マツダ:PE-VPS型エンジンの諸元と性能まとめ [直列4気筒 1997cc]

ここではマツダのBPFP型・MAZDA3 ファストバック [20S Proactive|2019/05モデル] に搭載されているPE-VPS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。

PE-VPS型の自然吸気エンジン諸元


BPFP型 MAZDA3 ファストバック
主要諸元と走行性能まとめ
車両型式5BA-BPFP型
車名&グレードMAZDA3 ファストバック
20S Proactive
エンジン型式PE-VPS
種類直列4気筒
排気量1997cc
内径×行程83.5mm×91.2mm
ボアストローク比1.09
単気筒容積499.4cc
圧縮比13.0
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156PS/6000rpm
最大トルク20.3kgm/4000rpm

まず基本的な成り立ちとして、PE型エンジンはボア(内径)83.5mm、ストローク(行程)91.2mm、ボアストローク比1.09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、PE-VPS型の自然吸気エンジンを搭載する最も古い車種は、2009/06から発売された2代目アクセラ スポーツ [BLFFW型|2011/09]、最も新しい車種は2019/10から発売された初代CX-30 [DMEP型|2019/10]となっており、NA車は15車種、ターボ/SC車は1車種の全16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
PEのエンジン性能曲線図もどき
馬力の変遷113.4PS → 156PS
トルクの変遷20.3kgm → 18.6kgm
リッター馬力78.1PS/L
リッタートルク10.2kgm/L

今回の参考車両であるMAZDA3 ファストバックの直列4気筒1997cc、圧縮比13.0でレギュラーガソリン仕様の自然吸気エンジンは、6000回転のとき最高出力156馬力を、6000回転のとき最大トルク20.3kgm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4000回転での馬力は113.4PS、最高出力が発生する6000回転でのトルクは18.6kgmになります。

排気量1リットルあたりの馬力は78.1PS/L、トルクは10.2kgm/Lとなり、1気筒(単気筒容積499.4cc)あたりの馬力は39.0PS、トルクは5.1kgmです。

PE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[ 7 ]、換算トルクが[ 7 ]の「なかなかの高出力エンジン」にカテゴライズされます。

ちなみに、PE-VPS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BPFP型MAZDA3 ファストバックの156PS/20.3kgm、最も小さかったのはDKEAW型CX-3の148PS/19.6kgm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
83.591.21997cc13.01.09
ボアアップによる排気量拡大
84.091.22022cc13.11.09
84.52046cc13.31.08
85.02070cc13.41.07
85.52094cc13.61.07
86.02119cc13.71.06
86.52144cc13.91.05
ストロークアップによる排気量拡大
83.592.22019cc13.11.10
93.22041cc13.31.12
94.22063cc13.41.13
95.22085cc13.51.14
96.22107cc13.71.15

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83.5mmから0.5mm刻みで86.5mmまで拡大した場合および、ストロークを純正の91.2mmから1mm刻みで96.2mm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。PE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1.09から1.05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

PE型エンジンのピストン径83.5mmとサイズが近いピストンを持つエンジンが46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
KL型
84.5mm
[+1.0mm]
2046cc
[+49cc]
日産
CD20型
84.5mm
[+1.0mm]
2046cc
[+49cc]
マツダ
YF型
84.8mm
[+1.3mm]
2060cc
[+63cc]
三菱
4G63型
85.0mm
[+1.5mm]
2070cc
[+73cc]
日産
VQ25型
85.0mm
[+1.5mm]
2070cc
[+73cc]
スバル
EJ15型
85.0mm
[+1.5mm]
2070cc
[+73cc]

