【専門記者が振り返る】自動車エンジン、この1年――1月には25.5km/L、12月には30.2km/L - クルマ - Tech-On！
-EV(電気自動車)、HEV(ハイブリッド車)が話題の中心にあるため気付かれにくいのだが、ことしは自動車用のガソリンエンジンにとって近年稀に見る“当たり年”だった。国内メーカー、燃費関連に絞っても注目すべきエンジンが数多く登場した。
1月20日----浜松発
スズキは新エンジン「R06A」を載せた軽自動車「MRワゴン」を発売した。「MRワゴン」を手始めに、「ジムニー」を含む軽自動車のエンジンをすべて置き換えていく計画だ。先代のエンジン「K6A」が1994年に登場しているから、17年ぶりの新エンジンということになる。軽自動車用のエンジンは、そのくらい長い間造り続けて設備に投じた資金を回収することで経済的に成立している。逆に言うと、17年先までのことを見越したエンジンということになる。
「K6A」で68mmあったボアを64mmと小さく、燃焼室を狭くした。日本特殊陶業が供給するM10のプラグを使い、「K6A」より大きな弁を小さなボアに収めた。自然吸気、2輪駆動車の10・15モード燃費は25.5km/L。1月の段階では十分に誇れる数字であり、年末に30km/Lをめぐる攻防が繰り広げられることは記者も予測していなかった。
続く3月10日、スズキは「MRワゴン」に
アイドリングストップ機構付きの車種を追加し、10・15モード燃費を27.0km/Lに高めた。燃費に対するアイドリングストップの寄与率は極めて高い。以下に紹介する車種はすべてアイドリングストップがついている。
6月30日----広島発
マツダは新世代ガソリンエンジン「SKYACTIV-G1.3」を積んだ「デミオ」を発売した(図1)。10・15モード燃費は30km/L。排気量1.3Lの直噴ガソリンエンジン。圧縮比は量産ガソリンエンジンとしては世界最高の14として熱効率を上げた。
SKYACTIV-Gは本来、4-2-1と合流する排気マニホールドを使う。排気の干渉を防ぎ、既に燃えたガスを完全に追い出すことによってノックしにくくし、圧縮比を上げるという設計方針だった。デミオは部分改良であり、車体の寸法を変えられなかったため4-2-1の排気系が入らない。このための4-1のマニホールドとし、燃費、動力性能、価格のすべてを追求することをあきらめた。動力性能、価格を少し妥協しながら燃費を優先した。
9月20日----池田発
ダイハツ工業はJC08モード燃費が30km/Lからの軽自動車「ミライース」を発売した。10・15モードは32km/L。従来の「ミラ」に比べて40％向上した。スズキより一足早く代替わりを済ませていた「KF」エンジンを基本に、圧縮比を10.8から11.3に上げた。燃焼室のヘッド側の壁を薄くし、冷却水までの熱伝導距離を短くすることによって壁面温度を下げ、ノックを抑えた。
エンジンには燃焼室内のイオンを計測する「イオン電流燃焼制御」をEGR（排ガス再循環）量の制御に使った。イオン電流を測るセンサは元からあるプラグ。プラグを本来の目的である点火に使ったあと、燃焼行程でプラグに電圧を掛ける。燃焼している状態では燃焼室内にイオン電子が発生するため、プラグと燃焼室壁面の間に電圧がかかると、燃焼圧力とほぼ同じ特性のイオン電流が流れる。この原理で燃焼が悪化しそうかどうかを判断する。
同社のエンジンはできるだけ多くのEGRを送り込み、エンジンのポンプ損失を小さくする方針で制御する。ところがEGR量が多すぎると燃焼が悪化し、最後には失火してしまう。今までは燃焼が悪化しない範囲で余裕を持って制御していた。イオン電流センサによって燃焼の悪化を監視できるようになったため、もっと“攻めた”制御をし、EGR量を増やすことができた。
9月27日----広島発
