エンジンのピストン数に関する質問です！ どうも、いつもお世話になってます 疑問に思ったのですが、ピストンの数が多い車と、少ない車のメリット、デメリットってなんですか？

Question

GTRは6気筒でも550馬力くらい発生しますし、でもその一方でLFAは10気筒なのにGTRと同じくらいの馬力しか発生させていませんよね。。？(ターボがないのは知ってます)

V6, V8, V10, V12と気筒数が多くなるごとにパワーも倍増すると思っていたのですが、違うんですか？ピストン数を多くするメリットはなんですか？

※音がいい、見栄はり、などのメリットは求めていません。パフォーマンスに関連するメリット、デメリットを教えていただけたら嬉しいです

ありがとうございます！

Answer 1

ここでは，1気筒あたりの排気量の大小について簡単に説明し，次に気筒数を増やした場合のメリットとデメリットを説明いたします。

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通常，大きな排気量エンジンの場合，1気筒あたりの排気量を500ccくらいにします。ここでは，500ccより大きい場合と小さい場合を説明いたします。

●冷却損失
500ccより小さいと，排気量に対して燃焼室の表面積が大きくなり，燃焼室内の熱が燃焼室の壁面からおもに冷却水へ逃げます。冷却損失（燃焼室の熱エネルギが冷却水やエンジンブロックへ逃げる損失）が大きくなり，エンジン出力の低下・効率の低下・燃費の低下になります（おもに街乗りなどの負荷の低い場合）。

冷却損失というと，いろいろある損失のひとつと思いがちですが，違います。エンジンの出力（馬力）と同じくらいのエネルギがロスになるのです。例えば

出力：冷却損失：排気損失＝２５：３５：４０ （街乗り程度の負荷の場合）

●充填効率
500ccより大きいと，吸入空気が燃焼室に入るために時間がかかり，結果的に充填効率が落ちます。

●時間損失
500ccより大きいと，燃焼室内の燃焼時間が長くなります。ガソリンエンジンのような点火プラグを使うエンジンでは，点火プラグでの点火から火炎が周囲に広がります。このとき，強いスワール（燃焼室内の横方向の渦）があれば，火炎伝播速度が速くなり，より短時間で燃焼します。燃焼が短時間であるほど，燃焼効率は高くなり，結果的に燃費が良くなります。

●ノッキング
通常，エンジンのボア径（シリンダの直径）の最大値はだいたい85～90mmです。これ以上大きいと，火炎伝播時間がかかり，燃焼室の端の方のガスが未燃のまま終わったり，火炎の到着前に，勝手に燃え出す（ノッキング）がおきます。

ディーゼルエンジンの排気量が大きいのは，燃焼室内のいろいろなところで燃焼がおきるため，火炎伝播時間が不要だからです。

●慣性質量
1気筒あたりの排気量が大きくなると，ピストンが重くなります。これにともないクランク軸をはじめとして部品強度をあげる必要があります。そうなると部品の重量も重くなり，回転部品であれば，大きな遠心力が発生します。そのためそれを支える部品強度も必要になります。

つまり気筒あたりの排気量が大きいほど，高回転化がむずかしいことになります。

●振動
クランク軸のねじり振動についていえば，直列の6気筒が最良です。V8も同じくらい良いレベルです。しかしV6やV10はあまり良くありません。このためV6エンジンの多くは，

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気筒数が多い場合のメリットとデメリットをまとめておきましょう

●多気筒化のメリット
・レスポンスが良くなる … ピストンなどの慣性質量が小さくなりますので、レスポンス（回転数応答性）が良くなります。

・NVH（振動騒音）が改善します … 1気筒あたりの起振力が小さくなるためです。

・高回転により対応しやすくなります … 慣性質量が小さく、しかも点火栓（プラグ）からエンドガスまでの距離が短くなるためです。

・高出力になります … 1気筒あたりの排気量に対する吸・排気弁面積が相対的に大きくなるためです ～ 高回転時（全開加速）にはこの通りです。低回転時（街乗り）には，冷却損失がきいてきて，出力は低くなります

