日本には未導入の「VCターボエンジン」の実力とは？（写真：日産自動車）

のりもの（自動車）の電動化は、二酸化炭素（CO2）に代表される温室効果ガス（CH4／メタンやN2O／一酸化二窒素など）の削減が主たる目的だ。

そのうえで、移動の高効率化という観点から乗用車における自動運転技術の積極的な導入や、MaaS（Mobility as a Service／サービスとしての移動体）におけるレベル4以上の高度な自動運転技術を電動化と組み合わせる。ここも大きなテーマだ。この先、自動化と電動化は対になって昇華される。

国土交通省と経済産業省の共同データ（2017年度）によると、世界で販売されている自動車のうち、99％にあたる約9418万台がICE（Internal Combustion Engine）、つまり内燃機関（エンジン）を搭載していると示されている。

電動化が進む一方、エンジンにもまだまだ伸びしろ

ガソリンや軽油など化石燃料を燃焼させて駆動力を得る内燃機関車両には、その応用編としてハイブリッド車（HV）やプラグインハイブリッド車（PHV）が含まれる。内燃機関を軸にモーター、インバーター、バッテリーを搭載した2つ目の動力源との合算（ハイブリッド）により駆動力を得ているからだ。これについては広く一般的に知られるようになった。

では、本題の温室効果ガスの削減についての議論はどうか？

トヨタ自動車では、2015年10月に「トヨタ環境チャレンジ2050」を発表。2050年グローバル新車平均CO2排出量を2010年比で90％削減するとした。さらに、2050年グローバル工場においてCO2排出ゼロを目指したり、ライフサイクル全体でのCO2排出ゼロを目指したりもする。トヨタらしい多角戦略だ。さらに2021年6月には、掲げていた2050年グローバル工場におけるCO2排出ゼロを15年前倒し、2035年に達成を目指すと改めた。

一方、内燃機関にもまだまだ伸びしろがある。新技術を用いて燃焼効率を改善させ、いつも通りの運転操作でも燃費数値が向上する……、そんな技術開発が電動化と並行して行われているのだ。

日産自動車では、2016年8月に世界初となる量産型可変圧縮比エンジン「VCターボ」を開発。同年9月のパリモーターショーで「インフィニティ」ブランドの「QX」シリーズに搭載することが発表された。

そしてVCターボは2018年に「インフィニティQX50」に初めて搭載され、その後、現在に至るまで北米市場向けの車両を軸に搭載車種を増やしている（現時点、国内市場には未導入）。

このVCターボとは、Variable Compression、すなわち可変圧縮エンジンのことで、そこに過給システムであるターボチャージャーを組み合わせた内燃機関である。型式「KR20DDET」と名付けられた直列4気筒2.0Lエンジンは最高出力272馬力、最大トルク39.7kgf・mを発揮する。

競合の2.0Lターボでは400馬力、50kgf・mをそれぞれ超えるエンジンもあり、日産のVCターボはパワースペックだけを見れば特別に目を見張るものではないが、大きく次の3つの技術に将来性があるとされる。

�　唇欺免罎�8:1（高性能）から14:1（高効率）の間で自在に変更できること。

�◆親映啜の未覇吋轡螢鵐澄漆瑤瞭眷概ヾ悗犯羈咾靴徳�音や振動が格段に少なく滑らかに回転すること。

��／シリーズハイブリッドシステム「e-POWER」との相性を劇的に高められる要素があること。

�，浪鎚儖欺無蚕僂凌誠颪如⊇祥莊織┘鵐献鵑箸發辰箸皸磴ε世澄�ここでガソリンエンジンの原理を簡単に振り返ってみたい。

ポート噴射方式の場合、シリンダー内に吹き込まれた混合気がシリンダー内で圧縮され、頂点付近でプラグにより点火され爆発する。直噴方式の場合は圧縮した空気に、とても細かな霧状の燃料を噴射してプラグによる点火で爆発行程を経る。そして噴射方式を問わず、ピストンはもっとも上部にくる上死点を経て、今度は下降し下死点を目指す。

走行シーンに応じて「おいしいところ取り」

では圧縮比とは何か？

シリンダー内のピストンが下死点（BDC／Bottom Dead Center）に位置する際の混合気（空気）が10であったとして、ピストンが上死点（TDC／Top Dead Center）に達した際の混合気（空気）を1とした場合、これを圧縮比10：1の内燃機関と呼ぶ。つまり圧縮比とは、どれくらいの比率で圧縮したのかを示す値だ。

VCターボでは、この圧縮比を8：1〜14：1で可変させる。具体的には、アクセルをグッと踏み込むと8：1の状態になりターボチャージャーの過給圧を上げて出力とトルクを大きくする。逆に巡航時など出力があまり必要ない場合には、14：1の状態を保って過給に頼らず燃焼させて燃費数値を向上させる。つまり1つのエンジンで走行シーンに応じて「おいしいところ取り」ができる。

�△魯泪襯船螢鵐�可変圧縮機構により実現した。通常の内燃機関が持つコンロッド（ピストン1つに対して1本必要な上下運動させる部品）を取り除き、VCターボでは代わりに3つのリンク機構（マルチリンク機構）を用いてコンロッド機能を代行させる。

