トヨタの自動車用直列3気筒のガソリンエンジンとしては2004年にダイハツ工業と共同開発した1.0LのKR型以来、約16年ぶりであり、トヨタの独自開発としては史上初の3気筒となるM15A型の、コンベンショナル(非HV)専用ガソリンエンジンである。可変バルブタイミング機構付きのDOHC12バルブで、吸気側にVVT-iW、排気側にVVT-iが採用されている。
M20A-FKSのボアストローク比を維持したまま3気筒化して開発されているが、以下のようにM20Aとは異なる部分が多い（データは全て発売時の4代目ヤリスのもの）[1]。
- アイドリング時における3気筒特有の偶力振動を相殺するため、1次バランサーシャフトを備える。
- 車の性格に合わせてパワーより燃費に振っており、圧縮比が14に高められている。
- 費用対効果の関係で、燃料噴射システムはM20Aの直噴・ポート併用のD-4Sに対して、M15Aは直噴のみのD-4を用いている。
- ピストンや冷却系などは新たに設計し直し、駆動ロスや流路抵抗などを低減している。
- 補機ベルトやタイミングチェーンなど、少気筒化でも損失が減らない部分のロスが相対的に大きくなってしまう関係で、スペック上の熱効率はM20Aより少し低く39%となっている（ハイブリッド版のM15A-FXEは40%）。
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