V型8気筒
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V型8気筒（ - がたはちきとう）はピストン式内燃機関（レシプロエンジン）の形式の一つで、直列4シリンダー2組がV字様に配置されているV型エンジンの一種である。V8と略されることが多い。
多気筒レシプロエンジンとして広く用いられるエンジン形式の一つであり、自動車用としては特に大排気量車の多かったアメリカ合衆国で発達してきた。現代では大型乗用車用のエンジンとして普及している。
目次 |
[編集] 概説
[編集] V8エンジンのクランクシャフト
クランクシャフトの形式によりV8エンジンは2種類に分けられる。
- クロスプレーンは通常の乗用車に用いられる。クランクピンが90度で交差しているためにクランクシャフト末端から見ると十字に見える。クロスプレーンは振動バランスは良いが非常に重いカウンターウェイトが必要になる。そのために高回転化、レスポンスの点では不利となる。クロスプレーンのV8は全体でみると燃焼間隔は等間隔であるが片方のバンクで見るとが等間隔でないために2つのバンク間の排気系を繋げる必要が生じる。このことはレーシングカーにとっては問題となる。
- フラットプレーンのV8は180度のクランクピンを持つ。フラットプレーンでは振動はバランスしないためにバランサーシャフトなしでは非常に激しい振動をともなう。一方でカウンターウェイトを必要としないために重量が軽くクランクシャフトの慣性も小さいためにより高回転とすみやかな加速が可能となる。
クロスプレーンの設計は単純でないことは明白である。このために初期のV8はフラットプレーンで設計された。1915年、クロスプレーンは全米自動車工業会で提案されたが、生産に至るまでは8年の歳月を要した。キャディラックとPeerless(元キャディラックの数学者)は同時にクロスプレーンのV8を同時に特許を出願し、2人はその特許を共有することに同意した。1923年にキャディラックは「Compensated Crankshaft」V8エンジンを導入し、1924年11月にPeerlessから「Equipoised Eight」が現れた。
[編集] V8エンジンのバンク角
最も一般的なものは90°である。左右のバンクでクランクピンを共通化した上で、燃焼間隔も等間隔に出来るためにほとんどのV8エンジンで用いられる。一方で90°よりも狭いバンク角も用いられることがある。狭いバンク角はエンジンのコンパクト化に寄与するためにレーシングカーや横置きエンジン車に用いられることがある。レーシングエンジンが出自のTVRのAJP8や、ヤマハ製でフォードグループで使われるエンジンなどに見られる。
[編集] 乗用車用V8エンジンの歴史
[編集] V8の黎明期
19世紀末期に始まる自動車用ガソリンエンジン発達の初期過程では、高速化と大排気量化を両立させる目的から、当初の単気筒から2気筒、4気筒と気筒数が増加し、1900年代初頭には直列6気筒までが出現した。
しかしこの頃から長すぎるクランクシャフトが、生産時の加工精度と搭載スペースの確保、高速回転時の振動などに制約を及ぼすことは認識されていた。1900年代の初期6気筒エンジンには、クランクシャフト剛性の低さや加工精度の悪さによって、所期の性能を得られないものも多かったのである。従ってこれ以上の多気筒化はしばらく停滞した。
クランクシャフトを短縮できるV型配置として8気筒エンジンを実現する発想は、既に1905年にロールス・ロイスが試作車「レガリミット」で試みている。レガリミットはロンドン市内のタクシー用に開発されたもので、変速頻度を極力少なく済ませるため低速高トルク特性を持たせ、なおかつコンパクトに作られたV型8気筒エンジンを、車体床下に押し込んだアンダーフロアレイアウトを採っていた。しかしこの奇異な設計の試作車は、市場調査の結果需要が見込めないと判断され、生産化されなかった。
