BMW N42B20A型エンジンの諸元と性能まとめ [直列4気筒1995cc]

ここではBMWのAY20型4代目3シリーズ セダン [318i M-sport N42B20A E46] に搭載されているN42B20A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。

N42B20A型の自然吸気エンジン諸元


AY20型 3シリーズ セダン 主要諸元まとめ
車両型式GH-AY20
車名&グレード3シリーズ セダン
[318i M-sport N42B20A E46]
エンジン型式N42B20A
種類直列4気筒
排気量1995cc
内径×行程84.0mm×90.0mm
単気筒容積498.7cc
ボアストローク比1.07
圧縮比10.2
燃焼室容積54.2cc
吸気方式自然吸気
使用燃料ハイオクガソリン
最高出力143PS/6000rpm
最大トルク20.4kgm/3750rpm

まず基本的な成り立ちとして、N42B20型エンジンはボア(内径)84.0mm、ストローク(行程)90.0mm、ボアストローク比1.07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。

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N42B20A型エンジンの場合の計算式は498.7cc÷(10.2-1)となり、燃焼室容積は54.2ccになります。

このサイトにて登録されている車種のうち、N42B20A型の自然吸気エンジンを搭載する最も古い車種は1998/07から発売された4代目3シリーズ ハッチバック [2003/04]、最も新しい車種は1998/07から発売された4代目3シリーズ クーペ [2004/10]となっており、全部で7車種(NA車7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
N42B20のエンジン性能曲線図もどき
馬力の変遷106.8PS → 143PS
トルクの変遷20.4kgm → 17.1kgm
リッター馬力71.7PS/L
リッタートルク10.23kgm/L

今回の参考車両である3シリーズ セダンの直列4気筒1995cc、圧縮比10.2でハイオク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143馬力を、3750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3750回転での馬力は106.8PS、最高出力が発生する6000回転でのトルクは17.1kgmになります。

排気量1リットルあたりの馬力は71.7PS/L、トルクは10.23kgm/Lとなり、1気筒(単気筒容積498.7cc)あたりの出力は35.8PS、5.1kgmです。

排気量1リットルあたりの馬力が71.7PS/L、トルクが10.23kgm/LであるN42B20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[ 5 ]、換算トルクが[ 8 ]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。


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
84.0mm90.0mm1995cc10.21.07
ボアアップによる排気量アップ
84.5mm90.0mm2019cc10.321.07
85.0mm2043cc10.431.06
85.5mm2067cc10.541.05
86.0mm2091cc10.651.05
86.5mm2115cc10.761.04
87.0mm2140cc10.871.03

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84.0mmから0.5mm刻みで+3.0mmまで拡大(84.0mm→87.0mm)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。N42B20A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1.07から1.03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
3750rpm
最高出力
6000rpm
90.0mm11.2m/s18.0m/s
回転数/分秒速時速
2000rpm6.0m/s21.6km/h
4000rpm12.0m/s43.2km/h
6000rpm18.0m/s64.8km/h
8000rpm24.0m/s86.4km/h
10000rpm30.0m/s108.0km/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90.0mm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18.0m/sとなり、これは1秒間に18.0メートル(時速にすると64.8km/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3750回転では11.2m/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19.5m/sとなっています。

参考までにストロークが90.0mmのN42B20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6.00m/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)6670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。


N42B20A型のエンジンを搭載する車種の例

全7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
AY20
3シリーズ セダン
318i M-sport N42B20A E46
(2003/11)
143ps
20.4kgm
10.8kmL
NA [FR/5AT]
セダン
5人乗り
BMW
AY20
3シリーズ クーペ
318Ci Coupe N42B20A E46
(2004/10)
143ps
20.4kgm
13.2kmL
NA [FR/5MT]
クーペ
5人乗り
BMW
AY20
3シリーズ セダン
318i N42B20A E46
(2004/04)
143ps
20.4kgm
13.2kmL
NA [FR/5MT]
セダン
5人乗り
BMW
AY20
3シリーズ クーペ
318Ci Coupe N42B20A E46
(2004/10)
143ps
20.4kgm
10.8kmL
NA [FR/5AT]
クーペ
5人乗り
BMW
AU20
3シリーズ ハッチバック
318ti M-sport N42B20A E46/5
(2003/04)
143ps
20.4kgm
13.0kmL
NA [FR/5MT]
ハッチバック
5人乗り
BMW
AU20
3シリーズ ハッチバック
318ti N42B20A E46/5
(2004/04)
143ps
20.4kgm
11.0kmL
NA [FR/5AT]
ハッチバック
5人乗り
BMW
AY20
3シリーズ ツーリング
318i Touring N42B20A E46
(2004/04)
143ps
20.4kgm
10.8kmL
NA [FR/5AT]
ワゴン
5人乗り
[投稿日:2016/11/04]

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