なぜ新型車の小型エンジン

私はインターネット上でいくつかの車を探していました、そして私は新しい車がより小さなエンジンを手に入れることを観察しました。

例えば、私はフォードフォーカスディーゼル1.6、あるいはメルセデスクラッセ2015ディーゼルさえも1.6エンジンを持っているのを見つけました、それは両方とも良いようです。

その理由を教えてください。

小型エンジンは、巨大エンジンと比較して無数の利点をもたらします。 主に燃料効率であり、これもまた排出量につながる。燃やす燃料が少ないほど、エンジンから排出されるガスの量は少なくなります。それだけでなく、体重も考慮する必要があります。より多くの付属品のためのエンジンベイ内のスペースも同様にそれについてエンジニアが楽しむものです。

エンジニアリングが1.4Lで巨大な車を押すことができるようになったので、あなたはもう普通の車で巨大な8気筒エンジンを必要としません。エンジン設計に関するすべてです。あなたは6または8気筒からあなたが得るトルクを得ることはありませんが、ポイントAからポイントBまであなたを連れて行く毎日のドライバーのために。あなたが本当に必要なのはこれだけです。さらに、ますます増え続ける強制誘導（ターボおよびスーパーチャージャ）の実装が正常になるにつれて、馬力およびトルクは、はるかに小さいエンジンでより容易に達成される。私は工場から275馬力の在庫を押し出す小さな2.0Lを見ました。

それは主に燃料消費量と排出量に関係していますが。ちなみに、私はそれを気にしません。技術者にとっては作業がずっと簡単です。

cloudnyn3が言っているように、それはエンジン設計の改善についてのすべてです - 現代の1.4は20年前から2.0と同じぐらい多くの電力を生み出すことができます、しかしはるかに良い燃料消費と排気で他のもののための車の中でより多くのスペース、そしてより良い燃費はあなたが範囲を失うことなく、再びスペースを得ることなく、より小さな燃料タンクを取り付けることができることを意味します。

それらが発明されて以来それらをより小さく、より軽く、より安価に、より強力にそしてより効率的にするという発想以来、内燃機関（ＩＣＥ）の開発には傾向がある。

初期のICEは非常に大規模でしたが、現代のエンジンと比較してもほとんど電力を生み出しませんでした。最初の自動車は、非常に大きく、そしてこれらのエンジンを収容するために十分に頑丈に作られなければなりませんでした。初期の頃は、自動車も非常に高価でした、そして平均的な人はそれらを買うことができなかったでしょう。

1913年10月、Sunbeam Motor Car CompanyのチーフエンジニアであるLouis Coatalenが、ブルックランドの短期および長期のハンディキャップレースでV12車に乗った。エンジンは、80 x 150 mmのボアとストロークで9 L（550 cu in）を変位させた。アルミ製クランクケースは、各側面に沿って3つのシリンダーからなる2つのブロックを60度の挟角で搭載していました。シリンダは鉄製で、L字型の燃焼室を備えた一体型シリンダヘッドを備えていました。吸気バルブと排気バルブは、Vの中央カムシャフトによって操作されていました。バルブクリアランスは、関連する部品を研磨することによって設定されていました。これは、新しいV12を航空エンジンとして使用するというCoatalenの究極の目的であり、飛行中に問題となる可能性のある調整方法は避けなければならないことを示していました。最初に製造された時、V12は2,400 rpmで200 bhp（150 kW）で、重量は約750ポンド（340 kg）でした。エンジンは1913年と1914年にいくつかの記録に車（「Toodles V」（コアターレンの妻オリーブの愛称のために）を動かしました。

https://en.wikipedia.org/wiki/V12_engine#Motor_car_engines

「Toodles V」エンジンは、現代のエンジンよりもはるかに大きく重いものでしたが、その事実にもかかわらず、比較的小型の現代のエンジンと同じぐらいの出力しか生み出しませんでした。初期のエンジニアは、当時のエンジンを小型軽量化することができませんでした。

ヘンリーフォードはこれを劇的に変えるのを助けました。彼はモデルTのために非常に軽量で小型の4気筒エンジンを導入しました。まだ自動車愛好家のために作られた大きくて強力なエンジンがありました、しかしそれは手頃な価格の自動車のための市場を作成しました。

