トヨタ ついに登場したトヨタのダウンサイジング直噴ターボエンジン

2015年4月6日、トヨタはオーリスのマイナーチェンジを行ない、新開発のダウンサイジング・ターボエンジン、8NR-FTS型エンジンを搭載したモデル、「120T」を新設定した。トヨタとしては初となる1.2Lの直噴ターボである。

より正確に言えば、レクサスNX 200tに搭載されている2.0Lの直噴ターボ、8AR-FTS型エンジンが自然吸気2.5Lエンジンを上回るトルクを実現したトヨタ初のダウンサイジングターボだ。そして、今回登場した8NR-FTS型はオーリス RSに搭載されている1.8Lの2ZR-FAE型に匹敵するトルクを発生させ、同時に燃費は20%も向上させており、トヨタのダウンサイジング・ターボエンジンの第2弾となる。

トヨタは、8NR-FTS型のポジションを、ヴィッツに搭載した1.3Lの1NR-FKE、カローラ・シリーズに搭載した1.5Lの2NR-FKEなど自然吸気エンジンに続く、新世代高効率・低燃費エンジンと位置付けている。と同時に、アクセル・レスポンスの良さや滑らかで爽快な走りなどスポーティな特性も訴求している。言い換えればターボエンジンで気持ち良い走りを可能としながら、燃費でトップレベルを狙うという役割を担っている。

新世代の高効率ターボエンジンという目標実現ため、トヨタはターボエンジンでも高い熱効率を目指し、最高熱効率36%を達成している。そのために、より高いレベルの燃焼速度の実現と、ポンピング損失を低減するためのアトキンソンサイクルとターボ過給の組み合わせを選択している。

1.3Lの1NR-FKE型、1.5Lの2NR-FKE型エンジンやマツダのスカイアクティブ・ガソリンエンジンはいずれも自然吸気のアトキンソンサイクル(正確にはミラーサイクル）であり、38%前後という最高熱効率を実現しているが、出力、トルクは同クラスの通常の燃焼サイクルのガソリンエンジンには達しない。この点が自然吸気アトキンソンサイクルの弱みだ。

このデメリットを解消し、より大きな出力、トルクを得るためにはアトキンソンサイクルにターボ過給を行なうことが必須となるのだ。低負荷時にはアトキンソンサイクルの領域を使用し、高出力が求めらる時には高圧過給を行なう、いわば究極の可変排気量システムとして機能させるわけである。なお、他社のダウンサイジング・ターボエンジンでも程度の差こそあれ、可変バルブタイミング機構や可変バルブリフト機構を使用して同様の手法を取り入れている。


■急速燃焼技術

トヨタは自然吸気エンジンの1.3L、1.5Lのアトキンソンサイクルエンジンでも吸気のタンブル(縦渦）流を重視しているが、今回の8NR-FTS型でも吸気ポート形状を最適化することで吸気時のタンブル流を強化し、さらに燃焼室内でのタンブル流が継続するようにピストントップ面に突起を設けている。こうすることで、低負荷時の吸気量が少ないときでも燃焼室内での空気流動を促進し、複数回の燃料噴射を行なう合わせ技で燃焼速度を速め、トルク、燃費、排気ガスの各性能を向上させている。


■冷却技術

また高圧縮比、高過給を両立させるためには、ノッキングの回避や、燃焼室周りの冷却も重要である。そのためには、ノッキングを遅らせる必要があり、吸気の冷却を行なう水冷インタークーラーを装備し、吸気温度を低減している。

コンパクトなパッケージング、高い冷却性能、吸気配管の短縮などのメリットが得られるため、フォルクスワーゲン・グループなどはターボエンジンのインタークーラーは空冷式から水冷式にシフトしており、そうしたトレンドをそつなく採用しているのだ。

燃焼ガスにより高温になる排気マニホールドは、8AR-FTS型と同様にシリンダーヘッド一体型とし、マニホールド部分を水冷としている。これは排気マニホールドの長さの短縮、熱損失を低減しより効率的に排気ガスをタービンに導入でき、マニホールド本体の重量も軽減できるなどのメリットがある。

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