フォード、シボレーV8、トヨタ2JZ、スバルEJ257、フェラーリエンジンなどが、BRZ、WRX、FR-S、86などでスバルFA20に取って代わられることが多いようです。 フォーミュラD、パイクスピーク、タイムアタック、ドラッグストリップなど、さまざまな場面でFA20が活躍しています。 86へのエンジンスワップが盛んなことから、FA20は500whpを超えるようなエンジンプラットフォームには向かないという見方が多い。 では、FA20は迷走しているのだろうか？ 一言で言えば、「ノー」です。 2.1リッターFA20のターボチャージャーから、560馬力/6,500rpm、475フィートポンド/5,750rpmのトルクが、ノーマルエンジンのマナーと一緒に、E85ポンプでどのように聞こえるでしょうか？ さらに、2.25LのFA20のテストも開始し、出力とパワーハンドリングをさらに向上させる予定です。
BRZ版とWRX版は圧縮比とターボの有無を除いて同じだと勘違いされている方が多いのですが、FA20は圧縮比が高く、ターボチャージャがあるのが特徴です。 実際には、ブロック、ヘッド、ピストン、ロッド、バルブ、カムシャフト、オイルポンプなど、大きな違いがあるのです。 ほとんどの部品が互換性を持ちません。
D’s and F’s
ノーマル状態のFA20を評価する前に、このエンジンには2種類のバージョンがあることを理解しておくことが重要であろう。 BRZやFR-S、86に搭載されている自然吸気エンジンが200psのFA20D（単にFA20と呼ばれることが多い）であり、ターボチャージャー付きなのでFA20Tと誤認されているFA20Fは270ps近いフライホイール・パワーを持っているのである。 この2つのエンジンの違いは、圧縮比とターボチャージャーの有無だけだと思われがちですが、実はそうではありません。 実は、この2つのエンジンには、共通点よりも相違点の方が多い。 ブロック、ヘッド、ピストン、ロッド、バルブ、インテークマニホールドは、それぞれのプラットフォームで独自に設計されています。
WRXのヘッドは、小型の高速ポートでターボラグを減らし、レスポンスを向上させている。 BRZのシリンダーヘッドは、大型のバルブを中心に、より大きく、より流量の多いポートを備えています。
FA20D Brief
スバルはFA20Dを、体積効率、機械効率、熱効率の優れた2.0リッターとして設計しました。 その結果、2.0リッターは6,700rpmで約170psを発揮し、トルクは約150ft-lbsを発生します。 この数字だけを見ると、それほどすごいとは思えないかもしれませんが、ピークトルクの90％近くを2,500rpmから7,000rpmで発生させるトルクカーブを見ると、かなりのものです。 このトルクカーブはストリートでもサーキットでも理想的だが、F20C VTECホンダエンジンのようにピーキーで短いトルクカーブで、S2000のLEDタコメーター上段まで盛り上がらないという心理的インパクトがあるわけではない。 それゆえ、BRZやFR-S、86はひどくパワー不足だと訴える人が多い。 実際は、幅広くフラットなトルクカーブが、パワー不足を感じさせるだけなのだが。
流量はBRZのヘッドが優れているが、燃焼効率はWRXのヘッドが優れている。 ツインクエンチパッドにより、デトネーションを抑制することができる。
FA20F Brief
FA20Dの対抗馬として開発されたFA20Fは、2.0Lターボながら4.0LV8並みの出力特性を持つ。 つまり、2.0リッターを2倍の排気量にすることである。 そのためには、いかに早くブーストアップさせるかが重要である。 ターボチャージャーはもちろん、インテークマニホールドやシリンダーヘッド、吸排気バルブもFA20Dより大幅に小型化し、流速を高めている。 カムシャフトやカムタイミングも、レスポンスと低速域の効率性を考慮して、偏りを持たせている。 その結果、FA20Dの7,000rpmから5,600rpmでピークパワーを発揮するようになった。
CLUB DSPORTでは、LAスリーブやダートンスリーブなどの鉄製スリーブを使用し、FA20のボア径を86mmから89mmに拡大。
共通の強み
FA20のエンジンには、高性能の基礎となる技術が数多く盛り込まれています。 最近のエンジンの多くが直噴を取り入れ、性能と効率の向上を可能にしているが、トヨタのD-4S噴射は直噴に加え、従来のポート噴射も加えている。 ポート噴射にすることで、直噴エンジンの悩みである吸気ダストの問題を完全に回避することができます。 また、高出力化のために必要なポートインジェクターの大流量化も、アフターマーケットで容易に行えるようになっている。
