マツダ:LF-VD型エンジンの諸元と性能まとめ [直列4気筒 1998cc]

ここではマツダのGHEFW型・アテンザ スポーツワゴン [20C|2010/01モデル] に搭載されているLF-VD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。

LF-VD型の自然吸気エンジン諸元


GHEFW型 アテンザ スポーツワゴン
主要諸元と走行性能まとめ
車両型式DBA-GHEFW型
車名&グレードアテンザ スポーツワゴン
20C
エンジン型式LF-VD
種類直列4気筒
排気量1998cc
内径×行程87.5mm×83.1mm
ボアストローク比0.95
単気筒容積499.7cc
圧縮比11.2
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153PS/6200rpm
最大トルク19.3kgm/4500rpm

まず基本的な成り立ちとして、LF型エンジンはボア(内径)87.5mm、ストローク(行程)83.1mm、ボアストローク比0.95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、LF-VD型の自然吸気エンジンを搭載する最も古い車種は、2005/02から発売された2代目プレマシー [CREW型|2009/07]、最も新しい車種は2008/07から発売された初代ビアンテ [CCEFW型|2010/12]となっており、NA車は8車種、ターボ/SC車は0車種の全8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
LFのエンジン性能曲線図もどき
馬力の変遷121.2PS → 153PS
トルクの変遷19.3kgm → 17.7kgm
リッター馬力76.6PS/L
リッタートルク9.7kgm/L

今回の参考車両であるアテンザ スポーツワゴンの直列4気筒1998cc、圧縮比11.2でレギュラーガソリン仕様の自然吸気エンジンは、6200回転のとき最高出力153馬力を、6200回転のとき最大トルク19.3kgm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121.2PS、最高出力が発生する6200回転でのトルクは17.7kgmになります。

排気量1リットルあたりの馬力は76.6PS/L、トルクは9.7kgm/Lとなり、1気筒(単気筒容積499.7cc)あたりの馬力は38.2PS、トルクは4.8kgmです。

LF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。

ちなみに、LF-VD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GHEFW型アテンザ スポーツワゴンの153PS/19.3kgm、最も小さかったのはCCEAW型ビアンテの144PS/18.8kgm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
87.583.11998cc11.20.95
ボアアップによる排気量拡大
88.083.12022cc11.30.94
88.52045cc11.40.94
89.02068cc11.60.93
89.52091cc11.70.93
90.02115cc11.80.92
90.52138cc11.90.92
ストロークアップによる排気量拡大
87.584.12023cc11.30.96
85.12047cc11.40.97
86.12071cc11.60.98
87.12095cc11.71.00
88.12119cc11.81.01

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87.5mmから0.5mm刻みで90.5mmまで拡大した場合および、ストロークを純正の83.1mmから1mm刻みで88.1mm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0.95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。LF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0.95から0.92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

LF型エンジンのピストン径87.5mm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
レクサス
2AZ型
88.5mm
[+1.0mm]
2045cc
[+47cc]
日産
QR25型
89.0mm
[+1.5mm]
2068cc
[+70cc]
マツダ
PY型
89.0mm
[+1.5mm]
2068cc
[+70cc]
日産
QR20型
89.0mm
[+1.5mm]
2068cc
[+70cc]
日産
KA24型
89.0mm
[+1.5mm]
2068cc
[+70cc]
マツダ
L5型
89.0mm
[+1.5mm]
2068cc
[+70cc]

ピストン径が近いエンジンとしては、レクサス:ANH20W型エスティマ ハイブリッドに搭載される2AZ型2362ccの88.5mm、日産:WRP12型プリメーラ ワゴンに搭載されるQR25型2488ccの89.0mm、マツダ:GJ5FP型アテンザ ワゴンに搭載されるPY型2488ccの89.0mm、日産:TG10型ブルーバード シルフィに搭載されるQR20型1998ccの89.0mm、日産:JQGE25型ルネッサに搭載されるKA24型2388ccの89.0mm、マツダ:GH5FW型アテンザ スポーツワゴンに搭載されるL5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
83.1mm12.5m/s17.2m/s
回転数/分秒速時速
2000rpm5.5m/s20km/h
4000rpm11.1m/s40km/h
6000rpm16.6m/s60km/h
8000rpm22.2m/s80km/h
10000rpm27.7m/s100km/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83.1mm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17.2m/sとなり、これは1秒間に17.2メートル(時速にすると61.9km/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12.5m/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18.6m/sとなっています。

