【クルマ】マツダ、ついに“ダウンサイジング”に踏み切ったワケ

海江田三郎 ★

http://techon.nikkeibp.co.jp/atcl/news/15/120801471/

　マツダは2015年12月8日、北米で来春に発売する新型SUV（スポーツ・ユーティリティー・ビークル）「CX-9」
に搭載した排気量2.5Lの過給ガソリンエンジンを開発した狙いを説明した。従来は同3.5LのV型6気筒エンジンで、
“ダウンサイジング”した格好だ。マツダはかねて、ダウンサイジングエンジンに踏み切らなかった。なぜ開発に取り組んだのか。
　マツダ常務執行役員の人見光夫氏は、排気量を減らして機械損失を抑え、出力低下分を過給器で補
うダウンサイジングエンジンについて、これまで「モード燃費に優れるが、実用燃費が悪い」と主張してきた。
過給すると燃焼圧力が高くなり圧縮後の温度が上昇。異常燃焼（ノッキング）しやすくなる。このため
圧縮比を下げねばならないからだ。「排気量3割減のダウンサイジングで圧縮比は2～3、同5割減で5程度下がる」（人見氏）という。
　圧縮比が下がると、走行する全域でエンジンの熱効率は下がってしまう。
ただエンジンの排気量を減らしてダウンサイジングすると、機械損失の寄与率が大きな軽負荷域では、
圧縮比低下に伴う熱効率悪化分を機械損失の低減分が上回る。モード燃費試験は、
軽負荷域で走る比率が高い。このためダウンサイジングエンジンは、モード燃費性能を高めやすくなる。

　一方、機械損失の寄与率が低い高負荷域では燃費性能は悪くなる。圧縮比が下がることによる
効率低下分を機械損失の低減分で補えないからだ。実走行時は、軽負荷域も高負荷域もともに使う。
マツダが、ダウンサイジングエンジンは「実燃費性能が悪くなる」（人見氏）と考える最大の理由だ。
同エンジンの「圧縮比をむりやり高めても軽負荷域は良くなるが、高負荷域はもっと悪くなる」（同氏）という。

　しかもダウンサイジングすると、コストが高くなる。ターボチャージャーやインタークーラー
を追加することに加えて、ピストンやコンロッド、クランクシャフトなどの強度を高めねばならない。
　多くの弱点を抱えるとマツダが考えるダウンサイジングエンジン。それにもかかわらずマツダが今回取り組んだのは、
これらの課題を解決するメドが立ったからだ。カギを握るのが新開発の過給技術と、クールドEGR（排ガス再循環）である。
　「ダイナミック・プレッシャー・ターボ」と呼ぶマツダが独自に開発した過給技術で、排ガスの掃気効果を高め、
圧縮比の低下を1.5程度にとどめた。同技術は、排気管を太い流路と細い流路に分割し、
太い流路に弁を設けたもの。低速域で同弁を絞り、排ガスの流速を高めてタービンを速く回す。
このとき、排ガスを送る気筒とは別の気筒が「負圧になる現象を利用する」（人見氏）というのだ。
この負圧で筒内残留ガスを速く吸い出し、掃気効果を高める。筒内残留ガスが減ると筒内温度が下がり、
ノッキングを抑えられる。なお高速域では弁を開き、通常のターボと同様に動かす。クールドEGRについては、
冷やした排ガスを吸気側に戻すこと燃焼前の筒内温度を下げて、ノッキングを抑える。ポンピング損失も減らせる。

　圧縮比の低下が1.5程度ならば、燃費性能の悪化分をダウンサイジングに伴う機械損失の低減分で補える。
このためマツダはV型6気筒から直列4気筒に“ダウンサイジング”した。気筒数が減るため、
機械損失を大幅に下げられる。加えて気筒の配置をV型から直列にすることで、
吸排気弁や点火プラグなどの数を減らし、コストも質量も抑えられる。

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