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。

質問者からのお礼コメント

分かりやすい回答ありがとうございました！

みなさんをBAに選びたいくらい、とても親切な回答をみなさんしてくれました。ありがとうございました、今後も車のことで質問をすることがあると思いますが、その時も是非よろしくお願いいたします！

Answer 2

4サイクルですと3の倍数がもっともスムーズです
理由は排気効率です4気筒ですと一個重なって効率が悪くなります
有名なところではスバルの4気筒は阻害するのでわざとマフラー音と言って商品としています排気効率良い分だけパワーアップはできます
6気筒12気筒は効率良いですね

Answer 3

エンジン出力（馬力）とは「トルク×エンジン回転数÷716」なので、出力をアップするにはトルクを増やすかエンジン回転数を上げると可能になります。

大雑把には、トルクはエネルギーの元である混合気の量（含まれるガソリンの量）で決まってしまうので、排気量を拡大するかターボなどの過給器を用いて無理やり詰め込むと増やす事ができます。
ただし過給器は余分な機器が増えますし、潤滑や冷却も極めて重要なので、メンテナンスには気をつかう必要があります。

これとは別に出力をアップするには、エンジンの回転数を上げます。
それには大きく重たいピストンでは無理があるので、気筒数を増やして小さく軽いピストンを用います。
ただしピストンの数が多いほど内部のロスは増大しますし、複雑な重たいエンジンとなってしまうので、要求に応じて気筒数を選択します。
あと昨今は吸排気デバイスの発達で低回転域の扱いづらさは無くなりましたが、本領を発揮するには高回転域を維持し続ける事が求められます。
これが意外と難しく、MT、ATに関わらずそれなりのテクニックが必要になります。
反面レーシングカー的な味付けが濃くなるので、スポーツカーファンには喜ばれる部分でもあります。

Answer 4

「気筒数」だけで語ろうとするから、話がややこしく（あるいは論点があやふやに）なります。

同じ排気量なら
気筒数少ない→高回転は不利になる＝ピストンが大きく・重たくなる
気筒数多い→高回転有利＝ピストンが小さく・軽くなる

気筒数少ない→低速トルクは太くなる＝1気筒あたりのパワーは大きくなる
気筒数多い→低速トルクは細くなる＝上の逆

気筒数少ない→部品点数少なく、相対的に軽くなる。燃費にも有利。
気筒数多い→上の逆

気筒数が少ないエンジンの方が高回転までストレスなく吹け上がります＝高回転域を使用するレース向けの性格のエンジンになりますね。逆に言うと「回さないとパワーが出ない」訳で、一般市販車での市街地走行などには向きません。
気筒数が少ないほうが一般用途では使いやすい。一時期、660cc軽自動車で4気筒エンジンが流行ったけど3気筒に戻ったのも、使いづらいうえに燃費も悪かったからですね。

1気筒あたりの排気量は変えずに、V6→V8～と気筒数が増えるたびに「排気量も増えていく」のであれば、気筒数が増えれば増えるほどパワーは増えていくのは当たり前の話。
同じ排気量で気筒数が違う場合は、そのエンジンの性格づけや搭載する車種の性格次第で「気筒数が多い＝パワーがある、とは限らない」ケースも出てきますよ。エンジンの性格付けは何も気筒数だけで決まるわけではなく、ボア（ピストン直径）・ストローク（ピストンの移動量）比率でも変わってきます。

同じ排気量なら、「ボアが大きく・ストロークが短い」→高回転向き・レース向きですが、「低速トルクは細くなる」です。

求めるエンジンの性格や車のイメージ、その会社のエンジンに対する知見の深さやこれまでの経験なども考慮して、排気量・気筒数に配置（直列なのかV型なのか、はたまたW型なのか水平対向か180度V型なのか）を決めるんです。
早い話が、例えばスバルは水平対向しかない・水平対向と言う「ウリ」を捨てたら他の面では弱いこともあるので「わざわざ新規開発でV6にはしない」ですよね。
水平対向にもメリット・デメリットがありますからね。

Answer 5

パワーを出すには、排気量を上げるのが基本ですが、ただ排気量を上げてもパワーは出ません。
ガソリンの燃焼パワーが決まっているからです。
ガソリンエンジンの場合、１気筒あたり４００～６００㏄が効率が良いのがわかっています。
なので、気筒数を上げれば良いだけの話なんですが、自動車用ガソリンエンジンでもディーゼルエンジンでも、６気筒を越えるとクランクシャフトの捻れが発生します。
そこで、大排気量車にするには、V型や水平対向にして排気量を上げる訳なのです。
しかも、ガソリンエンジンの場合、１万㏄が限界。

なので、～１L３気筒・～２L４気筒・㏄～３L６気筒・～４L８気筒・５L以上１２気筒という図式が出来上がります。
例外として、
燃焼効率よりも静粛性を取ったエンジン。
６気筒を開発できない(コストの為)
ので効率を悪くしたエンジン。
技術立証確立の為に、小排気量多気筒エンジンを開発したエンジンがあります。

Answer 6

簡単に、
慣性重量が少なくなるため高回転高出力化しやすくなるためです。

Answer 7

かつてのF1 でホンダなどが1500㏄のV12 がありましたが、そんなの市販車に必要でしょうかね？
軽自動車でも４気筒は淘汰されて３気筒が主流です。

Answer 8

同排気量で話をします。 気筒数が多いとパワーは出しやすくなります。 デメリットは、部品点数が増えコストが高くなりエンジン重量も重くなります。少ないと、トルクが増えます。デメリットは、パワーを出しにくくピストンが大きくなるので冷却が困難になります。

Answer 9

メリットは今明確にはわかりませんがすべて乗った事有ります。気筒数が多いほど頭打ちすることなく回転がスムーズに上がって行くと体感出来ました。体感を出来たという事はそこに答えが有るのかも知れません。