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2020年4月

二輪車を考える 第三回 V型エンジンと直列エンジンを正面から比較する

二輪車を考える 第三回

V型エンジンと直列四気筒エンジンを正面から比較する

 前回はバイクを横から眺め、エンジン形状が前後重量配分にどの様な影響を与えるのかを考えてみた。今回は正面からバイクを眺めエンジン形状が重量配分にどの様な影響を及ぼすのかを解説してみます。

BMWやMotoGuzziの様に縦置きエンジンではなく、クランクシャフトが車両を横切る、横置きエンジンに関して話を進める。

 正面方向からバイクを見ると、横からの眺めよりもエンジンが車体に与える寸法上の制約は少ない様に思える。その違いは「幅」くらいしかなさそうではあるが、実はその幅が大きな違いを生むのである。またはこうも言える。V型エンジンと並列エンジンに違いを「生める」のは正面から見たクランクシャフトの長さであると。

 正面からバイクを眺め、エンジン幅が広いと高い位置に搭載しなければ、バンク角を稼げない。逆にエンジン幅が狭ければ、低い位置に搭載してもバンク角の問題は起こりづらい。つまり、エンジン幅は搭載位置の自由度を決定している。

 図面 後日掲載します。

 では、幅と高さの両者がどの様にハンドリングと関連しているのかを、経験論から話してゆきます。

 クランクシャフトは回転する事で安定を生む。その幅が広ければより顕著である。すなわち直列4気筒はV型2気筒エンジンよりも安定性が強い。反対にV型二気筒のクランク幅は、単気筒よりも少し広い程度で、かなり狭いことが分かる。

 V型エンジンの幅が狭いという事は、低い搭載位置でもバンク角の制約を受けづらいので、搭載位置の自由度が高まる。直列4気筒はその反対である。ではどこにエンジンを置くのが良いのであろうか?

 この質問に対する回答は一つではない。アメリカンとスーパースポーツで仮に同じエンジンを使っていたとしても、搭載位置は大きく異なる。

 高い位置にエンジンを置くとどうなるであろうか? バンク角は大きく取れるし、重心は高くなり中立付近の据わりは良くなり一方、バンク角が深くなると高重心がバイクを地面へ呼ぶ事となり、良く倒れるバイクとなる。その反面、フルバンク付近で安定性に欠けアクセルを開けても車体が起きづらい現象が見られる。

 低い位置にエンジンを置けば、中立付近は軽く動き倒し込みも楽になる。他方、フルバンク付近では起き上がり小法師の様に、起きようとする力が大きく、この領域では重たいバイクになる。

 これはそのまま四気筒エンジンにも当てはまる。つまりは横置き直列4気筒エンジンは安定性の強い幅広のエンジンを高い位置に搭載しなければならない(Vツイン比較で)。
 ではここで実際の搭載位置とエンジン形状の違いを解説する。

 Vツインは直四に比べ、低くマウントできる。エンジン幅が狭いからである。しかしそれ以外にも重要な点がある。それは短いクランクシャフトは安定を生み出しづらいが、搭載位置が低い場合にクランクのジャイロ効果が弱いおかげで、フルバンク付近の立ちが弱いのである。この事が特に重要となる。

 逆に、高い位置にエンジンを置けばフルバンク付近の安定感は薄れる。という事はクランク幅の狭いエンジンを高い位置に置く事は安定感を得るのが難しくなる。反対に直列四気筒は、低い位置に置けば、バンク角の問題とともにフルバンク付近でバイクの立ちが強烈になる。
 この様に、バンク角だけでなくクランク幅により得られるジャイロ効果が変わる事で、搭載位置が限定されるのである。

 エンジンの幅による差は全面投影面積にも影響を与えるが、車体の幅を決める要素はリアタイアのチェーンラインが重要で、それはつまりリアタイアの幅と同義である。ホイール幅が変わらなければ、くるぶしの位置はある程度決まってしまう。つまりバイクを正面から見た時に張り出す足の位置はエンジンでは決まらない。ハンドル幅ももちろんエンジンに左右されないので、結論はタイアサイズという事になる。

 極端な話、空力の面では多少V型が有利ではあるが、それほど極端な違いはないと考えられる。

 空力に関しては門外漢なので、知見を持っている方からすれば、色々と意見もあろうと思いますが、そこは逆に教えて頂ければこちらも助かりますので、ぜひ教授頂きたいです。

 

SONY SRS-XB12

 今回はBluetoothスピーカーの話です。

 寸法はそれほど大きくありません。価格はアマゾンやPCデポなどでは八千円前後で販売されています。

202043019653.JPG 充電により10時間以上使え、充電を終え日中の使用ではバッテリー切れは起こりませんでした。350ccの缶ジュースの背を低くした様な大きさなので、持ち運びでも邪魔にならず良い寸法です。

