水冷エンジンのメリット5つ!バイクだけでなく車にも搭載されてる?!2018/12/10SHAREツイートシェアはてブLINEPocketエンジンの冷却システムというのは昔からの大きな課題のひとつであり、冷却性能はエンジンの性能を100%発揮させるために重要な点です。冷却システムには大きく分けて水冷と空冷がありますが、今回は水冷エンジンのメリットやデメリットについてご説明しいていきましょう。水漏れのメンテナンス水冷エンジンとは内燃機関エンジンはエンジン内部で燃料を爆発させて動力を得るエンジンであり、ガソリンや軽油の燃焼温度は1,000°近くにも達するのでエンジンは内部から常に高温にさらされています。内燃機関の種類と仕組み/構造!外燃機関との違い4つと類似点4つ!将来性あり?!またレシプロエンジンではピストンが高速で上下に往復運動をするのですが、ピストンとシリンダーの摩擦によっても激しい熱が常に発生しているのです。レシプロエンジンとは?種類は?仕組みや構造まですべて解説!これらの熱はエンジンの内部に大きな悪影響を与えるもので、特に常に接触しているピストンとシリンダーは高温になると互いに金属が溶けてくっついたり、またはくっついた箇所が剥がれて傷になり正常な運転ができなくなるなど、焼き付きという重大な故障を引き起こします。普段ピストンとシリンダーの間にはごく薄いエンジンオイルの層があって焼き付きを防いでいるのですが、高温になればなるほど油膜は保持できなくなって焼き付きに至るのです。これを防ぐためにはエンジンのシリンダー部分の冷却を行う必要があり、エンジンの熱を車やバイクの外に逃がす仕組みが必要となります。現在の自動車はほぼすべてが水冷式の冷却システムを備えており、エンジンを直接走行風で冷却する空冷式はかなり少なくなっています。今回は水冷式のシステムについて詳しくご説明しますので、空冷式については以下の記事にて詳しくご紹介しましょう。空冷エンジンの魅力4つ!水冷エンジンとは違いが大きい?!水冷システムの基本構造エンジンの水冷システムはおおよそ次のような熱の流れでエンジンを冷却するもので、冷却水を中間の媒体として熱を運搬します。温度の下がった冷却水はウォーターポンプで再びシリンダーブロックへ送られ、以後エンジンとラジエーター間を循環する水冷システムの主な役割はシリンダーを冷却することですが、ほかにも冷却が必要なデバイスがあればそちらへも冷却水を循環させます。排気ガス循環装置のEGRや、ハイブリッドカーのインバーターなど近年の車は冷却が必要なシステムが増えてきているので、水冷システムはより複雑になってきています。エンジンオイルも常にシリンダーからの高温を受けており、エンジンの出力が上がった昨今においてはエンジンオイル冷却が必要な場合も増えています。エンジンオイル冷却にも2種類あり、オイルをそのまま専用のラジエーターに送る油冷式と、オイルの熱を冷却水で冷やす水冷式があり、水冷式の場合は水冷オイルクーラーへも循環させます。エンジンは出力が上がれば上がった分の冷却能力が必要であり、水冷システムはシリンダーだけではなくいろいろなデバイスをまとめて冷却することのできるシステムなのです。6月月18日午後4時52分PDT水冷式エンジンには当然ながら水が使われるわけですが、エンジン用冷却水であるLLCは普通の水ではありません。自動車は国や地域によっては非常に厳しい環境の中で使われるものであり、冷却水が普通の水だった場合にはすべての状況に対応できるものではありません。寒冷地にいくと0°で水が凍ってしまうのですが、水は氷になると体積が増える特性があり、そのままではホースやパイプを破裂させてしまう原因となってしまいます。そもそも冷却水が凍ってしまっていてはエンジンがまともに動きませんので、LLCに求められる性能は-20°や-30°でも凍らない低温耐性なのです。LLCにはエチレングリコールというアルコールの一種が添加されていてこれが凍結を防ぐのですが、その割合によって通常のLLCと寒冷地用LLCに別れます。エチレングリコールは人体にとって有害で、誤飲を防ぐために緑や赤の着色がされており、決して口にしてはいけません。普通の水の場合、エンジンからの熱を受けると100°以上になった箇所は沸騰してしまい、まともな冷却ができなくなってしまうどころか、蒸気で水が流れなくなることもあります。水冷式エンジンが出た当初はこのトラブルが多発したそうですが、現在では冷却水全体に圧力をかけることで沸点を上げ、エンジン熱で蒸発しないようになっています。冷却水を補充するラジエーターキャップには一種の圧力弁が設けられており、水冷システムの圧力が正常より高まった場合にはそこから抜ける安全装置となります。エンジンがかかっていたり、停止直後の時にラジエーターキャップを開けると、その圧力でLLCが吹き出してくることもありますので注意が必要です。このように水冷式といってもただ水を循環させればよいわけではなく、低温から高温までさまざまな状況におかれる自動車なのでLLCに高い性能が求められるのです。