マツダSKYACTIV-Z、「相反する燃焼技術」をどう両立させるのか？ 2027年登場に向けて大胆予測する

新型エンジン SKYACTIV-Zを開発中

　マツダは11月7日に2025年3月期第2四半期決算を発表し、販売台数の推移や通年の見通しを示した。そのなかで、新型ガソリンエンジン「SKYACTIV-Z」の発表があった。

　SKYACTIV-Zは、現行の4気筒エンジン「SKYACTIV-X」の後継モデルとして開発されており、2027年の市場投入を目指している。

　発表のなかでは、SKYACTIV-Zのコンセプトの一部も明らかにされた。「ラムダワン燃焼」を使い、「スーパーリーンバーン燃焼」を低回転から高回転まで適用することで、高効率化を図るという。

　しかし、ラムダワン燃焼とスーパーリーンバーン燃焼は、性質が大きく異なり、両立が難しい技術だ。

薄燃料燃焼の限界と挑戦

　ラムダワン燃焼という言葉はあまりなじみがないが、これはおそらく混合気の燃料と空気の割合を示す空燃費のことで、理論空燃費を示す「λ＝1」の状態、つまり

「ガソリン1：空気14.7」

の割合で完全燃焼することを意味している。

　一方、スーパーリーンバーンは、燃料に対して空気が過剰な状態で燃焼するリーンバーンの一種で、少ない燃料で効率よく燃焼するため、燃費向上には効果がある。しかし、薄い燃料では燃焼が難しいという課題もある。

　リーンバーンはλ＝1から2の範囲で定義されており、スーパーリーンバーンではさらにλ＝2以上、理論空燃費の倍以上を目指して、非常に薄い混合気で燃焼することになる。

　マツダはSKYACTIV-Xでも高圧縮比とリーンバーンを組み合わせて燃費改善を図っていたが、SKYACTIV-Zではその進化版としてスーパーリーンバーンを取り入れ、さらに低燃費化を狙っていると考えられる。しかし、通常のエンジンではラムダワン燃焼とスーパーリーンバーンを両立させるのは難しい。

　では、ラムダワン燃焼とスーパーリーンバーンが両立するエンジンはどのようなものなのか。現時点で分かっている情報を基に予測してみよう。

「EGR活用で進化する燃費革新

　ラムダワン燃焼とスーパーリーンバーンを両立させるためには、EGR（排ガス再循環）の大量使用が有効な方法となる。これは、SKYACTIV-Xをさらに進化させた技術が考えられる。

　EGRは、排ガスの一部を吸気側に戻し、混合気に排ガスを混ぜるシステムで、現在のエンジンには欠かせない機能だ。その効果は多岐にわたり、不活性ガスを導入することで燃焼温度が低下し、ポンピングロス（エンジン内部での無駄なエネルギー損失）が減少する。これにより、排ガス規制への対応や効率向上が実現できる。

　SKYACTIV-Xでは、マツダ独自の圧縮着火方式であるSPCCI燃焼とリーンバーンを組み合わせて低燃費を実現しており、運転状況や環境に応じて三つの燃焼モードを使い分けている。

1.ストイキ燃焼モード：極低温時など
2.G/Fリーン SPCCI燃焼モード：中高速域など
3.A/Fリーン SPCCI燃焼モード：低速域など

2と3はどちらもリーンバーンを目指したモードだが、3は空気と燃料の割合でリーンになっているのに対し、2では空気と燃料の割合を濃くしつつ、大量のEGRを加えて全体として薄い燃料にしてリーンにする。SKYACTIV-Xで最も燃費がよいのは3だが、実際には2のモードが多く使用されており、結果的に燃費改善の効果はコストに見合うほど大きくなかった。

　そこで、SKYACTIV-Zでは、2モードで燃料と空気の割合をラムダワンに保ちながら、さらに多くのEGRを導入して燃料量を減らし、スーパーリーンバーンを実現することが考えられる。また、3モードでは従来のリーンバーンを進化させ、スーパーリーンバーンにすることで、さらに燃費改善を図ることができる。

　このアプローチにより、SKYACTIV-Xで培った技術を進化させ、ラムダワン燃焼とスーパーリーンバーンの両立が可能になるだろう。

「副燃焼室」が実現する新燃焼技術

　ラムダワン燃焼とスーパーリーンバーンを両立させるもうひとつの可能性として、「副燃焼室」の採用が挙げられる。これは技術的に高いハードルがある先進技術だが、実用化すれば大きな成果を上げる可能性がある。

　副燃焼室（プレチャンバー）方式は、1970年代にホンダが排ガス規制をクリアするために採用したことで広く知られている。この方式では、メインの燃焼室の前に小さな副燃焼室を設け、そこで混合気を点火し、その火が主燃焼室に広がって燃焼を行う。

　副燃焼室はリーンバーンでも安定した点火が可能であるため、最新の燃料削減や環境対策技術として再度注目されている。特にレースの世界では標準的な技術となり、F1やSUPER GTでは欠かせない存在だ。しかし、量産車向けには広範囲な運転領域に対応するための課題が多い。

　もしSKYACTIV-Zが副燃焼室を採用した場合、主燃焼室ではスーパーリーンバーンの薄い混合気を使用し、副燃焼室ではラムダワン状態で点火性を確保することができる。この方式には、混合気を主燃焼室で作る「パッシブ式」と、副燃焼室で作る「アクティブ式」があり、アクティブ式なら混合気の濃度を自在にコントロールできる。

　この技術を採用すれば、燃費の大幅な向上や、リーンバーンの課題である窒素酸化物(NOx)の低減が期待できる。しかし、副燃焼室方式には冷却損失の増加による効率低下や、燃焼時のノイズの増加といった課題もあり、実用化には克服すべきポイントが多い。

　とはいえ、マツダはロータリーエンジンやSKYACTIV-Xでの自己圧縮着火ガソリンエンジンの実用化に成功した実績があり、新技術の実用化には定評がある。SKYACTIV-Zでも新しい技術を積極的に採用し、さらなる進化を遂げることが期待される。

　いずれにしても、2027年に登場予定のSKYACTIV-Zがどのような技術を取り入れて両立させるのか、非常に楽しみだ。

Comments

[drp********]

マツダって、理想を語るのは得意ですが、いざ製品が出来上がっても普通の車で、説明されないと何が変わったのか実感できない。
その辺が、売り上げにつながらない理由だと思う。
Xがいい例で、言われなければただの直噴エンジンとの差が、全く感じられない。
どうせ出すなら、初期モデルはアクセル踏んだ瞬間に、おっ！と思えるような少しピーキーなくらいにして、誰もがスゲーと思える車にした方がいいと思う。

[anf********]

判りやすく的確だと思う記事内容です。
恐らくほぼ、この記事内容通りだと思いますが、他社が相変わらず作れない僻みから、PR兵隊使って飛びぬけた技術に対し敬意を払わず、つぶしに掛かる。
いゃ～な国民性になってますね。REもディーゼルもこの地球上で制覇出来てる唯一のメーカーがマツダ。諦めずに前向きに改良し続ける技術力あると思います。