 大きさが小さい事もありふくよかな低音ではありませんが、携帯電話の音よりは格段に良いので、オーディオ好きには満足できませんが、携帯電話の寂しいスピーカーを嫌うのであれば、良い品だと思います。

 音量はまあまあ大きくはなるが、爆音にはなりません。

 防水なのでお風呂で使えるのは嬉しいです。私のiPhoneは7のため風呂場には持ち込めませんが、防水機能があれば快適なお風呂タイムが演出できそうです。我が家の狭いお風呂ではそれも難しいのですが。

 比較の定義は他の品とどう違うのか?が重要です。このスピーカーをオーディオとして考えるのは無理があると思います。であればその比較対象は音楽デヴァイスではなく、携帯やPCなどではないでしょうか。

 一番良いのは携帯電話の相棒としてです。音量も大きくなるし持ち運びには便利だし、とても相性が良いと思います。

 次いでラップトップPCとも悪くありません。MacBookなどはスピーカーの音質は悪くありませんが、音が薄っぺらいのでこちらの方が良い音だと言えます。しかし、MacBookProの16インチくらいだとかなり音が良いので、下手なスピーカーは不要だと思います。

 iMacともなると素晴らしく良い音ではありませんが、このSRS-XB12よりは音量、音質など全体的にiMacの方がバランスが良く、あえてこのソニーを使う必要はなさそうです。

 やはり一番相性が良いのは携帯で、車やちょっとした軽作業でいつもと違う場所へ行く時に、重宝します。車ならドリンクホルダーに無理なくに収まるので、とても使い勝手が良く出番は多くなると思います。

 

 

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Bluetoothスピーカー

 サスペンションばかりではつまらないので、明日からPCの周辺機器に関しても書き記そうと思います。

 その中で最近いくつか購入したBluetoothスピーカーをとりあげます。といってもそれほどたくさん買ったわけでは無いので、持っている品を価格と使い勝手を考慮した内容から話してゆきます。

 スピーカーはソニーの品を三つ入手しました。価格帯も八千円、一万八千円、二万五千円の三種類です。時間のある方はどうぞお付き合いください。

 

幾何学、図面、微分

 動画撮影のために情報を集めていました。

 バイクのリア周りは幾何学が支配していると思います。この辺りは数式で表す能力を持ち合わせてはいませんが、正直難しい事はありません。なぜなら円と直線を理解できれば、簡単だと思います。
 もちろん、より高度な理解のためには数式は必要です。

 スウィングアームの全長は長ければ変化が穏やかになり、逆は急激になります。

 下の絵をご覧ください。

 

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小さい円は短いスウィングアーム、青い線は長いアームを持つ場合です。

 これを見れば分かるように、小さい円は半径分の高さ(X軸)を移動すると同時に左右方向(Y軸)も半径分移動します。

 対して小さい円の倍の直径を持つ大きな円は、小さな円の半径分を移動する間に左右方向の移動量は小さくなっています。その値は約27%です。

 この絵が証明したように、スウィングアームが長いと前後方向の変位が小さくなり設計値に近い特性が維持されます。

 これはプログレッシブ特性を求めるリンクも同様で、この円の上下と左右の変化量を組み合わせて、特性を作り込んでいます。

 数学の勉強はしないより、した方が圧倒的に良いと考えています。
 それはこの図形を説明する時でも楽になるからです。
この十分に大きな円弧の一部を切り取ると、曲線と直線が近似するのは肌感覚で知っていました。以前のブログにも書きましたが、地球上で水平線というもは存在しません。地球は半径が約6000Kmの球体です。つまり水面はR6000Km(半径6000Km)の曲面になっているのです。しかし、人間にとっては十分に大きな円である地球の表面は、平面に感じられる。つまり直線と曲線が近似しているのです。

 こういった日常の物理現象を捉えていれば、バイクや車の運動法則は理解できます。あのレオナルド・ダ・ヴィンチも幼少期は川の流れをずっと眺めていたそうです。
 私はレオナルドとは比較になりませんが、子供の頃から水が好きで海や川の水面をながめ波の運動周期を考えるのが好きでした。この事はサスペンションを相手にする今の仕事に無関係で無いように思います。

 

メモからPDFへ

 手書きの絵を動画に載せるため、見やすい手段は無いかと探したところ、すぐ発見できました。

 iPhoneのメモ機能から写真撮影をすると、きれいに平面へとデジタル処理を施してスキャナーで読み取ったように、綺麗にデジタルデータへ変換されます。

 これをエアドロップでPCへ飛ばせば、あら簡単。今後は昔描いた図面をこの手法でPCへ保存して行こうと思います。

 