●多気筒化のデメリット
・エンジン体格の大型化 → 衝突ゾーンの確保が困難
・エンジン質量の増大化
・冷却損失の増大化 … 排気量（燃焼室容積）に対して燃焼室表面積が相対的に大きくなるためです。なお冷却損失は、出力とほぼ同じ程度です。つまり燃焼エネルギの23%くらいが動力、35%くらいが冷却損失、残りが排気損失。
・フリクションの増大化 … 摺動部位の長さが増加するためです。
・部品点数の増加
・加工工程の増加
・材料費の増加
・コスト増加

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●現状
最近の排気量2.0Lエンジンはほとんど4気筒です。30年前にはすべて6気筒でした。これはバランサーシャフトを使い振動を抑え，冷却損失を低減し，燃費を向上するためです。

●3.5Lエンジンの気筒数
ほぼ500ccが最良なので，6気筒が一般的です。V8にすると，振動はわずかに改善しますが，冷却損失が大きくなり，街乗り燃費が悪化します。
V10にすると，冷却損失とともにフリクションロスが顕著になり，燃費はさらに悪化します。また回転バランスがとれないので，振動も大きくなります（スポーツ車はその振動が楽しい）。V10でバンク角の標準は72度ですが，排気干渉やエンジン横方向寸法を考慮して，別の角度を選ぶ場合があります。

簡単ですが，ご参考になれば幸いです。


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質問者からのお礼コメント

詳しい回答ありがとうございました

Answer 2

ターボが無い代わりに気筒数を増やして軽いピストンで回転を上げて、たくさん空気を吸い込もうとしたけど、手加減して空気を押し込んでいるＧＴ－Rと同じ位にしかならなかったってことです。

Answer 3

トヨタのメガクルーザーは
４気筒4000ccとか
整備性を考えたんだね
振動、騒音無視
バイクで単気筒650なんて有ったね
４気筒2600は三菱にあった
乗ったことがあるけど全く普通としか言いようがない
ピストンが大きいとストロークも基本長い
それはピストンスピードで限界点が現れる
それで
ロングストロークで高回転を可能にしてるホンダが出色
オイラのは90ｍｍ超えのストロークで7700rpmを許容してるから
ピストンスピードが限界点の25m/ｓに近い
F1が15000rpmでもピストンスピードは低い
それは使える力を途中で捨ててるのと同じ
パワーは回転数×トルク
トルクは低くても回転数でカバーする考え方
ホンダは大きなトルクで高回転を可能にする（DOHC、VTECの場合）

Answer 4

簡単に言ってしまえば、高回転時の回転レスポンスの違いですね。

実感出来るのは、自転車の後部スタンドを立てて、手で直に車輪を回して視て下さい。
ゆっくりトルクを大きく回す場合は、″力強さ”の問題です・・
早く回す場合は、片手因りも両手で回す方が早いです・・力は余り関係しないので
回す時の接触数だけです・・気筒数が多い方が、回転レスポンスは好い・・トルクの問題は、ミッションの変速に頼る。

自転車の後輪早回しは、千手観音には敵わないです・・
試して視れば好く解ります。（まぁ～馬鹿なヤツだと思って、実際に一度試して視て）

Answer 5

馬力を稼ぐために一番大事なのはたくさんの空気をシリンダ内に吸い込んで爆発させること。
よって重要なのは気筒数よりも排気量（ターボはタービンサイズとブースト圧）。

Answer 6

気筒数が多ければ馬力がでる。・・・たしかにそういう“傾向”です。

同じ排気量で気筒数を増やすと、一つ一つの気筒にかかる負担は軽くなるし、ピストンが軽くなるから高回転まで吹けやすくなり回転も滑らかになる・・・が、トルクの数値は相対的に低くなるんですよね。（1気筒あたりの出力は少なくなるから。）

例えば同じ3,000ccでV6とV8を比較すると、トルクの数値はV6が大きく作りやすい、それに気筒数を増やすとエンジン自体大きく・重くなるので、単純に「速くなる」とは言えない。（軽量化が最大の武器です。）
V8を無理やり超ロングストロークに設計などするとトルクの数値は稼げるけど、今度は高回転が伸びにくくなりますから、要は求める性能とバランスが大事で設計者が何を求めるかですから。

Answer 7

自動車には
馬力の追究ではなく
トルクが必要