マツダ:KL-ZE型エンジンの諸元と性能まとめ [V型6気筒 2496cc]

ここではマツダのGW5R型・カペラ ワゴン [VR-X|2001/12モデル] に搭載されているKL-ZE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。

KL-ZE型の自然吸気エンジン諸元


GW5R型 カペラ ワゴン
主要諸元と走行性能まとめ
車両型式GF-GW5R型
車名&グレードカペラ ワゴン
VR-X
エンジン型式KL-ZE
種類V型6気筒
排気量2496cc
内径×行程84.5mm×74.2mm
ボアストローク比0.88
単気筒容積416.1cc
圧縮比10.0
吸気方式自然吸気
使用燃料ハイオクガソリン
最高出力200PS/6500rpm
最大トルク22.8kgm/4800rpm

まず基本的な成り立ちとして、KL型エンジンはボア(内径)84.5mm、ストローク(行程)74.2mm、ボアストローク比0.88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。

このサイトにて登録されている車種のうち、KL-ZE型の自然吸気エンジンを搭載する最も古い車種は、1992/03から発売された初代アンフィニMS-8 [MB5A型|1992/03]、最も新しい車種は1997/07から発売された初代ミレーニア [TA5P型|2002/10]となっており、NA車は12車種、ターボ/SC車は0車種の全12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
KLのエンジン性能曲線図もどき
馬力の変遷152.8PS → 200PS
トルクの変遷22.8kgm → 22.0kgm
リッター馬力80.1PS/L
リッタートルク9.1kgm/L

今回の参考車両であるカペラ ワゴンのV型6気筒2496cc、圧縮比10.0でハイオクガソリン仕様の自然吸気エンジンは、6500回転のとき最高出力200馬力を、6500回転のとき最大トルク22.8kgm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4800回転での馬力は152.8PS、最高出力が発生する6500回転でのトルクは22.0kgmになります。

排気量1リットルあたりの馬力は80.1PS/L、トルクは9.1kgm/Lとなり、1気筒(単気筒容積416.1cc)あたりの馬力は33.3PS、トルクは3.8kgmです。

KL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[ 7 ]、換算トルクが[ 5 ]の「なかなかの高出力エンジン」にカテゴライズされます。

ちなみに、KL-ZE型のターボ・SCエンジン搭載車種のうち、最高出力が最も大きかったのはGW5R型カペラ ワゴンの200PS/22.8kgm、最も小さかったのはTA5P型ミレーニアの190PS/22.2kgmとなっています。

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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
84.574.22496cc10.00.88
ボアアップによる排気量拡大
85.074.22526cc10.10.87
85.52556cc10.20.87
86.02586cc10.30.86
86.52616cc10.40.86
87.02646cc10.50.85
87.52677cc10.70.85
ストロークアップによる排気量拡大
84.575.22530cc10.10.89
76.22564cc10.20.90
77.22598cc10.40.91
78.22631cc10.50.93
79.22665cc10.60.94

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84.5mmから0.5mm刻みで87.5mmまで拡大した場合および、ストロークを純正の74.2mmから1mm刻みで79.2mm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0.88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。KL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0.88から0.85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

KL型エンジンのピストン径84.5mmとサイズが近いピストンを持つエンジンが51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
SR20型
86.0mm
[+1.5mm]
2586cc
[+90cc]
トヨタ
3S型
86.0mm
[+1.5mm]
2586cc
[+90cc]
トヨタ
1JZ型
86.0mm
[+1.5mm]
2586cc
[+90cc]
日産
RB25型
86.0mm
[+1.5mm]
2586cc
[+90cc]
トヨタ
1AZ型
86.0mm
[+1.5mm]
2586cc
[+90cc]
トヨタ
2JZ型
86.0mm
[+1.5mm]
2586cc
[+90cc]

