三菱:4B40型エンジンの諸元と性能まとめ [直列4気筒 1498cc]

ここでは三菱のGK1W型・エクリプス クロス [M|2018/03モデル] に搭載されている4B40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。

4B40型のターボエンジン諸元


GK1W型 エクリプス クロス
主要諸元と走行性能まとめ
車両型式DBA-GK1W型
車名&グレードエクリプス クロス
M
エンジン型式4B40
種類直列4気筒
排気量1498cc
内径×行程75.0mm×84.8mm
ボアストローク比1.13
単気筒容積374.6cc
圧縮比10.0
吸気方式ターボ
使用燃料レギュラーガソリン
最高出力150PS/5500rpm
最大トルク24.5kgm/2000-3500rpm

まず基本的な成り立ちとして、4B40型エンジンはボア(内径)75.0mm、ストローク(行程)84.8mm、ボアストローク比1.13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4B40型のターボエンジンを搭載している車種は、2018/03から発売された初代エクリプス クロス [GK1W型|2018/03]となっており、NA車は0車種、ターボ/SC車は2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
4B40のエンジン性能曲線図もどき
馬力の変遷68.4PS → 150PS
トルクの変遷24.5kgm → 19.5kgm
リッター馬力100.1PS/L
リッタートルク16.4kgm/L

今回の参考車両であるエクリプス クロスの直列4気筒1498cc、圧縮比10.0でレギュラーガソリン仕様のターボエンジンは、5500回転のとき最高出力150馬力を、5500回転のとき最大トルク24.5kgm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2000回転での馬力は68.4PS、最高出力が発生する5500回転でのトルクは19.5kgmになります。

排気量1リットルあたりの馬力は100.1PS/L、トルクは16.4kgm/Lとなり、1気筒(単気筒容積374.6cc)あたりの馬力は37.5PS、トルクは6.1kgmです。

4B40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。

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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
75.084.81498cc10.01.13
ボアアップによる排気量拡大
75.584.81519cc10.11.12
76.01539cc10.31.12
76.51559cc10.41.11
77.01579cc10.51.10
77.51600cc10.61.09
78.01621cc10.71.09
ストロークアップによる排気量拡大
75.085.81516cc10.11.14
86.81534cc10.21.16
87.81552cc10.31.17
88.81569cc10.41.18
89.81587cc10.51.20

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75.0mmから0.5mm刻みで78.0mmまで拡大した場合および、ストロークを純正の84.8mmから1mm刻みで89.8mm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。4B40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1.13から1.09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

4B40型エンジンのピストン径75.0mmとサイズが近いピストンを持つエンジンが6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
S5型
76.0mm
[+1.0mm]
1539cc
[+41cc]
ダイハツ
CB型
76.0mm
[+1.0mm]
1539cc
[+41cc]
ダイハツ
CL型
76.0mm
[+1.0mm]
1539cc
[+41cc]
日産
RB20型
78.0mm
[+3.0mm]
1621cc
[+123cc]
日産
VG20型
78.0mm
[+3.0mm]
1621cc
[+123cc]
日産
HR12型
78.0mm
[+3.0mm]
1621cc
[+123cc]

ピストン径が近いエンジンとしては、マツダ:DK5FW型CX-3に搭載されるS5型1498ccの76.0mm、ダイハツ:G100S型シャレードに搭載されるCB型993ccの76.0mm、ダイハツ:G101S型シャレードに搭載されるCL型993ccの76.0mm、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
2000rpm
最高出力
5500rpm
84.8mm5.7m/s15.5m/s
回転数/分秒速時速
2000rpm5.7m/s21km/h
4000rpm11.3m/s41km/h
6000rpm17.0m/s61km/h
8000rpm22.6m/s81km/h
10000rpm28.3m/s102km/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84.8mmのエンジンが最高出力を発生する5500回転での平均ピストンスピードは15.5m/sとなり、これは1秒間に15.5メートル(時速にすると55.8km/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2000回転では5.7m/s、最高出力が発生する5500回転より500回転高い6000回転をレブリミットと仮定したときの平均速度は17.0m/sとなっています。

参考までにストロークが84.8mmの4B40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5.65m/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)7080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。


4B40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
三菱
GK1W
2018/03
エクリプス クロス
M
[DBA-GK1W]
150PS
24.5kgm
15.0km/L
9.73kg/PS
ターボ
FF/CVT
SUV
5人乗り

エクリプス クロス
[M]
2018/03モデル
車両型式DBA-GK1W
最高出力150PS
最大トルク24.5kgm
JC08モード燃費15.0km/L
パワーウェイト9.73kg/PS
吸気方式ターボ
駆動方式&変速機FF/CVT
車体形状&乗車定員SUV/5人乗り
三菱
GK1W
2018/03
エクリプス クロス
G
[DBA-GK1W]
150PS
24.5kgm
14.0km/L
10.33kg/PS
ターボ
4WD/CVT
SUV
5人乗り

エクリプス クロス
[G]
2018/03モデル
車両型式DBA-GK1W
最高出力150PS
最大トルク24.5kgm
JC08モード燃費14.0km/L
パワーウェイト10.33kg/PS
吸気方式ターボ
駆動方式&変速機4WD/CVT
車体形状&乗車定員SUV/5人乗り

三菱製エンジンの原動機型式まとめ
【排気量順】