清水和夫メールマガジン～自動車大航海時代～
2011年6月25日 第13号
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ShimizuKazuo.com／Startyourengines.jp
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マツダ新時代の幕開けはすぐそこ
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２０１１年６月３０日、マツダからＳＫＹＡＫＴＩＶのデビュー作となるデミオが発売されます。とりあえずはガソリンエンジンのみですが、ここからマツダが一時代を築くかどうかの大きな分岐点に立っていることは間違いありません。そこであらためて「ＳＫＹＡＫＴＩＶ－Ｇ」（ガソリン直噴）と「ＳＫＹＡＫＴＩＶ－Ｄ」（ディーゼル）の革新性を正しく理解するために、まずガソリンエンジンとディーゼルエンジンの違いをおさらいしてみたいと思います。
まず使われる燃料の違いを理解しないとガソリンとディーゼルエンジンを正しく理解することはできません。ガソリン燃料はディーゼルで使う軽油と同じ石油から作られますが、空気と混ざりやすいですけれど燃えにくい性質を持っています。たとえばガソリンが入った容器に火の着いたマッチ棒を突っ込んでも火は着きません。また、床にガソリンをこぼした時に燃え始めるのは、こぼれた部分ではありません。ガソリンが気化して空気と混ざった所に火が着くのです。その証拠にガソリンエンジンは燃焼するためにプラグ（火種）が必要なのです。
一方、ディーゼルエンジンの燃料となる軽油はガソリンとは異なり、燃えやすいが空気と混ざりにくいという性質を持っています。混ざりやすいけれど燃えにくいガソリンの場合は、実際の燃焼はガソリンと空気の混合気を筒（ピストン）の中でぎゅっと圧縮、そこに火花（プラグ）で着火します。いっぽうの混ざりにくいけれど燃えやすいディーゼルの場合、筒の中では空気だけが圧縮されます。従来のディーゼルはガソリンよりも圧倒的に高い圧力で圧縮され、高温となった空気に軽油を噴射すると自然着火するのです。このようにガソリンとディーゼルはまるで性質が異なる内燃機関であることは、実は燃料の性質
の違いからくるものなのです。
「ＳＫＹＡＫＴＩＶ－Ｇ」と「ＳＫＹＡＫＴＩＶ－Ｄ」で驚いたのは、仕組みが違うガソリンエンジンとディーゼルエンジンであるのに、「１４」という共通の圧縮比を持つことです。市販モデルの中でも圧縮比が高いとされるポルシェやアウディの直噴エンジンの圧縮比が１２．５～１２．６、最新のメルセデスのＶ６エンジンでも１２．２。そのことを思えば、「ＳＫＹＡＫＴＩＶ－Ｇ」がいかに高圧縮であるかがおわかりいただけると思います。
逆に、「ＳＫＹＡＫＴＩＶ－Ｄ」はディーゼルの常識を打ち破る低い圧縮比の限界に挑んでいます。ポスト新長期規制をクリアした日産のクリーンディーゼルが１５．６、三菱のクリーンディーゼルが１４．９なのですから「ＳＫＹＡＫＴＩＶ－Ｄ」の圧縮比の低さは際立っているといえます。では、なぜガソリンは高圧縮に挑み、ディーゼルは低圧縮を追求するのでしょうか？
まずはガソリンエンジンから深掘りしてみましょう。圧縮比を高めれば高めるほど、排気量や燃料の量が同じでもピストンを動かす力が強くなるということはご理解いただけると思います。したがって圧縮比が高いと熱効率が高まります。同じ量の燃料を燃やすのであればパワーとトルクが増し、同じ大きさのトルクを得るのであれば、より少ない燃料でまかなうことができるのです。
圧縮比を上げればパワーも上がって燃費も上がると、いいことずくめのようです。しかし、ここで高圧縮比を阻む要因が表れる。圧縮比が高すぎるとノッキング（異常燃焼）によってトルクが下がってしまうのです。したがって自動車メーカー各社がどんなにがんばっても、圧縮比は１２台なかばから後半が精一杯のところでした。従来から高い圧縮比を持つ高性能エンジンはハイオクガソリンを使うことがあります（高いオクタン価やノッキングのしにくさ）。しかし、「ＳＫＹＡＫＴＩＶ－Ｇ」は欧州で流通している「９５オクタン」の燃料をベースに開発されています。
さて、ノッキングを防ぐための「ＳＫＹＡＫＴＩＶ－Ｇ」の技術的ブレークスルーは意外なことにタコ足でした。ノッキングの発生要因を調べると、シリンダー内の残留ガスが“主犯”であり、これを捕まえるのがタコ足なのだ。ご存じのように、４ストロークエンジンは（１）吸入→（２）圧縮→（３）燃焼・膨張→（４）排気というサイクルで作動します。ここで、（４）の行程で燃焼ガスをすべて排気できていればいいのですが、実際はシリンダー内にガスが滞留してしまいます。これが残留ガスです。
マツダの試算では、７５０℃の高温残留ガスが１０％残ったとすると、吸気温度が７２℃も上がったのと同じことになってしまうというのです。ここでマツダは知恵を絞り、「４－２－１」形状の排気系を開発しました。この長いタコ足のおかげで、残留ガスは８％から４％に半減しました。残留ガスが減ったということは温度を下げることに成功し、フレッシュな空気が入ってくるということでもあります。結果として、圧縮比を従来より３ほど高くすることができたといいます。
圧縮比が３高くなると燃費が８～９％向上するとマツダは謳っています。ただし、排気系が長くなると今度は触媒の温度が下がり、触媒の浄化能力が低下してしまうという“痛し痒し”が起こるのです。ホンダのシビック・タイプＲは、これが理由でステージから姿を消してしまったわけですが、マツダはうまい解決策を見つけました。バルブタイミングとバルブのリフト量を可変とする装置を活用、排気バルブから掃気されたうちの一部を触媒に持って行ったのです。これで触媒の浄化能力は維持されることとなったのです。
タイプＲを思うと、“タコ足の光と影”だと言えるでしょう。ほかにも、高圧縮にしてもノッキングしないようにピストン上面の形状を工夫するなど、細部にまで気を配ることで「１４」という驚異的な高圧縮比を実現しているのです。
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