水冷と空冷の違いとは?エンジンを冷却水で冷やすか走行風で冷やすか【バイク用語辞典:冷却編】

■冷却性能が安定する水冷エンジン、エンジンをコンパクト軽量化できる空冷エンジン

●主流は水冷エンジン、個性的な空冷エンジンは希少な存在

自動車用の空冷エンジンは、排ガス規制に対応できず2000年頃には完全に市場から姿を消しました。バイクでは、シンプルで小型軽量のメリットを生かして、数は少ないながらまだ採用している個性的なモデルが存在します。

一般的な水冷エンジンと希少な空冷エンジンを比較しながら両者の特徴について、解説していきます。

●水冷エンジンと空冷エンジンの違い

現在多くのバイクは、エンジン内部に冷却水を循環させる水冷エンジンを搭載しています。一方、空冷エンジンは外気や走行風だけで冷却するシステムで、少ないながら一部モデルでまだ採用しています。

水冷エンジンと空冷エンジン
水冷エンジンと空冷エンジン

水冷エンジンでは、温度が上昇しやすい燃焼室壁面やシリンダー周りに、ウォータージャケット(水通路)を設けて冷却します。エンジン内部を冷却して温められた冷却水は、ウォーターポンプによってラジエーターに送られます。ラジエーターは、走行風によって冷却水を冷やしてエンジンに循環させながら冷却水を設定温度(80℃程度)に制御します。

空冷エンジンは、外気や走行風で冷却するためシリンダーヘッドやシリンダーブロックに、放熱を促進するための冷却フィンを装着しています。自然空冷と強制空冷タイプがあり、自然空冷は走行風だけで冷却し、強制空冷はエンジンで駆動する冷却ファンを利用して冷却します。

●水冷エンジンのメリットとデメリット

水冷エンジンの最大のメリットは、エンジンの温度が安定して制御でき、オーバーヒートの懸念がないことです。

・エンジン温度が適正に維持できるので燃焼制御が容易であり、燃費や排ガス性能が向上

・オーバーヒートの心配がないので高回転高出力化が可能

・シリンダーとピストンのクリアランスを適正に設定でき、さらにシリンダーライナー周辺のウォータージャケットの遮音効果によってエンジン騒音が低減

デメリットは、冷却水路の設置やウォーターポンプの装着など構造の複雑化と、ラジエーターなどの部品の増加によるコストと重量の増大です。

●空冷エンジンのメリットとデメリット

空冷エンジンのメリットは、何といっても構造がシンプルで軽量・コンパクトなことです。部品点数が少なく製造も容易なので低コスト化が可能です。

デメリットは、冷却能力不足(オーバーヒートの懸念)と気筒ごとの冷却性の不均一性です。冷却性能が十分でないと、以下のような問題が発生します。

・エンジン温度が不安定なので燃費や排ガス性能が悪化、また高出力化に限界あり

・シリンダーやピストンの熱歪みや熱膨張によるフリクション増大や摺動部の焼き付きのリスク

・燃焼温度の上昇によるプレイグ(過早着火)やノッキングなどの異常燃焼の発生

・熱膨張分を加味してシリンダーとピストンのクリアランスを大きくとる必要があり、またシリンダー内で発生する燃焼音や機械音が直接放射されるためエンジン騒音が増大

●空冷エンジンの今後

空冷エンジンは、エンジンの温度制御ができないため圧縮比が上げられず、燃費や出力、排出ガス性能は水冷エンジンに比べて大きく劣ります。

コストがかからず軽量であっても、この空冷エンジンの解決できない課題が自動車では消え去った理由であり、バイクも同様に徐々に市場から消え去りつつあります。

現在国内外の主要二輪メーカーでは、少ないながら空冷エンジンのモデルを生産しています。空冷エンジンの緩慢なレスポンスやエンジン音などの独特なフィーリングやエンジン冷却フィンの独特のフォルムが一部のライダーから長く好まれてます。


排ガスや燃費、騒音規制に対応するには、エンジンの燃焼が精度良く制御できることが不可欠であり、温度が成り行きの空冷エンジンでは厳しい要求には応えられません。

性能だけで評価すれば空冷エンジンの存在意義はなく、2ストロークエンジン同様嗜好性の高いエンジンといえます。

(Mr.ソラン)