ここに、わずか1万4000マイル走行したVWの2.0Lターボエンジンの吸気ポートがある。 このエンジンは直噴式なので、ポートや吸気バルブをきれいに保つために、吸気ポートに燃料が注入されることはありません。 その結果、このような大量の堆積物が形成され、エアフローを殺して性能に影響を及ぼしているのです。
FA20ファミリーに共通するもうひとつの強みは、EJ257に比べてシリンダー強度が劇的に向上していることだ。 FA20とEJ257のシリンダーボアの間隔は同じだが、FA20のシリンダーボア径は小さいので、シリンダー壁を厚くすることができる。
共通の弱点
FA20エンジンは、どちらもパワーハンドリングを向上させるための最も弱いリンクであるコンロッドを備えている。 FA20Dのロッドは、適切なチューニングにより、ボルトオン・スーパーチャージャー・システムの大部分を支えるのに十分な強度を有しているようである。
Club DSPORT 参考出品 FAs
500台以上のEJ257を製作したスタッフがいるので、スバルボクサーエンジンの良し悪しにはかなり精通しているんですよ。 スバルのエンジンの加工精度は、どのメーカーよりも悪いわけではありませんが、間違いなくトップクラスではありません。
ARP ケースボルトとヘッドボルトは、FA20エンジンのパワーハンドリング能力を向上させる鍵になります。 これらの締結部品はクランプ荷重が増加するため、ブロックにさらなる歪みを生じさせる可能性があります。 トルクプレートによるCNCラインボーリングとシリンダーホーニングで、この歪みを修正します。
クラブDSPORTのFA20ベースエンジンは、コロラド州コロラドスプリングスのホイベルガー・スバルから新品のFA20ベアブロックを調達し、製作を開始します。 私たちの経験では、Heubergerは価格、在庫の有無、手頃な価格、迅速な出荷という点で勝るものはありません。 そして何より、HeubergerはIDRCのコロラド大会のスポンサーとして、このシーンを支えてくれているのです。 新しいブロックが届くと、メインボアのアライメント測定が行われる。
Getting Aligned
ラインボーリングの前に、ARP高性能ケースボルトをフルセットで仕様通りに締め込みます。 ARPのケースボルトは、高級合金を使用しているため、締め付け力を高めることができる。 FA20エンジンは、現在市販の外径オーバーのベアリングがないため、数万分の1インチ単位でのアライメントが必要となり、非常に面倒な作業となる。 これは、髪の毛の10分の1ほどの直径です。 特殊なPCDカッターを使用することで、一度切削を開始すれば、抜群の仕上がりになる。
CNC 4軸加工
ラインボーリング加工が完了すると、ブロックを分解し、2.0000インチのバーを取り付けて再び組み立てる。 このバーにより、4軸エンジンマシンセンターでボーリング、クリアランス加工、スリーブ加工、デッキング、彫刻加工を行うことができるようになります。 オリジナルボア86mmのブロックは、パラレルデッキング加工と刻印加工（Club DSPORT Referenceシリーズエンジンであることを識別するため）のみとなります。 平行デッキ加工は、クランクシャフトの中心線からブロックのデッキまでの距離が、ボクサーエンジンの両バンクで同一であることを確認するための作業です。 このラインボーリングとパラレルデッキングにより、ピストンとデッキのクリアランスが全シリンダーで同一となるような形状を実現した。 その結果、各シリンダーの最終的な静的圧縮比がより一定になる。
スリービングオプション
Club DSPORTは、FAシリーズエンジン用の高性能スリーブをすべて評価しているところである。 過去にClub DSPORTは、Darton SleevesとLA Sleevesの製品で、さまざまなタイプのエンジンに素晴らしい成功を収めました。 FAシリーズエンジンでは、FA225エディションにおいて、お客様のご希望により、どちらのスリーブでも製作する予定です。
ブロックのデッキ面はPCBNカッターで加工され、MLSヘッドガスケット用に超平滑にラップ仕上げされています。 FA20、FA21には純正ヘッドガスケットを使用し、スリーブ付89mmボアFA225にはHKS 90mmヘッドガスケットを使用します。
Plateau & Profiled Cylinder Honing with Plate
