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トヨタ・G16E-GTS
トヨタ・G16E-GTS
	GRヤリスに搭載されるG16E-GTS
生産拠点	トヨタ自動車下山工場
製造期間	2020年8月 - 現在
タイプ	直列3気筒DOHC12バルブ
排気量	1,618 cc
内径x行程	87.5 mm×89.7 mm
圧縮比	10.5:1
最高出力	272 PS (200 kW) / 6,500 rpm
最大トルク	370 N⋅m (37.7 kgf⋅m) / 3,000 – 4,600 rpm
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2022年5月22日 (日) 14:02時点における版

トヨタ・G16E型エンジン > トヨタ・G16E-GTS

トヨタ・G16E-GTSはトヨタ自動車が開発・製造する水冷直列3気筒 DOHC 12バルブターボガソリンエンジンである^[4]。燃料は無鉛プレミアムガソリンを使用する^[5]。

概要

このエンジンは世界ラリー選手権（WRC）の制覇を目指すGRヤリスRZ/RC系専用^[5]^[6]に新開発された^[7]^{[注釈 1]}、史上初のGRシリーズ専用設計のトヨタ内製エンジンである^[9]。「ダイナミックフォース・スポーツエンジン」の初弾となる^[8]総排気量1,618 ccの水冷直列3気筒DOHCターボエンジンであり^[4]、通常のダイナミックフォースエンジンの流れを汲み、ダンブル流（縦の渦流）による高速燃焼、高効率、高い環境性能を意識した^[10]設計がなされている^[3]。GRヤリスRS系に搭載されている1.5 Lの水冷直列3気筒DOHCエンジン「M15A-FKS」型や「M15A-FXE」型と気筒数は同じだが、モータースポーツでの使用を念頭に置いて設計されているため、ボアストロークが通常のダイナミックフォースエンジンと異なりややスクエア寄りのロングストロークである^[4]^[11]。

排気量はWRCのホモロゲーションモデルとの繋がりを意識したため1,618 ccとされた^[4]。排気量が1,600 ccを僅かに上回る1,618 ccとなったのはラリー走行時の最大性能をrally2の上限排気量である1,620 cc以下で発揮できるように設計されたためである^[4]。

メカニズム点においては、両カムに可変バルブタイミング機構の「VVT-iW」を、燃料噴射装置は筒内噴射とポート噴射を使い分ける「D-4ST」を採用し^[3]、IC付きボールベアリングターボを装着している^[3]。

名称

「G16E-GTS」の名称は、「G16E」が「G系1.6 LのE型」というエンジン型式を示し、「GTS」のうち、「G」が高性能スポーツエンジンであることを、「T」がターボチャージャー装着エンジンであることを、「S」が直噴仕様エンジンであることをそれぞれ示している^[12]。

系譜

エンジン型式一覧の自動車用エンジンの系譜を参照。

開発・製造

このエンジンはTOYOTA GAZOO Racing companyのパワートレイン部門にて開発が行われた^[13]。ベースとなったエンジンはダイナミックフォースエンジンのM15A型であり、GRヤリス専用設計、ゼロベース開発としつつも^[14]、そのベースエンジンに排気量の拡大を施したり、ボールベアリングターボを装着したりするなどして開発された^[8]。

開発経緯

当機はWRCのRC2クラスで勝てることをコンセプトにしたGRヤリス専用エンジン（登場当時）として開発が開始された^[14]。トヨタのエンジン開発チームは開発初期の段階で競技用エンジンの規定や使われ方を調べるべくヨーロッパにわたり徹底的な調査を行なった^[14]。すると競技用エンジンは4,500 - 6200 rpmの回転域を多用することが判明、加えてヤリスの競合車種を打ち負かすためには1クラス上にも優る動力性能が要求されることも判った^[14]。また多品種少産を行う下山工場で生産を行うことなども踏まえて、TNGAエンジンからある程度切り離しゼロベース開発を前提としたGRヤリス専用エンジン『G16E-GTS型』の開発が開始された^[14]。

開発理念には豊田章男社長が求めた『モータースポーツから量産へ』『競技に耐えられる、ラリーで勝てるエンジン』を目標に掲げた^[14]。

まず、エンジンレイアウトは開発初期のうちから3気筒エンジンとすることが決定した^[14]。これは排気干渉を起こさず、4気筒では必須のツインスクロールターボが不要であるレイアウトであったり、排気カムに可変動弁機構がなくとも中低速のトルクが出しやすいという特性があったり、4気筒と比較しエンジン重量を抑えられるなどの要素からターボエンジンの最適解とエンジン開発チームが判断したためである^[14]。

エンジンスペックはCAEやMBDを駆使し^{[注釈 2]}ゼロベースから諸元設定を行った^[9]^[14]。ボアストロークの設定は、出力の最大化を追求しある固定した排気量から6,000 rpm時に最適なボア径を算出したところから始まった^[14]。このときの最適なボア径は87 - 88 mmであったが、車両搭載を考慮しボア径87.5 mmに設定した^[14]^{[注釈 3]}。また、ストローク量は1,600 ccの排気量から逆算を行う形で算出されたが、途中から1,620 ccまでが許容範囲であることに気付いた開発陣は許容排気量全てを使い切る方向に舵を切り、最終的に89.7 mmのストローク量に設定した^[14]。以上のボアストロークから求めた総排気量は許容範囲ギリギリの1,618 ccとなった^[14]。

バルブ径もボアストロークと同じくCAEを用いた開発が行われたが、通常、充填効率を求めると吸気バルブ径が排気バルブ径よりも大きくなるところ、吸気バルブ径と排気バルブ径がかなり近い大きさになっている^[14]。

詳細は「#ヘッド・カムバルブ・インジェクターのバルブ径」を参照

ピストンの軽量化は開発陣を最も苦労させた^[14]。それは3気筒という気筒数が少ないエンジンレイアウトだと重量のアンバランスに繋がり、振動抑制が厳しくなるにもかかわらず、高出力にも耐えられる軽量なピストンを作らなければならないためである^[14]。これはトヨタ自動車が持つ技術の全てを注ぎ込み、トヨタ自動車の2Lクラスのエンジン（8AR-FTS）と同様の重量に抑えることで解消した^[14]。具体例を挙げると、トップリングの溝にニレジスト鋼を挿入したり、ピストンピンにDLCを塗布したり、ピストン表面に強度増強のためのショットブラストを掛ける、スカート部に樹脂コーティングを施しフリクション軽減を行うなどの加工をしている^[14]。

ターボチャージャーは2Lエンジンサイズの大型でボールベアリング支持のものを採用した^[14]。ボールベアリング支持にした理由はモリゾウ（豊田章男社長）がテストドライバーとして開発に携わっていた際に「野性味が足りない」というフィードバックを送り、フィードバックを受け取った開発陣がダイレクト感を要すと判断して採用した^[14]。これにより、無駄な渦の抑制、コンプレッサーホイールのチップクリアランスの最適化、吸気の高効率昇圧が達成された^[14]。

また、エンジン製造時にも工夫を凝らしており、異物管理を徹底するためにライン内には関係者以外の立入を禁止する、手組みで組立てを行いピストン、ピストンピン、コンロッド重量のずれの許容範囲をトヨタ自動車従来基準の2分の1に設定するなど厳しい品質管理を行っている^[14]。

製造・生産

製造生産はトヨタ自動車の下山工場で、シリンダーブロックを始め鋳物部品の鋳造はトヨタ自動車の上郷工場で行われており^[14]^[1] 、下山工場で「匠」と呼ばれる熟練工が製造した証に「 G R SIMOYAMA 匠」と書かれた品質証明のエンブレムが貼られている^[1]。また、エンジン生産は専用ラインを使用せず通常の混流生産ラインを用いて行われており、不純物混入を防止する対策や、高精度に組み上げる技術などさまざまな工夫をして、レーシングエンジンに近い高精度さながらも通常ラインでの量産を実現している^[1]。

性能

乾燥重量は109 kgで、圧縮比が10.5、最高出力272 PS（6,500 rpm時）と最大トルク370N･m（3,000 - 4,600 rpm間）を発生し^[2]、1L当たりの馬力は168.11 PSを発揮する^[15]。加えて、純正でBMEPが28.7barほど掛けられ、2020年時点において国産エンジン最大値の26.6barを発揮したスバルEJ20型エンジンをも上回る数値を叩き出している^[16]。加速、最高時速はGRヤリスに搭載される場合、0 - 100 km/h加速は5.5秒以下、最高時速は230 km/hを実現する^[17]。また、このエンジンは初登場時から、世界最高レベルに高出力な3気筒エンジンとして知られている^[17]。

なお、2022年4月1日に発表された「GRカローラ」搭載エンジンにおいては、GRヤリスに搭載されている当機を強化し最高出力 304 PS (224 kW)を発揮している^[18]。

耐久性・チューニング

エンジン本体、ターボが純正状態のままでECUチューニング^{[注釈 4]}のみの場合、過給圧が2.3kgf/cm²時に最高出力410 PS / 最大トルク62 kgf･mを絞り出すことができる^[19]。

