トヨタ:1UZ-FE型エンジンの諸元と性能まとめ [V型8気筒 3968cc]

ここではトヨタのUCF21型・セルシオ [C仕様|1998/08モデル] に搭載されている1UZ-FE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。

1UZ-FE型の自然吸気エンジン諸元


UCF21型 セルシオ
主要諸元と走行性能まとめ
車両型式GF-UCF21型
車名&グレードセルシオ
C仕様
エンジン型式1UZ-FE
種類V型8気筒
排気量3968cc
内径×行程87.5mm×82.5mm
ボアストローク比0.94
単気筒容積496.1cc
圧縮比10.5
吸気方式自然吸気
使用燃料ハイオクガソリン
最高出力280PS/6000rpm
最大トルク41.0kgm/4000rpm

まず基本的な成り立ちとして、1UZ型エンジンはボア(内径)87.5mm、ストローク(行程)82.5mm、ボアストローク比0.94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、1UZ-FE型の自然吸気エンジンを搭載する最も古い車種は、1987/09から発売された8代目クラウン [UZS131型|1990/08]、最も新しい車種は1999/09から発売された11代目クラウン マジェスタ [UZS171型|2004/04]となっており、NA車は20車種、ターボ/SC車は0車種の全20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
1UZのエンジン性能曲線図もどき
馬力の変遷228.9PS → 280PS
トルクの変遷41.0kgm → 33.4kgm
リッター馬力70.6PS/L
リッタートルク10.3kgm/L

今回の参考車両であるセルシオのV型8気筒3968cc、圧縮比10.5でハイオクガソリン仕様の自然吸気エンジンは、6000回転のとき最高出力280馬力を、6000回転のとき最大トルク41.0kgm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4000回転での馬力は228.9PS、最高出力が発生する6000回転でのトルクは33.4kgmになります。

排気量1リットルあたりの馬力は70.6PS/L、トルクは10.3kgm/Lとなり、1気筒(単気筒容積496.1cc)あたりの馬力は35.0PS、トルクは5.1kgmです。

1UZ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[ 8 ]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。

ちなみに、1UZ-FE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UCF21型セルシオの280PS/41.0kgm、最も小さかったのはUZS143型アリストの260PS/36.0kgmとなっています。

エンジンオイルの通販革命!高品質×低価格
TAKUMIモーターオイル HIGH QUALITY
【5W-30】


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
87.582.53968cc10.50.94
ボアアップによる排気量拡大
88.082.54014cc10.60.94
88.54060cc10.70.93
89.04106cc10.80.93
89.54152cc10.90.92
90.04199cc11.10.92
90.54245cc11.20.91
ストロークアップによる排気量拡大
87.583.54017cc10.60.95
84.54065cc10.70.97
85.54113cc10.80.98
86.54161cc11.00.99
87.54209cc11.11.00

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82.5mmから1mm刻みで87.5mm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0.94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。1UZ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0.94から0.91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

1UZ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]
4060cc
[+92cc]
日産
QR25型
89.0mm
[+1.5mm]
4106cc
[+138cc]
マツダ
PY型
89.0mm
[+1.5mm]
4106cc
[+138cc]
日産
QR20型
89.0mm
[+1.5mm]
4106cc
[+138cc]
日産
KA24型
89.0mm
[+1.5mm]
4106cc
[+138cc]
マツダ
L5型
89.0mm
[+1.5mm]
4106cc
[+138cc]

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 4000ccクラスのエンジン
ピストン径が大きい 4000ccクラスのエンジン
ストロークが短い 4000ccクラスのエンジン
ストロークが長い 4000ccクラスのエンジン
ボアストローク比・昇順 [4000ccクラス]
ボアストローク比・降順 [4000cc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
6000rpm
82.5mm11.0m/s16.5m/s
回転数/分秒速時速
2000rpm5.5m/s20km/h
4000rpm11.0m/s40km/h
6000rpm16.5m/s59km/h
8000rpm22.0m/s79km/h
10000rpm27.5m/s99km/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82.5mmのエンジンが最高出力を発生する6000回転での平均ピストンスピードは16.5m/sとなり、これは1秒間に16.5メートル(時速にすると59.4km/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4000回転では11.0m/s、最高出力が発生する6000回転より500回転高い6500回転をレブリミットと仮定したときの平均速度は17.9m/sとなっています。

参考までにストロークが82.5mmの1UZ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5.50m/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)7270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。


1UZ-FE型エンジンを搭載する車種の例

全20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1UZ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
トヨタ
UCF21
1998/08
セルシオ
C仕様
[GF-UCF21]
280PS
41.0kgm
8.2km/L
6.32kg/PS
自然吸気
FR/5AT
セダン
5人乗り

セルシオ
[C仕様]
1998/08モデル
車両型式GF-UCF21
最高出力280PS
最大トルク41.0kgm
10-15モード燃費8.2km/L
パワーウェイト6.32kg/PS
吸気方式自然吸気
駆動方式&変速機FR/5AT
車体形状&乗車定員セダン/5人乗り
トヨタ
UZS171
2004/04
クラウン マジェスタ
4.0 C-type
[TA-UZS171]
280PS
41.0kgm
8.8km/L
6.07kg/PS
自然吸気
FR/5AT
セダン
5人乗り

クラウン マジェスタ
[4.0 C-type]
2004/04モデル
車両型式TA-UZS171
最高出力280PS
最大トルク41.0kgm
10-15モード燃費8.8km/L
パワーウェイト6.07kg/PS
吸気方式自然吸気
駆動方式&変速機FR/5AT
車体形状&乗車定員セダン/5人乗り
トヨタ
UZS175
2004/04
クラウン マジェスタ
4.0 A-type
[TA-UZS175]
280PS
41.0kgm
8.8km/L
5.93kg/PS
自然吸気
FR/5AT
セダン
5人乗り

クラウン マジェスタ
[4.0 A-type]
2004/04モデル
車両型式TA-UZS175
最高出力280PS
最大トルク41.0kgm
10-15モード燃費8.8km/L
パワーウェイト5.93kg/PS
吸気方式自然吸気
駆動方式&変速機FR/5AT
車体形状&乗車定員セダン/5人乗り
1UZ型エンジン搭載車種の一覧
パワーウェイトレシオ順|全20車種

トヨタ製エンジンの原動機型式まとめ
【排気量順】