スカイアクティブエンジンをハイブリッド化したら、とんでもない燃費を叩き出すのでしょうか？リッター５０ｋｍも夢ではないですか？

Answer 1

jyawa117さんへ

あんまり良い表現ではありませんが、ultra_supercatさんが書かれた回答が正解です。(苦笑)

エンジンは、燃焼室で作った高圧のガスを膨張させて、仕事に変換する物です。これはガソリン・ディーゼル、果ては蒸気の区別無く、普遍的な動きの原理なのです。
膨張させる事によって、仕事に変換する。
じゃあ、一体どの位膨張させるのが良いのか?

大きく膨張させればさせる程、仕事に変換される量(割合)は増えます。一方で、ピストンとシリンダーの組み合わせですから、ロングストローク傾向に成って来て擦る面積が増え、摩擦損が目立って来ます。
ある所を過ぎると摩擦損増加の方が上回って、効率が下降に転じる。
この境い目が圧縮比14だと言われて来ました。

しかし、ガソリンエンジンではノッキングが発生するので14は高過ぎて採用出来ません。
だから、大昔に発明されていたアトキンソンサイクルが良いのではないか、と成ったのです。
しかし、正調のアトキンソンサイクルはクランク軸を複雑な構造にして、吸入・圧縮行程と、膨張・排気行程の長さを変えています。
とてもあの構造では量産に向かない、回転数を上げて馬力を稼げない、と言う事でオットーサイクルの簡単な(今一般的な)構造に負けてお蔵入りに成った訳ですから、後年、ガスエンジン会社に勤めていたミラーさんが発明した、吸気弁の閉じ時期を変えるミラーサイクルが使われる様に成ったのです。

ガソリンでもディーゼルでも、膨張比14が大事なのです。

ガソリンエンジンで、吸気弁を吸入行程の途中で閉じてしまうか(早閉じ式)、下死点よりずっと遅く迄開けておいて、吸い込んだ新気の一部を吐き戻してしまうか(遅閉じ式)のどちらかで、圧縮比を膨張比より下げる事が出来ます。
但し、真面目に実用的な圧縮比10とかへ下げてしまうと、10 / 14 = 71%、1.5Lの排気量が1Lちょっと(1071cc)に目減りしてしまう事に成ります。
幾ら何でもこれでは寂しい、低出力過ぎると言う事で、初代プリウスのエンジンでは膨張比12.5、3代目からは1.8Lに拡大した上で13.5の膨張比とし、更に電動機でアシストする事にしたのです。
これがハイブリッドの真の姿です。

減速で発電して次の加速に回す。

大変賢い、画期的な方法でしたが、蓄電池容量が小さく足りず、しかも嵩張って重い。電動機も銅と鉄の塊なので、これ又ズッシリと重い。
加速・減速の繰り返しで真価を発揮する筈なのに、車体重量が嵩む事が、足枷に成るという皮肉な結果なのです。

トヨタは素人さんにも理解し易い、発電して次の加速に回す、という広告戦略を選びました。
一方、数在る他社は、地道にエンジンその物の改良の道を歩んで来ました。
特にマツダは、乗用車で世界初のミラーサイクル + 過給であるミレーニアを市販した実績を持つ会社です。
あの時は商品コンセプトへの理解が進まなくて、過給器の耐久性の問題も出て来て撤退してしまった。しかし、エンジンその物の熱効率を向上させる改良は間違っていない、と言う事で再度SKYACTIVE-Gとして押し出して来たのです。

ハイブリッドにしたら、燃費倍増か?
重量増加が足枷に成るので、そんなに飛躍的な事は起きません。発電 → 充電 → 放電 → 駆動の多重構造による低効率も響いて来ます。から、蓄電池容量の倍増と共に、常温超電導の実用化が待たれるのです。し、ハイブリッドに頼らない高効率エンジンの登場が待たれるのです。

ガソリンにディーゼルの良い所を採り入れる。
スロットル弁による出力制御を廃止して、吸気を絞る吸入抵抗を無くしましょう。
機械式過給器を併用する事で本格的なダウンサイジングを行って、ピストンとシリンダーの摩擦抵抗を半減しましょう。
そして、膨張比14のエンジンにしましょう。
この3点を同時にやる事が大事なのです。

未だ、マツダもトヨタもVWもFiatもBenzもBMWも立ち入った事の無い領域が広がっているのです。

ハイブリッド技術は何とでも組み合わせ可能な技術です。重量と電気による低効率を改善出来れば、今後も色々に使われて行く技術でしょう。
自動車は加速を繰り返す物です。小型で軽量で大出力なエンジンが好ましい。
これに合致して、排ガスが綺麗な物であれば、何を使っても良いのです。

長く成りましたがこの辺で。

Answer 2

基本的には、プリウスCがそれです。

例えば、ダイハツイースの場合ですとCVTのトルコンルスを低減したりと若干の機構の違いがありますが、
ほぼi-STOPなアイドリングストップの搭載など、同じような仕組みをトヨタとマツダの技術提携が実現してるはずです。

つまり、プリウスCは、トヨタ式スカイアクティブ＋ハイブリッドと言えると思います。
実燃費で３０キロが見えてきました。

将来、ホンダや欧州メーカーが持っている低燃費技術もクロスライセンスで搭載すれば、もっと良くなると思います。

ガソリン車は、エネルギー変換効率が25パーセント前後ですが、最新の火力発電所レベルですと60パーセントです。
軽量化と変換効率アップで、将来リッター５０ｋｍも夢ではないです。

