たくさんのシリンダー、なめらかな動き

1気筒エンジンは720°ごとに1回押す力を出しますが、その後の2回転分は何も起こりません。しくみは単純ですが、振動します。クランクシャフトにかかるトルクは大きなピークから零になり、負にまでなります。また、ピストンが上下する慣性によって、エンジン全体が揺れます。大きなフライホイールが役立ちますが、もっとよい解決方法があります。それは、シリンダーを増やし、順番に点火することです。

n個のシリンダーが均等に点火すると、動力行程は次の式の間隔で始まります。

• 1気筒：720°ごと
• 2気筒：360°ごと
• 4気筒：180°ごと
• 6気筒：120°ごと
• 8気筒：90°ごと

直列4気筒では、1つの動力行程が終わると同時に次の動力行程が始まるため、クランクシャフトにはいつも押す力がかかります。トルクの変動も、単気筒の場合よりずっと小さくなります。

直列4気筒では、クランクのスローが2つずつ同じ配置になっています。ピストン1と4は一緒に動き、ピストン2と3も一緒に動きますが、前の2つとは半回転ずれています。ペアが上に来たとき、2つのうち一方は圧縮を終えようとしていて（点火する直前）、もう一方は排気を終えようとしています（新しい空気を取り込む直前）。そのため、2つは常にサイクルの半分だけずれています。よく使われる点火順序は2つあります。1-3-4-2（最も一般的）と1-2-4-3です。どちらも180°ごとにシリンダーを点火します。また、シリンダーが隣のシリンダーの直後に点火することはないため、クランクシャフトへの負担が減り、吸気管を流れる気体も均一になります。

均等に点火するだけですべてが解決するわけではありません。基本的な直列4気筒でも、ピストンが上下に対称には動かないため、エンジン回転数の2倍の小さな残りの振動があります。大きめの直列4気筒エンジンでは、それを打ち消すためにバランスシャフトを追加することがよくあります。120°ごとに点火する直列6気筒は自然になめらかに動くため、長い間高く評価されてきました。一方、V8は90°ごとに点火し、クランクのスローを平衡が取れるように配置しています。

シリンダーが多いほどパワーも上がる？それだけでは上がりません。パワーは、エンジンが1秒ごとに燃やす空気と燃料の量で決まり、それは排気量、回転速度、そして各サイクルでどれだけ仕事をするかによって変わります。4ストロークエンジンでは、P = p × V_d × N / 2 です。ここで p は平均有効圧力（実際の圧力と同じ仕事をする一定の圧力）、V_d は総排気量、N は1秒あたりの回転数です。p ≈ 1.0 MPa、100 rev/s (6 000 rpm) の2.0リットルエンジンなら、P = 1.0×10⁶ × 0.002 × 100 / 2 = 100 kW です。同じ2.0リットルを6気筒や8気筒に分けても、パワーはほぼ同じです。得られるのは、より滑らかな動きと違った音であって、パワーの増加ではありません。

ターボチャージャーは空気をより多く押し込み、p を高めることで、同じ排気量からより大きなパワーを生み出します。そのため、現代の小型エンジンでも高いパワーを出せるのです。