マツダ「スカイアクティブ-X」の革新性とは？ 「夢のエンジン」、発想の転換で実用化

革新的技術はガソリン・エンジンの未来を担うか？

　マツダは2017年8月8日（火）に技術開発長期ビジョン「サスティナブル“Zoom-Zoom”宣言2030」を発表。それにあわせて次世代エンジン「スカイアクティブ-X」の2019年における実用化を明かしました。

　この次世代エンジン「スカイアクティブ-X」は、「予混合圧縮着火（HCCI、後述）」を実用化したものです。現在、発売されているマツダの「スカイアクティブ-G」というガソリン・エンジンと比べ、燃費は20 30％、トルクは10 30％も向上するとか。しかも排気ガスもクリーン。

　さらに、排気量を大きくしても、負荷が少ないところでは燃費が良いので、あまり飛ばさなければ燃費も悪くなりません。「大排気量=燃費が悪い」という概念も変わってしまう可能性もあります。

　そして、燃費の良い走行領域が広いため、さまざまなモード（WLTCモード／JC08モード／NEDCモード）において、ほとんど燃費の数値が変わらないとも。まさに夢のようなエンジンです。

　このようなメリットを生み出すのが、「予混合圧縮着火」という燃料の燃やし方です。

そもそも「予混合圧縮着火」とは？

「予混合圧縮着火」とは、エンジンの燃焼室のなかの混合気（＝燃料と空気を混ぜたもの）を、ぎゅうぎゅうと圧縮して、その圧力で燃料に火をつける方法です。着火は圧力なので、通常のガソリン・エンジンとは違って「燃料を燃焼させるための点火プラグ（後述）」を必要としません。また、点火プラグでは燃えないような薄い混合気（＝燃料が少ない）でもエンジンを回すことができます。つまり、燃費が良くなります。

　従来のガソリン・エンジンも圧縮を行いますが、「予混合圧縮着火」は、さらに圧縮を強めて、燃料が自己着火するまで温度を高めます。ディーゼル・エンジンもまた圧縮を行いますが、燃料は燃焼室の、圧縮され発火点を越えた高温の「空気」のなかへ供給されます。一方、「予混合圧縮着火」は、名前にもあるように、燃料をあらかじめ空気と混ぜてあり、その混合気を圧縮します。

　こうすることで「予混合圧縮着火」では、あらかじめ空気と混ぜてある燃料が燃焼室内全体で一斉に燃えます。従来のガソリン・エンジンの、点火プラグからスタートして、徐々に周辺部へと“燃え広がる”ものとは違った燃え方です。そうした燃え方のため、少ない燃料でも、ピストンを押す強い力が得られるのです。

　ただしこの予混合圧縮着火という方法は、加速減速を繰り返すクルマには使いにくいという問題がありました。温度によって着火するのですから、重要なのは温度の管理です。ところが、エンジンの燃焼室内の温度を自在にコントロールする技術が確立していません。狙ったとおりに回転数を上げたり下げたりするのが難しく、回転数や求められる出力によっては、どうやっても着火しない領域もありました。

　そのため、従来通りの点火プラグで着火する方式も併用する方法がこれまで有力と見られてきたのですが、そうなると、圧縮着火と点火プラグ着火の切り替えが難しくなります。制御できないのでは、クルマには使えません。そうした問題の解決が難しいため、予混合圧縮着火（HCCI）は“夢のエンジン”と呼ばれていたのです。

圧縮着火なのに、点火プラグを使うという、発想の転換

　では、マツダはどうやって問題を解決したのか。それは、まるでコロンブスの卵のような解決策でした。「どうせ点火プラグを使うのなら、全域で使ってしまおう」と。

　圧縮だけで着火させる領域でも、点火プラグで点火します。ただし、燃料が薄すぎるので、燃えるのはほんのわずか。まさに種火です。でも、その種火が作る「圧力」で、燃焼室内全体の圧力が上がって圧縮着火するのです。点火プラグを使わないのが予混合圧縮着火であったのに、逆に点火プラグを使ってしまうとは、まさに反則技。しかし、それでも燃え方は従来のガソリン・エンジンとは異なる「圧縮着火」のそれです。

　マツダは、この点火プラグを使った燃やし方を「SPCCI（Spark Controlled Compression Ignition／火花点火制御圧縮着火）」と名付けました。

　点火プラグを使うのであれば、難しかった制御もぐっと楽になりました。さらに点火プラグで圧を上げることができるので、圧縮着火できる領域も広がります。ということは、薄い燃料でエンジンを回せる領域も広がります。さらに燃費が良くなるというわけです。発想の転換。それが「スカイアクティブ-X」の実用化のカギだったのです。

　ちなみに、マツダが業界の常識を塗り替えるような発表を行ったのは、今回が初めてではありません。古くさかのぼれば、「ロータリーエンジン」の実用化もそうでしょう。

　また、2010（平成22）年に発表された、世界一高圧縮のガソリン・エンジンと低圧縮のディーゼル・エンジンを含む「スカイアクティブ」技術も同様です。2010年の発表会は、私（鈴木ケンイチ：モータージャーナリスト）も参加しましたが、あまりの内容に「ウソではないか？」と、なかなか信じられないほどでした。

　もちろん「スカイアクティブ」技術は、その後のマツダの快進撃を支える大きな土台となりました。今回の「スカイアクティブ-X」を搭載するクルマは2019年に登場します。その新型車は、どんな成果をマツダにもたらすのか。大いに注目です。

【図】「スカイアクティブ-X」を至極簡単に説明すると…？