レガシィに搭載しているFA20型とBRZに搭載するFA20型、何が違うって、燃料噴射の方式が違うのと、NAとターボという違い。だが、それだけじゃぁ話は終わらない。この燃料噴射と過給器装備の有り、ナシという違いは、エンジンそのもののコンセプトが違うというのが今回の「Automobile Study」のテーマだ。
同じFA20でも高回転型と実用域重視型の違いがある
コンセプトの違いにまで踏み込んだ記事は見かけないし、おおかたの記事には「BRZに搭載したFA20型エンジンをターボ化したエンジン」という言い方も多く、気になる。そりゃ、FA20型にターボを搭載したのだから間違いじゃない。だけど単純にボルトオンターボ（なつかしい表現）ということではないので、ここは、ひとつ一歩踏み込んでその違いを考察してみたい。
↑主要諸元比較はFAターボとEJターボ
↑BRZのFA20エンジンスペック
まず、エンジン出力のスペックをみると、BRZのD-4Sは200ps/6000rpm、205Nm/6400rpm〜6600rpmとある。つまり高回転側で最大トルクを出しているエンジンだ。スポーツカー用NAエンジンだから当然といえば当然。一方レガシィのDITは300ps/5600rpm、400Nm/2000rpm〜4800rpmとなっている。ターボエンジンなのだから低回転でも高出力、高トルクが出ている、と言えるスペックだ。
最大トルクが発生する回転域で比較すると、D-4Sはかなり高回転側であり、DITは低回転側であることがわかる。DITは低回転域から過給器を使ってトルクを出し、実用領域での使い勝手を良くし低燃費走行が可能なエンジンにしている。さらに、ハイパワーだから出力的にも魅力は十分というエンジンになっているわけだ。こういった特性から判断すると、これは欧州の過給を使用したダウンサイジング・コンセプトと合致する内容と言える。
ただし、FA20DITは、いわゆるダウンサイジング･コンセプトのエンジンとは少しポジションが異なっている。ダウンサイジング・コンセプトは、ベースとなるエンジンの60%程度の排気量に縮小し、ベース･エンジンと同等レベルのトルクを確保するためにターボやスーパーチャージャーなどで過給する。またそれを利用し、できる限り低い回転数で最大トルクを引き出す。これにより、排気量の縮小と低回転化により二重にフリクションを低減することができることになる。また、これに合わせて、より低回転で巡航できるようなトランスミッションと組み合わせることも必須である。
FA20型DITは多くの点でダウンサイジング･コンセプトに合致しているところもあるが、出力、トルクはベース･エンジン（FB25型）よりはるかに大きい。当初から300psを目標に開発された高出力のスポーツ・エンジンであり、最新の技術要素を取り込みながら高出力・低回転型という新たな性能をつくり上げたといえる。
レッドゾーンだって大きく異なる
さらに、2基の間では、レッドゾーンが大きく違っている点も注目。BRZのレッドゾーンは7500rpmから。レガシィDITは6000rpmからだ。エンジンは高回転でまわれば回るほどエライのだが、果たして時代の要求にあっているのか？ レッドゾーンが低いということは、バルブスプリングへの荷重が小さく、軽く、それだけエンジンの摩擦抵抗が低くなるメリットもある。搭載する車種やカテゴリーによっても要求される性能は違ってくるけど、同じFA20型を使ってここまで、レブリミットの違うエンジンにしちゃうスバルの技術は頼もしい。
スバルのスポーツ用2.0Lターボ･エンジン、WRX-STIなどに搭載されているEJ20型ターボのレッドゾーンは8200rpmで、「8000rpmまできれいに回る」という高回転特性にも相当こだわってきた経緯がある。（スペック比較表参照）そういう点で考えると、同じ高出力型の2.0Lターボではあってもレガシィ用DITは2000rpmも回転を下げていることに注目したいのだ。EJ型の話を持ち出すとさらに混乱してしまうか。
だからDITはこれまでの高回転・高出力型とは一線を画しているのだと思う。そりゃぁ、屁理屈だという意見もあるでしょう。まあまあ、そこは抑えていただいて。だが、燃料噴射方式、過給器のある、ナシで使用されるパーツも含め、ふたつのFA20型の間にはいろいろ違いがあるのは事実だ。実際には、クランクシャフトが共通ということ以外は、まったく部品が異なりボア×ストロークだけが同じエンジンなのだ。
D-4SとDITとの違いは
