エンジン車の逆襲! ③

マツダ「SKYACTIV」を解剖（１） -3

エンジンだけでリッター30kmの燃費

日経Automotive Technology

2011年１月号の記事を基に再構成

以下引用

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マツダ「SKYACTIV」を解剖という記事がありましたのでシリーズで転写していきます。
そんなことは知っているという方はスルーしてください。

興味のある方は、どのようにして作られてきたのか、一緒に辿ってみてください。


マツダの次世代車両技術「SKYACTIV」は、エンジン、変速機、車体、シャシーといったクルマの
基本部分をすべて刷新するという大型プロジェクトから生まれた。モータによるアシストなし30
km/Lの燃費を実現するために、ガソリンエンジンでもディーゼルエンジンでも圧縮比（ピストンが
最も下がっている点のシリンダ内の容積と最も上がったときの同容積の比）を14.0とし、車体質
量を100kgも軽量化――。本連載では、画期的な数字を達成した同技術の全貌に迫る。


これまで圧縮比が10程度にとどまっていたのは、ノッキング（異常燃焼）の発生が避けられなかっ
たからだ。ノッキングを起こさないためには「圧縮上死点温度」（圧縮行程でピストンが最も上の
位置にあるときの温度）を下げる必要がある。マツダが着目したのは、燃焼室から排気されない
で残る高温の「残留ガス」だ。残留ガスが多いと、次の行程でシリンダ内に新鮮な外気を吸い込
んでも混ざり合って温度が上がってしまう。それを圧縮するから、さらに圧縮上死点温度が上が
ってしまうのだ。


　
図形的に考えると、圧縮比が10.0のエンジンでは、ピストンが上死点に達してもシリンダ内に燃焼
ガスが10％残る。マツダの計算によれば、残留ガスの温度が750℃、新気温度25℃の場合、残留
ガスが10％あると、圧縮上死点の温度は160℃も上昇する。


逆に、例えば8％あった残留ガスの量を4％に半減できれば、圧縮比を11.0から14.0に上げたとし
ても、圧縮上死点温度は上昇しないという。



■排気マニホールドを長く


残留ガスを減らすうえで障害になったのが排気マニホールドだった。最近のエンジンは、始動後
すぐに触媒の温度を上げて反応を活性化させるために、なるべく排気マニホールドを短くし、エン
ジン直後に触媒を配置する構造のものが多い。しかし排気マニホールドの集合部までの距離が
短いと、図８の上に示すように、3番気筒の排気バルブが開いた直後に発生する高い排気圧が、
ちょうど排気バルブと吸気バルブの両方が開いているオーバーラップ状態の1番気筒に届く。
一度排出された排ガスは燃焼室内に押し戻されるので、高温の残留ガスが増えてしまう。




図８「4－2－1排気システム」を採用　　短い排気マニホールドの配置（上）だと、3番気筒の
排気バルブが開いた直後に発生する高い排気圧が、ちょうど排気バルブと吸気バルブの
両方が開いているオーバーラップ状態の1番気筒に届く。この結果、一度排出された排
ガスが燃焼室内に押し戻され、高温の残留ガスが増えてしまう。4－2－1排気システム
（下）だとこれが避けられ、残留ガスを減らせる。


これを避けるために、マツダは排気マニホールドの長さを伸ばした「4－2－1排気システム」を
採用した。4本の流路をまず2本にまとめ、次に1本にまとめる方式で、それぞれの気筒間の距
離が同じになるようにした。


残留ガスを低減し、実用域のトルクを向上させるためには600mmという長い管長が必要となった。
マツダは環状に巻いた「Loop型排気管」を採用することで省スペース化を図っている（図９）
が、それでも前述のように、排気マニホールドが従来よりも場所をとるのは事実だ。




図９　環状に巻いてコンパクト化を図った4－2－1排気システム



この排気システムの問題は、触媒までの距離が長くなるため、排ガスの温度が低下し、触媒の
活性化が遅くなることだ。エンジン始動後すぐの段階だけ、燃焼行程における点火時期をわざと
遅らせれば排ガス温度を高めることができるものの、燃焼が不安定になってしまう。


　
そこで新型ガソリンエンジンでは、ピストン上面にキャビティ（くぼみ）を設け、点火プラグ周辺に
濃い混合気を形成することで、点火時期を遅らせても燃焼を安定化することに成功した。
こうした燃焼の改善に加えて、エンジン各部の摩擦損失低減にも取り組み、全体では2割程度
減らした。　（次回に続く）

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スカイアクティブエンジンはこのようなピストン内部と排気システムの改良によりできていたん
ですねー

知らなかった(汗) 　エンジンの効率化はEU圏では早くから始まっていましたからねー