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エンジン冷やし方で性能や乗り味まで変わる

【Q&A】エンジンは、本当に「性能の水冷、味わいの空冷」なの? 「油冷」は?【バイクトリビア011】

薄くて長い冷却フィンが美しい空冷エンジン。無機質ゆえに高性能を匂わせる水冷エンジン。ルックスは大きく異なるけれど、どちらもエンジンを冷やすための手段に変わりなく、効率を考えたら水冷に軍配が上がる気がするけれど……、空冷ってオワコンなんですか?


●文:伊藤康司 ●写真:ドゥカティホンダスズキ、YMアーカイブ

いまどきは水冷が優勢のようだけど……

なにを今さら……の話ながら、エンジンのシリンダーの中(燃焼室)では、空気とガソリンを混ぜた混合ガスをギュッと圧縮し、点火プラグで火花を飛ばして爆発燃焼させている。エンジンは非常に高温になるので冷却する必要があるが、バイクの場合は冷却方法を大別すると水冷式と空冷式があることは、多くのライダーが知るところだろう。

’70年代頃までは圧倒的に空冷が主流だったが、’80年代から水冷が増加し、現在では一部のレトロな雰囲気のバイクや小排気量モデルのみが空冷……というイメージが強いが、じつは空冷エンジン搭載のスポーツバイクもキチンと存在する。

それでは水冷と空冷、いったい何が違うのか? なぜ水冷が主流になったのか?

水冷 空冷 図版

空冷エンジンはシリンダーに設けた冷却フィンを走行風で冷やす。水冷エンジンはシリンダーに設けたウォータージャケットに冷却水を流し、その冷却水はラジエターを通して走行風で冷やす。空冷は温度管理が難しいため金属の熱膨張に対して余裕を持たせ、シリンダーとピストンの隙間(ピストンクリアランス)が広く、温度管理しやすい水冷の方がピストンクリアランスを狭く設定できる。ここが性能に大きく影響している。 [写真タップで拡大]

違いが出る理由は「ピストンクリアランス」

エンジンを構成するピストンやシリンダーは熱によって膨張するため、エンジンが温まった状態で適正な隙間になるように、ピストンクリアランスが設定されているが、端的に言えば水冷はこの隙間が狭く、空冷は広い。なぜなら水冷は温度管理がしやすいため、熱膨張した時の寸法にキッチリ合わせた設計が可能だが、反対に空冷は温度管理が難しいので熱膨張に対して相応に余裕を持たせる必要があり、結果としてピストンクリアランスを広く設定しなければならない。

あくまで参考値だが、水冷のピストンクリアランスは3/100mm程度で、空冷の場合は5/100~7/100mm程度といわれている(市販車とレーサー、ピストンやシリンダーの材質などによっても異なる)。

このクリアランス、わずかな違いに感じるかもしれないが、隙間が大きいとスロットルを開けた瞬間のレスポンスが鈍くなり(爆発した燃焼ガスが隙間からクランクケース方向に抜ける量が多い。これを「ブローバイ」と呼ぶ)、充填効率も落ちるのでパワーも出しにくくなる。とはいえレスポンスの鈍さは良い方向で解釈すれば「穏やかな特性」ともいえる。空冷エンジンはスロットルを開けやすい、神経質にならずに乗れるから楽しい、味わいがある、というフィーリングはここから生まれている。

反対に味よりも性能を追求するスーパースポーツ系は、当然ながらスロットルの反応がシャープでパワーを出しやすい水冷が有利というコトになる。それなら、それぞれの特性をライダーの好みで選べるように、水冷ばかりでなく空冷バイクのラインナップも増やせばいいのに……と感じる部分もあるが、そうもいかない事情がある。ここでも空冷のピストンクリアランスの広さが影響しているのだ。

ピストンクリアランスが広いと、ピストンやシリンダーを潤滑するエンジンオイルが、クリアランスの狭い水冷より燃焼しやすいため排気ガスが汚れやすく、排気ガスを浄化する触媒(キャタライザー)も傷めやすい。また冷却が不安定ということは燃焼状態も安定しないので、有害物質が出やすくなる。

また水冷エンジンはシリンダーのウォータージャケットが「防音壁」の役を果たすので、騒音問題でも有利。対する空冷は冷却フィンがエンジンの爆発に共振したり、ともすれば増幅するため音量的にも不利だったりする。

というワケで、空冷エンジンは動力性能だけでなく環境性能でも厳しい面が多い。そのため従来型の空冷エンジンを搭載するバイクは、排出ガス規制等に対応できずに姿を消すパターンが多い。

水冷バイクと空冷バイクを比べてみよう!

そもそも高性能化や環境性能(規制)に対応するため水冷化が進んだので、まったく同じジャンルや方向性、同じエンジン型式や排気量で空冷と水冷のバイクがあるわけではないので、同条件で比較すること自体が困難。とはいえ参考になる数値も少なくない。

空冷の方が軽い?

水冷エンジンはウォーターポンプやラジエター、冷却ファンなど冷却水を冷やすための部品が必要。対する空冷は冷却フィンだけとシンプルなので(オイルクーラーを装備する場合が多いが)、理屈の上では軽量なハズ……。

そこでホンダのCB1300SFと、残念ながら生産終了になるCB1100を比較。CB1100は排気量こそ少ないが、エンジンのクランクケースから下はCB1300がベースなので車体サイズが近く、CB1100RSならタイヤサイズも同じ。燃料タンク容量がCB1100RSの方が5L少ないとはいえ、車両重量で11kgも軽量なので、やはり空冷は軽いかも……!?