また、チューニング用のアフターパーツ開発を手掛ける企業『HKS』によるチューニング、またはチューニングパーツの開発がなされている^[20]。

HKSによるチューニングパーツ開発は3台のGRヤリス（G16E-GTS型エンジン搭載車）を使用しており、そのうち1台は「HKS レーシングパフォーマー GRヤリス」というサーキット仕様車として、他の2台はストリート仕様としてチューニングされ、G16E-GTS型用チューニングパーツ開発の足掛かりに使用している^[20]。このうち、主軸となるチューニングはサーキット仕様車を用いたものであり、エンジンの限界性能を探ることを目的に試行されている^[20]。

エンジンの限界性能を探るためにHKSの開発陣はエンジン本体をノーマルのままタービン交換を行い、過給圧を2.3kgf/cm²まで引き上げた^[20]。このとき、G16E-GTS型は450 PSを出力しており、開発陣は「通常はここまでのパワーアップを行うと何かしらの損傷やトラブルが起こる」と想定し、その損傷した部分を強化する部品を開発しようとしていたが、実際は全くの無傷であった^[20]。

これほどチューニングを施してもエンジンが損傷しなかった理由として開発陣は「市販車とは思えないほど高品質なピストン、コンロッドが使用されている」と述べた^[20]。このためエンジンを損傷させることが出来ず、HKSの商品開発が進行しないため、現状ではエンジン本体をノーマル状態で使用している^[20]。また、純正部品の段階で各部品がかなり軽く開発陣は「アフターパーツメーカーとしては開発が大変」、「アフターパーツメーカー泣かせ」と述べる一方でトヨタ自動車に対し

細部の作り込みや部品を検証していくと、よくトヨタはこんなに軽くクルマを作れたな、この値段で実現したな、と思いますよ！それにチューニングしがいのあるクルマを出してくれてありがとうという気持ちです
—GAZOO、【ワクワクが止まらない！GRヤリスの世界】アフターパーツメーカー『HKS』開発最前線！どれだけ追い込んでも“壊れないエンジン”の強度と耐久性に驚愕！

と感嘆のコメントを残した^[20]。

構造・機構

ヘッド・カムバルブ・インジェクター

シリンダーヘッドは軽量化のためにアルミブロックであり^[11]、冷却水の流れを加速させるためウォータージャケットを2つに分割^[2]。吸排気動弁機構はDOHCを採用し、タイミングチェーンにより駆動する^[2]^[14]。また、DOHCながら油圧式ラッシュアジャスターが採用されている^[2]^[21] ^{[注釈 5]}。

カムシャフトはトヨタ自動車が独自に開発した鋼製の中空組立カムシャフトを採用し^[14]、軽量、高レスポンス化を行っている^[14]^[11]。両方のカムシャフトに可変バルブタイミング機構のVVT-iWを装着し、吸気側が70°まで、排気側が41°までの可動範囲でバルブタイミングを制御する^[2]。

カムキャップは2階建て構造を採用しており、M15A型に比べ2kgの軽量化を達成^[14]。タイミングチェーンカバーの構造変更^{[注釈 6]}も行い同じくM15A型に比べ1kgの軽量化を更に達成している^[14]。

バルブ関連ではダイナミックフォースエンジンの特徴であるレーザークラッドバルブシートを使用せずバルブシートを工夫して打ち込んでいる^[3]。これはダイナミックフォースエンジンと同様に高ダンブルでの高速燃焼を実現しつつも、シートの打ち換え等メンテナンスやカスタマイズ、チューニングでの扱いにくさを解消するためである^[3]。バルブ径は吸気側が32.8 mm、排気側が32.0 mmと通常では空気を多く取り入れるため吸気側を大きくするのに対し、吸気バルブと排気バルブの大きさが近いものとなっている^[14]。これは当機がターボエンジンで排気を再利用できることや^[14]、ノッキング耐性や出力向上の観点から^[9]排気流量を増やすことを念頭に数値流体力学（CFD）解析及びCAE設計をした結果である^[14]^[9]^{[注釈 7]}。この設計でダンブル流の強度とバルブ径を最適化したことによって燃焼速度が向上した^[9]。なお最適なポート形状を追求した結果、吸気ポート形状がモータースポーツ用ではないトヨタの最新4気筒エンジンのものと似通る結果になった^[9]^{[注釈 8]}。

インジェクターはポート噴射・直噴を併用する「D-4S」のターボ版、「D-4ST」を採用している^[2]。このインジェクターは、低中回転域に複合噴射を行い、高回転域は直噴のみの噴射になる^[2]。また、運転状況に応じて2.4 - 20 MPaの範囲で噴射圧が制御される^[2]。この制御の働きで低中回転域での安定的な運転や高負荷運転時のノッキング抑制が可能になる^[2]。

エンジンブロック

シリンダーブロックは排気干渉が少なくターボのタービンが効率良く回せる直列3気筒の形状を取る^[4]^[24]。気筒の内径×行程は87.5 mm×89.7 mm^[2]、1気筒当たりの容積は約539.1 ccである^[25]。

ブロック本体の材質は軽量化の為にアルミニウムが用いられ^[11]^[24]、製造法にアルミダイカストを採用することでエンジン全体での乾燥重量を109 kgに抑えるなどかなりの軽量化を達成している^[2]^[11]。ブロックがアルミ製であるため鋳鉄ライナーが挿入されており、ブロック内側の特殊な粗面と噛合して強く固定されている^[2]。この挿入されている鋳鉄ライナーは高出力を発揮する高負荷回転時の耐久性や剛性を高める為に肉厚なものを採用している^[24]。

冷却は水冷式でウォータージャケットが浅底化、オープンデッキ状になっている^{[注釈 9]}。この浅底構造をしたウォータージャケットはトヨタ自動車では初採用であり、同じくトヨタ製3気筒エンジンのM15A型ブロックなどと比較して、ジャケット横の肉を抜けるなど軽量化に大きく影響を与え、それに加えてスポーツ使用下の高燃焼荷重にも耐えられるブロック構造の支持にも貢献している^[14]^{[注釈 10]}。また、オイルレベルゲージがブロック内部に作られておりブローバイガス通路としても機能している^[2]。

ピストン・コンロッド・クランク

コネクティングロッドは鍛造品が用いられ、クランクシャフトは4つの回転軸とバランスウェイトから構成される^[2]。ピストンとクランクシャフトには高精度な加工が施され徹底的な軽量化、レスポンスの追求がなされている^[14]^[11]。また、ピストンがシリンダー壁に押し付けられないようにクランク軸とピストン軸を10 mmほどずらして横方向の力を軽減している^[2]。

ピストンはアルミ製のT字の形状をとる^[2]。ピストン上部の溝山はニレジスト鋳鉄製で、DLC（ダイヤモンドライクカーボン）が塗布されている^[2]^[14]。ピストンスカート部分にはポリマーコーティングが施されている^[2]^[14]。

またクランクシャフトの直下にA25A-FKS型エンジンやM20A-FKS型エンジン、M15A-FKS型エンジンと同様にアイドリング時の振動対策としてバランスシャフトが組み込まれている^[2]^[14]。このバランスシャフトはM15A型とは異なる締結構造を用いており高剛性化を行っている^[14]。

ターボ・点火・補機

フリクション軽減やレスポンスの向上のためターボのタービンにセラミックボールベアリングを採用している^[14]^[11]。インタークーラーはラリーでのメンテナンス性を考慮して空冷式である^[2]。なお、『RZ“High-performance』には冷却スプレー機能が追加装着されている^[16]^[2]。また、純正状態でBMEP（正味平均有効圧力）が28.7barも掛かっていて、近年^{[注釈 11]}の国産エンジンとしては異例である^[16]。

点火系にはダイレクトイグニッションが採用され、一つの気筒に対し一つのダイレクトイグニッションコイルが備わっている^[2]。点火プラグにはイリジウム合金製でプラチナコーティングが施されている先端電極を採用^[2]。点火順序は1番気筒→2番気筒→3番気筒の順である^[2]。

空燃比センサーは冷寒時の排ガス低減を行うために新開発品が採用されている^[27]。当機が開発される以前のトヨタ自動車の空燃比センサーは氷点下で数分、25℃の平常気温で10秒ほど始動が出来ない時間があったが、当機の排ガス浄化性能を向上させるためトヨタとデンソーが共同で新開発した空燃比センサーを使用し、始動不可の時間を3 - 5秒ほどに短縮。トヨタの従来型空燃比センサーを搭載するエンジンと比べ一酸化炭素と炭化水素を冷寒時は約50%、25℃時は20%削減している^[27]。

冷却ファンはコントロールユニットの制御で動作し、水温や車速、エンジン回転に応じて無段階的に制御される^[2]。また、オイル潤滑装置は一般的な形状をとり、クランクシャフトからチェーンを介して駆動される^[2]。

その他補機などはM15A型エンジンやA25A型エンジンと同様なものが採用されている^[2]。

水素仕様

水素カローラ

水素燃料エンジンを搭載したカローラスポーツが富士24時間レースに投入された^[28]。このエンジンはカーボンニュートラルを内燃機関のままで達成するために試験的に開発され^[28]、G16E-GTS型を水素仕様に改造する形で造られている^[29]。主にインジェクターと点火プラグが水素用に取り替えられている ^[29]。この水素G16E-GTSは航続距離や燃費面で課題があるため、これからも研究が続けられる^[29]。

