engine)は、2ストロークディーゼルエンジンの一形式。呼ばれ、単にユニフローディーゼルと省略される場合もある。現在、生産されている唯一の2ストロークディーゼル機関の形式である。外部リンク概要[編集]船舶用超大型ユニフローディーゼルの一例。高速ディーゼルエンジンの分野では、ゼネラルモーターズ・グループの一部門であったデトロイトディーゼルと、傘下の協力企業であったEMCが1930年代にそれぞれ開発した頭上弁式のものが代表的存在である。自動車用などの高速機関としては、次第に厳しくなる排出ガス規制や4ストロークディーゼルエンジンの進歩により現在では姿を消しているが、鉄道車両用の中速機関と大型船舶用の低速機関は生産が続いており、特に低速型ディーゼルエンジンはユニフロー掃気ディーゼルのみが生産され続けている。205に代表される、前述の対向ピストン型ディーゼルもユニフローディーゼルに含まれる[1]が、今日ではユニフローディーゼルといえばGM発祥の頭上弁方式を指すことが一般的である。567系V型12気筒エンジンを2基搭載したディーゼル機関車であるEMDのE-ユニットとF-ユニットは、共に大ヒットとなり、戦後も長く生産が続き、流線形の「ドッグノーズ」はアメリカ型機関車を代表する顔となった。後に645系エンジン、さらに710系エンジンへと改良され、GM系列を離れた現在もEMD製のディーゼル機関車の標準エンジンとして生産が続いている。トランジットバス)」に横置き搭載され、フレームレスモノコック構造の車体、トランスミッションを45度偏向配置とした「アングルドライブ」と共に、パッケージングの鍵となった。「トランジット」はバスの新時代を拓き、以降、爆発的な普及を見て、1969年まで生産が続けられた。GMCのほとんどのバスと大型トラックに採用され、映画やドラマに独特の音と共に登場することや、現在でも北米での保存車両や中南米での現役車両が見られる事、また日系メーカーの民生デイゼル工業(のちの日産ディーゼル工業)が1974年までライセンス生産を行っていたことなどもあり、日本のファンにもよく知られる存在となっている。シリーズ71を初めとするデトロイトディーゼル製ユニフローディーゼルは、噴射ポンプにユニットインジェクター方式を採用していた事や、シリンダーを追加する事で大きな設計変更を要することなくエンジンの気筒数を増大する事が出来るブロック構造(モジュラー設計)を採用していた為、バリエーションが単気筒からV型24気筒まで極めて多岐に渡った事も特筆すべき点であろう。シリーズ71もインタークーラーターボが採用され、共に1990年代まで製造し続けられた。毎分数十回転から200回転程度で運転される大型舶用低速ディーゼル機関では、現在この形式だけが生産されている。舶用機関を製造しているメーカーとその工場は世界に多いが、その設計はもっぱらライセンサーとの契約にもとづくライセンス生産である。ツァー社(スイス)を買収したバルチラ社(フィンランド)、三菱重工(日本)の3社だけが生き残っている。turbocharged)は同社の独自開発であることが特筆される。近年では、軽飛行機向け航空機用ディーゼルエンジン(英語版)の一つとして、英国のウィルクシュ・エアモーティブ(英語版)社が水冷倒立型・インタークーラー付きツインチャージャー方式のウィルクシュ・WAMエンジン(英語版)を販売している。WAM型は現在120馬力のWAM120直列3気筒までであるが、将来的には直列4気筒のWAM160も計画されている。同社は過去にも度々資金難で開発や生産がストップしており、経営状態は不安定であるとされている[2][3]。特徴[編集]基本構造[編集]ユニフローディーゼルにおけるルーツ式スーパーチャージャー装着の概念図(写真は機関車用エンジンの一例)構造上の特徴は、その名のとおり単(ユニ)流(フロー)掃気(スカベンジング)方式を採用したことにある。方式の排気弁を持ち、強制掃気を行なうためのルーツ式スーパーチャージャー(ルーツブロア)が備えられる[4][5]。このような方式は、新気がシリンダーを横断する為に燃焼室上部に燃焼ガスが残りやすいクロス式掃気とは異なり、シリンダー下側から頭上弁への一方的な流れで掃気が確実になることから、掃気効率がよく、排気の残留が無くなり、燃焼が安定し、出力を高めることができる。