ルノー:K4J型エンジンの諸元と性能まとめ [直列4気筒 1389cc]

ここではルノーのBK4J型・ルーテシア [1.4RXT|2004/10モデル] に搭載されているK4J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。

K4J型の自然吸気エンジン諸元


BK4J型 ルーテシア
主要諸元と走行性能まとめ
車両型式GH-BK4J型
車名&グレードルーテシア
1.4RXT
エンジン型式K4J
種類直列4気筒
排気量1389cc
内径×行程79.5mm×70.0mm
ボアストローク比0.88
単気筒容積347.5cc
吸気方式自然吸気
使用燃料ハイオクガソリン
最高出力98PS/6000rpm
最大トルク13.0kgm/3750rpm

まず基本的な成り立ちとして、K4J型エンジンはボア(内径)79.5mm、ストローク(行程)70.0mm、ボアストローク比0.88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。

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
K4Jのエンジン性能曲線図もどき
馬力の変遷68.1PS → 98PS
トルクの変遷13.0kgm → 11.7kgm
リッター馬力70.55PS/L
リッタートルク9.4kgm/L

今回の参考車両であるルーテシアの直列4気筒1389ccでハイオク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98馬力を、6000回転のとき最大トルク13.0kgm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3750回転での馬力は68.1PS、最高出力が発生する6000回転でのトルクは11.7kgmになります。

排気量1リットルあたりの馬力は70.55PS/L、トルクは9.4kgm/Lとなり、1気筒(単気筒容積347.5cc)あたりの馬力は24.5PS、トルクは3.2kgmです。

K4J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[ 5 ]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
79.570.01389cc-0.88
ボアアップによる排気量拡大
80.070.01407cc-0.88
80.51425cc-0.87
81.01443cc-0.86
81.51461cc-0.86
82.01479cc-0.85
82.51497cc-0.85
ストロークアップによる排気量拡大
79.571.01410cc-0.89
72.01430cc-0.91
73.01449cc-0.92
74.01469cc-0.93
75.01489cc-0.94

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79.5mmから0.5mm刻みで82.5mmまで拡大した場合および、ストロークを純正の70.0mmから1mm刻みで75.0mm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0.88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。K4J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0.88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

K4J型エンジンのピストン径79.5mmとサイズが近いピストンを持つエンジンが34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
レクサス
2ZR型
80.5mm
[+1.0mm]
1425cc
[+36cc]
トヨタ
3ZR型
80.5mm
[+1.0mm]
1425cc
[+36cc]
トヨタ
M15A型
80.5mm
[+1.0mm]
1425cc
[+36cc]
レクサス
M20A型
80.5mm
[+1.0mm]
1425cc
[+36cc]
スバル
Z18型
80.5mm
[+1.0mm]
1425cc
[+36cc]
トヨタ
5K型
80.5mm
[+1.0mm]
1425cc
[+36cc]

ピストン径が近いエンジンとしては、レクサス:ZSP110型ヴォクシーに搭載される2ZR型1797ccの80.5mm、トヨタ:ZRR70W型ヴォクシーに搭載される3ZR型1986ccの80.5mm、トヨタ:MXPH10型ヤリスに搭載されるM15A型1490ccの80.5mm、レクサス:MZAA10型UXに搭載されるM20A型1986ccの80.5mm、スバル:XM182型トラヴィックに搭載されるZ18型1795ccの80.5mm、トヨタ:KM30G型ライトエースに搭載される5K型1486ccの80.5mm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
3750rpm
最高出力
6000rpm
70.0mm8.8m/s14.0m/s
回転数/分秒速時速
2000rpm4.7m/s17km/h
4000rpm9.3m/s33km/h
6000rpm14.0m/s50km/h
8000rpm18.7m/s67km/h
10000rpm23.3m/s84km/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70.0mm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14.0m/sとなり、これは1秒間に14.0メートル(時速にすると50.4km/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3750回転では8.8m/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15.2m/sとなっています。

参考までにストロークが70.0mmのK4J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4.65m/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)8570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。


K4J型エンジンを搭載する車種の例

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
BK4J
2004/10
ルーテシア
1.4RXT
[GH-BK4J]
98PS
13.0kgm
-
10.612kg/PS
自然吸気
FF/4AT
ハッチバック
5人乗り
車両型式:GH-BK4J

ルーテシア
[1.4RXT]
2004/10モデル
最高出力98PS
最大トルク13.0kgm
吸気方式自然吸気
車体構成5人乗りハッチバック
FF/4AT

ルノー製エンジンの原動機型式まとめ
【排気量順】