レシプロエンジン部品の摩耗や焼き付きの予測に成功東北大学など研究グループ

東北大学は2022年9月30日、同大学流体科学研究所と本田技研工業の研究グループが、自動車や発電機などに使われるレシプロエンジン（ピストンエンジン）の部品の摩耗や焼き付けを、スーパーコンピューターを使ってシミュレーション予測することに成功したと発表した。摩耗、耐久性試験時間や製造コストの削減につながることが期待される。

研究グループは、エンジンピストンピンとコンロッド小端間の相変化をともなう狭あい潤滑油液膜流れに着目。超並列スーパーコンピューティングによる連成解析アプローチを行い、構造体の弾性変形と流路変化を考慮した混相流体－構造体連成解析手法を新たに開発した。

その結果、荷重が加わった際にピストンピンが弓状に変形し、コンロッドの端で部品の接触が発生する可能性が高いことを発見した。

レシプロエンジンは燃焼による動力を往復運動として取り出し、回転運動に変換することで駆動を行うが、部品の摩耗や焼き付きによる故障が課題となっている。通常は潤滑油を使用することによって、摺動（しゅうどう）部の金属部品が直接接触しないようにしているが、潤滑油の油膜が途切れることによって、部品が傷付いたり固着したりする。特に焼き付きが生じると、エンジンの始動が不可能になることが多い。

しかし、摩耗、焼き付きがどこに発生するのかを予測、検証することは不可能であると考えられており、安全性を確認するには長期間にわたる負荷試験が不可欠だった。

研究グループによると、このシミュレーション予測法は、エンジンだけでなく、流体潤滑を用いた全ての摺動部品に適用が可能で、輸送機械や産業機械の損傷予測や部品などの安全性指針の策定にも応用できる。これによって、長期間の摩耗、耐久性試験時間が不要となり、製造コストが削減されるほか、機械接触をともなう機器や部品の最適設計が可能になるとしている。

研究成果は2022年8月29日、米国機械学会の学術誌「ASME Journal of Tribology」オンライン版に掲載された。

レシプロエンジン部品の摩耗や焼き付きの予測に成功　東北大学など研究グループ