2021年 12月現在においては最高出力と燃費性能が大幅に改善され、最高出力は富士レース時の258 PS程と比べ24%向上して300 PSを発揮、最大トルクは同じく富士レース時の300 - 308 N･m程と比べ33%向上した390 - 400 N･mを叩き出した^[30]。馬力と燃費性能が大幅に向上した大きな要因は水素の噴射、過給圧、圧縮圧の改善による燃焼改善である^[30]。具体的には異常燃焼の制御、混合気をダンブル流に乗せてより多くの水素を噴射することなどである^[30]。また、水素を多く吹いて最高出力と最大トルクを稼いでいるが、リーン燃焼を行い富士レースと同等の燃費を達成している^[30]。

GRヤリス H2

水素カローラに続き、GRヤリスでも水素仕様のテストレーシングカーが発表された^[31]。水素カローラ同様にインジェクターと点火プラグが水素仕様に変更されている^[31]。

1.4L仕様

2021年 11月13日にスーパー耐久に投入するGR86用に開発された合成燃料対応の直列3気筒1.4 Lターボエンジンが発表された^[25]。このエンジンはG16E-GTS型のストローク縮小版でありボアストロークが87.5 mm×77.0 mmに設定されている^[25]。これは往年の4A-GE型エンジンのストローク量と同じになっている^[25]。

搭載車種

トヨタ・GRヤリス（RZ"High Performance" / RZ / RC）
トヨタ・GRカローラ

脚注

[脚注の使い方]

出典

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注釈

^ なお、このエンジンのベースはM15A型であり、M15A型に排気量拡大を施す、ボールベアリングターボを装着するなど、ベースエンジンを拡張的に進化させる開発により誕生した^[8]。
^ 設計諸元の最適解の大半を殆どMBDだけで導き出したほど^[9]。
^ このボア径はA25A型と同じではあるが、結果的なものでありA25A型との関係性はない^[14]。
^ ここではモーテックのM142型ECUを使用^[19]。
^ DOHCに油圧式ラッシュアジャスターが採用された例として、トヨタが初めて独自開発したDOHCエンジン5M-GEUが挙げられる^[22]^[23]。
^ M15A型は1枚で構成されているのに対し当機はチェーンカバーを上下2枚に分割した構成である^[14]。
^ ただし、吸気側のバルブにもバルブ径を極力大きくするなどの追求を行ったり、レーザークラッドバルブシートを採用せずともダイナミックフォースエンジンさながらの効率及びダンブル流を実現することを求めたりして偏心バルブシートを圧入する、吸気ポートに機械加工を施し複雑かつストレートな形状を作り出すなどの工夫がされている^[14]。
^ 全く同じ形状というわけではなくペントルーフ形の燃焼室に真っ直ぐ繋げるようポート角を調整していたり、吸気ポートのサイアミーズ分岐部を短くしていたりと細かい部分に違いが設けられている^[9]。
^ シリンダーブロック上端部の水路孔が1つに繋がっている形^[26]。
^ なお、この浅底ウォータージャケットはウォータージャケット底部に肉厚な部分ができるため鋳巣が出来易くなるという課題があったが、G16E型ブロックを鋳造しているトヨタ自動車の上郷工場でシミュレーションや試行を繰り返し行い鋳造条件の最適化をすることによって解決した^[14]。
^ 2021年現在から数えた近年

参考文献

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外部リンク

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[9] なお、このエンジンのベースはM15A型であり、M15A型に排気量拡大を施す、ボールベアリングターボを装着するなど、ベースエンジンを拡張的に進化させる開発により誕生した^[8]。

[16] 設計諸元の最適解の大半を殆どMBDだけで導き出したほど^[9]。

[17] このボア径はA25A型と同じではあるが、結果的なものでありA25A型との関係性はない^[14]。

[23] ここではモーテックのM142型ECUを使用^[19]。

[28] DOHCに油圧式ラッシュアジャスターが採用された例として、トヨタが初めて独自開発したDOHCエンジン5M-GEUが挙げられる^[22]^[23]。

[29] M15A型は1枚で構成されているのに対し当機はチェーンカバーを上下2枚に分割した構成である^[14]。

[30] ただし、吸気側のバルブにもバルブ径を極力大きくするなどの追求を行ったり、レーザークラッドバルブシートを採用せずともダイナミックフォースエンジンさながらの効率及びダンブル流を実現することを求めたりして偏心バルブシートを圧入する、吸気ポートに機械加工を施し複雑かつストレートな形状を作り出すなどの工夫がされている^[14]。

[31] 全く同じ形状というわけではなくペントルーフ形の燃焼室に真っ直ぐ繋げるようポート角を調整していたり、吸気ポートのサイアミーズ分岐部を短くしていたりと細かい部分に違いが設けられている^[9]。

[35] シリンダーブロック上端部の水路孔が1つに繋がっている形^[26]。

[36] なお、この浅底ウォータージャケットはウォータージャケット底部に肉厚な部分ができるため鋳巣が出来易くなるという課題があったが、G16E型ブロックを鋳造しているトヨタ自動車の上郷工場でシミュレーションや試行を繰り返し行い鋳造条件の最適化をすることによって解決した^[14]。

