BMW:N43B20A型エンジンの諸元と性能まとめ [直列4気筒 1995cc]

ここではBMWのPG20型・3シリーズ セダン [320i N43B20A E90|2010/05モデル] に搭載されているN43B20A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。

N43B20A型の自然吸気エンジン諸元


PG20型 3シリーズ セダン
主要諸元と走行性能まとめ
車両型式LBA-PG20型
車名&グレード3シリーズ セダン
320i N43B20A E90
エンジン型式N43B20A
種類直列4気筒
排気量1995cc
内径×行程84.0mm×90.0mm
ボアストローク比1.07
単気筒容積498.7cc
圧縮比12.0
吸気方式自然吸気
使用燃料ハイオクガソリン
最高出力170PS/6700rpm
最大トルク21.4kgm/4250rpm

まず基本的な成り立ちとして、N43B20型エンジンはボア(内径)84.0mm、ストローク(行程)90.0mm、ボアストローク比1.07のロングストローク型エンジン(ピストン径よりもストローク量のほうが大きい)です。

排気量と気筒数が同一の場合、ショートストローク型に比べて低回転域でのトルク特性に優れ、扱い易いエンジンとされますが、高回転域では充填効率の悪化や摺動抵抗が増大して出力の低下が懸念されます。

なおかつ回転数も同一の場合、ショートストローク型に比べて平均ピストンスピードが高くなりがちなことから、エンジンへの負荷が大きくなる傾向にあります。

このサイトにて登録されている車種のうち、N43B20A型の自然吸気エンジンを搭載する最も古い車種は、2005/04から発売された5代目3シリーズ セダン [PG20型|2010/05]、最も新しい車種は2005/04から発売された5代目3シリーズ ツーリング [US20型|2011/10]となっており、NA車は8車種、ターボ/SC車は0車種の全8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
N43B20のエンジン性能曲線図もどき
馬力の変遷127.0PS → 170PS
トルクの変遷21.4kgm → 18.2kgm
リッター馬力85.2PS/L
リッタートルク10.7kgm/L

今回の参考車両である3シリーズ セダンの直列4気筒1995cc、圧縮比12.0でハイオクガソリン仕様の自然吸気エンジンは、6700回転のとき最高出力170馬力を、6700回転のとき最大トルク21.4kgm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4250回転での馬力は127.0PS、最高出力が発生する6700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85.2PS/L、トルクは10.7kgm/Lとなり、1気筒(単気筒容積498.7cc)あたりの馬力は42.5PS、トルクは5.3kgmです。

N43B20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[ 8 ]、換算トルクが[ 9 ]の「結構な高出力エンジン」にカテゴライズされます。

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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
84.090.01995cc12.01.07
ボアアップによる排気量拡大
84.590.02019cc12.11.07
85.02043cc12.31.06
85.52067cc12.41.05
86.02091cc12.51.05
86.52115cc12.71.04
87.02140cc12.81.03
ストロークアップによる排気量拡大
84.091.02017cc12.11.08
92.02039cc12.31.10
93.02061cc12.41.11
94.02084cc12.51.12
95.02106cc12.61.13

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84.0mmから0.5mm刻みで87.0mmまで拡大した場合および、ストロークを純正の90.0mmから1mm刻みで95.0mm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ロングストローク型からスクエア型、あるいはショートストローク型の特性へと近付いていきます。N43B20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1.07から1.03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

N43B20型エンジンのピストン径84.0mmとサイズが近いピストンを持つエンジンが56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
マツダ
YF型
84.8mm
[+0.8mm]
2033cc
[+38cc]
三菱
4G63型
85.0mm
[+1.0mm]
2043cc
[+48cc]
日産
VQ25型
85.0mm
[+1.0mm]
2043cc
[+48cc]
スバル
EJ15型
85.0mm
[+1.0mm]
2043cc
[+48cc]
ホンダ
F20B型
85.0mm
[+1.0mm]
2043cc
[+48cc]
ホンダ
F22B型
85.0mm
[+1.0mm]
2043cc
[+48cc]

ピストン径が近いエンジンとしては、マツダ:EPEW型トリビュートに搭載されるYF型1988ccの84.8mm、三菱:E33A型ギャランに搭載される4G63型1997ccの85.0mm、日産:M35型プラウディアに搭載されるVQ25型2495ccの85.0mm、スバル:GG2型インプレッサ スポーツワゴンに搭載されるEJ15型1493ccの85.0mm、ホンダ:CJ3型トルネオに搭載されるF20B型1997ccの85.0mm、ホンダ:BB7型プレリュードに搭載されるF22B型2156ccの85.0mm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
4250rpm
最高出力
6700rpm
90.0mm12.7m/s20.1m/s
回転数/分秒速時速
2000rpm6.0m/s22km/h
4000rpm12.0m/s43km/h
6000rpm18.0m/s65km/h
8000rpm24.0m/s86km/h
10000rpm30.0m/s108km/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90.0mmのエンジンが最高出力を発生する6700回転での平均ピストンスピードは20.1m/sとなり、これは1秒間に20.1メートル(時速にすると72.4km/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4250回転では12.7m/s、最高出力が発生する6700回転より500回転高い7200回転をレブリミットと仮定したときの平均速度は21.6m/sとなっています。

