BMW:M20B20型エンジンの諸元と性能まとめ [直列6気筒 1990cc]

ここではBMWのHB20型・5シリーズ セダン [520i E34|1993/10モデル] に搭載されているM20B20型の自然吸気エンジンのデータを参考に、このエンジンが持つ特性や素性について調べてみます。

M20B20型の自然吸気エンジン諸元


HB20型 5シリーズ セダン
主要諸元と走行性能まとめ
車両型式E-HB20型
車名&グレード5シリーズ セダン
520i E34
エンジン型式M20B20
種類直列6気筒
排気量1990cc
内径×行程80.0mm×66.0mm
ボアストローク比0.82
単気筒容積331.7cc
圧縮比10.5
吸気方式自然吸気
使用燃料ハイオクガソリン
最高出力150PS/5900rpm
最大トルク19.4kgm/4200rpm

まず基本的な成り立ちとして、M20B20型エンジンはボア(内径)80.0mm、ストローク(行程)66.0mm、ボアストローク比0.82のショートストローク型エンジン(ストローク量よりもピストン径のほうが大きい)です。

排気量と気筒数が同一の場合、ロングストローク型に比べて低回転域でのトルク特性に劣り、扱いにくいエンジンとされるものの、高回転域では充填効率の向上や摺動抵抗の増大も(ロングストローク型に比べれば)軽微なことから出力の向上が見込まれます。

また同じ回転数でも平均ピストンスピードが抑えられることから、その分だけエンジンへの負荷は低減される傾向にあります。

このサイトにて登録されている車種のうち、M20B20型の自然吸気エンジンを搭載する最も古い車種は、1983から発売された2代目3シリーズ セダン [A20型|1990/11]、最も新しい車種は1988/08から発売された3代目5シリーズ セダン [HB20型|1993/10]となっており、NA車は2車種、ターボ/SC車は0車種の全2車種が登録されています。

過渡特性とリッター換算馬力から見た評価

エンジン性能曲線のイメージ
M20B20のエンジン性能曲線図もどき
馬力の変遷113.7PS → 150PS
トルクの変遷19.4kgm → 18.2kgm
リッター馬力75.4PS/L
リッタートルク9.8kgm/L

今回の参考車両である5シリーズ セダンの直列6気筒1990cc、圧縮比10.5でハイオクガソリン仕様の自然吸気エンジンは、5900回転のとき最高出力150馬力を、5900回転のとき最大トルク19.4kgmを発生させます。

馬力と回転数が分かればトルクが、トルクと回転数が分かれば馬力を知ることができますので計算してみますと、最大トルクが発生する4200回転での馬力は113.7PS、最高出力が発生する5900回転でのトルクは18.2kgmになります。

排気量1リットルあたりの馬力は75.4PS/L、トルクは9.8kgm/Lとなり、1気筒(単気筒容積331.7cc)あたりの馬力は25.0PS、トルクは3.2kgmです。

M20B20型自然吸気エンジンを、このサイトで登録している全てのNA車から集計した偏差値ベースの10段階評価に当てはめると、評価は換算馬力が[ 6 ]、換算トルクが[ 6 ]の「標準的な出力(中の上)のエンジン」にカテゴライズされます。

ちなみに、M20B20型エンジン搭載車種のうち、最高出力が最も大きかったのはHB20型5シリーズ セダンの150PS/19.4kgm、最も小さかったのはA20型3シリーズ セダンの129PS/16.7kgmとなっています。

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排気量アップと圧縮比の上昇、ボアストローク比の変化

ノーマルの排気量と圧縮比
BoreStroke排気量圧縮比B/S比
80.066.01990cc10.50.82
ボアアップによる排気量拡大
80.566.02015cc10.60.82
81.02041cc10.70.81
81.52066cc10.90.81
82.02091cc11.00.80
82.52117cc11.10.80
83.02143cc11.20.80
ストロークアップによる排気量拡大
80.067.02021cc10.70.84
68.02051cc10.80.85
69.02081cc10.90.86
70.02111cc11.10.88
71.02141cc11.20.89

エンジンの排気量を決める要素には気筒数、ボア径、ストローク量の3つがあり、これらを増減することでさまざまな排気量のエンジンが生まれます。

ここでは実際に可能かどうかは別として、ピストン径を純正の80.0mmから0.5mm刻みで83.0mmまで拡大した場合および、ストロークを純正の66.0mmから1mm刻みで71.0mmまで延長した場合の排気量と、燃焼室容積が変化しないと仮定した場合の圧縮比の変化を一覧表にしています。

※ストロークアップと口で言うのは簡単なのですが、ロングストローク化するにあたってはクランクシャフトおよび対応コンロッドが必要になり、純正流用できない場合はワンオフで作らなければならないなど、とにかくお高く付きますので、手を出すには相当の覚悟を求められるメニューです。

圧縮比については、実際のところピストンが大径化するに伴ってピストン天面の凸凹容量も変化する場合が大半ですから、一覧表にある圧縮比の数値の通りにはなりませんが、排気量を大きくすると自ずと圧縮比も上昇しますよ、という雰囲気をご堪能ください。

