ルノー:F4R型NAエンジンの諸元と性能まとめ [直列4気筒 1998cc]

ここではルノーのGF4型・ラグナ [Wagon-2.0|2004/04モデル] に搭載されているF4R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。

F4R型の自然吸気エンジン諸元


GF4型 ラグナ
主要諸元と走行性能まとめ
車両型式GH-GF4型
車名&グレードラグナ
Wagon-2.0
エンジン型式F4R
種類直列4気筒
排気量1998cc
内径×行程82.7mm×93.0mm
ボアストローク比1.12
単気筒容積499.5cc
吸気方式自然吸気
使用燃料ハイオクガソリン
最高出力135PS/5500rpm
最大トルク19.5kgm/4100rpm

まず基本的な成り立ちとして、F4R型エンジンはボア(内径)82.7mm、ストローク(行程)93.0mm、ボアストローク比1.12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F4R型の自然吸気エンジンを搭載している車種は、2003/01から発売された2代目ラグナ [GF4型|2004/04]となっており、1車種のNA車が登録されています。

関連ページ
ルノー:F4R型 ターボ/SC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
F4Rのエンジン性能曲線図もどき
馬力の変遷111.6PS → 135PS
トルクの変遷19.5kgm → 17.6kgm
リッター馬力67.57PS/L
リッタートルク9.8kgm/L

今回の参考車両であるラグナの直列4気筒1998ccでハイオクガソリン仕様の自然吸気エンジンは、5500回転のとき最高出力135馬力を、5500回転のとき最大トルク19.5kgm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4100回転での馬力は111.6PS、最高出力が発生する5500回転でのトルクは17.6kgmになります。

排気量1リットルあたりの馬力は67.57PS/L、トルクは9.8kgm/Lとなり、1気筒(単気筒容積499.5cc)あたりの馬力は33.8PS、トルクは4.9kgmです。

F4R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
82.793.01998cc-1.12
ボアアップによる排気量拡大
83.293.02022cc-1.12
83.72047cc-1.11
84.22071cc-1.10
84.72096cc-1.10
85.22121cc-1.09
85.72146cc-1.09
ストロークアップによる排気量拡大
82.794.02020cc-1.14
95.02041cc-1.15
96.02063cc-1.16
97.02084cc-1.17
98.02106cc-1.19

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82.7mmから0.5mm刻みで85.7mmまで拡大した場合および、ストロークを純正の93.0mmから1mm刻みで98.0mm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。

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。F4R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1.12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

F4R型エンジンのピストン径82.7mmとサイズが近いピストンを持つエンジンが26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
PE型
83.5mm
[+0.8mm]
2037cc
[+39cc]
マツダ
HF型
83.5mm
[+0.8mm]
2037cc
[+39cc]
三菱
6G73型
83.5mm
[+0.8mm]
2037cc
[+39cc]
日産
MR20型
84.0mm
[+1.3mm]
2061cc
[+63cc]
スバル
FB20型
84.0mm
[+1.3mm]
2061cc
[+63cc]
マツダ
J20A型
84.0mm
[+1.3mm]
2061cc
[+63cc]

ピストン径が近いエンジンとしては、マツダ:GJEFP型ロードスターRFに搭載されるPE型1997ccの83.5mm、マツダ:DMFP型CX-30に搭載されるHF型1997ccの83.5mm、三菱:F41A型ディアマンテに搭載される6G73型2497ccの83.5mm、日産:SC27型ランディに搭載されるMR20型1997ccの84.0mm、スバル:GT7型XVに搭載されるFB20型1995ccの84.0mm、マツダ:TF52W型プロシード レバンテに搭載されるJ20A型1995ccの84.0mm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
4100rpm
最高出力
5500rpm
93.0mm12.7m/s17.1m/s
回転数/分秒速時速
2000rpm6.2m/s22km/h
4000rpm12.4m/s45km/h
6000rpm18.6m/s67km/h
8000rpm24.8m/s89km/h
10000rpm31.0m/s112km/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93.0mm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17.1m/sとなり、これは1秒間に17.1メートル(時速にすると61.6km/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4100回転では12.7m/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18.6m/sとなっています。

参考までにストロークが93.0mmのF4R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6.20m/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)6450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。


F4R型NAエンジンを搭載する車種の例

全1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F4R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
ルノー
GF4
2004/04
ラグナ
Wagon-2.0
[GH-GF4]
135PS
19.5kgm
-
10.741kg/PS
自然吸気
FF/4AT
ワゴン
5人乗り
車両型式:GH-GF4

ラグナ
[Wagon-2.0]
2004/04モデル
最高出力135PS
最大トルク19.5kgm
吸気方式自然吸気
車体構成5人乗りワゴン
FF/4AT
F4R型エンジン搭載車種の一覧
パワーウェイトレシオ順|全9車種

その他のF4R型エンジン型式と代表的な車種

F4R2型
全1車種
ルノー:メガーヌ [Renault-Sport]
最高出力224PS/最大トルク30.6kgm
2008/10モデル
ルノー
F4R2型
全1車種
メガーヌ
[Renault-Sport]
224PS/30.6kgm

ルノー製エンジンの原動機型式まとめ
【排気量順】