イースの発表から1週間後、マツダは「アクセラ」を部分改良し、前輪駆動車に「SKYACTIV-G2.0」エンジンを積んだ。15インチのタイヤを装着した車種の燃費は20km/L（10・15モード）、17.2～17.6km/L（JC08モード）で、排気量2.0Lクラスのガソリン車で首位だ。
動力性能も向上し、最大トルクは194N・m/4100rpm、最高出力は113kW/6000rpm。0-100km/hの加速時間を前モデルより7％短く、100-120km/hの加速時間を22％短くした。車両本体価格は消費税込みで166万～267万8000円。スカイアクティブエンジンの載る車種は燃費、動力性能が上がったにもかかわらずハッチバックの「20C-SKYACTIV」「20S-SKYACTIV」、セダンの「20C-SKYACTIV」の3車種が価格据え置き、セダンの「20E-SKYACTIV」だけを1万円上げた。
4-1の排気系を使う点はデミオと同じ。デミオでは外部EGRを水冷することによってノッキングを抑え、14を達成したが、アクセラでは内部EGRだけとし、12に抑えた。デミオはひとえに燃費を追求したが、アクセラは燃費と動力性能、さらに価格までのバランスをとった。4-2-1排気系を持つ本格的なSKYACTIVが登場するのは2012年への宿題となった。
10月20日----岡崎発
三菱自動車は「RVR」を部分改良し、エンジンを排気量1.8L、SOHCの「4J10」に積み換えた(図2)。続く27日、「ギャラン フォルティス」「ギャラン フォルティス スポーツバック」にも同じエンジンを積んで部分改良した。それまで使っていたDOHCの「4B10」エンジンと同じ出力、トルクを確保しながら燃費を向上させた。車種が多いので押しなべて言うと、10・15モード燃費が12％、JC08モード燃費が13～15％向上した。
連続可変の吸気弁機構の特徴はSOHC用であることと、一つの機構でリフトとタイミングを変えられることだ。カムを使った可変吸気弁機構にはドイツBMW社の「バルブトロニック」、トヨタの「バルブマチック」、日産自動車の「VVEL（Variable Valve Event & Lift）」などがあるが、これらはすべてDOHC用であり、変えられるのはあくまでもリフト量である。タイミングは僅かに変わるが、エンジンとして要求する幅には届かないため、カム軸とスプロケットの位相関係を変える機構を併用していた。この場合はDOHCにするしか選択肢はない。SOHCで位相を変える機構を使うと、吸気の位相を変えると排気も同じように変わってしまうからだ。
三菱は、カムの配置を工夫することにより、リフト量を減らすにつれて、弁が開く時期、閉じる時期がともに早くなるようにした。DOHCからSOHCとなってヘッドが小さくなる分と、可変機構を組み込んで大きくなる分が相殺し、エンジンはほぼ同じ高さに収まった。今回は部分改良であり、エンジンフードなどは以前と変わっていない。
12月13日----浜松発
スズキは「アルトエコ」を発売した(図3)。1月に登場したばかりの「R06A」エンジンを改良して積んだ結果、「ミライース」の30.0km/Lをわずかに上回るJC08モード燃費、30.2km/Lを達成した。JC08モード燃費の差はわずか0.2 km/L、10・15モードは同じであるが、ミライースは3カ月足らずで首位から滑り落ちた。
クランク軸を支える軸受のメタル幅を今までより10％狭くして接触する面積を減らし、摩擦抵抗を減らした。これは過給エンジンとの共用をあきらめ、専用のクランク軸としたおかげだ。ピストンスカートの樹脂コーティングは、今までは均一にしていたが、波状のパターンに改めた。これで樹脂のない部分に潤滑油がたまる。波状なので、油は上死点では上に凸の所にたまり、下死点では下に凸の所にたまって安定した油膜を作る。接触面積が減ったこともあって摩擦損失が減った。