[37] 2021年現在から数えた近年

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+'''トヨタ・G16E-GTS'''は[[トヨタ自動車]]が開発・製造する[[水冷]][[直列3気筒]][[DOHC]][[マルチバルブ|12バルブ]][[ターボ]][[ガソリンエンジン]]である<ref name="magazine">{{Cite web|url=https://motor-fan.jp/tech/article/223/|archiveurl=https://web.archive.org/web/20211215034855/https://motor-fan.jp/tech/article/223/|title=トヨタGRヤリスのエンジンは化け物レベル！GR4のためだけに仕立てた、その名は「G16E-GTS」|publisher=motor-fun|year=2020-07-14|accessdate=2021-12-15|archivedate=2021-12-15}}</ref>。燃料は[[無鉛プレミアムガソリン]]を使用する<ref name="pdf1">{{Cite web |url=https://toyota.jp/gryaris/pdf/?type=spec |title=SPECIFICATIONS　トヨタ GRヤリス 主要諸元表|format=PDF |publisher=TOYOTA |date= |accessdate=2021-12-15}}</ref>。
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 == 概要 ==
+このエンジンは[[世界ラリー選手権]]（WRC）の制覇を目指す[[トヨタ・GRヤリス|GRヤリスRZ/RC系]]専用<ref name="pdf1"/><ref>{{Cite web|url=https://toyota.jp/pages/contents/request/webcatalog/gryaris/gryaris_rc_ac_202009.pdf|archiveurl=https://web.archive.org/web/20220110130810/https://toyota.jp/pages/contents/request/webcatalog/gryaris/gryaris_rc_ac_202009.pdf|title=GR Yaris RC|format=PDF|publisher=TOYOTA|year=2020|accessdate=2022-01-10|archivedate=2022-01-10}}</ref>に新開発された<ref>{{Cite web|url=https://motor-fan.jp/mf/article/14287/|archiveurl=https://web.archive.org/web/20211215040511/https://motor-fan.jp/mf/article/14287/|title=トヨタGRヤリス 1.6ℓ直3ターボ G16E-GTS恐るべし。エンジンとの対話がこんなに楽しいクルマはない
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-[[排気量]]はWRCの[[ホモロゲーション]]モデルとの繋がりを意識したため1,618ccとされた<ref name="magazine"/>。排気量が1,600 ccを僅かに上回る1,618 ccとなったのは[[ラリー]]走行時の最大性能を[[グループRally|rally2]]の上限排気量である1620cc以下で発揮できるように設計されたためである<ref name="magazine"/>。
+=== 名称 ===
-メカニズム点においては、両カムに[[可変バルブ機構|可変バルブタイミング機構]]の「[[VVT-i]]」を、[[燃料噴射装置]]は筒内噴射とポート噴射を使い分ける「[[トヨタ・D-4|D-4ST]]」を採用し<ref name="report"/>、[[インタークーラー|IC]]付き[[ボールベアリング]][[ターボチャージャー|ターボ]]を装着している<ref name="report"/>。
+「'''G16E-GTS'''」の[[名称]]は、「'''G16E'''」が「'''G'''系'''1.6''' Lの'''E'''型」という[[トヨタのエンジン型式命名規則#各記号の意味|エンジン型式]]を示し、「'''GTS'''」のうち、「'''G'''」が高性能スポーツエンジンであることを、「'''T'''」がターボチャージャー装着エンジンであることを、「'''S'''」が直噴仕様エンジンであることをそれぞれ示している<ref>{{Cite web|url=https://motorz.jp/feature/120492/|archiveurl=https://web.archive.org/web/20211215142535/https://motorz.jp/feature/120492/|title=エンジン命名ルールをメーカー毎に紹介|publisher=Motorz|year=2021-05-11|accessdate=2022-01-05|archivedate=2021-12-15}}</ref>。
 == 系譜 ==
 * [[トヨタのエンジン型式一覧|エンジン型式一覧]]の[[トヨタのエンジン型式一覧#自動車用エンジンの系譜|自動車用エンジンの系譜]]を参照。
 == 開発・製造 ==
+このエンジンは[[GR (トヨタ自動車)|TOYOTA GAZOO Racing company]]のパワートレイン部門にて[[開発]]が行われた<ref>{{Cite web|url=https://www.autocar.jp/post/692312|archiveurl=https://web.archive.org/web/20210622053641/https://www.autocar.jp/post/692312|title=【開発の重要人物へ聞く】トヨタGRヤリス　お手頃ドライバーズカーのベスト　AUTOCARアワード2021　後編|publisher=AUTO CAR JAPAN|year=2021-06-22|accessdate=2021-12-15|archivedate=2021-06-22}}</ref>。ベースとなったエンジンはダイナミックフォースエンジンの[[トヨタ・ダイナミックフォースエンジン#M15A型|M15A型]]であり、GRヤリス専用設計、ゼロベース開発としつつも<ref name="book ref"/>、そのベースエンジンに[[ボアアップ|排気量の拡大]]を施したり、[[ボールベアリング]][[ターボ]]を装着したりするなどして開発された<ref name="Prototype"/>。
+=== 開発経緯 ===
-このエンジンは[[GR (トヨタ自動車)|TOYOTA GAZOO Racing company]]のパワートレイン部門にて[[開発]]が行われた<ref>{{Cite web|url=https://www.autocar.jp/post/692312|title=【開発の重要人物へ聞く】トヨタGRヤリス　お手頃ドライバーズカーのベスト　AUTOCARアワード2021　後編|publisher=AUTO CAR JAPAN|year=2021-06-22|accessdate=2021-12-15}}</ref>。
+当機はWRCのRC2クラスで勝てることをコンセプトにしたGRヤリス専用エンジン（登場当時）として開発が開始された<ref name="book ref"/>。トヨタのエンジン開発チームは開発初期の段階で競技用エンジンの規定や使われ方を調べるべく[[ヨーロッパ]]にわたり徹底的な調査を行なった<ref name="book ref"/>。すると競技用エンジンは4,500 - 6200 rpmの回転域を多用することが判明、加えてヤリスの競合車種を打ち負かすためには1クラス上にも優る動力性能が要求されることも判った<ref name="book ref"/>。また多品種少産を行う下山工場で生産を行うことなども踏まえて、TNGAエンジンからある程度切り離しゼロベース開発を前提としたGRヤリス専用エンジン『'''G16E-GTS型'''』の開発が開始された<ref name="book ref"/>。
+開発理念には[[豊田章男]]社長が求めた『モータースポーツから量産へ』『競技に耐えられる、ラリーで勝てるエンジン』を目標に掲げた<ref name="book ref"/>。
-[[製造]][[生産]]はトヨタ自動車の下山工場で行われており<ref name="quality">{{Cite web|url=https://www.webcartop.jp/2020/09/586511/|title=3〜400万円のクルマに載るシロモノじゃない！　量産だけど高精度なGRヤリスの「エンジン」の生産に迫る|publisher=WEB CARTOP|year=2020-09-30|accessdate=2021-12-15}}</ref>
-、下山工場で「匠」と呼ばれる熟練工が製造した証に「'''''{{Colors|#fff|#000000|&nbsp;G&nbsp;}}{{Colors|#fff|#e60000|&nbsp;R&nbsp;}}'''''  '''SIMOYAMA''' '''{{Colors|#fff|#000000|&nbsp;匠&nbsp;}}'''」と書かれた品質証明のエンブレムが貼られている<ref name="quality"/>。
+まず、エンジンレイアウトは開発初期のうちから3気筒エンジンとすることが決定した<ref name="book ref"/>。これは排気干渉を起こさず、4気筒では必須の[[ツインスクロールターボ]]が不要であるレイアウトであったり、排気カムに[[可変バルブ機構|可変動弁機構]]がなくとも中低速のトルクが出しやすいという特性があったり、4気筒と比較しエンジン重量を抑えられるなどの要素からターボエンジンの最適解とエンジン開発チームが判断したためである<ref name="book ref"/>。
+エンジンスペックはCAEや[[モデル駆動工学|MBD]]を駆使し{{Efn|設計諸元の最適解の大半を殆どMBDだけで導き出したほど<ref name="Monster Engine"/>。}}ゼロベースから諸元設定を行った<ref name="Monster Engine"/><ref name="book ref"/>。ボアストロークの設定は、出力の最大化を追求しある固定した排気量から6,000 rpm時に最適なボア径を算出したところから始まった<ref name="book ref"/>。このときの最適なボア径は87 - 88 mmであったが、車両搭載を考慮しボア径87.5 mmに設定した<ref name="book ref"/>{{Efn|このボア径はA25A型と同じではあるが、結果的なものでありA25A型との関係性はない<ref name="book ref"/>。}}。また、ストローク量は1,600 ccの排気量から逆算を行う形で算出されたが、途中から1,620 ccまでが許容範囲であることに気付いた開発陣は許容排気量全てを使い切る方向に舵を切り、最終的に89.7 mmのストローク量に設定した<ref name="book ref"/>。以上のボアストロークから求めた総排気量は許容範囲ギリギリの1,618 ccとなった<ref name="book ref"/>。
+バルブ径もボアストロークと同じくCAEを用いた開発が行われたが、通常、充填効率を求めると吸気バルブ径が排気バルブ径よりも大きくなるところ、吸気バルブ径と排気バルブ径がかなり近い大きさになっている<ref name="book ref"/>。
+{{Main|[[#ヘッド・カムバルブ・インジェクター|#ヘッド・カムバルブ・インジェクターのバルブ径]]}}
+ピストンの軽量化は開発陣を最も苦労させた<ref name="book ref"/>。それは3気筒という気筒数が少ないエンジンレイアウトだと重量のアンバランスに繋がり、振動抑制が厳しくなるにもかかわらず、高出力にも耐えられる軽量なピストンを作らなければならないためである<ref name="book ref"/>。これはトヨタ自動車が持つ技術の全てを注ぎ込み、トヨタ自動車の2Lクラスのエンジン（[[トヨタ・ARエンジン#8AR-FTS|8AR-FTS]]）と同様の重量に抑えることで解消した<ref name="book ref"/>。具体例を挙げると、トップリングの溝にニレジスト鋼を挿入したり、ピストンピンに[[ダイヤモンドライクカーボン|DLC]]を塗布したり、ピストン表面に強度増強のための[[ショット・ブラスト|ショットブラスト]]を掛ける、スカート部に樹脂コーティングを施しフリクション軽減を行うなどの加工をしている<ref name="book ref"/>。
