トヨタ:FA20-GR型エンジンの諸元と性能まとめ [水平対向4気筒 1998cc]

ここではトヨタのGRMN86型・86 ハチロク [GRMN|2016/02モデル] に搭載されているFA20-GR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。

FA20-GR型の自然吸気エンジン諸元


GRMN86型 86 ハチロク
主要諸元と走行性能まとめ
車両型式GRMN86-FRSPORT型
車名&グレード86 ハチロク
GRMN
エンジン型式FA20-GR
種類水平対向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12.5
吸気方式自然吸気
使用燃料ハイオクガソリン
最高出力219PS/7300rpm
最大トルク22.1kgm/5200rpm

まず基本的な成り立ちとして、FA20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。

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
FA20のエンジン性能曲線図もどき
馬力の変遷160.4PS → 219PS
トルクの変遷22.1kgm → 21.5kgm
リッター馬力109.6PS/L
リッタートルク11.1kgm/L

今回の参考車両である86 ハチロクの水平対向4気筒1998cc、圧縮比12.5でハイオクガソリン仕様の自然吸気エンジンは、7300回転のとき最高出力219馬力を、7300回転のとき最大トルク22.1kgm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5200回転での馬力は160.4PS、最高出力が発生する7300回転でのトルクは21.5kgmになります。

排気量1リットルあたりの馬力は109.6PS/L、トルクは11.1kgm/Lとなり、1気筒(単気筒容積499.5cc)あたりの馬力は54.8PS、トルクは5.5kgmです。

FA20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[ 10 ]、換算トルクが[ 10 ]の「稀に見る高出力エンジン」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
86.086.01998cc12.51.00
ボアアップによる排気量拡大
86.586.02021cc12.60.99
87.02045cc12.80.99
87.52068cc12.90.98
88.02092cc13.10.98
88.52116cc13.20.97
89.02140cc13.30.97
ストロークアップによる排気量拡大
86.087.02021cc12.61.01
88.02045cc12.81.02
89.02068cc12.91.03
90.02091cc13.11.05
91.02114cc13.21.06

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。FA20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

FA20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
5200rpm
最高出力
7300rpm
86.0mm14.9m/s20.9m/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7300回転での平均ピストンスピードは20.9m/sとなり、これは1秒間に20.9メートル(時速にすると75.2km/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5200回転では14.9m/s、最高出力が発生する7300回転より500回転高い7800回転をレブリミットと仮定したときの平均速度は22.4m/sとなっています。

参考までにストロークが86.0mmのFA20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、6980回転くらいが良い感じの回転数になるのではないかと思いますが、このエンジンは最高出力を発生している時点で既に20.0m/sを超えており、レブリミットを考慮するともう少し余分に(300~500回転?)回ることから、内部では大変なことになりながらも頑張って回っているエンジンです。


FA20-GR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FA20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
GRMN86
2016/02
86 ハチロク
GRMN
[GRMN86-FRSPORT]
219PS
22.1kgm
-
5.62kg/PS
自然吸気
FR/6MT
クーペ
2人乗り

86 ハチロク
[GRMN]
2016/02モデル
車両型式GRMN86-FRSPORT
最高出力219PS
最大トルク22.1kgm
パワーウェイト5.62kg/PS
吸気方式自然吸気
駆動方式&変速機FR/6MT
車体形状&乗車定員クーペ/2人乗り
FA20型エンジン搭載車種の一覧
パワーウェイトレシオ順|全23車種

その他のFA20型エンジン型式と代表的な車種

FA20型
全15車種
スバル:BRZ [R Customize]
最高出力207PS/最大トルク21.6kgm
2016/08モデル
スバル
FA20型
全15車種
BRZ
[R Customize]
207PS/21.6kgm
FA20型
全7車種
トヨタ:86 ハチロク [GT]
最高出力200PS/最大トルク20.9kgm
2012/04モデル
トヨタ
FA20型
全7車種
86 ハチロク
[GT]
200PS/20.9kgm

トヨタ製エンジンの原動機型式まとめ
【排気量順】