マツダ:S5-DPTS型エンジンの諸元と性能まとめ [直列4気筒 1498cc]

ここではマツダのDK5FW型・CX-3 [XD|2015/02モデル] に搭載されているS5-DPTS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。

S5-DPTS型のターボエンジン諸元


DK5FW型 CX-3
主要諸元と走行性能まとめ
車両型式LDA-DK5FW型
車名&グレードCX-3
XD
エンジン型式S5-DPTS
種類直列4気筒
排気量1498cc
内径×行程76.0mm×82.6mm
ボアストローク比1.09
単気筒容積374.7cc
圧縮比14.8
吸気方式ターボ
使用燃料ディーゼル
最高出力105PS/4000rpm
最大トルク27.5kgm/1600-2500rpm

まず基本的な成り立ちとして、S5型エンジンはボア(内径)76.0mm、ストローク(行程)82.6mm、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、S5-DPTS型のターボエンジンを搭載する最も古い車種は、2014/09から発売された4代目デミオ [DJ5FS型|2014/09]、最も新しい車種は2019/09から発売された4代目MAZDA2 [DJ5FS型|2019/09]となっており、NA車は0車種、ターボ/SC車は11車種の全11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
S5のエンジン性能曲線図もどき
馬力の変遷61.4PS → 105PS
トルクの変遷27.5kgm → 18.8kgm
リッター馬力70.1PS/L
リッタートルク18.4kgm/L

今回の参考車両であるCX-3の直列4気筒1498cc、圧縮比14.8でディーゼル仕様のターボエンジンは、4000回転のとき最高出力105馬力を、4000回転のとき最大トルク27.5kgm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1600回転での馬力は61.4PS、最高出力が発生する4000回転でのトルクは18.8kgmになります。

排気量1リットルあたりの馬力は70.1PS/L、トルクは18.4kgm/Lとなり、1気筒(単気筒容積374.7cc)あたりの馬力は26.2PS、トルクは6.9kgmです。

S5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[ 3 ]、換算トルクが[ 8 ]の「控えめな出力のエンジン」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
76.082.61498cc14.81.09
ボアアップによる排気量拡大
76.582.61519cc15.01.08
77.01539cc15.21.07
77.51559cc15.31.07
78.01579cc15.51.06
78.51599cc15.71.05
79.01619cc15.91.05
ストロークアップによる排気量拡大
76.083.61517cc14.91.10
84.61535cc15.11.11
85.61553cc15.31.13
86.61571cc15.41.14
87.61590cc15.61.15

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76.0mmから0.5mm刻みで79.0mmまで拡大した場合および、ストロークを純正の82.6mmから1mm刻みで87.6mm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。S5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

S5型エンジンのピストン径76.0mmとサイズが近いピストンを持つエンジンが7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
日産
RB20型
78.0mm
[+2.0mm]
1579cc
[+81cc]
日産
VG20型
78.0mm
[+2.0mm]
1579cc
[+81cc]
日産
HR12型
78.0mm
[+2.0mm]
1579cc
[+81cc]
三菱
6A12型
78.4mm
[+2.4mm]
1595cc
[+97cc]
スバル
FB16型
78.8mm
[+2.8mm]
1611cc
[+113cc]
マツダ
S8型
79.0mm
[+3.0mm]
1619cc
[+121cc]

ピストン径が近いエンジンとしては、日産:CA31改型セフィーロに搭載されるRB20型1998ccの78.0mm、日産:GF31型レパードに搭載されるVG20型1998ccの78.0mm、日産:E12型ノートに搭載されるHR12型1198ccの78.0mm、三菱:DE3A型FTOに搭載される6A12型1998ccの78.4mm、スバル:GT3型XVに搭載されるFB16型1599ccの78.8mm、マツダ:BP8P型MAZDA3 セダンに搭載されるS8型1756ccの79.0mm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 1500ccクラスのエンジン
ピストン径が大きい 1500ccクラスのエンジン
ストロークが短い 1500ccクラスのエンジン
ストロークが長い 1500ccクラスのエンジン
ボアストローク比・昇順 [1500ccクラス]
ボアストローク比・降順 [1500ccクラス]


平均ピストンスピード

ストローク最大トルク
1600rpm
最高出力
4000rpm
82.6mm4.4m/s11.0m/s
回転数/分秒速時速
2000rpm5.5m/s20km/h
4000rpm11.0m/s40km/h
6000rpm16.5m/s59km/h
8000rpm22.0m/s79km/h
10000rpm27.5m/s99km/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82.6mmのエンジンが最高出力を発生する4000回転での平均ピストンスピードは11.0m/sとなり、これは1秒間に11.0メートル(時速にすると39.6km/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1600回転では4.4m/s、最高出力が発生する4000回転より500回転高い4500回転をレブリミットと仮定したときの平均速度は12.4m/sとなっています。

参考までにストロークが82.6mmのS5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5.50m/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)7260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。


S5-DPTS型エンジンを搭載する車種の例

全11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S5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
DJ5FS
2014/09
デミオ
XD
[LDA-DJ5FS]
105PS
22.4kgm
30.0km/L
10.286kg/PS
ターボ
FF/6MT
ハッチバック
5人乗り

デミオ
[XD]
2014/09モデル
車両型式LDA-DJ5FS
最高出力105PS
最大トルク22.4kgm
JC08モード燃費30.0km/L
パワーウェイト10.286kg/PS
吸気方式ターボ
駆動方式&変速機FF/6MT
車体形状&乗車定員ハッチバック/5人乗り
マツダ
DK5FW
2015/02
CX-3
XD
[LDA-DK5FW]
105PS
27.5kgm
23.0km/L
12.000kg/PS
ターボ
FF/6AT
SUV
5人乗り

CX-3
[XD]
2015/02モデル
車両型式LDA-DK5FW
最高出力105PS
最大トルク27.5kgm
JC08モード燃費23.0km/L
パワーウェイト12.000kg/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SUV/5人乗り
マツダ
DK5FW
2015/02
CX-3
XD
[LDA-DK5FW]
105PS
27.5kgm
25.0km/L
11.810kg/PS
ターボ
FF/6MT
SUV
5人乗り

CX-3
[XD]
2015/02モデル
車両型式LDA-DK5FW
最高出力105PS
最大トルク27.5kgm
JC08モード燃費25.0km/L
パワーウェイト11.810kg/PS
吸気方式ターボ
駆動方式&変速機FF/6MT
車体形状&乗車定員SUV/5人乗り
S5型エンジン搭載車種の一覧
パワーウェイトレシオ順|全11車種

マツダ製エンジンの原動機型式まとめ
【排気量順】