市販乗用車でV型8気筒を採用した最初は、フランスのド・ディオン・ブートンで、1909年のことであった。だがそのエンジンは加工精度や吸排気系統の設計に難のある不出来なエンジンで、6リッターの排気量がありながら、当時としてもさして高出力とは言えない50HPを発生するに過ぎなかった。V型8気筒は、直列4気筒2セットで1本のクランクを共用するレイアウトであり、両バンク相互間のバランスやフリクション抑制の見地からも、ブロックの加工精度では直列6気筒エンジンをも上回る水準を要求されるのである。
[編集] キャディラックV8
実用水準に達したV型8気筒エンジンの最初は、アメリカのキャディラック1914年型である。当時の高級車で主流であった直列6気筒に対抗する見地から、エンジンの多気筒化による低振動・高回転化と、エンジン自体のコンパクト化を両立させる目的で導入されたものであった。
1910年頃のキャディラックは高級車ながら4気筒エンジン車で、競合他社の6気筒化に乗り遅れていた。このためキャディラック社内では6気筒エンジン開発案が取りざたされていたが、創業者ヘンリー・リーランドの息子で経営幹部であったウィルフレッド・リーランドが前述のようなV型8気筒のメリットを主張し、ヘンリー・リーランドがこれを容れたことで開発されたものである。
ド・ディオンのV8エンジン、そしてホール・スコット社の航空用V8エンジンが開発の参考にされた。その結果開発されたキャディラックのサイドバルブV8は、高い加工精度と吸排気系統の適切な設計によって、5.2リッターで70HPという当時としては優秀な性能を発揮、回転もスムーズな高級車向けエンジンとなった。V8はキャディラックの世評を高め、大きな商業的成功を収めることになる。キャディラックがもともと精密工作技術に優れたメーカーであったことが、このV8エンジンの成功の背景になっている。
これに対抗する形でパッカードは1915年に「ツインシックス」と称するV型12気筒エンジンを開発、更に他社からもV8、V12が輩出し、ついにはV16まで出現するなど、アメリカの高級車業界においては1920年代以降、多気筒V型エンジンが一時隆盛を極めた。しかし当時の自動車ではボンネット短縮の必要性が必ずしも強くなく、クランクシャフトは長くなるがより製造しやすい直列8気筒も、1920年代後半以降の高級車で広く使われた。
[編集] アーリー・フォードV8
V型8気筒がアメリカで大衆車にまで普及するきっかけとなったのは、1932年にフォードがV8を導入したことであった。これはトヨタが1980年代初頭に量販型大衆車にDOHCエンジンを大挙搭載したことと並んで、自動車史に残る壮挙の一つと言える。
初期のアメリカ製大衆車が直列4気筒を主流とする中で、1920年代後半以降、シボレーやエセックスが中級車並みの直列6気筒を導入してユーザーにアピールすると、フォード社創業者のヘンリー・フォードはこれに対抗するため、高級車向けのエンジンレイアウトであるV8をフォードに導入することを決意する。これにはキャディラックやリンカーンの強力かつ洗練されたV型8気筒エンジンに対する、ヘンリー・フォードの強い憧憬が背景にあったと指摘されている。
フォードの第一世代V8エンジンであるこのブロック・クランクケース一体型の3.6Lサイドバルブは、後続のV8エンジンにも強い影響を与えた傑作で、一般に「アーリー・フォードV8」と呼ばれている。
その優れていた点は、大衆車用に量産されることを十分に念頭に置いて企画・設計された点であった。元々フォード社のエンジンブロック鋳造技術の水準は高かったが、さらに複雑なV8エンジン用エンジンブロックを一括加工できる効率的なトランスファーマシンの導入を図るなど、生産過程に根本的な改良が施された。この結果、フォードV8のエンジンブロック加工コストは従来のフォード直列4気筒より低くなったという。さらにのちにはクランクシャフトにダクタイル鋳鉄を用いることで、削り出しや鍛造でなく、鋳造によって低コストなV8用クランクシャフト生産を実現したことも、技術面の見逃せないブレイクスルーであった。
