ロータス:Z20LER型エンジンの諸元と性能まとめ [直列4気筒 1998cc]

ここではロータス・ヨーロッパS [LX|2010/01モデル] に搭載されているZ20LER型のターボ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。

Z20LER型のターボエンジン諸元


ヨーロッパS
主要諸元と走行性能まとめ
車名&グレードヨーロッパS
LX
エンジン型式Z20LER
種類直列4気筒
排気量1998cc
内径×行程86.0mm×86.0mm
ボアストローク比1.00
単気筒容積499.5cc
圧縮比8.6
吸気方式ターボ
使用燃料ハイオクガソリン
最高出力225PS/6200rpm
最大トルク29.3kgm/4500rpm

まず基本的な成り立ちとして、Z20型エンジンはボア(内径)86.0mm、ストローク(行程)86.0mm、ボアストローク比1.00のスクエア型エンジン(ピストン径とストローク量が同一)です。

排気量と気筒数が同一の場合、ロングストローク型とショートストローク型の美点の良いとこ取り、若しくは欠点の悪いとこ取り、特にこれと言ってどうとも言えないバランス型の万能エンジンとなる素質があります。

数多あるボアとストロークの組み合わせの中で唯一、双方が同じ寸法のときにだけ現れるスクエア型はその存在の希少性こそが最大の魅力であると言えましょう。

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
Z20のエンジン性能曲線図もどき
馬力の変遷184.1PS → 225PS
トルクの変遷29.3kgm → 26.0kgm
リッター馬力112.6PS/L
リッタートルク14.7kgm/L

今回の参考車両であるヨーロッパSの直列4気筒1998cc、圧縮比8.6でハイオクガソリン仕様のターボエンジンは、6200回転のとき最高出力225馬力を、6200回転のとき最大トルク29.3kgm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4500回転での馬力は184.1PS、最高出力が発生する6200回転でのトルクは26.0kgmになります。

排気量1リットルあたりの馬力は112.6PS/L、トルクは14.7kgm/Lとなり、1気筒(単気筒容積499.5cc)あたりの馬力は56.2PS、トルクは7.3kgmです。

Z20型ターボエンジンを、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[ 7 ]、換算トルクが[ 6 ]の「なかなかの高出力エンジン」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
86.086.01998cc8.61.00
ボアアップによる排気量拡大
86.586.02021cc8.70.99
87.02045cc8.80.99
87.52068cc8.90.98
88.02092cc9.00.98
88.52116cc9.10.97
89.02140cc9.10.97
ストロークアップによる排気量拡大
86.087.02021cc8.71.01
88.02045cc8.81.02
89.02068cc8.91.03
90.02091cc9.01.05
91.02114cc9.11.06

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86.0mmから0.5mm刻みで89.0mmまで拡大した場合および、ストロークを純正の86.0mmから1mm刻みで91.0mm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1.00のスクエア型からショートストローク型へとシフトしていきます。Z20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1.00から0.97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

Z20型エンジンのピストン径86.0mmとサイズが近いピストンを持つエンジンが6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
日産
VG30型
87.0mm
[+1.0mm]
2045cc
[+47cc]
日産
RB-X GT2型
87.0mm
[+1.0mm]
2045cc
[+47cc]
マツダ
L3型
87.5mm
[+1.5mm]
2068cc
[+70cc]
いすゞ
4ZC1型
88.0mm
[+2.0mm]
2092cc
[+94cc]
マツダ
PY型
89.0mm
[+3.0mm]
2140cc
[+142cc]
日産
YD25型
89.0mm
[+3.0mm]
2140cc
[+142cc]

ピストン径が近いエンジンとしては、日産:GCZ32型フェアレディZに搭載されるVG30型2960ccの87.0mm、日産:BCNR33型スカイライン クーペに搭載されるRB-X GT2型2771ccの87.0mm、マツダ:GG3P型マツダスピード アテンザに搭載されるL3型2260ccの87.5mm、いすゞ:JR120型ピアッツァに搭載される4ZC1型1994ccの88.0mm、マツダ:KF5P型CX-5に搭載されるPY型2488ccの89.0mm、日産:VNC24型セレナに搭載されるYD25型2488ccの89.0mm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
4500rpm
最高出力
6200rpm
86.0mm12.9m/s17.8m/s
回転数/分秒速時速
2000rpm5.7m/s21km/h
4000rpm11.5m/s41km/h
6000rpm17.2m/s62km/h
8000rpm22.9m/s82km/h
10000rpm28.7m/s103km/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86.0mmのエンジンが最高出力を発生する6200回転での平均ピストンスピードは17.8m/sとなり、これは1秒間に17.8メートル(時速にすると64.1km/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4500回転では12.9m/s、最高出力が発生する6200回転より500回転高い6700回転をレブリミットと仮定したときの平均速度は19.2m/sとなっています。

参考までにストロークが86.0mmのZ20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5.75m/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)6980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。


Z20LER型エンジンを搭載する車種の例

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
-
2010/01
ヨーロッパS
LX
[型式不明]
225PS
29.3kgm
-
4.44kg/PS
ターボ
MR/6MT
クーペ
2人乗り

ヨーロッパS
[LX]
2010/01モデル
車両型式
最高出力225PS
最大トルク29.3kgm
パワーウェイト4.44kg/PS
吸気方式ターボ
駆動方式&変速機MR/6MT
車体形状&乗車定員クーペ/2人乗り

その他のZ20型エンジン型式と代表的な車種

Z20型
全2車種
オペル:アストラ [2.0 Turbo-Sport]
最高出力200PS/最大トルク26.7kgm
2006/01モデル
オペル
Z20型
全2車種
アストラ
[2.0 Turbo-Sport]
200PS/26.7kgm