ブンブンブーン

1967年の惨事と1968年の成功の間に、米国はサーベイヤーによる月探査計画をたった2度失敗しただけで完了しました。

この計画には初めての月面着陸と、月面からのロケットによる離陸(サーベイヤー6号)が含まれています。

一方、ロシアはFOBSのテストを続けるとともに、金星への128日間にわたる飛行を行っていました。

それは、1969年に2つのロシアの金星探査機ベネラ5号および6号が、1日の差で金星大気圏内に突入し、恐らくは着陸したと思われる出来事の幕開けでした。

けれどもこのような成功も、1969年を飾った大きな出来事の前には影が薄いものとなってしまいます。

1969年7月20日、アポロ11号を離れた月着陸船イーグル号が、ニール・アームストロングとエドウィン・オルドリンの両飛行士を乗せて、月面に着陸しました。

人類にとって巨大な前進となったこの月面着陸は、スプートニク1号からわずか12年後に実現したのです。

次いで11月14日、フロリダ州ケープ・ケネディ(ケープ・カナベラル)の東部試射場からアポロ12号が打上げられ、その5日後コンラッド、ビーン両飛行士を乗せた月着陸船イントレピッド号は、嵐の海への軟着陸に成功しました(イーグル号は静かの海へ着陸しています)。

宇宙飛行はこうして素晴らしい速度で前進を遂げたのです。

1967年は、宇宙開発にとっては悲しい年となりました。

有人宇宙船を2年間にわたって打上げていなかったロシアは、新たな有人宇宙飛行計画、ソユーズ計画をこの年に開始。

そして4月23日、計画通りにソユーズは打上げられ、同船には1964年の初めてのボスフォードの飛行にイェゴロフ、フェオクチストフ両飛行士と共に乗組んでいた、ウラジミール・コマロフ飛行士が乗っていました。

軌道をほとんど27周した後、回収が試みられましたが、パラシュートがもつれコマロフ飛行士は死亡しています。

その後、ロシアは翌年の10月まで一切の打上げを行っていません。

一方、米国においては、計画中のアポロ・シリーズの基礎的なシステムの試験を行うための作業が進められていました。

6月27日、発射台上で起きた火災により、バージル・I・グリソム(1961年米国で2人目の宇宙飛行を行っました)、エドワード・ホワイト(1965年にジェミニ4号の乗員の1人として21分間にわたって宇宙遊泳を行っています)そしてロジャー・チャフィーの3飛行士が死亡する事故が起きています。

彼ら3人はアポロシリーズに向けた3人1組で構成されていた乗組員の1班を構成していますた。

その後アポロ計画は、翌年1968年10月になって、シーラ、アイゼル、カニンガムの3飛行士によって、ようやく実現されました。

しかし、その飛行は163周、260時間続き、後には「ほとんど完壁な飛行」と評されています。

排気ガスに含まれる大気汚染物質を削減するため、排気パイプにはさまざまな浄化装置が備えられています。

そのなかでも核となるのが三元触媒コンバーターです。

コンバーターのケースのなかにはモノリス(格子状に組み立てた酸化物)またはペレット(粒子状にした酸化物)が収められ、そこにプラチナなどの化学物質が付着しています。

この化学物質が触媒となって、大気汚染物質に化学反応を起こさせ、無害な物質に変えるしくみになっているのです。

排気ガスに含まれている主な大気汚染物質は、炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物の3種類。

これらが三元触媒コンバーターを通過すると、化学反応を起こして水、窒素、二酸化炭素に変化します。

理論空燃費では大気汚染物質はほぼ完全に無害化されまるが、空燃比が高かったり低かったりすると、大気汚染物質が分解しきれずに残留することがあります。

このため、できるだけ理論空燃比に近い状態で燃焼することが望ましいのです。

高温の排気ガスがそのまま外気に触れると、急速に膨張して大きな騒音が発生します。

この騒音を軽減するために、排出口の手前にマフラー(消音器)が備えられています。

消音方式には、膨張式、吸音式、共鳴式の3つがあり、これらが併用されています。

膨張式はマフラー内に複数の部屋を設置し、段階的に排気を膨張させることで音の発生を抑えます。

吸音式は、綿状のガラス繊維を吸音材として使い、騒音を吸音材に吸収させます。

共鳴式は、マフラー内に設けられた空間で騒音を反射させ、跳ね返ってきた騒音を次に放出される騒音とぶつけ合って音を消します。

マフラーの手前に「プリマフラー」を設け、2段階で消音を行うこともあります。

また、エンジンの稼働状況などに対応して消音力を調整する「可変マフラー」も実用化されています。

各シリンダーで発生した排気を、ひとつの管に合流させる岐管が「排気マニホールド」です。

エンジンから排出したばかりの排気は数百度の高温なので、耐熱性がある鋳鉄製や軽量化構造のステンレス鋼管などでつくられています。

排気マニホールドの重要な役割は、排気の流れを滞らせないことです。

ひとつのシリンダーからの排気が続いている間に別のシリンダーからの排気が始まると、排気同士がぶつかって詰まる「排気干渉」が発生します。

これを避けるために、排気マニホールドの形状には、枝分かれする岐管の長さを統一したり、合流地点をエンジンから遠ざけたりといったさまざまな工夫が施されているのです。

V型工ンジンや水平対向型工ンジンはシリンダーが2列になっているため、それぞれの列に排気マニホールドが設置され、その先の排気ダクトでひとつに合流させる方式がとられています。

