車のエンジンのウォーミングアップの科学技術的根拠　

Question

厳しい寒冷地に在住しております。
車のエンジンのウォーミングアップの科学技術的根拠について、「技術者の立場から」、どれほどしたらいいか？についての科学的情報、サイトを教えてください。検索の仕方が悪いのか、うまく見つけられませんでした。

santana-3 · Accepted Answer

どのようなサイトも暖機運転不要としているのは省エネの観点からで、機械工学的な技術的根拠を解説しているものは見当たりませんでした。
また暖機運転が必要と記してあるサイトも個人的観点からの意見に終始し明確ではありません。

では皆さんがなぜ暖機運転が不要であるかの意見が多いか？と言うとエンジンの製作過程における精度の向上、オイルの性能の向上、の二大要素が背景にあるからでしょう。（ここで言う暖気運転とはアイドリング状態でエンジンを暖めている状態。）

では実際はどうかと言うと、エンジンの加工精度、組み立て精度は飛躍的に向上し昔のように熱による影響の弊害は低下しました、しかしエンジンの特性を純然に発揮できるのは、完全暖機後である事はかわりません。

オイルの影響は機械工作精度の向上以上に影響があると思われます。昔のオイルの規格と現在のオイルの規格を比較すればその差は歴然で、低温からオイルの持っている性能を発揮できる現在のオイルでは暖機が不要と言う事になるのでしょう。

質問者さんは寒い時の始動状態を心配しているようです。この時に一番影響を及ぼす要因はオイルです。

ドライスタートと言う言葉を聞いた事があると思いますが、キーをひねってエンジンが始動した瞬間から、オイルポンプがオイルを吸い上げて各部分にオイルを行渡らせる時まで、このドライスタート状態が続きます。
この時にドライスタートに弱いオイルですとダメージが出ます。この瞬間を抜け出しさえすれば後のアイドリングによる暖機状態は不要であると言えます。

アイドリング状態の暖機が不要と言っても、皆さんの回答にあるように、ゆっくり走行しながらエンジンを暖める「暖機しながら運転」は必要です。

husqvarna · Answer

自動車メーカーの中には救急車、消防自動車、パトロールカーなど現実的に暖機運転が不可能な自動車について一般ユーザーとは異なるメンテナンス方法を取扱説明書に記載してあるものもあります。

nekoppe · Answer

Ｎｏ４さんです。
＞なぜ自動車各メーカーでは暖機運転不要というのでしょうか

慣らし運転不要は日本メーカーが言っていますが、暖気不要は聞いていません。過去には水温計の針が動いたらと言っていましたが、最近は針も無くなりランプになってきていて、取説にも暖気の項目は無くなってきている傾向はありますが。暖気運転不要ではなく暖気時間が短くなって殆ど不要になってきた為で、例えば、

・油回り：昔、某エンジンで油がヘッドまで上がってくるのに３０秒（測定しました）かかりましたが、
　今は一瞬で上がってきます。（ＯＨＣになったのでヘッドカバー無しの始動はできなく測定はして
　ない）
・冷却水：昔は均一冷却だったのを、シリンダ上部と下部のジャケット大きさや形状を変えて、速く
　暖気するようにしている。
・シリンダ：ピストンとの隙間は昔の半分位になっていて、暖気が速く済むようになっています。
・ピストン：モリブデン系処理で摺動抵抗を低減、油がすぐ来なくても良いようになっています。
・ＡＴ：ＡＴＦクーラーを廃止、ウォーマーにしてＡＴＦ昇温を速くしてトップギヤに速く（暖気しないとトッ
　プに入らない）入るようにする。逆に考えると、高速側ギヤに入らなければエンジン負担は少な
　いので、暖気なし走行でもかまわない事になります。
・触媒：マニホルド直下、２重排気管等で高温排気が触媒に行くようにし暖気を速くしています。

その他、細かな改良でエンジン暖気（６０℃到達時間）を短くすると同時に、暖気不足でもエンジン寿命への影響が最小限になるようにしています。又、一般ユーザーは暖気不足で将来出力低下があったとしても、アクセルを少し深く踏めば済む事で問題にする人はいません。私は燃費を問題にするので、暖気はＯ秒ですが、大通りに出るまでを暖気にして走行、６０℃になるまでヒーターは使いません。

neo_ap1 · Answer

自動車設計には関係の無い者ですが、
興味深いので回答させてください。

まず、ga111さんが何を目的にウォームアップの要不要を
判断したいのかによっても変わってくると思います。
エンジンの性能がもっとも高く、安定するタイミングを言うのか、
エンジンの破損が心配ないタイミングを言うのか、です。

