バイク運転時のブレーキングや加速、旋回時の挙動は全て運動方程式F=maで説明できます。ライダーの体重増加がわずか15kgでも加速性能に7%もの影響を与えるのはなぜでしょうか?
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エンジン回転の影響 バイクの物理現象
高回転でコーナーに突っ込むあなたは曲がりにくさで損してます。
エンジン回転がバイクの旋回性に与える影響
バイクのエンジンが高回転になると、コーナーでバイクを倒す際に重く感じる現象が起こります。これはクランクシャフトの回転によって生じるジャイロ効果が原因です。
クランクシャフトはバイクの構成部品の中でもかなりの重量があり、それが高速で回転することで強力なジャイロモーメントが発生します。リッタークラスのスーパースポーツでは、エンジン回転数が13000rpmを超えることもあり、このとき発生するジャイロ効果は旋回性に大きく影響します。
高回転域でコーナーに進入すると、バイクをリーンさせようとする力に対してジャイロ効果が抵抗し、バイクが倒れにくくなります。
つまり曲がりにくさに直結するということですね。
逆に、エンジン回転を下げて旋回すると、ジャイロ効果が緩むため曲がりやすくなります。これは高いギアで低回転を保ちながら旋回することを意味しており、スムーズなコーナリングを実現する重要なテクニックです。
コーナー進入前にシフトアップして回転数を落とす習慣をつけると、旋回性が明らかに向上します。特にヘアピンカーブや連続するワインディングロードでは、この知識があるかないかで走りの質が大きく変わります。
参考として、ジャイロ効果の詳細を知りたい方はこちらが参考になります。
バイクにおけるジャイロ効果って？～ここを意識して旋回に活かす
エンジン回転の逆回転クランクによる物理現象
近年のスポーツバイクでは、「逆回転クランク」と呼ばれる技術が採用されています。これは車体の右側から見るとクランクシャフトが左回転（反時計回り）する設計で、従来の右回転とは逆方向に回転します。
参考）「逆回転クランク」って何？ バイクのエンジンは何がどっちに回…
従来の正回転クランクでは、加速時にエンジン回転が急上昇すると反トルクでエンジンケースの前方が持ち上がろうとする力が働きます。この力はフロントのリフトを助長し、ウィリーしやすい状態を作り出します。
参考）クランク逆回転もMVがハンドリングを最優先する一環！【このバ…
しかし逆回転クランクにすると、この力が逆になってフロントを下へ押し付ける方向に働きます。結果として加速Gでフロントリフト気味になる現象がかなり抑えられるのです。
逆回転のメリットは他にもあります。スロットルを全閉にしたときも、エンジンブレーキの反力がチェーンを駆動する後ろの部分を路面へ押し付ける方向へ働き、後輪が跳ねるホッピング現象を生じにくくできます。
さらに、前後輪とクランクシャフトが同方向に回転する正回転クランクに対し、逆回転クランクは前後輪のジャイロ効果をある程度抑制できるため、ハンドリングを軽くする効果もあります。ただし逆回転クランクを実現するには、トランスミッションを4軸構成にする必要があり、構造が複雑になる代償があります。
逆回転クランクは主にサーキット走行やスポーツ走行を重視するモデルに採用されており、街乗り中心のライダーには恩恵を感じにくいかもしれません。しかしワインディングや峠を攻める走りをする場合、この技術の価値は十分に体感できるでしょう。
エンジン回転とピストンスピードの物理現象
エンジンが一定の速度でスムーズに回転していても、実はピストンの動きは同じ速さで上下していません。シリンダーの中で上下運動するピストンは、上死点と下死点で速度がゼロになり、中間域では速度が速くなっています。
リッタークラスのスーパースポーツでは、エンジン回転数が13000rpmを超えます。このときピストンは上死点・下死点で速度が0km/sになりますが、中間あたりで約36m/s、時速に換算すると約130km/hにも達します。つまり0〜130km/hの加減速をものすごい勢いで繰り返しているということですね。
この速度の変化こそが振動の正体です。ピストンが急激に加減速することで加速度が発生し、その加速度によってピストンの質量の何千倍にも及ぶ慣性力、つまり約5000Gもの力が発生します。
特にピストンが上死点と下死点で速度が0m/sになるとき、慣性力は最大となり、リッターエンジンでは最大出力時に約1.7tもの慣性力が生じます。この力が「加振力」と呼ばれるもので、振動の主な原因となります。
