【GTエンジン関連】名作レースゲーム「グランツーリスモ攻略：車の基本性能」エンジン関連(シリンダー配置/バルブ駆動方式/過給器/ロータリー)についてご紹介

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今回は、名作レースゲーム「グランツーリスモ攻略：車の基本性能」エンジン関連(シリンダー配置/バルブ駆動方式/過給器/ロータリー)についてご紹介します。

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グランツーリスモシリーズ関連攻略ページをご紹介します。

エンジン関連(シリンダー配置/バルブ駆動方式/過給器/ロータリー)についてご紹介します。

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名作レースゲーム「グランツーリスモ攻略：車の基本性能」エンジンの構造/原理とシリンダー配置についてご紹介します。

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クルマの構成部品の中で、もっとも大きな役割を担うエンジン。そのメカニズムを把握することが、正しい操作に結びつき結果的に性能を100%発揮させることに繋がる。

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ほとんどのガソリンエンジン車は4サイクルのレシプロエンジンを搭載している。レシプロエンジンにはシリンダーがあり、シリンダーの中をピストンが往復運動することで動力を生み出す。4サイクルとはその往復運動が、吸入圧縮燃焼-排気という4つに分けられるために付いた呼称だ。

4サイクルエンジンの動作について説明しよう。まずピストンがシリンダー上死点に届くわずか前に吸気バルブが開く。上死点に達したピストンが下がり始めるとシリンダー内部の圧力が低下するため、開いた吸気バルブから空気とガソリンの混合気が吸い込まれる。

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ピストンが一番下まで下がると吸気行程は終了し、圧縮行程へ進む。すべてのバルブが閉じたシリンダーの中で、ピストンが混合気を圧縮していく。

混合気を圧縮したピストンが頂点を少し過ぎたところで点火プラグが着火を行う。これが燃焼だ。この時ガソリンエンジンのシリンダー内部は2000°C、200気圧にも達する。その高温高圧のエネルギーがピストンを押し下げ、クランクシャフトを回すことで回転エネルギーが生まれる。

ピストンが下に着くと排気バルブが開けられ排気行程となる。ここではピストンが押し出すというよりは、排気ガスは自らの高温高圧のエネルギーによって、排気バルブから飛び出していく。そして再びピストンが頂点へ来ると吸気バルブが開けられることで、再び吸気行程へと戻る。

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この行程を通して4サイクルエンジンは、アイドリング状態でも1分間に数百回、全開状態になると1分間に数千回というスピードでクランクシャフトを回して、パワーを生み出し続けるのである。

シリンダー配置の種類についてご紹介します。

複数のシリンダーを一列に配置。バルブの開閉を管理するカムシャフト、シリンダーで生まれた動力を回転運動にして取り出すクランクシャフトをすべてのシリンダーで共有し、シリンダーブロックも一体化できるため、構造がシンプルで比較的軽量にできるのがメリット。ただし気筒数が多くなると長くなりスペース的に不利が生じる。

シリンダーを左右交互にV字型にレイアウト。クランクシャフトの長さを短くでき、多気筒でもエンジン自体のサイズをコンパクトにできるのが利点。気筒数にかかわらず振動が少なく、短いシリンダーブロックやクランクシャフトは剛性にも優れる。

シリンダーを左右交互に水平に配置した型式。クランクシャフトを中心にシリンダーが左右に向かい合い、対向したピストンが左右対称の動きをする様子が、ボクシングでのパンチの打ち合いに似ているところから「ボクサーエンジン」とも呼ばれる。エンジン高が低いため低重心化にもメリットがある。

本来、1本のクランクシャフトに対して3列のシリンダーを扇状に配置したエンジンのことをいうが、現在では、狭角のV型エンジンを2つ組み合わせたものもW型と呼ぶ。横幅はV型よりも広くなるが、12気筒以上の多気筒では、クランクシャフト長(=エンジン長)を短縮するメリットのほうが大きい。

