エンジンの設計について質問です。エンジンの最大トルク発生を他の多くの車より低めのエンジン回転数で設定してあるのを本で見かけます。

Question

高級乗用車が多いみたいですが、例えば最大トルク発生がエンジン回転数２５００ｒｐｍと４０００ｒｐｍの場合、同じ排気量同じ出力なら直列、Ｖ型等のエンジン構造、ピストンのボア、ストロークなどはどのような設定になるのでしょうか？

Answer 1

１気筒当たりの容積が一定とし なお 吸。排気バルブの径も同じなら ボアｘストローク比が変わっても 混合ガスの吸入量は変わりませんよ ボアが 小さくなれば ストロークは 長くなりますからね ボアを 大きく取れば バルブの径を 大きく することが 出来るので 一般的には ボアが 大きい方が 吸入量が多く取れる（バルブ径を 大きくする バルブの数を 増やせる） 設計に出来る 訳ですから 高回転型と 言われて 居る所ですね 同じ回転数だと ショート ストーロークタイプの方が ピストン スピードがロング ストロークより 遅いのでより高回転寄りに出来る と 言うことですが それぞれが ｶﾑシャフトの 吸排気の オーバーラップにも 影響されますから 各エンジン特性に合わせて と 言う事ですから ショート と ロングストローク 低回転でトルクの 出しやすいのは ロング ストロークです ４気筒と ６気筒 ８気筒 同じ回転数で 同じ排気量で トルクの出るのは ４気筒です 回転の 滑らかさは８気筒です ｶﾑのオーバーラップ 大きく取れば80度以上120度位まで 高回転型 少なく取れば 40度前後 0度と言う 設定も 有りましたけど 低回転型、 ターボ付ければ 一気に トルクが 上がりますが アクセルを 踏み込み気味で ブーストが 掛かって居る時だけですから ブースト 掛かって無い時 スカスカ ですから 昔 三菱の デボネア と言う高級車 が 有って 3000ｃｃの 4気筒 ロング ストロークタイプのエンジンで トルクの 塊みたいな エンジンでした 振動を 打ち消す為に サイレント シャフト 成るものまで ついていましたけど 昔Ｆ－１で最高回転数が１８０００ｒｐｍに規制されましたね ロング ストロークタイプの エンジンにパワーの点では有利に働きましたね あの場合 は ピストン スピードを 規制するべきでしたね

Answer 2

同一排気量の場合、ボア（シリンダー径）とストロークの積が同じになります。
そのため、ボアを拡大すると、ストロークは短くなります。
逆に、ボアを縮小すると、ストロークは長くなります。

ボアはシリンダー径ですから、ボアが大きいと吸気の吸入量が増大するので、一度に爆発させるガソリンの吸入を大きくすることができます。
又、ストロークが短くなるので高回転化が可能となりますが、クランクシャフトへのモーメント負荷が大きくなります。

逆にボアが小さいと、吸入量が減るので吸気の効率化が必要となります。（過給器等）
ストロークが長くなるので、クランクシャフトへの負荷は減りますが、クランクの回転外周径が大きくなるので高回転化ができません。

上記により、適正なボア、ストロークが重要となります。
その際、有効なのが気筒数を増やすことです。
排気量を複数の気筒に分散させることで、１気筒あたりのトルクは低下しますが、全体としての効率が向上します。
１気圧における理想的な排気容量は440ccとされており、この排気量よりも多ければトルクが増え、少なければ回転数を上げられます。

気筒数を増やすと、シリンダの配置が問題となります。
航空機のエンジンであれば、円周上に同角に配置した星型エンジン配置が可能ですが、車両の場合はそれができません。
直列に配置するか、一定のバンク毎に配置することになります。
直列の場合は、クランクシャフト長が長くなるため、クランクシャフトの中心軸がぶれないように高精度に加工する技術が必要となります。軸がずれるとモーメント負荷が増大するので、効率が低下します。
V配置の場合は、シリンダーを交互に角度を変えることで、クランクシャフトを短くすることができ、クランクシャフトの軸ズレ精度が直列程求められないというメリットがあります。