今後数十年の間に、エンジン設計は着実に改良され、それがマッスルカーの時代をもたらしました。自動車レースはますます普及し主流となり、自動車会社はより強力なエンジンを生産するために互いに競い合った。 「日曜日に勝ち、月曜日に売る」のような古い格言があります。現時点では、製造業者が生産できる自動車の種類に関する規制はほとんどありませんでした。車は基本的に死の罠であり、製造業者はそれを知っていたので、何もしないことを選びました。それらの多くは、シートベルトのような基本的な安全機能を欠いていました。燃費への関心もほとんどありませんでした。ガスは安く、そして排出量に関する規制も今日のような燃料効率についての規制もありませんでした。

1960年代後半から、政府は自動車からの排出を制限しようとしました。これは1970年のEPAの創設につながりました。1973年のガス不足とそれに続くガスのコストの上昇もモデル年1974年からマッスルカー時代の終わりをマークした要因となっています。

初めて、製造業者は、米国政府が燃費と排出ガスに関して作成した厳格なガイドラインを満たすことを義務付けられました。問題は、製造業者が新しい厳格な規制をどのように満たすかを知らなかったこと、および準拠するための時間があまり与えられなかったことです。これらの新しい排出ガス規制により、製造業者は触媒コンバーターなどの排出ガス制御装置を追加することを余儀なくされました。 EPAの規制では、1973年にガソリンから鉛添加剤が除去されたため、無鉛ガソリンを処理できるようにエンジン設計が変更されました。

1970年代半ばには、たった100馬力しか生産しなかった大型8気筒エンジンを搭載した多くの自動車が製造されました。 1971年のコルベットは425馬力を持っていたエンジンで提供されました、そして1975年にそれはわずか205馬力を持っていました。基本的な1975年モデルはさらにひどく、165馬力しかなく、これは家族のミニバンが今日持っているのとほぼ同じパワーです。これは大衆の抗議につながり、自動車メーカーは無駄に改善を試みましたが、改善は非常にゆっくりと起こりました。コルベットが前身のマッスルカーと同様の性能を発揮したのは、1990年代後半までではありませんでした。

この頃、日本製の小型で効率的な自動車がアメリカ市場に投入され、好評を博していました。これは最終的に米国の米国の自動車メーカーにとっての支配の喪失につながりました。米国企業は輸入に売り上げを落としていたため、コンパクトカー市場に参入することを余儀なくされました。それ以前は、米国で販売されている外国車はほとんどありませんでした。これらの販売の多くは、Triumph、Alfa Romeo、MGB、Austin-Healey、Jaguar、Porsche、Mercedes-Benz、Lotusなどのヨーロッパの小型スポーツカーに対するものです。

時間が経つにつれて、電子燃料噴射、ターボ充電などの技術によって効率と電力が大幅に向上しました。最新のエンジンの多くは、大量の馬力を供給できますが、それでも燃料を消費します。これらの新しいデザインは非常に効率的なので、ほとんどの車に大型エンジンを搭載する必要はもうありません。

自動車メーカーはいまだにもっと燃費のよい自動車を製造するよう圧力をかけられています。彼らの全体の艦隊全体の平均燃料消費量を制限する規制もあります。彼らは基本的に平均的なMPGを標準に下げるためにすべての電気かハイブリッドカーのどちらかを生産することを余儀なくされています。まだV8とV10が大きい車がありますが、生産量が少ないのは、厳しい規制のためです。

これは効率に帰着します。

それほど前ではないが、自動車は一般に大きくて重かった。車を生産する国のEPAや他の政府機関はより高い燃費を要求しました。これにより、研究開発は2つの分野で推進されました。

• 車両を軽量化することで、エンジンを動かすのに必要なエネルギーが少なくなります。
• エンジンを作ることはより少ない燃料使用でより多くの力を生み出す

最初の項目はこの質問では話題になりませんが、いくつかの理由で車は軽くなりました。基本的な物理学は、パワートレインに関係なく、特定の質量を持つ車両が動くために最小量のエネルギーを必要とするということです。その質量を小さくすると、必要なエネルギーは少なくなります（読み取り：燃料）。

