圧縮比を変えることで走りと燃費を両立　日産が実現した世界初のVCターボエンジンを試す

開発のスタートは1998年

エンジンの効率を高めるには、何はともあれ圧縮比を上げるのが一番手っ取り早い方法だ。でも自己発火式のディーゼルエンジンと違い、プラグを使って着火するガソリンエンジンの場合、燃焼速度や面積が適切にコントロールできなければ即座にノッキング→破損という事態になるのはご存じの通り。いかにそれを回避しながら圧縮比を高めることができるかという命題に対して、エンジニアはさまざまなアプローチを繰り広げてきた。

そこで誰もが思いつくシンプルな方法といえば、物理的に圧縮上死点を変えることだ。実際、自動車メーカーによるアプローチはこれまでいくつもあった。が、気筒内の連続的な爆発行程に可変機能を織り込むことは物理的にも力学的にも非常に難しく、どれもモノになることなく21世紀を迎えることになったわけだ。

日産が可変圧縮比エンジンの研究を開始したのは、今から約20年前の1998年にさかのぼるという。その間、この会社を取り巻く環境はどこよりも変わったと言っても過言ではない。果たして、当時は基礎段階だっただろうその火がいかにして日産の中でともり続けられたのかと問えば、カルロス・ゴーンCEO（当時）に就任後のかなり早いタイミングで直談判的なプレゼンテーションを行い、氏との間で確実なコンセンサスが得られたためという。さすがにゴーン会長にそれがモノになるという将来が見えていたとは考えづらいが、結果的に自分が目をつけていたユニークな技術がカタチになったわけだから、それはそれで感慨深いのではないだろうか。

日産は昨年（2017年）、市販車世界初となる可変圧縮比エンジンの生産を開始した。現在搭載されている車種は、日本で言うところの「日産スカイライン クロスオーバー」の後継にあたる「インフィニティQX50」のみ。日本では未発売で、米国や中国では発売済み、追って欧州でも展開される予定だという。可変圧縮比エンジンの型式名称は「KR20DDET」。直噴＋ポート噴射と2つの燃料噴射経路を持つ2リッター4気筒ターボユニットとなる。

日産が開発した、可変圧縮比機構付きのVCターボエンジン。走行状態に応じて圧縮比を変化させることができる。

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VCターボエンジンを搭載したSUV「インフィニティQX50」。北米や中国、欧州などの市場に投入される世界戦略車だ。

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「QX50」に搭載された2リッター直4ターボエンジン「KR20DDET」。

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8～14の間でリニアに変化する圧縮比

圧縮比を可変とするために用いるのはクランク側に配された電動アクチュエーターで、1：243という強力な減速比を持つギアを介してモーターのアウトプットを低回転高トルク化させる仕組みだ。最終的には“2トン超え”という強大なトルクは、コンロッドを含む4つのリンクをピストン位置に関わらず絶え間なく動かし、上死点が最大で6mm移動。圧縮比が8～14の間でリニアに変化するという。

もちろん低圧縮側の設定値は高負荷時にターボによって大きなトルクを得ること、そして高圧縮側の設定値はリーンバーンによって低負荷時に最大効率を得ることを目的としている。日産のエンジニアによれば、この8～14という圧縮比は、世の2リッターガソリンエンジンのほぼすべてをカバーしており、下側は最高出力381psを発生する「メルセデスAMG A45」の、上側は「マツダ・アクセラ」などに搭載される「SKYACTIV-G」のそれと近似しているそうだ。

とはいえ、それは言うは易しの話。圧縮比が変わるということは、当然ながら燃焼パターンは二乗的に増えていくわけで、速度や負荷状態を鑑みながらどのように燃やしていくか、そこにターボやらCVTやらという他の要素も加わるとあらば、ECUのマップは膨大な量に及ぶ。現状のECUは32ビットだが、メモリ容量や処理能力はギリギリといったところだろう。そして最も大変なのは、この膨大なマップは走り込みによる実地的なデータなくして成立しないということだ。ここばかりはマンパワーの勝負となるわけで、このエンジンを成立させる上での泥臭い苦労のひとつといえるだろう。

圧縮比の可変状態はメーター内のインフォメーションモニターで確認することができ、いざ走りだしてみると、予想とは裏腹に圧縮比変更が相当頻繁に行われていることがインジケーターから読み取れた。ターボ車に乗っている人であれば、「ブーストメーターの動きよりもう少し忙しい感じ」と言えばその頻度をイメージしてもらえるだろうか。すなわち、「パーシャルスロットルをキープしながらできるだけ高圧縮のリーン域を使い続ける」というアクセルワークは、相当シビアとみていい。この辺りは対ノッキングのためのマージンも含まれており、プログラム的にはまだ知見を重ねて伸ばしていく領域だという。

VCターボエンジンのカット模型。写真向かって左側に電動アクチュエーターが備わっている。

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圧縮比の調整幅は8～14とされている。

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圧縮比の状態は、メーター内に装備されたインフォメーションディスプレイで確認できる。

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3.5リッターV6エンジンの代替をもくろむ

同様に気になるところといえば、1500rpm以下のごく低回転域でのトルクの細さだ。低圧縮域に戻して素早くブーストを立ち上げるべきか、ターボを効かせずに粘るべきか、乗り方次第でさまざまな対応が求められるゾーンだけに、マップというデジタル面でも、ターボというアナログ面でも、応答が厳しいことになる。

が、逆に言えば気づいたのはこのくらいという感じで、日常的な走行において違和感のあるフィードバックや音、あるいは特殊なレスポンスみたいなところは一切感じられない。複雑なメカニズムが相当洗練された同調をみせていることに驚かされる。そして、エンジニアがもくろむ3.5リッターV6自然吸気エンジンの代替を担うに値するパフォーマンスは十分に感じられた。燃焼管理の緻密さに加え、リンクの配列上、ピストンの首振り現象がほぼ解消されていることも相まって、4気筒でも完全バランスに限りなく近い振動特性が得られていることも功を奏しているのだと思う。

ちなみに日産側の計測では、3.5リッター自然吸気の「VQ35DE」に対して、同等以上の動力性能を持ちながら27％程度の燃費向上が見込めるという。

正直なところ、燃費計を見ながらアクセルを微妙に踏み分けつつ、「果たしてそこまで上々な結果は望めるかなぁ」と思ったのも事実だ。でも、実用域での2リッター離れした豊かな力感や滑らかな回転フィールをみるに、「これは確かにプレミアムユニットとしての可能性はあるな」と思ったのは、このエンジンを搭載していたインフィニティQX50がユーザーの目の肥えた日本市場でも十分受け入れられるクオリティーとオリジナリティーを備えていたからかもしれない。

（文＝渡辺敏史／写真＝森山良雄／編集＝堀田剛資）

VCターボエンジンを搭載した「QX50」の最高出力は268hp/5600rpm、最大トルクは380Nm/1600-4800rpm。スペックシートに見る「1,970-1,997cc」という排気量の記載が面白い。

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VCターボエンジンの特徴を説明する、日産自動車の木賀新一氏。

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かつては「スカイライン クロスオーバー」という名称で日本でも販売された「QX50」だが、新型については日本への導入予定はないという。

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