自動車（あるいはバイク）のエンジンと航空機のエンジンはどう違うのでしょうか？ これは長年の質問で、一連の標準的な答えがありますが、どれも十分ではありません。
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自動車と飛行機の違いを尋ねるのと同じくらい明白ですが、自動車のピストンと飛行機のピストンの違いを説明するのと同じくらい専門的なことなのです。 手っ取り早い答えは、”やることが違う “です。 長い答えはもっと面白いので、さっそく本題に入りましょう。
要求が違う。 小型車を時速60〜70マイル（巡航速度）で走らせるには12〜15馬力が必要で、車のピーク馬力はその10倍である。 自動車は数秒以上フルパワーで走ることはないが、飛行機は巡航高度までずっと100％使うこともある。 自動車は10％、飛行機は70％から80％の出力設定で人生の大半を過ごすことになる。 また、飛行機のエンジンが克服する抗力の一部は、翼が必要とする揚力によるものである（自動車が必要とする揚力はすべてタイヤが作り出す）。 ヘリコプターがOGE（地面効果外）でホバリングしている場合、これはより明白ですが、原理は飛行機と同じです
デューティサイクルは異なります。 自動車の2,000時間は一般に7万～10万マイルで、車の期待寿命の約半分に相当する。 ピストン飛行機のエンジンでは、2,000時間が期待されるすべてです。 一方、自動車は5〜7年でその走行距離を使い切ってしまうが、GA機は40年持つ。 航空機のエンジンは、使用頻度が低く、激しく、比較的短時間で使用されるため、さらなるストレスと摩耗を促進します
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動作環境も異なります。 自動車のボンネットの中も大変ですが、カウリングの中はもっと大変です。 特に空冷式航空機のエンジンでは、温度ストレスや温度変化のスピードが非常に速くなります。 地上では100℃の日が、高度が上がると数分で零下になることもある。 雨は、シールドのない空冷シリンダーやヘッドに衝撃を与える可能性があります。 航空機の冷却システム（カウルフラップなど）を手動で操作すると、これらのシステムはよくても最適とは言えず、最悪の場合は不正確に操作され、さらなるストレスをもたらすことになります。 最後に、航空機エンジンに有利な要因を見てみましょう! 一般に、パイロットは車の運転手よりもエンジンによく慣れています。 燃料の種類やグレード、スロットルや混合気の設定（プロペラの設定は言うに及ばず！）、温度管理など、現代の自動車には無関係か自動的なものばかりで、より注意を必要とし、エンジンからの要求にパイロットが直面しているという事実が、この優位性を打ち消しています。 現代の車は “チューンナップ “を必要としない。 無鉛ガソリン、最新の電子機器、改良された冶金学、および絶え間ない設計と材料の強化が、今日の最新エンジンに集約されており、10万マイル以上走行しても定期的な液体交換だけで健康を維持することが可能です。
水冷式301立方インチ500馬力V10（上）、レッドライン825 rpm、BMW M5（上）、
水冷式301立方インチ550馬力X2（上）、
車（下）。 シーラスSR22に搭載されたコンチネンタルIO-550N(下)。 排気量550立方インチで310ps/2,700rpmを発揮する
故障したときの結果が違うのです。 車のエンジンが故障したら車を止めればいいだけだが、飛行機のエンジンが故障したら着陸しなければならない。 予定外の場所で車を止めることは、予定外の場所に着陸するよりもはるかに簡単です（特に暗い場合）。 航空機では、安全性に余裕を持たせることが期待され、求められているのです。 この違いの多くは、既存の航空機エンジンの設計を変更することが経済的に不可能であるという事実と関係があります。 自動車エンジンの設計変更は、比較的短期間に何十万台（あるいは何百万台）にもわたって費用が償却されますが、航空機エンジンは数十台単位で販売されます。 2919>
