誉 (エンジン)

誉（ほまれ、当時の表記は譽）は、中島飛行機と日本海軍航空技術廠発動機部が開発した空冷式航空機用レシプロエンジンである。大戦後期の日本軍偵察機や戦闘機、爆撃機のエンジンとして採用された。
中島飛行機が製作した最後の航空用エンジンであった。

概要

航空機用のレシプロエンジンとしては小型軽量ながら、18気筒35,800cc・複列星型空冷・離昇2,000（公称1,860）馬力と当時としては世界水準である。
1942年（昭和17年）9月に生産が始まり、爆撃機銀河、偵察機彩雲、戦闘機の疾風や紫電改など、第二次大戦後期の陸海軍航空機にメーカーや機種を問わず幅広く搭載された。生産台数は型式ごとの生産数は記録が残っておらず詳細は不明だが、1943年（昭和18年）は約200基、1944年（昭和19年）は5,400基、1945年（昭和20年）は3,150基となっている。
誉の名称は大日本帝国海軍（以下、海軍）で使われたもので、略記号はNK9であった。また、大日本帝国陸軍（以下、陸軍）ではハ45と呼称された（ハは発動機のこと）。
2,000馬力級の出力をめざした設計であるため、前面投影面積と重量の低減という利点と引き換えに高い生産技術が要求された。そのため戦況の悪化に伴う資材や熟練労働者の不足という生産面の問題からこの要求を満たすことができなかった。また燃料・オイルの質の急激な悪化に起因するエンジン不調、軍の整備に対する認識の甘さに起因する問題など様々な悪条件が重なり、所定の性能を安定して発揮することができなかった。
設計主任者は中島の中川良一技師。中川技師は、戦後にプリンス自動車、日産自動車の役員を歴任、プリンス・スカイライン2000GT-R、R380、383の発動機(S20型、GR8型、GRX-3型)の設計にも携わっている。

設計・技術

誉の設計はベースとなった栄の設計を引き継ぎ、全体をコンパクトに纏めながらも、高出力化に伴って発生する諸問題を解決するために様々な新機軸を織り込んだ意欲的なものであった。
ボア（シリンダー直径）×ストローク（ピストンの移動量）はベースとなった栄と同一の130mm×150mmとしたことにより、エンジン直径は1,180mmに収まった（栄より30mm大きい）。一方、シリンダーの前列と後列の中心間距離は栄の150mmに対して220mmまで伸ばされた。
前列と後列のシリンダーは正面から見て20度の位相差をもち、前列シリンダーの隙間から後列シリンダーが覗くStaggerという一般的な2列空冷星型エンジンのレイアウトとなっていた。
同時期に出現した同等出力の2列空冷星型エンジンに対し、誉の排気量（35.8L）の小ささは顕著な特徴となっている。例えばアメリカの2,000hp級エンジンであるプラット・アンド・ホイットニー製R-2800-9は46L、ドイツのFw190に搭載された空冷星型エンジンBMW製801も41.8Lである。このように当時の出力/排気量比の水準は40hp/L台であるのに対して50hp/Lを狙った誉は極めて野心的なエンジンだったと言える。小排気量で高出力を実現するにはクランクシャフト回転数やブースト圧（吸気圧）を向上する必要がある。そのために誉では回転数を栄二一型の2750RPMから3000RPM（誉二一型）に、ブースト圧を栄より最大+200mmHg程度増加した離昇時+500mmHg（誉二一型）まで高めていた。
このような設計のため、シリンダーヘッド冷却や熱膨張対策への要求はより高いものとなり、以下に述べる技術的工夫・新設計の導入による対処が行われた結果、製造工程数の増加による生産効率の低下や部品の過度な精密化を招き、戦時下で品質を下げる一因となった。