ピストンリング3本のうちトップリング、オイルリングの2本のコーティングをCrN（窒化クロム）からDLC（ダイヤモンド・ライク・カーボン）に変えた。特にアイドリングストップからの再始動など、油膜ができにくい状況で、摩擦抵抗を減らせる。
というわけで今年の日本車のエンジンの進化の様子です。今年は様々な省燃費エンジンが出てきましたね。
1月のMRワゴンに搭載された新型軽自動車エンジンR06Aで当時軽最高タイの27km/lを達成しています。このエンジンは今のところMRワゴンのみですがジムニーまでこのエンジンは搭載されるようです。
6月はマツダのスカイアクティブです。これもなかなか画期的でしたね。30km/lという値にこだわってきたと思います。マイナーチェンジだったためこのエンジンの本領は発揮していない感じですがそれでもHVなしで30km/lはエポックメイキングな気がします。
9月のミライースはエコカー=高価という常識を覆した車ですね。他の性能は程々で街乗り軽という感じですがそれでもこの低燃費はお見事ですね。ダイハツはこのエンジンに順次乗せ買えています。
10月の三菱の新MIVECはおせーよという感じです。05年のモーターショーに出ていたものですよ。これは。11年現在の世の中に出しても恥ずかしくないものですがあと3年以上は早く出せました。最近の三菱は出し惜しみしすぎです。
12月のアルト・エコはもはや意地ですね。これは。JC08モードで30.2km/lの低燃費を達成するのに一番貢献したのはエンジンよりも20lしかはいらないガソリンタンクだと思いますがね。エンジン自体も色々と改良されていますね。
でもいろいろ改良されても燃費重視なのが残念ですね。気持ちよく走るということに重点をおいた車・エンジンを出してもいいと思うのですが。これではただ燃費のために見えてしまって車の個性がはっきりしなくなっているような気がします。低燃費化だけでなくもっとちがったアプローチの車がないと寂しいですね。もっとバラエティに富んだ車種展開を今後は期待します。
-EV(電気自動車)、HEV(ハイブリッド車)が話題の中心にあるため気付かれにくいのだが、ことしは自動車用のガソリンエンジンにとって近年稀に見る“当たり年”だった。国内メーカー、燃費関連に絞っても注目すべきエンジンが数多く登場した。
1月20日----浜松発
スズキは新エンジン「R06A」を載せた軽自動車「MRワゴン」を発売した。「MRワゴン」を手始めに、「ジムニー」を含む軽自動車のエンジンをすべて置き換えていく計画だ。先代のエンジン「K6A」が1994年に登場しているから、17年ぶりの新エンジンということになる。軽自動車用のエンジンは、そのくらい長い間造り続けて設備に投じた資金を回収することで経済的に成立している。逆に言うと、17年先までのことを見越したエンジンということになる。
「K6A」で68mmあったボアを64mmと小さく、燃焼室を狭くした。日本特殊陶業が供給するM10のプラグを使い、「K6A」より大きな弁を小さなボアに収めた。自然吸気、2輪駆動車の10・15モード燃費は25.5km/L。1月の段階では十分に誇れる数字であり、年末に30km/Lをめぐる攻防が繰り広げられることは記者も予測していなかった。
続く3月10日、スズキは「MRワゴン」に
アイドリングストップ機構付きの車種を追加し、10・15モード燃費を27.0km/Lに高めた。燃費に対するアイドリングストップの寄与率は極めて高い。以下に紹介する車種はすべてアイドリングストップがついている。
6月30日----広島発
マツダは新世代ガソリンエンジン「SKYACTIV-G1.3」を積んだ「デミオ」を発売した(図1)。10・15モード燃費は30km/L。排気量1.3Lの直噴ガソリンエンジン。圧縮比は量産ガソリンエンジンとしては世界最高の14として熱効率を上げた。
