BMW M54B22型エンジンの諸元と性能まとめ [直列6気筒2171cc]

ここではBMWのAV22型4代目3シリーズ セダン [320i M-sport 22-6S E46] に搭載されているM54B22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。

M54B22型の自然吸気エンジン諸元


AV22型 3シリーズ セダン 主要諸元まとめ
車両型式GH-AV22
車名&グレード3シリーズ セダン
[320i M-sport 22-6S E46]
エンジン型式M54B22
種類直列6気筒
排気量2171cc
内径×行程80.0mm×72.0mm
単気筒容積361.9cc
ボアストローク比0.90
圧縮比10.8
燃焼室容積36.9cc
吸気方式自然吸気
使用燃料ハイオクガソリン
最高出力170PS/6100rpm
最大トルク21.4kgm/3500rpm

まず基本的な成り立ちとして、M54B22型エンジンはボア(内径)80.0mm、ストローク(行程)72.0mm、ボアストローク比0.90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M54B22型エンジンの場合の計算式は361.9cc÷(10.8-1)となり、燃焼室容積は36.9ccになります。

このサイトにて登録されている車種のうち、M54B22型の自然吸気エンジンを搭載する最も古い車種は1996/08から発売された初代Z3ロードスター [2001/01]、最も新しい車種は2003/01から発売された初代Z4 ロードスター [2005/09]となっており、全部で4車種(NA車4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
M54B22のエンジン性能曲線図もどき
馬力の変遷104.6PS → 170PS
トルクの変遷21.4kgm → 20.0kgm
リッター馬力78.3PS/L
リッタートルク9.86kgm/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2171cc、圧縮比10.8でハイオクガソリン仕様の自然吸気エンジンは、6100回転のとき最高出力170馬力を、3500回転のとき最大トルク21.4kgm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3500回転での馬力は104.6PS、最高出力が発生する6100回転でのトルクは20.0kgmになります。

排気量1リットルあたりの馬力は78.3PS/L、トルクは9.86kgm/Lとなり、1気筒(単気筒容積361.9cc)あたりの出力は28.3PS、3.6kgmです。

排気量1リットルあたりの馬力が78.3PS/L、トルクが9.86kgm/LであるM54B22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[ 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。


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
80.0mm72.0mm2171cc10.80.90
ボアアップによる排気量アップ
80.5mm72.0mm2199cc10.920.89
81.0mm2226cc11.050.89
81.5mm2254cc11.190.88
82.0mm2281cc11.300.88
82.5mm2309cc11.430.87
83.0mm2337cc11.570.87

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0.90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。M54B22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0.90から0.87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
3500rpm
最高出力
6100rpm
72.0mm8.4m/s14.6m/s
回転数/分秒速時速
2000rpm4.8m/s17.3km/h
4000rpm9.6m/s34.6km/h
6000rpm14.4m/s51.8km/h
8000rpm19.2m/s69.1km/h
10000rpm24.0m/s86.4km/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72.0mmのエンジンが最高出力を発生する6100回転での平均ピストンスピードは14.6m/sとなり、これは1秒間に14.6メートル(時速にすると52.6km/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3500回転では8.4m/s、最高出力が発生する6100回転より500回転高い6600回転をレブリミットと仮定したときの平均速度は15.8m/sとなっています。

参考までにストロークが72.0mmのM54B22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4.80m/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)8330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。


M54B22型のエンジンを搭載する車種の例

全4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
AV22
3シリーズ セダン
320i M-sport 22-6S E46
(2005/02)
170ps
21.4kgm
9.8kmL
NA [FR/5AT]
セダン
5人乗り
BMW
BT22
Z4 ロードスター
2.2i E85
(2005/09)
170ps
21.4kgm
9.5kmL
NA [FR/5AT]
オープンカー
2人乗り
BMW
CN22
Z3ロードスター
2.2i E36/7
(2001/01)
170ps
21.4kgm
10.4kmL
NA [FR/5MT]
オープンカー
2人乗り
BMW
CN22
Z3ロードスター
2.2i E36/7
(2001/01)
170ps
21.4kgm
9.4kmL
NA [FR/5AT]
オープンカー
2人乗り
[投稿日:2016/11/03 更新日:2016/11/04]

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