クロス式掃気の掃気効率を改善する為に考案されたループ式掃気[6]と比較しても、向かい合った掃気ポートからの新気がぶつかり合うなどで、シリンダー内で新気が複雑なループを描く為にシリンダーライナーの温度が不均一になり、熱歪みが発生しやすくなる欠点を持つループ式掃気に対して、ユニフロー掃気はシリンダー端に掃気孔を等間隔で配置できるため掃気孔の面積を大きく取ることができ、シリンダーライナーの温度分布を均一にできることから熱歪みが発生しにくくなるという長所を持つ[7]。掃気用ルーツブロアをエンジンに併設する事で、クランクケース内に新気を通して予備圧縮する必要が無くなる。これにより、クランクケース圧縮方式のように燃料に2ストロークオイルを混合する必要が無くなり、4ストロークエンジンと同様のウエットサンプなどによるシリンダーブロック循環式の潤滑方式で、4ストロークエンジンと同じエンジンオイルを使用する事が可能となる。これはクランクベアリングの耐久性確保や、排気ガスへの未燃焼オイルの混入を防ぐ意味で大きな長所となる。クランクケースが分離されたクロスヘッド方式(ボアストローク比が大きい低速機関)においては、ピストンとライナーの潤滑を受け持つシリンダ油と、動弁及びベアリングの潤滑を受け持つシステム油というそれぞれに応じた特性の異なるオイルが使用できる事からのメリットもある。これより多い数の弁数(マルチバルブ)が用いられる事が一般的で、2バルブから3バルブを経て4バルブになり、さらにカムシャフトをより高い位置に設置し、プッシュロッドを短くした、高回転対応型の『ハイカム』へと発展した(ハイマウントカムシャフトの意味であり、バルブリフトを増大させたハイリフトカムシャフトではない)。出力を強化するに当たってはボアアップやシリンダー追加以外には、ターボチャージャー及びインタークーラーを追加装着する事が一般的であった。ターボ単体では低回転時に排気管やエキゾーストマニホールドからの排気パルス(脈動)による、排気ガスのシリンダー内への押し戻しに対して十分な掃気が行えない為、掃気用ルーツブロアはターボ装着時も取り外されずにターボの下流側に直列に配置される。どの回転域でもターボで過給された新気をシリンダー内に掃気する役割を持ち続ける為、ツインチャージャーにおけるスーパーチャージャーのような過給機というよりも、単に掃気に必要不可欠な補機(送風機)と捉えるのが適切である。実際、デトロイトディーゼルのエンジンにおいては、ターボチャージャー仕様登場後の従来型のルーツブロアのみを持つエンジンは自然吸気と称されていた。吸気バルブ大型船に用いられる極めて排気量の大きなユニフローディーゼルエンジンはBないしC重油を燃料とし、毎分200回転以下の低速回転で大出力を生み出す。大型舶用ディーゼルは減速機を介さずスクリュープロペラに継手で直結される。プロペラ効率は低回転ほど良いので低回転の大出力が求められる。精油残渣に過ぎない極めて劣悪な燃料を使用していながら、内燃機関で最高の熱効率を実現している。大型2ストロークディーゼル機関はシリンダー部とクランクケース部が遮蔽されたクロスヘッド機関である。重油を使用するため燃焼残渣が汚く、エンジンオイル経路を分けて軸受を汚さないようにするためである。クロスヘッド構造のためピストン俸(ピストンロッド)と連結棒(コネクティングロッド)に分かれたクランク構造になり、それぞれの接合回転部であるクロスヘッドピン軸受、クランクピン軸受、主軸受を守っている。クロスヘッド構造のため非常に背の高いエンジンになる。ピストンロッドは往復直線運動だけをクランクケース内のクロスヘッドまで伝え、クロスヘッドピン軸受とクランクピン軸受けの関節、回転運動でクランクシャフトに回転運動が成立する。クロスヘッド機関のシリンダーライナーに供給される潤滑油をシリンダ油、クランクケース各部に供給される油をシステム油と言う。シリンダ油は一回限りの使用で廃油となる[8]。大量に硫黄分の残留するC重油を使う大型ディーゼルエンジンでは燃焼後に発生する硫酸成分を中和する為に塩基価(アルカリ価)の高い「高アルカリ価シリンダオイル」が求められる。中和しないとエンジン内部がすぐに腐食してしまう。