変更にかかるコストも異なります。 すべての変更が改良になると仮定すると（これは大きな仮定であり、完全に信頼できるものではありません）、自動車エンジンの改良は主に社内で行われるものです。 メーカーが独自に評価、設計、試験、査定を行うのです。 確かにコストはかかるが、それは進歩の代償である。 航空エンジンメーカーは、FAAやさまざまなCAAの「認証」プロセスを通じて、その変更を説明し、正当化する必要があります。 プロセスやテスト、文書作成に費用がかかるだけでなく、その時間も過大評価することはできません。 これらの規制当局は官僚組織であり、基本的に誰にも責任を負わないので、独自のスケジュールで仕事を進めます。 過去70年あまりの間、それ自体が証明されています。 私たちは、どのように操作すればよいか、どのようにメンテナンスすればよいか、どのような弱点を監視すればよいかを知っています。 完璧ではないかもしれませんが（実際そうなのですが）、私たちは年老いた配偶者のように、彼らのニーズと共存していくことができます。 私たちが変わるのは、変わらなければならないからであり、変わりたいと思うからです。 燃料が変われば、私たちは適応する必要があります。 エネルギーコストが上がれば、より経済的な運用が求められる。 冶金学が進歩すれば、より良い材料を採用することで、重量や修理時間、費用を節約することができます。
自動車から何を学ぶことができるでしょうか。 100年前、60年前でも、「航空機技術」は “優れたもの “という意味でした。 当時最も先進的な「市販車」であったタッカーは、第二次大戦直後、300馬力の水冷式フランクリン航空エンジンを使用していました。 しかし最近の歴史では、技術は逆に自動車的な冶金学、より高回転のエンジンやギアボックス、自動車的な電子エンジン制御、自動車的な燃料噴射、無鉛ガソリンやディーゼルなどの自動車燃料の採用へと向かっています
10年半前にボブ・ポンドが、高回転レースカーエンジンと軽量機体（彼のアンリミテッドクラス・ポンドレーサーで）を使ってリノレース観衆に衝撃を与えましたが、その時、彼のエンジンも軽量機体であったことが判明しました。 フランク・ティーラートは、最近、彼の比較的小さな（121立方インチ、2リットル）ディーゼルエンジンという形で、自動車技術を航空に持ち込み、現在、ダイヤモンドDA42と他のいくつかの航空機にSTCで搭載されています。 ロータックスは、20年近く前から、ギヤードタイプの1.1リッター自動ガス燃焼（ただしキャブレター）エンジンを提供し、新型LSAの多くに搭載している。 ライカミングとテレダイン・コンチネンタル・モータース（TCM）は、燃料噴射、近代的な点火、ワンレバー操作を特徴とするモデルを用意している
我々は何をしなければならず、何をしたいのか？ 100LLが無くなるのもそう遠くないでしょう。 (鉛は毒、使わなくていいものは使いたくない。 しかし、高圧縮のガソリンエンジンに必要なオクタン価を上げる唯一の方法であり、航空機用ピストンエンジンの大半はオクタン価を上げないと動かないので、使わざるを得ないのである。 80/87は多くのピーシューターには有効だったが、販売量が少ないために生産が続けられず、1970年代には「ローリード」に移行した。 (100オクタン「低鉛」ガソリンは1ガロンあたり2グラムの四エチル鉛を含み、航空用80/87や100/130の半分だが、1970年代の自動車用プレミアムの約18倍だ。)