前者であれば「技術者の立場」からは完全暖機してくださいと言うでしょう。
なぜなら、エンジンの設計、仕様が完全暖機後を元に作られているからです。
設計、仕様にエンジンの状態が近づけば近づくほど
仕様に沿った動作、出力が期待できダメージも最小となるのですから、
設計した技術者からすればこういう答えになると思います。
もちろん、科学的根拠は「設計書」と「仕様決定のプロセス」ですが、
それは当然社外秘の極秘資料ですから我々ユーザには見ることは出来ません。

後者であれば、完全暖機後の状態からとったマージンで
どこまで許容できるかと言う事になりますから、
最低限保障期間内に自然故障しない範囲となります。
逆に言えば暖機しなくても保障期間内に自然故障しないようにマージンを取って
設計されているわけですから、暖機は不要と言っても仕様上ウソにはならないわけです。
テストデータはあくまでテストデータであり、
気温、湿度等様々な条件を指定していると思います。
我々ユーザが使用する自然環境のような外的要因が
数え切れないほど存在する環境では
そのテストデータもあまり意味をなさないと思います。
ユーザが、例えば温度20℃湿度50%の環境内で車を使用し続けるような事が
可能であればテストデータに基づいた使用方法も可能かもしれませんが、
外的要因を固定できない限りはテストデータが根拠にはなり得ないと思います。
あくまで、参考データレベルに留まるのではないでしょうか？

テストデータの公表ですが、公表したらしたで色々不都合も考えられます。
テストデータに基づいて使用していたのに想定よりも早く故障した・・・
そんな事になったときメーカーから、それでは今までの使用環境と使用条件
例えば、ガソリン、オイル、気温、湿度、積載重量、etc・・・
を提出してください、テスト環境と異なっている部分があればそれが原因かもしれません、
ということにもなりかねません。
車にテレメトリーシステムのような物を搭載し、
その車の生涯を蓄積して行くならそれもある程度は可能なのかもしれませんが・・・。

現状では、科学的根拠が欲しければ設計書を入手するのが一番確実となってしまいます。
恐らく、それ以外の回答は質問者様を満足させるには至らないのではないかと思います。

余談ですが、私が今乗っている車は、設計された方によると
始動後に最低30秒は動かさずに待つように言われました。
油圧が立ち上がるまでは、動かしてはダメだからだそうです。
その後は、暖機しながらゆっくり走行する分にはOKと言われたので、
うちの車の場合は始動後30秒がボーダーラインのようです。

乱文乱筆、失礼いたしました。

meer · Answer

「実験的な結果」の情報というのはメーカーのテストのようなものですか？
だとしたら当然社外秘ですよ。
エンジンメーカーが「うちの製品はこの位暖気しないと壊れる」なんて情報を一般に向けて公開するはずがありません。
耐久試験の際に色々やりますが、せいぜい一定条件では磨耗が激しいというていどのことしかいえませんよ。

kone55 · Answer

摩擦と摩耗を減らすには

http://web.kyoto-inet.or.jp/people/macchann/hiroshi/masatu.html

jetplane · Answer

一度どうでもいい車で試せるといいんですけどね。エンジン掛けて即、アクセル全開で発進してを毎日繰り返すとどうなるか？

　一応参考までに、実際にそういう使い方をする人たちがたくさんいる乗り物があります。それは、原付です。原付を大切にする人はそういうことはしませんが、ただの足としか思っていない人は冬であってもまたがってエンジンかけて即アクセル全開で発進、というように走っています。結果はといいますと、すぐには出てきませんが確実にエンジンの寿命が短くなりますので買い換える回数が多くなり結局のところ損します。結果としてエンジンが焼きついてしまったり異音が聞こえるようになってしまいますが、日本車のすごいところはそれでも走るんです。エンジンをガラガラ言わせながらも走ります。

　車の場合パワーの関係かあまり温まっていなくても問題なく走れますが、バイクの場合キャブレーターを使っているものが大半ですので真冬の場合は暖気しないことにはエンジンが止まりますので必然的に暖気をします。フューエルインジェクションとオートチョークが当たり前なってしまった車では、別に暖気しなくても当たり前に走りますからしてもしなくてもいいということになったのではないでしょうか？

　ただ、車をどう思っているかによってもちがってきます。長く乗りたいのであれば、暖気は確実にするべきです。車を何台も買い換える余裕があれば暖気なんかしなくてもいいと思います。暖気をするだけ環境に悪いという意見もありますが、車の寿命が短くなり新たにもう一台車を作る方が環境に悪いと思います。
　少なくとも、自分の場合は古いバイクですしエンジンが２万回転まで回る高回転型ですので暖気無しでエンジンをぶん回すなんてことはしたくありません。

bathbadya · Answer

飴と同じで、金属も温度が高ければ粘りがありますが、温度が低いと割れやすくなります。冷凍食品用の包丁が有るがのごとく・・・
材料，材料工学などで検索するとヒントが見つかるかも知れないです。

