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次世代の軽自動車エンジンを考えてみる

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次世代の軽自動車エンジンを考えてみる

現在の軽自動車用エンジンはすべて直列3気筒だが、性能面でのブレークスルーを実現する策はないのか。筆者は2気筒の可能性に着目。「実用化できれば燃費、振動、軽量コンパクト、そして低コストと競争力は抜群」という新エンジンを探る。
Illustration:熊谷敏直(Toshinao KUMAGAI)/MASERATI

ロングストロークの2気筒で熱効率を高め、ネックの振動はヘロンバランサーで抑制

出力と燃費を考えると、ガソリンエンジンの単室排気量は500ccくらいが経験的に最適とされているので単室330ccの2気筒とした。振動を抑制するため180度クランクと1次偶力バランサーの採用に加え、大きなトルク変動に伴う振動抑制のために48VマイルドハイブリッドのBSGをヘロンバランサーとして使うのがこのエンジンの特徴だ。出力と熱効率のバランスから、最高出力回転数6000rpmのピストンスピードが18m/sになるボア68mm、ストローク90.8mmでS/B比1.34のロングストロークに設定。副室ジェット燃焼も採用する。

吸気VVT付きDOHC4弁とした。スロットル全開状態では吸気行程噴射を行なう。燃焼室はパッシブの副室ジェット燃焼とし、空燃比はストイキで三元触媒を使う。吸気VVTを利用したミラーサイクルとあわせてノックを抑制し、容積比は自然吸気仕様で15、ターボ仕様で13以上を狙いたい。
直噴ではなくポート噴射を選択。超ロングストローク、副室ジェット燃焼で耐ノック性は充分。6ba(r通常3bar)の圧力で吸気行程噴射をすれば直噴に近い混合気冷却効果が得られるし、部分負荷燃焼やPN排出低減にはポート噴射が有利。コスト抑制にもなる。
660ccという同一排気量でも3気筒から2気筒へ気筒数を減らせば、冷却損失低減、機械損失低減で燃費に効く。そしてコスト、質量面でも有利。とくにコスト面のメリットは大きい!
減速時のエネルギー回生とスタートアシストなどを行なう48VのBSG(ベルト・スターター・ジェネレーター)をヘロンバランサーとしても使い、振動を抑制するのがこのエンジンのポイントだ。
点火プラグの周囲に副室を設けたプレチャンバーを採用。急速ジェット燃焼によってノック抑制ができるので高容積比にして熱効率が向上できる。将来的にはリーン燃焼に繋がる。図版は量産車で世界初のマセラティのエンジンのもの。
著者
畑村耕一

1975年、東京工業大学修士課程修了、東洋工業(現マツダ)入社。ディーゼルエンジン、パワートレインの振動騒音解析、ミラーサイクルエンジンの量産化、ガソリンエンジンの排ガス対策開発などを手がける。2001年にマツダを退職、自動車関連企業の技術指導を行いながら2002年に畑村エンジン研究事務所設立。2007年からはNEDOの委託研究、助成事業で千葉大学とHCCIの共同研究を実施した。

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