+ターボチャージャーは2Lエンジンサイズの大型でボールベアリング支持のものを採用した<ref name="book ref"/>。ボールベアリング支持にした理由は[[モリゾウ]]（豊田章男社長）がテストドライバーとして開発に携わっていた際に「野性味が足りない」というフィードバックを送り、フィードバックを受け取った開発陣がダイレクト感を要すと判断して採用した<ref name="book ref"/>。これにより、無駄な渦の抑制、コンプレッサーホイールのチップクリアランスの最適化、吸気の高効率昇圧が達成された<ref name="book ref"/>。
+また、エンジン製造時にも工夫を凝らしており、異物管理を徹底するためにライン内には関係者以外の立入を禁止する、手組みで組立てを行いピストン、ピストンピン、コンロッド重量のずれの許容範囲をトヨタ自動車従来基準の2分の1に設定するなど厳しい品質管理を行っている<ref name="book ref"/>。
+=== 製造・生産 ===
+[[製造]][[生産]]はトヨタ自動車の下山工場で、シリンダーブロックを始め[[鋳物]]部品の[[鋳造]]はトヨタ自動車の上郷工場で行われており<ref name="book ref"/><ref name="Simoyama factory"/>
+、下山工場で「匠」と呼ばれる熟練工が製造した証に「'''''{{Colors|#fff|#000000|&nbsp;G&nbsp;}}{{Colors|#fff|#e60000|&nbsp;R&nbsp;}}'''''  '''SIMOYAMA''' '''{{Colors|#fff|#000000|&nbsp;匠&nbsp;}}'''」と書かれた品質証明のエンブレムが貼られている<ref name="Simoyama factory"/>。また、エンジン生産は専用[[ライン]]を使用せず通常の混流生産ラインを用いて行われており、[[不純物]]混入を防止する対策や、高精度に組み上げる[[技術]]などさまざまな工夫をして、レーシングエンジンに近い高精度さながらも通常ラインでの[[量産]]を実現している<ref name="Simoyama factory"/>。
 == 性能 ==
+[[乾燥重量]]は109 kgで、[[圧縮比]]が10.5、最高[[出力]]272 PS（6,500 rpm時）と最大[[トルク]]370N･m（3,000 - 4,600 rpm間）を発生し<ref name="Engine mechanism"/>、1L当たりの[[馬力]]は168.11 PSを発揮する<ref>{{Cite web|url=https://crnavi.jp/detail/14268/|archiveurl=https://web.archive.org/web/20220103041135/https://crnavi.jp/detail/14268/|title=100馬力／1Lは常識、排気量あたりの馬力が凄まじいターボエンジンを積んだ車達|publisher=UruCar|year=2021-11-21|accessdate=2021-12-19|archivedate=2022-01-03}}</ref>。加えて、[[純正]]でBMEPが28.7[[bar]]ほど掛けられ、[[2020年]]時点において国産エンジン最大値の26.6barを発揮した[[スバル・EJ20|スバルEJ20型エンジン]]をも上回る数値を叩き出している<ref name="Turbo"/>。[[加速]]、最高[[時速]]はGRヤリスに搭載される場合、0 - 100 [[km/h]]加速は5.5秒以下、最高時速は230 km/hを実現する<ref name="motor">{{Cite news|url=https://response.jp/article/2020/02/28/332132.html|archiveurl=https://web.archive.org/web/20211215034905/https://response.jp/article/2020/02/28/332132.html|title=トヨタ GR ヤリス、欧州仕様を発表へ…ジュネーブモーターショー2020［中止］|publisher=Response. |year=2020-02-28|accessdate=2021-12-15|archivedate=2021-12-15}}</ref>。また、このエンジンは初登場時から、世界最高レベルに高出力な3気筒エンジンとして知られている<ref name="motor"/>。
+なお、2022年4月1日に発表された「'''GRカローラ'''」搭載エンジンにおいては、GRヤリスに搭載されている当機を強化し最高出力 {{Convert|304|PS|kW|abbr=on|lk=on}}を発揮している<ref>{{Cite web|url=https://toyotagazooracing.com/jp/gr/corolla/|archiveurl=https://web.archive.org/web/20220412235615/https://toyotagazooracing.com/jp/gr/corolla/|title=GR COROLLA|publisher=TOYOTA GAZOO Racing|year=2022-04-01|accessdate=2022-04-01|archivedate=2022-04-12}}</ref>。
-[[乾燥重量]]は109kgで、[[圧縮比]]が10.5、最高[[出力]]272 ps（6500rpm時）と最大[[トルク]]370N･m（3000 - 4600rpm間）を発生する<ref name="Engine mechanism"/>。GRヤリスに搭載された場合、0 - 100km/h[[加速]]は5.5秒以下、最高[[時速]]は230km/hを実現する<ref name="motor">{{Cite news|url=https://response.jp/article/2020/02/28/332132.html|title=トヨタ GR ヤリス、欧州仕様を発表へ…ジュネーブモーターショー2020［中止］|publisher=Response. |year=2020-02-28|accessdate=2021-12-15}}</ref>。また、このエンジンは初登場時から、世界最高レベルに高出力な3気筒エンジンとして知られている<ref name="motor"/>。
-== 構造・機構 ==
+=== 耐久性・チューニング ===
+エンジン本体、ターボが純正状態のままで[[ECU]]チューニング{{Efn|ここではモーテックのM142型ECUを使用<ref name="tuning"/>。}}のみの場合、[[過給圧]]が2.3kgf/cm²時に最高出力410 PS / 最大トルク62 kgf･mを絞り出すことができる<ref name="tuning">{{Cite web|url=https://option.tokyo/2021/03/29/96669/|archiveurl=https://web.archive.org/web/20211231150533/https://option.tokyo/2021/03/29/96669/|title=「エンジン＆タービンは純正のまま410馬力に到達！？」GフォースのGRヤリスが速すぎる！|publisher=web option|year=2021-03-29|accessdate=2022-01-01|archivedate=2021-12-31}}</ref>。
+また、チューニング用のアフターパーツ開発を手掛ける企業『[[エッチ・ケー・エス|HKS]]』による[[チューニング]]、またはチューニングパーツの開発がなされている<ref name="HKS">{{Cite web|url=https://gazoo.com/feature/article/gryaris/21/03/25/|archiveurl=https://web.archive.org/web/20211231150532/https://gazoo.com/feature/article/gryaris/21/03/25/|title=【ワクワクが止まらない！GRヤリスの世界】アフターパーツメーカー『HKS』開発最前線！どれだけ追い込んでも“壊れないエンジン”の強度と耐久性に驚愕！|publisher=GAZOO|year=2021-03-25|accessdate=2022-01-01|archivedate=2021-12-31}}</ref>。
+HKSによるチューニングパーツ開発は3台の[[トヨタ・GRヤリス|GRヤリス]]（G16E-GTS型エンジン搭載車）を使用しており、そのうち1台は「HKS レーシング パフォーマー GRヤリス」という[[サーキット]]仕様車として、他の2台は[[ストリート]]仕様としてチューニングされ、G16E-GTS型用チューニングパーツ開発の足掛かりに使用している<ref name="HKS"/>。このうち、主軸となるチューニングはサーキット仕様車を用いたものであり、エンジンの[[負荷テスト|限界性能を探る]]ことを目的に試行されている<ref name="HKS"/>。
+エンジンの限界性能を探るためにHKSの開発陣はエンジン本体をノーマルのままタービン交換を行い、過給圧を2.3kgf/cm²まで引き上げた<ref name="HKS"/>。このとき、G16E-GTS型は450 PSを出力しており、開発陣は「通常はここまでのパワーアップを行うと何かしらの[[損傷]]や[[トラブル]]が起こる」と想定し、その損傷した部分を強化する部品を開発しようとしていたが、実際は全くの無傷であった<ref name="HKS"/>。
+これほどチューニングを施してもエンジンが損傷しなかった理由として開発陣は「[[乗用車|市販車]]とは思えないほど高品質な[[ピストン]]、[[コンロッド]]が使用されている」と述べた<ref name="HKS"/>。このためエンジンを損傷させることが出来ず、HKSの商品開発が進行しないため、現状ではエンジン本体をノーマル状態で使用している<ref name="HKS"/>。また、[[純正]][[部品]]の段階で各部品がかなり軽く開発陣は「アフターパーツメーカーとしては開発が大変」、「アフターパーツメーカー泣かせ」と述べる一方で[[トヨタ自動車]]に対し{{quote|細部の作り込みや部品を検証していくと、よくトヨタはこんなに軽くクルマを作れたな、この値段で実現したな、と思いますよ！それにチューニングしがいのあるクルマを出してくれてありがとうという気持ちです|GAZOO|【ワクワクが止まらない！GRヤリスの世界】アフターパーツメーカー『HKS』開発最前線！どれだけ追い込んでも“壊れないエンジン”の強度と耐久性に驚愕！}}と感嘆のコメントを残した<ref name="HKS"/>。
+== 構造・機構 ==
 === ヘッド・カムバルブ・インジェクター ===
+[[シリンダーヘッド]]は軽量化のためにアルミブロックであり<ref name="TOYOTA"/>、冷却水の流れを加速させるためウォータージャケットを2つに分割<ref name="Engine mechanism"/>。吸排気動弁機構は[[DOHC]]を採用し、タイミングチェーンにより駆動する<ref name="Engine mechanism"/><ref name="book ref"/>。また、DOHCながら油圧式[[ラッシュアジャスター]]が採用されている<ref name="Engine mechanism"/><ref>{{Cite web |url=https://www.youtube.com/watch?v=llD0B2Xc9Vg |title=Destruction?! Inside the Brown Toyota GR Yaris engine |publisher=YouTube |date=2021-03-17 |accessdate=2022-02-03}}</ref>
