１５５に搭載されたエンジン（付録）

１５５に搭載されたエンジンそのものについてではありませんが、何故か雑誌等で巷のチューニングショップに（不当に評価され？）揶揄されることもあるバランサーシャフトについて少し考えてみたいと思います。ここでは、直列４気筒エンジンのバランサーシャフトについてとします。（フィアット５気筒スーパーファイアにも用意されているようですが…） まず直４エンジンのバランスについてです。 ４気筒で等間隔爆発を起こさせるには、一サイクル＝吸気・圧縮・膨張・排気＝ピストン２往復＝クランク軸２回転＝７２０度を４で割で割った７２０÷４＝１８０度毎に爆発を起こさせればいいことになります。６気筒のときと同様に時計を使って考えると、まず一番手前のシリンダーのクランクが真上１２時の位置にあるとき爆発を起こさせます。次にどこかのシリンダーで爆発が起きるまでに１８０度回転させるので、最初のクランクは６時の位置にきます。この状態で１２時の位置にクランクが伸びていればよいわけです。これをあと二回繰り返すと、１２時・６時・１２時・６時の方向にクランクが伸びます。実際には＃１→＃３→＃４→＃２の順に点火するので、クランクは１２時・６時・６時・１２時の方向に伸びています。 つまり、あるシリンダーのピストンが上死点から下死点に向かう間、どこかもう一つのシリンダーのピストンも同じく上死点から下死点に向かい、残りの２シリンダーのピストンは逆に下死点から上死点に向かいます。これによって一見、上下の振動は完全に相殺されたかのように感じます。実際、直４エンジンではこの直感的にすぐわかるクランクシャフト1回転について一往復の振動＝１次の振動は相殺されています。 ところが、２次の振動＝クランクシャフト1回転について２往復の振動は相殺するどころか、４気筒全てが重なりあって増幅してしまいます。 では、この２次の振動について直感的な（だけの^^;）説明を。 ６気筒のところで少し触れていますが、ピストンは一見コネクティングロッドの付け根、クランクピンの運動を真横から見た上下運動と同じ動きをしているように錯覚しますが、実はコンロッドの長さが有限なためそうではないんですね。 エンジンを正面からみたとき、コネクティングロッドの付け根が１２時から３時にかけて回るときコンロッドはだんだん寝ていきます。寝ていくということは、コネクティングロッドの付け根が上下方向に降りていくより、コネクティングロッドの先端即ちピストンが降りてくる速さの方が速くなっています。つまりこの１２時から３時のあいだは、コネクティングロッドが有限な長さをもつことによりピストンは下向きの力を受けていることになります。 次にコネクティングロッドの付け根が３時から６時にかけて回るときコンロッドはだんだん立っていきます。角度が立つということは、ピストンは、コネクティングロッドの付け根が上下方向に降りるスピードより遅いスピードで降りていくことになります。下に行こうとしているもののスピードを鈍らせる…このときコネクティングロッドの存在はピストンに対し上向きの作用をしていることになります さて下死点を通過し、６時から９時に向かうとき。今度はコネクティングロッドは寝ていきます。上に上がろうとするピストンは、コネクティングロッドの上昇スピードより遅いスピードで上がります。下向きの力ですね。 ９時から１２時。コンロッドの角度は立っていく＝上へ向かうピストンはコンロッドの付け根より速いスピードを得る・・・上向きの力です。 つまり、コネクティングロッドが有限の長さをもっているという事実が… 12時〜３時…下向きの力 ３時〜６時…上向きの力 ６時〜９時…下向きの力 ９時〜12時…上向きの力 を、ピストンに作用させます。１２時から１２時、つまり１回転のあいだに下上下上と２往復する力…２次の振動です。 ここで、各シリンダーに加わる二次の振動の向きを考えてみます。＃１のシリンダーでピストンが１２時にある位置からスタートします。 ＃１…１２時→下→０３時→上→０６時→下→０９時→上→１２時 ＃２…０６時→下→０９時→上→１２時→下→０３時→上→０６時 ＃３…０６時→下→０９時→上→１２時→下→０３時→上→０６時 ＃４…１２時→下→０３時→上→０６時→下→０９時→上→１２時 何を「上」とするかは別として直４エンジンでは、クランク軸一回転について２回上下する力：二次の振動が、４気筒全てで重なり増幅するということになりそうですね。 これを打消そうというのが、バランサーシャフトです。 クランク軸一回転について2回上下する力を打消すのですから、２次の振動が下上下上となっているのならば上下上下に振動する力を加えればいいわけです。