近年、エンジンははるかに強力になり、燃費も良くなりました。いくつかの例を挙げて、これに具体的な番号を付けてみましょう。私は私がよく知っていて以前に研究したことのあるトラックを選びます。

第三世代 シボレーシルバラード （2014+）には2つの主要なエンジンオプションがあります。

• 4.3L V6 - 285馬力
• 5.3L V8 - 355馬力

数年後に第2世代のSilverado（2007-2013）に戻ると、ここ数年でさらにいくつかの選択肢がありますが、ここではより広く製造されているエンジンをいくつか紹介します。

• 4.3L V6 - 195馬力
• 4.8L V8 - 295-302HP
• 5.3L V8 - 315馬力

それは車両の単一世代/反復であり、そして力は全く異なります。より新しいV6は10HPによって、前のV8とほとんど同じくらい多くのHPを生産する。作り出す 同じ変位を持つ以前のV6より90HP以上 。

GMはそれを置く LFXエンジン 2015年と2016年のモデル年のかなりの数の車で。そのパワーは、それがどの車両にあるかによって異なります（エンジンにはメタルブロック以外にもありますが、パワーに影響を与える部分がたくさんあります）。一般に、それらは301から323 HPの間で異なります。この3.6L V6は、上記の前世代のV8よりも強力です。実際、3.6L LFXエンジンは、シルバラードの現行世代の4.3Lよりも15〜35 HPが高くなっています（ただしトルクは小さくなります）。

この答えを長くし過ぎることなく、他のメーカーやエンジン（I4 v V6）を見ると非常に似た結果が得られます。全体的に見て、エンジン効率を改善するための途方もない量の圧力があります。

現代のエンジンは基本的にわずか10年前に製造されたエンジンと比較して余分な2気筒を持っています。変位量が小さいほど、一般的に燃費が向上することを意味し、現代の設計でもより多くの動力が得られます。

新しいI4エンジンは前世代のV6と同じぐらいの電力を生み出すことができ、そうすることでより少ない燃料を使うことができるので、新しい車はより小さなエンジンを持っています。これはEPAを満足させるだけでなく、必要なときに燃料をあまり使わずにまだ十分なパワーを持っているドライバーを満足させます。

^{（注：上記のエンジンオプションのうち、あまり一般的ではないので説明にあまり追加しないものはいくつか省略しました。はい、GMでは6.2L V8を提供しています。質問に答えて）}

ピストン駆動の内燃機関は、シリンダー内の燃料が「強打」したときにのみ電力を発生する不連続な動力源であるため、エンジンからより多くの動力を引き出すには2つの基本的な方法があります。 1）より速く回転させ、単位時間あたりのより多くの強打を与えます。 2）回転速度を遅くしますが、単位時間あたりの衝撃音を増やすためにシリンダーを追加します。

（そう、スーパーチャージャーやターボチャージャー、その他のシステムを追加してシリンダーにもっと多くの燃料と空気を詰め込むことができます。そして複数のポイントのセットをディストリビューターに詰め込んでディストリビューターをもっとゆっくり回転させることができます。議論のために:-)。

今日に戻る（tm）ほとんどのガソリンエンジンはポイントアンドローター式点火システムを使用していました。ローターとディストリビュータとスパークプラグの間のワイヤによって適切なシリンダに配線されています。機械的スイッチは、スイッチが開いたときにコイルを通る電流を遮断することによって火花を発生させた。コイルを流れる電流は磁場を形成させ、電流の遮断は磁場を崩壊させ、それがコイルの中央の鉄棒に誘導電流を生じさせた。販売代理店

ポイントはバネ駆動のメカニカルスイッチであるため、反応速度には限界があります。一般的に（そして私は 非常に 点がある点火システムを使用しているエンジンは、点が開位置に「浮く」ため、そして点が閉じることができなかったため、2500 RPMを超える速度では確実に動作しません。点火火花を生成するためにポイントが開いたときに崩壊するであろう磁場を設定します。はい、あなたはポイントにもっと強いスプリングを使うことができました、しかしこれはディストリビューターの過剰な摩耗のような望まれない問題を引き起こしました。そのため、RPMの絶対的な（ish）上限で、エンジンからより多くのパワーを引き出す唯一の方法は、より多くのシリンダーを追加することでした。そのため、1回転ごとにエンジンからより多くの強打を得ることができました。 4気筒エンジンでは、1回転あたり2つの強打があります。 6つのシリンダー、3つの前髪。 8つのシリンダー、4つの前髪。最大22気筒までの巨大航空機エンジンは1回転あたりさらに多くの強打を与えました。だから、より多くのシリンダー、より多くの力。

