クロスフロー

クロスフローシステムの概要

クロスフローは、エンジンのシリンダーヘッドにおける吸気と排気の配置方式を指します。この形式では、シリンダーヘッドの左右にそれぞれ独立した吸気ポートと排気ポートが設けられており、吸気と排気が燃焼室内で一方向に流れます。この設計は、吸気と排気が同じ方向に流れるターンフロー方式と対照的です。

クロスフローの特長

クロスフローシステムは、性能面でターンフロー方式よりも優れた特性を持つことがあります。主な理由は、吸気と排気が一方通行で流れるため、気流の効率が高まり、吸気バルブと排気バルブのオーバーラップを増やすことで、排気ガスの流れを利用しやすくなる点です。これにより、燃焼室にはより多くの混合気が吸入されることが可能になります。また、排気ガスにより熱くなったエキゾーストマニホールドから距離を置いてインテークマニホールドを配置することで、吸気が冷たい状態を保つことも実現できます。

短所と課題

ただし、クロスフロー式にはいくつかの短所が存在します。吸気と排気ポートがそれぞれ別の方向に配置されるため、シリンダーヘッドが占めるスペースが広くなり、エンジンルームの設計がやや複雑になります。吸排気マニホールドが一体型で作成できないため、エンジン製造コストがターンフローよりも高くなる傾向もあります。

最大の欠点は、一方通行の流れにより燃焼室内に適切な乱流（スワール）が生じにくい点です。その結果、クロスフロー方式では層流が優勢になりやすく、排気ガスがシリンダーの隅に残りやすくなるため、燃焼効率が低下する恐れがあります。このような状況は、排気ガスの濃度に悪影響を及ぼすことも考えられます。

進化する技術

1970年代から1980年代にかけて、自動車の排出ガス規制が強化される中で、クロスフロー式シリンダーヘッドにも改良が加えられました。これらの改良の一部には、吸排気ポートの配置を工夫してシリンダー内でスワールを発生させる設計（スワールポート）、高速の気流を吹き込む補助バルブ（三菱のMCA-JET）、吸気バルブの可変動作（T-VIS）の導入などが含まれます。また、バルブオーバーラップを制御するカムプロファイルの可変機構（VTECなど）も効果的です。

これらの技術革新によって、クロスフロー式の欠点はほぼ克服されました。そして、この方式による利点が数多く存在するため、現在の4ストロークエンジンの多くでクロスフロー方式が採用されています。

2ストロークエンジンとの関連

一方で、2ストロークエンジンでは、掃気ポートと排気ポートがシリンダー内で正対する配置が使用され、これを「クロス式掃気」と呼ぶことがあります。しかし、2ストロークエンジンにおいては、層流による掃気効率の問題がより深刻になり、特にポペットバルブを持たないため、乱流を発生させる機構を実装することが難しいです。そのため、2ストローク機関では、掃気を効果的に行うために、ポート同士を直接対面させてぶつけようとするやり方などが主流となっています。

関連項目

• - ターンフロー
• - シリンダーヘッド
• - ポート加工
• - T-VIS
• - トヨタ・T型エンジン
• - クライスラー・ヘミエンジン
• - ヤマハ・MZ型エンジン

このように、クロスフローはエンジン設計における重要な要素であり、その効率性や性能を向上させるために様々な技術と工夫が凝らされています。

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