＞「技術者の立場から」、どれほどしたらいいか？
ウォーミングアップは、「温度を上げてある程度適正な状態にすること」である。と考えるなら、「適正な状態」の線引きが出来ないし、実際の温度をすべての条件で満たすことが出来ないので恐らく具体的な回答はないと思われます。

シリンダ形状に付いて論じるならば、ピストン形状に言及せず語るのは無謀。潤滑に付いては低温時の油膜切れがない。との考えもある。

暖機運転不要の科学的根拠はまず公開されていないと考えるのが妥当。加工精度や加工方法，試験方法などのすべてのノウハウを公開するメーカがあるとは思えないので。

参考URL：http://www.tytlabs.co.jp/

KINPATSU-OYAJI · Answer

科学技術的根拠について＞ンな、凝り固まった考え方しても精度のいい計器類を繋いで水温、吸気温、油温、排気温と全部見てから・・・なんてしないくせに・・・
調子良くＥｇが回ってくれるまでは「我慢してね、まあ制限速度までにしてスピード上げるのにもゆっくりね」しかアドバイスしてないです。でも、それを、守ってくれてる客のクルマは４度目の車検の「排ガステスト」もＧＦ－並にきれいです。冬場はボディーブロー、夏場はアッパーカット、どっちも注意は必要なんですけど？！（２００２もＴＩならもっと気を使わないとマズイのよ）　え～暖機不要とメーカーが言ってると、おしゃる都合のいい解釈の方は、メーカーが「新型が出ましたので乗換えを」の言葉も聞いて下さい。私は軽４で２０万ｋｍも走ってます、温めて乗る、冷まして下りるは１年中です、おかげで交換はゴム製品とボールＢ/ｇ製品のみです。
厳しい寒冷地に在住しております＞なら、サーモ・バンテ―ジがお勧めです、なにもレース車だけでのモノでは有りません。１ＢＯＸのようなトラックタイプ（ＥＸパイプ、マフラー剥き出し）に使ってやると燃費も伸び、水温の上がりも早くなりました。セダンでも効果は有る筈です。

sailor · Answer

エンジンに限らず機械には適正な動作温度という物が存在します。エンジンを例にとると、大まかに以下の３つの要因に分けられるでしょう。

１.　オイルの流動性を上げ、良好な潤滑を保つため
２.　摺動部分などの間隙を正常な値に近づけるためおよび＃３の方がおっしゃるように各部の形状を正常値に近づけるため
３.　燃焼を安定させるため

１については最近のオイルは性能もよくそれほど長い時間暖気運転をする必要はありませんが、少なくとも始動後数十秒から１分程度は空ぶかしなどで必要以上に回転を上げることは避けるべきですし、重負荷（フルスロットルでの加速など）は避けるべきです。

２についてはエンジン各部の摺動部分や回転部分は潤滑のためのオイルクリアランスというものがありますが。部品の熱膨張を見込んだ値に設定されているため温度が低い状態では適正値から僅かではありますが外れた状態にあります。またシリンダーの形状やピストンの形状も完全な円筒や完全な円形ではなく、適正温度での膨張があって初めて良好な状態になるように設計されています。バルブクリアランスなども各部の熱膨張がある状態で正常な値になるように設定されています。

３については現在の燃料噴射装置付のエンジンではエンジンが冷えていても細かなフィードバック制御の恩恵でエンジン不調になったりエンストしたりということはありませんが、しかし、燃焼効率は確実に落ちています。燃焼室の周辺では冷えた金属に触れることにより気化した燃料が再度液化してしてしまう現象も起きますので、燃料の一部は燃焼せずに排出されてしまうことになります。これは燃費の悪化・排出ガスの汚染度の増加につながります。燃焼室の温度はごく短時間で上昇しますが、それでも数十秒は必要です。

以上の理由から数十秒から数分程度の暖気運転は必要であるといえます。

車のエンジンのウォーミングアップの科学技術的根拠

どのようなサイトも暖機運転不要としているのは省エネの観点からで、機械工学的な技術的根拠を解説しているものは見当たりませんでした。

自動車メーカーの中には救急車、消防自動車、パトロールカーなど現実的に暖機運転が不可能な自動車について一般ユーザーとは異なるメンテナンス方法を取扱説明書に記載してあるものもあります。

Ｎｏ４さんです。

自動車設計には関係の無い者ですが、

「実験的な結果」の情報というのはメーカーのテストのようなものですか？

摩擦と摩耗を減らすには

一度どうでもいい車で試せるといいんですけどね。

飴と同じで、金属も温度が高ければ粘りがありますが、温度が低いと割れやすくなります。

科学技術的根拠について＞ンな、凝り固まった考え方しても精度のいい計器類を繋いで水温、吸気温、油温、排気温と全部見てから・・・なんてしないくせに・・・

エンジンに限らず機械には適正な動作温度という物が存在します。

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