ロータス:2ZR-FE型エンジンの諸元と性能まとめ [直列4気筒 1797cc]

ここではロータス・エリーゼ [Sport220|2015/12モデル] に搭載されている2ZR-FE型のスーパーチャージャー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。

2ZR-FE型のスーパーチャージャーエンジン諸元


エリーゼ
主要諸元と走行性能まとめ
車名&グレードエリーゼ
Sport220
エンジン型式2ZR-FE
種類直列4気筒
排気量1797cc
内径×行程80.5mm×88.3mm
ボアストローク比1.10
単気筒容積449.4cc
圧縮比10.0
吸気方式スーパーチャージャー
使用燃料ハイオクガソリン
最高出力220PS/6800rpm
最大トルク25.4kgm/4600rpm

まず基本的な成り立ちとして、2ZR型エンジンはボア(内径)80.5mm、ストローク(行程)88.3mm、ボアストローク比1.10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。

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
2ZRのエンジン性能曲線図もどき
馬力の変遷163.1PS → 220PS
トルクの変遷25.4kgm → 23.2kgm
リッター馬力122.4PS/L
リッタートルク14.1kgm/L

今回の参考車両であるエリーゼの直列4気筒1797cc、圧縮比10.0でハイオクガソリン仕様のスーパーチャージャーエンジンは、6800回転のとき最高出力220馬力を、6800回転のとき最大トルク25.4kgm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4600回転での馬力は163.1PS、最高出力が発生する6800回転でのトルクは23.2kgmになります。

排気量1リットルあたりの馬力は122.4PS/L、トルクは14.1kgm/Lとなり、1気筒(単気筒容積449.4cc)あたりの馬力は55.0PS、トルクは6.3kgmです。

2ZR型スーパーチャージャーエンジンを、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[ 8 ]、換算トルクが[ 5 ]の「結構な高出力エンジン」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
80.5mm88.3mm1797cc10.01.10
ボアアップによる排気量拡大
81.0mm88.3mm1820cc10.11.09
81.5mm1843cc10.21.08
82.0mm1865cc10.31.08
82.5mm1888cc10.51.07
83.0mm1911cc10.61.06
83.5mm1934cc10.71.06
ストロークアップによる排気量拡大
80.5mm89.3mm1818cc10.11.11
90.3mm1838cc10.21.12
91.3mm1859cc10.31.13
92.3mm1879cc10.41.15
93.3mm1899cc10.51.16

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88.3mmから1mm刻みで93.3mm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。2ZR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1.10から1.06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

2ZR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9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
ホンダ
C20A型
82.0mm
[+1.5mm]
1865cc
[+68cc]
三菱
4G61型
82.3mm
[+1.8mm]
1879cc
[+82cc]
三菱
4D68型
82.7mm
[+2.2mm]
1897cc
[+100cc]
日産
CA18DET型
83.0mm
[+2.5mm]
1911cc
[+114cc]
マツダ
BP-ZET型
83.0mm
[+2.5mm]
1911cc
[+114cc]
マツダ
BP型
83.0mm
[+2.5mm]
1911cc
[+114cc]

ピストン径が小さい 1800ccクラスのエンジン
ピストン径が大きい 1800ccクラスのエンジン
ストロークが短い 1800ccクラスのエンジン
ストロークが長い 1800ccクラスのエンジン
ボアストローク比・昇順 [1800ccクラス]
ボアストローク比・降順 [1800ccクラス]


平均ピストンスピード

ストローク最大トルク
4600rpm
最高出力
6800rpm
88.3mm13.5m/s20.0m/s
回転数/分秒速時速
2000rpm5.9m/s21km/h
4000rpm11.8m/s42km/h
6000rpm17.7m/s64km/h
8000rpm23.5m/s85km/h
10000rpm29.4m/s106km/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88.3mmのエンジンが最高出力を発生する6800回転での平均ピストンスピードは20.0m/sとなり、これは1秒間に20.0メートル(時速にすると72.0km/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4600回転では13.5m/s、最高出力が発生する6800回転より500回転高い7300回転をレブリミットと仮定したときの平均速度は21.5m/sとなっています。

参考までにストロークが88.3mmの2ZR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5.88m/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)6800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。


2ZR-FE型エンジンを搭載する車種の例

全1車種のうち、最高出力が大きいものから順に上位3車種を表示しています。その他の車種については、ページ下部にあるリンクより2ZR型エンジン搭載車種の一覧をご覧ください。

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
ロータス
-
2015/12
エリーゼ
Sport220
[型式不明]
220PS
25.4kgm
-
4.32kg/PS
SC
MR/6MT
オープンカー
2人乗り

エリーゼ
[Sport220]
2015/12モデル
車両型式
最高出力220PS
最大トルク25.4kgm
パワーウェイト4.32kg/PS
吸気方式SC
駆動方式&変速機MR/6MT
車体形状&乗車定員オープンカー/2人乗り
2ZR型エンジン搭載車種の一覧
パワーウェイトレシオ順|全58車種

その他の2ZR型エンジン型式と代表的な車種

2ZR-FAE型
全22車種
トヨタ:ウィッシュ [1.8S]
最高出力144PS/最大トルク17.9kgm|2010/04モデル
2ZR-FAE型
全22車種
トヨタ:ウィッシュ
[1.8S]
144PS/17.9kgm|2010/04
2ZR-FXE型
全22車種
トヨタ:ヴォクシー [Hybrid-V]
最高出力99PS/最大トルク14.5kgm|2014/02モデル
2ZR-FXE型
全22車種
トヨタ:ヴォクシー
[Hybrid-V]
99PS/14.5kgm|2014/02
2ZR-FAE型
全8車種
光岡:ガリュー204 [18LX]
最高出力144PS/最大トルク17.9kgm|2010/07モデル
2ZR-FAE型
全8車種
光岡:ガリュー204
[18LX]
144PS/17.9kgm|2010/07
2ZR-FE型
全2車種
トヨタ:イスト [180G]
最高出力132PS/最大トルク17.5kgm|2007/07モデル
2ZR-FE型
全2車種
トヨタ:イスト
[180G]
132PS/17.5kgm|2007/07
2ZR-FXE型
全2車種
レクサス:CT [CT200h]
最高出力99PS/最大トルク14.5kgm|2011/01モデル
2ZR-FXE型
全2車種
レクサス:CT
[CT200h]
99PS/14.5kgm|2011/01
2ZR-FXE型
全1車種
ダイハツ:メビウス [S L-Selection]
最高出力99PS/最大トルク14.5kgm|2013/04モデル
2ZR-FXE型
全1車種
ダイハツ:メビウス
[S L-Selection]
99PS/14.5kgm|2013/04