エンジン内のクランクシャフト中心線の配置の修正とエンジン内のデッキ高さの均一化に加えて、スバル純正加工エンジンとClub DSPORTリファレンスエンジンの最大の違いはシリンダーにある。 エンジンのシリンダーは、できるだけ丸く、テーパーがなく、ピストンやピストンリングと相性の良い表面仕上げであることが理想的です。 そのためにClub DSPORTでは、様々なトルクプレート（ホーニングプレート）の設計を行い、ヘッドをブロックにボルトで固定した際の歪みを正確にシミュレートする設計を完成させた。 ヘッドスタッドはARP製、ガスケットは純正（FA20、FA21）またはコスワース製90mmヘッドガスケット（FA225）を使用し、トルクプレートはブロックにボルトで固定する。 完成したエンジンと同じ応力と歪みをシリンダーに与え、特殊ダイヤモンド砥粒で86.05mmまたは89.00mm（カスタムピストン仕様）の寸法にホーニング加工する。 シリンダーの真円度やテーパーを0.0004インチ以下に抑えながら、プロフィロメーターで表面を測定し、各ボアの表面仕上げを均一化・最適化する。 ホーニング工程の最後に、ブロックはジェット洗浄、超音波洗浄、手作業による洗浄を経て、組み立て可能な状態になります。
真直度とジャーナル寸法の測定後、各クランクシャフトは0.25グラム以下のバランスで動的にバランス調整されます。
最適化された回転アセンブリ
Club DSPORT FA20は標準の86mm OEMクランクシャフトを使用していますが、FA21とFA225は同じ鍛造および窒化ストロッカークランクシャフトを使用しています。 日本製クランクシャフトは、+4mmのストローク（90mm）、精密研磨されたメインピンおよびロッドピンが特徴です。 また、熱処理と窒化処理により、強度、耐疲労性、表面硬度に優れたクランクシャフトです。 現在、販売中のクラブDSPORT FAシリーズエンジンのほとんどに、シャフテックのオミクロン表面処理が施されたクランクシャフトが採用されています。 この超仕上げ加工は、通常存在する微細な機械加工や研磨の跡をなくし、優れた表面仕上げを実現するものです。 Club DSPORTでは独自にテストは行っていませんが、他社では同様の処理でパワーアップやフリクションの低減が確認されています。 各クランクシャフトは、0.25グラム以下のアンバランスに動的にバランスされています。
各ピストンは、最終バランスされる前に、同じ寸法と重量のピストンのセットでマッチングされています。
ピストン性能
各Club DSPORT ReferenceシリーズFAエンジンは、独自のピストン設計をしています。 3つのピストン設計はすべて、各エンジンバージョンで最高の性能、信頼性、効率を実現するためにマーレモータースポーツによって設計されました。 マーレのOEMサプライヤーとの幅広い関係により、設計エンジニアは直噴環境に最適なピストンドーム形状の作成に精通しています。 また、トップリングランドに硬質アルマイト処理を施し、強度と耐マイクロ溶接性を向上させることで、E85燃料での使用に最適化されています。 また、ピンオフセットやスカートデザイン、リングパッケージも高出力対応、エンジン寿命の延長、効率アップのために特別に選択されています。 ピストンのパワーハンドリングの限界は明らかにされていないが、コンピュータモデルや86mmピストン（RB26やスープラなど）の経験から、シリンダーあたり200ps以上のパワーハンドリングは容易に達成可能であると思われる。 静的圧縮比は、BRZのヘッドと10.7から10.8：1、WRXのシリンダーヘッドと10.9から11.0：1の間になります。 取り付け前に、Club DSPORTは各ピストンとピンのセットを0.2グラム以内にバランスします。
各小端と大端は、すべてのセットでバランスされ、将来的に交換が必要になった場合に備えて記録されています。
ホットロッド
クランクシャフトとピストンの接続には、既製品のマンリープロシリーズIビーム4340コンロッドに3/8インチのARP2000ロッドボルトを装着しています。 DSPORT FA21、FA225エンジンでは、マンレープロシリーズI断面コンロッドを使用しています。 1気筒あたり250psをサポートする設計となっている。
ベアリング、組み立て、設計図作成