ネーミングからして違う燃料噴射方式について、D-4Sとはいったいどんなものかというと、燃料がシリンダーへの直接噴射とポート噴射するデュアルタイプのユニットのことだ。まぁ、直噴が抱えるデメリットのひとつとして、高性能な直噴インジェクターを使用しない限り均質燃焼をさせにくいというのがある。そのため、さまざまな工夫をヘッドやポート、インジェクター（燃料噴射弁）、点火時期、バルブタイミングなどでコントロールしなければならない。D-4Sでは、その工夫のひとつとして、ピストントップに注目。燃料噴射はスプレー状に噴霧され、ピストントップも扇状にデザインして均一な燃焼を果たしている。
だけど、それだけでは全回転域できれいな燃焼ができるわけではない。それは低負荷で、吸気流速が遅い場合には燃えにくい部分はどうしても存在するからだ。D-4Sではその時は、シリンダーへの燃料噴射とはせず、ポートへの噴射が担当すれば、これまで培った従来技術できれいに燃焼させることができるというわけだ。BRZ/86の開発段階で、エンジンは高回転・高出力というコンセプトだから、当時スバルが開発していた直噴ユニットとのコンセプトが一致していなかったということも言えるだろう。こうした事情もあってBRZ/86にはトヨタのD-4S技術を搭載している。
DITにこそスバルの技術力
一方、DITというのはどんなものかというと、ダイレクト・インジェクション・ターボの略で直訳どおり、100％直接燃料噴射+ターボという意味。だったら均一燃焼してねぇ？って理解してはイケない。そこがスバルの技術が投入された部分で、注目しなきゃいけないとこだ。
それは、DITでは吸気の段階で、タンブルジェネレーターバルブ（TGV）で空気の流路を分割し、低回転、低負荷時に流路を絞り、流速のアップとタンブル（ピストンに対して縦方向の空気渦）を発生させて効率のよい燃焼へつなげる技術が使われている。ついでにプチ情報としてTGVはポート噴射のFB20型、FB25型にも採用されている。
この吸気経路としてはフレッシュエアがダクト内で分割され、バタフライ・バルブを経由してシリンダーへ流れる。吸気通路がバルブで絞られるため、吸気の流速が高まる。またスロットルが全開であるときはTGV（タンブルジェネレーターバルブ）も全開になり吸気通路面積を最大にして充填効率を高めるようにしているが、スロットルを絞っているときはバタフライによって制限される。そして絞られたエアはTGVによってタンブルを発生させながら燃焼室へ送り込まれている。送り込まれたエアは燃焼室で噴射された燃料と混合されるが、混合気はうまい具合にタンブル状となり、ピストントップがキャビティ形状であるため、混合気がピストン上面の中央部で滞留するようなっている。そのため、少ないエア、つまり低回転時でも効率よく混合気を生成し燃焼させることができ、出力を確保できているという、実に机上の理論を実践してしまったエンジンなのだ。
もう少し説明すると、空気流路がTGVで分割されたあと、ソレノイドタイプの6ホールインジェクターにより低回転時にはリーンバーン運転（希薄燃焼）をしつつ燃焼させている。もちろん、マルチ噴射だ。このリーンバーンだというところも凄いが、なぜか注目度は低い。さらにターボ本体もツインスクロールタイプを採用し、低速域でのトルクを確保している。このような燃焼・出力コンセプトは欧州のダウンサイジング・コンセプトと合致する。さっきも言ったか。
したがって、DITのFA20型は高回転出力型ではなく、低回転域からの実用領域が使いやすく高回転まで回さなくても十分な出力、トルクを得られるコンセプトのエンジンと言えるし、国産エンジンで初めての低回転･高出力という性能をつくり出すことに成功したとも言える。
開発コンセプトの違いで性格の違う2つのFA20型
実際、レガシィ2.0DITでの100km/h走行時のエンジン回転は1700rpm程度であり、このクラスのエンジンで2000rpmを下回るエンジンは国内では不在だ。言うまでもなくCVTとの兼ね合い、ギヤ比の問題があるにせよ、エンジン設計コンセプトは高回転型ではないということができる。その結果300psの高出力に加え2000rpmで400Nmもの出力を得ることができているのだ。
そしてEGRの使い方でも2基には違いがある。BRZではEGRを採用しておらず、より多くのフレッシュエアを取り込み高回転まで回すというコンセプトに対し、レガシィではEGRを取り込むことで環境・燃費性能の向上を狙っているという違いがある。
というように、なんだ結局FA20型改なんじゃん、と言われてしまうかもしれないがハード面から見ると確かにそうだ。だが、どんなエンジンにするのかという開発コンセプトの段階で異なっているのだから、同じユニットを使用しつつもまったく別物というエンジニアの心意気で造っているというのを伝えたかったのだ。
