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TNGAによりエンジン・トランスミッションなどを一新、燃費も走りも進化させるトヨタ

2016年12月13日

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トヨタ自動車は、「いいクルマづくり」の構造改革「Toyota New Global Architecture(TNGA)」により、エンジン・トランスミッション・ハイブリッドシステムを一新し、優れた走行性能と高い環境性能の両立を追求し、大幅に進化させた。この新型パワートレーンは、2017年以降、搭載車種を一気に拡大していく。

トヨタは、2015年発売の4代目プリウス以降、新プラットフォームの採用拡大に取り組んでいる。TNGAによりクルマを骨格から変え、低フード化・低重心化・運動性能の向上を図り、クルマの基本性能である「走る」・「曲がる」・「止まる」をレベルアップさせるために、プラットフォームを中心に全面的に見直し、同時に、クルマの中核となるパワートレーンについても、低重心化とともに、優れた走行性能と高い環境性能を両立させた新型の開発に取り組んできた。

今回新開発したパワートレーンは、軽量・コンパクト化、低重心化、エンジンの高速燃焼、トランスミッションの多段化・高効率化など基本性能を徹底的に見直した。さらに基本骨格を統一化するためにモジュール設計(統一設計)を行ない、今後の「素」のいいクルマづくりの基盤とする計画である。

新型パワートレーンは、高い環境性能はもちろんのこと、走行性能でも“トヨタの走りを変える”ため「ダイレクト&スムース」をテーマに開発。トヨタが考える「いいクルマ」の原点ともいえる「Fun To Drive」、つまり乗って楽しいワクワクする走りのフィーリング、ドライバーの意のままに反応する走行性能と優れた低燃費など環境性能の両立を追求している。この新型パワートレーンにより、動力性能を約10%向上させながら、燃費は約20%向上。これは、パワートレーンによる寄与分であり、車両搭載時は、空力性能、軽量化など車両トータルでの進化により、さらなる動力性能・燃費の向上を図ることができる。

新型パワートレーン

■新型「直列4気筒2.5L直噴エンジン」

直列4気筒2.5L直噴ガソリンエンジン

直列4気筒2.5L直噴ガソリンエンジン

エンジンポテンシャルを最大限引き出すために、TNGAにより基本骨格を一から考え直し、構造・構成を刷新することにより高い走行性能と環境性能を両立させた新型エンジンを「Dynamic Force Engine」と称し、今後もさらに進化させていく。このほど開発した新型エンジンは、高速燃焼技術、可変制御システム採用のほか、排気・冷却・機械作動時などの様々なエネルギーロスを少なくして熱効率を向上させるとともに高出力をも両立。新開発の2.5Lガソリン車用エンジン・ハイブリッド車(HV)用エンジンは、それぞれ、世界トップレベルの熱効率40%、41%を達成している。同時に、緻密な制御による高レスポンス化と全速度域での高トルク化など、多くの新技術の採用により全面的に見直し、大幅に進化させている。

■新型「8速、10速オートマチックトランスミッション」(Direct Shift-8AT/10AT)

FF用8速オートマチックトランスミッション

FF用8速オートマチックトランスミッション

FR用10速オートマチックトランスミッション

FR用10速オートマチックトランスミッション

エネルギーロスを最小限にし、伝達効率を高めるためにギヤやクラッチなどに様々な対策を施した。ギヤは、歯面の摩擦係数を低くする新たな加工を施して、ギヤが噛み合う時のエネルギー伝達ロスを削減。クラッチは、機構内の摩擦材形状を最適化し、回転時のクラッチの損失トルクを約50%低減(従来型6速AT比)するなど世界トップレベルの伝達効率を達成している。さらに小型軽量化により車両燃費を向上させるとともに、低重心化により直進およびコーナリングの走行安定性を向上させている。

さらに、ギヤをワイド化するとともに、高性能・小型トルクコンバーターを新開発し、ロックアップ領域を拡大。これにより、アクセル操作に素早く、滑らかに反応することで、ドライバーの思いどおりに反応するダイレクト感あふれる走りを追求した。また、Direct Shift-10ATは、8速から10速に段数アップしてトータルのギヤ数を増やしながら、低中速域を中心に、各段の使用領域(段数)を最適化するクロスギヤを採用。これにより、FRプレミアム車にふさわしいスムースかつ世界最速レベルのクイックな変速が生み出すリズミカルで“気持ち良い走り”を実現する。

