これぞマツダの『プロジェクトX』か? “夢のエンジン”の進化を消費者は理解出来るのか(GQ JAPAN)
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マツダは新世代ガソリン・エンジンのSKYACTIV-Xをアップデートする。アップデート版の発売タイミングは2021年初頭の予定だ。最大トルクは現行SKYACTIV-X比16Nmアップの240Nm/4500rpm(社内測定値。以下同)、最高出力は8kW(10ps)アップの140kW(190ps)/6000rpmになるという。ハードウェアを変更せずソフトウェアの変更のみでこれらの性能向上を実現することもあり、現行SKYACTIV-Xユーザーへの無償アップデートを検討しているそうだ。
国内では2019年12月から販売開始されたSKYACTIV-Xは、ガソリンエンジンで圧縮着火を制御する技術を世界で初めて実用化した画期的なエンジンだ。既存のガソリンエンジンは、燃料(ガソリン)と空気をよく混ぜた状態にした混合気に点火プラグで火を点ける。すると、火花を基点に燃焼が広がっていく。
圧縮着火は、燃料と空気をよく混ぜるところまでは火花点火と同じであるものの、点火プラグは用いず、圧縮による温度上昇を利用して自己着火させる。自己着火のメリットは、後述する“リーン”な混合気を燃焼させることができる点だ。熱効率を高めていくことがエンジン開発のひとつの理想であるとすれば、その理想に近づける開発の方向は極論すれば2点に絞ることができ、1つは圧縮比を高めること。もう1つは比熱比を高めることだ。
比熱比は混合気をリーンにしていくほど高くなる。ガソリンと空気が過不足なく燃焼する空気と燃料の質量の比は14.7:1で、これより空気の比率が高い状態をリーンと呼ぶ(逆に、燃料の比率が高い状態はリッチ)。リーンにしていくと、混合気は文字どおり薄くなるので、点火プラグでは着火しにくくなる。だから、圧縮比を高めて(熱効率が高くなる一要素だ)圧力を高め、高温状態にして自己着火させるのだ。
圧縮着火が優れているのは、リーンな混合気を燃焼させられることだけではない。点火プラグの電極を基点に燃え広がる火炎伝播燃焼と違って、燃焼室全体で同時多発的に燃焼が始まるため、燃焼が速い。点火プラグを用いた火炎伝播燃焼の反応が、しばらくチカチカしてから点灯する蛍光灯なら、圧縮着火はさしずめLEDだ。スイッチを入れた瞬時に光るがごとく、瞬時にパッと燃える。だから、燃焼エネルギーが圧力に変換される効率が高く、熱効率が向上する。効率の