マツダ:Z5-DE型エンジンの諸元と性能まとめ [直列4気筒1489cc]

ここではマツダのBHALS型8代目ファミリア ネオ [RS] に搭載されているZ5-DE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。

Z5-DE型の自然吸気エンジン諸元


BHALS型 ファミリア ネオ 主要諸元まとめ
車両型式E-BHALS
車名&グレードファミリア ネオ
RS
エンジン型式Z5-DE
種類直列4気筒
排気量1489cc
内径×行程75.3mm×83.6mm
ボアストローク比1.11
圧縮比9.4
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97PS/5500rpm
最大トルク13.5kgm/4000rpm

まず基本的な成り立ちとして、Z5型エンジンはボア(内径)75.3mm、ストローク(行程)83.6mm、ボアストローク比1.11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Z5-DE型の自然吸気エンジンを搭載している車種は、1994/06から発売された8代目ファミリア ネオ [1994/06](合計2台)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
Z5のエンジン性能曲線図もどき
馬力の変遷75.4PS → 97PS
トルクの変遷13.5kgm → 12.6kgm
リッター馬力65.1PS/L
リッタートルク9.07kgm/L

今回の参考車両であるファミリア ネオの直列4気筒1489cc、圧縮比9.4でレギュラーガソリン仕様の自然吸気エンジンは、5500回転のとき最高出力97馬力を、5500回転のとき最大トルク13.5kgm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75.4PS、最高出力が発生する5500回転でのトルクは12.6kgmになります。

排気量1リットルあたりの馬力は65.1PS/L、トルクは9.07kgm/Lとなり、1気筒(単気筒容積372.3cc)あたりの出力は24.2PS、3.4kgmです。

排気量1リットルあたりの馬力が65.1PS/L、トルクが9.07kgm/LであるZ5型の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[ 4 ]、換算トルクが[ 5 ]の「やや控えめな出力のエンジン」にカテゴライズされます。


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
75.3mm83.6mm1489cc9.41.11
ボアアップによる排気量拡大
75.8mm83.6mm1509cc9.51.10
76.3mm1529cc9.61.10
76.8mm1549cc9.71.09
77.3mm1569cc9.81.08
77.8mm1590cc10.01.07
78.3mm1610cc10.11.07
ストロークアップによる排気量拡大
75.3mm84.6mm1507cc9.51.12
85.6mm1525cc9.61.14
86.6mm1543cc9.71.15
87.6mm1560cc9.81.16
88.6mm1578cc9.91.18

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75.3mmから0.5mm刻みで+3.0mmまで拡大(75.3mm→78.3mm)した場合および、ストロークを純正の83.6mmから1mm刻みで+5.0mmまで延長(83.6mm→88.6mm)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。Z5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1.11から1.07に変化するという具合です。


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
5500rpm
83.6mm11.1m/s15.3m/s
回転数/分秒速時速
2000rpm5.6m/s20.2km/h
4000rpm11.1m/s40.0km/h
6000rpm16.7m/s60.1km/h
8000rpm22.3m/s80.3km/h
10000rpm27.9m/s100.4km/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83.6mmのエンジンが最高出力を発生する5500回転での平均ピストンスピードは15.3m/sとなり、これは1秒間に15.3メートル(時速にすると55.1km/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11.1m/s、最高出力が発生する5500回転より500回転高い6000回転をレブリミットと仮定したときの平均速度は16.7m/sとなっています。

参考までにストロークが83.6mmのZ5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5.57m/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)7180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。


Z5-DE型のエンジンを搭載する車種の例

全2件をアクセスが多いものから順に表示しています。
メーカー
車両型式
イメージ車名&グレード
記事リンク
出力
燃費
吸気 [駆動系]
車体形状 定員
マツダ
BHALS
ファミリア ネオ
RS
(1994/06)
97PS
13.5kgm
17.2kmL
NA [FF/5MT]
ハッチバック
5人乗り
マツダ
BHALS
ファミリア ネオ
RS
(1994/06)
97PS
13.5kgm
14.2kmL
NA [FF/4AT]
ハッチバック
5人乗り
[投稿日:2011/06/07 更新日:2016/11/11]

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