SKYACTIV-Gは本来、4-2-1と合流する排気マニホールドを使う。排気の干渉を防ぎ、既に燃えたガスを完全に追い出すことによってノックしにくくし、圧縮比を上げるという設計方針だった。デミオは部分改良であり、車体の寸法を変えられなかったため4-2-1の排気系が入らない。このための4-1のマニホールドとし、燃費、動力性能、価格のすべてを追求することをあきらめた。動力性能、価格を少し妥協しながら燃費を優先した。
9月20日----池田発
ダイハツ工業はJC08モード燃費が30km/Lからの軽自動車「ミライース」を発売した。10・15モードは32km/L。従来の「ミラ」に比べて40％向上した。スズキより一足早く代替わりを済ませていた「KF」エンジンを基本に、圧縮比を10.8から11.3に上げた。燃焼室のヘッド側の壁を薄くし、冷却水までの熱伝導距離を短くすることによって壁面温度を下げ、ノックを抑えた。
エンジンには燃焼室内のイオンを計測する「イオン電流燃焼制御」をEGR（排ガス再循環）量の制御に使った。イオン電流を測るセンサは元からあるプラグ。プラグを本来の目的である点火に使ったあと、燃焼行程でプラグに電圧を掛ける。燃焼している状態では燃焼室内にイオン電子が発生するため、プラグと燃焼室壁面の間に電圧がかかると、燃焼圧力とほぼ同じ特性のイオン電流が流れる。この原理で燃焼が悪化しそうかどうかを判断する。
同社のエンジンはできるだけ多くのEGRを送り込み、エンジンのポンプ損失を小さくする方針で制御する。ところがEGR量が多すぎると燃焼が悪化し、最後には失火してしまう。今までは燃焼が悪化しない範囲で余裕を持って制御していた。イオン電流センサによって燃焼の悪化を監視できるようになったため、もっと“攻めた”制御をし、EGR量を増やすことができた。
9月27日----広島発
イースの発表から1週間後、マツダは「アクセラ」を部分改良し、前輪駆動車に「SKYACTIV-G2.0」エンジンを積んだ。15インチのタイヤを装着した車種の燃費は20km/L（10・15モード）、17.2～17.6km/L（JC08モード）で、排気量2.0Lクラスのガソリン車で首位だ。
動力性能も向上し、最大トルクは194N・m/4100rpm、最高出力は113kW/6000rpm。0-100km/hの加速時間を前モデルより7％短く、100-120km/hの加速時間を22％短くした。車両本体価格は消費税込みで166万～267万8000円。スカイアクティブエンジンの載る車種は燃費、動力性能が上がったにもかかわらずハッチバックの「20C-SKYACTIV」「20S-SKYACTIV」、セダンの「20C-SKYACTIV」の3車種が価格据え置き、セダンの「20E-SKYACTIV」だけを1万円上げた。
4-1の排気系を使う点はデミオと同じ。デミオでは外部EGRを水冷することによってノッキングを抑え、14を達成したが、アクセラでは内部EGRだけとし、12に抑えた。デミオはひとえに燃費を追求したが、アクセラは燃費と動力性能、さらに価格までのバランスをとった。4-2-1排気系を持つ本格的なSKYACTIVが登場するのは2012年への宿題となった。
10月20日----岡崎発
三菱自動車は「RVR」を部分改良し、エンジンを排気量1.8L、SOHCの「4J10」に積み換えた(図2)。続く27日、「ギャラン フォルティス」「ギャラン フォルティス スポーツバック」にも同じエンジンを積んで部分改良した。それまで使っていたDOHCの「4B10」エンジンと同じ出力、トルクを確保しながら燃費を向上させた。車種が多いので押しなべて言うと、10・15モード燃費が12％、JC08モード燃費が13～15％向上した。