冷却フィン

空冷エンジンでは外部の気流によるシリンダー冷却の良し悪しが性能に直接現れる。中島の戸田康明技師が当時行った、シリンダーヘッドの冷却フィン（ひれ）構造と冷却効率の関係を調べた研究では、冷却フィンは厚さ1mm・間隔3mm（つまりピッチ4mm）、高さ70mm程度で配置するのが最も効率が良いという結果が得られていた。ただし、実現には高アスペクト比かつ1mm厚の板状物が密集している構造が必要となり、当時の鋳造技術では製造が難しいと考えられた。そのため、最初期に生産された誉（一一型や一二型）では、構造を厚さ約2mm・間隔約4mmの冷却フィンとし、栄などと同じ砂型鋳造法で製造するものとした。
一方、同時期に冷却フィンの研究・開発を行っていた正田飛行機では、植込みひれ方式という独自の鋳造法により、薄く間隔の狭いフィン構造の製作に成功していた。植込みひれ方式とは、あらかじめ製作しておいた一枚一枚形状の異なるアルミニウム製の薄いフィンをシリンダーヘッドの鋳型にはめ込んでおき、そこに鋳込むことでフィン以外の部分を形成するという方法であった。
海軍は、戸田技師が理想としたフィン構造が実現可能なこの方法に注目し、誉二一型から順次採用した。この冷却フィンは通常のフィンに比べ10～15℃程度シリンダー温度を下げることができたと言われる。
しかし、植込みひれ方式はフィンを鋳型へ植込む手間がかかり、鋳造中に型枠の取り外しを要するなど大量生産には向かなかった。このため、戦争の進展に伴うエンジン増産要請や動員による熟練工の不足により、妥協的な代替方式として住友金属工業が当時行っていたブルノー方式によるピッチ5mm程度の冷却フィンに切り替えられた。
これについては諸説あり、ブルノー方式により生産効率が向上した代わりに、植込みひれ方式による製品より冷却能力が低下したと解釈する説が多い。その一方で、植込みひれ方式はブルノー方式の生産開始までのつなぎであり、本命はブルノー方式であったという説や変更による性能低下はなかったという説もある。

クランクピンとコンロッド軸受

エンジン出力は栄のほぼ2倍になったものの、クランクピン（主コンロッドをはめ込むクランクシャフト側の接合部）の直径は、エンジン径と主コンロッドの軸受荷重のトレードオフを勘案した限界的数値として5mmしか拡大されなかった。このため、軸受にかかる荷重は最大で栄の38％程度まで増大することとなった。対策として、中島と空技廠による軸受に関する特別チームは、コンロッドやシリンダースカート回りの設計を洗練・精密化し、軸受の厚さを最大限に取ることで剛性の向上に努めた。軸受合金（ケルメット）は銅の量に対して鉛18%とされ、これを軸受の裏金に鋳込む方法も研究された。さらに軸受の真円度、軸受を主コンロッドにはめ込む際のはめ込み代、クランクピン寸法と表面粗度、クランクピンと主コンロッド軸受間の遊びの大きさといった様々なパラメータが厳密に定められた。また理論と実験により、クランクピンにエンジンオイル用の油穴が設けられた。これは最適な形状と配置が選ばれ、潤滑と冷却を兼ねたものである。これらの結果、軸受荷重が大きいものの、試験段階では好成績を収めた。しかし、戦争に突入すると熟練工の徴集や材料（特に銅）の枯渇により上記の対策を維持することができなくなり、軸受の焼き付きが多発したと言われている。

クランクケース

エンジンの中央部を覆うクランクケースは軽量化・剛性向上・薄肉化による内部スペースの増大を狙って、従来のジュラルミンの鍛造ではなくクロームモリブデン鋼の鍛造を採用した。これは日本のエンジンでは初めての試みである。そのために試作を請け負える企業がなかなか見つからず、中島の本拠地の東京から離れた大阪の住友金属工業に依頼している。出来上がったケース厚は3mm程度となり、初期に想定されたよりも少々分厚くなったものの、特別な問題を引き起こすことはなかったと言われる。なお、試作後のケースの量産自体は中島の工場で行われた。

ノッキング対策

ガソリンエンジンの出力を制限するノッキングへの対策として、オクタン価100のハイオクタンガソリンの使用を想定していた。しかし、インドシナ進駐以降の日米関係の悪化による航空機用ガソリン類の禁輸により、100オクタンガソリンや高性能潤滑油を入手できなくなってしまった。当時100オクタンのガソリンを日本で生産することはできず、結局大戦の全期間を通じてオクタン価87～91のガソリンや禁輸前にストックしていたアメリカ製潤滑油の使用が中心となり、ハイオクタンガソリンと高品質な潤滑油を前提とした設計が裏目に出て不調の一因となった。
対策として、当初から低オクタン価ガソリンでのノッキング対策を考慮しており、水とメタノールの混合液を吸気経路内に噴射（一二型以降は過給機の翼車内から噴射）し、吸気温度を下げる水メタノール噴射装置を搭載できるようになっていた。また、低オクタン価燃料で運転した場合の異常高温対策として、点火プラグの熱価の向上（プラグの放熱を促進することによる早期着火の防止）、燃料分布の改善なども順次行われていった。