 

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Lツインエンジン搭載車の考察

 前回と同様に、動画の下書きを元にしてドカティの乗り味を考察しつつ、バイクの基本特性にも言及してゆきます。

 

 Vツイン Lツイン 直列エンジンとの重量配分の違いによる運動性能の違い

 

 直列4気筒と90度Vツインの亜種であるLツインのドカティを例にあげ、重量配分がどのように変わるかを説明する。

なぜドカティのLツインを題材に上げるのかは、V型エンジンの特性をより顕著に現れるからである。

 バイクの重量配分はエンジンの搭載位置が大きく影響する。ホイールベースを同一とし、その内側にはエンジンとスウィングアームが配される。

 その場合、Lツインエンジンはクランクシャフトのセンター位置「クランクセンター」がよりリアタイアへ寄る事になる。

 

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 それはなぜか?直列4気筒と同じ位置にクランクセンターを置くと、フロントバンクのシリンダーヘッドがタイアと接触する。そのために後方にエンジンを置く必要がある。つまり車両の中で一番重い部品であるエンジンが後ろに行くため、重量配分は自ずと後ろ寄りになる。

 

 問題は重量配分がバイクの操縦性にどれほどの重要性を持つのかである。以前、ワールドスーパーバイクが二気筒1000cc、四気筒750ccであった時はドカティは強かった。しかしホンダが2気筒1000ccになった時は早速チャンピオンを獲得していた。これはつまり排気量が大切であった証拠である。ただし、ホンダのVツインはドカティと比較し、重量配分は前方にあった。

 同一排気量で同じ形状のエンジンを積み、前後荷重のみの変化を直接比較しなければ、分担荷重による良し悪しは判断できないし、レースでの勝利が必ずしも全ての面において有利ではない。が、レースで勝てると言う事は、ライダーの思い通りになる訳であり大きな要素なのも間違いない。

 

 何はともあれ現存する中で、Lツインほどフロント荷重を稼ぎづらいエンジン形状はないと言える。次に、ホイールベースが同一でLツインの場合に、エンジンが後方に搭載されると言う事は、反面スイングアーム長が短くなるのである。

 これは明確に問題点が存在し、長短二種類のアームで同一のホイールストロークが行われるなら、短いアームはその変化量は大きいと言える。

 

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 短いアームの線を追えばわかるが、ストロークが深くなるに従い、リアタイアがフロントから遠のくのが、長いアームよりも変化量が大きいと確認できる。

 対して長いアームの線は変異が少ないのが認められる。

この事以外にも、フロントブレーキを握りながらリアサスペンションを沈める実験からわかる通り、

スウィングアームが動くとリアホイールも回転する。その回転量は角度変化と同様に、短いアームは回転量が多く、長いアームは少ない。

 直線は曲線と近似している。十分に半径の大きな円はある部分を切り取ると直線と近似している。つまり円の一部を拡大すれば直線と同様である。アーム長が無限大であればホイールは単なる上下動となる。こうなれば角度変化はないに等しい。

 つまり長いアームは設計値からの変動が少ないので、一定で穏やかになる。現代のバイクは短いアーム、少ないフロント分担荷重を嫌う傾向にあるのは、競技や販売車両を見れば明らかであり、逆に過去の車両はリアへの大きな分担荷重と変異の大きな短いアームが目立った。

 MotoGPでドカティとブリジストンが組んで速さを獲得した頃、リアタイアの剛性が高く、ヤマハなどのは後輪分担荷重をどの様に増すのかが課題になっていた。これはドカティがリアタイア依存度の高い設計であり、フロント依存度の高い他メーカーの車両ではタイアのグリップを引き出せなかったのではないだろうか。

 ここまで書き記し、ある程度の結論らしきものが見えてきた。それは結局タイアを活かせるかどうかで決まる部分が大きく、タイアメーカーと車両メーカーの共同作業において、どれだけ双方の合意が高い水準で達成されるかにかかっていると考える。

 総論としてドカティの乗り味はフロント荷重が少なく、反対にリア荷重が大きい。フロント荷重が少ないから曲がらないとか曲がりやすいなどと言う事はない、しかしそれはコーナーリングや乗り味に大きな影響を与えるのも間違いない。

 これらは、バイクを二次元で捉えた場合の話である。次回はまたドカティを題材に違う面から、再度二次元を切り口にドカティを考察してゆく。それらを踏まえ、最後の回では私が感じるドカティの乗り味を三次元で捉え、感覚論と論理を交えて説明してゆくつもりである。

