トヨタ:M15A-FKS型エンジンの諸元と性能まとめ [直列3気筒 1490cc]

ここではトヨタのMXPA10型・ヤリス [Z|2020/02モデル] に搭載されているM15A-FKS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。

M15A-FKS型の自然吸気エンジン諸元


MXPA10型 ヤリス
主要諸元と走行性能まとめ
車両型式5BA-MXPA10型
車名&グレードヤリス
Z
エンジン型式M15A-FKS
種類直列3気筒
排気量1490cc
内径×行程80.5mm×97.6mm
ボアストローク比1.21
単気筒容積496.7cc
吸気方式自然吸気
使用燃料レギュラーガソリン
最高出力120PS/6600rpm
最大トルク14.8kgm/4800-5200rpm

まず基本的な成り立ちとして、M15A型エンジンはボア(内径)80.5mm、ストローク(行程)97.6mm、ボアストローク比1.21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、M15A-FKS型の自然吸気エンジンを搭載する最も古い車種は、2020/02から発売された4代目ヤリス [MXPA10型|2020/02]、最も新しい車種は2020/09から発売された4代目GRヤリス [MXPA12型|2020/09]となっており、NA車は10車種、ターボ/SC車は0車種の全10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
M15Aのエンジン性能曲線図もどき
馬力の変遷99.2PS → 120PS
トルクの変遷14.8kgm → 13.0kgm
リッター馬力80.54PS/L
リッタートルク9.9kgm/L

今回の参考車両であるヤリスの直列3気筒1490ccでレギュラーガソリン仕様の自然吸気エンジンは、6600回転のとき最高出力120馬力を、6600回転のとき最大トルク14.8kgm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4800回転での馬力は99.2PS、最高出力が発生する6600回転でのトルクは13.0kgmになります。

排気量1リットルあたりの馬力は80.54PS/L、トルクは9.9kgm/Lとなり、1気筒(単気筒容積496.7cc)あたりの馬力は40.0PS、トルクは4.9kgmです。

M15A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[ 7 ]、換算トルクが[ 7 ]の「なかなかの高出力エンジン」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
80.597.61490cc-1.21
ボアアップによる排気量拡大
81.097.61509cc-1.20
81.51527cc-1.20
82.01546cc-1.19
82.51565cc-1.18
83.01584cc-1.18
83.51603cc-1.17
ストロークアップによる排気量拡大
80.598.61505cc-1.22
99.61521cc-1.24
100.61536cc-1.25
101.61551cc-1.26
102.61567cc-1.27

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80.5mmから0.5mm刻みで83.5mmまで拡大した場合および、ストロークを純正の97.6mmから1mm刻みで102.6mm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。

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。M15A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1.21から1.17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

M15A型エンジンのピストン径80.5mmとサイズが近いピストンを持つエンジンが20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
三菱
4G94型
81.5mm
[+1.0mm]
1527cc
[+37cc]
三菱
4G67型
81.5mm
[+1.0mm]
1527cc
[+37cc]
マツダ
GY型
81.6mm
[+1.1mm]
1531cc
[+41cc]
トヨタ
2ZZ型
82.0mm
[+1.5mm]
1546cc
[+56cc]
ホンダ
G20A型
82.0mm
[+1.5mm]
1546cc
[+56cc]
ホンダ
C20A型
82.0mm
[+1.5mm]
1546cc
[+56cc]

ピストン径が近いエンジンとしては、三菱:EA7A型ギャランに搭載される4G94型1999ccの81.5mm、三菱:E35A型ギャランに搭載される4G67型1836ccの81.5mm、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
4800rpm
最高出力
6600rpm
97.6mm15.6m/s21.5m/s
回転数/分秒速時速
2000rpm6.5m/s23km/h
4000rpm13.0m/s47km/h
6000rpm19.5m/s70km/h
8000rpm26.0m/s94km/h
10000rpm32.5m/s117km/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97.6mmのエンジンが最高出力を発生する6600回転での平均ピストンスピードは21.5m/sとなり、これは1秒間に21.5メートル(時速にすると77.4km/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4800回転では15.6m/s、最高出力が発生する6600回転より500回転高い7100回転をレブリミットと仮定したときの平均速度は23.1m/sとなっています。

参考までにストロークが97.6mmのM15A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6.50m/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、6150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。


M15A-FKS型エンジンを搭載する車種の例

全10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M15A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
MXPA10
2020/02
ヤリス
Z
[5BA-MXPA10]
120PS
14.8kgm
19.6km/L
8.333kg/PS
自然吸気
FF/6MT
ハッチバック
5人乗り
車両型式:5BA-MXPA10

ヤリス
[Z]
2020/02モデル
最高出力120PS
最大トルク14.8kgm
WLTCモード燃費19.6km/L
吸気方式自然吸気
車体構成5人乗りハッチバック
FF/6MT
トヨタ
MXPA15
2020/04
ヤリス
X
[5BA-MXPA15]
120PS
14.8kgm
19.2km/L
9.167kg/PS
自然吸気
4WD/CVT
ハッチバック
5人乗り
車両型式:5BA-MXPA15

ヤリス
[X]
2020/04モデル
最高出力120PS
最大トルク14.8kgm
WLTCモード燃費19.2km/L
吸気方式自然吸気
車体構成5人乗りハッチバック
4WD/CVT
トヨタ
MXPA10
2020/02
ヤリス
X
[5BA-MXPA10]
120PS
14.8kgm
21.6km/L
8.250kg/PS
自然吸気
FF/CVT
ハッチバック
5人乗り
車両型式:5BA-MXPA10

ヤリス
[X]
2020/02モデル
最高出力120PS
最大トルク14.8kgm
WLTCモード燃費21.6km/L
吸気方式自然吸気
車体構成5人乗りハッチバック
FF/CVT
M15A型エンジン搭載車種の一覧
パワーウェイトレシオ順|全23車種

その他のM15A型エンジン型式と代表的な車種

M15A-FXE型
全13車種
トヨタ:ヤリス [Hybrid-X]
最高出力91PS/最大トルク12.2kgm
2020/02モデル
トヨタ
M15A-FXE型
全13車種
ヤリス
[Hybrid-X]
91PS/12.2kgm
M15A型
全10車種
スズキ:スイフト スポーツ [Sport]
最高出力115PS/最大トルク14.6kgm
2004/04モデル
スズキ
M15A型
全10車種
スイフト スポーツ
[Sport]
115PS/14.6kgm
M15A型
全2車種
シボレー:クルーズ [1.5LT]
最高出力110PS/最大トルク14.6kgm
2005/04モデル
シボレー
M15A型
全2車種
クルーズ
[1.5LT]
110PS/14.6kgm

トヨタ製エンジンの原動機型式まとめ
【排気量順】