クルマの燃費を左右する『抗力係数』とは？
車を知りたい
先生、抗力係数ってなんですか？ 車の後ろに書いてあるのを見たことがあります。
自動車研究家
自動車の後ろに書いてあるのを見たことがあるんだね！ 抗力係数っていうのは、簡単に言うと車が空気抵抗を受けやすいかどうかを表す数字なんだ。 数字が小さいほど、空気抵抗が少なくて燃費が良い車ということになるんだよ。
車を知りたい
なるほど！じゃあ、なんで数字が小さいと燃費が良くなるんですか？
自動車研究家
いい質問だね！ 空気抵抗が小さいと、車を動かすために必要なエネルギーが少なくて済むんだ。 だから、燃費が良くなるんだよ。 他にも、風の影響を受けにくくなるから、走行安定性も向上するんだ。
抗力係数とは。
「抗力係数」とは、車が空気抵抗を受けやすいかどうかを示す数値です。空気抵抗を「動圧」と「前面投影面積」で割って計算し、CD値と呼びます。CD値が小さいほど、空気抵抗が少なく燃費が良い車と言えます。1970年代以降、車はCD値を減らすように設計されてきましたが、それでも乗用車では一般的に0.2から0.45程度です。CD値は、車の形や大きさだけでなく、エンジンやブレーキなどの様々な要素の影響を受けます。例えば、後ろに向かってなだらかに傾斜する形の車では、リアガラスの角度が30度くらいになると急にCD値が大きくなる傾向があります。また、車体のエッジやミラーなどの細かな形状も、CD値に大きく影響することが分かってきました。そこで、風洞実験などを通して空気抵抗を減らす工夫が重ねられています。さらに近年では、コンピューターを使った数値流体力学（CFD）による予測技術が実用化されつつあり、さらなるCD値の改善が期待されています。
抗力係数（CD値）とは？
クルマが走る時、空気から受ける抵抗を空気抵抗といいます。空気抵抗は、クルマの速度が速くなるほど大きくなります。
抗力係数（CD値）とは、この空気抵抗の大きさを表す数値のことです。CD値が小さいほど空気抵抗が小さく、燃費が良いクルマということになります。
クルマの燃費への影響
クルマの燃費を向上させるためには、空気抵抗を減らすことが非常に重要です。空気抵抗は、クルマが走行する際に空気から受ける抵抗のことで、速度が上がるほど大きくなります。この空気抵抗の大きさを表す指標が「抗力係数」です。
抗力係数が小さいクルマは、空気抵抗が小さく、燃費が良くなる傾向があります。逆に、抗力係数が大きいクルマは、空気抵抗が大きく、燃費が悪くなる傾向があります。例えば、箱型のクルマは抗力係数が大きく、スポーツカーのように流線型のクルマは抗力係数が小さい傾向があります。
燃費を向上させるためには、クルマの形状だけでなく、タイヤの空気圧やエンジンオイルの粘度など、様々な要素が関わってきます。しかし、抗力係数は、クルマの燃費性能を大きく左右する重要な要素の一つであると言えるでしょう。
抗力係数を決める要素
クルマが走行するとき、空気から受ける抵抗のことを空気抵抗と呼びます。抗力係数とは、この空気抵抗の大きさを示す数値です。抗力係数が小さいほど空気抵抗が小さく、燃費が向上する傾向にあります。では、クルマのどのような点が抗力係数に影響を与えるのでしょうか？
まず挙げられるのがクルマの形状です。例えば、前面投影面積が小さいほど空気抵抗は小さくなります。また、流線形のボディは空気の流れをスムーズにするため、抗力係数を低減できます。その他にも、ボディ表面の凹凸も空気抵抗に影響を与えます。
次に、走行中のクルマ周りの空気の流れ方も重要な要素です。特に、車体後部で空気が剥離すると大きな空気抵抗が発生します。これを抑制するために、リアスポイラーやエアロパーツなどを装着することで、抗力係数を低減させる工夫が凝らされています。
このように、抗力係数はクルマの燃費性能に大きく関わっており、様々な要素が複雑に影響し合っています。自動車メーカーは、これらの要素を考慮しながら、空気抵抗を極限まで減らすために、日々研究開発に取り組んでいるのです。
空力設計の進化：過去から未来へ
自動車の進化は、走行性能の向上だけでなく、燃費向上への努力とも密接に関係しています。特に、空気抵抗を減らす空力設計の進化は目覚ましく、その歴史は自動車開発の歴史そのものと言えるでしょう。初期の自動車は馬車を模した形状が多く、空気抵抗への意識は低いものでした。しかし、速度向上への追求が始まると、空気抵抗は無視できない要素となっていきます。1930年代に入ると、流線型のボディを持つ車が現れ始め、空気抵抗の低減が意識され始めました。その後も、コンピュータシミュレーション技術の発展などにより、より洗練された空力設計が可能となり、現代の車はCd値(空気抵抗係数)0.3を切るモデルも珍しくありません。車体形状だけでなく、タイヤハウス内の空気の流れや、床下の整流など、細部にわたる工夫が積み重ねられています。未来の自動車は、更なる燃費向上のため、空力性能の追求は続いていくでしょう。電気自動車の普及により、空気抵抗は航続距離にも直結する重要な要素となり、これまで以上に空力設計の重要性は高まっています。
燃費向上のための技術革新
自動車メーカー各社は、燃費向上のため、様々な技術開発に取り組んでいます。その中でも特に重要な要素の一つが、空気抵抗の低減です。空気抵抗は、クルマが走行する際に空気から受ける抵抗のことで、速度が上がるほど大きくなります。 この空気抵抗の大きさを表す指標が「抗力係数」であり、値が小さいほど空気抵抗が小さく、燃費性能に優れていることを示します。
近年、抗力係数を低減するための技術革新が進んでおり、その代表的な例として、以下の３つが挙げられます。
1. 車両形状の工夫 車体のフォルムをより滑らかにすることで、空気の流れをスムーズにし、抗力を低減します。例えば、フロントノーズを低く長くしたり、ルーフラインを滑らかに傾斜させたりするデザインが一般的です。
2. エアロパーツの装着 フロントスポイラーやリアスポイラー、サイドスカートなどのエアロパーツを装着することで、車体周りの空気の流れを制御し、抗力を低減します。
3. タイヤの進化 タイヤの溝の形状や深さを工夫することで、空気抵抗を低減するだけでなく、燃費性能や走行性能の向上にも貢献しています。
これらの技術革新により、近年の自動車は、かつてないほど低い抗力係数を実現しています。今後、更なる技術革新によって、抗力係数の低減が進み、より一層の燃費向上が期待されます。