ロータスエンジンを熟知するエリック・タッカーは、エンジン、燃料、ギアボックス、オイルというすべてのコンポーネントが一緒に動くよう設計されているので、ロータスエンジンに指定されているガソリンと自動車（実際にはバイク）用のオイルとは良い相性を示すと言っています。 なぜなら、エンジン、燃料、ギアボックス、オイルというすべてのコンポーネントが連動するように設計されているからだ。議員（エンジニアではなく、たいてい弁護士である）が燃料から鉛を取り除くことを義務付けたとき、彼らは自分たちが引き起こした副次的効果について全く考えていなかった（あるいは、注意を払っていなかった）。 設計者は、バルブシートやバルブの摩耗を減らすために燃料に含まれる鉛に頼っていたが、今では鉛を使わなければならないので、古い車両は立ち往生している。 自動車用エンジンオイルには摩耗を抑えるための摩耗防止剤が含まれていますが、カムシャフトやリフターの問題など、別の種類の摩耗問題が発生しています」
Tucker は有鉛ガス使用者にいくつかの助言を行いました。 航空機に典型的な長期間の不使用は、鉛汚染に関する多くの問題を引き起こしますが、そのうちの1つは化学作用が起こることです。 保管前にオイルを交換する（古いオイルで酸を排出する）のがベストな方法です。 これをしない人がいると、オーバーホール業者が忙しくなる」
燃費のためには、より効率のよいエンジンが必要になる。 これは、燃料節約のための改良（電子エンジン制御、燃料噴射、より厳しい公差、より良い冷却、改良された潤滑油）だけでなく、エンジンの小型化、軽量化も意味します。 例えば、より軽いピストンやロッドはより軽いクランクやケースを可能にしますが、燃料フロー、燃焼、排気設計のさらなる改善が必要です。
また、より小さな直径から優れた推力を生み出すことができるより軽いプロペラも必要です（ジャイロ、直線、角運動量を減らし、倍音の振幅を抑え、任意の回転数でより静かに運転しながら十分な地上高を得て、その結果機体の重量を減らす）。 水冷式エンジンの場合、部品の重量やシステムの複雑さによって相殺されることもありますが、内部抵抗の低減において設計の柔軟性を確保できることがよくあります。 また、エンジンが小さいと、機体重量を減らすことができます。 アタッチポイントやハードウェア、エンジンマウントなど、すべてをより小さく、より軽くすることができるのです。 既存のエンジン技術に絶え間ない改良が加えられていることがわかります。 ユニゾンやK&NのようなアフターマーケットやOEM直販店は、STCを通じて、主にボルトオンでの段階的な改良を提供しています。 半合成や全合成を含む新しい潤滑油や冷却水は、性能と部品の寿命を向上させます。 細部の改良（改良された冶金シリンダー、新しいバルブとヘッドデザイン、ローラーリフター、プラスチックプレナムなど）は、重量や摩耗を減らすことができます。 さらに進化すると、ターボチャージャーの使用が増え、与えられたパッケージからより大きなパワーを生み出すのに役立ち、FADEC（全権デジタルエンジン制御）システムは、最も経験豊富で注意深いパイロットでさえも凌駕してしまう。 さらなる動きは、ギア付きエンジン、ディーゼル、複合ターボ過給技術によって約束されます。
Lycoming 社の副社長兼ゼネラル マネージャー、Ian Walsh 氏 (シックス シグマ黒帯) は、明らかにコストが削減でき、それは生産数の増加だけではないことを指摘します。 「自動車メーカーは、リーン生産方式、カイゼン、シックスシグマ、サプライベースの合理化、変革の先駆者です。 航空業界は、イノベーションをより安価に実現するために、同じ手法とプロセス改善を学んでいます。」
