化した内蔵式ギアボックスが登場し、エンジンが小型化した。しかし一方で、オートバイ用エンジンオイルにトランスミッションやクラッチの潤滑能力も要求されることにもなり、自動車用のエンジンオイルとは別にオートバイ用オイルがJASOにより規格制定されることに繋がった。
排気量
オートバイ用エンジンの排気量は、小さいものではモペッドなどに搭載される25cc程度のものから、大きいものでは1800cc程度のものが生産されている。アメリカではエンジンの排気量をキュービックインチ(cu.in)で表し、そのままそのエンジンの固有識別詞として用いる場合も多い。
オートバイの免許や税制度では排気量によって区分され、国ごとに区分が違う場合が多い。日本では400ccを境に免許区分が異なっていることから、日本市場向けの400ccエンジンを搭載したヨーロッパメーカーの車両が多く生産されていた歴史的経緯が存在する。
なお、単純な排気量の多寡の面では、ボスホスやカノンが5730ccや8200ccのV型8気筒を搭載した製品を現在でも販売しており、過去には少数生産ながらも8300ccのV型10気筒を搭載したダッジ・トマホークなどの事例もあったが、これらは四輪車用エンジンをオートバイに搭載したものであり、オートバイ用エンジンとして製造されたものではない。
シリンダー数とシリンダーレイアウト
一般的には比較的小型のオートバイは単気筒若しくは2気筒エンジンを用いる場合が多く、大型のオートバイは4気筒エンジンを用いる場合が多い。しかし、それとは異なる傾向として低回転域のトルクを重視する大型オートバイにおいては大排気量の単気筒や2気筒エンジンが用いられる場合もある。大型のものには6気筒エンジンが用いられる場合もある。なおオートバイ用エンジンでは、横置きの直列型エンジンを並列と呼ぶことも多い。
単気筒
単気筒エンジンはシングル、あるいは稀にサンパー(thumper)と呼ばれ、オートバイ用エンジンとしては最も古い歴史を持つ。ビジネスバイクやスクーターではシリンダーがほぼ水平に倒した状態で搭載される例が多い。単気筒エンジンは構造が簡素で整備性が高いことから、部品コストや整備費用が安く、小型化しやすい利点がある。2気筒以上のエンジンよりも爆発間隔が長く、大きなフライホイールが必要となり、アクセルに対するレスポンスは緩やかなものとなる。
1950年代まではノートン・マンクスなどのオンロードレーサーも大排気量の単気筒エンジンを用いていたが、レスポンスの緩やかな特性がレースにおいてはネックとなり、大排気量部門においては次第に単気筒エンジンは廃れていくことになった。一方で、低回転域から粘り強いトルクを発揮しやすい特性を活かせるオフロードレースでは、大きな排気量の単気筒エンジンが用いられることがある。大排気量の単気筒エンジンは特有の排気音を発生し、これを「鼓動感」と呼んで好むユーザーも少なくない。
ディーゼルエンジン
ディーゼルエンジンは重量が同排気量のガソリンエンジンに比べて大きくなりがちで、最高回転速度も低くなる欠点があり、オートバイ用エンジンとして採用された例は少ない。しかし、低回転域のトルクが強く燃費も良い事から比較的古くから研究が行われてきた。インドに本拠を置く ロイヤルエンフィールドは1965年にディーゼルエンジンを搭載したオートバイを登場させた。近年では2006年11月、オランダのE.V.A.社がダイムラー・クライスラー製800cc3気筒ディーゼルエンジンを搭載したTrack T-800CDIを発表している他、ドイツのネアンダーが1400ccディーゼルターボエンジンのNeander 1400 TurboDieselの開発を2005年以降続けている。
軍事用としては内燃機関の燃料を全て軽油由来の燃料に統一でき、補給面での機材の簡略化と、攻撃を受けた際の火災のリスクを低く抑えられることから、研究が積極的に行われており、Hayes Diversified Technologies M1030 M1のように制式採用にこぎ着けたモデルも存在する。
水冷
水冷エンジンを搭載するオートバイの中にはラジエータファンを搭載しないものも少なくない。特に車体重量の軽いオフロードバイクなどではラジエータファンや駆動のため電源であるバッテリーを搭載するには、それらの重量や大きさなどがデメリットとして比較的大きく影響するためである。サーモスタットを持たないものも存在する。
近年では排ガス規制への対応のために燃焼室の温度制御は重要な要素となってきており、制御しやすい水冷エンジンの採用率が高くなっている。また、冷却水を循環させるためシリンダーブロックが二重構造となっている水冷エンジンは空冷に比べると騒音を抑えやすく、日本など一部の国で自動車騒音規制が厳しい事情には対応しやすい。
空冷
