ここではトヨタのANH20W型・アルファード [240X|2008/05モデル] に搭載されている2AZ-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。
2AZ-FE型の自然吸気エンジン諸元
ANH20W型 アルファード 主要諸元と走行性能まとめ | |
車両型式 | DBA-ANH20W型 |
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車名&グレード | アルファード 240X |
エンジン型式 | 2AZ-FE |
種類 | 直列4気筒 |
排気量 | 2362cc |
内径×行程 | 88.5mm×96.0mm |
ボアストローク比 | 1.08 |
単気筒容積 | 590.5cc |
圧縮比 | 9.8 |
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 | 170PS/6000rpm |
最大トルク | 22.8kgm/4000rpm |
まず基本的な成り立ちとして、2AZ型エンジンはボア(内径)88.5mm、ストローク(行程)96.0mm、ボアストローク比1.08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。
このサイトにて登録されている車種のうち、2AZ-FE型の自然吸気エンジンを搭載する最も古い車種は、1997/12から発売された初代ハリアー [ACU10W型|2000/11]、最も新しい車種は2008/05から発売された初代ヴェルファイア [ANH20W型|2012/09]となっており、NA車は38車種、ターボ/SC車は0車種の全38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 | |
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馬力の変遷 | 127.3PS → 170PS |
トルクの変遷 | 22.8kgm → 20.3kgm |
リッター馬力 | 71.97PS/L |
リッタートルク | 9.7kgm/L |
今回の参考車両であるアルファードの直列4気筒2362cc、圧縮比9.8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170馬力を、6000回転のとき最大トルク22.8kgm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127.3PS、最高出力が発生する6000回転でのトルクは20.3kgmになります。
排気量1リットルあたりの馬力は71.97PS/L、トルクは9.7kgm/Lとなり、1気筒(単気筒容積590.5cc)あたりの馬力は42.5PS、トルクは5.7kgmです。
2AZ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、2AZ-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ANH20W型アルファードの170PS/22.8kgm、最も小さかったのはANH10W型アルファードの159PS/22.4kgm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 | ||||
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Bore | Stroke | 排気量 | 圧縮比 | B/S比 |
88.5 | 96.0 | 2362cc | 9.8 | 1.08 |
ボアアップによる排気量拡大 | ||||
89.0 | 96.0 | 2389cc | 9.9 | 1.08 |
89.5 | 2416cc | 10.0 | 1.07 | |
90.0 | 2443cc | 10.1 | 1.07 | |
90.5 | 2470cc | 10.2 | 1.06 | |
91.0 | 2497cc | 10.3 | 1.05 | |
91.5 | 2525cc | 10.4 | 1.05 | |
ストロークアップによる排気量拡大 | ||||
88.5 | 97.0 | 2387cc | 9.9 | 1.10 |
98.0 | 2411cc | 10.0 | 1.11 | |
99.0 | 2436cc | 10.1 | 1.12 | |
100.0 | 2461cc | 10.2 | 1.13 | |
101.0 | 2485cc | 10.3 | 1.14 |
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88.5mmから0.5mm刻みで91.5mmまで拡大した場合および、ストロークを純正の96.0mmから1mm刻みで101.0mm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。2AZ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1.08から1.05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
2AZ型エンジンのピストン径88.5mmとサイズが近いピストンを持つエンジンが12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 |
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スバル EZ30型 | 89.2mm [+0.7mm] | 2400cc [+38cc] |
レクサス 2AR型 | 90.0mm [+1.5mm] | 2443cc [+81cc] |
マツダ JE型 | 90.0mm [+1.5mm] | 2443cc [+81cc] |
ホンダ C30A型 | 90.0mm [+1.5mm] | 2443cc [+81cc] |
ホンダ C32A型 | 90.0mm [+1.5mm] | 2443cc [+81cc] |
ホンダ J37A型 | 90.0mm [+1.5mm] | 2443cc [+81cc] |
ピストン径が近いエンジンとしては、スバル:BLE型レガシィB4に搭載されるEZ30型2999ccの89.2mm、レクサス:AGH30W型クラウン ハイブリッドに搭載される2AR型2493ccの90.0mm、マツダ:HEEA型ルーチェに搭載されるJE型2954ccの90.0mm、ホンダ:NA1型NSXに搭載されるC30A型2977ccの90.0mm、ホンダ:KA8型レジェンド クーペに搭載されるC32A型3206ccの90.0mm、ホンダ:KB2型レジェンドに搭載されるJ37A型3664ccの90.0mm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
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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96.0mm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19.2m/sとなり、これは1秒間に19.2メートル(時速にすると69.1km/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12.8m/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20.8m/sとなっています。
参考までにストロークが96.0mmの2AZ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6.40m/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)6250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。
2AZ-FE型エンジンを搭載する車種の例
全38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2AZ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 | ||||||||||||||||
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トヨタ ANH20W | 2008/05 アルファード 240X [DBA-ANH20W] | 170PS 22.8kgm 11.6km/L 10.882kg/PS | 自然吸気 FF/CVT ミニバン 8人乗り | |||||||||||||||||
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トヨタ ANH20W | 2012/09 ヴェルファイア 2.4Z JC08燃費版 [DBA-ANH20W] | 170PS 22.8kgm 10.8km/L 11.118kg/PS | 自然吸気 FF/CVT ミニバン 7人乗り | |||||||||||||||||
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トヨタ ACR50W | 2009/12 エスティマ X [DBA-ACR50W] | 170PS 22.8kgm 12.4km/L 10.000kg/PS | 自然吸気 FF/CVT ミニバン 8人乗り | |||||||||||||||||
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2AZ型エンジン搭載車種の一覧 パワーウェイトレシオ順|全54車種 |
その他の2AZ型エンジン型式と代表的な車種
2AZ-FXE型 全9車種 | トヨタ:エスティマ ハイブリッド [X] 最高出力150PS/最大トルク19.4kgm 2009/12モデル | |
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トヨタ 2AZ-FXE型 全9車種 | エスティマ ハイブリッド [X] 150PS/19.4kgm | |
2AZ-FE型 全4車種 | ダイハツ:アルティス [G-Four-Limited Edition] 最高出力167PS/最大トルク22.8kgm 2009/01モデル | |
ダイハツ 2AZ-FE型 全4車種 | アルティス [G-Four-Limited Edition] 167PS/22.8kgm | |
2AZ-FSE型 全2車種 | トヨタ:アベンシス ワゴン [Qi] 最高出力163PS/最大トルク23.5kgm 2006/07モデル | |
トヨタ 2AZ-FSE型 全2車種 | アベンシス ワゴン [Qi] 163PS/23.5kgm | |
2AZ-FXE型 全1車種 | レクサス:HS [HS250h] 最高出力150PS/最大トルク19.1kgm 2009/07モデル | |
レクサス 2AZ-FXE型 全1車種 | HS [HS250h] 150PS/19.1kgm |