何かを上下に揺すってもいいのですが、クランク軸の出力から簡単に得られる方法を考えると、回転によって上下振動を起こさせるのがよさそうです。そこで、アンバランスな軸−半円柱状の軸を回転させます。クランク軸１回転で、２回振動させるためこのアンバランス軸をエンジンの回転数の倍の回転数で回転させます。これで、上下にエンジンの回転数の２倍の振動を起こさせることができ、その方向をエンジン自体による起振力から１８０度ずらし打消してやればいいわけです。 …が、このままでは問題があります。半円柱状のアンバランス軸は起振力を打消す上下の振動を発生させますが、当然左右にも振動してしまいます。これではまずいですね。これを解消するため、アンバランス軸を２本に分け、上下の振動は同位相になるように、そして左右の振動は互いの２本のアンバランス軸で打消すように、それぞれシリンダー列両脇の同じ高さの位置に置いて逆回転させます。これによってアンバランス軸自体が発生する左右の起振力はキャンセルされ、上下の起振力のみが残り、これがエンジンの発生するそれと相殺します。 あまりにも簡単過ぎる稚拙な説明ですが、これが直列４気筒用のバランサーの原理の説明だということにしておいてください。この同高さに位置するバランサーシャフトは１９００年代のはじめにイギリスのフレデリック・ランチェスターという人が考案したといわれ、”ランチェスター・バランサー”と呼ばれることもあるようです。（ホンダＦ１８A・２０A・２２Bが採用していたようです） さて、アルファがというかフィアットが採用したバランサーシャフトは上記の”ランチェスター・バランサー”ではなくこれを日本の三菱自動車が更に発展させた形式のものです。 何が優れているかの前に、直列４気筒エンジンのバランスについてまた少し。直４にはバランサーシャフトで打消した２次の上下方向の起振力以外にもまだ問題となるアンバランスが残ります。これは、２次のローリングモーメント…つまりエンジンを前からみたときの面で回転させる力です。何でこんなもんが発生するのというと、これもまたコネクティングロッドのせいで、シリンダに対して斜めの角度がついたコンロッドに押されたピストンがシリンダーの一方の壁を押すために、エンジンを回転させる力が発生するというわけです。直４の場合この力も打消し合うことなく残ってしまうようです（←直感的な説明ができてません。許してください。^^;）。 エンジンを正面から見た面で回転させる力を打消すために、”ランチェスター・バランサー”を応用しています。”ランチェスター・バランサー”では完全に打消していたバランサーが発生する左右の起振力を利用してエンジンを回転させる力を発生させてしまおうというものです。ものを左右同じ高さの位置から逆方向（向き合う向き）に同じ大きさの力で押してもそれらが釣り合い動きませんが、高さを変えたとことから逆方向き（向き合う向き）に押すと、くるっと回転しますよね。これを発生させたのが三菱式です。 三菱式は、”ランチェスター・バランサー”ではシリンダー列の両脇に同じ高さに置かれていた２本のバランサーシャフトを置く高さに段差を設け、左右の起振力をエンジン（ブロック）を回転させる力に使ってしまおうというものです。 これは、画期的な発想だったようで、三菱は特許を取りましたが、その期限が切れる前からランチア・ボルボ・サーブそしてポルシェまでが（おそらく特許料を払ってまで）採用しています。 ランチアがこのバランサーに積極的っだったことに起因していると思われますが、フィアットのスーパーファイアにも採用されそして、１５５の２．０Ｌ１６ＶＴＳにも採用されました。 因みに、このバランサーは１５５にとってスーパーファイアがはじめてではなく、デルタのインテグラーレ１６Ｖから移植されてきたエンジンに採用されていたため、１５５デビューの９２年から既にＱ４で存在しています。 ところでバランサーシャフトは、エンジンの出力を使って出力アップとは関係のないものを駆動するため、ただのフリクションだと書かれていることがありますが、そうでしょうか？ 大排気量４気筒ポルシェにも採用されていますし、前述の通りデルタ・インテグラーレ（１６Ｖ・８Ｖともに採用されているようです。基本的にテーマ以降のランチア４気筒には”全て”かも…）も使っています（コンペティションユースでは未確認）。このような事実からも、「ふわふわなサスペンション」や「ふんだんに使われた遮音材」と同レベルで「安楽装置」のような記述をしてある記事はどこかちょっと認識を誤っているような気がします。 更に究極の例として、直４ではありませんが１９８９年からホンダＦ−１ＮＡ３．５Ｖ１０、ＬＲＡ１０１Ｅエンジンにもバランサーシャフトが組みこまれていたようです。