パワートレイン 1/2
■クルマのパワートレーンの基礎知識、ハウツー、設計のヒント
自動車のパワートレインは、動力を発生させる手段（エンジン）と、その動力を車輪に伝達する手段（駆動系）で構成されています。
最も基本的なパワートレインは、エンジンと、その構成に必要な様々な駆動系部品で構成されています。
駆動系部品には、トルク増幅用部品（トランスミッション、トランスアクスル、デフ）、動力伝達用部品（シャフト、チェーン、ベルト）、動力分配用部品（リアエンド、デフ）などがあります。
■エンジンコンフィギュレーション
クルマのエンジン構成は、重量配分に大きな影響を与えます。
また、駆動系にも影響を与え、重量配分にも影響を与えます。
市販車の場合、重量配分はフロントに偏る傾向があるため、バランスを取るには部品を車の後部に移動させる必要があります。
スクラッチビルドでは、エンジンをより後方に移動させることで、フロントに偏った重量配分を解消する傾向があります。
上図に示すようなフロントエンジン構成は、歴史的にロードカーやレースカーで最も人気のある構成であり、市販車でも引き続き主流となっています。
市販車では重量配分がフロントに偏る傾向があるため、バランスを取るには部品をリアに移す必要があります。
上図に示すようなミッドエンジン構成は、重量配分とエンジンの低極慣性モーメントにより、より軽快なコーナリングとバランスが得られることから、1950年代後半から1960年代前半にかけてオープンホイールカーに普及しました。
それ以前には、第二次世界大戦前のオートウニオン・グランプリ・カーがこの構成を採用していた。
上図に示されているリアエンジン構成は、すべてのタイプの中で最も使用されていませんが、史上最も人気のあるロードカーであるVolkswagen Beetleと、Porsche 911の2台に採用されています。
エンジンの重量を後輪の後ろに配置することで、加速時の基本的なトラクションと体重移動の効果を高めています。しかし、加速時のステアリング・トラクションが低下し、エンジンの極慣性モーメントが大きくなります。
■駆動部の構成
エンジンからのパワーを地面に伝えるのは、駆動輪・タイヤの仕事です。
クルマの静的な重量配分と駆動輪のサスペンション・ジオメトリーは、クルマのグリップ力と加速力に大きな影響を与えます。
グリップ力を最大限に発揮できるように重量配分とサスペンションが最適化されていなければ、クルマは最高のパフォーマンスを発揮することができません。
基本的な駆動構成以外にも、設計時に考慮すべき部品があります。
例えば、リミテッド・スリップ・デフ（ＬＳＤ）は、ホイールへのパワーの伝達方法を最適化し、グリップ力のないタイヤでパワーを無駄にしないようにすることができます。
後輪駆動（Rear wheel drive: RWD／上図）は、1980年代以前のレーシングカーやトラック、そして多くのロードカーに採用されていた古典的な構成です。
どのようなエンジン構成であっても、駆動輪に最大限の重量を伝達することができます。
前輪駆動（FWD）は、現代のロードカーに普及し、多くの市販レーシングカーに採用されています。
上図のような構成は、日常的に使用するには非常に望ましい特性を生み出しますが、レース目的では欠点があります。フロントのタイヤで車両の操縦と駆動の両方を行うため、トラクションが制限され、アンダーステアが生じます。
また、加速時には、リアタイヤに荷重がかかるため、フロントタイヤの荷重が減り、加速時のグリップ力が低下します。
しかし、前輪駆動車同士のレースなど、同じ土俵でレースをする機会はいくらでもあります。
ピックアップトラックの駆動方式としては4WD／ＡＷＤ（上図）が主流であり、雪や氷が降る気候のロードカーにも普及しています。
多くのスポーツカーは、最適な加速を実現するために4WDを利用しています。
ラリーカーを中心とした一部のレーシングカーもこの方式を採用しています。しかし、それ以外のクルマでは、4WDが禁止されているかどうかで、4WDの採用が大きく変わってきます。
4輪すべてがグリップするので、体重移動とサスペンションのジオメトリーが加速時の4つのタイヤのグリップを最大化すれば、驚異的な加速が可能になります。
ペナルティとしては、ドライブトレインの複雑さが2倍になり、ドライブトレインの故障が増える可能性があります。
■パワートレインの構成
・フロントエンジン／リアドライブ
下図に示す構成は、エンジンを前輪の中心線の後方に置き、他のコンポーネントを適切に配置してエンジンが車両の前半分にあることを相殺すれば、ほぼバランスのとれた前後の静的重量配分を実現できます。
メンテナンスの観点では、レイアウトがシンプルなため、縦置きエンジン、セパレートトランスミッション、ファイナルドライブ（デフ）へのアクセスが容易です。
加速時には後輪に重量が移動するため、その重量が駆動用タイヤのグリップ力を高めることは、この構成の明確な利点となります。
また、後輪が動力源となることで車両の操舵を助けることができるため、スポーツカーやレーシングカーに好まれる理由の一つとなっています。
●パワートレインのヒント (1/2まとめ)
・パワートレーンはシンプルに！
複雑な構造を持つパワートレーンは、トップレースや個性的なメーカーでは意味があるかもしれませんが、一般的にメンテナンスや修理が困難であればあるほど、マシンを楽しむことができません。
・パワーの最適化
エンジンやチューニングの選択肢が複数ある場合には、その中から最適なパワーとデリバリーの特性を持つものを選ぶことが重要です。
そして、パワートレインの基本的な動作に加えて、ちょっとした工夫でより大きなパワーを得ることができます。
エンジンにラムエア効果を与えるエアインテークの設計、高品質の潤滑油の使用、パワーを奪う不要なエンジンアクセサリーの除去などは、利用可能な馬力を高めるための基本的な方法です。
また、摩擦を減らしたり、エンジンの吸気や燃焼の効率を高めたりすることもできます。小さなことでも、積み重ねていくことで、大きな効果が得られます。
・パワートレインの部品をできるだけCGに近づける
重心（CG）の近くに部品を配置するのが良い理由は、極慣性モーメントの項で説明しました。
重心に近い位置に部品を配置して車両を回転させることは、重心から最も離れた位置に部品を配置して車両を回転させるよりもはるかに簡単です。
例えるなら、短いバットを振るのと長いバットを振るのと同じです。
長いバットを振るには、より多くの努力が必要です。
パワートレイン 2/2に続く
