【意外と知らない】エンジンの圧縮比って何？

　燃焼室容積と排気量によって決まる

　圧縮比というのはエンジンにとって、とても重要なスペックです。ピストンがシリンダーのなかを上下に動きますが、その上限と下限の動きで生れる容積が排気量ということになります。そして上限の時にシリンダーヘッドとの隙間に生れるのが燃焼室で、圧縮比は（燃焼室容積）÷（燃焼室容積＋排気量）という計算式になります。圧縮を高くするということは、つまり燃焼室を小さくするということです。

　ピストンが上がっていくことで燃料が混じった空気を圧縮し、高温・高圧になり燃焼が可能になります。しかし、ピストンが下がっていく時、その逆に燃焼エネルギーを取り出すためのスペックでもあるんです。それを膨張比といいます。膨張比が大きいと燃焼エネルギーを十分に回転エネルギーへと転換することができますが、膨張比が低いと燃焼室内から圧力が高いまま排気されてしまうわけです。エンジンの熱効率が低くなってしまうんですね。

　普通のエンジンでは、圧縮比＝膨張比です。その図式を崩したのが、アトキンソンサイクルやミラーサイクルと呼ばれるエンジンです。圧縮比を高くするとノッキングが発生するガソリンエンジンは、圧縮比＝膨張比が低く抑えられてしまいます。それを改善するために膨張比だけを高くしたのです。

　具体的にいえば吸気量を少なくして、みかけの圧縮比を低くすることで実現します。だからアトキンソンサイクルやミラーサイクルでは、機械的な圧縮比がとても高くなるのですが、その目的は膨張比を高くするためなんです。

　ディーゼルエンジンは低圧縮がトレンドになっていて、マツダや三菱では15以下になっています。あれっ？　低圧縮にすると低膨張比になって熱効率が低下してしまいますね。熱効率、つまりは燃費に目をつぶって低圧縮にしている？　そんなわけはありません。

　旧来のディーゼルエンジンというのは、22くらいの圧縮比が標準的でした。当然膨張比も22なのですが、しかしその圧縮比の設定は現代のディーゼルエンジンとはちょっと意味合いが違うんです。

　エンジン始動直後、まだエンジンが冷たいので熱が逃げやすく、自己着火するディーゼルでは燃焼しにくいんです。それで通常の燃焼よりも高い圧縮比で高温高圧にしたいので、22という圧縮比が採用されていたんです。こうしたエンジンでも通常の燃焼ではじつは燃料の噴射タイミングが遅くなっていて、圧縮が少し低くなってから噴射していました。みかけの圧縮比は15から16程度だったのです。

　現代のディーゼルは始動直後の温度管理が高度になったことで、高い圧縮比は必要なくなったのです。圧縮比を低くすることで圧縮工程でのパワーロスとエンジンの強度などを改善することが可能になり、熱効率などは変わらないということになったわけです。

　ところでF1のレギュレーションですが、圧縮比を18以下に制限しています。その圧縮比はNAエンジンでも驚きですが、F1はターボエンジンです。レギュレーションで規制しているということは、それ以上になる技術的可能性があったか、あるいはすでに超えてしまっていたのでしょう。F1には、そうした高度な先進技術を持つエンジンが存在しているというわけです。