トヨタ・4A-GE

トヨタ・4A-GEは、トヨタ自動車のスポーツツインカム系列のエンジンの一つであり、トヨタ・A型エンジン 系列である。

1. 概要
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1983年5月に登場したAE86型カローラレビン及びスプリンタートレノに初めて搭載された。直列4気筒1,600ccで前輪駆動、後輪駆動及びミッドシップ用で、DOHC16バルブもしくは20バルブの、自然吸気もしくはスーパーチャージャーつきエンジンである。

それまでのトヨタ製4気筒スポーツユニットの主力機種であった直列4気筒1,600ccの2T-G系の後継機種として開発された。

これは、2T-G系が度重なる自動車排出ガス規制に対応するために当初よりもパワーダウンして陳腐化したことや、基本設計の設計年次の古さも原因となっていた。ベースとなったエンジンは直列4気筒1,500ccの3A-Uであり、SOHC方式のヘッドユニットであったものをDOHC方式に変更した。さらに2T-G系では2バルブだったものを、現代のDOHCエンジンと同じく吸気2バルブ・排気2バルブの1気筒当たり4バルブとなる16バルブへと進化させ、後に登場するAE101系カローラ・スプリンターへの搭載モデルからは吸気が3バルブとなった1気筒当たり5バルブの20バルブヘッドへ進化している。

トヨタのスポーツDOHCエンジンの多くはトヨタ・2000GTの開発以来パートナーシップを組んできたヤマハ発動機との共同開発によって誕生したものであるが、歴代の4A-Gシリーズはトヨタの単独開発である当時トヨタのDOHCエンジン開発に携わっていたヤマハ発動機のエンジン系譜に4A-GEエンジンの記載が一切存在していないため。。

レギュラーガソリン仕様の初期型では可変吸気システムであるT-VISが採用されていたが、その後廃止されたうえでプレミアムガソリン対応となり、AE101型に搭載されたモデルでは、前述の20バルブ方式を採用した上でトヨタのメカニカル式可変バルブタイミングシステムである「VVT」が採用され、パワーと扱いやすさと燃費を向上させている。

なお、エンジンの出力向上の要因として

無鉛プレミアムガソリンの普及。
エンジン制御用のコンピューターの性能向上。があげられる。

また、アフターマーケットの一部では排気量をアップして4.5A-G、5A-G、5.5A-G、7A-G、8A-Gと名づけられたチューニングエンジンが存在する事が知られており、それぞれの内径×行程/排気量は

4.5A-G ‥ 内径アップ
83 mm×77 mm/1,666cc
5A-G ‥ HKS製5A-Gキット等による行程アップ
81 mm×83 mm/1,710cc
5.5A-G ‥ HKS製5A-Gキット等を用いたものをさらに内径アップ
83 mm×83 mm/1,796cc
7A-G ‥ ハイメカツインカム7A-FEのブロックを流用
81 mm×85.5 mm/1,762cc
8A-G ‥ ハイメカツインカム7A-FEのブロックを流用し内径アップ
1,850cc程度となっている。これらはトヨタのエンジン名称規則から外れた名前で呼ばれているため誤解を生むケースも多々あるが、概ね名称規則から大きく逸脱していないために俗称として呼ばれている。

なお、4A-GEUと4A-GELUの違いはエンジンの搭載方法が縦置きか横置きかの違いだけであり、縦置き形式のエンジンの生産が終了した後には"L"の表記は無くなった。

長らくトヨタのスポーツツインカムエンジンの代表格として存在しており、エンジンの流用も盛んであった。代表的な例では、E70型カローラ/スプリンター系の車種に4A-GEを換装するものである。同車には当機のベースとなった3A-Uを搭載しているグレードがあり、これのマウントを使用することで容易に換装が可能であった。また、元々4A-GEを搭載していた車種に、それ以降の世代の4A-GEを換装する例も珍しくない。

現在の生産車には一切搭載されておらず、後継の2ZZ-GEもエリーゼ用としてロータスに供給されているものの、トヨタに搭載車種はない。フォーミュラトヨタ・レーシングスクールでの利用も2013年で終了した。

2. バリエーション
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2.1. 自然吸気
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2.1.1. 16バルブ
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1983年5月
名称 4A-GEU
排気量 1,587cc
内径×行程 81.0 mm×77.0 mm
圧縮比 9.4
最高出力 130PS/6,600rpm
最大トルク 15.2kg・m/5,200rpm
使用燃料 レギュラーガソリン
通称 青文字
1984年6月
名称 4A-GELU
排気量 1,587cc
内径×行程 81.0 mm×77.0 mm
圧縮比 9.4
最高出力 130PS/6,600rpm
最大トルク 15.2kg・m/5,200rpm
使用燃料 レギュラーガソリン
1987年5月
名称 4A-GELU
排気量 1,587cc
内径×行程 81.0 mm×77.0 mm
圧縮比 9.4
最高出力 120PS/6,600rpm
最大トルク 14.5kg・m/5,200rpm
使用燃料 レギュラーガソリン
通称 赤文字、キューニー前期
1989年5月
名称 4A-GEU
排気量 1,587cc
内径×行程 81.0 mm×77.0 mm
圧縮比 10.3
最高出力 140PS/7,200rpm
最大トルク 15.0kg・m/6,000rpm
使用燃料 プレミアムガソリン
通称 ハイコン、カバー付、キューニー後期

