スバルBRZ/GR86の2.4ℓボクサーエンジンをディテールまで掘り下げる

新型トヨタGR86/スバルBRZのエンジンは、「究極の自然吸気水平対向エンジン」を目指したスバル技術陣渾身の作だ

新型トヨタGR86/スバルBRZの搭載エンジンは、2.4ℓ水平対向4気筒である。ターボ過給なしの自然吸気エンジンが目指したのは低重心のパッケージマッチする高回転型ボクサーだ。「究極の自然吸気水平対向エンジン」の開発過程を訊いた。

自然吸気BOXERとしての完成形、それがFA24型

新型GR86/BRZの心臓は2.4ℓ水平対向4気筒エンジンである。エンジン型式はFA24型だ。このエンジン、北米で展開している大型SUV、アセントにも積まれている。こちらは、ターボ過給されたエンジンだ。

では、GR86/BRZが積むFA24型は、単にアセントのFA24からターボチャージャーを外してチューニングを施したエンジンなのだろか?

さまざまな質問に答えてくださったのは、梶川丈喜さん(スバル車両開発統括部パワーユニット担当)である。

「ボア×ストロークは、アセント用のFA24ターボと同じですが、このエンジン自体は新設計です。ターボを外してチューニングしたというレベルではありません。主要部品でアセント用と共用するものはほぼありません。自然吸気のビッグボアの高回転型のエンジンに仕立てるためにすべてを最適化しています」
という。

86/BRZのフルモデルチェンジにあたっては、マーケットからの「モア・パワー」の声に応えるために、さまざまな検討を行なった。「ターボ化」もそのなかにあったが、ターボチャージャー装着でエンジンの搭載位置が上がってしまう(車両の重心が上がってしまう)ことを嫌って、ターボ化は見送られた。

過給せずにモア・パワーを実現するには、排気量を上げる必要がある。最初に考えたのは、2.4ℓのFA24の自然吸気直噴エンジンだった。水平対向エンジンでストロークを伸ばすこと=エンジン幅の拡大となる。これに対してボアピッチが変わらなければボア径が大きくなってもエンジンの大きさは変わらない。

ここでちょっとスペックを振り返ってみよう。

先代86/BRZ搭載のFA20型
 排気量:1998cc
 ボア×ストローク:86.0mm×86.0mm
 圧縮比:12.5
 最高出力:200ps(147kW)/7000rpm
 最大トルク:205Nm/6400-6600rpm
 燃料供給:D-4S
 燃料タンク容量:50ℓ
 使用燃料:プレミアム
アセント搭載のFA24ターボ
 排気量:2387cc
 ボア×ストローク:94.0mm×86.0mm
 圧縮比:10.6
 最高出力:264ps(194kW)/5600rpm
 最大トルク:376Nm/2000-4800rpm
 バルブ駆動方式:ロッカーアーム
 燃料供給:DI
新型GR86/BRZ搭載のFA24型
 排気量:2387cc
 ボア×ストローク:94.0mm×86.0mm
 圧縮比:12.5
 最高出力:235ps(173kW)/7000rpm
 最大トルク:250Nm/3700rpm
 燃料供給:D-4S
 燃料タンク容量:50ℓ
 使用燃料:プレミアム
 
新型GR86/BRZが搭載する2.4ℓ水平対向4気筒エンジン、FA24型は、おそらく「最後の自然吸気ボクサーエンジン」になるだろう。

梶川さんは言う。

「このクルマのパッケージとしてまずエンジンを低重心に置く。先代で固めているエンジンのキャラクターとして高回転までNAの楽しさを味わえる、ボア径を上げるけれども最高回転数も絶対に下げたくない。この2点を守りたくて、当初はイメージとしてはフォレスターの2.5(FB25)をより高回転型にした2.4ℓでいこう」
ということになったそうだ。