+{{Efn|DOHCに油圧式ラッシュアジャスターが採用された例として、トヨタが初めて独自開発したDOHCエンジン[[トヨタ・M型エンジン#5M-GEU - 2800cc|5M-GEU]]が挙げられる<ref>{{Cite web|url=https://web.motormagazine.co.jp/_ct/17358908|archiveurl=https://web.archive.org/web/20211215034855/https://web.motormagazine.co.jp/_ct/17358908|title=5M-GEU型エンジンに見る、トヨタのDOHC戦略(中編)|publisher=motor magazine|year=2020-04-27|accessdate=2021-12-15|archivedate=2021-12-15}}</ref><ref>{{Cite web|url=https://gazoo.com/car/keyperson/16/07/01/|archiveurl=https://web.archive.org/web/20211215034854/https://gazoo.com/car/keyperson/16/07/01/|title=元トヨタソアラ開発主査、岡田稔弘氏に聞く|publisher=GAZOO|year=2016-07-01|accessdate=2021-12-15|archivedate=2021-12-15}}</ref>。}}。
+[[カムシャフト]]はトヨタ自動車が独自に開発した鋼製の中空組立カムシャフトを採用し<ref name="book ref"/>、軽量、高レスポンス化を行っている<ref name="book ref"/><ref name="TOYOTA"/>。両方のカムシャフトに可変バルブタイミング機構の[[VVT-i#VVT-iW|VVT-iW]]を装着し、吸気側が70°まで、排気側が41°までの可動範囲でバルブタイミングを制御する<ref name="Engine mechanism"/>。
-[[シリンダーヘッド]]は軽量化のためにアルミブロックであり<ref name="TOYOTA"/>、冷却水の流れを加速させるためウォータージャケットを2つに分割<ref name="Engine mechanism"/>。吸排気動弁機構は[[DOHC]]を採用し、タイミングチェーンにより駆動する<ref name="Engine mechanism"/>。また、DOHCながら油圧式[[ラッシュアジャスター]]が採用されている<ref name="Engine mechanism"/>{{Refnest|group="注釈"|DOHCに油圧式ラッシュアジャスターが採用された例として、トヨタが初めて独自開発したDOHCエンジン[[トヨタ・M型エンジン#5M-GEU - 2800cc|5M-GEU]]が挙げられる<ref>{{Cite web|url=https://web.motormagazine.co.jp/_ct/17358908|title=5M-GEU型エンジンに見る、トヨタのDOHC戦略(中編)|publisher=motor magazine|year=2020-04-27|accessdate=2021-12-15}}</ref><ref>{{Cite web|url=https://gazoo.com/car/keyperson/16/07/01/|title=元トヨタソアラ開発主査、岡田稔弘氏に聞く|publisher=GAZOO|year=2016-07-01|accessdate=2021-12-15}}</ref>。}}。
+[[タペット|カムキャップ]]は2階建て構造を採用しており、M15A型に比べ2kgの軽量化を達成<ref name="book ref"/>。タイミングチェーンカバーの構造変更{{Efn|M15A型は1枚で構成されているのに対し当機はチェーンカバーを上下2枚に分割した構成である<ref name="book ref"/>。}}も行い同じくM15A型に比べ1kgの軽量化を更に達成している<ref name="book ref"/>。
-[[カムシャフト]]は中空組立カムシャフトを採用し、軽量、高レスポンス化を行っている<ref name="TOYOTA"/>。両方のカムシャフトに可変バルブタイミング機構の[[VVT-i]]を装着し、吸気側が70°まで、排気側が41°までの可動範囲でバルブタイミングを制御する<ref name="Engine mechanism"/>。
-[[バルブ#レシプロ内燃機関におけるバルブ|バルブ]]関連ではダイナミックフォースエンジンの特徴であるレーザークラッドバルブシートを使用せずバルブシートを工夫して打ち込んでいる<ref name="report"/>。これはダイナミックフォースエンジンと同様に高ダンブルでの高速燃焼を実現しつつも、シートの打ち換え等[[メンテナンス]]や[[カスタマイズ]]、[[チューニング]]での扱いにくさを解消するためである<ref name="report"/>。
+[[バルブ#レシプロ内燃機関におけるバルブ|バルブ]]関連ではダイナミックフォースエンジンの特徴であるレーザークラッドバルブシートを使用せずバルブシートを工夫して打ち込んでいる<ref name="report"/>。これはダイナミックフォースエンジンと同様に高ダンブルでの高速燃焼を実現しつつも、シートの打ち換え等[[メンテナンス]]や[[カスタマイズ]]、[[チューニング]]での扱いにくさを解消するためである<ref name="report"/>。バルブ径は[[インテークマニホールド|吸気]]側が32.8 mm、[[エキゾーストマニホールド|排気]]側が32.0 mmと通常では空気を多く取り入れるため吸気側を大きくするのに対し、吸気バルブと排気バルブの大きさが近いものとなっている<ref name="book ref"/>。これは当機がターボエンジンで排気を再利用できることや<ref name="book ref"/>、ノッキング耐性や出力向上の観点から<ref name="Monster Engine"/>排気流量を増やすことを念頭に[[数値流体力学]]（CFD）解析及びCAE設計をした結果である<ref name="book ref"/><ref name="Monster Engine"/>{{Efn|ただし、吸気側のバルブにもバルブ径を極力大きくするなどの追求を行ったり、レーザークラッドバルブシートを採用せずともダイナミックフォースエンジンさながらの効率及びダンブル流を実現することを求めたりして偏心バルブシートを圧入する、吸気ポートに機械加工を施し複雑かつストレートな形状を作り出すなどの工夫がされている<ref name="book ref"/>。}}。この設計でダンブル流の強度とバルブ径を最適化したことによって燃焼速度が向上した<ref name="Monster Engine"/>。なお最適なポート形状を追求した結果、吸気ポート形状がモータースポーツ用ではないトヨタの最新4気筒エンジンのものと似通る結果になった<ref name="Monster Engine"/>{{Efn|全く同じ形状というわけではなくペントルーフ形の燃焼室に真っ直ぐ繋げるようポート角を調整していたり、吸気ポートのサイアミーズ分岐部を短くしていたりと細かい部分に違いが設けられている<ref name="Monster Engine"/>。}}。
-[[燃料噴射装置|インジェクター]]は[[燃料噴射装置#マルチポイントインジェクション|ポート噴射]]・[[ガソリン直噴エンジン|直噴]]を併用する「D-4S」のターボ版、「[[トヨタ・D-4|D-4ST]]」を採用している<ref name="Engine mechanism"/>。このインジェクターは、低中回転域に複合噴射を行い、高回転域は直噴のみの噴射になる<ref name="Engine mechanism"/>。また、運転状況に応じて2.4～20[[パスカル (単位)|MPa]]の範囲で噴射圧が制御される<ref name="Engine mechanism"/>。この制御の働きで低中回転域での安定的な運転や高負荷運転時の[[ノッキング]]抑制が可能になる<ref name="Engine mechanism"/>。
+[[燃料噴射装置|インジェクター]]は[[燃料噴射装置#マルチポイントインジェクション|ポート噴射]]・[[ガソリン直噴エンジン|直噴]]を併用する「D-4S」のターボ版、「[[トヨタ・D-4|D-4ST]]」を採用している<ref name="Engine mechanism"/>。このインジェクターは、低中回転域に複合噴射を行い、高回転域は直噴のみの噴射になる<ref name="Engine mechanism"/>。また、運転状況に応じて2.4 - 20 [[パスカル (単位)|MPa]]の範囲で噴射圧が制御される<ref name="Engine mechanism"/>。この制御の働きで低中回転域での安定的な運転や高負荷運転時の[[ノッキング]]抑制が可能になる<ref name="Engine mechanism"/>。
 === エンジンブロック ===
+[[シリンダーブロック]]は[[エキゾーストマニホールド#排気干渉|排気干渉]]が少なく[[ターボチャージャー|ターボ]]の[[タービン]]が効率良く回せる[[直列3気筒]]の形状を取る<ref name="magazine"/><ref name="Explanation"/>。[[気筒]]の[[ボア|内径]]×[[ストローク|行程]]は87.5 mm×89.7 mm<ref name="Engine mechanism"/>、1気筒当たりの容積は約539.1 ccである<ref name="1.4L"/>。
+ブロック本体の材質は軽量化の為に[[アルミニウム]]が用いられ<ref name="TOYOTA"/><ref name="Explanation"/>、製造法に[[ダイカスト|アルミダイカスト]]を採用することでエンジン全体での乾燥重量を109 kgに抑えるなどかなりの軽量化を達成している<ref name="Engine mechanism"/><ref name="TOYOTA"/>。ブロックがアルミ製であるため[[シリンダーライナー|鋳鉄ライナー]]が挿入されており、ブロック内側の特殊な粗面と噛合して強く固定されている<ref name="Engine mechanism"/>。この挿入されている[[鋳鉄]]ライナーは高出力を発揮する高負荷回転時の耐久性や[[剛性]]を高める為に肉厚なものを採用している<ref name="Explanation">{{Cite web|url=https://www.webcartop.jp/2020/11/617333/|archiveurl=https://web.archive.org/web/20211215034858/https://www.webcartop.jp/2020/11/617333/|title=4WDマイスターのレーシングドライバーが乗って触って徹底解説！　GRヤリスの「メカ」を斬る|publisher=WEB CARTOP|year=2020-11-21|accessdate=2021-12-15|archivedate=2021-12-15}}</ref>。
-[[シリンダーブロック]]は[[エキゾーストマニホールド#排気干渉|排気干渉]]が少なく[[ターボチャージャー|ターボ]]の[[タービン]]が効率良く回せる[[直列3気筒]]の形状を取る<ref name="magazine"/><ref name="Explanation"/>。[[気筒]]の[[ボア|内径]]×[[ストローク|行程]]は87.5mm×89.7mm<ref name="Engine mechanism"/>、1気筒当たりの容積は約539.1ccである<ref name="1.4L"/>。
+[[冷却]]は[[水冷エンジン|水冷式]]でウォータージャケットが浅底化、オープンデッキ状になっている{{Efn|シリンダーブロック上端部の水路孔が1つに繋がっている形<ref>{{Cite web|url=https://car.motor-fan.jp/tech/10015121|archiveurl=https://web.archive.org/web/20211215040405/https://car.motor-fan.jp/tech/10015121|title=内燃機関超基礎講座 オープンデッキ／クローズドデッキ。シリンダーブロックで何が開いている／閉じている？|publisher=motor-fun|year=2020-06-14|accessdate=2021-12-15|archivedate=2021-12-15}}</ref>。}}。この浅底構造をしたウォータージャケットはトヨタ自動車では初採用であり、同じくトヨタ製3気筒エンジンのM15A型ブロックなどと比較して、ジャケット横の肉を抜けるなど軽量化に大きく影響を与え、それに加えてスポーツ使用下の高燃焼荷重にも耐えられるブロック構造の支持にも貢献している<ref name="book ref">{{Cite book|和書|title=[https://car.motor-fan.jp/tech/10018556　Motor Fan illustrated　Volume174　図解特集 直3 vs 直4] |publisher=Motor-Fan |year=2021-03-15 |page=46 - 51 |isbn=978-4-7796-4352-1 }}</ref>{{Efn|なお、この浅底ウォータージャケットはウォータージャケット底部に肉厚な部分ができるため鋳巣が出来易くなるという課題があったが、G16E型ブロックを鋳造しているトヨタ自動車の上郷工場でシミュレーションや試行を繰り返し行い鋳造条件の最適化をすることによって解決した<ref name="book ref"/>。}}。また、[[オイルレベルゲージ]]がブロック内部に作られており[[ブローバイガス]]通路としても機能している<ref name="Engine mechanism"/>。