評価

大戦後期の日本軍の2,000馬力級の戦闘機には誉が搭載されていたことや整備も含めた所定の条件を満たした誉とその搭載機は、所望の高性能を示し活躍。また、日本軍で唯一実用化と生産された2,000馬力級エンジンであることや戦後にハイオクタンガソリンと高品質潤滑油や高熱価のプラグを使用して誉を調査したアメリカ軍は、本エンジンに高い評価を与えていることから日本を代表する航空機エンジンであると評価されている。こうした経緯から「日本の航空技術が生んだ奇跡のエンジン」と称されることもある。
その一方で、既に生産効率や品質管理の考えを導入していた欧米とは反対に、本格的な生産が開始された戦争後期に生産された誉は、事実上信頼性設計を考慮せず、性能面を追求し様々な新機軸を織り込んだ意欲的な設計から来るいくつかの不具合や生産現場の品質管理に起因する問題、当時の日本製エンジンに一般的だった軸受合金や点火プラグに起因する不具合にも例外なく襲われていた。また、烈風の試作機のテスト結果や信頼性の問題が頻発した例を挙げ、「欠陥が多いエンジン」という相反する評価がなされることもある。
欧米では二段二速のスーパーチャージャーを搭載し高度9000mでも安定した性能を発揮するマーリンエンジンや、燃料噴射装置と無段変速の過給機を備えたDB 601などが安定した品質で大量生産され、メーカーが詳細な整備マニュアルを現場の意見を反映して改訂することで稼働率の維持と負担軽減を実現していた。実際、日本でもメーカーが整備員向けの公式マニュアルを用意した栄エンジンを筆頭に各エンジンごとにマニュアルは用意されていた。ところが、当時の日本軍のマニュアルは「未成熟な整備員でも容易に理解や習熟できるマニュアル」という概念で作られたものはとは言えず、他国のような「整備方法やエンジン構造を詳細に書いたマニュアル」に相当するものが存在した栄の方が異質であった。そもそも、当時の日本軍は、メーカーで研修を受けた整備員が部下に実地で指導することが主流であり、指導者の理解度や技量に影響を受け部隊ごとに稼働率が異なるのが普通であった。後述の刈谷正意中尉や芙蓉部隊のように、マニュアルを正しく読解できる人員やメーカーで研修を受けた内容を徹底した部隊では稼働率が安定する傾向であった。このためカタログ値だけ見れば高性能であったが、それを発揮出来た例は少なかった。

品質低下とその影響

当時の日本の工業界は国家総動員法により、大量生産を意識した体制へ舵を切り、その一環で規格化やマニュアルの導入、生産ラインの機械化も実施されてはいたものの、他の主要参戦国のような規格化や品質管理が不徹底であり、結果的に熟練工に依存する生産体制となってしまった。その影響もあり、開戦時は戦前に生産されていた分のおかげで大量生産しなくても需要を満たすことができ、開戦後も中期ごろまで熟練工が多数いたことや需要と供給のバランスが保っていたため、その時期に生産された完成品は歩留まり率が高い傾向であったが、戦争後期になると生産能力や物資不足の問題が表面化。戦局の影響で需要が急拡大したため、供給不足に陥った。また、熟練工が徴兵され代わりに学徒勤労動員を筆頭とした素人に生産させる状態になったことで完成品の歩留まり率は低下。そのうえ、生産数を減らして品質を確保するより生産量を確保することを優先するなど、発揮できる生産能力以上の生産を実施したため粗製濫造を招き、歩留まり率の低下に拍車をかける原因となった。対策として代用材料の使用や部品製作の簡略化が図られたものの、焼け石に水程度の効果であり、またアメリカ軍の空襲により生産施設が破壊されたことによる歩留まり率の悪化も起き、どのような理由にしても戦争後期は品質の悪化の一途をだどる状況であった。
こうして本来の性能を発揮できない不完全な誉が数多く出荷され、結果的に搭載機の性能不足や稼働率低下を引き起こすこととなった。稼働率低下の一例をあげると、1945年（昭和20年）7月の松山基地の偵察部隊では保有していた彩雲16機のうち作戦可能機はわずか2機に過ぎず、1機は故障、残りの13機のうち8機までがエンジンの調整・整備に追われるという有様であった。
当時、零戦の後継機として開発中であった烈風の主任設計者である堀越二郎技師は、同機のエンジンとして誉を搭載することに反対していたが、それはエンジン品質の低下による性能の額面割れを危惧したからだと本人が証言している。実際に誉を搭載した烈風の試作機は大幅な性能不足で、三菱内でエンジン出力を測定したところ1,300hp/6,000m程度（地上計測による換算値、なお海軍の保証値は1,700hp/6,000m）しかなく、さらに同時期に製造された誉搭載機の速度・上昇率を調べたところ公称値よりも低下しており、いずれも烈風の試験結果に対応していたと報告されている（なおこれに対し、中川技師は烈風の試験が行われたのは前述した吸気系の鋳物の改善前でエンジン出力が最も低下していた時期ではなかったかと述懐している）。

