フォード:F1型エンジンの諸元と性能まとめ [V型8気筒 4600cc]

ここではフォードの1FMWU7型・エクスプローラー [V8|2011/01モデル] に搭載されているF1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。

F1型の自然吸気エンジン諸元


1FMWU7型 エクスプローラー
主要諸元と走行性能まとめ
車両型式ABA-1FMWU74型
車名&グレードエクスプローラー
V8
エンジン型式F1
種類V型8気筒
排気量4600cc
内径×行程90.2mm×90.0mm
ボアストローク比1.00
単気筒容積575.1cc
圧縮比9.1
吸気方式自然吸気
使用燃料レギュラーガソリン
最高出力296PS/5750rpm
最大トルク41.5kgm/4000rpm

まず基本的な成り立ちとして、F1型エンジンはボア(内径)90.2mm、ストローク(行程)90.0mm、ボアストローク比1.00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とショートストローク型の美点の良いとこ取り、若しくは欠点の悪いとこ取り、特にこれと言ってどうとも言えないバランス型の万能エンジンとなる素質があります。

数多あるボアとストロークの組み合わせの中で唯一、双方が同じ寸法のときにだけ現れるスクエア型はその存在の希少性こそが最大の魅力であると言えましょう。

このサイトにて登録されている車種のうち、F1型の自然吸気エンジンを搭載する最も古い車種は、1994/05から発売された5代目マスタング [1FAF1P4型|2004/04]、最も新しい車種は2001/10から発売された3代目エクスプローラー [1FMWU74型|2011/01]となっており、NA車は3車種、ターボ/SC車は0車種の全3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
F1のエンジン性能曲線図もどき
馬力の変遷231.7PS → 296PS
トルクの変遷41.5kgm → 36.9kgm
リッター馬力64.3PS/L
リッタートルク9.0kgm/L

今回の参考車両であるエクスプローラーのV型8気筒4600cc、圧縮比9.1でレギュラーガソリン仕様の自然吸気エンジンは、5750回転のとき最高出力296馬力を、5750回転のとき最大トルク41.5kgm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4000回転での馬力は231.7PS、最高出力が発生する5750回転でのトルクは36.9kgmになります。

排気量1リットルあたりの馬力は64.3PS/L、トルクは9.0kgm/Lとなり、1気筒(単気筒容積575.1cc)あたりの馬力は37.0PS、トルクは5.2kgmです。

F1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[ 4 ]、換算トルクが[ 4 ]の「やや控えめな出力のエンジン」にカテゴライズされます。

ちなみに、F1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1FMWU74型エクスプローラーの296PS/41.5kgm、最も小さかったのは1FAF1P4型マスタングの264PS/41.8kgm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
90.290.04600cc9.11.00
ボアアップによる排気量拡大
90.790.04652cc9.20.99
91.24703cc9.30.99
91.74755cc9.40.98
92.24807cc9.50.98
92.74859cc9.50.97
93.24912cc9.60.97
ストロークアップによる排気量拡大
90.291.04652cc9.21.01
92.04703cc9.31.02
93.04754cc9.41.03
94.04805cc9.51.04
95.04856cc9.51.05

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90.2mmから0.5mm刻みで93.2mm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1.00のスクエア型からショートストローク型へとシフトしていきます。F1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1.00から0.97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

F1型エンジンのピストン径90.2mmとサイズが近いピストンを持つエンジンが19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
レクサス
3UZ型
91.0mm
[+0.8mm]
4683cc
[+83cc]
三菱
6G72型
91.1mm
[+0.9mm]
4693cc
[+93cc]
日産
VG33型
91.5mm
[+1.3mm]
4734cc
[+134cc]
スバル
EJ20型
92.0mm
[+1.8mm]
4786cc
[+186cc]
トヨタ
2L型
92.0mm
[+1.8mm]
4786cc
[+186cc]
スズキ
J24B型
92.0mm
[+1.8mm]
4786cc
[+186cc]

ピストン径が近いエンジンとしては、レクサス:UZZ40型ソアラに搭載される3UZ型4292ccの91.0mm、三菱:F36A型ディアマンテに搭載される6G72型2972ccの91.1mm、日産:ALWE50型キャラバンエルグランドに搭載されるVG33型3274ccの91.5mm、スバル:BCM型アスカに搭載されるEJ20型1994ccの92.0mm、トヨタ:LH100G型ハイエースワゴンに搭載される2L型2446ccの92.0mm、スズキ:RF91S型キザシに搭載されるJ24B型2393ccの92.0mm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 5000ccクラスのエンジン
ピストン径が大きい 5000ccクラスのエンジン
ストロークが短い 5000ccクラスのエンジン
ストロークが長い 5000ccクラスのエンジン
ボアストローク比・昇順 [5000ccクラス]
ボアストローク比・降順 [5000ccクラス]


平均ピストンスピード

ストローク最大トルク
4000rpm
最高出力
5750rpm
90.0mm12.0m/s17.2m/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5750回転での平均ピストンスピードは17.2m/sとなり、これは1秒間に17.2メートル(時速にすると61.9km/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4000回転では12.0m/s、最高出力が発生する5750回転より500回転高い6250回転をレブリミットと仮定したときの平均速度は18.8m/sとなっています。

参考までにストロークが90.0mmのF1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、高回転化の上限を(回るか回らないかは別として)6670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。


F1型エンジンを搭載する車種の例

全3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
フォード
1FMWU7
2011/01
エクスプローラー
V8
[ABA-1FMWU74]
296PS
41.5kgm
7.3km/L
7.53kg/PS
自然吸気
4WD/6AT
SUV
7人乗り

エクスプローラー
[V8]
2011/01モデル
車両型式ABA-1FMWU74
最高出力296PS
最大トルク41.5kgm
10-15モード燃費7.3km/L
パワーウェイト7.53kg/PS
吸気方式自然吸気
駆動方式&変速機4WD/6AT
車体形状&乗車定員SUV/7人乗り
フォード
1FAF1P
2004/04
マスタング
GT-Convertible
[GH-1FAF1P4]
264PS
41.8kgm
8.0km/L
5.95kg/PS
自然吸気
FR/4AT
オープンカー
4人乗り

マスタング
[GT-Convertible]
2004/04モデル
車両型式GH-1FAF1P4
最高出力264PS
最大トルク41.8kgm
10-15モード燃費8.0km/L
パワーウェイト5.95kg/PS
吸気方式自然吸気
駆動方式&変速機FR/4AT
車体形状&乗車定員オープンカー/4人乗り

フォード製エンジンの原動機型式まとめ
【排気量順】