最新パワートレーン大研究

エンジン技術の夢とされていた可変圧縮比エンジンが、世界で初めて日産の手によって実用化され、2018年から市販されることが発表された。ユニークなマルチリンクを備えたVCRエンジンとは、どんな技術なのだろう？

　日産で20年以上に渡って地道に研究開発を進めてきたVCRエンジンが、ついに北米でデビューすることがアナウンスされた。
　VCRとは、可変圧縮比（Variable Compression Ratio）でのこと。圧縮比はある程度までは高いほど熱効率が高くなる（＝燃費が良くなる）という特徴を持つ。それは、混合気をギューギューに押し縮めてから点火し膨張させたほうが、狭い空間で燃焼ガスを膨張させることになり、それだけ圧力が高く、ピストンを強く押し下げることになるためだ。しかし、ガソリンエンジンでは、圧縮比を高くするとノッキングという異常燃焼の壁が立ちはだかるため、自然吸気エンジンでは10~14：1、ターボなどの過給器付きで、9~10・5：1前後に設定されている。最近は、ダウンサイジングターボが定着しつつあるが、ターボの過給が要らないアイドリング付近や巡航走行などでは、圧縮比が低い分だけ効率が悪くなってしまう。VCRでは、小パワー領域では高圧縮比で燃費効率を良くして、加速や登坂のように大パワーが必要なときは低圧縮比にして、ノッキングを防ぎながらギンギラ過給をする。
　VCRの方法は色々あるが、日産が採用したのは、3つのリンク（これは気筒数分付く）と1つのアクチュエーターリンク（エンジンに1つ）でピストンのストローク自体を上下させる方式。
　この機構は、将来の超ロングストローク化と超リーンバーンも視野に入れており、熱効率をさらに引き上げて発電専用エンジンとして活用することも検討している。
　エンジンは横浜工場で生産しているが、残念ながら日本仕様車への導入は未定。しかし現在ダイムラー製を採用するスカイラインの2Lターボなどは、置き換えやすいし、他のＶ6搭載車も十分対象になりうるだろう。

圧縮比を8：1から14：1まで可変マルチリンクでピストンストローク全体がスライド
右は低圧縮比で、ストローク量は下へ下がり、燃焼室容積が大きくなるので圧縮比は低くなるのでターボで過給してもノッキングしにくくなる。左は高圧縮比で、燃焼室容積は最も小さくなる。圧縮比は中間も含めてシームレスに変えられる。

可変圧縮比以外にも多くの特徴が！
●鋳鉄ライナーを廃止したミラーボア●従来V6より18kg軽量化●膨張行程のアッパーリンクが垂直に　なり、ピストンの摩擦抵抗を大幅減●従来の10分の1の低振動となり、4気筒エンジンで必要となるバランサーシャフトが不要に●ルノースポールF1との技術開発で、耐久性を確認●製造は横浜工場

新エンジンは、CVTとのコンビで北米用のインフィニティQX50に搭載。V6-3.7リットルを搭載する先代に比べ2WDで35％、4WDで30％の燃費削減効果。エンジン自体の振動が小さく、アクティブトルクロッドなどの新機構も加わって低振動で静粛性が高い。

QX50＆VC-TURBOのスペック（北米仕様）
車両諸元
全長×全幅×全高（mm）　4,693×1,903×1,679（サイドミラーを除く）
ホイールベース（mm）　2,800
乗車定員（mm）　5名
駆動方式　2WD/4WD
2リッターVCターボガソリンエンジン諸元
種類・シリンダー数　シングルターボチャージャー付可変圧縮比4気筒16バルブ
総排気量（cc）　1,997（8：1CR）～1,970（14：1CR）
ボア×ストローク　84.0×90.1mm（8：1CR）～84.0×88.9mm（14：1CR）
圧縮比　8：1～14：1（可変）
最高出力（HP/rpm）　268（200kW）/5,600
最大トルク（lb/ft/rpm）　280（380N・m）/4400
エンジン装備　ミラーボアコーティングシリンダー、可変バルブタイミング（吸気電動可変/排気油圧可変）、マルチフロー電子制御水路切り替え、2段可変容量オイルポンプ、シングルスクロールターボチャージャー＆一体型排気マニホールド、電子制御ウエストゲートバルブ、アクティブトルクロッド（ATR）、ミラーサイクル
燃料供給装置　筒内直接噴射＋ポート噴射
トランスミッション　マニュアルシフトモード付エクストロニックトランスミッション
燃費（MPG,複合モード）　2WD：27（11.5km/L）　4WD：26（11.1km/L）

EVへの対応がカーメーカーの命運を左右しそうな雰囲気の中、トヨタはプリウスで20年以上育ててきた技術の歴史を膨大とも言える実物とともに報道陣へ公開した。HVやFCVに続くピュアEVは出せるのか？

　トヨタは11月の下旬に、同社の電動化技術の説明会をメガウェブのライドスタジオで開催した。昨今、ディーゼル排ガス不正で大揺れした欧州、あるいは中国では大気汚染を食い止めるため、電動化へ傾倒しているが、日産以外の日本メーカーはこれについていけるのか？という懸念もある。トヨタも、HVやFCVは積極的だが、ことEVになると明確なプランが見えず、どちらかというと消極的にすら思われるフシがあった。
　今回の説明会は、トヨタでもEVを作る要素は全て備えていることを改めてアピールするもの。初代から現行プリウスの20年に亘るメカニズムの進化をエンジンやHVトランスアクスル、バッテリーなどの主要コンポーネントをはじめ、内部パーツまで展示して伝えている。
　トヨタでは、初代プリウスの開発時から、将来は車両の電動化技術がキモになると考えて、コア技術の開発に取り組んできた。それには、モーター、バッテリー、PCU（パワーコントロールユニット）の3つの神器があるが、その技術開発と製造技術の「手の内化」を続けてきた。つまり自前主義を貫くことで、小型軽量で高性能なのはもちろん、低コストで高品質な製品づくりの基礎を築いてきた。例えば、PCUのパワー素子を切り出すシリコンウェハーは、初代より工場を立ち上げ内製化している。
　ピュアEVでも3要素はHVで使われているものと同じで、現にｅＱやFCVのミライは既存品を流用したところからも、EVをいつでも作れるだけの技術と部品はある。ただし、大量のバッテリーを搭載して高価で重くなるのでは、ユーザーのニーズから離れてしまい成功しないのでは？というところでベストではないと考えている。折しもパナソニックとの車載用電池事業での提携が発表。いよいよ本気になってきた。

バッテリーの技術進化とコストが最大の課題に
初代前期は筒型で後期は角型に。2代目では、アルミラミネートを設置して放熱性能を向上し、内部抵抗低減も行っている。また、4代目では入力の性能が大きく向上し、リチウムも用意。今後も性能向上とコスト削減が課題。

EVはニーズや規制をみながらHVやFCVと共存
パワーソース別の住み分けイメージでは、EVはコミューターや近距離用途に限られると考えられる。一航続距離が伸びても充電時間を考慮すると連続走行は難しい。長距離、大型では、FCVを推していく考え。HVやPHVもまだまだ主力の座をキープしそうだ。


提供元：月刊自家用車