トヨタ・G16E-GTS

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出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2024/05/12 06:22 UTC 版)

構造・機構

ヘッド・カムバルブ・インジェクター

シリンダーヘッドは軽量化のためにアルミブロックであり^[13]、冷却水の流れを加速させるためウォータージャケットを2つに分割^[2]。吸排気動弁機構はDOHCを採用し、タイミングチェーンにより駆動する^[2]^[3]。また、DOHCながら油圧式ラッシュアジャスターが採用されている^[2]^{[注釈 8]}。

カムシャフトはトヨタ自動車が独自に開発した鋼製の中空組立カムシャフトを採用し^[3]、軽量、高レスポンス化を行っている^[3]^[13]。両方のカムシャフトに可変バルブタイミング機構のVVT-iを装着し^[5]、吸気側が70°まで、排気側が41°までの可動範囲でバルブタイミングを制御する^[2]。

カムキャップは2階建て構造を採用しており、M15A型に比べ2kgの軽量化を達成^[3]。タイミングチェーンカバーの構造変更^{[注釈 9]}も行い、同じくM15A型に比べ1kgの軽量化を更に達成している^[3]。

バルブ関連ではダイナミックフォースエンジンの特徴であるレーザークラッドバルブシートを使用せず、バルブシートを工夫して打ち込んでいる^[4]。これはダイナミックフォースエンジンと同様に高ダンブルでの高速燃焼を実現しつつも、シートの打ち換え等メンテナンスやカスタマイズ、チューニングでの扱いにくさを解消するためである^[4]。バルブ径は吸気側が直径32.8 mm、排気側が直径32.0 mmで吸気バルブと排気バルブの大きさが近く、他のエンジンと比較し排気バルブ径が大きいものとなっている^[3]^{[注釈 10]}。この設計でダンブル流の強度とバルブ径を最適化したことによって燃焼速度が向上した^[11]。

インジェクターはポート噴射・直噴を併用する「D-4S」のターボ版、「D-4ST」を採用している^[2]^[5]。このインジェクターは、低中回転域に複合噴射を行い、高回転域は直噴のみの噴射になる^[2]。また、運転状況に応じて2.4 - 20 MPaの範囲で噴射圧が制御される^[2]。この制御の働きで低中回転域での安定的な運転や高負荷運転時のノッキング抑制が可能になる^[2]。

エンジンブロック

シリンダーブロックは排気干渉が少なくターボのタービンが効率良く回せる直列3気筒の形状を取る^[5]^[26]。気筒の内径×行程は87.5 mm×89.7 mm^[2]、1気筒当たりの容積は約539.1 ccである^[27]。

ブロック本体の材質は軽量化の為にアルミニウムが用いられ^[13]^[26]、製造法にアルミダイカストを採用することでエンジン全体での乾燥重量を109 kgに抑えるなどかなりの軽量化を達成している^[2]^[13]。ブロックがアルミ製であるため鋳鉄ライナーが挿入されており、ブロック内側の特殊な粗面と噛合して強く固定されている^[2]。この挿入されている鋳鉄ライナーは高出力を発揮する高負荷回転時の耐久性や剛性を高める為に肉厚なものを採用している^[26]。

冷却は水冷式でウォータージャケットが浅底化、オープンデッキ状になっている^{[注釈 11]}。この浅底構造をしたウォータージャケットはトヨタ自動車では初採用であり、同じくトヨタ製3気筒エンジンのM15A型ブロックなどと比較して、ジャケット横の肉を抜けるなど軽量化に大きく影響を与え、それに加えてスポーツ使用下の高燃焼荷重にも耐えられるブロック構造の支持にも貢献している^[3]^{[注釈 12]}。また、オイルレベルゲージがブロック内部に作られておりブローバイガス通路としても機能している^[2]。

ピストン・コンロッド・クランク

コネクティングロッドは鍛造品が用いられ、クランクシャフトは4つの回転軸とバランスウェイトから構成される^[2]。ピストンとクランクシャフトには高精度な加工が施され徹底的な軽量化、レスポンスの追求がなされている^[3]^[13]。また、ピストンがシリンダー壁に押し付けられないようにクランク軸とピストン軸を10 mmほどずらして横方向の力を軽減している^[2]。

ピストンはアルミ製のT字の形状をとる^[2]。ピストン上部の溝山はニレジスト鋳鉄製で、DLC（ダイヤモンドライクカーボン）が塗布されている^[2]^[3]。ピストンスカート部分にはポリマーコーティングが施されている^[2]^[3]。