ピストンの上下運動に合わせて発生する振動を1次振動と呼び、ピストンの上下運動に対して2倍の速さで振動するものを2次振動と呼びます。速さが速くなるほど細かい振動となるので体感しにくくなりますが、一般的に感じるのは1次振動と2次振動あたりです。
多気筒エンジンでは、ピストンの燃焼順と同じく位相が存在するため、それぞれの振動が打ち消し合い、トータルの振動が軽減される設計がなされています。これが単気筒エンジンと4気筒エンジンで体感する振動の違いの理由です。
振動を抑えるためには、適切なエンジンオイルの選択とメンテナンスが重要になります。高回転を多用するライダーは、オイル交換サイクルを短めに設定すると、エンジンの長寿命化につながります。
エンジン回転数と燃費への物理的影響
エンジン回転数は燃費に直接的な影響を与えます。常に高回転で走行すると、エンジンの負荷が大きくなり、燃料消費量も増加するため燃費が悪化します。
一般的に燃費が最も良いのは中回転域です。
ハーレーのようなVツインエンジンを例に取ると、2000〜3000rpm前後を目安に走行することで効率的な燃焼が可能になります。低回転をキープすることで燃料噴射量を抑え、結果的に燃費が向上するのです。
回転数と燃費の関係を見ると、1500rpm以下ではエンジン負荷が大きく非効率で燃費が悪化します。2000〜3000rpmではトルクが安定し効率的で燃費が改善しますが、3500rpm以上になると回転数上昇で燃料消費が増加し再び悪化します。
つまり中回転域が基本です。
ただし低回転すぎる走行も問題があります。エンジンが適切なトルクを発揮できない状態で走り続けると、逆にエンジンに負担をかけることになります。エンジン回転が遅いわりに濃い混合気がシリンダーに取り込まれるため、ノッキングという異常燃焼が発生しやすくなります。
参考）バイクで公道デビュー 加速が遅い？エンジン回しすぎても加速が…
ノッキングは、圧縮上死点前に大きな膨張の力が発生してピストンをたたいてしまう現象で、エンジンにダメージを与えます。高回転になればなるほど、ノッキングによるエンジンへの攻撃性も高まっていきます。衝撃波が発生することもあり、エンジン内部やピストンリング、ガスケットにも損傷を及ぼすことがあります。
参考）https://bikeman.jp/blogs/bikeparts/motobike-38
燃費を改善しながらエンジンを守るには、自分のバイクのトルクバンド（最もトルクが出る回転域）を把握することが重要です。メーカーのスペック表で最大トルクの発生回転数を確認し、その前後の回転域を巡航時の目安にすると良いでしょう。
エンジン回転数とギア選択の最適化
エンジン回転数とギアの関係を理解することは、バイクを効率的に走らせる上で欠かせません。「加速が悪いときはギアを一つ落とす」というのはよく聞く話ですが、逆に一つ上げるという場合もあります。
意識すべきはエンジンの回転数です。
低回転で最大トルクを発揮するバイクは、発進や街中での走行に余裕があり扱いやすさにつながります。ただし高回転域で十分なトルクが得られにくいため、最高出力も比較的低回転で発揮され、高速域での速度の伸びには限界があります。
一方、高回転域で最大トルクを発揮するバイクは、回転を上げるほどに出力が伸びやすくスピードを出しやすい特性を持ちます。しかし低回転では出力が比較的薄く、発進や街乗りではスペック上の数値ほど力強さを感じにくい傾向があります。
コーナリング時にも、ギア選択は重要な役割を果たします。前述のようにエンジン回転が高いとジャイロ効果で曲がりにくくなるため、コーナー進入前に早めにシフトアップして回転数を落とすテクニックが有効です。これにより旋回性が向上するだけでなく、コーナー立ち上がりでの加速余地も確保できます。
Uターンなど超低速での操作では、ジャイロ効果がほとんど働かないため不安定になります。こうした場面では、クラッチのミート位置とアクセルワークを細かく調整し、適度なエンジン回転を維持することで安定性が増します。
参考）スマートにUターンしたい。そんなライダーが覚えておくべき大事…
各バイクのエンジン特性に合わせたギア選択を心がけることで、走りの質が格段に向上します。自分のバイクがどの回転域で最も気持ちよく走れるかを見極め、その範囲内で走るよう意識しましょう。スマートフォンアプリで回転数を記録できるものもあるので、活用するとデータに基づいた走り方の最適化ができます。