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【今さら聞けない】エンジンのボア×ストロークって何?

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【今さら聞けない】エンジンのボア×ストロークって何?

ボア×ストローク比がエンジンの特性を左右する

「ボア」とは、韓国出身のタレントでも、アナコンダやニシキヘビのことではなく、「穴・トンネル」という意味。つまり、エンジンのシリンダーの内径(≒ピストン径)のこと。ストロークは、ピストンの移動量で、エンジンの排気量は、このボア×ストローク×気筒数で決まる。

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もし、2リッター4気筒のエンジンなら、1気筒あたりの排気量は500cc。ところが、同じ1気筒500ccでも、ボア&ストロークは、エンジンによってかなり異なる。

たとえば、レッドゾーンが9000回転だった、ホンダが誇る超高回転エンジン=F20C(S2000 AP1)は、ボア×ストローク:87.0mm×84.0mmで、ボアよりもストロークが短いショートストローク型。

一方、トヨタのヴォクシーなどに搭載された、3ZR-FAEエンジンは、ボア×ストローク:80.5mm×97.6mmで、ボアよりもストロークが長い、ロングストローク型。そして、ボア×ストローク:86.0mm×86.0mmで、ボアとストロークがまったく同じというエンジンもある。

これはスクエア型(四角という意味)と呼ばれ、古くはトヨタの3S-G、最近ではスバルのFA20が、このスクエア型。FA20はスバルのBRZと、トヨタの86のエンジンだが、ボア×ストロークがちょうど86mmというのは興味深い!?

ところで、なぜエンジンにはこのようにショートストローク型とロングストローク型が混在しているかというと、それはそれぞれに一長一短あるからだ。

その特徴を簡単に紹介しよう。

同じ排気量でもボア×ストロークが変わるとエンジン特性が変わる

・ショートストローク型

ボアが大きい=ピストン径が大きいので、吸気・排気バルブの径も大きくできる。バルブ径が大きければ、吸排気に要する時間が短く、ストロークが短いので、ピストンスピードを上げずに、高回転化できるので、排気量あたりの出力を大きくしやすいメリットがある。つまりショートストローク型=高回転(高出力)型エンジンと認識されている。

デメリットは、バルブ径が大きい分、低回転域では、混合気の流速が遅くなるので(ガスは速く動けば動くほどよく燃える)、燃焼が悪く、低速トルクは比較的小さく、燃費の面でも不利になる。

・ロングストローク型

エンジン=クランクの回転数が同じなら、ストロークの長いエンジンだと、それだけピストンが上下動する平均速度=ピストンスピードが速くなる。つまり、ロングストロークエンジンは、ショートストロークエンジンよりも、ピストンスピードが速いので、低回転で大きなトルクを発生し、実用域で使いやすいエンジン特性が得られる。

燃費の面でも有利だが、高回転化には不向きで、トルク重視型とも呼ばれている。

・スクエア型

スクエア型は、ショートストローク型とロングストローク型の中間的性格で、FA20型エンジンを採用しているトヨタとスバルは、「ショートとロングのいいとこ取り」と称している。

しかしそのベースとなったFB20型エンジン(フォレスター、インプレッサ)は、ボア×ストローク:84.0 mm×90.0mmの典型的なロングストロークエンジンだった。

さらにいえば、かつてのレガシィ、インプのパワーユニットで、今もWRX STIなどに搭載されるEJ20型エンジンは、ボア×ストローク:92.0 mm×75.0mmと、超ショートストローク型。同じ、水平対向4気筒の2リッターで、ボア×ストロークをこれだけ変えてくるのは、興味深い。

一方、日産などは、1967年デビューのS30Zに搭載された、L20型と、セドリック、グロリア、スカイラインに搭載されたRB20、そして国産初のV6エンジン=VG20まで、同じボア×ストローク(78.0mm×69.7mm)を踏襲している。

高回転を求めるレーシングエンジンはショートストロークが主流

見てきたとおり、ボア×ストローク比は、かなりエンジンの特性を左右する、基本的な要素となっている。高出力=馬力は、トルク×回転数で決まるので(同じ排気量なら一分間に一回でも多く爆発するエンジンの方がパワーが出る)、レーシングエンジンやスポーツタイプのエンジンは、高回転型のショートストローク型が主流。

量産車にもかかわらず、最高回転9000rpmで売り出した、ホンダS2000のF20Cのピストンスピードは、23.24m/s。2.4L V8で、レブリミットが19000rpmだった時代のF1エンジンのピストンスピードが、約24m/sなので、ほぼF1級。現行(2014年以降)のF1は、1.6リッター V6ターボでレブリミット15000rpmなので、F20Cの方がピストンスピードは速いかも!

でもじつは、同じホンダのB18C(DC2に搭載)のピストンスピードは、8400rpmで23.25m/sと、F20C以上のピストンスピードだった。こちらはボア×ストローク:81.0mm×87.2mmで、ロングストローク型エンジン。

もともとバイクメーカーだったホンダは、ショートストロークの高回転高出力型エンジンがお家芸で、第2期F1の初期、1984年までは、極端なショートストローク型のエンジンの伝統を守っていたが、翌1985年の第5戦からロングストローク化した新型エンジンを投入。シーズン4勝を挙げ、ホンダF1 黄金期の幕開けとなった。

このとき、ホンダのロングストロークエンジンが成功したのは、ターボエンジンだったから。ショートボア×ロングストローク化して、バルブ径が小さくなっても、ターボチャージャーで空気はいくらでも送り込めるので、燃焼効率がよく(燃焼速度が速い)、燃費にも優れたロングストロークエンジンの長所が勝ったため。

ちょっとマニアックかもしれないが、名機のボア×ストローク比を振り返ってみると、特性や長所の活かし方がいろいろあって、各メーカーごとの考え方もわかってくるので、調べてみると面白いのではないだろうか。

(文:藤田竜太)

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