2.1.2. 20バルブ
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1991年6月
名称 4A-GE
排気量 1,587cc
内径×行程 81.0 mm×77.0 mm
圧縮比 10.5
最高出力 160PS/7,400rpm
最大トルク 16.5kg・m/5,200rpm
使用燃料 プレミアムガソリン
通称 銀ヘッド
1995年5月
名称 4A-GE
排気量 1,587cc
内径×行程 81.0 mm×77.0 mm
圧縮比 11.0
最高出力 165PS/7,800rpm
最大トルク 16.5kg・m/5,600rpm
使用燃料 プレミアムガソリン
通称 黒ヘッド

2.2. 過給機付
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1986年8月
名称 4A-GZE
排気量 1,587cc
内径×行程 81.0 mm×77.0 mm
圧縮比 8.0
最高出力 145PS/6,400rpm
最大トルク 19.0kg・m/4,400rpm
使用燃料 レギュラーガソリン
1989年5月
名称 4A-GZE
排気量 1,587cc
内径×行程 81.0 mm×77.0 mm
圧縮比 8.9
最高出力 165PS/6,400rpm
最大トルク 21.0kg・m/4,400rpm
使用燃料 プレミアムガソリン
1991年6月
名称 4A-GZE
排気量 1,587cc
内径×行程 81.0 mm×77.0 mm
圧縮比 8.9
最高出力 170PS/6,400rpm
最大トルク 21.0kg・m/4,400rpm
使用燃料 プレミアムガソリン

3. 評価・特別仕様
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4A-GEは丈夫ではあるものの、他の一昔前の高回転型・自然吸気エンジンと同じように低～中回転域のトルクに乏しく、一般に街乗りには不向きとされる。AE101搭載以降には、VVTを採用するなどし、トルクの改善とともに燃費向上が図られた。しかし、レブリミットの7700rpmまでわずか0.78秒で到達するシャープな吹け上がりで絶大な支持を得た。　

3.1. チューニングベースとして
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基本設計が現代のエンジンと比較してシンプルな構造であり、競技用のチューニングベースとされる。これには20バルブのモデルと16バルブのモデルとがある。20バルブ版は燃焼室の形状の複雑さゆえ圧縮比を上げるとノッキングが発生しやすく、チューニングには組み付け精度と加工技術が必要とするが、クランクシャフト・コネクティングロッド・ピストン等は優れている。一方で16バルブ版は燃焼室の形状がシンプルゆえに圧縮比を上げるのが容易である。チューニングする方法としてAE92後期のヘッドと20バルブの腰下をベースに仕上げる方法があるが、複雑なうえ耐久性に乏しくなりがちである。

シリンダーブロックの強度を検証すると、200馬力を超えたときの耐久性が極端に低下することが分かっている。自然吸気のものはベースが基本的に3A-Uや4A-ELUと同等であり、20バルブのものはリブ形状からスーパーチャージャー用と同程度の強度を保っているとされる。

3.2. 商品化されなかった仕様
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AW11型MR2のマイナーチェンジの際にスーパーチャージャー仕様車が追加されたが、開発段階ではターボ仕様車も用意されており、比較検討の上、中低速の出力特性及びレスポンスに優れるスーパーチャージャー仕様が採用・市販された事をエンジン開発担当者が明かしている。

3.3. 水素エンジン仕様
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2023年1月13日に東京オートサロン2023にてAE86型スプリンタートレノに搭載されている4A-GEU型エンジンを水素仕様のインジェクターや点火プラグ、MIRAI用燃料供給系統へ変更するなどして改造した水素仕様の4A-GEU型エンジンが発表された。

この水素4A-GEUは既に研究が進められている直噴ターボの水素仕様G16E-GTSとは異なったメカニズムを踏襲した改造が施されている。

最高出力に関しては、ベースの4A-GEUがガソリンでのストイキ燃焼を狙った設計であり、その構造を変えずに水素のストイキ燃焼を行なおうと水素吐出量を抑えていること、精密な燃料噴射制御が難しいことなどがあり、通常の最高出力の半分以下、具体的な数値は30psほどの出力で留まっている。

4. 搭載車種
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カローラ/スプリンター
カローラワゴンBZ-ツーリング
カローラレビン/スプリンタートレノ
カローラセレス/スプリンターマリノ
カローラFX
スプリンターカリブ
スプリンターシエロ
カローラGT/スプリンターGT
シボレー・ノヴァ
ジオ・プリズム
コロナ/カリーナ
セリカ
MR2

5. 脚注
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5.1. 注釈
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5.2. 出典
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6. 関連項目
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トヨタのエンジン型式命名規則
トヨタのエンジン系列名
トヨタのエンジン型式一覧
トヨタ・T型エンジン
トヨタ・G16E-GTS
フォーミュラ・トヨタ
アトランティック・チャンピオンシップ