クロスプレーン

クロスプレーン (Crossplane) とは

クロスプレーンは、主にオットーサイクルの90度V型8気筒エンジンで利用されるクランクシャフトの構造を指します。この構造は、4気筒分のクランクピンが90度の位相で配置されており、2セットの気筒チームが180度ずつ相互に交わる形になっています。軸線方向から見た際に、この配置は十字型（クロス）を形成するため、クロスプレーンという名前が付けられています。

クロスプレーンの特性

90度のシリンダーバンク角を持つV型8気筒エンジンにクロスプレーンを使用すると、エンジンの振動がよりバランスよくなる利点があります。これにより、一般乗用車に最適なエンジン設計となります。しかし、クロスプレーンにはいくつかの欠点も存在します。それは、重いカウンターウェイトが必要なため、回転慣性質量が大きくなり、応答性が低下してしまう点です。

また、片バンクを直列4気筒エンジンと仮定すると、点火の位相は90度、270度、90度、270度となり、この配置により排気干渉が生じる可能性があります。この排気干渉によって生まれる特有の音は「ドロドロ（Burble）」と呼ばれ、エンジンの特性を形成する一因となっています。排気の干渉を避けるためには、左右の気筒列で180度位相の気筒を束ねる必要がありますが、これは空間的な制約から一般的には実施が難しいとされています。

クロスプレーンの開発は1915年にキャデラックとピアレスによってスタートしました。それ以前のV型8気筒エンジンは、すべてフラットプレーン構造でした。キャデラックは1923年に初めて量産車にクロスプレーンを採用し、ピアレスもその後追随しました。対して、フラットプレーンは180度ごとにクランクピンが配置され、振動バランスはひどくなりますが、カウンターウェイトが軽いために高回転域における反応性は優れています。特に高回転でクリーンな排気音を求める乗用車エンジンには、バランスシャフトを用いることが一般的です。

クロスプレーン式直列4気筒エンジン

オートバイの分野でもクロスプレーンは利用されており、特に2009年のヤマハ・YZF-R1では、クロスプレーン式クランクシャフトが採用されています。この場合、90度V型8気筒エンジンとは異なり偶力振動が発生するため、バランサーシャフトが追加されています。この技術は、2004年のMotoGP参戦車両ヤマハ・YZR-M1に最初に使用され、その後、ヤマハの金属鍛造技術の進歩により市販車両にも使われています。

クロスプレーンクランクシャフトは、一般的なシングルプレーンクランクシャフトと比較して最高出力は劣るものの、トルク慣性の影響が小さいため、スロットル操作に対してよりリニアな応答を得やすいです。この特性は、特にコーナリング後の加速において役立ちます。また、直列4気筒エンジンが持つ不等間隔燃焼形式は、トラクション性能の向上にも寄与しています。

市販車両でのクロスプレーンエンジンの具体例はヤマハの一部モデルに限られていますが、MotoGPの競技用バイクではヤマハ以外にもスズキ・GSX-RRなどがクロスプレーンエンジンを採用しています。カワサキもニンジャZX-RRに異なるクランクピン配置で似た構造を持つエンジンを採用していたことがあります。

まとめ

クロスプレーンはその特異なクランクシャフトのデザインによって、エンジンの特性に重大な影響を与える要素として、性能バランスや応答性において様々な戦略的凋発を可能にしています。

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