トヨタ:3S-FSE型エンジンの諸元と性能まとめ [直列4気筒 1998cc]

ここではトヨタのSXN10型・ナディア [Nadia-2.0 D-4|1999/06モデル] に搭載されている3S-FSE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。

3S-FSE型の自然吸気エンジン諸元


SXN10型 ナディア
主要諸元と走行性能まとめ
車両型式GF-SXN10型
車名&グレードナディア
Nadia-2.0 D-4
エンジン型式3S-FSE
種類直列4気筒
排気量1998cc
内径×行程86.0mm×86.0mm
ボアストローク比1.00
単気筒容積499.5cc
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145PS/6000rpm
最大トルク20.0kgm/4400rpm

まず基本的な成り立ちとして、3S型エンジンはボア(内径)86.0mm、ストローク(行程)86.0mm、ボアストローク比1.00のスクエア型エンジン(ピストン径とストローク量が同一)です。

排気量と気筒数が同一の場合、ロングストローク型とショートストローク型の美点の良いとこ取り、若しくは欠点の悪いとこ取り、特にこれと言ってどうとも言えないバランス型の万能エンジンとなる素質があります。

数多あるボアとストロークの組み合わせの中で唯一、双方が同じ寸法のときにだけ現れるスクエア型はその存在の希少性こそが最大の魅力であると言えましょう。

このサイトにて登録されている車種のうち、3S-FSE型の自然吸気エンジンを搭載する最も古い車種は、1998/08から発売された初代ナディア [SXN10型|1999/06]、最も新しい車種は1998/07から発売された5代目ビスタ アルデオ [SV50G型|2000/04]となっており、NA車は3車種、ターボ/SC車は0車種の全3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
3Sのエンジン性能曲線図もどき
馬力の変遷122.8PS → 145PS
トルクの変遷20.0kgm → 17.3kgm
リッター馬力72.6PS/L
リッタートルク10.0kgm/L

今回の参考車両であるナディアの直列4気筒1998cc、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、6000回転のとき最高出力145馬力を、6000回転のとき最大トルク20.0kgm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4400回転での馬力は122.8PS、最高出力が発生する6000回転でのトルクは17.3kgmになります。

排気量1リットルあたりの馬力は72.6PS/L、トルクは10.0kgm/Lとなり、1気筒(単気筒容積499.5cc)あたりの馬力は36.2PS、トルクは5.0kgmです。

3S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[ 7 ]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。

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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
86.086.01998cc10.01.00
ボアアップによる排気量拡大
86.586.02021cc10.10.99
87.02045cc10.20.99
87.52068cc10.30.98
88.02092cc10.40.98
88.52116cc10.50.97
89.02140cc10.60.97
ストロークアップによる排気量拡大
86.087.02021cc10.11.01
88.02045cc10.21.02
89.02068cc10.31.03
90.02091cc10.41.05
91.02114cc10.51.06

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86.0mmから1mm刻みで91.0mm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1.00のスクエア型からショートストローク型へとシフトしていきます。3S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1.00から0.97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

3S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]
2045cc
[+47cc]
日産
VG30型
87.0mm
[+1.0mm]
2045cc
[+47cc]
トヨタ
5S型
87.0mm
[+1.0mm]
2045cc
[+47cc]
ホンダ
H22A型
87.0mm
[+1.0mm]
2045cc
[+47cc]
ホンダ
H23A型
87.0mm
[+1.0mm]
2045cc
[+47cc]
ホンダ
K24W型
87.0mm
[+1.0mm]
2045cc
[+47cc]

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 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
4400rpm
最高出力
6000rpm
86.0mm12.6m/s17.2m/s
回転数/分秒速時速
2000rpm5.7m/s21km/h
4000rpm11.5m/s41km/h
6000rpm17.2m/s62km/h
8000rpm22.9m/s82km/h
10000rpm28.7m/s103km/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86.0mm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17.2m/sとなり、これは1秒間に17.2メートル(時速にすると61.9km/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4400回転では12.6m/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18.6m/sとなっています。

参考までにストロークが86.0mmの3S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5.75m/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)6980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。


3S-FSE型エンジンを搭載する車種の例

全3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3S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
SXN10
1999/06
ナディア
Nadia-2.0 D-4
[GF-SXN10]
145PS
20.0kgm
14.2km/L
9.45kg/PS
自然吸気
FF/4AT
ミニバン
5人乗り

ナディア
[Nadia-2.0 D-4]
1999/06モデル
車両型式GF-SXN10
最高出力145PS
最大トルク20.0kgm
10-15モード燃費14.2km/L
パワーウェイト9.45kg/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/5人乗り
トヨタ
SV50G
2000/04
ビスタ アルデオ
Ardeo-200G
[GF-SV50G]
145PS
20.0kgm
15.2km/L
9.66kg/PS
自然吸気
FF/4AT
ワゴン
5人乗り

ビスタ アルデオ
[Ardeo-200G]
2000/04モデル
車両型式GF-SV50G
最高出力145PS
最大トルク20.0kgm
10-15モード燃費15.2km/L
パワーウェイト9.66kg/PS
吸気方式自然吸気
駆動方式&変速機FF/4AT
車体形状&乗車定員ワゴン/5人乗り
トヨタ
SV50
2000/04
ビスタ
N200 3S
[GF-SV50]
145PS
20.0kgm
15.4km/L
9.03kg/PS
自然吸気
FF/4AT
セダン
5人乗り

ビスタ
[N200 3S]
2000/04モデル
車両型式GF-SV50
最高出力145PS
最大トルク20.0kgm
10-15モード燃費15.4km/L
パワーウェイト9.03kg/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
3S型エンジン搭載車種の一覧
パワーウェイトレシオ順|全91車種

その他の3S型エンジン型式と代表的な車種

3S-FE型
全43車種
トヨタ:セリカ [SS-I]
最高出力140PS/最大トルク19.0kgm
1999/01モデル
トヨタ
3S-FE型
全43車種
セリカ
[SS-I]
140PS/19.0kgm
3S-GE型
全36車種
トヨタ:アルテッツァ [RS200]
最高出力210PS/最大トルク22.0kgm
2004/04モデル
トヨタ
3S-GE型
全36車種
アルテッツァ
[RS200]
210PS/22.0kgm
3S-GTE型
全9車種
トヨタ:カルディナ [GT-FOUR]
最高出力260PS/最大トルク33.0kgm
2005/01モデル
トヨタ
3S-GTE型
全9車種
カルディナ
[GT-FOUR]
260PS/33.0kgm

トヨタ製エンジンの原動機型式まとめ
【排気量順】