空冷エンジンは最も初期のオートバイから採用され続けている。シリンダー外部には表面積を大きくして外気への熱の放出を多くするために冷却フィンが設けられていて、独特の外観を持っている。より効率の良い冷却のために設計者は様々な形状の冷却フィンを考案し新型エンジンに採用した。エンジンが露出しているオートバイでは車体デザインの一部として扱われることも多く、水冷エンジンにも空冷の冷却フィンを模した外観のシリンダーブロックがデザインされる例も少なくない。スクーターの場合は走行風を受けにくい車体後方にエンジンが搭載されていることから、クランクの回転を動力とする強制空冷用のファンが設けられているものが多い。
空冷エンジンは水冷エンジンに比べ、部品の温度変化が大きくなりやすいため部品同士の間クリアランスは総じて広めに取られる場合が多く、加えて、ウォータジャケットのようにシリンダー周囲に音を抑えられる構造を持たないことから、エンジンの動作音が大きくなりがちになる。
一方、構造の単純さと製造コストの安さから途上国向けのオートバイでは未だに幅広い製品に用いられ続けている。あるいは、冷却フィンの造形や、エンジンを停止した後に金属部材が冷めていく際に響く音など、空冷エンジン特有の嗜好性には根強い愛好者も多く、空冷エンジンを搭載した新型車種もしばしばみられる。
油冷
空冷エンジンの一種で、大量のエンジンオイルをより効率的に循環させて大型オイルクーラーで冷却することで、冷却効率を高めたものを油冷エンジンと呼ぶ場合がある。かつてはスズキが独自の技術を用いた油冷エンジンを搭載していたが、2008年に生産されたモデルを最後にして現在は採用されていない。
燃料気化装置
オートバイ用エンジンの気化装置も排ガス規制の強化に伴って、キャブレターから燃料噴射装置へと移行している。1980年代から最上級車種の一部に電子制御式燃料噴射装置が搭載される流れを見せたこともあったが、当時はまだ電子機器の信頼性が確立されておらず、普及はしなかった。1990年代中盤以降からは強化される排ガス規制への対応のため、燃料噴射装置の採用が増えていくことになった。400cc以下の比較的小排気量のオートバイには制御機構が一部電子化されたキャブレターが用いられ続けていた。2000年代中期以降は排ガス規制が一層強化され、ほとんどの車種で三元触媒と同時に燃料噴射装置が採用されるようになった。
点火装置
オートバイ用エンジンの点火装置には古くはマグネトーとコンタクトブレーカーを組み合わせた機械式点火装置が用いられた。しかし、アメリカで最初の排ガス規制が施行されたことに伴い、1960年代の後半よりコンタクトブレーカーがCDIに置き換えられた電子制御式点火装置への移行が進んでいった。
マグネトーはフライホイールに取り付けられることが多かったことから、フライホイール・マグネトー式（フラマグ式）とも呼ばれた。電源をバッテリーに頼らないことが利点であったが、性能向上や排ガス規制への対応のために高度な点火時期制御が要求されるようになると、クランク角度センサーやパルシングローターからの信号をイグナイターやDC-CDIが検知して行うバッテリー点火が普及した。
始動装置
オートバイ用エンジンの始動装置は、かつてはキックスターターが一般的だった。初期のオートバイでは電機系の性能が低くてセルモーターを搭載できない理由があったほか、車体を軽量にできる利点があるため、現在でもキックスターターによる始動方式の車種は生産されている。初期のキックスターターはクラッチの出力軸を駆動していたため、ギアをニュートラルにしてクラッチを接続した状態でなければ始動できなかった。後に入力軸を駆動するプライマリーキックと呼ばれる形式が登場して始動が容易になった。排気量の大きな単気筒エンジンでは圧縮圧力による反力が大きいため、デコンプレッション機構と呼ばれるシリンダーの圧力を解放する機構が装備される場合も多かった。
1970年代中期頃からは、大排気量車を中心にキックスターターとセルモーターを両方搭載するセル・キック併用方式が普及しはじめ、オートバイは扱いやすい存在となっていった。その後、バッテリーは小型化し信頼性も高くなってきたことから、1980年代中期以降はセルモーターのみを装備してキックスターターを装備しない車種がほとんどとなった。オートバイ用エンジンのセルモーターは直結式がほとんどである。
一部にはリコイルスターターが装備された車種も存在する。競技用車両の中には軽量化のためにキックスターターすら装備されず、押しがけ専用となっている仕様のものも存在する。
過給機
オートバイ用エンジンにおいてターボチャージャーやスーパーチャージャーは一般的ではないが一部の車種で採用されたことがある。1980年代の初頭に一部のメーカーにより欧米販売車種を中心に導入された。2000年代、欧州ではプジョー・モトシクルから、スーパーチャージャー搭載のスクーターであるプジョー・ジェットフォース・コンプレッサーが販売された。2015年、カワサキはスーパーチャージャーを搭載したNinja H2ならびにNinja H2Rを発売した。