参考までにストロークが83.1mmのLF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5.55m/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)7220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。


LF-VD型エンジンを搭載する車種の例

全8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LF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
GHEFW
2010/01
アテンザ スポーツワゴン
20C
[DBA-GHEFW]
153PS
19.3kgm
13.0km/L
9.480kg/PS
自然吸気
FF/5AT
ワゴン
5人乗り

アテンザ スポーツワゴン
[20C]
2010/01モデル
車両型式DBA-GHEFW
最高出力153PS
最大トルク19.3kgm
JC08モード燃費13.0km/L
10-15モード燃費15.0km/L
パワーウェイト9.480kg/PS
吸気方式自然吸気
駆動方式&変速機FF/5AT
車体形状&乗車定員ワゴン/5人乗り
マツダ
GHEFP
2010/01
アテンザ セダン
20C
[DBA-GHEFP]
153PS
19.3kgm
13.4km/L
9.150kg/PS
自然吸気
FF/5AT
セダン
5人乗り

アテンザ セダン
[20C]
2010/01モデル
車両型式DBA-GHEFP
最高出力153PS
最大トルク19.3kgm
JC08モード燃費13.4km/L
10-15モード燃費15.0km/L
パワーウェイト9.150kg/PS
吸気方式自然吸気
駆動方式&変速機FF/5AT
車体形状&乗車定員セダン/5人乗り
マツダ
CREW
2009/07
プレマシー
20Z
[DBA-CREW]
151PS
19.7kgm
15.0km/L
9.868kg/PS
自然吸気
FF/5AT
ミニバン
7人乗り

プレマシー
[20Z]
2009/07モデル
車両型式DBA-CREW
最高出力151PS
最大トルク19.7kgm
JC08モード燃費13.4km/L
10-15モード燃費15.0km/L
パワーウェイト9.868kg/PS
吸気方式自然吸気
駆動方式&変速機FF/5AT
車体形状&乗車定員ミニバン/7人乗り
LF型エンジン搭載車種の一覧
パワーウェイトレシオ順|全34車種

その他のLF型エンジン型式と代表的な車種

LF-VE型
全15車種
マツダ:ロードスター [RS-RHT]
最高出力170PS/最大トルク19.3kgm
2009/09モデル
マツダ
LF-VE型
全15車種
ロードスター
[RS-RHT]
170PS/19.3kgm
LF-DE型
全4車種
マツダ:アテンザ スポーツ [20F]
最高出力150PS/最大トルク18.6kgm
2004/04モデル
マツダ
LF-DE型
全4車種
アテンザ スポーツ
[20F]
150PS/18.6kgm
LF-VE型
全3車種
光岡:ヒミコ [S-Premium]
最高出力170PS/最大トルク19.3kgm
2009/09モデル
光岡
LF-VE型
全3車種
ヒミコ
[S-Premium]
170PS/19.3kgm
LF-VDS型
全2車種
マツダ:アクセラ スポーツ [20S]
最高出力150PS/最大トルク19.0kgm
2010/12モデル
マツダ
LF-VDS型
全2車種
アクセラ スポーツ
[20S]
150PS/19.0kgm
LF-VDS型
全1車種
日産:ラフェスタ [HighWay-Star]
最高出力150PS/最大トルク19.0kgm
2011/06モデル
日産
LF-VDS型
全1車種
ラフェスタ
[HighWay-Star]
150PS/19.0kgm
LF-VE型
全1車種
日産:ラフェスタ [HighWay-Star]
最高出力139PS/最大トルク17.8kgm
2011/06モデル
日産
LF-VE型
全1車種
ラフェスタ
[HighWay-Star]
139PS/17.8kgm

マツダ製エンジンの原動機型式まとめ
【排気量順】