エンジンで生まれた排気ガスは、パイプを通して車外に排出されます。

パイプの途中には、騒音や大気汚染物質を減らす装置が備えられているのです。

燃焼行程で発生した排気ガスを車外に排出する装置が、排気装置です。

排気装置は、排気ガスを集めてスムーズに合流させる排気マニホールド、排気ガスを浄化する各種装置、騒音を小さくするマフラーなどで構成され、これらは排気ダクトで連結されています。

排気ガスが流れる際には、排気装置内部の圧力である排圧が高くなります。

排圧が高くなりすぎると排気ガスが円滑に押し出されにくくなり、吸気効率も低下します。

このため、排気ダクトは太めに設計されているのです。

自動車の排気ガスには、大気汚染の原因となる炭化水素、窒素酸化物、一酸化炭素などが大量に含まれています。

かつてはそれらをそのまま車外に排出していましたが、環境意識の高まりとともに排気ガスによる大気汚染が問題視されるようになりました。

このため現在の自動車では、排気パイプの途中に、大気汚染物質の排出を抑制するための浄化装置がいくつも設置されています。

各国の排出基準は年を追うことに厳しくなっているため、自動車メーカー各社は浄化装置の性能向上を図るべく研究を続けています。

エンジンの出力は、シリンダーに送り込むことができる空気の量で決定されます。

ガソリンの燃焼は最大出力空燃比の付近がもっとも効率がよいため、空気の量が一定なら、燃料の供給をいくら増やしても出力が上がることはないからです。

しかし、もしもシリンダー容積よりも大きい空気を圧縮してエンジンに送り込むことができれば、出力を高めることは可能です。

この役割を果たす装置を「過給機」といいます。

過給機は、大きく分けて2種類あります。

ひとつはエンジンの力を利用して作動するもので、「メ力二力ルスーパーチャージャー」、略して「スーパーチャージャー」といいます。

もうひとつは排気の流れる力を利用したもので、「タ－ボチャージャー」といいます。

ここでは、採用例の多いターボチャージャーを例に解説します。

ターボチャージャーは、両端に羽根車がついたタービンを中心とした機構。

片方の羽根車は排気ダクトに、もう片方は吸気ダクトに配置されています。

排気の流れによって排気側の羽根車が回転すると、それと連動して吸気側の羽根車も回転します。

この回転運動によって吸気の流れが加速し、空気が圧縮されてエンジンの出力を上げることができるのです。

空気を圧縮する力が強くなりすぎると、吸気が高温になり自然発火する「ノッキング」という現象が起きてしまいます。

これを防ぐために、排気側にターボチャージャーを通過しないバイパス経路を設け、圧力が一定以上になると排気がバイパス経路を通るようになるしくみが備えられています。

この働きを「過給圧制御」といいます。

現在ではコンピュータで過給圧制御が行われることが多いです。

吸気を自動車工ンジンの各気筒に振り分けるのが吸気マニホールドです。

マニホールドとは多岐管のことで、枝分かれしたパイプをさします。

エンジンが作動している間、吸気マニホールドには常に負圧がかかり、内部の圧力が低下した状態となります。

その結果、吸気効率が悪くなったり、1本のパイプがほかのパイプの空気を奪い全体の吸気効率を悪化させたりすることもあります。

そうした事態を防ぐため、無駄な曲がりを減らし、長さを均一にするなど、パイプの構造にきめ細かな工夫を施しています。

吸気マニホールドの手前に、空気を貯める「サージタンク」を配置することもあります。

この場合は、枝分かれする吸気マニホールドではなく、サージタンクから個別のパイプがシリンダーへと接続されることになります。

この方式だと、吸気をより円滑に分配することができるのです。

シリンダーに送り込む空気の量を調節するのがスロットルバルブです。

ドライバーがアクセルペダルを踏むと、それに反応してバルブが開閉します。

これにより供給する酸素の量を調節し、燃焼の速度を変えることができるのです。

アクセルペダルを踏むとエンジンの回転数が変わるのは、このようなしくみによるものです。

スロットルバルブは、吸気ダクトの途中のスロットルボディと呼ばれる箇所に設置されています。

アクセルペダルを踏み込むと、それに比例してバルブは大きく開き、吸気量も増していきます。

アクセルペダルを戻すとバルブは閉じ、空気の流れが止まります。

ただしこのときにエンジンが止まっては困るので、スロットルボディにはバルブが閉じた状態でも少量の空気を流すバイパス通路が設けられています。

バイパス通路からの空気のみでエンジンが稼働している状態が「アイドリング」です。

空気中のホコリなどの異物がシリンダー内に混入すると、燃えカスが付着してピストンや吸排気バルブの動きの邪魔をしたり、空気の流れを淀ませたりすることがあります。

こうした異物を取り除き、吸気をきれいにするためにエアクリーナーが取り付けられています。

エアクリーナーは、吸気ダクトの途中に設置されます。

ケースの中に「エアクリーナーエレメント」と呼ばれるフィルターが収められ、異物を絡めとるしくみになっています。

不織布を使った乾式のエレメントや、特殊なオイルを紙に塗り、異物の吸着性を高めた湿潤式のエレメントを使ったものが現在の主流。

吸気ダクトにはエアクリーナーのほかに「レゾネーター」という装置も取り付けられています。

これは、空気が流れるときに発生する騒音を低減するための装置。

レゾネーターの内部は空洞になっており、音と音が共鳴することによって振動を減らすことができます。