ピストン エンジンは、インストール ベースが非常に大きく、交換コストが非常に高いという理由以外になければ、現在の構成で長期にわたって存続するでしょう。 新世代の誘導、エンジン制御、流量管理（内燃、外燃、冷却の両方）の改良は、より経済的で広く普及することになるでしょう。 世界中で受け入れられている（アメリカでは不本意ながら）ディーゼル技術は、アヴガスがますます高価になるにつれて、より一般的になっていくだろう。 エンジンの小型化、ギヤードエンジン、低出力化など、すべて近い将来実現する。 つまり、官僚主義を除けば、あらゆる面で進歩が見られるということだ。 最終的には、競争こそが最高の創造者なのです！” と。
Go, Speed Racer
High-performance driving parallels flying more than you may imagine
By Jeff Berlin
私の周辺ビジョンのヘッドアップディスプレイは 127 mph を表示していました。 わあ、本当に飛んでいるんだ。 このような発言を聞いたパイロットは、「ヘッドアップディスプレイ？ ジェット機に違いない」と思うかもしれないし、たいていの場合はそのとおりなのだが、今回は違う。 実は、私は飛行機に乗っているのではありません。 カリフォルニア・モータースピードウェイで2日間にわたって開催されるBMW Mスクールのパフォーマンス・ドライビング・コースで、10万ドルのBMW M6に乗り、うなるようなV10の500馬力を思い切り解き放つためにペダルを踏み込んでいるのです。 カーブしたアスファルトのリボンを急降下しながら、ターン1に向けて減速するために全力でブレーキを踏んでいる私の席から、私は純粋な贅沢と抑えきれないパフォーマンスの二律背反を感じているのです。 それは、文明的な日常のドライバーであると同時に、唸るようなドイツ的なマッスルカーであり、シェフの皮を被ったステルス性の高いヴェルフェでもあるのです。 スピードウェイのインフィールドのロードコースで数周した後、BMW Mカーを限界まで絞らず、そのグラブ付きコンチネンタルタイヤの熱いトレッドの匂いを嗅がず、ブレーキを冷却するために単なる高速道路での追加ラップを必要としないのは、エクストラ300L曲技飛行機（偶然にも、これもドイツ製）を所有し飛行しながらスナップロールやハンマーヘッドを絶対にしないのと同じことで、両方の点で絶対に禁物なのである。
BMWはパフォーマンス・ドライビング（per-for-mance dri-ving、動詞、他動詞）を「いかなる状況下でもドライバーが自動車から最高レベルのパフォーマンスを引き出す行為」と定義していますが、この2日間で、私は車をその限界ぎりぎりのところでコントロールすることについて非常に多くを学んだばかりか、パフォーマンス・ドライビングと飛行がいかに似ているかも学びました。
この類似性は、クラスメートと一緒にM6、M5、Z4 Mクーペのエンジンをかける前から、すぐにわかりました。 私たち全員が、細かい字がたくさんある長い権利放棄書に署名し、リッキー・ボビーのように1950年代のレトロスタイルのヘルメットを装着した後、スピードウェイのドライバーミーティングルームに集まり、BMWパフォーマンスセンターのインストラクター、ジム・ミラードによるハイパフォーマンスドライブの力学についてのプレゼンテーションが行われ、現役パイロットにとって最も重要な問題の1つ、決断することについて説明されました。 ミラード氏は、「このスクールの主な目的のひとつは、運転中の適切な意思決定を強化し、自信をつけ、楽しさを最大限にすることです」と語っています。 ドライバーには、ドライバーと車の関係についての認識を深め、車のハンドリング（車があなたに何を伝えているか）を理解する方法を学びながら、適切な判断力を発揮してほしいと思います」
直線からスイッチバックに猛スピードで突っ込むときに適切な判断力を発揮したり、飛行士として同様の判断力で最大の飛行安全を確保したりするほかに、飛行から運転、またその後に直接移行する別の要素があります-物理学です。
プレゼンテーションの中で、Millard氏は、これらの車を縦、横、パイロットのヨーの3軸で運動させることに言及しました。 (練習では、クルマをよりよく感じ、クルマが教えてくれることを理解する方法を学びます。