またクランクシャフトの直下にA25A-FKS型エンジンやM20A-FKS型エンジン、M15A-FKS型エンジンと同様にアイドリング時の振動対策としてバランスシャフトが組み込まれている^[2]^[3]^[5]。このバランスシャフトはM15A型とは異なる締結構造を用いており高剛性化を行っている^[3]。

ターボ・点火・補機

フリクション軽減やレスポンスの向上のため、ターボのタービンにセラミックボールベアリングを採用している^[3]^[13]。インタークーラーはラリーでのメンテナンス性を考慮して空冷式である^[2]。なお、『RZ“High-performance』には冷却スプレー機能が追加装着されている^[2]^[17]。また、純正状態でBMEP（正味平均有効圧力）が28.7barも掛かっていて、近年^{[注釈 13]}の国産エンジンとしては異例である^[17]。

点火系にはダイレクトイグニッションが採用され、一つの気筒に対し一つのダイレクトイグニッションコイルが備わる^[2]。点火プラグにはイリジウム合金製でプラチナコーティングが施されている先端電極を採用^[2]。点火順序は1番気筒→2番気筒→3番気筒の順である^[2]。

空燃比センサーは冷寒時の排ガス低減を行うために新開発品が採用されている^[29]。当機が開発される以前のトヨタ自動車の空燃比センサーは氷点下で数分、25℃の平常気温で10秒ほど始動が出来ない時間があったが、当機の排ガス浄化性能を向上させるためトヨタとデンソーが共同で新開発した空燃比センサーを使用し、始動不可の時間を3 - 5秒ほどに短縮。トヨタの従来型空燃比センサーを搭載するエンジンと比べ一酸化炭素と炭化水素を冷寒時は約50%、25℃時は20%削減している^[29]。

冷却ファンはコントロールユニットの制御で動作し、水温や車速、エンジン回転に応じて無段階的に制御される^[2]。また、オイル潤滑装置は一般的な形状をとり、クランクシャフトからチェーンを介して駆動される^[2]。

その他補機などはM15A型エンジンやA25A型エンジンと同様なものが採用されている^[2]。

脚注

出典

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注釈

^ G16E-GTSの生産拠点である下山工場では、GRヤリスのラインオフ式より約4週間先立って2020年7月27日にラインオフ式を執り行った^[1]。
^ なお、このエンジンのベースはM15A型であり、M15A型に排気量拡大を施す、ボールベアリングターボを装着するなど、ベースエンジンを拡張的に進化させる開発により誕生した^[10]。
^ 設計諸元の最適解の大半を殆どMBDだけで導き出したほど^[11]。
^ このボア径はA25A型と同じではあるが、結果的なものでありA25A型との関係性はない^[3]。
^ その最新4気筒エンジンと全く同じ形状というわけでは無く吸気ポートに機械加工を施し複雑かつストレートな形状を作り出していることや、ペントルーフ形の燃焼室に真っ直ぐ繋げるようポート角を調整していること、吸気ポートのサイアミーズ分岐部を短くしていることなどと細かい部分に違いが設けられている^[3]^[11]。
^ GRカローラモリゾウエディションの最大トルクはRZよりさらに向上し400 N⋅m (40.8 kgf⋅m) / 3250 – 4600 rpmとなっている^[19]。
^ ここではモーテックのM142型ECUを使用^[22]。
^ DOHCに油圧式ラッシュアジャスターが採用された例として、トヨタが初めて独自開発したDOHCエンジン5M-GEUが挙げられる^[24]^[25]。
^ M15A型は1枚で構成されているのに対し当機はチェーンカバーを上下2枚に分割した構成である^[3]。
^ ただし、吸気側のバルブにもバルブ径を極力大きくするなどの追求を行ったり、レーザークラッドバルブシートを採用せずともダイナミックフォースエンジンさながらの効率及びダンブル流を実現することを求めたりして偏心バルブシートを圧入するなどの工夫がされている^[3]。
^ シリンダーブロック上端部の水路孔が1つに繋がっている形^[28]。
^ なお、この浅底ウォータージャケットはウォータージャケット底部に肉厚な部分ができるため鋳巣が出来易くなるという課題があったが、G16E型ブロックを鋳造しているトヨタ自動車の上郷工場でシミュレーションや試行を繰り返し行い鋳造条件の最適化をすることによって解決した^[3]。
^ 2021年現在から数えた近年。