何らかのトラブルで冷却水が減少したときなどに蒸留水を入れるのは緊急的な対応としてはよいですが、修理の際にはきちんとLLCに入れ換える必要があります。MEMOこれから車の購入を考えているなら、値引き交渉の正しいやり方を覚えておくといいですよ。このやり方を知らないと最大60万円以上も損します。詳しく知りたい方は、下記の『たった1分で車を60万円値引きできる裏技』のページをご覧ください。1分で車を60万円値引きできる裏技!安く購入する秘密のテクニックとは?!空冷エンジンとの違い水冷エンジンと空冷エンジンの最大の違いはその対応範囲にあり、水冷エンジンのほうが空冷式よりも高い負荷の用途に適しています。空冷式エンジンの冷却はシリンダーに設けられた多くの冷却フィンによって行いますが、フィンに空気や走行風があたることで熱を逃がすようになっています。冷却システムが金属製のフィンを設けるだけなのでシンプルでコストの低いものとなる一方、空気は水よりも熱容量が少ないので放熱性には限界があります。アイドリング中や停車直後などは、走行風が一切なくなり冷却効率が低下するため、負荷の多いエンジンでは焼き付きの発生率が高くなってしまうのです。その点水冷式ではエンジン熱を熱容量の多い水に一旦移すことで効率的に熱を逃がすことができ、シリンダーブロックから熱を逃がす点では走行風の影響をあまり受けません。水に移った熱はラジエーターから空気へ発熱されるわけですが、停車中などで効率が落ちたとしても冷却水全体で熱を保持できるため、多少の時間であれば水温があがるだけでエンジン本体へは影響がないのです。近年の車にはすべてモーターファンという大きな扇風機がラジエーターについており、アイドリング中や低速走行中などはこのファンが起こした風でラジエーターの効率を上げられます。エンジンが縦置き主流だった昔はエンジン自体にファンが付いていたのですが、横置きエンジンが主流となった今日ではモーターファンが一般的です。(エンジンの置き方の詳細は以下の記事をご参照ください。)エンジンの縦置きと横置きの違い6つ!メリット・デメリットを解説!空冷エンジンは負荷の少ない小排気量エンジンなら活用できますが、排気量の多い高負荷エンジンには対応できないのです。空冷エンジンについては以下の記事でさらに詳しく解説しています。詳細まで知りたい方はこちらもあわせて参考にしてみてください。空冷エンジンの魅力4つ!水冷エンジンとは違いが大きい?!水冷エンジンの魅力(メリット)水冷エンジンの最大のメリットは先程お話しした冷却効率の高さであり、さまざまな運転条件や環境用件に柔軟に対応できることにあります。四季のある日本では寒暖の差が大きく、また北と南ではずいぶん機構が違うので、一種類の車が対応しなければならない環境が厳しいことも、水冷式が有利な理由となります。その他にも水冷エンジンにはメリットがあり、それをご紹介しましょう。ヒーターへの活用エンジンで暖められた水は一刻も早くラジエーターで冷却したいところなのですが、せっかくエンジンで発生した熱を無駄に空気に捨ててしまうのは無駄が多いのです。そこでその高温の水の熱によって、車内を暖めるヒーターに転用することが一般的になっています。家庭用のエアコンの場合も冷気も暖気も出るのですが、エアコンは電気の力で空気を冷やしたり暖めたりするのでヒーターはエネルギーを使って稼働させる必要があります。車のエアコンでも同様のことは可能なのですが、冷気はともかく暖気にエンジン熱が使えるのであればそれだけ無駄が少なくなることであり、結果的には車の燃費を無駄に悪くしなくてすむわけです。冷却水はおおよそ80°~100°ぐらいにはなりますので、車室内を25°前後にするには十分な熱量があるわけで、エンジンが動いている間は常にその熱が供給されます。日本でも冬には必須のヒーターですが、海外でも欧州ではなくてはならない装備でドライバーの命に関わる地域も少なくありません。エアコンなど他のシステムでヒーターを動かすと故障したときが致命的になるのですが、冷却水を使ったヒーターならエンジンが動けば暖かくなるので、比較的信頼性が高いのです。冷却水はシリンダーの回りを取り囲むように流れていますが、シリンダーで発生したエンジン振動や音をこの冷却水で包むことで、ある程度低減させる効果があります。金属より流動性のある水は振動を吸収する効果が高く、空冷式ではできない振動吸収に一役買います。エンジン振動全体から見れば決してその効果は大きくないのですが、それでも冷却システムの副次効果としては十分すぎるほどでしょう。振動の低減はある程度エンジン音を抑制することにもなりますので、空冷式より静かなエンジンが実現できるわけです。空冷式の場合、シリンダーの熱が安全域なのか危険域なのかを測定する方法があまりないのですが、水冷式の場合には冷却水の温度を測ればシリンダーの熱を推定することができ、あまりに水温が高くなったときにはシリンダーが危険域だということがわかります。