名作レースゲーム「グランツーリスモ攻略：車の基本性能」バルブ駆動方式(DOHC/SOHC/OHV)についてご紹介します。

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4サイクルエンジンには、吸気行程で開いて外部から混合気を導く吸気バルブと、排気行程で開いて燃焼ガスを外部に送り出す排気バルブがある。

バルブはシリンダーヘッドに設けられ、燃焼室と外部をタイミングよく遮断したり繋いだりする弁の役割を果たす。

現代のエンジンではカムシャフトがエンジンの上部に配置されるのが一般的で、より正確なバルブ駆動を実現している。バルブの数は吸気2、排気2の4バルブがほとんどだが、低回転域での燃焼効率を追求した吸気1、排気1の2バルブも今後復活していくことだろう。

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最近のトレンドとしては「可変バルブタイミング機構が」ある。もともとは低回転域と高回転域でバルブタイミングを切り替えるものであったが、その後エンジン回転によってバルブタイミングとリフト量を連続的に可変できるものへと進化した。

さらにBMWのバルブトロニックが口火を切った最新の可変バルブ機構では、スロットルバルブを使わずに出力調整を行い、より効率を高めることにも成功している。

DOHCとは「ダブルオーバーヘッド・カムシャフト」の略称で、カムシャフトを2本にして吸気側と排気側のバルブを別々に駆動する方式。

カムの負担が減るためバルブの開閉をより確実に行えるようになるほか、バルブ周りの動弁系重量(=慣性)を軽減することが可能で高回転、高出力を得やすい。ほとんどの高性能エンジンで採用されている。

シリンダーヘッドに1本のカムシャフトを設けた方式が「シングル・オーバー・ヘッドカムシャフト」。燃焼室形状によってカムシャフトがバルブを直接駆動させるものと、カムシャフトからロッカーアームというシーソーのような部品を介してバルブを駆動するものがある。

OHVに比べるとバルブ追従性が高まり高回転化が可能になる。DOHCに比べるとバルブ追従性で不利と言われるがSOHCにも高回転型エンジンは存在するため一概に劣るとは言えない。

「頭上弁式」とも呼ばれる「オーバー・ヘッド・バルブ」は、その名のとおり、バルブ機構をシリンダーヘッド上に設けた型式だ。

「SOHC」「DOHC」との違いは、カムシャフトが頭上ではなくシリンダー横にあり、ここからプッシュロッドという長い棒とロッカーアームを介してバルブを駆動する点。

構造がシンプルで整備性に優れる反面、高回転でのバルブ追従性は思わしくなく、高出力化には不向きとされる。

「グランツーリスモ攻略：車の基本性能」過給器（スーパーチャージャー/ターボチャージャー）についてご紹介します。

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エンジンは多くの空気を吸い込むことができれば、その分だけパワーアップが可能になる。もっとも単純な方法は排気量を拡大することだ。

しかし排気量を変えずに排気量を拡大したような効果を生み出せるものがある。それが過給器だ。大別するとスーパーチャージャーとターボチャージャーがあるが、どちらも吸気をエンジンに押し込む(これを過給という)ことで、排気量拡大と同じ効果を実現するわけだ。

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空気を圧縮する際の圧力は過給圧は「ブースト圧」と呼ばれ、過給圧を上げるほど引き出されるパワーも大きくなる。

大気圧が1気圧のときこれを1bar、または1kg/cm2という単位で表す。過給圧が1barだとすると、大気圧と合わせて2bar、つまり2倍の空気がエンジンに入っていることになる。

過給器のデメリットとしては、過給圧を上げるにつれて燃焼エネルギーが高まり、エンジンへのダメージが大きくなること。異常燃焼が発生することなどがあげられる。

このため過給器付きエンジンではエンジン内部のパーツの強度を高めたり、圧縮比を低めて異常燃焼を抑えるといった対策が施される場合が多い。

また空気は圧縮することで熱を帯びて密度が低下する。高負荷運転や夏期にはいっそうその傾向が強まり、燃焼させても大きな爆発力(=出力)が得られなくなる。「吸気温度が1度上昇すると約1ps損失する」とも言われ、圧縮空気をクールダウンするためのインタークーラーの装着はもはや常識となっている。

