BMW/850i/E31/V12コミュの車速を落とす熱交換器

BMW850i　スペック

■ブレーキ

フロントブレーキ　　ベンチレーテッドディスク

リアブレーキ　　　　ディスク

ASC（オートマチック・スタビリティ・コントロール）搭載



車の走るエネルギーを熱エネルギーに換えて減速。
エンジンパワーに勝るストッピングパワーは当然、
過熱に対する十分な対策も求められる最重要パーツ。


構造と原理

車のブレーキは、運動エネルギーを熱エネルギーに変換して速度を落とす装置だ。停止した車が動きださないように固定させる役割も担っている。

ブレーキの基本構成要素には、ドライバーの入力を受け付ける操作装置、操作力を伝える液圧回路、そして肝心の制御装置そのものがある。さらに最近は操作力を増幅させる倍力装置が液圧回路に組み込まれるようになり、タイヤのロックを防ぐABSも装着されるようになった。

ブレーキペダルと制御装置は液圧回路を通して繋がっている。液圧回路にはパルカルの原理が作用するため、ブレーキペダルの先には断面積の大きなシリンダーが繋がっている。このシリンダー内で生まれた圧力が増幅されてパッドやシューに伝わる仕組みだ。パッドやシューは摩擦材であり、これをブレーキディスクやドラムに押し付けることで運動エネルギーが熱エネルギーに変換され、車速を落とすのである。

液圧回路を流れるのはオイルではなく専用のブレーキ液だ。ブレーキ液はブレーキの発熱に対して沸騰しにくいものが求められ、沸点によっていくつかの種類がある。

高速道路の整備が進むに従って、乗車用の前輪ブレーキはドラム式からディスク式に主流が移行した。ディスク式ブレーキは、キャリパーに保持されたパッドでディスクを両側から挟みこんで制御力を発揮させるものだ。

ディスク式ブレーキはさらなる車の高性能化にともなって、冷却性能に優れるベンチレーテッドディスクへと進化した。キャリパーも簡易な構造のフローティングキャリパーから対向ピストンタイプの大型高性能キャリパーへと進化している。



ディスク式 [Disk type]

ホイールとともに回転する金属製の円盤（ディスク）を両側から挟みこむことで制御力を発揮させる。ディスクを始めとした構成部品のほとんどが露出しているため、通気性、放熱性ともに優れ、過熱しにくいのが最大の長所。また、ディスクに水が付着した場合も、自らの回転で水を飛散させてしまうため摩擦係数が極端に低下しない点もメリット。ペダル踏力による微妙な制御コントロールが行いやすい反面、自己倍力効果はなく、停止時の拘束力はドラム式に劣る。


ドラム式 [Drum type]

ホイールとともに回転する円筒形をしたドラムの内側にブレーキシューを押し付けて制動力を得る方式。放熱性が悪いためディスクブレーキより過熱しやすく、ブレーキ内部に水が入った場合も摩擦力の回復に時間がかかる。ただし、制動時にはシュー自らがドラムに食い込む方向に動くため、大きな拘束力を発揮（自己倍力作用という）。乗用車ではブレーキの負担が小さい後輪側に装着されるケースが多い他、大型車では後輪のディスクブレーキの内側にパーキングブレーキとして組み込まれている。



ASC [オートマチック・スタビリティ・コントロール]

ASCとは、駆動輪の空転（スピン）を制御するシステム。発進時などで起こる駆動輪の空転を感知した際、ドライバーのアクセル入力量に関係なく自動でエンジンの出力を絞って駆動ホイールスピンを防ぐことができる。また、ASCは深い雪道や未舗装路、滑りやすい上り坂での最適な加速を助ける機能を持つ。

ASCの作動原理は、ホイール回転数をモニターする精度の高いセンサーが組み込まれており、回転差が検出されるとホイールスピンが始まるものと判断してエンジンの出力を引き下げるというもの。