-ブロック本体の材質は軽量化の為に[[アルミニウム]]が用いられ<ref name="TOYOTA"/><ref name="Explanation"/>、製造法に[[ダイカスト|アルミダイカスト]]を採用することでエンジン全体での乾燥重量を109kgに抑えるなどかなりの軽量化を達成している<ref name="Engine mechanism"/><ref name="TOYOTA"/>。ブロックがアルミ製であるため[[シリンダーライナー|鋳鉄ライナー]]が挿入されており、ブロック内側の特殊な粗面と噛合して強く固定されている<ref name="Engine mechanism"/>。この挿入されている[[鋳鉄]]ライナーは高出力を発揮する高負荷回転時の耐久性や[[剛性]]を高める為に肉厚なものを採用している<ref name="Explanation">{{Cite web|url=https://www.webcartop.jp/2020/11/617333/|title=4WDマイスターのレーシングドライバーが乗って触って徹底解説！　GRヤリスの「メカ」を斬る|publisher=WEB CARTOP|year=2020-11-21|accessdate=2021-12-15}}</ref>。
-[[冷却]]は[[水冷エンジン|水冷式]]でウォータージャケットが浅底化、オープンデッキ状になっている{{Refnest|group="注釈"|シリンダーブロック上端部の水路孔が1つに繋がっている形<ref>{{Cite web|url=https://car.motor-fan.jp/tech/10015121|title=内燃機関超基礎講座 オープンデッキ／クローズドデッキ。シリンダーブロックで何が開いている／閉じている？|publisher=motor-fun|year=2020-06-14|accessdate=2021-12-15}}</ref>。}}。また、[[オイルレベルゲージ]]がブロック内部に作られており[[ブローバイガス]]通路としても機能している<ref name="Engine mechanism"/>。
 === ピストン・コンロッド・クランク ===
+[[コネクティングロッド]]は[[鍛造]]品が用いられ、[[クランクシャフト]]は4つの[[回転軸]]と[[錘|バランスウェイト]]から構成される<ref name="Engine mechanism"/>。ピストンとクランクシャフトには高精度な加工が施され徹底的な軽量化、レスポンスの追求がなされている<ref name="book ref"/><ref name="TOYOTA"/>。また、ピストンがシリンダー壁に押し付けられないようにクランク軸とピストン軸を10 mmほどずらして横方向の力を軽減している<ref name="Engine mechanism"/>。
-[[コネクティングロッド]]は[[鍛造]]品が用いられ、[[クランクシャフト]]は4つの[[回転軸]]と[[錘|バランスウェイト]]から構成される<ref name="Engine mechanism"/>。ピストンとクランクシャフトには高精度な加工が施され徹底的な軽量化、レスポンスの追求がなされている<ref name="TOYOTA"/>。また、ピストンがシリンダー壁に押し付けられないようにクランク軸とピストン軸を10mmほどずらして横方向の力を軽減している<ref name="Engine mechanism"/>。
+[[ピストン]]はアルミ製のT字の形状をとる<ref name="Engine mechanism"/>。ピストン上部の溝山はニレジスト鋳鉄製で、DLC（ダイヤモンドライクカーボン）が塗布されている<ref name="Engine mechanism"/><ref name="book ref"/>。ピストンスカート部分にはポリマーコーティングが施されている<ref name="Engine mechanism"/><ref name="book ref"/>。
-[[ピストン]]はアルミ製のT字の形状をとる<ref name="Engine mechanism"/>。ピストン上部の溝山はニレジスト鋳鉄製で、DLC（ダイヤモンドライクカーボン）が塗布されている<ref name="Engine mechanism"/>。ピストンスカート部分にはポリマーコーティングが施されている<ref name="Engine mechanism"/>。
+また[[クランクシャフト]]の直下に[[トヨタ・A25A-FKS|A25A-FKS]]型エンジンや[[トヨタ・M20A-FKS|M20A-FKS]]型エンジン、M15A-FKS型エンジンと同様にアイドリング時の振動対策として[[バランスシャフト]]が組み込まれている<ref name="Engine mechanism"/><ref name="book ref"/>。このバランスシャフトはM15A型とは異なる締結構造を用いており高剛性化を行っている<ref name="book ref"/>。
-また[[クランクシャフト]]の直下に[[トヨタ・A25A-FKS|A25A-FKS]]型エンジンや[[トヨタ・M20A-FKS|M20A-FKS]]型エンジン、M15A-FKS型エンジンと同様にアイドリング時の振動対策として[[バランスシャフト]]が組み込まれている<ref name="Engine mechanism"/>。
 === ターボ・点火・補機 ===
+フリクション軽減やレスポンスの向上のためターボの[[タービン]]に[[セラミック]][[ボールベアリング]]を採用している<ref name="book ref"/><ref name="TOYOTA"/>。
+[[インタークーラー]]はラリーでのメンテナンス性を考慮して[[空冷]]式である<ref name="Engine mechanism"/>。なお、『RZ“High-performance』には冷却スプレー機能が追加装着されている<ref name="Turbo">{{Cite web|url=https://car.motor-fan.jp/article/10013233|archiveurl=https://web.archive.org/web/20220417164052/https://car.motor-fan.jp/article/10013233|title=ここまでわかったトヨタGRヤリス、新開発の直３DOHCターボG16E-GTS型はなぜ空冷インタークーラーなのか？|publisher=motor-fun|year=2020-01-13|accessdate=2021-12-15|archivedate=2022-04-17}}</ref><ref name="Engine mechanism"/>。また、純正状態でBMEP（正味平均有効圧力）が28.7barも掛かっていて、近年{{Efn|2021年現在から数えた近年}}の国産エンジンとしては異例である<ref name="Turbo"/>。
+[[点火装置|点火系]]には[[ダイレクトイグニッション]]が採用され、一つの気筒に対し一つのダイレクトイグニッションコイルが備わっている<ref name="Engine mechanism"/>。[[点火プラグ]]にはイリジウム合金製でプラチナコーティングが施されている先端電極を採用<ref name="Engine mechanism"/>。点火順序は1番気筒→2番気筒→3番気筒の順である<ref name="Engine mechanism"/>。
-フリクション軽減やレスポンスの向上のためターボの[[タービン]]に[[セラミック]][[ボールベアリング]]を採用している<ref name="TOYOTA"/>。
-[[インタークーラー]]はラリーでのメンテナンス性を考慮して[[空冷]]式である<ref name="Engine mechanism"/>。なお、『RZ“High-performance』には冷却スプレー機能が追加装着されている<ref name="Turbo">{{Cite web|url=https://car.motor-fan.jp/article/10013233|title=ここまでわかったトヨタGRヤリス、新開発の直３DOHCターボG16E-GTS型はなぜ空冷インタークーラーなのか？|publisher=motor-fun|year=2020-01-13|accessdate=2021-12-15}}</ref><ref name="Engine mechanism"/>。また、純正状態でBMEP（正味平均有効圧力）が28.7barも掛かっていて、近年<ref group="注釈">2021年現在から</ref>の国産エンジンとしては異例である<ref name="Turbo"/>。
+[[空燃比計|空燃比センサー]]は[[寒冷|冷寒時]]の[[排ガス]]低減を行うために新開発品が採用されている<ref name="sensor">{{Cite web|url=https://xtech.nikkei.com/atcl/nxt/column/18/00001/05021/|archiveurl=https://web.archive.org/web/20220107101719/https://xtech.nikkei.com/atcl/nxt/column/18/00001/05021/|title=GRヤリスの怪物エンジン、排ガス低減にも常識打ち破る先進技術|publisher=日経X-TECH|year=2021-01-06|accessdate=2022-01-07|archivedate=2022-01-07}}</ref>。当機が開発される以前のトヨタ自動車の空燃比センサーは氷点下で数分、25℃の平常[[気温]]で10秒ほど始動が出来ない時間があったが、当機の排ガス浄化性能を向上させるためトヨタと[[デンソー]]が共同で新開発した空燃比センサーを使用し、始動不可の時間を3 - 5秒ほどに短縮。トヨタの従来型空燃比センサーを搭載するエンジンと比べ[[一酸化炭素]]と[[炭化水素]]を冷寒時は約50%、25℃時は20%削減している<ref name="sensor"/>。
-[[点火装置|点火系]]には[[ダイレクトイグニッション]]が採用され、一つの気筒に対し一つのダイレクトイグニッションコイルが備わっている<ref name="Engine mechanism"/>。[[点火プラグ]]にはイリジウム合金製でプラチナコーティングが施されている先端電極を採用<ref name="Engine mechanism"/>。点火順序は1番気筒→2番気筒→3番気筒の順である<ref name="Engine mechanism"/>。
-冷却ファンはコントロールユニットの制御で動作し、水温や車速、エンジン回転に応じて無段階的に制御される<ref name="Engine mechanism"/>。また、[[オイルポンプ|オイル潤滑装置]]は一般的な形状をとり、クランクシャフトから[[チェーン]]を介して駆動される<ref name="Engine mechanism"/>。
+[[送風機|冷却ファン]]はコントロールユニットの制御で動作し、水温や車速、エンジン回転に応じて無段階的に制御される<ref name="Engine mechanism"/>。また、[[オイルポンプ|オイル潤滑装置]]は一般的な形状をとり、クランクシャフトから[[チェーン]]を介して駆動される<ref name="Engine mechanism"/>。
 その他[[補機]]などはM15A型エンジンやA25A型エンジンと同様なものが採用されている<ref name="Engine mechanism"/>。