 

車両運動を司る根本原理、というか制約

 今回は動画で話す内容を下敷きに、動画と連動して文章でも伝えてゆきます。

 初回は概要、セッティングは何が大切か

 

 セッティングと言えば車両ばかりに目がゆく、だがポジションを含めた人間工学、生理現象が大切である。それはバイクや車は人が乗るからである。

例えば、乗用車がなぜあの様な形なのか?中心に人間を座らせるべきなのにオフセットしているのは、乗員の数を増やしたいからである。居住性を考えると前後にエンジンを配置し、左右に1名づつ座らせるのが空間効率の面で有利である。

 

 リアエンジンかミッドシップであるなら、中心に人を配することも(FRにおいてプロペラシャフトを通さないで済むので)可能であるが、それをしないのは、最低でも二人乗りをさせたいからである。

 それ以外ではハンドルがオフセットされていると、ステアリング関連の部品が等長にならず、必ず無理が生じるためハンドル操作で左右差をなくすのは難しくなる。

 

 結論は、人が乗ることを前提として、車両は必ず人間工学と生理現象を前提としたセットアップを考えなければならない。

 反対に、車両の事だけを考えたセッティングは意味をなさない。そこには車両毎の最良はあっても普遍性がなく、そのセッティング術は限定的にならざるを得ない。

 人間基準のセッティング(それはつまりある個人を想定しても良いのだが)とは、一度身につければ自分の乗る車両の最良を短時間で見付けられるようになる。

 私自身が実践しているように、人間基準を採用すれば多くの人に対してセットを当て嵌められるようになる。もちろんそれは限定的であるが、より大きな普遍性を得られるようになる。

 次回からは動画に頂いたコメントにヒントを得て、ドカティの搭載するL型エンジン(要するにVツインの変形搭載型)を題材にクランクセンターとクランク長が車両に対しどのような制限を及ぼすのかを考察して行きます。

 

忙しくしております。

 こんな時期でございますが、忙し作業に勤しんでおります。

 連休は何が起こるかわかりませんのでなるべく早期に作業を終え、新たな依頼に備えようとは思いますが、次から次へと依頼が舞い込み、納期遅延が起こりそうな勢いです。

 コロナ対策で就業時間を短縮している事もありますが、土日は個人お客様から頻繁に連絡があり休みなしで営業を続けております。

 このところはCB400SFなどのSHOWAツインショックが少なかったのですが、この数週間で多く依頼がありその他の当社が得意とする変わり種でない、普通のショックも多く入荷。

 昨年からはフロントフォークの宣伝を重点的に行い、受注を図って来ましたが、ここに来てたくさん仕事が入る様になりました。

 何事も継続が重要だと感じるこの頃です。今週はCB1000Rの車両を仕上げようと思いますので、近々面白い報告ができると思います。これは動画でも解説しますので、楽しみにしてください。

 

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変態キャンペーン開催中

 Twitterでは先に公表しましたが、春の無茶苦茶キャンペーンを開催中です。

 普通で言うなら前後ショックのO/Hでお安くしますよ。と言うのが定番でしょう。もちろん当社もその波に乗り前後ショックのO/Hで99,800円を提案します。
 極力無駄を省き、最低限のメンテナンスを行うセイクレッドグランド・ベーシックとでも言う様な内容です。

 しかし、業界最高品質を狙うのが当社の目指す頂。ならば、変態さんいらっしゃいキャンペーン企画も同時進行です。

フロントフォークO/Hで99,800円、リアショックO/H99,800円も同時に受け付けます。これは「シェフの気まぐれキャンペーン」とでも言うべき、私自身がとことんやりたい放題仕上げる、O/Hの最高峰というべき内容です。

 内容は相談の上で方向性を見つけたいと思います。興味ある方は一報ください。

メーカー純正でもぶっ壊れてますよ・・・

 本日、プログレッシブというサスペンションメーカーのダンパーを組んでいました。

 ハーレーのサスペンションで有名ですが、モンローの模造品も作っています。今日はそのプログレッシブで恐ろしい出来事がありました。片側は組み終え問題のない動きを見せましたが、残りの一本を組んだ所、全くストロークしません。

 結局再度分解して確認しましたが、開いているべきオイル通路が貫通しておらず、オイルロックによりダンパーがストロークしない事態が発生。
 組んでいる時に二本のロッドに違いがあると認めておりましたが、やはり問題が起こりました。原因はすぐ特定できましたので、穴を開け解消できました。

 この様な驚くべき事態が起こりますので、頭を悩ましながらも面白い日々を過ごしております。

 

 

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