BMW 1シリーズ ハッチバック のみんなの質問

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スバルの水平対向エンジンのメリットとデメリットを教えてください。

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ベストアンサーに選ばれた回答

水平対向エンジンは直列エンジンと比較すると,下記の特徴をもちます。最近,富士重工がFBエンジンを出しました。

・ショートストロークエンジンになりやすい
エンジンの横幅が大きいので,ストロークを大きくするのが難しくなります。一方,ロングストロークにすると,燃焼室の表面積が小さくなり,冷却損失が小さくなります。冷却損失が小さいと,その分,エンジンの効率が向上して,大きな出力が得られ,燃費が改善します。

・吸排気系のレイアウトが厳しい
抵抗の低い吸気系と排気系を構成することで,充填効率と排気効率を改善できます。しかし水平対向はエンジン幅の制約から,吸排気系のレイアウトが厳しく,これが効率を低下させています。

●FBエンジン
従来のEJエンジンに比較し,下記を改良しています。

・ロングストローク化 … FB20のみ (FB25はショートストローク)
・EGRクーラ … EGR率を向上し,部分負荷領域でのポンプ損失低減。さらに燃焼温度を下げてNOx低減(触媒コスト低減)
・可変動弁 … 吸排気の両方に適用

過去のEJエンジンをふくめて説明すると下記の通りです。

●スバルのエンジンの特徴
富士重工の乗用車用エンジンのうちレガシィなどに使われている水平対向エンジンの特徴は下記の通りです。

・シリンダ配置 = 水平対向 (他社は,直列4気筒あるいはV型6気筒)
・ボア・ストローク = ショートストローク (他社は,スクウェアあるいはロング・ストローク。ただし最新のFB型はロングストローク。ショートストロークエンジンはボア径が大きく,燃焼室表面積が大きく,冷却損失が大きい。このため最近はショートストロークエンジンは一部のスポーツカー用のみ)
・ボア・ピッチ = 113mm → 98.4mm (従来のショートストロークのため,ボアが大きく,かつボア間の距離が長かった。直列4気筒エンジンでは,1980年代の設計)
・EGRクーラ = ディーゼルエンジンおよびプリウス用エンジン以外では,ガソリンエンジンには非常に珍しい採用です (プリウスでは全域ストイキ燃焼が目的でしたが,FB系では,NOx対策のため燃焼温度を下げるのが目的です)
・バルブ挟み角 = 41度 → 27度 (ヘッド周りがコンパクトになり,燃焼室表面積が減って,冷却損失が減る)
・可変動弁 = 最新のFB型で吸排気に採用 (
・バルブ・アクション = 直動式 → ロッカーアーム

●考え方
エンジンは各社いろいろな特徴がありますが,基本的な傾向があります。これをひとつずつみていくと,スバルのエンジンは5~10年くらい,他社より遅れています。

・燃焼室のコンパクト化 … エンジンの損失の中で冷却損失は,エンジン出力と同じくらいの大きさです。このため燃焼室の表面積が小さくなるように,ロングストロークしてきました。しかし水平対向エンジンでは,エンジンの左右にサイドメンバーがあり,エンジン幅が制限されました。このためバルブ周りのレイアウトを上手にやらないと,ロングストローク化は無理でした。

●どうしてスバルは水平対向エンジンに固執するのか?
いろいろスバルの水平対向エンジンについて説明してきましたが,やはり古いエンジンというエンジンです。ただ現在,このエンジンだからこそ,スバルがあるといえます。

自動車の技術はほぼ飽和してきており,当然ながら,各社とも同じ方向(DOHCやV6エンジン)に向かっています。このため購入者は,「良い技術」より「特徴ある技術」に興味があります。その意味で,「水平対向エンジン」という誰も(ポルシェを除き)採用しないエンジンを使うのは,「記号性」として重要なのです。

●スバルへの期待
スバルが水平対向ディーゼルエンジンを出したとき,ロングストロークだったので,次期型ガソリンエンジンもロングストロークになると考えられました。これにより,従来のEJエンジンが大幅に改良されると期待されました。しかし下記の出力です。

FB20エンジン
排気量 = 1995cc
圧縮比 = 10.5
最大出力 = 148馬力/6000rpm
最大トルク = 196Nm/4200rpm

一方,BMWが1シリーズや3シリーズに投入しているN43エンジンは下記の通りです
排気量 = 1995cc
圧縮比 = 12.0
最大出力 = 170馬力/6700rpm
最大トルク = 210Nm/4250rpm

このエンジンは,バルブトロニック(スロットルバルブをなくしてポンプ損失を低減)がなく,直噴です。直噴を使うと,圧縮比が1.0~1.5くらいあげられます(燃焼室温度が40~50℃低下し,耐ノック性が向上するため)。

このBMWのエンジンに比べると富士重工のFBエンジンは,5~10年も古いエンジンのようです。ただFBエンジンの開発者は,直噴やターボへの発展をはじめから考慮しているとのことなので,今後の改良に期待しましょう。

簡単ですが,ご参考になれば幸いです。

質問者からのお礼コメント

2011.2.8 14:02

なるほど!

詳しい説明どうもです!