次にミラードは、クルマの重心がサーキットでの性能に直接影響することを説明しました。 重心とは、車が加速したりブレーキをかけたりするときの縦軸に直接関係するものです。 BMW Mのクルマは、最適なハンドリングを実現するために、前後重量配分を50対50でバランスさせています。 航空機の場合、重心はより重要であり、自動車と同様に加速時に後方に重心をかけると、水平スタビライザーがより少ない負の揚力を生み出す必要があるため、少し速度が出やすくなる。
車の縦軸は、私たちパイロットがロールと呼ぶもので、航空との直接的な相関はやや低い。 飛行機では、ベースからファイナルへのターンをオーバーシュートして、それをラダーで回そうとするのは、おそらく飛行機のオーバーステアの良い例かもしれません。
しかし、スピードウェイでのハイレブの週末に学んだ、より直感的な他のレッスンもあります。 そのひとつが、できるだけスムーズに運転する習慣を身につけることです。 ミラードは、最高のレーシングカードライバーは常に最もスムーズであると述べています。私はレーシングカードライバーになりたいとは思いませんが（次にBMWの上級Mスクールに入学しても構いませんが）、車や飛行機の乗客や装備は皆、できるだけスムーズに運転または飛行することに感謝することでしょう。 そして、自動車レースと同様、スポーツ・アビエーションの世界でも、スムーズさは重要なポイントになります。 エアショーのスターで曲技飛行の全米チャンピオンに3度輝いたパティ・ワグスタフ氏によると、350馬力のエクストラ300Sをエアショーのルーティンでスムーズに操作し、機体を調整しながら、彼女の言葉を借りれば「ハッピー」に保つことで、積極的に制御入力を行うよりも性能を引き出し、エネルギー消費を少なくすることができると言います。 また、航空ショーのシーズンには何百万人もの観客の前で飛行するため、スムーズに飛行することで観客に見栄えを良くすることもできます。 「ボブ・フーバーがいかにスムーズに飛んだかを見てください」と彼女は言っています。 実際、
もうひとつ、高性能な運転と飛行の共通点を、Millard氏と彼の教官は、最初から私たちの頭脳に叩き込んでくれました。 目を離すな。 特に、より多くのパイロットが潜在的に魅力的なグラスコックピットに移行していく中で、我々は何度、フライトインストラクターから「外を見続けろ」と聞いたことでしょう。 ミラードはこの週末、目を上に向けるだけでなく、コースの遠くを見ること、できるだけ早くターンポイントを見つけること、そしてコースを回るラインを視覚化することを教えてくれた。 飛行中、特に空港という環境では、このような習慣を身につけることはとても大切なことだ。 いつベースターンするのか、ファイナルターンするのか。 他のトラフィックは？ どこにタッチダウンするか？ 車では、あなたが見ている場所が、あなたの手が車を連れて行く場所です。
そして、反応といえば、スクールの最初のころは、コントロール入力やブレーキを踏むことに少しためらいや緊張がありました。 しかし、数日間のサーキット走行で、インフィールドに飛び出さないように130から35まで何度も減速した結果、コース上で車を誘導するために必要なあらゆる制御入力を行うことに躊躇することはなくなりました。 ここでも同じことが言える。
最初の朝、ドライバーミーティング室に座っていたとき、飛行とパフォーマンスドライビングはどこかで分かれるかもしれないと感じていましたが、これほどまでにつながっているとは思いもよりませんでした。 BMWのMスクールに参加した後、私はより良いドライバーになっただけでなく、より良いパイロットにもなったのです。 詳しくは、www.bmwusa.com。
Lycoming To The Max!