ところが、FA24ターボもFB25も、筒内燃料直接噴射、つまりDIのエンジンである。これがネックになったという。

左が前型(FA20型)のピストン、ピストンピン、コンロッド。右が新型FA24型のものだ。詳細は次ページをご覧下さい。

「通常の直噴NAだと、シリンダー内の混合を強く要求されます。そうなると、吸気ポートが長く細くなり、高回転になると空気が吸えなくなってしまう。出力はまだ出せるんだけど、空気が入ってこない状態になってしまいます。開発当初、一度DIのみのエンジンを製作したのですが、中間点まではどんどんトルクが上がって、いまのFA24と性能曲線はほぼ同じのものが当時からできていたのです。しかし、DIだけだと高回転側が右肩下がりなってしまう。これではスポーツカーのエンジンに相応しくない、86/BRZの後継エンジンとしてはまったく力不足だと言う結論に至ったのです」

そこで登場するのが、D-4Sである

D-4Sは、トヨタが開発した「筒内燃料直接噴射=DI」と「ポート内燃料噴射=PFI」を併用する技術だ。

現在、D-4Sを採用しているエンジンは、基本的にはターボ過給エンジンである。たとえば、GRヤリスのエンジンがそうだ。

「このエンジンは高回転域でいかに空気を吸えるポート形状にするか、がポイントでした。PFIを追加するとガラッと世界が変わるんです」

と梶川さんは説明する。

「ターボの場合は、DIの弊害であるすすの発生や、燃料によって筒内がウェットになるのを緩和させる目的でPFIを使ったり、高出力側で補助する役割で使ったりします。NA(自然吸気)では、ターボチャージャーによって空気を押し込むことがないので、ターでのPFIの使い方とちょっと違うんです」

「PFIを使うと、筒内に入ってくる混合気が予混合されていますので、燃焼室をかき混ぜる力、混合力がもう少し小さくしても燃焼が成立します。そうすると逆に吸気ポートを太く短くして空気をより吸う方向の仕様にもっていけるので、それで高回転域の出力を上げることができます」

実際、新型FA24の吸気ポートはシリンダーヘッド側を含めて断面積を大きくしている。

太くて短い吸気系を目指したFA24。インテークマニフォールドの高さは前型より低くなっているという。


DIの燃料噴射圧は前型FA20ターボと同じく20MPaである。

スバルの水平対向エンジンは、将来的には「ほぼ過給化される」のが既定路線だ。自然吸気で残るのは、このFA24(NA)とエントリーのFB16くらいではないか。FA24(NA)エンジンは、86/BRZ専用のエンジンになる可能性が高い。となると、数的にはさほどの量にはならないはず。このあたりも訊いてみた。

FA24(NA)は、この先、86/BRZ以外に載せることがなさそうなエンジンですよね。あまりコストをかけた開発はしにくいように想像しますが……

「技術者としては、水平対向のNAエンジンとして究極の姿を造れる。そういう意味としては非常にやりがいのある開発でした。加えて、スバルのスポーツとして二極化、WRXの直噴ターボエンジンと、BRZのNAエンジンというこのふたつを柱としていきたいという想いもあります」

FA24(NA)は、高回転まで回して、昔風の言い回しだと「パワーを絞り出している」感じなのですか? それともまだまだ余裕がある?

「正直なところ、かなりやりきっている状態。それは初代の2.0ℓでもそうでした。ビッグマイナーチェンジのときにインマニのポートを太くする変更をして吸気能力をさらに上げて207psまで出力をアップした。あれがギリギリでした。そこからさらにお客さんからモアパワー、2.0ℓだと物足りないという声があってのプラス400ccなのです。40Nm加えるために新設計しました。そこはそんなに大きな伸び代ではないですが、車両の重量を考えるとかなり大幅に変更できたと思います」

今回のFA24型開発は「やりきった感」はありますか?

「はい。そうですね。これがNAエンジンとしての水平対向エンジンの完成形です」

新型FA24型は、排気量が大きくなり、パワー/トルクとも大きく性能向上を果たした。高回転まで気持ちよく回るエンジンに仕上がっている。排気量は400ccアップしたが、エンジンの寸法、重量はほぼ変わらず。そのあたりにもスバル開発陣の意地が見える。新型86/BRZが搭載するFA24型ボクサーは、自然吸気の水平対向エンジンの究極のカタチだという。これから試乗する機会も増えてくるだろう。究極の自然吸気ボクサー、ぜひじっくり味わってみたいと思う。

著者プロフィール

鈴木慎一 近影

鈴木慎一

Motor-Fan.jp 統括編集長神奈川県横須賀市出身 早稲田大学法学部卒業後、出版社に入社。…