6気筒よりも軽快に吹け上がり、パワーのある点は歓迎されたが、初期のフォードV8はオーバーヒートしやすいなどのトラブルも少なくなく、冷却対策や加工精度向上で性能が安定したのは1930年代後半以降である。1932年の初期形の65HPが、1937年には同じ排気量で85HPまで出力増大したのが、性能向上ぶりを如実に現している。
フォードは1935年にはアメリカ本国モデルへの直列4気筒搭載を中止、大小2種のV型8気筒による「完全V8化」を達成し、1938年にはやはりV型8気筒を搭載する中級車マーキュリーを新規開発、手薄だった中級車分野の強化を図った。元々頑丈さを特長としたフォード車は、V8の搭載でパワフルな自動車という評価をも得るようになり、一方数年前まで中級車イメージの強かった直列6気筒には「大衆車用の廉価エンジン」という印象が付くようになった（もっとも小型の2.2リッター型フォードV8は実用上は必ずしも成功作でなく、フォードも1941年には廉価版として直列6気筒を導入した）。
しかし、V8エンジンの量産化には多額のコストを要すること、当時のアメリカ車における実用上必要な性能は直列6気筒でも十分充足できたことから、戦前に大衆車でV8を導入したのはフォードのみに留まった。
[編集] アメリカにおけるV8エンジン移行
1933年にクライスラーは流線型車「エアフロー」を開発したが、このモデルでは重量配分に新しい考え方が導入されていた。それまでの自動車では、駆動輪である後輪にある程度大きな重量を掛ける考え方が主流であったが、エアフローは全重量の50%以上を前輪に掛ける「アンダーステア型重量配分」を用いることで、結果として操縦性、直進安定性を改善させることに成功したのである。また、この重量配分を用いるにあたってエンジン搭載位置を前進させ、客室部分をホイールベース内に収めることで、車室スペースの拡大・座席位置の低下も実現され、乗客の居住性が改善された。この手法は1930年代中期以降、競合他社も続々と追随した。
第二次世界大戦後もしばらく、アメリカでは中級車以下は直列6気筒が主流であった。また高級車については複雑すぎるV型12気筒が廃れ、V8か直列8気筒かに収斂された。そしてこの時期から中級車エンジンのV8移行が本格化する。
エンジンから従来以上の高出力を得るために必要な策の一つが高回転化である。クランクシャフトが長すぎる直列8気筒で高回転を得るには、細かなバランスまでも考慮した極めて高度な精密加工を要する。これに対し、V8のクランクシャフトは短く、元々高回転向けで、一定水準以上の加工精度があれば必要十分な性能が得られる（フォードV8が鋳造クランクシャフトを実現していたことを想起されたい）。
そしてエンジンのフローティング・マウントが進歩したことで、出来の良いV8なら従来のV12に比して実用上振動面での遜色は小さくなっていた。またエアフロー式のレイアウトを採る場合、エンジン長は極力コンパクトな方が好ましく、この点でも直8よりV8が有利だった。
このように、重く嵩張る直列8気筒やV型12気筒より、コンパクトで高性能を確保しやすいV8は、総合的に見て有利なエンジンレイアウトであった。またトランスファーマシンを用いた大規模な量産手法を前提とすれば、大排気量エンジンとしては生産性がよく、むしろ低コストで生産することができたのである。
[編集] 戦後のV8化競争
1947年、中堅の中級車メーカーであるスチュードベイカーがV8を新たに開発して搭載、GMも1948年、中級車のオールズモビル1949年型に新型のV8を搭載した。高級車ブランドの代表であるキャディラックとリンカーンも1948年～1949年までに新型V8への転換を完了した。
また、「スーパーエイト」と称する、回転のスムースな直列8気筒を長年看板エンジンとして用いてきた名門高級車メーカーのパッカードも、1951年までにV8への転換を余儀なくされた。