参考までにストロークが90.0mmのN43B20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6.00m/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、6670回転くらいが良い感じの回転数になるのではないかと思いますが、このエンジンは最高出力を発生している時点で既に20.0m/sを超えており、レブリミットを考慮するともう少し余分に(300~500回転?)回ることから、内部では大変なことになりながらも頑張って回っているエンジンです。


N43B20A型エンジンを搭載する車種の例

全8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
PG20
2010/05
3シリーズ セダン
320i N43B20A E90
[LBA-PG20]
170PS
21.4kgm
14.2km/L
8.82kg/PS
自然吸気
FR/6AT
セダン
5人乗り

3シリーズ セダン
[320i N43B20A E90]
2010/05モデル
車両型式LBA-PG20
最高出力170PS
最大トルク21.4kgm
JC08モード燃費14.2km/L
10-15モード燃費15.2km/L
パワーウェイト8.82kg/PS
吸気方式自然吸気
駆動方式&変速機FR/6AT
車体形状&乗車定員セダン/5人乗り
BMW
US20
2011/10
3シリーズ ツーリング
320i Touring N43B20A E91
[LBA-US20]
170PS
21.4kgm
13.0km/L
9.12kg/PS
自然吸気
FR/6AT
ワゴン
5人乗り

3シリーズ ツーリング
[320i Touring N43B20A E91]
2011/10モデル
車両型式LBA-US20
最高出力170PS
最大トルク21.4kgm
JC08モード燃費13.0km/L
10-15モード燃費13.6km/L
パワーウェイト9.12kg/PS
吸気方式自然吸気
駆動方式&変速機FR/6AT
車体形状&乗車定員ワゴン/5人乗り
BMW
UC20
2011/06
1シリーズ クーペ
120i Coupe E82
[LBA-UC20]
170PS
21.4kgm
13.4km/L
8.29kg/PS
自然吸気
FR/6AT
クーペ
4人乗り

1シリーズ クーペ
[120i Coupe E82]
2011/06モデル
車両型式LBA-UC20
最高出力170PS
最大トルク21.4kgm
JC08モード燃費13.4km/L
10-15モード燃費14.4km/L
パワーウェイト8.29kg/PS
吸気方式自然吸気
駆動方式&変速機FR/6AT
車体形状&乗車定員クーペ/4人乗り
BMW
KD20
2011/10
3シリーズ クーペ
320i Coupe N43B20A E92
[LBA-KD20]
170PS
21.4kgm
14.2km/L
8.76kg/PS
自然吸気
FR/6AT
クーペ
4人乗り

3シリーズ クーペ
[320i Coupe N43B20A E92]
2011/10モデル
車両型式LBA-KD20
最高出力170PS
最大トルク21.4kgm
JC08モード燃費14.2km/L
10-15モード燃費15.2km/L
パワーウェイト8.76kg/PS
吸気方式自然吸気
駆動方式&変速機FR/6AT
車体形状&乗車定員クーペ/4人乗り
BMW
PG20G
2010/05
3シリーズ セダン
320i N43B20A E90
[LBA-PG20G]
170PS
21.4kgm
16.0km/L
8.59kg/PS
自然吸気
FR/6MT
セダン
5人乗り

3シリーズ セダン
[320i N43B20A E90]
2010/05モデル
車両型式LBA-PG20G
最高出力170PS
最大トルク21.4kgm
JC08モード燃費16.0km/L
10-15モード燃費18.4km/L
パワーウェイト8.59kg/PS
吸気方式自然吸気
駆動方式&変速機FR/6MT
車体形状&乗車定員セダン/5人乗り
BMW
UD20
2010/05
1シリーズ
120i N43B20A E87
[LBA-UD20]
170PS
21.4kgm
13.4km/L
8.29kg/PS
自然吸気
FR/6AT
ハッチバック
5人乗り

1シリーズ
[120i N43B20A E87]
2010/05モデル
車両型式LBA-UD20
最高出力170PS
最大トルク21.4kgm
JC08モード燃費13.4km/L
10-15モード燃費14.4km/L
パワーウェイト8.29kg/PS
吸気方式自然吸気
駆動方式&変速機FR/6AT
車体形状&乗車定員ハッチバック/5人乗り
BMW
KD20G
2011/10
3シリーズ クーペ
320i Coupe N43B20A E92
[LBA-KD20G]
170PS
21.4kgm
15.2km/L
8.53kg/PS
自然吸気
FR/6MT
クーペ
4人乗り

3シリーズ クーペ
[320i Coupe N43B20A E92]
2011/10モデル
車両型式LBA-KD20G
最高出力170PS
最大トルク21.4kgm
JC08モード燃費15.2km/L
10-15モード燃費17.4km/L
パワーウェイト8.53kg/PS
吸気方式自然吸気
駆動方式&変速機FR/6MT
車体形状&乗車定員クーペ/4人乗り
BMW
UM20
2011/06
1シリーズ カブリオレ
120i Cabriolet N43B20A E88
[LBA-UM20]
170PS
21.4kgm
12.8km/L
9.18kg/PS
自然吸気
FR/6AT
オープンカー
4人乗り

1シリーズ カブリオレ
[120i Cabriolet N43B20A E88]
2011/06モデル
車両型式LBA-UM20
最高出力170PS
最大トルク21.4kgm
JC08モード燃費12.8km/L
10-15モード燃費13.2km/L
パワーウェイト9.18kg/PS
吸気方式自然吸気
駆動方式&変速機FR/6AT
車体形状&乗車定員オープンカー/4人乗り

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