マツダ・世界初のガソリンエンジンを開発から発売へ

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世界で初めての自然着火エンジンが搭載されます。

マツダが世界初の自然着火ガソリンエンジンを発売します。

ガソリンエンジンで自然着火はできないという概念を払拭しました。

マツダ SKYACTIV-X はこれまでのエンジンと何が違うのか…「HCCI」実用化、なぜできた? | レスポンス(Response.jp)
マツダの「SKYACTIV-X」の発表は、世界の自動車メーカーを驚かせたに違いない。エンジン技術者たちの永年の夢であった、ガソリンエンジンでの予混合圧縮着火(HCCI)を、実用化の水準へ持ち込んだからである。

ガソリンエンジンの基本

まずガソリンエンジンの燃焼サイクル

4サイクルガソリンエンジンの燃焼サイクルは 吸気 → 圧縮(点火) → 爆発 → 排気 となります。

吸気とは燃料であるガソリンと空気の混合気をエンジン内部に取り込むこと

圧縮は吸気で取り込んだ混合気を高圧に圧縮して燃焼スピード(爆発力)を高めます。

爆発は読んだままの工程で爆発してエンジンパワーが出力されます。

排気は燃焼し終わったガスをエンジン内部から排出します。

自然着火とは

ここでいうとガソリンになりますが、火元がなくてもガソリン自体が火元となって着火してしまうことを言います。

これには温度が大きく関係してて

ガソリン着火点400~500度

軽油300~400度 です。

ディーゼルエンジンは自然着火エンジンです。

エンジンの工程は4サイクルなのでガソリンと変わりません。

軽油の着火点は300~400です。

つまり、ガソリンよりも軽油のほうが自然着火しやすい性質を持ってます。

この特性を利用してディーゼルにはスパークプラグのような火元となる装置がありません。

空気は圧縮すると温度が上がります。

高圧に圧縮するほど温度が上がるので、ディーゼルエンジンは吸気段階では混合気ではなく空気だけを圧縮します。

圧縮して高温になった空気に対して軽油を霧化したものを燃焼室に噴射します。

ここで自然に発火し爆発して出力を得るのがディーゼルエンジンです。

ガソリンエンジンでは自然着火はエンジンが壊れる原因になりうる。

ガソリンの着火点は400~500度です。

ディーゼルエンジンの軽油と100度しか変わりません。

ガソリンエンジンでも同じ工程で自然着火エンジンができます。

圧縮空気で高温になったところに燃料を噴射すればガソリンエンジンでもディーゼルと同じように燃焼します。

違うのは燃料の燃え方で、引火点が低くノッキングがおこってエンジンが壊れてしまいます。

ガソリンの引火点-35~46度

軽油の引火点45~80度

氷点下でも何か火種があると燃えてしまう性質のあるガソリンは、圧縮点火によるこう圧縮だと小さな火種がエンジン内部に残ります。

これがきっかけで、本来燃えて欲しくないタイミングで燃料に引火してしまうのがノッキングです。

また、火炎伝播速度(火が燃え広がる速さ)も速いので的確にコントロールしたタイミングで点火しないとエンジンの性能を発揮することはできません。

細かいエンジンコントロールを書くと長くなるので割愛しますが、圧縮上死点手前10~15度あたりでスパークプラグによって点火します。

次世代ガソリンエンジン「SKYACTIV-X」

マツダはどうやって着火点を正確にしているのか

自然着火はスパークプラグなどの点火装置はないのですが、マツダのこのエンジンの場合はスパークプラグで着火するタイミングをコントロールするようですね。

言いかえれば、自然着火と点火着火のハイブリッドみたいなイメージでしょう。

自然着火エンジンの利点

まずいえるのが燃費性能でしょう。

少ないガソリンと多くの空気の混合気で希薄燃焼させれば当然燃費は向上します。

ですがガソリンを少なくすれば燃えにくくなりパワーが出ません。

理論空燃比というのがあって、理想的なガソリンと空気の混合比率は 14.7:1 と言われてます。

空気14.7に対してガソリンが1です。

ただし、燃えやすい混合比率である理論空燃比では爆発力が小さくエンジンパワーが出ません。

多くのエンジンでは 12:1 前後で燃料と空気の混合比を制御してるはずです。

もちろん走行状態によってこの混合比は変わり、追越などでアクセルを一気に開けたときとゆっくりと加速してるときでは混合比率を変えてエンジンパワーを制御します。

こういった部分のガソリンエンジンのデメリットをマツダが世界で始めて開発しました。
 
ハイブリッドから電気自動車並行する時代がそこまで来てるのに、マツダは『ガソリンエンジンの可能性を追求する』といってます。

次に期待するのはロータリーエンジンです。

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