ロングストロークは何故トルクが大きくなるのですか

質問

同じ排気量でロングストローク化すればクランクシャフトの構造上トルクが大きくなるのは当然だと言いますが・・・
でも同じ排気量なら仮にストロークを倍にした場合はピストンの面積が半分になる訳で爆発を受け止める力も半分になり結局全体としてトルクは変わらない気がするのですがこの考えのどこに落とし穴が有るのでしょうか？

スバルの水平対向エンジンがロングストローク化されて低速トルクが大幅に増えたと聞きましたので疑問が湧きました。

回答No.4

nekoppe · ベストアンサー

参考図右のショートストロークではピストン・ピストンピン・コンロッドが大きくなり、ピストンとシリンダの摩擦面積も増えているように見えますが、これはロングストロークと同じとして、ロングストロークは、
１．燃焼室表面積が少ない＝熱が逃げにくい＝効率向上
２．燃焼室が狭い＝火炎伝播距離が短い＝燃焼が短時間で完了＝効率向上
３．未燃ガスが少ない：燃焼室表面近くは未燃ガスが残りますが、表面積が少なければ未燃ガスも少なく効率向上となります。

簡単に言えば、ロングストローク＝コンパクト燃焼室＝高効率、という事になります。「トルク増」という表現ではなく「効率向上」の方が適切だと思います。

お礼

詳しい図解ありがとうございます。
なるほど上死点近辺での燃焼室の表面積に大きな差が出ますね、よくわかります。
特に低回転時にはこの差が大きく現れる訳ですね。

今回は分かりやすい説明ありがとうございました。

回答No.5

fxq11011

落とし穴と言えば、「爆発を受け止める力も半分」、正確には「爆発を受け止める面積も半分」。
単位面積当たりに受ける力が同じなら、確かに瞬間に受ける力は半分ですね、でも回転数が同じならその力を受ける距離が倍ですね（クランクシャフトでトルクが倍になり、同じになります）。
問題は、単位面積当たりに受ける力が同じ、という前提が正しいのか？だと思います。

お礼

確かに燃焼状態が違えば爆発圧力がピストンの面積に比例するとは言いきれませんから仰る事は分かります。
今回は有りがとうございました。

回答No.3

gorisansei

ショートストロークではボアが大きく取れるのでバルブを大きくすることができ、高回転ではスムーズな吸排気でパワーが出ますが、低回転ではバルブの縁を流れるガスの流速が遅くなり、ガスと空気があまりよく混ざりません。
よってロングストロークは低回転型、ショートストロークは高回転型

ショートストロークではピストンの移動距離が短いのでピストンが吸気管から空気を引き込む時間が短く、吸気管を流れる空気があまり加速しません。
ロングストロークであれば低回転時でも空気を引き込む時間が長く、吸気管を流れる空気が十分に加速され、ピストンが上死点を過ぎても空気がシリンダーに入ろうとします。
それによって低回転時でのシリンダーへの充填効率が上がって低速トルクが向上します。

エンジンの中を流れる空気は均一なように見えても「脈動」です。圧力が高い所と低い所があります。
そして空気には重さがあるので慣性も働きます。

お礼

詳しい回答ありがとうございます。
要するにショートストロークは大きなバルブを付けられるメリットと交換に低速時に混合気の混ざり具合がうまくいかないので燃焼効率が悪く結果低速トルクが小さくなる、と言う事でしょうか。

ただショートストロークは吸気時間が短いというのは理解できません。
どちらも一回転する時間内に起きる現象ですから吸気の時間に差はないものと思われますが・・・・

このたびはありがとうございました。

回答No.2

oo14

内燃機関工学とか勉強してないし、熱力は自慢ではないですが不得意なので
理論的なことはよくわかりませんが。エンジンの気持ちにはなれるので、
感覚的にはよくわかります。
スクエアエンジンはボアとストロークが一緒のもので、
それ以上ストロークが長いものをロングストローク、
短いものをショートストロークというのが本来の分類です。
まず、混合気体をしっかり吸い込んで、しっかり燃やすので
ピストンを押し出す力を有効に利用できます。
排気も確実に行えます。
つまりガソリンの利用効率がよいのです。
乗っていてもロングストロークのほうが
楽しいですね。
一発一発が肌で感じられるし、押し出し感がたまりません。
エンストもエンジンが粘るのでしにくいです。

車のボクサーはスペースがないのでどうしてもショートストロークになりがちですが、
飛行機のように空冷で定速で運用する場合はロングストロークが有利でしょうね。

お礼

丁寧な回答ありがとうございます。
確かにロングストロークはドンドンと押し出すような感じは有りますね。
と言う事はロングストロークはトルクの脈動が大きく不快とも解釈できなくはないと思いますが如何でしょう。対してショートストロークはなめらかに気持ちよく高回転まで回ると言うイメージが有ります。

回答No.1

Lupinus2

ロングストロークになるとクランクシャフトの中心からビックエンドまでの距離が長くなるので、トルクが増すというのはよくある間違いです。
排気量が同じならばピストン面積が減る＝圧力を受ける面積が減るので、机上の計算では変わりません。

ロングストロークだとトルク（中低速トルク）が増えると考えるより、
ショートストロークだと中低速トルクが減ると考えたほうが、判りやすいです。

ショートストロークだと、圧縮比を高めるためには燃焼室形状を平べったくする必要があります。
そうすると表面積が増えるので、燃焼熱が逃げて行き熱効率が落ちます。
燃焼室形状を最適に保ったまま圧縮比を高めるには、ロングストロークの方が設計しやすく好都合なのです。
高回転化による高出力を得るには、回転を上げやすいショートストロークの方が有利ですが、
高回転を重視しないのであれば、適度にロングストロークの方が熱効率を上げられる＝トルク化に有利ということです。

お礼

詳しい説明ありがとうございます。
謎が解けました。
ショートストロークの場合シリンダー径が大きくなり点火時の燃焼室の壁面が広いので熱が逃げやすく結果燃焼温度が上がりにくく爆発圧力が弱くなる、と言う事でよろしいでしょうか。