飛行第47戦隊付「整備指揮小隊」

中島飛行機では「誉」にも公式マニュアルを用意していたが、教育体制の不備により活用できた部隊は少なく、現場でも「故障しやすいエンジン」というイメージがあった。
例外として飛行第47戦隊付整備指揮班長刈谷正意中尉 によれば、「油圧低下や燃圧振れはポンプ吸入側の空気吸い込みが主原因であるのに、これを修治せず放置するとエンジン内部故障になり」「誉は直ぐに故障する」となるが、それは「自己の怠慢を天下に公表しているようなもの」であると評した。「誉」の整備にも、特に「秘策はなく定時点検整備を、時間管理票に従ってマニュアルに少し手を加えて行う」ことにより「在隊稼働率100パーセントを維持（定数外大修理機を入れれば87パーセント）」を終戦まで維持したとのことである。
また、47戦隊では官制にはない「整備指揮小隊（整備指揮班）」を独自に組織していた。これは全般の技術指導、各整備小隊間のコントロール、対外連絡、資料の作成や収集などのエンジニアリングを行うものであった。優秀選抜兵による「第4小隊」は、作戦から独立して故障修理にあたり、手のかかる故障機等を迅速に戦列復帰させた。
整備兵員への教育も徹底され、日々の整備を実地の訓練として、各整備小隊長は整備隊長の教育実施計画の下、毎日の教育実施結果を整備隊長に報告し、幹部整備員は隊長の教育を毎週あるいは適時に受け、課題にリポートすることが義務付けられた。これらにより、異動や戦闘などの損失を受けても整備員の質が維持されるなど、欧米に比肩する体制が整えられた。
陸軍では伝統的に手すき時や最前線進出時には搭乗員も整備を行っていたが、47戦隊ではさらに組織化され、搭乗員に機体整備の情報共有への参画が命ぜられた。そして、戦隊長以下の全パイロットも適時に整備から取扱いの研修を受け、自機の不具合はデータを付して整備に提出することが徹底された。このような搭整一体の協力により、敗色濃厚な中にあっても終戦まで兵器の質が維持されたのである。刈谷によれば「47戦隊で100パーセント働いた」エンジンが他部隊で動かなかったのは「日本陸軍の整備教育が間違っていたから」であり、「疾風（誉）のせいじゃない」と回想している。
実際、エンジンの種類は違うものの、液冷エンジンのアツタもエンジンの整備に悩まされたという共通する点があり、それを搭載した彗星も（エンジンだけが理由ではないものの）稼働率の維持に悩まされた。だが、彗星の整備に熟練した人員がいた部隊の彗星に関しては不調の頻度が低い傾向であった。また、それを主力とした芙蓉部隊では工場技術者による整備の直接指導により整備能力が向上し、液冷型彗星の整備状況が改善した結果、少なくとも整備不良による不調の頻度は低下している。以上のことから、誉にしろアツタにしろ整備が徹底されていた部隊では稼働率が安定していたとされており、刈谷の発言の根拠を補強する結果となっている。