1951年には、戦前以来のサイドバルブ直列8気筒搭載のまま出遅れていたクライスラーが、「完全燃焼」のフレーズのもと、高効率な半球形燃焼室（へミスフェリカル・ ヘッド――通常は単に「ヘミ」と略される）を持つ新しいOHV・V8「ファイアパワー」を発表した。この斬新なエンジンは5.4L、180hpという大出力で、クライスラーは衰退するパッカードに代わってアメリカの高級車業界に打って出、1955年以降はバージル・エクスナーの手になる華麗なボディデザインとパワフルなエンジンの組み合わせで、キャディラックやリンカーンと張り合うことになる。
そしてフォードも1954年以降、戦前の設計になる第一世代のサイドバルブV8に代わり、より効率の良いOHV型の戦後型V8へ世代交代した。この時期までビュイックやポンティアックなどに残っていた直列8気筒も、1950年代中期までにV8にその地位を譲って消滅した。
[編集] V8のスタンダード化
以後アメリカの自動車界では1970年代初頭まで、各種のV8エンジンによる過激なパワーウォーズが展開される。ビッグ3はV8搭載車を主力モデルとし、1950年代後半以降は、大衆車であるシボレーやプリムスまでもが普通にV8を搭載するようになった。
大衆車にも強力なV8を搭載することで商品性が高まり、また年々アメリカ車が大型化していく中で大衆車にまで新たに普及した附属装備（自動変速機、パワーステアリング、エアコンディショニング、パワーウインドウ等々）に対応して余りある性能を得るには、性能に余裕のあるV8エンジンが不可欠でもあった。V8エンジン自体が量産効果で廉価な存在となっており、またガソリンが非常に廉価だった当時のアメリカでは、大排気量故の劣悪な燃費は度外視できた。
1950年代後半～1960年代にかけ、アメリカのフルサイズセダンでは7リッター超の巨大なV8を搭載し、大型キャブレター装備で300HP以上を発生するようなモデルが珍しくなかった。それらは3段マニュアルトランスミッションで、総重量2t超の大きなボディを時速110マイル～時速120マイル以上まで到達させた。
一方で、戦前からの旧式6気筒エンジンのみを搭載しており、1950年代前半までにV8エンジンを自社開発できなかった中堅以下のメーカー（ナッシュ、ハドソン、カイザー＝フレーザーなど）は商品力を失って中級車市場から脱落し、ニッチ分野の小型車への転進や自動車業界撤退を余儀なくされた。
[編集] 戦前ヨーロッパのV8
ヨーロッパでは、自動車が平均的にアメリカより小型であったため、ほとんどの需要に単純な直列4気筒ないし6気筒エンジンで対応できたことから、量産車におけるV8は一般化しなかった。
また特殊な大型高級車については、第二次世界大戦以前は直列8気筒やV型12気筒が主流であった。戦前はボンネット短縮の必要性が低く、長大なエンジンを搭載した高級車の長いボンネットは却ってステータスであった。大排気量の多気筒エンジンが必要なら、生産しやすい直列8気筒を手堅く製造するか、さもなくば航空機エンジン生産技術（少なからぬ高級車メーカーが航空エンジンメーカーを兼業していた）を生かして、V8よりもスムースなV型12気筒まで飛躍していたのである。直8に比して生産性の面で有利とは言えないV8を、敢えて採用するメーカーは多くなかった。
例外的なケースとしてV8を量産した代表例としては、フォードのヨーロッパ法人各社があげられる。1935年以降、英国フォード、ドイツ・フォード、マットフォード（フランスのマチス社とフォードの合弁会社。のちフォード単独出資のフォード・フランスに取って代わられる）がアメリカ本国に倣ったV8モデルを生産した。フォード・フランスは戦後も長年にわたりV8モデルを生産し、1955年にシムカに買収された後も1962年製造終了の「シムカ・アリアーヌ8」までV8車が存続した。これらは最後までサイドバルブ方式だった。
ドイツでは1930年代にホルヒがV8エンジンモデルを生産したが、同社主力エンジンの直列8気筒にとって代わるまでには至らなかった。チェコのタトラは空冷V8エンジンをリアに搭載した流線型セダンを1934年から限定生産するようになり、以後1950年代の一時期を除いて、1998年まで空冷V8リアエンジン方式に固執して乗用車を生産し続けたことで特異なメーカーであるが、技術的には完全に他から孤立した存在であった。