B/S比はボアストローク比の略で、ボア径を広げていくと0.82からさらに値は小さくなり、ショートストローク型の恩恵と弊害が顕著になっていきます。M20B20型エンジンの場合、純正ピストンから+3.0mmのボアアップをすると比は0.82から0.80に変化するという具合です。

ピストン径が近いエンジンと排気量アップ

M20B20型エンジンのピストン径80.0mmとサイズが近いピストンを持つエンジンが37件ありますので、余興としてピストン流用でボアアップした場合の排気量を計算してみます。

Eg型式ピストン径排気量
三菱
4G37型
80.6mm
[+0.6mm]
2020cc
[+30cc]
三菱
G37B型
80.6mm
[+0.6mm]
2020cc
[+30cc]
三菱
G62B型
80.6mm
[+0.6mm]
2020cc
[+30cc]
トヨタ
4A型
81.0mm
[+1.0mm]
2041cc
[+51cc]
三菱
4G93型
81.0mm
[+1.0mm]
2041cc
[+51cc]
三菱
4G92型
81.0mm
[+1.0mm]
2041cc
[+51cc]

ピストン径が近いエンジンとしては、三菱:E37A型エテルナサヴァに搭載される4G37型1755ccの80.6mm、三菱:E12A型エテルナシグマに搭載されるG37B型1755ccの80.6mm、三菱:E13A型エテルナシグマに搭載されるG62B型1795ccの80.6mm、トヨタ:AE111型スプリンター トレノに搭載される4A型1587ccの81.0mm、三菱:CD5W型リベロに搭載される4G93型1834ccの81.0mm、三菱:CA4A型ミラージュに搭載される4G92型1597ccの81.0mmなどが該当します。

(もはやこのような探求に楽しみを見い出す人は減ってしまいましたが)いくら径が近かろうとも、ピストンピンの径やピストンの高さ、バルブリセスの都合などなどありますので、なるべくなら同じメーカー、なるべくなら同じ燃料で同じ吸気方式、なるべくなら排気量が近いものを選ぶと純正流用できる可能性が高くなる、かもしれません。

ピストン径が小さい 2000ccクラスのエンジン
ピストン径が大きい 2000ccクラスのエンジン
ストロークが短い 2000ccクラスのエンジン
ストロークが長い 2000ccクラスのエンジン
ボアストローク比・昇順 [2000ccクラス]
ボアストローク比・降順 [2000ccクラス]


平均ピストンスピード

ストローク最大トルク
4200rpm
最高出力
5900rpm
66.0mm9.2m/s13.0m/s
回転数/分秒速時速
2000rpm4.4m/s16km/h
4000rpm8.8m/s32km/h
6000rpm13.2m/s48km/h
8000rpm17.6m/s63km/h
10000rpm22.0m/s79km/h

続きまして平均ピストンスピードについて見てみます。ストロークが66.0mmのエンジンが最高出力を発生する5900回転での平均ピストンスピードは13.0m/sとなり、これは1秒間に13.0メートル(時速にすると46.8km/h)の距離を進む速さでピストンが上下運動していますよ、という意味です。

最大トルクを発生する4200回転では9.2m/s、最高出力が発生する5900回転より500回転高い6400回転をレブリミットと仮定したときの平均速度は14.1m/sとなっています。

参考までにストロークが66.0mmのM20B20型エンジンを10000回転/毎分まで回したときのピストンスピードの変化を計算してみました。これを見ると回転数が2000回転高くなるごとに概ね4.40m/sずつ速度が増していくようです。

大量生産を前提とした一般的なエンジンの目安である20.0m/sのみを基準として考えると、高回転化の上限を(回るか回らないかは別として)9090回転くらいにするのが機械的にも精神的にも好ましそうです。


M20B20型エンジンを搭載する車種の例

全2車種を最高出力が大きいものから順に表示しています。

メーカー
車両型式
画像車名&グレード出力/燃費
パワーウェイト
排気量
変速機
BMW
HB20
1993/10
5シリーズ セダン
520i E34
[E-HB20]
150PS
19.4kgm
7.0km/L
10.267kg/PS
自然吸気
FR/5AT
セダン
5人乗り

5シリーズ セダン
[520i E34]
1993/10モデル
車両型式E-HB20
最高出力150PS
最大トルク19.4kgm
10-15モード燃費7.0km/L
パワーウェイト10.267kg/PS
吸気方式自然吸気
駆動方式&変速機FR/5AT
車体形状&乗車定員セダン/5人乗り
BMW
A20
1990/11
3シリーズ セダン
320i E30
[E-A20]
129PS
16.7kgm
-
9.535kg/PS
自然吸気
FR/4AT
セダン
5人乗り

3シリーズ セダン
[320i E30]
1990/11モデル
車両型式E-A20
最高出力129PS
最大トルク16.7kgm
10-15モード燃費7.0km/L
パワーウェイト9.535kg/PS
吸気方式自然吸気
駆動方式&変速機FR/4AT
車体形状&乗車定員セダン/5人乗り

BMW製エンジンの原動機型式まとめ
【排気量順】