スーパーチャージャー | おもちゃホビー | 中古・新品通販の駿河屋

「ターボチャージャー」は排気エネルギーで過給器を差動させるため、ブースト圧が発生するまでに時間的な遅れ(タイムラグ)が生じる。

一方、エンジンのクランクシャフトを動力源とする「スーパーチャージャー」はタイムラグとは無縁だが、エンジン自体のパワーを幾分失わせてしまうというデメリットがある。

最近では低回転では「スーパーチャージャー」、高回転で「ターボ」といったふうに両者を組み合わせて、互いのメリットを高めた過給器エンジンも脚光を集めている。

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エンジンの出力軸からベルトなどを介して取り出した動力によって圧縮機(コンプレッサー)を駆動、空気を圧縮してエンジンに供給するのがスーパーチャージャー。

コンプレッサーの動力にクランクシャフトの回転を用いているためターボチャージャーとは対照的に「低回転域での過給効果が大きい」「アクセルレスポンスに優れる」といったメリットを持つ。また、オートマチックトランスミッションと組み合わせた際の相性もよい。

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下記の図は、「ルーツブロワー型」と呼ばれるものだがこれ以外にも「リショルムコンプレッサー型」や「スクロール型」など複数のタイプがある。

ターボはタービンを意味し、通常はマフラーを通過して放出される排気ガスの圧力を利用してタービンを回して駆動する過給器のことだ。

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排気ガスのエネルギーを使うので、スーパーチャージャーのような高回転域での駆動ロスの増大はない。その代わりに排気ガスのエネルギーが低い、低回転域などではタービンを回せず、そこから加速しようとしてもタービンの回転が高まるまで時間が必要になる。

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これがいわゆるターボラグの原因だ。それを克服するために、さまざまなシステムが考えられており、まだまだ進化を続けている。ヨーロッパではターボを使うことで燃費を高めたダウンサイジングエンジンが、続々と登場してきている。

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「グランツーリスモ攻略：車の基本性能」ロータリーエンジンについてご紹介します。

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ロータリーエンジンもレシプロエンジンと同じように、吸入空気を吸い込み、圧縮して燃焼、そして排気という行程を繰り返すことで回転エネルギーを得る。ただしその行程はレシプロと根本的に異なっている

ロータリーエンジンにはシリンダーの代わりにローターハウジングという繭形の空間があり、そこに三角おにぎりの形をしたローターが組み込んである。

このローターが偏心して回転することでローターとローターハウジングの間にできる空間の大きさが変化し、ここで圧縮、燃焼、排気といった行程を行う。通常1機のロータリーエンジンにはこのローターハウジングが2つ、あるいは3つ組み合わされている。

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ロータリーエンジンの動作をご紹介します。

通常のエンジンでは複数のピストンが往復運動するため力の制御が難しく、それが振動や音を生み出す原因になる。しかしロータリーエンジンは原理的に回転運動であるため、スムーズで滑らかなフィーリングが得られる。

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バルブ系も持たないので部品点数が大幅に軽減できる点も美点だ。最近ではレシプロエンジンが軽量化してきたため、かつてのように軽さをアピールすることは難しいが、コンパクトであることは間違いない。

ロータリーの吸排気のタイミングは、ローターハウジングの壁面や側面に設けられたポート(混合気の通り道)の形状で決まる。ロータリーエンジンの吸排気チューニングは、そのポートの位置と形状を変えることで対応することになる。

またロータリーエンジンには排気バルブが存在しないため、排気エネルギーをダイレクトに排気ポートへ排出できることから、ターボチャージャーとの相性に優れているのも特長だ。

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一方ロータリーエンジンはレシプロに比べて燃費の面で不利だと言われる。これは燃焼室の容積に対して表面積の割合が大きいため、熱が逃げてしまい、回転エネルギーへと変化する割合が低いためだ。

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