注意としては、くぼみや地盤の弱いぬかるみなどからの脱出、深い雪道や地盤の軟弱な路面での発進、スノーチェーンを装着した場合（4輪のタイヤ状況が異なる場合）などは、ASC機能が逆にアダとなるとなるので、システムをOFFにすることをおすすめする。



摩擦熱によるブレーキトラブル


フェード現象 [Fade]

ブレーキを駆使した時、制動力が極端に低下する現象。具体的には摩擦材であるパッドやライニングが過熱してガスを発生。そのガスがディスクやドラムとの間で、一種の潤滑剤のように作用して摩擦係数を低下させる。


ベーパーロック現象 [Vapor lock]

過熱したパッドやライニングの熱がブレーキフルード=作動油を沸騰させ、ブレーキラインの中で気泡が生じる現象。ペダルを踏み込んでも正規の圧力でフルードを送り出すことができなくなり、最悪、制動力が立ち上がらない状況に陥る。



ディスクの種類


ソリッドディスク [Solid disc]

一枚の円盤を使用したもっともベーシックなタイプ。ベンチレーッテッドタイプと比較すると放熱効果は劣るが、低コストでできるため、軽自動車のフロントブレーキに採用されたり、4輪ディスクでも制動時の負担が少ないリアブレーキ用として用いられることが多い。


ベンチレーッテッドディスク [Ventilated disk]

2枚のディスクを張り合わせ、その間にある多数の放熱用の孔を設けたもの。当初はレーシングカー用として開発・採用されていたが、現在では乗用車にも多く採用されている。ソリッドタイプと比較してディスクの表面温度を約30%程度低くできることから、より耐熱（フェード）性を高め、パッドの寿命も延ばすことが可能。ただし、厚みがあるため、若干重くなる点がデメリット。


ピンホールタイプ [Pinhole type]

一般的にベンチレーテッドディスクの摩擦面に、さらに多数の穴を開けて放熱性、および冷却効率を高めたタイプ。「ドリルディスク」とも呼ばれ、レーシングカーや高性能スポーツカーでは高い頻度で採用されている。穴は制動時に生じる摩擦粉の除去にも有効で、同様の効果を目的に表面に溝を掘った「スリットディスク」もある。


スパイラルフィンタイプ [Spiral fin type]

ディスクを2枚に張り合わせた内側の放熱用フィンをスパイラル（螺旋状）にしたタイプ。フィン形状はディスク内の気流の数値解析に基づいて最適化されていて、車輪の回転とともに効率的に摩擦熱を放出することができる。高性能スポーツカーのほか、車重の重いハイパワーサルーンにも用いられている。



キャリパーの種類


フローティングタイプ [Floating type]

キャリパー内にパッドを押し出すブレーキピストンを片側にだけ持つタイプで、片押し式と呼ばれることもある。ブレーキペダルから油圧を受けるピストンは片側にだけ存在し、その反力によって反対側のパッドをディスクに押し付けるように作動する。ディスクに対する当たりがつねに調整され、左右のパッドのタイムラグが変化することもなく、いつも同じタッチのブレーキングが可能になる。キャリパー自体のサイズが小さいので軽量であり、高温になって歪んだディスクブレーキへの対応もできる。サーキットでの連続走行などでは効きの低下が発生するものの、一般的な使用では何ら問題のない性能を持っている。


対向ピストンタイプ [Opposite piston type]

ブレーキピストンを左右に持ち、両側からディスクにパッドを押し付ける方式。大きく重なってしまうためキャリパーをアルミにせざるを得ないので、キャリパー剛性を維持するのが難しい。サーキットでのスポーツ走行では有効だが、本来の性能を発揮するためにはディスク側にも対策が必要。そうしないと熱による歪みでディスクが傾き、パッドがしっかりと当たらなくなってしまう。ブレーキの大径化に対応して市販車でも4ポッド、6ポッドといった複数のピストンを使ったパッド面積の広いものが登場している。アルミホイールのすき間から見える大型の対向ピストンは、車の高性能ぶりをあらわす強力なアイコンでもある。