エンジンには必ず水温計というセンサーが入っており、そこで測定した水温は運転席の水温計に表示されます。エンジン始動時にはC(コールド)になっているものの、少しすればCとH(ホット)の間に留まり水温が一定で安定していることを見ることができます。この情報はエンジンのコンピューターにも送られていて、エンジンの状態は常にモニターされているのです。何かの要因で水温が一気に上昇した場合シリンダーの焼き付きの危険が出てくるのですが、運転しながら水温計を確認すればその状態をドライバーが知ることができます。すれば車を止めて放熱したり、修理工場へ連絡するなどして致命的なオーバーヒートを事前に防ぐこともできるのです。空冷エンジンではオーバーヒートの前兆はなかなか判別することができず、知らず知らずのうちに焼き付きが起こっていることも珍しくありません。水温でシリンダーの温度を推定できる正確性が何よりのメリットですね。排気ガス規制対応がしやすい冷却水が排気ガスに関係あるとは普通の人には意外かもしれませんが、エンジン冷却と排気ガス浄化には大きな関係があるのです。エンジンの排気ガスにはHCをはじめとする有害物質が含まれており、それを触媒と呼ばれる化学反応を起こす部品で無害化しています。触媒の反応には高温の排気ガスが必要で、エンジンから出てくる排気ガスはできるだけ高温のほうが排気ガス規制に対して有利となるのです。エンジンの冷却をするということは多少なりともこの熱を奪っていることとなり、その影響が大きいのはエンジンがコールドスタートした時です。コールドスタートとはエンジンが完全に冷えきった状態での始動をする状態で、朝に通勤のために車のエンジンをかけるときなどになります。このときエンジン本体も冷却水も冷たい状態なので、排気ガスの熱はシリンダーブロックや冷却水に勢いよく吸いとられ、排気ガス温度は低下しています。なると触媒の働きが悪いので、コールドスタートの時にはできるだけ早くエンジンを暖めたい状況になるわけです。朝イチでエンジンをかけた直後に排気管から普段と違う臭いガスが出てきますが、これが触媒で処理できなかった有害物質の一部なのです。エンジンをできるだけ早く暖めるためには冷却しにくい状況になればよいのですが、もし空冷エンジンだった場合には自然放熱でコントロールができないのです。水冷式エンジンにはエンジン温度を急速に上げるシステムを入れることができ、普段ラジエーターに流れていく熱された冷却水をそのままエンジンに戻すことで、ラジエーターから放熱しない分エンジンが急速に暖まります。これにはサーモスタットという水温によって自動的にきり変わる弁が使われており、エンジンが十分暖まって水温が上がるまでは、サーモスタットによってエンジンに冷却水が戻るわけです。空冷エンジンはこの点でデメリットを抱えて排気ガス規制に対応しずらいエンジンであり、厳しくなる規制に対応するためにも水冷化は必須だったのです。水冷エンジンのデメリット水冷エンジンは空冷エンジンより性能や信頼性の面で大きなメリットがたくさんあり、そのために自動車はほぼ水冷式だけとなりました。空冷式に対してデメリットがないわけではありませんので、次はそういったデメリットをご紹介しましょう。水冷式は冷却効率やエンジン温度のコントロールが容易という性能面の大きなメリットがありますが、その分構造が非常に複雑となります。冷却水ラジエーターウォーターポンプ配管類などさまざまな部品が必要となります。水というのは案外重たいもので、自動車では4L近いLLCが循環しているのですが、それだけでも4kg近い重量があるのです。他の部品もありますので、水冷エンジンは空冷エンジンより重量が嵩むこととなり、車の性能に大きく影響してしまいます。複雑さと部品点数の多さはコストに直結しますので、空冷エンジンほどシンプルで低コストでは成り立ちません。小型バイクや農業機械など小型低出力でコストをかけられないエンジンには水冷式は向いておらず、こういった用途にはいまでも空冷式エンジンとなっています。冷却水交換や冷却水漏れのメンテナンス冷却水の循環システムがあるということは複雑な配管やホース、水密シール類がたくさん必要ということであり、水冷システムは常にそれらからの冷却水漏れの問題があります。LLCは劣化してきたら交換が必要であり、定期的なメンテナンスが必要となるのです。LLCの交換やメンテナンスについてはのちほどご説明しますが、空冷式エンジンではこういった問題は一切起こりませんので、経年劣化による水冷システムの劣化は水冷エンジンの大きなデメリットです。水冷エンジンは自動車では一般的になりすぎて空冷との差というのは体感できなくなっていますが、バイクではまだ空冷と水冷の両方が活用されているのでその評価が聞けます。今回はTwitterからそういった意見をいくつかご紹介しましょう。音とか水冷は実際聞くまで忘れてましたが、ファンの音はしますし水冷エンジンの音がします。