ここではVWの3CCAX型・パサート ヴァリアント [TSI High-line|2011/05モデル] に搭載されているCAX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。
CAX型のターボエンジン諸元
3CCAX型 パサート ヴァリアント 主要諸元と走行性能まとめ | |
車両型式 | DBA-3CCAX型 |
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車名&グレード | パサート ヴァリアント TSI High-line |
エンジン型式 | CAX |
種類 | 直列4気筒 |
排気量 | 1389cc |
内径×行程 | 76.5mm×75.6mm |
ボアストローク比 | 0.99 |
単気筒容積 | 347.5cc |
圧縮比 | 10.0 |
吸気方式 | ターボ |
使用燃料 | ハイオクガソリン |
最高出力 | 122PS/5000rpm |
最大トルク | 20.4kgm/1500-4000rpm |
まず基本的な成り立ちとして、CAX型エンジンはボア(内径)76.5mm、ストローク(行程)75.6mm、ボアストローク比0.99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、厳密に言えばボアとストロークが全くの同一でなければスクエア型を名乗ることは許されませんが、ここまでボアストローク比が1に近いのであれば「もうスクエア型にしてあげても良いじゃない!」という気もします。
これらのエンジンはショートストローク型、或いはロングストローク型の風味を残しつつ、その実はスクエア型に限りなく近い特性を持ちます。「やっぱこう、どうせなら低回転で粘って高回転でキレ
(省略されました・・全てを読むには ここ を押してください)
このサイトにて登録されている車種のうち、CAX型のターボエンジンを搭載する最も古い車種は、2004/06から発売された5代目ゴルフV [1KCAX型|2009/01]、最も新しい車種は2009/04から発売された6代目ゴルフVI [1KCAX型|2011/08]となっており、NA車は0車種、ターボ/SC車は6車種の全6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 | |
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馬力の変遷 | 42.7PS → 122PS |
トルクの変遷 | 20.4kgm → 17.5kgm |
リッター馬力 | 87.83PS/L |
リッタートルク | 14.7kgm/L |
今回の参考車両であるパサート ヴァリアントの直列4気筒1389cc、圧縮比10.0でハイオクガソリン仕様のターボエンジンは、5000回転のとき最高出力122馬力を、5000回転のとき最大トルク20.4kgm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1500回転での馬力は42.7PS、最高出力が発生する5000回転でのトルクは17.5kgmになります。
排気量1リットルあたりの馬力は87.83PS/L、トルクは14.7kgm/Lとなり、1気筒(単気筒容積347.5cc)あたりの馬力は30.5PS、トルクは5.1kgmです。
CAX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[ 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 | ||||
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Bore | Stroke | 排気量 | 圧縮比 | B/S比 |
76.5 | 75.6 | 1389cc | 10.0 | 0.99 |
ボアアップによる排気量拡大 | ||||
77.0 | 75.6 | 1408cc | 10.1 | 0.98 |
77.5 | 1426cc | 10.2 | 0.98 | |
78.0 | 1445cc | 10.4 | 0.97 | |
78.5 | 1464cc | 10.5 | 0.96 | |
79.0 | 1482cc | 10.6 | 0.96 | |
79.5 | 1501cc | 10.7 | 0.95 | |
ストロークアップによる排気量拡大 | ||||
76.5 | 76.6 | 1408cc | 10.1 | 1.00 |
77.6 | 1427cc | 10.2 | 1.01 | |
78.6 | 1445cc | 10.4 | 1.03 | |
79.6 | 1463cc | 10.5 | 1.04 | |
80.6 | 1482cc | 10.6 | 1.05 |
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76.5mmから0.5mm刻みで79.5mmまで拡大した場合および、ストロークを純正の75.6mmから1mm刻みで80.6mm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。
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0.99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。CAX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0.99から0.95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
CAX型エンジンのピストン径76.5mmとサイズが近いピストンを持つエンジンが7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 |
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日産 RB20型 | 78.0mm [+1.5mm] | 1445cc [+56cc] |
日産 HR12型 | 78.0mm [+1.5mm] | 1445cc [+56cc] |
日産 VG20型 | 78.0mm [+1.5mm] | 1445cc [+56cc] |
三菱 6A12型 | 78.4mm [+1.9mm] | 1460cc [+71cc] |
スバル FB16型 | 78.8mm [+2.3mm] | 1475cc [+86cc] |
マツダ S8型 | 79.0mm [+2.5mm] | 1482cc [+93cc] |
ピストン径が近いエンジンとしては、日産:CA31改型セフィーロ オーテックに搭載されるRB20型1998ccの78.0mm、日産:E12型ノートに搭載されるHR12型1198ccの78.0mm、日産:GF31型レパードに搭載されるVG20型1998ccの78.0mm、三菱:DE3A型FTO GPXに搭載される6A12型1998ccの78.4mm、スバル:GT3型XVに搭載されるFB16型1599ccの78.8mm、マツダ:DM8P型CX-30に搭載されるS8型1756ccの79.0mm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
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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75.6mmのエンジンが最高出力を発生する5000回転での平均ピストンスピードは12.6m/sとなり、これは1秒間に12.6メートル(時速にすると45.4km/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1500回転では3.8m/s、最高出力が発生する5000回転より500回転高い5500回転をレブリミットと仮定したときの平均速度は13.9m/sとなっています。
参考までにストロークが75.6mmのCAX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5.05m/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)7940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。
CAX型エンジンを搭載する車種の例
全6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 | ||||||||||||||
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VW 3CCAX | 2011/05 パサート ヴァリアント TSI High-line [DBA-3CCAX] | 122PS 20.4kgm 18.4km/L 12.049kg/PS | ターボ FF/7AT ワゴン 5人乗り | |||||||||||||||
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VW 1KCAX | 2011/08 ゴルフVI TSI Comfort-line [DBA-1KCAX] | 122PS 20.4kgm 16.4km/L 10.574kg/PS | ターボ FF/7AT ハッチバック 5人乗り | |||||||||||||||
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VW 3CCAX | 2011/05 パサート TSI High-line [DBA-3CCAX] | 122PS 20.4kgm 18.4km/L 11.721kg/PS | ターボ FF/7AT セダン 5人乗り | |||||||||||||||
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VW 1KCAX | 2011/08 ゴルフ ヴァリアント TSI Trend-line [DBA-1KCAX] | 122PS 20.4kgm 16.4km/L 11.230kg/PS | ターボ FF/7AT ワゴン 5人乗り | |||||||||||||||
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VW 1KCAX | 2009/01 ゴルフV TSI-Trendline [ABA-1KCAX] | 122PS 20.4kgm 15.4km/L 10.738kg/PS | ターボ FF/7AT ハッチバック 5人乗り | |||||||||||||||
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VW 1KCAX | 2009/01 ゴルフ ヴァリアント TSI Trend-Line [ABA-1KCAX] | 122PS 20.4kgm 15.2km/L 11.230kg/PS | ターボ FF/7AT ワゴン 5人乗り | |||||||||||||||
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その他のCAX型エンジン型式と代表的な車種
CAX型 全3車種 | アウディ:A3 スポーツバック [SportBack-1.4TFSI] 最高出力125PS/最大トルク20.4kgm 2011/09モデル | |
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アウディ CAX型 全3車種 | A3 スポーツバック [SportBack-1.4TFSI] 125PS/20.4kgm |