イギリスでは他にライレーが1930年代中期、既存の4気筒エンジンの設計を利用したV8エンジンを少量生産した。これは既存の中型シャーシに搭載することを考慮したものであったが、相前後してより高性能でシンプルな大排気量4気筒が開発されたこともあり、ライレーの経営悪化を背景にわずかな量が生産されただけで終わった。
フランスのシトロエンはV8エンジン前輪駆動車22CVの開発を計画し、フォードエンジンを搭載した試作車開発にまで至ったが、量産は実現しなかった。
[編集] 戦後ヨーロッパのV8
1950年代以降、一部の欧州メーカーではV8の採用例が見られるようになる。以下に著名なV8車の例を挙げるが、商業的には概して失敗作が多い。
- BMW 1954年、メルセデス・ベンツへの対抗策としてV8エンジンを開発し、同年の「502」をはじめとして高級乗用車やスポーツカーに搭載したが、商業的には失敗に終わった。
- フィアット ダンテ・ジアコーザらによって1952年に開発された高性能スポーツカー「8V」は名前の通り2リッターOHV・V8を搭載していたが、少量限定生産に終わった。
- ペガソ 戦前の名門高級車メーカーのイスパノ・スイザの流れをくむスペインのトラックメーカーE.N.A.S.Aが、1948年に開発した高級スポーツカー。アルファ・ロメオ出身の技術者ウィニフレート・リカルトの設計になる複雑きわまりないDOHC・V8エンジンを搭載し、トランスアクスル方式で後輪を駆動する当時屈指の高性能車だったが、余りに凝り過ぎた設計と異常な高価さから、1950年代中期までの少量生産に終わった。
- ディムラー 英国王室御用達の名門高級車メーカーであったが戦後の経営にやや精彩を欠く中、1959年に中型のアルミ製2.5リッターOHV・V8を開発。しかしこの進んだエンジンを搭載したオープンスポーツカー「SP250」は奇怪な珍スタイルが災いしてあまり売れず、のちディムラーがジャガー傘下となってから、6気筒セダンのジャガーMk2のボディを流用した「ディムラー250・V8」にも搭載されたが、大きな成功は収められなかった。
- グラース 戦後自動車業界に参入、超小型車「ゴッゴモビル」のメーカーとして業績を上げたが、1962年以降普通乗用車クラスにも進出、1965年に既存直列4気筒2基を組み合わせた設計のSOHC・V8エンジンを搭載した流麗な高級車「2600GT」を発売した。新興の同社は市場競争力を欠いて1967年にはBMWに救済合併され、販売不振の2600GTも1968年には生産中止された。
またヨーロッパでは、アメリカ製V8エンジンを輸入搭載した高級乗用車・スポーツカーが1950年代～1970年代に多数輩出されている。アラード、ACコブラ、ブリストル、ジェンセン、サンビーム・タイガー（以上イギリス）、ファセル、モニカ（フランス）、オペル・ディプロマット（ドイツ）、イソ・グリフォ、デ・トマソ・パンテーラ（以上イタリア）、モンテヴェルディ（スイス）などが挙げられる。いずれも少量生産車で、大型エンジンをわざわざ自社開発するより、強力で信頼性の高いアメリカ製V8を輸入搭載する方が容易であったという事情がある。一部のスポーツカーメーカーでは、アメリカ製V8がOHVレイアウトで低重心であるという点にも着目していた（欧州のスポーツカーエンジンは早くからOHC、DOHC主流でやや背が高くなった）。
[編集] V8の一般化
1960年代以降、ロールス・ロイスやメルセデス・ベンツなど著名な高級車メーカーが、大型車用の大排気量エンジンにV8を用いるようになった。エンジンの高速化やシャーシへの搭載しやすさなどを考慮すると、従前主流であった大排気量直列6気筒よりもV8の方が有利であるためである。ロールス・ロイスはアメリカ車から、メルセデスはBMWから影響を受けてそれぞれにV8を開発しているが、この時期になるとV8エンジン自体がありふれたレイアウトとなり、ノウハウも蓄積されたことで、従前に比してその開発は事大視されなくなった。
