トヨタ:1VZ-FE型エンジンの諸元と性能まとめ [V型6気筒 1992cc]

ここではトヨタのVZV31型・カムリ [Prominent-4WS|1990/07モデル] に搭載されている1VZ-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。

1VZ-FE型の自然吸気エンジン諸元


VZV31型 カムリ
主要諸元と走行性能まとめ
車両型式E-VZV31型
車名&グレードカムリ
Prominent-4WS
エンジン型式1VZ-FE
種類V型6気筒
排気量1992cc
内径×行程78.0mm×69.5mm
ボアストローク比0.89
単気筒容積332.1cc
圧縮比9.6
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140PS/6000rpm
最大トルク18.0kgm/4800rpm

まず基本的な成り立ちとして、1VZ型エンジンはボア(内径)78.0mm、ストローク(行程)69.5mm、ボアストローク比0.89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、1VZ-FE型の自然吸気エンジンを搭載する最も古い車種は、1990/07から発売された4代目カムリ [VZV31型|1990/07]、最も新しい車種は1990/07から発売された4代目カムリ [VZV30型|1991/05]となっており、NA車は4車種、ターボ/SC車は0車種の全4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
1VZのエンジン性能曲線図もどき
馬力の変遷120.6PS → 140PS
トルクの変遷18.0kgm → 16.7kgm
リッター馬力70.3PS/L
リッタートルク9.0kgm/L

今回の参考車両であるカムリのV型6気筒1992cc、圧縮比9.6でレギュラー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140馬力を、6000回転のとき最大トルク18.0kgm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4800回転での馬力は120.6PS、最高出力が発生する6000回転でのトルクは16.7kgmになります。

排気量1リットルあたりの馬力は70.3PS/L、トルクは9.0kgm/Lとなり、1気筒(単気筒容積332.1cc)あたりの馬力は23.3PS、トルクは3.0kgmです。

1VZ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[ 4 ]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
78.069.51992cc9.60.89
ボアアップによる排気量拡大
78.569.52018cc9.70.89
79.02044cc9.80.88
79.52070cc9.90.87
80.02096cc10.00.87
80.52122cc10.20.86
81.02149cc10.30.86
ストロークアップによる排気量拡大
78.070.52021cc9.70.90
71.52050cc9.90.92
72.52079cc10.00.93
73.52107cc10.10.94
74.52136cc10.20.96

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78.0mmから0.5mm刻みで81.0mmまで拡大した場合および、ストロークを純正の69.5mmから1mm刻みで74.5mm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0.89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。1VZ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0.89から0.86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

1VZ型エンジンのピストン径78.0mmとサイズが近いピストンを持つエンジンが33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
トヨタ
5A型
78.7mm
[+0.7mm]
2028cc
[+36cc]
スバル
FB16型
78.8mm
[+0.8mm]
2034cc
[+42cc]
トヨタ
1ZZ型
79.0mm
[+1.0mm]
2044cc
[+52cc]
日産
MRA8型
79.7mm
[+1.7mm]
2080cc
[+88cc]
日産
QG18型
80.0mm
[+2.0mm]
2096cc
[+104cc]
いすゞ
4XE1型
80.0mm
[+2.0mm]
2096cc
[+104cc]

ピストン径が近いエンジンとしては、トヨタ:AE91型カローラ レビンに搭載される5A型1498ccの78.7mm、スバル:VM4型レヴォーグに搭載されるFB16型1599ccの78.8mm、トヨタ:ZZT230型セリカに搭載される1ZZ型1794ccの79.0mm、日産:TB17型シルフィに搭載されるMRA8型1798ccの79.7mm、日産:QP12型プリメーラ ワゴンに搭載されるQG18型1769ccの80.0mm、いすゞ:JT191F型ジェミニに搭載される4XE1型1588ccの80.0mm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
4800rpm
最高出力
6000rpm
69.5mm11.1m/s13.9m/s
回転数/分秒速時速
2000rpm4.6m/s17km/h
4000rpm9.3m/s33km/h
6000rpm13.9m/s50km/h
8000rpm18.5m/s67km/h
10000rpm23.2m/s84km/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69.5mm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13.9m/sとなり、これは1秒間に13.9メートル(時速にすると50.0km/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11.1m/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15.1m/sとなっています。

参考までにストロークが69.5mmの1VZ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4.65m/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)8630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。


1VZ-FE型エンジンを搭載する車種の例

全4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
トヨタ
VZV31
1990/07
カムリ
Prominent-4WS
[E-VZV31]
140PS
18.0kgm
8.8km/L
10.000kg/PS
自然吸気
FF/4AT
セダン
5人乗り

カムリ
[Prominent-4WS]
1990/07モデル
車両型式E-VZV31
最高出力140PS
最大トルク18.0kgm
10-15モード燃費8.8km/L
パワーウェイト10.000kg/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
トヨタ
VZV30
1991/05
カムリ
Prominent E-Type
[E-VZV30]
140PS
18.0kgm
10.2km/L
9.714kg/PS
自然吸気
FF/5MT
セダン
5人乗り

カムリ
[Prominent E-Type]
1991/05モデル
車両型式E-VZV30
最高出力140PS
最大トルク18.0kgm
10-15モード燃費10.2km/L
パワーウェイト9.714kg/PS
吸気方式自然吸気
駆動方式&変速機FF/5MT
車体形状&乗車定員セダン/5人乗り
トヨタ
VZV31
1990/07
カムリ
Prominent-4WS
[E-VZV31]
140PS
18.0kgm
10.2km/L
9.857kg/PS
自然吸気
FF/5MT
セダン
5人乗り

カムリ
[Prominent-4WS]
1990/07モデル
車両型式E-VZV31
最高出力140PS
最大トルク18.0kgm
10-15モード燃費10.2km/L
パワーウェイト9.857kg/PS
吸気方式自然吸気
駆動方式&変速機FF/5MT
車体形状&乗車定員セダン/5人乗り
トヨタ
VZV30
1991/05
カムリ
Prominent E-Type
[E-VZV30]
140PS
18.0kgm
8.8km/L
9.857kg/PS
自然吸気
FF/4AT
セダン
5人乗り

カムリ
[Prominent E-Type]
1991/05モデル
車両型式E-VZV30
最高出力140PS
最大トルク18.0kgm
10-15モード燃費8.8km/L
パワーウェイト9.857kg/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

トヨタ製エンジンの原動機型式まとめ
【排気量順】