ユニフロー掃気ディーゼルエンジン

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ユニフロー掃気ディーゼルエンジン（ユニフローそうきディーゼルエンジン　Uniflow scavenging Diesel engine）は、2ストロークディーゼルエンジンの一形式。シリンダー内の吸排気の流れを下方から上方への一方向とし、排気の残留を無くしたもの。「単流掃気方式」とも呼ばれる。

[編集] 概要

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ものが代表的存在である。大型自動車やディーゼル機関車用として大量生産され、軽量、高回転、高出力であるため、クルップ・ユンカース式対向ピストン型ディーゼルエンジンを駆逐し、第二次世界大戦後は世界的に普及した。4ストロークディーゼルエンジンの進歩により、現在では主流の地位から外れ、戦車、大型船舶用以外は姿を消している。

鉄道車両用では、EMD 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。

一方、自動車用としてはデトロイトディーゼルが1938年に発表した「シリーズ 71」が始祖となる。この2ストロークディーゼルエンジンは、1940年に生産が開始された画期的なリアエンジンバスである、GMC 「トランジット」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、爆発的に普及し、1969年まで生産が続けられた。

シリーズ71エンジンは、グレイハウンド黄金期のシーニクルーザー（V8-71）や、金魚鉢・メトロ窓のあだ名を持つニュールックトランジット（V6-71）など、GMCのほとんどのバスをはじめ、大型トラックに採用され、映画やドラマに独特のブロアー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で見られるなど、日本のファンにもよく知られる存在となっている。

2ストローク機関特有の爆発回数が多い点は、毎分数十回転から200回転程度で運転される大型船舶用では特に有効であり、現在でも多く用いられている。マン B&W、ズルツァー、バルチラ（フィンランド）などが主なメーカーで、各社のライセンスでエンジン生産を行う造船所も多い。日本では三菱重工が「UE」の名で自社開発のユニフロー式エンジンを手がけている。

[編集] 特徴

[編集] 基本構造

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。燃料供給は直噴式で、2ストローク機関ではあるが、頭上弁（OHV）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が組み合わされる。

給排気がぶつかり合うループフローや、U字形の流れとなるクロスフロー方法とは異なり、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、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。

排気弁は当初の2バルブから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、ハイリフトカムではない）。

[編集] 2ストロークとしての利点

• 同一回転時の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）。

[編集] ユニフロー掃気方式としての利点

• 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、掃気能力が高い。

[編集] 欠点

• 噴射回数が4ストロークの2倍のため、噴射ポンプのオーバーホールや交換周期が短く、コストがかかる。
• 吸気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｡
• 直噴式のため、燃焼音が大きい｡
• 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。

しかし、CO2排出量低減が求められるようになった今日、小排気量でもトルクを確保できる方式として再び注目が集まり始めている^[要出典]。

[編集] ガソリンエンジンへの応用

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。しかし、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。

しかしながら、クランクケース圧縮式2ストロークエンジンはは燃料に潤滑油を混合して燃焼させる（混合給油、分離給油共）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。

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。しかし、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。

[編集] 日産ディーゼル・UDエンジン

日産ディーゼル工業の前身である民生デイゼル工業は、GMと「シリーズ 71」に関するライセンス契約を結び、1955年、自動車用としては日本で唯一となるUDエンジンを発表した。

「UD」は、Uniflow scavenging Diesel engineの略称で、1974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。

[編集] バリエーション

• 直列型
  3、4、5、6気筒

• V型
  8、12気筒

[編集] 搭載された車種

• トラック
  • 民生・6TW
  • 民生・T70 / 80
  • 民生・TC80G
  • 日産ディーゼル・TC81
  • 日産ディーゼル・TWC13
  • 日産ディーゼル・TVC11
  • 日産ディーゼル・CK40
  • 日産ディーゼル・サングレイト
  • 日産・580、680
• バス
  • 民生・B80
  • 民生・RF30 ~ RF90
  • 日産ディーゼル・R/RA
  • 日産・U690
  • 日産・UR690

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