V6エンジンは何故バンク角が120度だとバランスが良いのですか？ （参考記事） 直6エンジンはなぜ信仰されるのか

Question

昔から、直6エンジンは振動や騒音などを打ち消すベストバランスエンジンといわれ、高級車に多く採用されてきた。

直列6気筒エンジンは、「シルキー・シックス（絹のように滑らかな6気筒：意訳）」と称され、調和のとれた滑らかな回転で高級車に必須のエンジン形式だった。一方で、エンジンの全長が長くなるため、ことに衝突安全性能が強化された1990年代以降、同じ6気筒でもV型へ転換される傾向が強まった。

その後、2018年になってメルセデス・ベンツが直列6気筒を復活させた。BMWも、環境性能を考慮して直列4気筒エンジン化を進めたが、直列6気筒を残している。

直列6気筒がそこまで憧れられるエンジンである理由は、6つの各シリンダーで燃焼が順次行われた際に、慣性力や慣性モーメントが打ち消され、ほぼ完全に調和がとれ、不快な振動を起こしにくいからだ。余計な振動を生じさせないことにより、高回転まで滑らかにまわり、快い加速をもたらす。同じことは、V型12気筒でもいえる。V型12気筒は、直列6気筒エンジンをV型に組み合わせた形式と考えられるからだ。

それに対し、同じ6気筒でもV型6気筒は、直列6気筒ほど憧れられない。直列6気筒のような、絹のように滑らかな回転による加速を得にくいためだ。

ではなぜ、同じ6気筒であるのにそれぞれ違いが出るのか。

6気筒ということばかりに注意が集まるが、簡単にいえば、V型6気筒は直列3気筒エンジンをV型に組み合わせた形式といえる。軽自動車や小型車などで使われる直列3気筒エンジンが、振動と騒音によってあまり上質と感じにくいのは承知しているとおり。そのエンジンを、V型に組み合わせたからといって、単純に上質になるわけではない。

V型とする場合、向かい合うシリンダーのコンロッドは、同じクランクシャフトの取り付け部を共有するのが基本だが、片側が3気筒のV型6気筒では、V型のバンク角を120度にしないと調和がとれない。また、その角度では、エンジン幅が広くなりすぎてクルマに車載しにくい。

そこで、車載のために60度とか45度にV型のバンク角を狭めると、振動が出るのである。そこで、左右で向かい合うピストンのコンロッドのクランクシャフトへの取り付けを別々にすることにより、振動をある程度抑えることができる。それでも完璧ではない。加えて、バランスシャフトを追加し、余分な振動を打ち消す手法が用いられることがある。

最近の市販車の例では、ヤリスクロスに搭載されている直列3気筒エンジンと、レクサスLBXに搭載されているエンジンは基本的に同じだが、LBXのほうにはバランスシャフトが取り付けられ、直列3気筒と感じにくいほど洗練されている。

追加の手立てを加えることで、V型6気筒エンジンも上質さを高めることは不可能ではない。だが、元来素性の良い直列6気筒エンジンにはかなわないのである。

御堀直嗣

Answer 1

直列６気筒のクランクシャフトを前から見ると、このように120°で２気筒ずつクランクピンが配置されています。
数字は手前から見たシリンダの番号です。
１−５−３−６−２−４の順番で点火し時計回りに回転することで上手くバランスして回ります。
これを３気筒ずつV型に配置して同じバランスを作るには、クランクシャフトに合わせて
シリンダーも120°にする必要があります。

質問者からのお礼コメント

皆様分かりやすい回答ありがとうございました。

Answer 2

ピストンエンジンは連続で上下させるためにカウンターの重りをピストンの軸反対側につけています。
軸を共有する6個の重りが対称に配置できないと、常に重りの軸重心が変動し揺れます。
6個なので120度ずつずらすと回転中の重り重心がちょうど変わらないので、揺れにくくなります。各ピストンが、吸気と排気でそれぞれ位置が変ることを利用しています。

Answer 3

ここにV型エンジンの各メーカーの角度についてメリット デメリットが載っているので参考に。

https://motor-fan.jp/tech/article/9132/

直列6気筒は数多い種類のエンジンの中でもトップクラスの低振動のエンジンで、特にＢＭＷ
は安全と、他社に真似出来ない後方マウント方式を取り車体の重量配分をベストに持っていくことに成功しているから そこにこだわるメーカーです。

Answer 4

ではなぜ、同じ6気筒であるのにそれぞれ違いが出るのか。
V型６気筒
エンジン限界高速高回転域
バランサーが必要

直列６気筒エンジン
エンジン限界高速高回転域
バランサーが不要

基本設計構造が大きく異なる

Answer 5

V6エンジンのバンク角が120度だとバランスが良い理由は、各シリンダーの燃焼タイミングと振動の問題に関連しています。V6エンジンは基本的に直列3気筒エンジンをV型に組み合わせた形式で、各シリンダーの燃焼が順次行われるときに、慣性力や慣性モーメントが打ち消され、振動が最小化されます。しかし、バンク角が120度でないと、この調和が崩れ、振動が生じやすくなります。また、バンク角が120度だとエンジン幅が広くなりすぎて車載しにくいため、通常は60度や45度に狭められますが、その結果振動が出やすくなります。そのため、バランスシャフトを追加して余分な振動を打ち消す手法が用いられることがあります。

※この回答はOpenAIのGPT-4で作成されており、最新の情報や完全な正確性等を保証するものではありません。