連続可変の吸気弁機構の特徴はSOHC用であることと、一つの機構でリフトとタイミングを変えられることだ。カムを使った可変吸気弁機構にはドイツBMW社の「バルブトロニック」、トヨタの「バルブマチック」、日産自動車の「VVEL（Variable Valve Event & Lift）」などがあるが、これらはすべてDOHC用であり、変えられるのはあくまでもリフト量である。タイミングは僅かに変わるが、エンジンとして要求する幅には届かないため、カム軸とスプロケットの位相関係を変える機構を併用していた。この場合はDOHCにするしか選択肢はない。SOHCで位相を変える機構を使うと、吸気の位相を変えると排気も同じように変わってしまうからだ。
三菱は、カムの配置を工夫することにより、リフト量を減らすにつれて、弁が開く時期、閉じる時期がともに早くなるようにした。DOHCからSOHCとなってヘッドが小さくなる分と、可変機構を組み込んで大きくなる分が相殺し、エンジンはほぼ同じ高さに収まった。今回は部分改良であり、エンジンフードなどは以前と変わっていない。
12月13日----浜松発
スズキは「アルトエコ」を発売した(図3)。1月に登場したばかりの「R06A」エンジンを改良して積んだ結果、「ミライース」の30.0km/Lをわずかに上回るJC08モード燃費、30.2km/Lを達成した。JC08モード燃費の差はわずか0.2 km/L、10・15モードは同じであるが、ミライースは3カ月足らずで首位から滑り落ちた。
クランク軸を支える軸受のメタル幅を今までより10％狭くして接触する面積を減らし、摩擦抵抗を減らした。これは過給エンジンとの共用をあきらめ、専用のクランク軸としたおかげだ。ピストンスカートの樹脂コーティングは、今までは均一にしていたが、波状のパターンに改めた。これで樹脂のない部分に潤滑油がたまる。波状なので、油は上死点では上に凸の所にたまり、下死点では下に凸の所にたまって安定した油膜を作る。接触面積が減ったこともあって摩擦損失が減った。
ピストンリング3本のうちトップリング、オイルリングの2本のコーティングをCrN（窒化クロム）からDLC（ダイヤモンド・ライク・カーボン）に変えた。特にアイドリングストップからの再始動など、油膜ができにくい状況で、摩擦抵抗を減らせる。
というわけで今年の日本車のエンジンの進化の様子です。今年は様々な省燃費エンジンが出てきましたね。
1月のMRワゴンに搭載された新型軽自動車エンジンR06Aで当時軽最高タイの27km/lを達成しています。このエンジンは今のところMRワゴンのみですがジムニーまでこのエンジンは搭載されるようです。
6月はマツダのスカイアクティブです。これもなかなか画期的でしたね。30km/lという値にこだわってきたと思います。マイナーチェンジだったためこのエンジンの本領は発揮していない感じですがそれでもHVなしで30km/lはエポックメイキングな気がします。
9月のミライースはエコカー=高価という常識を覆した車ですね。他の性能は程々で街乗り軽という感じですがそれでもこの低燃費はお見事ですね。ダイハツはこのエンジンに順次乗せ買えています。
10月の三菱の新MIVECはおせーよという感じです。05年のモーターショーに出ていたものですよ。これは。11年現在の世の中に出しても恥ずかしくないものですがあと3年以上は早く出せました。最近の三菱は出し惜しみしすぎです。
12月のアルト・エコはもはや意地ですね。これは。JC08モードで30.2km/lの低燃費を達成するのに一番貢献したのはエンジンよりも20lしかはいらないガソリンタンクだと思いますがね。エンジン自体も色々と改良されていますね。
でもいろいろ改良されても燃費重視なのが残念ですね。気持ちよく走るということに重点をおいた車・エンジンを出してもいいと思うのですが。これではただ燃費のために見えてしまって車の個性がはっきりしなくなっているような気がします。低燃費化だけでなくもっとちがったアプローチの車がないと寂しいですね。もっとバラエティに富んだ車種展開を今後は期待します。