その他の回答 (6件)

  • メリットは水平対向は回転振動を互いに打ち消しあうことにより少なくできる。
    これは、4気筒で三菱が最初に行ったサイレントシャフト以外で振動軽減できる方法です。
    振動が抑えれる構造なので、バランサーシャフト等がなくても4気筒エンジンで1気筒あたりの限界ボア&ストローク(90mm前後)を超えた設計が可能となり、4気筒で2500cc以上の排気量を実現できる。
    最近では、各種の精度が上がったり、コンピューター解析技術が上がったためそれらの常識が変わっていますが、30年前では水平対向のメリットは振動が少ない=高回転時でパワー落ち込み少ないなどでした。
    しかし、以外デメリットがてんこ盛りです。
    1.水平であるため、シリンダー壁に均等な油膜が作りづらい=シリンダー摩耗しやすい
    2.水平であるため吸気、排気の取り回しが複雑=コストアップ
    3.今は改良されましたが、あの独特な排気音、排気干渉が起こるので出るのを現在では等長化により干渉させない=コストアップ
    4.従来ではボア&ストロークの比率が大きい(エンジンコンパクト化のため)ので低速時のトルクが稼げない。また、排気干渉もあったため特に低速トルクが低かった
    5.ヘッドが実際2個あるので、燃焼室が冷えやすいので出力が出ているときは有利でも、常用時はオーバークールにより燃焼効率が悪かった。さらにヘッド2個分なのでコスト面も不利
    6.タイミングベルト長が非常に長くロスが発生しやすい。(メカニカル損失)
    7.ヘッドが2個(左右)にあるため水冷の冷却経路が複雑になりやすく潤滑損失が大きい
    ただし、V6、V8も同様なことが言えますが、水平でなくV字にしている理由等もこれらの難問解決にコストアップするからです。
    スバルではEB型などアルミダイカストブロックなど欠点克服に随分コストをかけています。回収するには随分長い間量産しないとならず、EJも誕生から30年近く経ちます。
    FB型も発表され非常にユニーク?なエンジン設計となっているようです。
    1.ロングストローク化
    ボア&ストローク比がEJと全く反対な考え方です。エンジンは2000ccですが、従来であれば1500ccクラスの水平対向エンジンをロングストローク化して2000cc排気量を稼いでいます。心配なのはブロック強度やコンロッド強度など耐久性ですね。
    また、オイル偏りなど、、、
    特にその分ピストン速度が上がるため、高回転化が難しくなりますね。

    2.コンパクト化燃焼室
    SV比を1に近づけることでコンパクトな燃焼室化で従来の欠点であった燃焼効率低下を防いでいます。
    いくつかの欠点をFJを無くしています。
    個人的にはゼロ戦のエンジンの流れではあるけれど、ターボ搭載が難しいエンジンになったのでつまらないと感じますね。
    EJはNAとして欠点だらけでしたが、ターボ装着することで欠点が解消されターボ向きなエンジンなので高出力化が容易であったはず。
    ターボ=パワー=非エコのイメージの時代しかたがないか、、、。

  • メリットがほとんど出ていないのであえて書きますね

    まず、トルクを発生させやすいです。
    以前に、エンジンを逆さまにマウントした場合に重力の効果は同じなのか
    つまり、クランクをひっくり返して重心点を逆にしてピストンスピードはどう変わるのか?
    という全く無意味なバカげた事を考えた事があるのですが
    結果として、上下の関係性に依るトルクの減少
    つまり、ピストンが上昇する際に無駄になっている力
    この影響を受けにくいので、少なからずメリットはあります。

    独特の排気音に関しても、実際は不必要
    稀に排気抵抗によって云々を語る方がいますが、
    あれは単に予算不足のシワヨセと
    当時はボクサーの認知度が低かった事から変わった排気音を持たせた事
    (実際に初期型ロードスター等もエンジン・エキゾーストの音を重視して作られた経緯がある)
    少々のわざとらしい理由づけによるパワーアップ
    そんな理由であの不等長エキマニが使われたのです。
    現行型ではもう使っていませんしね

    実際、スバルの水平対向を使うメリットは薄いですよ
    が、他のエンジンに比べ重心が低い事も確かです。
    現行型ではタービンをより下にオフセットすることでより低重心化していますし
    トヨタが技術介入したことで、以前のモデルに比べ振動も少ないですね

    大きなデメリットとして、やはり整備性は悪いですね
    それと、同じ4気筒でも直列とくらべると熱のこもりやすさは相当な物です
    加えてそれを逃がすようなレイアウトも難しく、アフターパーツとしての
    ラジエータ・オイルクーラーのチョイスは、類を見ない難しさがあります。

    とはいえ、やはり好みではないでしょうか?
    私の大好きな日産RB型にしても、トヨタの1JZ・2JZと比べ、純正ではトルクが細いと言われ
    逆に1JZ・2JZは上が回らないと言われ
    好みの問題で良いと思います。

  • 残念ながらメリットは殆どありませんね。


    メーカーは低重心と言っていますが、補器類がことごとく上に来ますし、言われる程ではありません。

    低重心・水平対向・シンメトリーに拘るあまり、各種配管や排気の取り回し等に無理があります。
    独特の排気音も排気干渉をしているせいですね(トルク伝々という人がいますが、小排気量ではないので排気干渉をさせてトルクを出す必要はなく、仕方がなくというのが現実です)

    アイドリング時に車体が左右に小刻みに揺れ独特の不快感があります(スバル車に乗った時だけ酔う人もいます)

    水平対向故にメンテナンス性が最悪です。
    他メーカーなら簡単なメンテでも非常に面倒です。

    水平対向に限らずV型もですが、エンジン関係の修理は部品&工賃が割高になります。

  • メリットは重心を下げられ、左右の重量バランスがいい。

    デメリットは整備性が悪い。

  • メリットの方はあまり考えられませんが、デメリットの方はカー用品店によっては点検を断られることがある事です。

  • 水平対向を捨てたらスバルの存在する意味がなくなります。
    デメリットが多いので他社はポルシェくらいしか採用しません。

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