質問: エンジンと排気量の関係 一般的に小排気量→大排気量になるに従い、直4<v6<v8<v10と変わっていくと思うんですが、こういうふうにエンジンが変わるにつれてエンジン重量、つまりは車体も重くなっていくんでしょうか。 直4エンジンですべての排気量、例えば5リッターなどの大排気量までもカバーすることはできないんですか? 最近のlサイズセダンは車両重量が1600キロ前後はあるようで昔の車に比べて重過ぎるように思います。
回答: 御質問の内容がイマイチ理解出来ませんでしたが・・・ 若干の例外はありますが、傾向としては・・・ 1)エンジン排気量が大きくなると、エンジン重量は重くなります。 2)同一排気量で気筒数が多くなると、エンジン重量は重くなります。 ・・・となりますが、但し、 >エンジン重量、つまりは車体も重くなっていくんでしょうか。 エンジン重量と車体重量には『つまり・・・』という言葉で結び付けられるほど密接な関係はありません。 ※エンジン単体重量は、例えば2000ccターボなしの場合、現在では6気筒で150kgfをラクに切ります。4気筒だと120~130kgf程度でしょうか? このンジンエ重量、実はオトナの男性2名分+アルファ程度ですね。3名載るとエンジン重量を超えてしまいます。 クルマの重量を考える場合、空車(乗員も荷物も載っていない状態)での重量や重量配分を比較するのは全く意味がないので(空車状態では走行出来ないから)、ヒトが乗った状態を考えますとエンジン重量は車両全体重量の10%前後という事になり、エンジン単体重量が20~30kgf増減しても、車両全体重量への寄与度はそれほど高くありません。 ※20年前のクルマより現在のクルマは驚くほど重くなりましたが、逆にエンジンは当時より10~20%程度軽量に作ることが出来る様になっています。(現在のクルマが重くなっている主な理由は、衝突安全性に係る車体の補強の為です。) 斯様な点を見ても、エンジン重量が車体全体重量にはそれほど寄与していないことが判ります。 >直4エンジンですべての排気量、例えば5リッターなどの大排気量までもカバーすることはできないんですか? 歴史上の自動車用エンジンでは、最大サイズの4気筒は28リットルを超えています(つまり1気筒当たり7リッター超!)。これは船舶用や鉄道用のエンジンをクルマに転用したという話しでは無く、純粋にクルマ用として設計されたエンジンです。(ちなみに、メーカはイタリアのフィアット社です。) ただ、エンジンの馬力密度(やさしく言い換えると、エンジン重量1kgf当たりどれだけの馬力が出せるか?ということ)を考えると、ある程度は高回転で回す必要があり、そうなると1気筒部分が大きく重いエンジンを高回転で回すのは難しくなります。(上述しましたフィアットのエンジンでは、レッドゾーンは1500rpmという超低回転でした。今日で言うと、バスやトラックの巨大なディーゼルエンジンより更に低い回転数です。) 重たいピストンだと激しく上下に動かし難い、というのは概念的にお判りになるでしょうが、そのほか4気筒エンジンでは致命的と言える欠点があります。 回転体は、完全な円盤形状でない限り、理論的に1回転当たりn回の振動を伴うことになりますが(これを回転n次振動といいます)、4気筒エンジンでは、構造上振動が大きく出る回転2次のバランスを完全に取ることが出来ません。 つまり、4気筒エンジンで高回転まで回そうとする場合、振動は消せないので1回の爆発力をなるべく小さくして振動の大きさそのものを小さくする必要があり、1気筒当たりのピストンの大きさ(=爆発力の大きさ)に制約を受けます。 この為、4気筒ではあまり大きな排気量のエンジンが生き残っていないという事になってしまっています。 一つ可能性があるとすると、我が国の三菱自動車が特許を持つ『カウンターシャフト』という技術があります。これはかつてポルシェも4気筒エンジンに採用していましたが、クランクシャフトと逆回転するバランスシャフトで振動を打ち消す、というモノです。 この理論を応用すれば、相当大きな4気筒も作れそうですが(ポルシェ968の4気筒は3リッターでした)、実際はピストンが大きくなるとカウンターシャフトを重くするかより高回転で回すことになり、相対的に動力機関としての効率が低下します。 やはりポルシェの3リッター辺りが4気筒エンジンの限界なんではないか?という気もします。 >最近のlサイズセダンは車両重量が1600キロ前後はあるようで昔の車に比べて重過ぎるように思います。 上述しました様に、最近のクルマはエンジンが重いから車両全体が重くなっているワケではありません。 また、これも上述しましたが、4気筒エンジンの2次振動は完全には取りきれないので、比較的高級なクルマでは4気筒が敬遠される理由にもなっています。(かつてイギリスでは、1100ccでも直列6気筒というエンジンが流行った時代もありました。これは性能や重量以前に、直6の上品な振動が好まれたから、でした。) 尚、ついでに。 2次振動の完全バランスが取れるのは120degクランクを持つ直6だけで、v6では2次バランスは取れますが、今度はエンジンを上から見て『ミソすり』運動が起こり、直6の様に上品には回ってくれません。bmwが直6に拘る最大の理由がコレですが・・・故に、上品な振動で高回転まで回したい、しかしトルクも上げたいので排気量も大きくしたい、と考えた場合、1気筒当たりの排気量を大きくするのも限界があるので、すると自動的に直6の倍数、即ち12気筒となるワケです。(いくらターボをつけて馬力を上げても、ニッサンやポルシェではエンジンの『官能性能』の面でフェラーリやランボルギーニを凌駕出来ない最大の理由でもあります。)