Answer 3

二つの、大変興味深い回答を引き出していますね。
ありがとう！（＾－＾）ｂ

Answer 4

SKYACTIV-Gエンジンとモータを使うハイブリッド技術をあわせたのがトヨタのプリウスです。トヨタのプリウス用エンジンがたいへん優秀なことは知られていませんが，じつは，マツダのSKYACTIV-Gエンジンでやっていることは，大半，すでに実現していたのです。

●燃料消費率で最良のエンジンとは？
乗用車のガソリンエンジンでは，トヨタ・プリウスの「2ZR-FXE」エンジンが最良です。最良ポイントは，だいたい下記の通りです。

回転数 ＝ 1500～3000rpm
トルク比（その回転数での最大トルクに対する比率） ＝ 75～90%
燃料消費率 ＝ 220g/kWh ～ 熱効率 ＝ 37%

なお豪州のオービタル社などが，さらに優れたBSFCのエンジンを発表していますが，いずれもマスプロではありません。

●マツダのSKYACTIV-Gエンジンは？
残念ながら具体的な数値が発表されていません。目盛りのないグラフには，BMEP（正味平均有効圧力）が700kPaまでなら，ディーゼルエンジン並みのBSFCとなっていますので，善意に解釈すれば，200～210g/kWhなのかもしれません。数値発表をしていないということは，プリウスの220g/kWhには到達できなかったのかもしれません。

●この2つのエンジンの特徴は？
SKYACTIV-Gエンジンに搭載された技術を，プリウス用エンジンと比較して，ひとつずつあげていきましょう。

・高圧縮比 圧縮比14.0 → エンジンの高効率化（燃費改善） ～ プリウスもかなり実施（圧縮比13.0）
・全域ストイキ化（EGRクーラ） → 筒内温度が低下でき，圧縮比向上になる （燃費改善） ～ プリウスも実施（世界初）
・ポンプ損失低減（ミラーサイクル） → エンジンの高効率化（燃費改善） ～ プリウスも実施
・機械損失低減 → 高効率化（燃費改善） ～ 別のやり方でプリウスも実施済で（低張力ピストンリングや補機ベルト廃止など），それぞれ約30%低減
・アイドルストップ（i-stop）～ プリウスも実施
・直噴化 → プリウスでは実施していませんが，技術的には可能です

●プリウスのエンジンでやっていてSKYACTIV-Gエンジンでやっていないのは？
・排気熱再利用用熱交換器
・電動ウォータポンプ

●圧縮比14.0は画期的か？
CMやマスコミで大きく取り上げていますが，13年前の初代プリウスには圧縮比13.5のエンジンが搭載されていました。このエンジンは，直噴ではなく，ポート噴射です。もし直噴化すれば，燃焼室温度が燃料気化熱により40～50℃下がりますので，圧縮比は 1.0～1.5くらいあげられます。

さて，ここでいう圧縮比は，実際は膨張比のことで，本当の圧縮比はもっと低いのです。つまりミラーサイクルを使い，いったん燃焼室に入れた空気を吸気管に戻しています。このため実際の圧縮比は10～12といわれています（マツダの発表では，有効圧縮比の最大は10.0）。

この実際の圧縮比を決めているのが，吸気弁の「遅閉じ」です。つまり本来の閉じる角度（位相）より遅く閉じることで，燃焼室内の空気量を少なくしています。ここで，出力を発揮する側（＝ミラーサイクル側の反対）の吸気弁の閉じ角度（IVC = Intake Valve Close）は，下記の通りです。

プリウス ＝ 62度 ABDC（＝下死点より後での角度という意味）
デミオSKYACTIV-Gエンジン ＝ 36度 ABDC

これからプリウスの方が，デミオより遅く閉じており，実質的な圧縮比が低いことがわかります。さて，この閉じ角度（IVC）による体積効率を計算してみましょう。最高出力回転数の近くは，燃料噴射制御が入って，比較しにくいので，3000～4000rpmくらいで比較してみましょう。なおここでは，ある一般的なエンジンで，IVCだけを変更した場合を示します（エンジンが異なれば，体積効率は変わってくるので）。

3000rpm プリウス 62度 ABDCエンジン＝77.1%，デミオ 36度 ABDCエンジン＝88.0%
4000rpm プリウス＝85.2%，デミオ＝97.1%

これからデミオの方が，約10%くらい体積効率が高いことがわかります。実際，排気量に対する最高出力と最高トルクは，デミオを基準にすると

プリウス：
出力 ＝ 85.0%
トルク =91.6%

となって，体積効率分，出力やトルクが低くなっています。これからデミオに使われたSKYACTIV-Gエンジンとプリウスの差は，「直噴：ポート噴射」と「出力側の吸気弁閉じ角度（位相）」といえます。逆に言えば，トヨタはプリウスをハイブリッド技術のシンボルにしていて，エンジンの宣伝をしていませんが，じつは，たいへん素晴らしいエンジンであったわけです。今回，マツダがSKYACTIV-Gエンジンを出したことで，プリウスのエンジンを改めて見直しました。

●トヨタの方は？
あるトヨタの役員の方が6月の講演会で，トヨタもハイブリッドではなく，低燃費エンジン車を出してみようかと検討していると，お話しされていました。

ご参考になれば幸いです。