BMW M20B20型エンジンの諸元と性能まとめ [直列6気筒1990cc]

ここではBMWのA20型2代目3シリーズ セダン [320i E30] に搭載されているM20B20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。

M20B20型の自然吸気エンジン諸元


A20型 3シリーズ セダン 主要諸元まとめ
車両型式E-A20
車名&グレード3シリーズ セダン
[320i E30]
エンジン型式M20B20
種類直列6気筒
排気量1990cc
内径×行程80.0mm×66.0mm
単気筒容積331.7cc
ボアストローク比0.82
圧縮比8.8
燃焼室容積42.5cc
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129PS/6000rpm
最大トルク16.7kgm/4300rpm

まず基本的な成り立ちとして、M20B20型エンジンはボア(内径)80.0mm、ストローク(行程)66.0mm、ボアストローク比0.82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。

1気筒あたりのシリンダー容積と圧縮比を使って燃焼室容積を計算してみますと、今回のM20B20型エンジンの場合の計算式は331.7cc÷(8.8-1)となり、燃焼室容積は42.5ccになります。

このサイトにて登録されている車種のうち、M20B20型の自然吸気エンジンを搭載する最も古い車種は1983から発売された2代目3シリーズ セダン [1990/11]、最も新しい車種は1988/08から発売された3代目5シリーズ セダン [1993/10]となっており、全部で2車種(NA車2台・ターボ車0台)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
M20B20のエンジン性能曲線図もどき
馬力の変遷100.2PS → 129PS
トルクの変遷16.7kgm → 15.4kgm
リッター馬力64.8PS/L
リッタートルク8.39kgm/L

今回の参考車両である3シリーズ セダンの直列6気筒1990cc、圧縮比8.8でレギュラー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129馬力を、4300回転のとき最大トルク16.7kgm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4300回転での馬力は100.2PS、最高出力が発生する6000回転でのトルクは15.4kgmになります。

排気量1リットルあたりの馬力は64.8PS/L、トルクは8.39kgm/Lとなり、1気筒(単気筒容積331.7cc)あたりの出力は21.5PS、2.8kgmです。

排気量1リットルあたりの馬力が64.8PS/L、トルクが8.39kgm/LであるM20B20型の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[ 4 ]、換算トルクが[ 3 ]の「やや控えめな出力のエンジン」にカテゴライズされます。


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
80.0mm66.0mm1990cc8.80.82
ボアアップによる排気量アップ
80.5mm66.0mm2015cc8.910.82
81.0mm2041cc9.000.81
81.5mm2066cc9.090.81
82.0mm2091cc9.210.80
82.5mm2117cc9.310.80
83.0mm2143cc9.400.80

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80.0mmから0.5mm刻みで+3.0mmまで拡大(80.0mm→83.0mm)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。

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0.82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。M20B20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0.82から0.80に変化するという具合です。


平均ピストンスピード

ストローク最大トルク
4300rpm
最高出力
6000rpm
66.0mm9.5m/s13.2m/s
回転数/分秒速時速
2000rpm4.4m/s15.8km/h
4000rpm8.8m/s31.7km/h
6000rpm13.2m/s47.5km/h
8000rpm17.6m/s63.4km/h
10000rpm22.0m/s79.2km/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66.0mm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13.2m/sとなり、これは1秒間に13.2メートル(時速にすると47.5km/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4300回転では9.5m/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14.3m/sとなっています。

参考までにストロークが66.0mmのM20B20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4.40m/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)9090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。


M20B20型のエンジンを搭載する車種の例

全2件をアクセスが多いものから順に表示しています。
メーカー
車両型式
イメージ車名&グレード
記事リンク
出力
燃費
吸気 [駆動系]
車体形状 定員
BMW
A20
3シリーズ セダン
320i E30
(1990/11)
129ps
16.7kgm
-
NA [FR/4AT]
セダン
5人乗り
BMW
HB20
5シリーズ セダン
520i E34
(1993/10)
150ps
19.4kgm
7.0kmL
NA [FR/5AT]
セダン
5人乗り
[投稿日:2016/11/03 更新日:2016/11/04]

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