マツダ:K6A型ターボエンジンの諸元と性能まとめ [直列3気筒 658cc]

ここではマツダのHF21S型・スピアーノ [SS|2007/05モデル] に搭載されているK6A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。

K6A型のターボエンジン諸元


HF21S型 スピアーノ
主要諸元と走行性能まとめ
車両型式ABA-HF21S型
車名&グレードスピアーノ
SS
エンジン型式K6A
種類直列3気筒
排気量658cc
内径×行程68.0mm×60.4mm
ボアストローク比0.89
単気筒容積219.3cc
圧縮比8.4
吸気方式ターボ
使用燃料レギュラーガソリン
最高出力64PS/6500rpm
最大トルク10.8kgm/3500rpm

まず基本的な成り立ちとして、K6A型エンジンはボア(内径)68.0mm、ストローク(行程)60.4mm、ボアストローク比0.89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、K6A型のターボエンジンを搭載する最も古い車種は、1994/09から発売された初代AZワゴン [CZ51S型|1997/05]、最も新しい車種は2012/06から発売された初代フレアワゴン [MM21S型|2012/06]となっており、28車種のターボ/SC車が登録されています。

関連ページ
マツダ:K6A型 自然吸気エンジン 諸元と性能まとめ

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
K6Aのエンジン性能曲線図もどき
馬力の変遷52.8PS → 64PS
トルクの変遷10.8kgm → 7.1kgm
リッター馬力97.3PS/L
リッタートルク16.4kgm/L

今回の参考車両であるスピアーノの直列3気筒658cc、圧縮比8.4でレギュラーガソリン仕様のターボエンジンは、6500回転のとき最高出力64馬力を、6500回転のとき最大トルク10.8kgm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3500回転での馬力は52.8PS、最高出力が発生する6500回転でのトルクは7.1kgmになります。

排気量1リットルあたりの馬力は97.3PS/L、トルクは16.4kgm/Lとなり、1気筒(単気筒容積219.3cc)あたりの馬力は21.3PS、トルクは3.6kgmです。

K6A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[ 6 ]、換算トルクが[ 7 ]の「標準的な出力(中の上)のエンジン」にカテゴライズされます。

ちなみに、K6A型のターボ・SC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JM23W型AZオフロードの64PS/10.5kgm、最も小さかったのはMJ22S型AZワゴンの60PS/8.5kgm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
68.060.4658cc8.40.89
ボアアップによる排気量拡大
68.560.4668cc8.50.88
69.0678cc8.60.88
69.5687cc8.70.87
70.0697cc8.80.86
70.5707cc9.00.86
71.0717cc9.10.85
ストロークアップによる排気量拡大
68.061.4669cc8.50.90
62.4680cc8.70.92
63.4691cc8.80.93
64.4702cc8.90.95
65.4713cc9.00.96

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68.0mmから0.5mm刻みで71.0mmまで拡大した場合および、ストロークを純正の60.4mmから1mm刻みで65.4mm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0.89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。K6A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0.89から0.85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

K6A型エンジンのピストン径68.0mm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
トヨタ
1KR型
71.0mm
[+3.0mm]
717cc
[+59cc]
ホンダ
P07A型
71.0mm
[+3.0mm]
717cc
[+59cc]

ピストン径が近いエンジンとしては、トヨタ:M900S型ルーミーに搭載される1KR型996ccの71.0mm、ホンダ:JB5型ライフに搭載されるP07A型658ccの71.0mm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 軽自動車のエンジン
ピストン径が大きい 軽自動車のエンジン
ストロークが短い 軽自動車のエンジン
ストロークが長い 軽自動車のエンジン
ボアストローク比・昇順 [軽自動車]
ボアストローク比・降順 [軽自動車]


平均ピストンスピード

ストローク最大トルク
3500rpm
最高出力
6500rpm
60.4mm7.0m/s13.1m/s
回転数/分秒速時速
2000rpm4.0m/s14km/h
4000rpm8.1m/s29km/h
6000rpm12.1m/s44km/h
8000rpm16.1m/s58km/h
10000rpm20.1m/s72km/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60.4mmのエンジンが最高出力を発生する6500回転での平均ピストンスピードは13.1m/sとなり、これは1秒間に13.1メートル(時速にすると47.2km/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3500回転では7.0m/s、最高出力が発生する6500回転より500回転高い7000回転をレブリミットと仮定したときの平均速度は14.1m/sとなっています。

参考までにストロークが60.4mmのK6A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4.03m/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)9930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。


K6A型ターボエンジンを搭載する車種の例

全28車種のうち、最高出力が大きいものから順に上位3車種を表示しています。その他の車種については、ページ下部にあるリンクよりK6A型エンジン搭載車種の一覧をご覧ください。

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
マツダ
JM23W
2008/06
AZオフロード
XC
[ABA-JM23W]
64PS
10.5kgm
14.8km/L
15.63kg/PS
ターボ
4WD/4AT
軽SUV
4人乗り

AZオフロード
[XC]
2008/06モデル
車両型式ABA-JM23W
最高出力64PS
最大トルク10.5kgm
10-15モード燃費14.8km/L
パワーウェイト15.63kg/PS
吸気方式ターボ
駆動方式&変速機4WD/4AT
車体形状&乗車定員軽SUV/4人乗り
マツダ
HF21S
2007/05
スピアーノ
SS
[ABA-HF21S]
64PS
10.8kgm
18.0km/L
12.66kg/PS
ターボ
FF/4AT
軽ハッチバック
4人乗り

スピアーノ
[SS]
2007/05モデル
車両型式ABA-HF21S
最高出力64PS
最大トルク10.8kgm
10-15モード燃費18.0km/L
パワーウェイト12.66kg/PS
吸気方式ターボ
駆動方式&変速機FF/4AT
車体形状&乗車定員軽ハッチバック/4人乗り
マツダ
JM23W
2008/06
AZオフロード
XC
[ABA-JM23W]
64PS
10.5kgm
16.4km/L
15.47kg/PS
ターボ
4WD/5MT
軽SUV
4人乗り

AZオフロード
[XC]
2008/06モデル
車両型式ABA-JM23W
最高出力64PS
最大トルク10.5kgm
10-15モード燃費16.4km/L
パワーウェイト15.47kg/PS
吸気方式ターボ
駆動方式&変速機4WD/5MT
車体形状&乗車定員軽SUV/4人乗り
K6A型エンジン搭載車種の一覧
パワーウェイトレシオ順|全243車種

その他のK6A型エンジン型式と代表的な車種

K6A型
全155車種
スズキ:ワゴンR [FG]
最高出力55PS/最大トルク6.3kgm
2000/05モデル
スズキ
K6A型
全155車種
ワゴンR
[FG]
55PS/6.3kgm
K6A型
全20車種
日産:モコ [Q]
最高出力54PS/最大トルク6.4kgm
2004/04モデル
日産
K6A型
全20車種
モコ
[Q]
54PS/6.4kgm

マツダ製エンジンの原動機型式まとめ
【排気量順】