世界のほぼすべてのガソリンエンジンに標準装備されている電子点火の世界に参入してください。このシステムは機械的なスイッチを廃止し、事実上「リセット」時間のない全電子機器と交換し、エンジンを作動させることができます。 ずっと もっと早く。今日では、高速で3000RPM以上の4気筒エンジンを運転するのが一般的です - 私のFord Fiestaの小さな4バンガーは65 MPHで約3200RPMになります。同時に、製造業者は、単位排気量当たりのより多くの馬力に寄与するエンジン設計において漸進的な改良を行った。しかし、IMOが小型エンジンの高出力化に貢献した最大の要因は、電子式点火です。これにより、小型エンジンをより高いRPMで動作させることができます。

YMMV :-)

異なる答えは全体的な答えの異なる部分に触れます。あなたが探している根本的な答えは電力密度です：変位の立方インチ（またはリットル）あたりの何馬力（kW、何でも）。

この車を望ましい方法で動かすには、どのくらいの力が必要ですか？車両の重量のかなりの部分がエンジンです。そのため、小型で軽量のエンジンではプッシュする重量が少なくなります。そしてより少ない質量=より少ないガス。 Fordの現在のF-150ラインがスチール製のボディの代わりにアルミニウム製ボディを使用しているのはこのためです。それは軽い、それを動かすのに必要な電力が少なくてすみます。

@Bob Jarvisが指摘しているように、電子式点火は、古いポイント/コイル/ディストリビュータシステムとは対照的に、高回転を実行しながら点火タイミングを維持する能力を提供します。確かに、それは範囲全体にわたってより正確なタイミングを提供します。そしてより正確なタイミングはより高い電力密度をもたらす。

燃料噴射は、はるかに正確な燃料混合を可能にします。これにより、そしてより正確なタイミングで、より高い圧縮比を使用することができます（キャブレター1981年オムニのために8：1、ティーンエイジャーとして運転した1998：ガソリン）。より高い圧縮比は、より高い熱密度と同様に、より高い電力密度を可能にする。

ガソリン直接噴射はあなたが使うことができる圧縮率をさらに高めることができます。ガソリンはシリンダーに直接噴射され、シリンダー内の空気だけを冷却します。ポート噴射はインテークマニホールドにスプレーし、その過程でインテークバルブとマニホールドを冷却します。冷たい空気は、自己着火（ノック）を引き起こし始める前に、より多くの圧縮を処理できます。

ターボとスーパーチャージャーはあなたが与えられた排気量に大量の空気（そして燃料）を絞り込むことを可能にします、それがあなたのエンジンがそれがはるかに多くの排気量を持っているように実行することを可能にします。そうするとき、それはより多くの燃料を燃やすだろう。これにより、「オンデマンド」の電力が供給されます。それはあなたの "オンデマンド"パワー密度を本当に高くすることができます。望ましいレベルの出力を達成するために、より多くのシリンダーまたは変位が必要とされないほど十分に高い。あなたはいつもそのスロットル設定で走りたくありません、しかし、あなたがそれを必要とするとき、それはそこにあります。

可変バルブタイミングにより、単純なOtto Cycleの代わりにAtkinson / Miller Cycleを実行できます。これは、「基本」の電力密度と「オンデマンド」の電力密度をさらに分けるので、電力密度の向上にはそれほど役立ちません。あなたがそれほど頻繁に電力を要求していないのであれば、これはあなたの燃費をさらに向上させるでしょう。しかし、それは完全なOtto Cycleに戻ることができ、必要に応じてあなたの最大の "オンデマンド"電力設定に戻ることができます。

