エンジンとシリンダ

2007年3月31日 (土)

排気量とは、エンジンのシリンダの容積のことです。

エンジン

シリンダが複数ある場合は、それらを合わせたものが総排気量となります。これらシリンダを用いて、熱エネルギーを力学的エネルギーに変換する装置がレシプロエンジン(ピストンエンジン)です。一般的に、総排気量が大きいほどエンジンの力は大きくなります。

レシプロエンジンでは、まず、シリンダ内で、ピストンによって圧縮された、空気と燃料の混合気体に点火します。混合気体は燃焼(熱エネルギー)することで一気に膨張し、その勢いでピストンを押す、つまりこのピストンは往復運動(力学的エネルギー)することになります。しかし、このような直線的な運動をそのまま動力源として使うことは少なく、クランクシャフトを介することで回転運動に変換し、たとえば自動車や飛行機の動力源として用います。

いかに効率よく燃焼させ、ピストンを押す力に変えるか。シリンダが複数ある場合は、それらの並べ方、燃焼のタイミングとクランクシャフトの形状を調節し、効率よく快適な回転運動に変換するか。また、シリンダの数と1シリンダあたりの容積のトレードオフの関係(エンジンの大きさが決まっている場合、シリンダを増やすと1シリンダあたりの容積を減らすことになる。シリンダの容積が減るとトルクが小さくなり、力強さが減少する。逆に1シリンダあたりの容積が大きくなると振動が大きくなるなどの弊害が生じてくる)。…などなど、エンジンの設計は奥が深そうです。

現在、自動車によく用いられているエンジンのタイプを下に挙げます。

呼び名 シリンダの配置 特徴
直列3気筒 直列に3つ エンジンの大きさが小さいので、1シリンダあたりの容積を増やしてトルクをかせぐ。軽自動車などで採用されている。
直列4気筒 直列に4つ エンジンの大きさが大きくなってくるので、シリンダの数を増やし、1シリンダあたりの容積を減らして振動を抑える。1000~2000 ccクラスの自動車で採用されている。
直列6気筒 直列に6つ エンジンの振動を打ち消すことができる構成で、非常に滑らか。BMW車などで採用されている。
V型6気筒 直列3気筒をV字型に2列 直列タイプでは、シリンダの数が増えてくるとエンジンの全長が長くなる。そのため、2列にして長さを半分にし、車体へ搭載する際の自由度を増した。中~大型の高級乗用車やスポーツカーなどに採用されている。
V型8気筒 直列4気筒をV字型に2列 クロスプレーン(クランクピンが90度で交差)は振動バランスがよい。4000 ccクラスの高級大型乗用車に採用されている。また、2006年からF1のエンジンは2400 ccのV型8気筒エンジンに。
V型12気筒 直列6気筒をV字型に2列 一部メーカーの特殊な高級車や超高級スポーツカーで採用されている。
水平対向6気筒 直列3気筒を水平に2列 V型エンジンの角度を180°にしたもの。水平対向にピストンを配置することで上下方向の振動を減少させ、また重心を低くすることができる。スバル車などで採用されている。

「車」と「クルマ」では、受ける印象がなぜかずいぶん違う。

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