フォード:H型エンジンの諸元と性能まとめ [直列4気筒 2260cc]

ここではフォードの1FM5KH型・エクスプローラー [XLT EcoBoost|2015/10モデル] に搭載されているH型のターボ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。

H型のターボエンジン諸元


1FM5KH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-1FM5KH型
車名&グレードエクスプローラー
XLT EcoBoost
エンジン型式H
種類直列4気筒
排気量2260cc
内径×行程87.5mm×94.0mm
ボアストローク比1.07
単気筒容積565.2cc
圧縮比10.0
吸気方式ターボ
使用燃料レギュラーガソリン
最高出力261PS/5500rpm
最大トルク42.8kgm/3000rpm

まず基本的な成り立ちとして、H型エンジンはボア(内径)87.5mm、ストローク(行程)94.0mm、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。

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
Hのエンジン性能曲線図もどき
馬力の変遷179.2PS → 261PS
トルクの変遷42.8kgm → 34.0kgm
リッター馬力115.5PS/L
リッタートルク18.9kgm/L

今回の参考車両であるエクスプローラーの直列4気筒2260cc、圧縮比10.0でレギュラーガソリン仕様のターボエンジンは、5500回転のとき最高出力261馬力を、5500回転のとき最大トルク42.8kgm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3000回転での馬力は179.2PS、最高出力が発生する5500回転でのトルクは34.0kgmになります。

排気量1リットルあたりの馬力は115.5PS/L、トルクは18.9kgm/Lとなり、1気筒(単気筒容積565.2cc)あたりの馬力は65.2PS、トルクは10.7kgmです。

H型ターボエンジンを、このサイトで登録している全てのターボ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[ 7 ]、換算トルクが[ 9 ]の「なかなかの高出力エンジン」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
87.594.02260cc10.01.07
ボアアップによる排気量拡大
88.094.02287cc10.11.07
88.52313cc10.21.06
89.02339cc10.31.06
89.52365cc10.41.05
90.02392cc10.51.04
90.52419cc10.61.04
ストロークアップによる排気量拡大
87.595.02285cc10.11.09
96.02309cc10.21.10
97.02333cc10.31.11
98.02357cc10.41.12
99.02381cc10.51.13

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87.5mmから0.5mm刻みで90.5mmまで拡大した場合および、ストロークを純正の94.0mmから1mm刻みで99.0mm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。H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1.04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

H型エンジンのピストン径87.5mmとサイズが近いピストンを持つエンジンが2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
PY型
89.0mm
[+1.5mm]
2339cc
[+79cc]
日産
YD25型
89.0mm
[+1.5mm]
2339cc
[+79cc]

ピストン径が近いエンジンとしては、マツダ:KF5P型CX-5に搭載されるPY型2488ccの89.0mm、日産:VNC24型セレナに搭載されるYD25型2488ccの89.0mm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 2500ccクラスのエンジン
ピストン径が大きい 2500ccクラスのエンジン
ストロークが短い 2500ccクラスのエンジン
ストロークが長い 2500ccクラスのエンジン
ボアストローク比・昇順 [2500ccクラス]
ボアストローク比・降順 [2500ccクラス]


平均ピストンスピード

ストローク最大トルク
3000rpm
最高出力
5500rpm
94.0mm9.4m/s17.2m/s
回転数/分秒速時速
2000rpm6.3m/s23km/h
4000rpm12.5m/s45km/h
6000rpm18.8m/s68km/h
8000rpm25.1m/s90km/h
10000rpm31.3m/s113km/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94.0mmのエンジンが最高出力を発生する5500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3000回転では9.4m/s、最高出力が発生する5500回転より500回転高い6000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94.0mmのH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6.25m/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)6380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。


H型エンジンを搭載する車種の例

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
1FM5KH
2015/10
エクスプローラー
XLT EcoBoost
[ABA-1FM5KH]
261PS
42.8kgm
8.6km/L
7.82kg/PS
ターボ
FF/6AT
SUV
7人乗り

エクスプローラー
[XLT EcoBoost]
2015/10モデル
車両型式ABA-1FM5KH
最高出力261PS
最大トルク42.8kgm
JC08モード燃費8.6km/L
パワーウェイト7.82kg/PS
吸気方式ターボ
駆動方式&変速機FF/6AT
車体形状&乗車定員SUV/7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】