■トヨタハイブリッドシステム(THSⅡ)

マルチステージTHS㈼

マルチステージTHSⅡ

4代目プリウスに採用された小型・軽量・低損失化技術を継承し、2.5Lエンジン用ハイブリッドシステムを一新するとともに、FR用の高性能マルチステージTHS㈼を新開発した。2.5LのTHSⅡは、小型・軽量・低損失化技術と、TNGAによる新型エンジンの高い燃焼効率と高出力とのシナジー効果により、優れた動力性能・低燃費を高次元で追求している。マルチステージTHSⅡは、ハイブリッド車の走りのイメージを一新する高い発進加速性能とダイレクト感溢れる走りを実現。高速走行時のシステム効率の向上に加え、高車速域でもエンジン間欠運転を可能にすることで高速燃費を向上している。

プラグインハイブリッドシステムも一新。従来のモーター走行に加え、これまで発電機として使用していたモーターを、走行用としても使用するデュアルモータードライブシステムにより、力強いEVモード走行を実現している。また、大容量のリチウムイオン電池の採用により、プリウスPHVのEV走行換算距離(EV走行距離)を60km以上と大幅に延ばした。

新型パワートレーンの今後の展開

新型パワートレーンはTNGAによるクルマづくりにより基盤技術の開発効率と品質の向上を実現しており、今後、良品廉価な商品を一気に展開することが可能となる。2021年までの5年間で、エンジンは、今回開発した2.5Lガソリンエンジンを含め、9機種・17バリエーション、トランスミッションは、多段化AT、新機構の無段変速機(CVT)など4機種・10バリエーション、ハイブリッドシステムは、6機種・10バリエーションの投入を予定している。

今後、TNGAによるモジュール開発により、短期間で多くの機種を展開し、搭載車種は、2017年発売の新型車を皮切りに順次拡大する予定で、5年後の2021年にはトヨタ単独の年間販売台数(日本・米国・欧州・中国)の60%以上を目指していく。これにより、2021年のトヨタ単独販売車からのCO2排出量の削減効果は、新型パワートレーンの燃費向上寄与分だけでも15%以上を見込んでいる。

パワートレーンカンパニーの開発体制の見直し・強化

トヨタは、パワートレーンカンパニーの開発体制の見直し・強化も進めていく。当面の間主流となるエンジン・トランスミッションの開発促進に加え、車両電動化の推進に向けてモーター・バッテリー・パワーコントロールユニット(PCU)などのハイブリッド技術(電動化技術)の開発を加速していく計画だ。

トヨタは従来より、主要な技術・システムは、「自社での内製により手の内化」することを基本姿勢として研究・開発に取り組んでおり、自社開発での知見・ノウハウ・経験の蓄積が、トヨタの研究・開発の進化を支えてきた。

ハイブリッドシステムの開発や世界初の量産型HV「プリウス」の発売、いち早く市販を実現した燃料電池自動車(FCV)「MIRAI」の開発などは、長年の取り組みの成果の例だ。しかし、今後、CO2排出量削減に向けてこれまで以上のペースで電動化技術の開発・商品展開を進めていくためには、トヨタのリソーセスで全て対応していくことは難しいため、引き続きトヨタ独自で保有すべき技術を厳選して「内製化・手の内化」しながら、グループ内での技術共有を進め、共同開発分野を拡大する。

グループ横断的な大部屋による共同開発を強化し、グループ内でのリソーセスを効率的に活用して高い技術の早期確立を図り、「グループ総力のレベルアップ」「開発のスピードアップ」「普及・拡大によるスケールアップ」を目指していくとのことだ。

また、ハイブリッド技術の基幹となるモーター・バッテリー・PCUなどは、PHV・FCV・EVといった電動車両の基幹技術でもある。今後の車両電動化を支え、「環境技術開発のコア技術」と言えるハイブリッド技術の開発スピードを加速するために、ハイブリッド技術開発の人員の増強を予定。具体的には、2017年から体制の見直しを進め、2021年までの5年間で、ハイブリッド技術開発者の約30%増強を計画している。その後も、開発状況に応じて順次強化していく予定だ。

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