-== 搭載車種 ==
-* [[トヨタ・GRヤリス]]（RZ"High Performance" / RZ / RC）
 == 水素仕様 ==
 === 水素カローラ ===
+[[水素燃料エンジン]]を搭載した[[トヨタ・カローラスポーツ|カローラスポーツ]]が[[富士24時間レース]]に投入された<ref name="carbon neutral">{{Cite web|url=https://www.nikkei.com/article/DGXZQOUC074CB0X00C21A6000000/|archiveurl=https://web.archive.org/web/20220407142552/https://www.nikkei.com/article/DGXZQOUC074CB0X00C21A6000000/|title=日経ビジネス 水素エンジンの世界普及には課題　官民で環境づくりを|publisher=日経ビジネス|year=2021-06-09|accessdate=2021-12-15|archivedate=2022-04-07}}</ref>。このエンジンは[[カーボンニュートラル]]を[[内燃機関]]のままで達成するために試験的に開発され<ref name="carbon neutral"/>、G16E-GTS型を[[水素]]仕様に[[改造]]する形で造られている<ref name="fuel cost"/>。主にインジェクターと点火プラグが水素用に取り替えられている
+<ref name="fuel cost">{{Cite web|url=https://car.watch.impress.co.jp/docs/news/1322009.html|archiveurl=https://web.archive.org/web/20211215034902/https://car.watch.impress.co.jp/docs/news/1322009.html|title=水素エンジン搭載「カローラスポーツ」の排気音を聞く 燃費に課題があり富士を10周で水素充填|publisher=Car Watch|year=2021-04-28|accessdate=2021-12-15|archivedate=2021-12-15}}</ref>。この水素G16E-GTSは[[航続距離]]や[[燃費]]面で課題があるため、これからも研究が続けられる<ref name="fuel cost"/>。
+[[2021年]][[12月]]現在においては最高出力と燃費性能が大幅に改善され、最高出力は富士レース時の258 PS程と比べ24%向上して300 PSを発揮、最大トルクは同じく富士レース時の300 - 308 N･m程と比べ33%向上した390 - 400 N･mを叩き出した<ref name="update">{{Cite web|url=https://kuruma-news.jp/post/450445|archiveurl=https://web.archive.org/web/20220206063608/https://kuruma-news.jp/post/450445|title=誰が予想出来た？ トヨタ「水素カローラ」日本の強みで大幅進化！ その先にある水素の挑戦はどうなる？|publisher=くるまのニュース|year=2021-12-02|accessdate=2021-12-18|archivedate=2022-02-06}}</ref>。馬力と燃費性能が大幅に向上した大きな要因は水素の噴射、[[過給圧]]、[[圧縮|圧縮圧]]の改善による燃焼改善である<ref name="update"/>。具体的には[[プレイグニッション|異常燃焼]]の制御、混合気をダンブル流に乗せてより多くの水素を噴射することなどである<ref name="update"/>。また、水素を多く吹いて最高出力と最大トルクを稼いでいるが、[[リーン燃焼]]を行い富士レースと同等の燃費を達成している<ref name="update"/>。
-[[水素燃料エンジン|水素エンジン]]を搭載した[[トヨタ・カローラスポーツ|カローラスポーツ]]が[[富士24時間レース]]に投入された<ref>{{Cite web|url=https://www.nikkei.com/article/DGXZQOUC074CB0X00C21A6000000/|title=日経ビジネス 水素エンジンの世界普及には課題　官民で環境づくりを|publisher=日経ビジネス|year=2021-06-09|accessdate=2021-12-15}}</ref>。この搭載された水素エンジンはG16E-GTS型を[[水素]]仕様に改造したもので、主にインジェクターと点火プラグが水素噴射用に取り替えられている
-<ref>{{Cite web|url=https://car.watch.impress.co.jp/docs/news/1322009.html|title=水素エンジン搭載「カローラスポーツ」の排気音を聞く 燃費に課題があり富士を10周で水素充填|publisher=Car Watch|year=2021-04-28|accessdate=2021-12-15}}</ref>。
 === GRヤリス H2 ===
+水素カローラに続き、GRヤリスでも水素仕様のテスト[[レーシングカー]]が発表された<ref name=" hydrogen">{{Cite web|url=https://bestcarweb.jp/feature/column/353175|archiveurl=https://web.archive.org/web/20211215034846/https://bestcarweb.jp/feature/column/353175|title=ついに水素エンジン仕様投入!? GRヤリスH2電撃公開＆トヨタの本気度は？|publisher=ベストカーWEB|year=2021-12-11|accessdate=2021-12-15|archivedate=2021-12-15}}</ref>。水素カローラ同様にインジェクターと点火プラグが水素仕様に変更されている<ref name=" hydrogen"/>。
-水素カローラに続き、GRヤリスでも水素仕様の[[レーシングカー|テストレーシングカー]]が発表された<ref name=" hydrogen">{{Cite web|url=https://bestcarweb.jp/feature/column/353175|title=ついに水素エンジン仕様投入!? GRヤリスH2電撃公開＆トヨタの本気度は？|publisher=ベストカーWEB|year=2021-12-11|accessdate=2021-12-15}}</ref>。水素カローラ同様にインジェクターと点火プラグが水素仕様に変更されている<ref name=" hydrogen"/>。
 == 1.4L仕様 ==
+[[2021年]][[11月13日]]にスーパー耐久に投入する[[トヨタ・86#2代目 GR86 ZN8型（2021年 - ）|GR86]]用に開発された合成燃料対応の直列3気筒1.4 Lターボエンジンが発表された<ref name="1.4L">{{Cite web|url=https://car.watch.impress.co.jp/docs/news/1366184.html|archiveurl=https://web.archive.org/web/20220407213623/https://car.watch.impress.co.jp/docs/news/1366184.html|title=豊田章男社長がサプライズ発表した新開発3気筒1.4リッターターボは、AE86搭載の4A-G型エンジンと同じ77 mmストロークだった|publisher=Car Watch|year=2021-11-14|accessdate=2021-12-15|archivedate=2022-04-07}}</ref>。このエンジンはG16E-GTS型のストローク縮小版でありボアストロークが87.5 mm×77.0 mmに設定されている<ref name="1.4L"/>。これは往年の[[トヨタ・4A-GE|4A-GE]]型エンジンのストローク量と同じになっている<ref name="1.4L"/>。
+== 搭載車種 ==
-[[2021年]][[11月13日]]に合成燃料に対応した直列3気筒1.4Lターボエンジンが発表された<ref name="1.4L">{{Cite web|url=https://car.watch.impress.co.jp/docs/news/1366184.html|title=豊田章男社長がサプライズ発表した新開発3気筒1.4リッターターボは、AE86搭載の4A-G型エンジンと同じ77mmストロークだった|publisher=Car Watch|year=2021-11-14|accessdate=2021-12-15}}</ref>。このエンジンはG16E-GTS型のストローク縮小版でありボアストロークが87.5mm×77.0mmに設定されている<ref name="1.4L"/>。これは往年の[[トヨタ・4A-GE|4A-GE]]型エンジンのストローク量と同じになっている<ref name="1.4L"/>。
+* [[トヨタ・GRヤリス]]（RZ"High Performance" / RZ / RC）
+* [[トヨタ・GRカローラ]]
 == 脚注 ==
 {{脚注ヘルプ}}
 === 出典 ===
-{{Reflist|2}}
+{{Reflist|40em}}
 === 注釈 ===
+{{Notelist}}
-<references group="注釈"/>
+== 参考文献 ==
+* {{Cite book|和書|editor=[[モーターファン|Motor-Fan]]|title=[https://car.motor-fan.jp/tech/10018556　Motor Fan illustrated　Volume174　図解特集 直3 vs 直4] |publisher=[[三栄 (出版社)|三栄]] |year=2021-03-15 |page=46 - 51 |isbn=978-4-7796-4352-1}}
 == 関連項目 ==
 {{Commonscat|Toyota G16E-GTS engine}}
 *[[トヨタのエンジン型式一覧]]
+*[[トヨタ・G16E型エンジン]]
 *[[トヨタ・ダイナミックフォースエンジン]]
 *[[トヨタ・GRヤリス]]
+*[[トヨタ・GRカローラ]]
 *[[GR (トヨタ自動車)]]
 == 外部リンク ==
+* {{cite web|url=https://toyota.jp/gryaris/feature/?padid=from_gryaris_top_feature_2#ft-perf|archiveurl=https://web.archive.org/web/20220417162209/http://toyota.jp/gryaris/feature/index.html|title=トヨタ GRヤリス 特長 トヨタ自動車WEBサイト|publisher=TOYOTA|accessdate=2022-05-09|archivedate=2022-04-17}}
+* {{cite web|url=https://global.toyota/jp/newsroom/toyota/30976357.html|archiveurl=https://web.archive.org/web/20210816162810/https://global.toyota/jp/newsroom/toyota/30976357.html|title=TOYOTA、新型車GRヤリスを初公開|publisher=TOYOTA|year=2020-01-10|accessdate=2022-05-09|archivedate=2021-08-16}}
+{{自動車}}
-* [https://toyota.jp/gryaris/feature/?padid=from_gryaris_top_feature_2#ft-perf トヨタ GRヤリス|特長|トヨタ自動車WEBサイト]
-{{Car-stub}}
+{{DEFAULTSORT:とよたG16E-GTS}}
-<nowiki>{{自動車}}
-{{DEFAULTSORT:とよた　G16E-GTS}}
 [[Category:トヨタ自動車のエンジン|G16E-GTS]]
-[[Category:レーシングカーのエンジン]]</nowiki>
+[[Category:レーシングカーのエンジン]]