システム油の塩基価は、より低く、循環して使われ、オイル交換を必要とする。ちなみに上質燃料を使いシリンダーとクランクケースがつながっている通常の構造はトランクピストン機関と呼ぶ。舶用ディーゼルでも4ストローク機関はトランクピストン機関である。過去には2ストロークの舶用トランクピストン機関も存在したが、現在は無い。効率の高い静圧過給が行われているため頭上排気弁は中央に一つで十分である。その代わり燃料噴射弁(インジェクターノズル)が排気弁の周囲3つほどのサイドインジェクション方式となっている。歴史1900年代からディーゼル船は試行され、1920年代には様々な形式のディーゼルエンジンが実用化されたが、今日的なユニフロー掃気2ストロークディーゼルエンジンは1950年代に開発された。1950年頃までの舶用大型ディーゼルエンジンにはある程度の高品質な重油が必要で、石炭や粗悪重油でも使用可能な蒸気ボイラーで作動する蒸気タービン船を駆逐するまでには至らなかった。1950年代前半に燃料としては最も廉価なC重油を予熱することで使用可能にした低速ディーゼルエンジンが開発、試用され、1950年代後半に実用化し、圧倒的な経済優位性は確立された。1970年頃までは超大型化が進むタンカーの巨大動力に蒸気タービン機関しか用意できなかったため、出力ベースのシェアは一時低下した。石油危機が到来すると、運行コストの低減が至上命令となり、タンカーでも大型化する機運は失われ、ほぼ全ての商船は30万トン以下で十分とされ、ほとんどディーゼル動力化された。その間に大出力化と高効率化と高信頼性化が進んだ。その期間もごく短く終わり、1970年代後半には早くもガスタービン機関へと主力を譲り始める。C重油から不純物を取り除く装置。1950年ごろ舶用大型ディーゼルエンジンで安価なC重油を使うために開発された燃料の前処理装置。それまではA重油までしか使えなかった。燃料油清浄機はC重油を加熱して流動性を高めてから、水分や固形分を遠心分離機で取り除き、さらにフィルターで濾過して綺麗にする。安価を求めるC重油は軽質油を蒸留した残り物なので、製油技術が向上すると、より低質化し、一定品質に止まらないため、燃料油清浄機も高性能化を求められる。1970年以降に製油法の進展によって導入された接触触媒分解装置からアルミナ、シリカ微粒子がC重油に混入するようになり、ピストンリング、シリンダーライナー、燃料噴射ポンプを短時間で損傷する事故が多発するようになった。燃料油分析サービスと併用して事故の防止を図っている[9]。2ストロークとしての利点[編集]ユニフローディーゼルの動作解説図(ロシア語)。1シリンダーあたりの爆発回数が4ストロークエンジンの2倍であること。低回転時にも十分なトルクが発生する。自動車用の場合は発進加速で有利。必要トルクが同じ場合、4サイクルエンジンより気筒数を少なくできる。軽量コンパクトで、ダウンサイジングが可能。気筒数を減らさずに、ボア×ストロークを縮小する方法もあるが、その場合はスペースや部品点数、フリクションの面でメリットが無いため、気筒数を減ずる方法が一般的。回転上昇が速い(レスポンスが良い)。ユニフロー掃気方式としての利点[編集]他の掃気方式に比べ、新気と排気が入り乱れることが無く、掃気口の造りによりらせん状の流れ(スワール=横渦)を作る事ができるので、掃気能力が高い。欠点[編集]以下の欠点は旧来の車両用ユニフロー機関についてであり、現在の舶用大型機関には当てはまらない。インテークマニホールド内に掃気ポートから出たエンジンオイルがたまるため、定期的に抜く必要がある。始業点検にはマニホールドのオイルドレーンが含まれている。未燃焼ガスの排出が多く、排気中のHCが多い。スーパーチャージャーによる馬力損失と騒音がある。欠点というほどではないが、アクセルオフ時の回転落ちが速い。フリクションの多い6気筒以上ではシフトアップ時にも中吹かしが必要な場合がある。これらの問題により、燃費改善や排気ガス浄化、騒音抑制などが大きな課題となった1970年代以降は、4ストロークディーゼルエンジンに対抗できず、高速ディーゼル機関の主流からは外れた。ガソリンエンジンへの応用[編集]1910年代に考案されたユニフロー2ストローク単気筒ガソリンエンジン。