ピストン径が近いエンジンとしては、マツダ:GW5R型カペラ ワゴンに搭載されるKL型2496ccの84.5mm、日産:SNN15型ファミリアワゴンに搭載されるCD20型1973ccの84.5mm、マツダ:EPEW型トリビュートに搭載されるYF型1988ccの84.8mm、三菱:CT9A型ランサーエボリューションに搭載される4G63型1997ccの85.0mm、日産:M35型プラウディアに搭載されるVQ25型2495ccの85.0mm、スバル:GG2型インプレッサ スポーツワゴンに搭載されるEJ15型1493ccの85.0mm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 2000ccクラスのエンジン
ピストン径が大きい 2000ccクラスのエンジン
ストロークが短い 2000ccクラスのエンジン
ストロークが長い 2000ccクラスのエンジン
ボアストローク比・昇順 [2000ccクラス]
ボアストローク比・降順 [2000ccクラス]


平均ピストンスピード

ストローク最大トルク
4000rpm
最高出力
6000rpm
91.2mm12.2m/s18.2m/s
回転数/分秒速時速
2000rpm6.1m/s22km/h
4000rpm12.2m/s44km/h
6000rpm18.2m/s66km/h
8000rpm24.3m/s87km/h
10000rpm30.4m/s109km/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91.2mmのエンジンが最高出力を発生する6000回転での平均ピストンスピードは18.2m/sとなり、これは1秒間に18.2メートル(時速にすると65.5km/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4000回転では12.2m/s、最高出力が発生する6000回転より500回転高い6500回転をレブリミットと仮定したときの平均速度は19.8m/sとなっています。

参考までにストロークが91.2mmのPE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6.07m/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)6580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。


PE-VPS型エンジンを搭載する車種の例

全16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PE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
BPFP
2019/05
MAZDA3 ファストバック
20S Proactive
[5BA-BPFP]
156PS
20.3kgm
15.6km/L
8.72kg/PS
自然吸気
FF/6AT
ハッチバック
5人乗り

MAZDA3 ファストバック
[20S Proactive]
2019/05モデル
車両型式5BA-BPFP
最高出力156PS
最大トルク20.3kgm
WLTCモード燃費15.6km/L
パワーウェイト8.72kg/PS
吸気方式自然吸気
駆動方式&変速機FF/6AT
車体形状&乗車定員ハッチバック/5人乗り
マツダ
KFEP
2018/03
CX-5
20S
[6BA-KFEP]
156PS
20.3kgm
14.6km/L
9.74kg/PS
自然吸気
FF/6AT
SUV
5人乗り

CX-5
[20S]
2018/03モデル
車両型式6BA-KFEP
最高出力156PS
最大トルク20.3kgm
WLTCモード燃費14.6km/L
JC08モード燃費16.0km/L
パワーウェイト9.74kg/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
マツダ
BPFP
2019/05
MAZDA3 セダン
20S Proactive
[5BA-BPFP]
156PS
20.3kgm
15.8km/L
8.65kg/PS
ターボ
FF/6AT
セダン
5人乗り

MAZDA3 セダン
[20S Proactive]
2019/05モデル
車両型式5BA-BPFP
最高出力156PS
最大トルク20.3kgm
WLTCモード燃費15.8km/L
JC08モード燃費16.0km/L
パワーウェイト8.65kg/PS
吸気方式ターボ
駆動方式&変速機FF/6AT
車体形状&乗車定員セダン/5人乗り
PE型エンジン搭載車種の一覧
パワーウェイトレシオ順|全29車種

その他のPE型エンジン型式と代表的な車種

PE-VPR型
全8車種
マツダ:MAZDA6 ワゴン [20S]
最高出力156PS/最大トルク20.3kgm
2019/07モデル
マツダ
PE-VPR型
全8車種
MAZDA6 ワゴン
[20S]
156PS/20.3kgm
PE-VPR[RS]型
全4車種
マツダ:ロードスターRF [S]
最高出力184PS/最大トルク20.9kgm
2018/07モデル
マツダ
PE-VPR[RS]型
全4車種
ロードスターRF
[S]
184PS/20.9kgm
PE-VPH型
全1車種
マツダ:アクセラ ハイブリッド [Hybrid-S]
最高出力99PS/最大トルク14.5kgm
2013/11モデル
マツダ
PE-VPH型
全1車種
アクセラ ハイブリッド
[Hybrid-S]
99PS/14.5kgm

マツダ製エンジンの原動機型式まとめ
【排気量順】