トヨタ 熱効率No1?! 新型カローラに搭載された最新エンジン「2NR-FKE」

2015年3月30日にマイナーチェンジ・モデルとして発表された新型カローラ アクシオ/フィールダーのCVTと組み合わされる新開発エンジン、1.5L・4気筒の2NR-FKE型型はトップクラスの熱効率、燃費性能を狙ったエンジンだ。

NR系のエンジンは、すでに1.3Lの1NR-FE、1NR-FKE型がヴィッツ、ラクティス、ポルテなどに搭載されているが、この中で1NR-FKEは、世界トップレベルの高い熱効率・低燃費の最新エンジンである。今回、新登場した2NR-FKEはエンジン名称からわかるように1NR-FKE型の発展型となる1.5Lエンジンだ。

1NR-FKE型の排気量が1329cc、ボア・ストロークは72.5×80.5mmだが、2NR-FKE型は1496ccで、ボア・×ストロークは72.5×90.6mmとなる。1NR-FKEのストロークをさらに伸ばした超ロングストローク・エンジンとなっている。圧縮比は1.3Lも1.5Lも13.5（レギュラーガソリン）で共通だ。バルブ挟み角は1NR-FKE、2NR-FKE共通の狭角とし、超コンパクトペントルーフ形の燃焼室形状としている。

動弁系は低フリクション型のチェーンによりカムを駆動し、バルブはローラーロッカーアームにより駆動される。

2NR-FKE型は、何よりも熱効率の高さと燃費性能を狙っており、熱効率に関してはハイブリッド用のアトキンソンサイクル・エンジンの1NZ-FXEなどと同等レベルとしているのだ。つまり2NR-FKE型はアトキンソンサイクルを基盤としたエンジンだが、ハイブリッド用エンジンより運転域が広い純エンジン車で高い熱効率を達成している点が注目に値する。

もちろん、単純なアトキンソンサイクル運転だけではなく、高負荷時にノッキングの発生を遅らせ、限界ぎりぎりまで攻めるための技術も投入している。まずは吸気ポートは高タンブル流を発生させる形状を採用し低負荷時の吸気流速をアップし、燃焼速度を高めている。また充填効率を高めるとともに燃焼室の温度上昇を防ぐために大量のクールドEGR、つまり冷却した排ガスを再循環させており、そのためにEGRバルブの応答性も向上している。

また、燃焼室に残留する高温の排ガスを排気脈動を利用して積極的に排出するという掃気効果を狙った4-2-1タイプの排気マニホールドと、直下型触媒を組み合わせた排気系を採用している。

燃焼室の温度を下げるために、燃焼室周りの冷却性能を高めるためにウォータージャケット内に樹脂製のスペーサーを組み込み、シリンダー側部や底部は冷却水流量を抑え、燃焼室の排気側を集中的に冷却できるようにしているのだ。これによりシリンダー部のフリクションを抑え、排気側の燃焼室を冷却することでノッキング発生を抑制している。

もちろん直噴システムを採用すれば燃焼室の冷却効果はさらに高められるが、2NR-FKE型はポート噴射としている。

アトキンソンサイクル運転のためにバルブタイミングを連続的にコントロールするVVT-iは、吸気側に電動式（VVT-iE）可変バルブタイミング、排気側は油圧式可変バルブタイミング機構としている。電動式はコストが高いことは言うまでもないが、可変角が広く、冷間時でも瞬時に作動させることができ、また作動速度も油圧式より速いメリットがあるのだ。これにより低負荷時にはアトキンソンサイクル運転を行なうなど、負荷に合わせた運転切り替えができる。

最高出力は109ps/6000rpm、最大トルクは136Nm/4400rpmで、おもしろいことに従来からの1NZ-FE型（カローラ・シリーズのMTモデルに採用）と出力は同じで、トルクがわずかに上回っている。このことからも2NR-FKE型は熱効率、燃費性能を重視していることがわかる。

なお熱効率は、公式には38%と発表されているが実際にはもう少し上だという。またこのエンジンはアイドリングストップ、充電制御（加速時は発電しない制御）を装備し、CVTとの組み合わせ、JC08モード燃費は23.4km/Lとなっている。

2NR-FKE型のアトキンソンサイクルの積極的な使用と高圧縮比化、そして熱効率の向上は、トヨタの内燃ガソリンエンジンの今後の開発の方向性を示す技術といえ、2014年4月10日には技術発表会も行なわれているが、今後はより大きな排気量にまで拡大されると予想される。

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