ルーツブロワではなく、送気専用シリンダーを別途用意する事でユニフロー掃気を実現していた。吸排気の方向はディーゼルとは上下逆である。理論上、ユニフロー方式の2ストロークガソリンエンジンを製作することは難しくはない。2ストロークガソリンエンジンはシリンダー容積が小さいものが多いこともあり、クランクケース圧縮(予圧)による掃気で十分であり、わざわざ動弁系を追加する必要も低いため、生産品として製造されたケースはない。)ため、ガソリンのみで燃やす4ストロークエンジンに対し、経済性や排ガス浄化の観点から不利である(ただし、それでもスズキ・LJ50型エンジンのように日本の排ガス規制をクリアして型式認定された例はある)。これに対し、ユニフロー掃気方式は4ストロークと同様の循環式の潤滑系とすることができるメリットがある。クランクケース圧縮式の場合掃気時に未燃焼の生ガスが排気側へ放出されやすい欠点もあり、排気チャンバーでの反射波の利用や、排気デバイスによるポートタイミング可変での対応も行われてきたものの、排ガス浄化と同時に充填効率の面でもマイナス要因となっていた。これに対し、ユニフロー掃気方式は排気バルブの動弁機構が4ストロークと同一の為に、バルブタイミングの変更が比較的容易[1]で、尚かつ可変バルブタイミング機構等の利用により幅広いバルブタイミングが取れる余地がある。充填効率の面でもユニフロー掃気方式は過給(ターボあるいは機械式スーパーチャージャー)エンジンとも言える構成であり、(掃気効率はある程度犠牲になるが)排気バルブを早めに閉じて長めの掃気を行う事で、より大きな充填効率を容易に得る事が可能となる[6]。現在、ガソリンエンジンでも圧縮工程後に燃料をシリンダー内へ噴射する筒内噴射方式が実用化されているが、これにより、通常潤滑のユニフロー掃気式ガソリンエンジンが技術的には可能となる。BMWが研究開発を行っていたほか、トヨタが1980年代に「D-2」というネーミングでモーターショーなどに参考出品していた。現在まで実用化されることはなく、その噴射・燃焼理論を4ストロークに移植した、リーンバーンガソリン直噴エンジンが登場することになる。クランクケース圧縮式としたものが多いが、広義の意味でのユニフロー(単流掃気)ガソリンエンジンに含まれるものとしては、1910年代から70年代に掛けてオートバイやミニカーにて少数の採用例があるスプリット・シングルエンジンが存在する[1]。71」に関するライセンス契約を結び、1955年(昭和30年)、自動車用としては日本で唯一のユニフロー掃気ディーゼルエンジンとなるUDエンジンを発表した。それまでは民生の更なる前身企業である日本デイゼル(鐘淵デイゼル)が、やはり2ストロークのクルップ・ユンカース式対向ピストンディーゼルエンジンを国産化したND(後にKDへ改称)エンジンを使用していたが、UDエンジンの登場により、更なる高回転高出力化が実現した。engineの略称で、1974年(昭和49年)にUDエンジンの製造が終了した後も、現在まで同社のトラック・バスのCIとして親しまれているUDブランドの由来でもある。Dependability(究極の信頼)の頭文字に由来するものとしている。国鉄専用型式ではエンジンは自然吸気と指定されていたが、出力を増強するためのものではないため日産ディーゼル製の車のみ例外的に過給機の装着が認められていた。出力増強用の過給機は1984年度より解禁された。(PDF)外部リンク[編集]YouTubeにアップされている、個人所有のシーニクルーザーのホームビデオ。エンジン音が確認できる。民生デイゼルのUDエンジンも同じ音である。部品カタログこの項目は、工学・技術に関連した書きかけの項目です。この項目を加筆・訂正などしてくださる協力者を求めています。この項目は、自動車に関連した書きかけの項目です。この項目を加筆・訂正などしてくださる協力者を求めています(自動車ポータル/自動車PJ/乗用車PJ)。この項目は、鉄道に関連した書きかけの項目です。この項目を加筆・訂正などしてくださる協力者を求めています(P:鉄道/PJ鉄道)。(日時は個人設定で未設定ならばUTC)。表示-継承ライセンスの下で利用可能です。追加の条件が適用される場合があります。詳細は利用規約を参照してください。開発者Cookieに関する声明モバイルビュ。