インフィニティ suv QX50 新型に搭載されるKR20DETTエンジンのすごさ

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世界初の可変圧縮比エンジンを搭載するインフィニティQX50.効率の良さとともに、上質な乗り味を提供してくれるこの2Lターボの実力はいかに!?

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◆日産の技術革新

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気筒内の圧縮比を用途負荷に応じて可変させることで、最大限の効率を絞り出す。いうのは簡単だが、世界の自動車メーカーが挫折に挫折を重ねてきた可変圧縮比ガソリンエンジンの研究成果を日産が公表したのは2005年のこと。さらに以前、1998年から研究に着手していたというから、足掛け20年近くの開発を経て、KR20DDET型ユニットとしてその成果は結実したのだ。

現在はインフィニティQX50に搭載され、米中といった主要市場で普通に販売されている。なぜ日産はこのエンジンを足かけ20年にもわたる研究をしてきたのだろうか?1990年後半の日産といえば、会社は火の車で、ルノーの資本参加に入ろうかというタイミングだった。普通ならこの時点で研究は凍結、もしくは終了としれたもおかしくはない。当時を知るエンジニアに聞いたところでは、研究成果と試作品を携えていち早くゴーン氏にプレゼントをしたそうだ。そこでかなり興味を持ってもらったという。

当時のゴーン氏が確信をもってこれをモノにするつもりだったとは考えにくいが、日産の経営に携わり続ける中でこのエンジンの音を聞いたというならば、それはそれでロマンティックな話である。可変圧縮比を実現する仕組みは、クランク軸の横側に配置した電動アクチュエーターによって、コンロッドに接続されたリンクを動かし、コンロッドの先にあるピストンの上端位置を動かすというもの。

エンジン内でどうやって圧縮比を変えるのかという目的に対して、コンロッドの位置を物理的に動かすという最も直球な手段をとっているのだが、もちろんこれは一筋縄ではいかない。現物的な話をすれば、アクチュエーターからピストンの間にある4つのリンクのうち、コンロッド意外の強度や精度の確保は難しく、組付けにも熟練の業が求められる。可変圧縮比の動力源となるアクチュエーターは内燃機の摺動に負けないトルクを発せなければムービングパーツに挟まれながらストロークを変更することは難しい。

これらを克服するにはリンクやモーターギアなどを供給するサプライヤーやエンジン生産側の協力が不可避だっという。加えて電気的な話をすると、いついかなる負荷時に圧縮比を変えるのか?それに合わせて燃調やブースト圧などをどう制御するのか?と、そこに回転数の上下が負荷で不規則変動するというCVTとの組み合わせも相まっての制御マップの作り込みは、シミュレーションではどうにもならない。

想像を絶する難しさだっただろう。

このあたりを解決するのは夢の技術の開発とは思えないほどドロドロした人力勝負、つまり地道な走り込みの積み重ねだという。結果的にKR20DDETでは実測値にして最大6mmほどピストンの上死位置が動くことになる。これは圧縮比に換算すれば8.0~14.0の間を常に変動することになるわけで、いってもれば低圧縮側では高パワー&トルクのターボエンジンを、こう圧縮側では超リーンバーンのNAエンジンをと、両方の性格をひとつのエンジンで実現しようというわけだ。

スペック的には2L直4直噴ターボにして最大出力が272ps、最大トルクが390NMとなり、これは日産が代替を想定する3.5L、v6のvQ35DEユニットに対してトルクで約15%、燃費で約30%勝る計算になるのだという。

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◆インフィニティQX50の出来は!?

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このKR20DETTが搭載されているモデルとなるQX50は、日本のスカイラインクロスオーバーの後継にあたる。それこそ以前であれば3.5L~3.7Lのv6ユニットが普通に搭載されていたモデルなのだが、その動力性能については驚くほど違和感はない。パーシャルから全開まで様々な負荷を試してみたが、その力感は確かに3.5Lクラスに比肩しうるもので、日本販売モデルでいえば、エルグランドあたりでも十分に活発に走らすことができるものだ。

回転フィールに段付き感などもなく、6000rpm付近までとはいえ、高回転側もスッキリと回ってくれる。一方できになるところといえば、メーター内のインジケーターで確認する限り、圧縮比は想像をはるかに上回るほど機敏かつ頻繁に可変していることになるが、半面、この特性では高圧縮比のリーンな領域を積極的に多用するというスロットルワークが難しいことにもなる。つまり実効的な燃費運転につながりにくいという点は開発陣もよく認識をしており、今後はエンジンへの攻撃性を勘案しながら制御マップのさらなる緻密化も必要になるだろう。

それにしても、この可変圧縮比エンジンを搭載するQX50そのものの出来の良さにもかなり唸らされるところがある。数が見込めないという判断での日本未導入ということであれば、かなりもったいない話だろう。

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◆日産のVCターボのすごさ

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日産VCターボは4気筒、2LターボでV6、3.5LNAクラスの代わりを務めるエンジン。ただ、単なるタウンサイジングターボではなく、圧縮比を8:1から14:1まで可変させるところがポイントなのだ。圧縮比とは、吸った空気(燃料との混合気)をどれだけ圧縮するかということで、シリンダー内を動きピストンの上死位置で変わってくる。その位置が高ければ圧縮比は高く、その逆は低いのだ。

圧縮日は高めるほど熱効率が上昇するが、高めするぎるとノッキングが発生したりする。そのため低負荷時(アクセルを浅く踏んでいる時)には圧縮比を高くできるが、高負荷時(アクセルを深く踏んでいる時)には圧縮比を低くする必要がある。普通はそのバランスをとって圧縮比を決めているところを、VCターボはシームレスに可変させているということなのだ。

キモはマルチリンク式VCRアクチュエーターの回転運動で、これによりリンクとクランクシャフトを介してつながっているピストンの上死点の上下幅、つまりピストンの上下運動幅は同じなのである。これによりシリンダー内の排気量も変化し、圧縮比が8:1の時は1997cc、14:1の時は1970ccとなる。なお、燃料噴射は直接噴射とポート噴射のダブル噴射を採用している。VCターボの利点は圧縮比を変えられることだけではなく、単振動ピストンモーションとなることで振動を大幅に減らせ、また、ピストンの上下動が直立となるためシリンダー壁との緩衝が減少し、フリクションを大幅に減らせるところにもある。効率がよくなるだけではなく、エンジンの回転フィールも上質なものにすることができるのである。

・マツダはスカイアクティブーXを実用化

日産が可変圧縮比のVCターボならば、マツダはスカイアクティブーXでガソリンエンジンを進化させる。HCCI(予混合圧縮着火)技術を応用し、ディーゼルエンジンのようにスパークプラグではなく空気の圧縮で着火させるガソリンエンジンだ。軽油より着火点が高いガソリンでは燃焼を安定させるのに難しいのだが、松田は低負荷時には圧縮着火、高負荷時にはスパークプラグを併用することで実現させた。

HCCIは究極の内燃機関とも呼ばれている技術で、空燃費は最大で36.8対1の超リーンバーン領域を可能にする。マツダでは現行のガソリンエンジンに対して、燃費を20~30%向上、トルクを全域で10%以上、最大で30%の向上を目指しており、マイルドハイブリッド化して、まずは2019年8月に発売を予定している新型アクセラに搭載し、その後、展開を広げていく予定だ。

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