レクサス:M20A-FXS型エンジンの諸元と性能まとめ [直4+モーター 1986cc]

ここではレクサスのMZAH10型・UX [UX250h|2018/11モデル] に搭載されているM20A-FXS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。

M20A-FXS型の自然吸気エンジン諸元


MZAH10型 UX
主要諸元と走行性能まとめ
車両型式6AA-MZAH10型
車名&グレードUX
UX250h
エンジン型式M20A-FXS
種類直4+モーター
排気量1986cc
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145PS/6000rpm
最大トルク19.2kgm/4400rpm

まず基本的な成り立ちとして、M20A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M20A-FXS型の自然吸気エンジンを搭載している車種は、2018/11から発売された初代UX [MZAH10型|2018/11]となっており、NA車は2車種、ターボ/SC車は0車種の全2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
M20Aのエンジン性能曲線図もどき
馬力の変遷117.9PS → 145PS
トルクの変遷19.2kgm → 17.3kgm
リッター馬力73.0PS/L
リッタートルク9.7kgm/L

今回の参考車両であるUXの直4+モーター1986cc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145馬力を、6000回転のとき最大トルク19.2kgm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4400回転での馬力は117.9PS、最高出力が発生する6000回転でのトルクは17.3kgmになります。

排気量1リットルあたりの馬力は73.0PS/L、トルクは9.7kgm/Lとなり、1気筒(単気筒容積496.7cc)あたりの馬力は36.2PS、トルクは4.8kgmです。

M20A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[ 6 ]、換算トルクが[ 6 ]の「標準的な出力(中の上)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
BoreStroke排気量圧縮比B/S比
80.597.61986cc-1.21
ボアアップによる排気量拡大
81.097.62012cc-1.20
81.52037cc-1.20
82.02062cc-1.19
82.52087cc-1.18
83.02112cc-1.18
83.52138cc-1.17
ストロークアップによる排気量拡大
80.598.62007cc-1.22
99.62028cc-1.24
100.62048cc-1.25
101.62068cc-1.26
102.62089cc-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。M20A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

M20A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]
2037cc
[+51cc]
三菱
4G67型
81.5mm
[+1.0mm]
2037cc
[+51cc]
マツダ
GY型
81.6mm
[+1.1mm]
2042cc
[+56cc]
トヨタ
2ZZ型
82.0mm
[+1.5mm]
2062cc
[+76cc]
ホンダ
G20A型
82.0mm
[+1.5mm]
2062cc
[+76cc]
ホンダ
C20A型
82.0mm
[+1.5mm]
2062cc
[+76cc]

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型エテルナサヴァに搭載される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 2000ccクラスのエンジン
ピストン径が大きい 2000ccクラスのエンジン
ストロークが短い 2000ccクラスのエンジン
ストロークが長い 2000ccクラスのエンジン
ボアストローク比・昇順 [2000ccクラス]
ボアストローク比・降順 [2000ccクラス]


平均ピストンスピード

ストローク最大トルク
4400rpm
最高出力
6000rpm
97.6mm14.3m/s19.5m/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6000回転での平均ピストンスピードは19.5m/sとなり、これは1秒間に19.5メートル(時速にすると70.2km/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4400回転では14.3m/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21.1m/sとなっています。

参考までにストロークが97.6mmのM20A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、高回転化の上限を(回るか回らないかは別として)6150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。


M20A-FXS型エンジンを搭載する車種の例

全2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
レクサス
MZAH10
2018/11
UX
UX250h
[6AA-MZAH10]
145PS
19.2kgm
22.8km/L
10.69kg/PS
自然吸気
FF/CVT
SUV
5人乗り

UX
[UX250h]
2018/11モデル
車両型式6AA-MZAH10
最高出力145PS
最大トルク19.2kgm
WLTCモード燃費22.8km/L
JC08モード燃費27.0km/L
パワーウェイト10.69kg/PS
吸気方式自然吸気
駆動方式&変速機FF/CVT
車体形状&乗車定員SUV/5人乗り
レクサス
MZAH15
2018/11
UX
UX250h
[6AA-MZAH15]
145PS
19.2kgm
21.6km/L
11.10kg/PS
自然吸気
4WD/CVT
SUV
5人乗り

UX
[UX250h]
2018/11モデル
車両型式6AA-MZAH15
最高出力145PS
最大トルク19.2kgm
WLTCモード燃費21.6km/L
JC08モード燃費25.2km/L
パワーウェイト11.10kg/PS
吸気方式自然吸気
駆動方式&変速機4WD/CVT
車体形状&乗車定員SUV/5人乗り

その他のM20A型エンジン型式と代表的な車種

M20A-FKS型
全3車種
トヨタ:RAV4 [Adventure]
最高出力171PS/最大トルク21.1kgm
2019/04モデル
トヨタ
M20A-FKS型
全3車種
RAV4
[Adventure]
171PS/21.1kgm
M20A-FKS型
全1車種
レクサス:UX [UX200]
最高出力174PS/最大トルク21.3kgm
2018/11モデル
レクサス
M20A-FKS型
全1車種
UX
[UX200]
174PS/21.3kgm

レクサス製エンジンの原動機型式まとめ
【排気量順】