フォード:XS型エンジンの諸元と性能まとめ [V型6気筒 4009cc]

ここではフォードの1FMEU7型・エクスプローラー [XLT|2009/03モデル] に搭載されているXS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。

XS型の自然吸気エンジン諸元


1FMEU7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-1FMEU74型
車名&グレードエクスプローラー
XLT
エンジン型式XS
種類V型6気筒
排気量4009cc
内径×行程100.4mm×84.4mm
ボアストローク比0.84
単気筒容積668.2cc
圧縮比9.7
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213PS/5100rpm
最大トルク35.1kgm/3700rpm

まず基本的な成り立ちとして、XS型エンジンはボア(内径)100.4mm、ストローク(行程)84.4mm、ボアストローク比0.84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、XS型の自然吸気エンジンを搭載する最も古い車種は、1995/03から発売された2代目エクスプローラー [1FMXSU24型|1997/05]、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 [1FMEU74型|2009/03]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
XSのエンジン性能曲線図もどき
馬力の変遷181.3PS → 213PS
トルクの変遷35.1kgm → 29.9kgm
リッター馬力53.1PS/L
リッタートルク8.8kgm/L

今回の参考車両であるエクスプローラーのV型6気筒4009cc、圧縮比9.7でレギュラーガソリン仕様の自然吸気エンジンは、5100回転のとき最高出力213馬力を、5100回転のとき最大トルク35.1kgm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3700回転での馬力は181.3PS、最高出力が発生する5100回転でのトルクは29.9kgmになります。

排気量1リットルあたりの馬力は53.1PS/L、トルクは8.8kgm/Lとなり、1気筒(単気筒容積668.2cc)あたりの馬力は35.5PS、トルクは5.9kgmです。

XS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[ 2 ]、換算トルクが[ 4 ]の「やや心もとない出力のエンジン」にカテゴライズされます。

ちなみに、XS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1FMEU74型エクスプローラーの213PS/35.1kgm、最も小さかったのは1FMXSU24型エクスプローラーの210PS/34.4kgm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
100.484.44009cc9.70.84
ボアアップによる排気量拡大
100.984.44049cc9.80.84
101.44089cc9.90.83
101.94130cc10.00.83
102.44170cc10.00.82
102.94211cc10.10.82
103.44252cc10.20.82
ストロークアップによる排気量拡大
100.485.44057cc9.80.85
86.44104cc9.90.86
87.44152cc10.00.87
88.44199cc10.10.88
89.44247cc10.20.89

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100.4mmから0.5mm刻みで103.4mmまで拡大した場合および、ストロークを純正の84.4mmから1mm刻みで89.4mm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0.84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。XS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0.84から0.82に変化するという具合です。


平均ピストンスピード

ストローク最大トルク
3700rpm
最高出力
5100rpm
84.4mm10.4m/s14.3m/s
回転数/分秒速時速
2000rpm5.6m/s20km/h
4000rpm11.3m/s41km/h
6000rpm16.9m/s61km/h
8000rpm22.5m/s81km/h
10000rpm28.1m/s101km/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84.4mmのエンジンが最高出力を発生する5100回転での平均ピストンスピードは14.3m/sとなり、これは1秒間に14.3メートル(時速にすると51.5km/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3700回転では10.4m/s、最高出力が発生する5100回転より500回転高い5600回転をレブリミットと仮定したときの平均速度は15.8m/sとなっています。

参考までにストロークが84.4mmのXS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5.62m/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)7110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。


XS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
1FMEU7
2009/03
エクスプローラー
XLT
[ABA-1FMEU74]
213PS
35.1kgm
6.3km/L
10.140kg/PS
自然吸気
4WD/5AT
SUV
7人乗り

エクスプローラー
[XLT]
2009/03モデル
車両型式ABA-1FMEU74
最高出力213PS
最大トルク35.1kgm
10-15モード燃費6.3km/L
パワーウェイト10.140kg/PS
吸気方式自然吸気
駆動方式&変速機4WD/5AT
車体形状&乗車定員SUV/7人乗り
フォード
1FMXSU
2000/02
エクスプローラー
XL-Sport
[GF-1FMXSU34]
213PS
33.2kgm
7.3km/L
9.108kg/PS
自然吸気
4WD/5AT
SUV
5人乗り

エクスプローラー
[XL-Sport]
2000/02モデル
車両型式GF-1FMXSU34
最高出力213PS
最大トルク33.2kgm
10-15モード燃費7.3km/L
パワーウェイト9.108kg/PS
吸気方式自然吸気
駆動方式&変速機4WD/5AT
車体形状&乗車定員SUV/5人乗り
フォード
1FMXSU
1997/05
エクスプローラー
Expedition 3door
[E-1FMXSU24]
210PS
34.4kgm
6.7km/L
8.950kg/PS
自然吸気
4WD/5AT
SUV
4人乗り

エクスプローラー
[Expedition 3door]
1997/05モデル
車両型式E-1FMXSU24
最高出力210PS
最大トルク34.4kgm
10-15モード燃費6.7km/L
パワーウェイト8.950kg/PS
吸気方式自然吸気
駆動方式&変速機4WD/5AT
車体形状&乗車定員SUV/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】