その後、衝突安全対策の見地から、1980年代以降もヨーロッパや日本に残存していたフロントエンジン・リアドライブの直列6気筒車はBMWを除いて衰退し、代わってV6およびV8が広く搭載されるようになった。近年はコンピューターを用いた振動解析で、工作精度の改善やバランスウエイト配置の適切化が進展し、乗用車用としての実用上はV型12気筒等と比較しても遜色ない水準のV8エンジンが製造できるようになっている。世界的に見ても、4リッター前後のクラスの量産型高級乗用車ではV8が主流のエンジンであり、構造複雑なV12を用いる自動車は、一部メーカーの特殊な高級車や超高級スポーツカーの範疇に限られるようになっている。
アメリカではオイルショック以後の自動車のダウンサイジング傾向もあり、大衆車クラスではV8より更にコンパクトなV6への移行が著しかったが、中級車以上のクラスでは21世紀初頭現在でもV8が主流である。アメリカのV8エンジン車における傾向として、高級車であっても横置き・前輪駆動で用いられる例がまま見られる点があり、ドイツ車や日本車のV8モデルがほぼ後輪駆動を主流とするのに比して特徴的と言える。
[編集] 日本のV8
乗用車用としては1964年にトヨタ自動車が既存のクラウンのボディを拡幅、これにアルミ製の2.6L・OHV・V8エンジンを新規開発して搭載したクラウン・エイトが最初である。のちこれを3.0Lに発展させる形で1967年にはやはりV8搭載車のセンチュリーが開発された（2代目は5.0L・V12エンジンになった。）。一方日産は1965年に4.0L・V8エンジン車の「プレジデント」を開発している。いずれも少量生産の特殊な高級車であり、一般的な存在ではなかった。
1980年代後半以降、トヨタと日産は量産型の高級車・上級車にV8エンジンを搭載するようになり、トヨタ・セルシオ(レクサスLS)に見られるように静粛性とスムースさで世界的に注目されるV8エンジンを開発するようにもなった。しかしV8エンジンは概して日本車の平均的なクラスに比してやや大型なカテゴリーに属するエンジンであり、乗用車分野では21世紀初頭の現在まで、大型車を生産するトヨタと日産、三菱のみが手がけている。
大型車においては1960年代に三菱MAR820の高速バス仕様車に搭載されたのが始まりで、高速道路網の拡充を受けて、観光タイプや大型トラックの主力エンジンとして普及した。その後いすゞがV型10気筒に移行したが末期はV8に回帰、路線バスにも搭載されたことは興味深い。しかし年々厳しくなる排出ガス規制の波には勝てず、最後の牙城だった観光バスもターボ付き直列6気筒に押されたことで幕を閉じる。
[編集] モータースポーツ
モータースポーツではF1やGP2、アメリカのIRL、日本のフォーミュラニッポンなどのNAエンジンで採用されている。F1そしてモータースポーツにおいて最も成功したエンジンの一つであるフォード・コスワースのフォード・コスワース・DFVエンジンもV8エンジンである。また、F1では2006年よりF1レギュレーションによりV8エンジン搭載が義務付けられている。
[編集] 搭載車種
[編集] トヨタ自動車
- センチュリー-1997年の第二代からはV12エンジン搭載。
- レクサス・GS
- レクサス・SC
- レクサス・LS
- セルシオ
- クラウン
- クラウンマジェスタ
- ソアラ
- アリスト
- ランドクルーザー100・シグナス
- ハイメディック
[編集] 日産自動車
- プレジデント
- シーマ
- フーガ
- レパードJフェリー
- インフィニティQ45
- インフィニティFX45
- インフィニティQX56
[編集] 三菱自動車
[編集] いすゞ自動車（バス）
[編集] 日産ディーゼル工業
[編集] 日野自動車
- セレガ／セレガR ※セレガは初代セレガのみ
[編集] 自動車以外でのV8エンジン
[編集] 航空機
- 45°リバティV8エンジン
