トヨタ:4A-GE型エンジンの諸元と性能まとめ [直列4気筒 1587cc]

ここではトヨタのAE111型・カローラ [GT|1998/04モデル] に搭載されている4A-GE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。

4A-GE型の自然吸気エンジン諸元


AE111型 カローラ
主要諸元と走行性能まとめ
車両型式GF-AE111型
車名&グレードカローラ
GT
エンジン型式4A-GE
種類直列4気筒
排気量1587cc
内径×行程81.0mm×77.0mm
ボアストローク比0.95
単気筒容積396.8cc
圧縮比11.0
吸気方式自然吸気
使用燃料ハイオクガソリン
最高出力165PS/7800rpm
最大トルク16.5kgm/5600rpm

まず基本的な成り立ちとして、4A型エンジンはボア(内径)81.0mm、ストローク(行程)77.0mm、ボアストローク比0.95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。

このサイトにて登録されている車種のうち、4A-GE型の自然吸気エンジンを搭載する最も古い車種は、1987/05から発売された6代目スプリンター トレノ [AE92型|1989/05]、最も新しい車種は1995/08から発売された8代目スプリンター カリブ [AE111G型|1999/04]となっており、NA車は46車種、ターボ/SC車は0車種の全46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
4Aのエンジン性能曲線図もどき
馬力の変遷129.0PS → 165PS
トルクの変遷16.5kgm → 15.2kgm
リッター馬力104.0PS/L
リッタートルク10.4kgm/L

今回の参考車両であるカローラの直列4気筒1587cc、圧縮比11.0でハイオクガソリン仕様の自然吸気エンジンは、7800回転のとき最高出力165馬力を、7800回転のとき最大トルク16.5kgm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5600回転での馬力は129.0PS、最高出力が発生する7800回転でのトルクは15.2kgmになります。

排気量1リットルあたりの馬力は104.0PS/L、トルクは10.4kgm/Lとなり、1気筒(単気筒容積396.8cc)あたりの馬力は41.2PS、トルクは4.1kgmです。

4A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[ 10 ]、換算トルクが[ 8 ]の「稀に見る高出力エンジン」にカテゴライズされます。

ちなみに、4A-GE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AE111型カローラの165PS/16.5kgm、最も小さかったのはAE92型スプリンター トレノの140PS/15.0kgm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
81.077.01587cc11.00.95
ボアアップによる排気量拡大
81.577.01607cc11.10.94
82.01627cc11.30.94
82.51646cc11.40.93
83.01666cc11.50.93
83.51687cc11.60.92
84.01707cc11.80.92
ストロークアップによる排気量拡大
81.078.01608cc11.10.96
79.01628cc11.30.98
80.01649cc11.40.99
81.01670cc11.51.00
82.01690cc11.71.01

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81.0mmから0.5mm刻みで84.0mmまで拡大した場合および、ストロークを純正の77.0mmから1mm刻みで82.0mm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。

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0.95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。4A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0.95から0.92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

4A型エンジンのピストン径81.0mmとサイズが近いピストンを持つエンジンが25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
GY型
81.6mm
[+0.6mm]
1611cc
[+24cc]
トヨタ
2ZZ型
82.0mm
[+1.0mm]
1627cc
[+40cc]
ホンダ
G20A型
82.0mm
[+1.0mm]
1627cc
[+40cc]
ホンダ
C20A型
82.0mm
[+1.0mm]
1627cc
[+40cc]
トヨタ
4S型
82.5mm
[+1.5mm]
1646cc
[+59cc]
日産
SR18型
82.5mm
[+1.5mm]
1646cc
[+59cc]

ピストン径が近いエンジンとしては、マツダ:LW5W型MPVに搭載されるGY型2494ccの81.6mm、トヨタ:ZZE123型カローラ ランクスに搭載される2ZZ型1795ccの82.0mm、ホンダ:CC3型ビガーに搭載されるG20A型1996ccの82.0mm、ホンダ:KA5型レジェンドに搭載されるC20A型1996ccの82.0mm、トヨタ:SV30型カムリに搭載される4S型1838ccの82.5mm、日産:HN15型ファミリアワゴンに搭載されるSR18型1838ccの82.5mm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 1800ccクラスのエンジン
ピストン径が大きい 1800ccクラスのエンジン
ストロークが短い 1800ccクラスのエンジン
ストロークが長い 1800ccクラスのエンジン
ボアストローク比・昇順 [1800ccクラス]
ボアストローク比・降順 [1800ccクラス]