Flying with Bill Stein
通常の飛行中のエンジンは簡単かもしれないが、その限界までエンジンをかけたらどうなるのだろうか。 エアショーパイロットのBill Stein氏(www.billsteinairshows.com)に、彼のZivko Edge 540のLycoming IO-540の性能を、彼が高エネルギーの曲芸飛行でスピンやタンブリングをするときに分析してもらいました。
エアボスからショーボックスに呼ばれるとすぐに、2900rpmを表示するまでプロペラコントロールを前にねじ込みました。 スモークが立ち、私は上空2,000フィートから、できるだけ時速300マイルに近づけるように加速しながらダイブを開始しました。 デッキに近づき、最初の引き込みは約10G、8回の垂直旋回と3,000フィートの上昇ラインの後、私は停止し、ナイフエッジスピンへのハンマーヘッドエントリーの準備が整いました。 私はラダーを蹴り、スティックを前に押し出し、私とパンプアップしたLycoming AEIO-540 D4A5にとって最も不快なマニューバを開始する。 10,000fpmで降下し、-5Gを維持しながらナイフエッジを1秒間に1回回転させると、頭を遠くに向けることができません。 だから代わりに高度計と油圧計に集中する（かろうじて横目で地面の突進を覗き込む）。 ほとんどすぐに油圧が70psiから35psiに下がり、その後ゆっくりと下降していきます。 高度1,700フィートに達したとき、あるいは油圧が20psi以下になったとき、私は右舵いっぱい、エレベーターはニュートラル、左エルロンを少し使ってこの狂気から立ち直る-突然、私のEdge 540は激しく旋回して、素晴らしいローリング垂直ダウンラインに入り、250mphに加速して戻ってきました。 再びデッキに戻り、水平飛行をしながらエンジン計器に目をやる。 油温は約210度、CHTは400度を超え（前の操縦でエアフローが減少したため）、油圧は60psi台後半に戻り、38gphで100LLを燃焼しています。 私のショー・シークエンスは45秒と1桁なので、私はリラックスする時間をとりました…残り10分と26桁です！
シークエンスの残りの部分を通して、私のエンジンは予測可能な一連の挑戦に遭遇します。 逆フラットスピンは、エンジンを2400rpmまで減速させ、カウルを通る空気の流れがないため、油温とCHTが上昇します。 私のスパイラルタワーは正立フラットスピンで終わり、エンジンは再び低速になるが、油圧は下がらない。 多くの人は、エンド・オーバー・エンドのタンブルが私の飛行で最も激しい姿だと思っているが、コックピットの中では比較的スムーズで、-2Gを超えることはほとんどない。 しかし、タンブルはプロップと機体に大きな横荷重がかかり、エンジンも大きく動く。 (エンジンを左に押しすぎて、スターターリングの歯がネジを食いちぎっただけでなく、ナットプレートを破壊するほどカウルに接近したため、カウルの取り付けネジを付け直したことがあります。)
どの図でも、スナップロールはピッチ変化とヨー運動を同時に行うため、クランクに最大の負荷をかけると聞いています。 スティックを戻し、ラダーを踏み込むと、回転しているプロペラ（エンジンのクランクに取り付けられている）がジャイロ的にこれらの位置変化に抵抗するのだそうです。
ほとんどのパイロットはショッククーリングに気を使いますが、私もその一人で、ショーで飛んでいるとき以外は、ショッククーリングに気を配っています。 私は、ショーで飛ぶとき以外は、ショッククーリングを気にするパイロットの一人ですが、シークエンスの最後の方では、インバート・ローパスを飛び、外側のハーフループから遠心分離機を2回転させ、飛行機を空中で止めてハリアーをします。 このとき、これまでで最も高いCHTの測定値を得ることができました。 ハリアーでは、飛行機は非常に高いデッキアングルでプロペラにぶら下がり、まるでバスケットボールの上に立ってバランスを取ろうとしているような感じです。 実際、私の注意のほとんどはCHTに注がれており、温度が430～450度に達するとハリアーを降ります。
ハリアーの後、私のシーケンスには2つの数字だけが残るので、私はしばしば非常に熱いエンジンで着陸します。 練習のときは、エンジンの温度をゆっくり冷ましてからパターンに入ることができますが、航空ショーではエンターテイメントですから、観客の前で一刻も早く着陸してショーを続けなければなりません。 このようなエンジンの酷使が、私が500時間から700時間ごとにエンジンのリビルドとオーバーホールを行う理由なのです。 しかし、それは氷山の一角で、私は毎回練習を航空ショーのように扱っているので、このシナリオは少なくとも年に300回は繰り返されます。 ライカムのエアロバティックエンジンとユニソンのイグニッションシステムを搭載した、最高のエアロバティック機でよかったと思います。 エッジの中で最も危険なことは何かとよく聞かれますが、ショーからショーへクロスカントリーを飛行することですと答えます。 シエラネバダ山脈やロッキー山脈を見下ろし、木々や崖ばかりで、着陸する場所がないのを見るたびに、自分の飛行機、特にエンジンに対する信頼と自信を思うのです。