ハマー:3J型エンジンの諸元と性能まとめ [直列5気筒 3653cc]

ここではハマーのT345F型・H3 [BaseGrade|2008/01モデル] に搭載されている3J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。

3J型の自然吸気エンジン諸元


T345F型 H3
主要諸元と走行性能まとめ
車両型式ABA-T345F型
車名&グレードH3
BaseGrade
エンジン型式3J
種類直列5気筒
排気量3653cc
内径×行程95.5mm×102.0mm
ボアストローク比1.07
単気筒容積730.6cc
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245PS/5600rpm
最大トルク33.5kgm/4600rpm

まず基本的な成り立ちとして、3J型エンジンはボア(内径)95.5mm、ストローク(行程)102.0mm、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、3J型の自然吸気エンジンを搭載する最も古い車種は、2005/06から発売された初代H3 [T345F型|2008/01]、最も新しい車種は2005/06から発売された初代H3 [T345F型|2009/01]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
3Jのエンジン性能曲線図もどき
馬力の変遷215.1PS → 245PS
トルクの変遷33.5kgm → 31.3kgm
リッター馬力67.1PS/L
リッタートルク9.2kgm/L

今回の参考車両であるH3の直列5気筒3653ccでレギュラーガソリン仕様の自然吸気エンジンは、5600回転のとき最高出力245馬力を、5600回転のとき最大トルク33.5kgm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4600回転での馬力は215.1PS、最高出力が発生する5600回転でのトルクは31.3kgmになります。

排気量1リットルあたりの馬力は67.1PS/L、トルクは9.2kgm/Lとなり、1気筒(単気筒容積730.6cc)あたりの馬力は49.0PS、トルクは6.7kgmです。

3J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[ 5 ]、換算トルクが[ 5 ]の「標準的な出力(中の下)のエンジン」にカテゴライズされます。

ちなみに、3J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T345F型H3の245PS/33.5kgm、最も小さかったのはT345F型H3の242PS/33.5kgm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
95.5102.03653cc-1.07
ボアアップによる排気量拡大
96.0102.03691cc-1.06
96.53730cc-1.06
97.03769cc-1.05
97.53808cc-1.05
98.03847cc-1.04
98.53886cc-1.04
ストロークアップによる排気量拡大
95.5103.03689cc-1.08
104.03725cc-1.09
105.03760cc-1.10
106.03796cc-1.11
107.03832cc-1.12

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95.5mmから0.5mm刻みで98.5mmまで拡大した場合および、ストロークを純正の102.0mmから1mm刻みで107.0mm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。

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。3J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

3J型エンジンのピストン径95.5mm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
スバル
EJ22型
96.9mm
[+1.4mm]
3761cc
[+108cc]
スバル
EG33型
96.9mm
[+1.4mm]
3761cc
[+108cc]

ピストン径が近いエンジンとしては、スバル:BG7型レガシィ ツーリングワゴンに搭載されるEJ22型2212ccの96.9mm、スバル:CXD型アルシオーネSVXに搭載されるEG33型3318ccの96.9mm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 4000ccクラスのエンジン
ピストン径が大きい 4000ccクラスのエンジン
ストロークが短い 4000ccクラスのエンジン
ストロークが長い 4000ccクラスのエンジン
ボアストローク比・昇順 [4000ccクラス]
ボアストローク比・降順 [4000ccクラス]


平均ピストンスピード

ストローク最大トルク
4600rpm
最高出力
5600rpm
102.0mm15.6m/s19.0m/s
回転数/分秒速時速
2000rpm6.8m/s24km/h
4000rpm13.6m/s49km/h
6000rpm20.4m/s73km/h
8000rpm27.2m/s98km/h
10000rpm34.0m/s122km/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102.0mmのエンジンが最高出力を発生する5600回転での平均ピストンスピードは19.0m/sとなり、これは1秒間に19.0メートル(時速にすると68.4km/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4600回転では15.6m/s、最高出力が発生する5600回転より500回転高い6100回転をレブリミットと仮定したときの平均速度は20.7m/sとなっています。

参考までにストロークが102.0mmの3J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6.80m/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)5880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。


3J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
ハマー
T345F
2008/01
H3
BaseGrade
[ABA-T345F]
245PS
33.5kgm
7.0km/L
8.90kg/PS
自然吸気
4WD/5MT
SUV
5人乗り

H3
[BaseGrade]
2008/01モデル
車両型式ABA-T345F
最高出力245PS
最大トルク33.5kgm
10-15モード燃費7.0km/L
パワーウェイト8.90kg/PS
吸気方式自然吸気
駆動方式&変速機4WD/5MT
車体形状&乗車定員SUV/5人乗り
ハマー
T345F
2009/01
H3
BaseGrade
[ABA-T345F]
242PS
33.5kgm
6.4km/L
9.09kg/PS
自然吸気
4WD/4AT
SUV
5人乗り

H3
[BaseGrade]
2009/01モデル
車両型式ABA-T345F
最高出力242PS
最大トルク33.5kgm
10-15モード燃費6.4km/L
パワーウェイト9.09kg/PS
吸気方式自然吸気
駆動方式&変速機4WD/4AT
車体形状&乗車定員SUV/5人乗り