その結果、これらの小さなトリックはすべて、1立方インチ（リットル）の排水量からより多くの電力を引き出すことができます。そして、より広い範囲の電力設定を提供し、より低い電力設定ではマイル（または希望するならkm）あたりの燃料消費量を大幅に削減します（そして排出ガスを大幅に削減）。

フォードのエコブーストエンジンラインは上記のすべてを使います。結果として、彼らは急速にV8をV6に、そしてV6をI4に置き換えています。 @Gusdorは、彼のFiestaに1リットルのエンジンについて言及しています。確かにそれは3気筒のエコブーストエンジンです。結果として得られるエンジンが長期にわたって信頼性が高いかどうかは、未解決の問題です。ターボ、特に高回転ガソリン（ガソリン）エンジンでは、過去においてそれほど信頼できない傾向がありました。これらのエンジンは十分に新しいので、まだ長期間のデータはありません。問題が解決している可能性があります。言うには早すぎます。

数年前、すべてが絶賛されたのはマッスルカーでした。急加速、大音量のエンジン、そしてパワーがすべてのスタイルでした。しかし、長年にわたり、EPAや他のさまざまな機関は、排出量の削減を推進してきました（環境保護）。その結果、自動車メーカーは、一酸化炭素、窒素酸化物、および炭化水素を最小限に抑えることを目標に、自動車の製造を開始しました。明らかに、エンジンが小さければ小さいほど、排出量は少なくなります。

さらに、マッスルカーの流行は、大部分、高級モーターのモードへの場所を与えられています。それはより小さなモーターでより多くの機能で設計することができます。したがって、クライアントは満足しています、製造業者は満足しています、EPAは満足しています、そしてcloudnyn3が言ったように、力学はまた満足しています。

実際には、この傾向が逆転する可能性があります。小型エンジンは、あらゆる有効出力を生み出すためにワイドオープンスロットル（WOT）で作動する必要があります。WOT濃縮は燃費を低下させるでしょう。ガソリン直接注射のような技術は、微粒子が製造されることを意味し、微粒子フィルタは多大な費用がかかります（しかし、肺がんはより罹患した人々にとってより高価です）。ターボチャージャーは壊れやすい部品であり、その最後の年を含む自動車の全寿命の間、全体的な負担になる可能性があります。また、エンジン運転サイクル（アトキンソンサイクル）の改善は、エネルギー効率は上がるが、体積効率は実際には下がる可能性があることを意味する。アトキンソンサイクルはもともとハイブリッドで使用されていましたが、広い可変バルブタイミング技術により、アトキンソンサイクルは非ハイブリッドでも使用されています。

たとえば、私の1989年のOpel Vectraを考えてみましょう。 115hp 2.0リットルC20NEエンジン。今現代の同等物を考慮しなさい：トヨタプリウス。 98馬力の出力を持つ1.8リットル2ZR-FXEエンジン、電気ブーストがいくらかの追加量の電力を生み出すので、全体的にそれらの自動車はほぼ同等に強力で、そして同等に速いスピードで加速する。 2.0リットルから1.8リットルまで大した変化はありません。

はい、ダウンサイジングとターボチャージャーの傾向がありましたが、傾向は逆転しているようです。例えば、以前は1.33リットルの自然吸気エンジンを使用していたトヨタヤリスは、ヨーロッパ市場でその非ハイブリッド構成の1.5リットルエンジンに移行しています。ハイブリッドは常に１．５リットルのエンジンを使った（１．５リットルの非ハイブリッドとは若干異なる）。私はまた1.5リットルエンジンが北米市場でずっと提供されていたことをまた理解する。

それで、電気自動車が最終的に液体燃料自動車に取って代わる前に、最終的な結論を出さないでください。恐ろしい恐竜（*）を走らせる最後の液体燃料自動車は、ターボチャージなしでアトキンソンサイクルエンジンを使うだろう、それはエンジンのサイズがそれが古い車であったのとほぼ同じであることを意味する。

私？私は2.0リットル（1989年のオペルベクトラ）から1.33リットル（2011年トヨタヤリス）を経て2.5リットル（2016年トヨタRAV4ハイブリッド）へと移動しましたが、同時に車のサイズ、価格、重量、そして性能も考慮してわずかに上に移動しました。

（*）：はい、石油は実際には死んだ恐竜からのものではないことを知っています...