平均ピストンスピード

ストローク最大トルク
5600rpm
最高出力
7800rpm
77.0mm14.4m/s20.0m/s
回転数/分秒速時速
2000rpm5.1m/s18km/h
4000rpm10.3m/s37km/h
6000rpm15.4m/s55km/h
8000rpm20.5m/s74km/h
10000rpm25.7m/s93km/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77.0mmのエンジンが最高出力を発生する7800回転での平均ピストンスピードは20.0m/sとなり、これは1秒間に20.0メートル(時速にすると72.0km/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5600回転では14.4m/s、最高出力が発生する7800回転より500回転高い8300回転をレブリミットと仮定したときの平均速度は21.3m/sとなっています。

参考までにストロークが77.0mmの4A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5.15m/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、7790回転くらいが良い感じの回転数になるのではないかと思いますが、このエンジンは最高出力を発生している時点で既に20.0m/sを超えており、レブリミットを考慮するともう少し余分に(300~500回転?)回ることから、内部では大変なことになりながらも頑張って回っているエンジンです。


4A-GE型エンジンを搭載する車種の例

全46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4A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
トヨタ
AE111
1998/04
カローラ
GT
[GF-AE111]
165PS
16.5kgm
12.6km/L
6.67kg/PS
自然吸気
FF/6MT
セダン
5人乗り

カローラ
[GT]
1998/04モデル
車両型式GF-AE111
最高出力165PS
最大トルク16.5kgm
10-15モード燃費12.6km/L
パワーウェイト6.67kg/PS
吸気方式自然吸気
駆動方式&変速機FF/6MT
車体形状&乗車定員セダン/5人乗り
トヨタ
AE111
1998/04
カローラ レビン
BZ-R
[GF-AE111]
165PS
16.5kgm
12.6km/L
6.55kg/PS
自然吸気
FF/6MT
クーペ
4人乗り

カローラ レビン
[BZ-R]
1998/04モデル
車両型式GF-AE111
最高出力165PS
最大トルク16.5kgm
10-15モード燃費12.6km/L
パワーウェイト6.55kg/PS
吸気方式自然吸気
駆動方式&変速機FF/6MT
車体形状&乗車定員クーペ/4人乗り
トヨタ
AE111
1996/05
カローラ レビン
BZ-V
[E-AE111]
165PS
16.5kgm
12.6km/L
6.36kg/PS
自然吸気
FF/5MT
クーペ
4人乗り

カローラ レビン
[BZ-V]
1996/05モデル
車両型式E-AE111
最高出力165PS
最大トルク16.5kgm
10-15モード燃費12.6km/L
パワーウェイト6.36kg/PS
吸気方式自然吸気
駆動方式&変速機FF/5MT
車体形状&乗車定員クーペ/4人乗り
4A型エンジン搭載車種の一覧
パワーウェイトレシオ順|全89車種

その他の4A型エンジン型式と代表的な車種

4A-FE型
全31車種
トヨタ:カローラ レビン [SJ]
最高出力115PS/最大トルク15.0kgm
1994/05モデル
トヨタ
4A-FE型
全31車種
カローラ レビン
[SJ]
115PS/15.0kgm
4A-GEU型
全6車種
トヨタ:カローラ レビン [GT-APEX Fin4.300]
最高出力130PS/最大トルク15.2kgm
1983/05モデル
トヨタ
4A-GEU型
全6車種
カローラ レビン
[GT-APEX Fin4.300]
130PS/15.2kgm
4A-GZE型
全4車種
トヨタ:スプリンター トレノ [GT-Z]
最高出力170PS/最大トルク21.0kgm
1994/05モデル
トヨタ
4A-GZE型
全4車種
スプリンター トレノ
[GT-Z]
170PS/21.0kgm
4A-FHE型
全2車種
トヨタ:カリーナ [S]
最高出力110PS/最大トルク14.5kgm
1990/05モデル
トヨタ
4A-FHE型
全2車種
カリーナ
[S]
110PS/14.5kgm

トヨタ製エンジンの原動機型式まとめ
【排気量順】