スバル:Z22型エンジンの諸元と性能まとめ [直列4気筒 2198cc]

ここではスバルのXM220型・トラヴィック [S-Package|2004/04モデル] に搭載されているZ22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。

Z22型の自然吸気エンジン諸元


XM220型 トラヴィック
主要諸元と走行性能まとめ
車両型式TA-XM220型
車名&グレードトラヴィック
S-Package
エンジン型式Z22
種類直列4気筒
排気量2198cc
内径×行程86.0mm×94.6mm
ボアストローク比1.10
単気筒容積549.5cc
圧縮比10.0
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147PS/5800rpm
最大トルク20.7kgm/4000rpm

まず基本的な成り立ちとして、Z22型エンジンはボア(内径)86.0mm、ストローク(行程)94.6mm、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
Z22のエンジン性能曲線図もどき
馬力の変遷115.6PS → 147PS
トルクの変遷20.7kgm → 18.2kgm
リッター馬力66.9PS/L
リッタートルク9.4kgm/L

今回の参考車両であるトラヴィックの直列4気筒2198cc、圧縮比10.0でレギュラーガソリン仕様の自然吸気エンジンは、5800回転のとき最高出力147馬力を、5800回転のとき最大トルク20.7kgm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4000回転での馬力は115.6PS、最高出力が発生する5800回転でのトルクは18.2kgmになります。

排気量1リットルあたりの馬力は66.9PS/L、トルクは9.4kgm/Lとなり、1気筒(単気筒容積549.5cc)あたりの馬力は36.8PS、トルクは5.2kgmです。

Z22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[ 5 ]、換算トルクが[ 5 ]の「標準的な出力(中の下)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
86.094.62198cc10.01.10
ボアアップによる排気量拡大
86.594.62224cc10.11.09
87.02249cc10.21.09
87.52275cc10.31.08
88.02301cc10.41.07
88.52328cc10.51.07
89.02354cc10.61.06
ストロークアップによる排気量拡大
86.095.62221cc10.11.11
96.62244cc10.21.12
97.62268cc10.31.13
98.62291cc10.41.15
99.62314cc10.51.16

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94.6mmから1mm刻みで99.6mm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。Z22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

Z22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39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
K24A型
87.0mm
[+1.0mm]
2249cc
[+51cc]
日産
VG30型
87.0mm
[+1.0mm]
2249cc
[+51cc]
トヨタ
5S型
87.0mm
[+1.0mm]
2249cc
[+51cc]
ホンダ
H22A型
87.0mm
[+1.0mm]
2249cc
[+51cc]
ホンダ
H23A型
87.0mm
[+1.0mm]
2249cc
[+51cc]
ホンダ
K24W型
87.0mm
[+1.0mm]
2249cc
[+51cc]

ピストン径が近いエンジンとしては、ホンダ:CW2型アコード ツアラーに搭載されるK24A型2354ccの87.0mm、日産:Z32型マキシマに搭載されるVG30型2960ccの87.0mm、トヨタ:SXV25N型ハリアーに搭載される5S型2163ccの87.0mm、ホンダ:CL1型アコードに搭載されるH22A型2156ccの87.0mm、ホンダ:CH9型アコード ワゴンに搭載されるH23A型2258ccの87.0mm、ホンダ:RC1型オデッセイに搭載されるK24W型2356ccの87.0mm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
4000rpm
最高出力
5800rpm
94.6mm12.6m/s18.3m/s
回転数/分秒速時速
2000rpm6.3m/s23km/h
4000rpm12.6m/s45km/h
6000rpm18.9m/s68km/h
8000rpm25.2m/s91km/h
10000rpm31.5m/s113km/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94.6mmのエンジンが最高出力を発生する5800回転での平均ピストンスピードは18.3m/sとなり、これは1秒間に18.3メートル(時速にすると65.9km/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4000回転では12.6m/s、最高出力が発生する5800回転より500回転高い6300回転をレブリミットと仮定したときの平均速度は19.9m/sとなっています。

参考までにストロークが94.6mmのZ22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6.30m/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)6340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。


Z22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Z22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
スバル
XM220
2004/04
トラヴィック
S-Package
[TA-XM220]
147PS
20.7kgm
10.6km/L
10.00kg/PS
自然吸気
FF/4AT
ミニバン
7人乗り

トラヴィック
[S-Package]
2004/04モデル
車両型式TA-XM220
最高出力147PS
最大トルク20.7kgm
10-15モード燃費10.6km/L
パワーウェイト10.00kg/PS
吸気方式自然吸気
駆動方式&変速機FF/4AT
車体形状&乗車定員ミニバン/7人乗り
Z22型エンジン搭載車種の一覧
パワーウェイトレシオ順|全11車種

その他のZ22型エンジン型式と代表的な車種

Z22型
全10車種
オペル:シグナム [2.2]
最高出力155PS/最大トルク22.4kgm
2004/11モデル
オペル
Z22型
全10車種
シグナム
[2.2]
155PS/22.4kgm

スバル製エンジンの原動機型式まとめ
【排気量順】