ホンダ CB1300SF 水冷

ホンダ CB1300SF 
水冷並列4気筒 1284cc 最高出力:113ps/7750rpm 最大トルク:11.4kgf-m/6250rpm 車両重量:266kg [写真タップで拡大]

ホンダ CB1100RS 空冷

ホンダ CB1100RS 
空冷並列4気筒 1140cc 最高出力:90ps/7500rpm 最大トルク:9.3kgf-m/5500rpm 車両重量:255kg [写真タップで拡大]

排気量が少なくても水冷はパワフル!

ドゥカティのモンスターの937ccエンジンは、排気量的には近年の基準だとミドルとビッグの中間くらいだが、2気筒ながら111psと非常にパワフル。対するスクランブラー1100は、ドゥカティ伝統の空冷L型2気筒で86psを発揮。両車のエンジンはまったく別モノに見えるかもしれないが、ルーツは同じ1979年の500SLパンタで、水冷・空冷を別にすればエンジンのレイアウトも変わらない。それでも、この排気量差で水冷が勝っている。

ドゥカティMONSTER+ 水冷 モンスター

ドゥカティ モンスター+ 
水冷V型2気筒 937cc 最高出力:111ps/9250rpm 最大トルク:9.5kgf-m/6500rpm 車両重量:188kg [写真タップで拡大]

ドゥカティ SCRAMBLER 1100 TRIBUTE PRO 空冷 スクランブラー

ドゥカティ スクランブラー1100 TRIBUTE PRO 
空冷L型2気筒 1079cc 最高出力:86ps/7500rpm 最大トルク:9.0kgf-m/4750rpm 車両重量:211kg [写真タップで拡大]

流行の原付二種は、どう違う?

こちらはカテゴリーも車体構成もかなり異なり、共通点は排気量と前後のタイヤ径くらい。しかもCB125Rは水冷というだけでなくDOHC4バルブで、スーパーカブC125は空冷でSOHC2バルブ。そのためパワーの差は歴然だが、トルクはそんなに大差ない。ちなみに燃費はWMTCモード値でCB125Rの46.8km/Lに対してスーパーカブC125は68.8km/Lと圧勝。両車とも平成32年排出ガス規制適合なので、環境性能ではホンダ伝統の横型空冷エンジンはさすが!

ホンダ CB125R 水冷

ホンダ CB125R 
水冷単気筒 124cc 最高出力:15ps/10000rpm 最大トルク:1.2kgf-m/8000rpm 車両重量:130kg [写真タップで拡大]

ホンダ スーパーカブC125 空冷

ホンダ スーパーカブC125 
空冷単気筒 123cc 最高出力:9.8ps/7500rpm 最大トルク:1.0kgf-m/6250rpm 車両重量:110kg [写真タップで拡大]

忘れちゃいけないスズキの油冷

バイクのエンジンの冷却方法は水冷と空冷の2種類……だけではない。スポーツバイクのエンジンが空冷から水冷へシフトしていった1985年、スズキは油冷エンジンを搭載したGSX-R750を発売した。

当時の水冷エンジンは構造的に重量がかさみ、エンジンのコンパクト化も難しかったため、スズキは水冷エンジンのライバルとの差別化もあり、油冷エンジンを考案。そもそもエンジンオイルは(水冷・空冷問わず)潤滑だけでなく冷却の役目も持つが、スズキのSACS(スズキ・アドバンスド・クーリング・システム)は、オイルを噴射して吹き付けることで熱境界層を破壊して積極的にエンジンを冷却する機構。

これにより水冷エンジンよりオイル温度を20~25℃も下げ、エンジン重量も水冷より約10%も軽減。アルミフレームも相まって、車体重量は179kg(乾燥重量)と、750ccクラスのライバル車より約40kgも軽量だった。

しかし技術進化によって水冷エンジンの軽量・コンパクト化が進み、GSX-R750も1992年型で水冷化。スズキの他の油冷エンジン車も2008年頃には生産を終了し、もはや油冷は過去の冷却方式……と思いきや、2020年に油冷単気筒250ccエンジンを搭載したジクサー250/SF250が登場。かつての油冷と構造的に異なる部分もあるが、エンジンオイルを利用して積極的にエンジンを冷やす発想はスズキならでは。250クラスで派生モデルも登場している。

1985年 スズキ GSX-R750 油冷
1985年 スズキ GSX-R750 油冷エンジン

1985年に登場したスズキのGSX-R750。専用の冷却用オイルポンプで毎分20Lものエンジンオイルを圧送し、8本のノズルからシリンダーヘッドにオイルを噴射して冷却する独自の「油冷エンジン」を搭載した。 [写真タップで拡大]

スズキ VストロームSX 油冷
スズキ VストロームSX エンジン 油冷

インドで発売されたVストロームSX。2020年に発売したジクサー250と同じ250cc単気筒の油冷エンジンを搭載。熱の溜まりやすい燃焼室を、潤滑とは独立したらせん状のオイル経路で取り囲み、オイルを高速で通して高効率で冷却する。 [写真タップで拡大]

それでも空冷は無くならない

厳しい排ガス規制への対応の難しさや、同クラスの水冷と比較してスペック的に劣る空冷エンジン。乗り味やフィーリングのメリットもあるが数値で表しにくいだけに、既存の空冷モデルが徐々に姿を消していくのは寂しさもあるが否めない部分もある。

レースやサーキット走行など動力性能を優先するモデルはもちろん、他のジャンルのバイクも機械としての効率を考えると、水冷エンジンが圧倒的に有利なのは事実だ。とはいえバイクは趣味の乗り物であり、その魅力は動力性能だけにあるわけではない。

ホンダが空冷エンジン搭載のGB350をリリースしたのは記憶に新しいし、ドゥカティやBMWも空冷モデルを揃え、インドのロイヤルエンフィールドはライナップすべてが空冷モデルだ。これは空冷ファンが存在するという事実をバイクメーカーが理解している証……と信じたい。


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