日産:ZD30DD型エンジンの諸元と性能まとめ [直列4気筒 2953cc]

ここでは日産のCWMGE2型・キャラバンコーチ [Field-Base X|2002/02モデル] に搭載されているZD30DD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。

ZD30DD型の自然吸気エンジン諸元


CWMGE2型 キャラバンコーチ
主要諸元と走行性能まとめ
車両型式KG-CWMGE25型
車名&グレードキャラバンコーチ
Field-Base X
エンジン型式ZD30DD
種類直列4気筒
排気量2953cc
内径×行程96.0mm×102.0mm
ボアストローク比1.06
単気筒容積738.3cc
圧縮比18.5
吸気方式自然吸気
使用燃料ディーゼル
最高出力105PS/3800rpm
最大トルク23.0kgm/2000rpm

まず基本的な成り立ちとして、ZD30型エンジンはボア(内径)96.0mm、ストローク(行程)102.0mm、ボアストローク比1.06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ZD30DD型の自然吸気エンジンを搭載している車種は、2001/11から発売された4代目キャラバンコーチ [CWMGE25型|2002/02]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
ZD30のエンジン性能曲線図もどき
馬力の変遷64.2PS → 105PS
トルクの変遷23.0kgm → 19.8kgm
リッター馬力35.6PS/L
リッタートルク7.8kgm/L

今回の参考車両であるキャラバンコーチの直列4気筒2953cc、圧縮比18.5でディーゼル仕様の自然吸気エンジンは、3800回転のとき最高出力105馬力を、3800回転のとき最大トルク23.0kgm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2000回転での馬力は64.2PS、最高出力が発生する3800回転でのトルクは19.8kgmになります。

排気量1リットルあたりの馬力は35.6PS/L、トルクは7.8kgm/Lとなり、1気筒(単気筒容積738.3cc)あたりの馬力は26.2PS、トルクは5.8kgmです。

ZD30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[ 1 ]、換算トルクが[ 1 ]の「心もとない出力のエンジン」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
96.0102.02953cc18.51.06
ボアアップによる排気量拡大
96.5102.02984cc18.71.06
97.03015cc18.91.05
97.53046cc19.11.05
98.03077cc19.21.04
98.53109cc19.41.04
99.03141cc19.61.03
ストロークアップによる排気量拡大
96.0103.02982cc18.71.07
104.03011cc18.81.08
105.03040cc19.01.09
106.03069cc19.21.10
107.03098cc19.31.11

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96.0mmから0.5mm刻みで99.0mmまで拡大した場合および、ストロークを純正の102.0mmから1mm刻みで107.0mm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。ZD30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1.06から1.03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

ZD30型エンジンのピストン径96.0mmとサイズが近いピストンを持つエンジンが2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
スバル
EJ22型
96.9mm
[+0.9mm]
3009cc
[+56cc]
スバル
EG33型
96.9mm
[+0.9mm]
3009cc
[+56cc]

ピストン径が近いエンジンとしては、スバル:BG7型レガシィ ツーリングワゴンに搭載されるEJ22型2212ccの96.9mm、スバル:CXD型アルシオーネSVXに搭載されるEG33型3318ccの96.9mm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 3000ccクラスのエンジン
ピストン径が大きい 3000ccクラスのエンジン
ストロークが短い 3000ccクラスのエンジン
ストロークが長い 3000ccクラスのエンジン
ボアストローク比・昇順 [3000ccクラス]
ボアストローク比・降順 [3000ccクラス]


平均ピストンスピード

ストローク最大トルク
2000rpm
最高出力
3800rpm
102.0mm6.8m/s12.9m/s
回転数/分秒速時速
2000rpm6.8m/s24km/h
4000rpm13.6m/s49km/h
6000rpm20.4m/s73km/h
8000rpm27.2m/s98km/h
10000rpm34.0m/s122km/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102.0mmのエンジンが最高出力を発生する3800回転での平均ピストンスピードは12.9m/sとなり、これは1秒間に12.9メートル(時速にすると46.4km/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2000回転では6.8m/s、最高出力が発生する3800回転より500回転高い4300回転をレブリミットと仮定したときの平均速度は14.6m/sとなっています。

参考までにストロークが102.0mmのZD30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6.80m/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)5880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。


ZD30DD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
日産
CWMGE2
2002/02
キャラバンコーチ
Field-Base X
[KG-CWMGE25]
105PS
23.0kgm
-
21.238kg/PS
自然吸気
4WD/4AT
1BOX
10人乗り

キャラバンコーチ
[Field-Base X]
2002/02モデル
車両型式KG-CWMGE25
最高出力105PS
最大トルク23.0kgm
パワーウェイト21.238kg/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1BOX/10人乗り
日産
CWGE25
2002/02
キャラバンコーチ
Field-Base X
[KG-CWGE25]
105PS
23.0kgm
-
20.760kg/PS
自然吸気
FR/4AT
1BOX
10人乗り

キャラバンコーチ
[Field-Base X]
2002/02モデル
車両型式KG-CWGE25
最高出力105PS
最大トルク23.0kgm
パワーウェイト20.760kg/PS
吸気方式自然吸気
駆動方式&変速機FR/4AT
車体形状&乗車定員1BOX/10人乗り

その他のZD30型エンジン型式と代表的な車種

ZD30DDTi型
全5車種
日産:サファリ [Super-Spirit 3door]
最高出力170PS/最大トルク37.0kgm
1999/09モデル
日産
ZD30DDTi型
全5車種
サファリ
[Super-Spirit 3door]
170PS/37.0kgm

日産製エンジンの原動機型式まとめ
【排気量順】