ピストン径が近いエンジンとしては、日産:HP12型プリメーラに搭載されるSR20型1998ccの86.0mm、トヨタ:SXE10型ナディアに搭載される3S型1998ccの86.0mm、トヨタ:JZS171型クラウンに搭載される1JZ型2491ccの86.0mm、日産:ER34型スカイライン セダンに搭載されるRB25型2498ccの86.0mm、トヨタ:AZR60G型ヴォクシーに搭載される1AZ型1998ccの86.0mm、トヨタ:JZS177型クラウン マジェスタに搭載される2JZ型2997ccの86.0mm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 2500ccクラスのエンジン
ピストン径が大きい 2500ccクラスのエンジン
ストロークが短い 2500ccクラスのエンジン
ストロークが長い 2500ccクラスのエンジン
ボアストローク比・昇順 [2500ccクラス]
ボアストローク比・降順 [2500ccクラス]


平均ピストンスピード

ストローク最大トルク
4800rpm
最高出力
6500rpm
74.2mm11.9m/s16.1m/s
回転数/分秒速時速
2000rpm4.9m/s18km/h
4000rpm9.9m/s36km/h
6000rpm14.8m/s53km/h
8000rpm19.8m/s71km/h
10000rpm24.7m/s89km/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74.2mmのエンジンが最高出力を発生する6500回転での平均ピストンスピードは16.1m/sとなり、これは1秒間に16.1メートル(時速にすると58.0km/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4800回転では11.9m/s、最高出力が発生する6500回転より500回転高い7000回転をレブリミットと仮定したときの平均速度は17.3m/sとなっています。

参考までにストロークが74.2mmのKL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4.95m/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)8090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。


KL-ZE型エンジンを搭載する車種の例

全12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KL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
マツダ
GW5R
2001/12
カペラ ワゴン
VR-X
[GF-GW5R]
200PS
22.8kgm
9.4km/L
7.45kg/PS
自然吸気
4WD/4AT
ワゴン
5人乗り

カペラ ワゴン
[VR-X]
2001/12モデル
車両型式GF-GW5R
最高出力200PS
最大トルク22.8kgm
10-15モード燃費9.4km/L
パワーウェイト7.45kg/PS
吸気方式自然吸気
駆動方式&変速機4WD/4AT
車体形状&乗車定員ワゴン/5人乗り
マツダ
GE5B
1994/06
MX-6
2500V6 4WS
[E-GE5B]
200PS
22.8kgm
10.8km/L
6.00kg/PS
自然吸気
FF/5MT
クーペ
4人乗り

MX-6
[2500V6 4WS]
1994/06モデル
車両型式E-GE5B
最高出力200PS
最大トルク22.8kgm
10-15モード燃費10.8km/L
パワーウェイト6.00kg/PS
吸気方式自然吸気
駆動方式&変速機FF/5MT
車体形状&乗車定員クーペ/4人乗り
マツダ
MB5A
1992/03
アンフィニMS-8
2.5 type-R
[E-MB5A]
200PS
22.8kgm
9.2km/L
6.65kg/PS
自然吸気
FF/4AT
セダン
5人乗り

アンフィニMS-8
[2.5 type-R]
1992/03モデル
車両型式E-MB5A
最高出力200PS
最大トルク22.8kgm
10-15モード燃費9.2km/L
パワーウェイト6.65kg/PS
吸気方式自然吸気
駆動方式&変速機FF/4AT
車体形状&乗車定員セダン/5人乗り
KL型エンジン搭載車種の一覧
パワーウェイトレシオ順|全14車種

その他のKL型エンジン型式と代表的な車種

KL型
全1車種
フォード:プローブ [GT]
最高出力165PS/最大トルク22.1kgm
1994/06モデル
フォード
KL型
全1車種
プローブ
[GT]
165PS/22.1kgm
KL-ZE型
全1車種
日本フォード:テルスターTX5 [25Vi]
最高出力200PS/最大トルク22.8kgm
1994/08モデル
フォードジャパン
KL-ZE型
全1車種
テルスターTX5
[25Vi]
200PS/22.8kgm

マツダ製エンジンの原動機型式まとめ
【排気量順】