レクサス:1AR-FE型エンジンの諸元と性能まとめ [直列4気筒 2671cc]

ここではレクサスのAGL10W型・RX [RX270|2010/08モデル] に搭載されている1AR-FE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。

1AR-FE型の自然吸気エンジン諸元


AGL10W型 RX
主要諸元と走行性能まとめ
車両型式DBA-AGL10W型
車名&グレードRX
RX270
エンジン型式1AR-FE
種類直列4気筒
排気量2671cc
内径×行程90.0mm×105.0mm
ボアストローク比1.17
単気筒容積668.0cc
圧縮比10.0
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188PS/5800rpm
最大トルク25.7kgm/4200rpm

まず基本的な成り立ちとして、1AR型エンジンはボア(内径)90.0mm、ストローク(行程)105.0mm、ボアストローク比1.17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
1ARのエンジン性能曲線図もどき
馬力の変遷150.7PS → 188PS
トルクの変遷25.7kgm → 23.2kgm
リッター馬力70.4PS/L
リッタートルク9.6kgm/L

今回の参考車両であるRXの直列4気筒2671cc、圧縮比10.0でレギュラーガソリン仕様の自然吸気エンジンは、5800回転のとき最高出力188馬力を、5800回転のとき最大トルク25.7kgm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4200回転での馬力は150.7PS、最高出力が発生する5800回転でのトルクは23.2kgmになります。

排気量1リットルあたりの馬力は70.4PS/L、トルクは9.6kgm/Lとなり、1気筒(単気筒容積668.0cc)あたりの馬力は47.0PS、トルクは6.4kgmです。

1AR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[ 6 ]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。

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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
90.0105.02671cc10.01.17
ボアアップによる排気量拡大
90.5105.02702cc10.11.16
91.02732cc10.21.15
91.52762cc10.31.15
92.02792cc10.41.14
92.52822cc10.51.14
93.02853cc10.61.13
ストロークアップによる排気量拡大
90.0106.02697cc10.11.18
107.02723cc10.21.19
108.02748cc10.31.20
109.02774cc10.31.21
110.02799cc10.41.22

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90.0mmから0.5mm刻みで93.0mmまで拡大した場合および、ストロークを純正の105.0mmから1mm刻みで110.0mm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。1AR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1.17から1.13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

1AR型エンジンのピストン径90.0mm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
[+1.0mm]
2732cc
[+61cc]
三菱
6G72型
91.1mm
[+1.1mm]
2738cc
[+67cc]
日産
VG33型
91.5mm
[+1.5mm]
2762cc
[+91cc]
スバル
EJ20型
92.0mm
[+2.0mm]
2792cc
[+121cc]
トヨタ
2L型
92.0mm
[+2.0mm]
2792cc
[+121cc]
スズキ
J24B型
92.0mm
[+2.0mm]
2792cc
[+121cc]

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:D53A型エクリプス スパイダーに搭載される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:TDA4W型エスクードに搭載される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 3000ccクラスのエンジン
ピストン径が大きい 3000ccクラスのエンジン
ストロークが短い 3000ccクラスのエンジン
ストロークが長い 3000ccクラスのエンジン
ボアストローク比・昇順 [3000ccクラス]
ボアストローク比・降順 [3000ccクラス]


平均ピストンスピード

ストローク最大トルク
4200rpm
最高出力
5800rpm
105.0mm14.7m/s20.3m/s
回転数/分秒速時速
2000rpm7.0m/s25km/h
4000rpm14.0m/s50km/h
6000rpm21.0m/s76km/h
8000rpm28.0m/s101km/h
10000rpm35.0m/s126km/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105.0mmのエンジンが最高出力を発生する5800回転での平均ピストンスピードは20.3m/sとなり、これは1秒間に20.3メートル(時速にすると73.1km/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4200回転では14.7m/s、最高出力が発生する5800回転より500回転高い6300回転をレブリミットと仮定したときの平均速度は22.1m/sとなっています。

参考までにストロークが105.0mmの1AR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7.00m/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、5710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。


1AR-FE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
レクサス
AGL10W
2010/08
RX
RX270
[DBA-AGL10W]
188PS
25.7kgm
10.0km/L
9.63kg/PS
自然吸気
FF/6AT
SUV
5人乗り

RX
[RX270]
2010/08モデル
車両型式DBA-AGL10W
最高出力188PS
最大トルク25.7kgm
JC08モード燃費10.0km/L
10-15モード燃費10.4km/L
パワーウェイト9.63kg/PS
吸気方式自然吸気
駆動方式&変速機FF/6AT
車体形状&乗車定員SUV/5人乗り

レクサス製エンジンの原動機型式まとめ
【排気量順】