3つのリンクは、新たに追加された回転運動を行うVCRアクチュエータに連動したアクチュエータリンクと接続され、要求される値に準じてVCRアクチュエータが正転・逆転して、結果的に圧縮比が可変する。

さらに、マルチリンク機構とVCRによってピストンはシリンダー内において直立した上下運動を行う。一般的な内燃機関ではクランクシャフトとコンロッドの応力によってピストンに横方向の力がかかり、これが抵抗（≒燃費数値悪化）の要因になっていた。


従来にはないさまざまな特性を持った「夢のエンジン」だ（写真：日産自動車）

VCターボではマルチリンク機構によりスムースな回転運動が促進され、ピストンの横面が受ける抵抗が75％削減される。結果的に燃焼そのものが安定し、さらに振動や抵抗が低減されるため振動低減を目的としたバランサーシャフトが不要になった。こうした複数の技術が組み合わされ、4気筒であるVCターボエンジンは滑らかな回転フィールを持つ6気筒並みの特性を得ている。

ちなみに、シリンダーの内径（ボア）とピストンの行程（ストローク）のうち、ピストンのストロークは圧縮比によって可変する。8：1の場合は90.1�弌�100％）であるのに対して、14：1の際は88.9�弌�98.6％）。よって、排気量も変化して、8：1の場合は1997ccであるのに対して14：1では1970ccになる。

��e-POWERに用いるとVCターボは新たな一面を魅せる。日本市場におけるe-POWERの販売台数は50万台以上（2021年3月末現在）だが、オーナー評価はいずれも高く、ミニバン、コンパクトカーとクラスを問わず燃費数値も良好だ。

e-POWERの弱点を補強

しかし、改善を望む声もある。発電用のエンジンが稼働した際の振動と騒音だ。車両への負荷や駆動用バッテリーのSOC、さらにはアクセルペダルの踏み込み量に応じてエンジンは自動的に始動するのだが、この際のエンジン回転数が高めであることから、せっかくの電動駆動感覚が削がれてしまうといった内容だ。

現行e-POWERを搭載するコンパクトSUV「キックス」やコンパクトカー「ノート」では初期のe-POWERに改良が加えられ、たとえばロードノイズが高まった際にエンジンを始動するなど工夫を凝らしたが、それでもエンジン回転数は高いときで3600回転からそれ以上の回転数にまで上昇する（1.2Lエンジン）。確かにキックスに試乗していても、「エンジン音が目立つ」と感じたことがあった。

それがVCターボを用いると可変圧縮機構と過給効果によって低い回転数でも求めるエンジン出力が得られるという。


（写真：日産自動車）

今回、「第2世代VCターボ」と日産が説明する直列3気筒1.5LとなるVCターボ搭載車に試乗した。同時に試乗した「第1世代VCターボ」である2.0L・VCターボに続くVCターボエンジンだ。

この1.5L・VCターボは204馬力／31.1kgf・mとなかなか強力なスペックをもつ。トランスミッションであるCVTとの連携もスムースで、4気筒に比べて振動特性で不利なはずの3気筒ながら振動がとても少なく、一般的な4気筒エンジン並みであった。騒音も抑えられ、3気筒特有のブーンと小さく唸る燃焼音も車内ではほとんど聞こえない。

メーター内の圧縮比モニターを走行中に確認してみると、加速させる際には排気量が小さい分、2.0L・VCターボよりも早めに圧縮比8：1（高出力）側にシフトする。さらに中〜高回転域ではスピーカーから図太いサウンドを流して力強さも演出していた。

e-POWER搭載で燃費10〜15％向上も

この第2世代VCターボ（直列3気筒1.5Lターボ）にe-POWERを組み合わせると、1.2Lエンジンで3600回転以上だった運転状況で2400回転あたりまで回転数を下げることが理論的に可能になるという。

こうなると騒音、振動ともに劇的に低くなる。公式な見解ではないが、取材現場に居合わせた技術者によるとe-POWERにVCターボを組み合わせると、「燃費数値にして10〜15％程度は向上するだろう」とのことだった。

2021年2月、日産は次世代「e-POWER」発電専用エンジンで世界最高レベルの熱効率50％を実現する技術を発表した。このエンジンにVCターボを組み合わせたとの説明はないが、エンジン形式は直列3気筒1.5Lと、第2世代VCターボで披露されたものと一致する。

これまでの量産エンジンにおける熱効率は40％中盤が限界とされてきたが、日産が新たに開発した新燃焼コンセプト「STARC」（Strong Tumble and Appropriately stretched Robust ignition Channel）を用いることで50％台が実現する。STARCとはシリンダー内部の混合気の流れを適切にコントロールして、高い圧縮比でも安定して燃焼させる技術のことだ。

日本のCO2総排出量（11億3800万t）のうち、運輸部門は18.5％にあたる2億1000万t。このうち自家用乗用車が46.1％の9697万t。ざっくり日本ではCO2の約8.5％が乗用車から排出されている（2018年度・国土交通省発表）計算だ。


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日本でいえば、この8.5％をさらに下げるために、電動化がひとつのプランとして挙げられた。しかし、今回のVCターボのように内燃機関であっても単体で効率を上げることができ、さらにe-POWERの運転環境を改善（前述した発電エンジン回転数の低下）するなど、電動化車両への貢献も期待できる。

内燃機関を主軸とした電動化パワートレインの協調進化。この新たなタッグにも注目していきたい。