すべての部品がきれいな状態で組み立てられるようになると、ショートブロックの組み立て中に重要な測定値がすべて記録されます。 これらは、すべてのクランクシャフトのジャーナル寸法、ベアリングのクリアランス、クランクシャフトのエンドプレイ、ロッド側のクリアランス、ピストンリングのエンドギャップ、ピストンからシリンダー壁のクリアランス、ピストンからデッキの高さ、完成したショートブロックを回転させるのに必要なトルクを含みます。 ほとんどの場合、キングレーシングのXPGメインベアリングは、Cleviteロッドベアリングと一緒に使用されます。 しかし、この組み合わせで理想的なオイルクリアランスが得られない場合、ACLまたはOEMベアリングで代用することができます。 ほとんどの場合、クリアランスはSAE 0W-40に設定されています。
吸気バルブは窒化ステンレス、排気バルブはインコネルと、純正部品に代わるスーパーテックバルブトレインが使用されています。
シリンダーヘッド
ショートブロックは完成しましたが、シリンダーヘッドはまだ数カ月かかると言われています。 FA21のダイノテストでは、HKSカムシャフトにスーパーテック窒化ステンレスインテークバルブ、インコネルエキゾーストバルブの組み合わせが採用された。 現在組み立て中のFA225には、パイパーカムBP285アルティメットロードカムシャフトセットと+1mmオーバーサイズバルブが採用される予定だ。
結果
先日、クラブDSPORTリファレンスシリーズのFA21エンジンをテストする機会を得ました。 ノーマルエンジンはプロジェクトターボのFR-Sで400whpを超えたところで降参してしまったので、新しいエンジンのテストベッドとして最適だと判断しました。 これまでフルレースのEFRターボは、ノーマルFA20で412whp/約6,900rpmを発生。 ピークトルクは332ft-lbs/6,000RPM。 DSPORTのFA21エンジンは、排気量アップと改良により、同じブーストで5〜10パーセントのトルクアップが期待できる。 ブーストがかかる前の2,500rpmでは、125ft-lbsから160ft-lbsにトルクが向上しています。 これは28パーセントの大幅な増加です。 3,500rpmでは、トルクは215ft-lbsから270ft-lbsへと26%向上している。 つまり、FA21は2.5リッター並みのレスポンス特性を実現しているのだ。 ノーマルエンジン、フルレースEFR7163キット、クラブDSPORT FA21とフルレースEFR7163の組み合わせで、2.1LのFA20がいかに大きな進化を遂げたか、その一端をご紹介しよう。 この組み合わせで、圧倒的なトルクカーブを実現。 また、燃料系を改良することで、さらなる進化を遂げている。
ハイブーストの結果
パワーハンドリングの向上と圧縮比の最適化により、ようやく安全にブーストアップができるようになった。 ブーストを24psiに設定すると、FA21は一気にパワーアップ。 パワーカーブのピークは563whpだが、他の2リッターエンジンもうらやむような形状をしている。 2,000rpmから7,600rpmまで、純正エンジンと比べてもまったく遜色のない性能を発揮する。 3,700rpmからレブリミットに達するまで、300ft-lbsを超えるトルクが得られます。 本当のスイートスポットは4,800rpmから7,000rpmの間で、400lbs-ftのトルクがオンデマンドで利用可能です。 これらの数値は印象的ですが、より多くのパワーをサポートするためにインジェクター容量を使い果たしただけで、もっと多くの性能があると思われます。 このデータからすると、EFR7163はブースト28psi程度で600whpを超えることができるはずだ。
シルバーのFR-Sは、クラブDSPORTリファレンスシリーズの2.1リッターFA21バージョンの社内テスターとして使用する予定です。
嬉しい驚き
我々は1400馬力のRBエンジン、1000馬力のBシリーズホンダ、チャンピオンとなった2JZなど、数え切れないほどのエンジンを開発・製造してきました。 他のエンジンの出力は、現在のFAシリーズの開発数値を上回るかもしれませんが、FA21とFA225のように私たちの予測を超えたエンジンは存在しません。 600whpレベルまでの開発には自信があるが、700whp、800whp、900whp、1000whpレベルになると、どのような限界が見えてくるかわからない。 550whpのFA21や600whpのFA23が、野心的なWRXや86のオーナーの98パーセントの要求を満たすことを考えると、”スワップはやめましょう “と言わざるを得ませんね。 もし、もっと必要なら、700whp、800whp、そして1000whpまで何が本当に必要なのか、私たちが見つけ出すと確信しています
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