【技術単純化解説】SKYACTIV-Xの技術にZOOMを当てる

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SKYACTIV-X、マツダの新エンジンです。2019年12月5日から、MAZDA3に搭載して、販売が始まりました。

1967年の世界初のロータリーエンジン実用化に匹敵する、マツダの大偉業だと思います。

そんなエンジンを、解説していきたいと思います。

SKYACTIV-Xの特徴

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そもそも普通のエンジンとは何が違うのか。マツダの公式サイト(www2.mazda.com/,www.mazda.co.jp/)によると

  • HCCI技術(SPCCI)の世界初の実用化
  • かつてないレスポンスとトルク感
  • これまで以上の低燃費

つまり動力性能、環境性能をより高い次元で両立させたエンジン、ということになります。

では、本来相反するこの2つの性能を両立させた「HCCI(SPCCI)」とはどういう技術なのでしょうか?

SKYACTIV-Xの根幹、SPCCIとは

まずはこの技術の基本、HCCI(予混合圧縮着火)とは何なのか。

ひとことで言えば「ガソリン燃料で、ディーゼルエンジンのように圧縮だけして自然着火させる」ことです。

ガソリンエンジンは、吸気ポートで燃料を吹き、空気とともにシリンダーに入り、点火プラグで燃焼をします。

ディーゼルエンジンは、空気のみがシリンダーに入り、圧縮する過程で燃料を混ぜ、そのまま自然着火させて燃焼します。

そしてこのHCCIは、「吸気ポートで燃料を吹き、空気とともにシリンダーに入り」「圧縮し、自己着火させて燃焼する」エンジンなのです。

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HCCI燃焼をすることで

  • 一瞬で全混合気を燃焼させられるため、力を伝える効率がいい
  • 点火プラグを使うより燃料を少なくできるので、燃費が良くなる
  • 比較的低温で燃焼がなされるので、特に環境に悪い物質が出にくくなる

という利点があり、環境と性能を両立できる技術として注目されていました。


しかし実用には難点がありました。

  • 燃焼が可能な条件(回転数、温度など)が厳しい
  • 思い通りのタイミングでの着火が難しい

 

そこでマツダは改良版のSPCCIを開発します。

SPCCIとは日本語で「火花点火制御圧縮着火」といいます。HCCIとの違いはスパークプラグが備わったことです。

燃焼の流れがこうなります。

  1. (同)バルブを開け空気を入れつつ、ガソリンと空気を吹く
  2. (同)シリンダー内の流れを利用して、ガソリンと空気をよく混ぜる
  3. 火花でできた爆発とピストンで圧縮して温度を上げ、一気にガソリンに火が着き、爆発する。

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つまり、「ガソリンに火を着けるための圧縮を、火花での爆発とピストンの両方でする」わけです。

これには大きなメリットがあります。火花での爆発はタイミングや、大きさをコントロールできます。そのため、シリンダー内部の圧力を自由に変えることができます。

これによって、マツダは、ほぼ全てのサイクルに「圧縮して着火」を取り入れることに成功しました。条件次第で圧縮の大きさは変わりますが、高効率でクリーンな爆発を、常に使うことを可能にしました。

 

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SKYACTIV-Xを助ける、見逃せない補助技術

非常にシビアな管理が必要なSKYACTIV-X。その繊細な制御を助ける隠れた技術を紹介します。

エンジンカプセル構造』

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メカ好きには残念かもしれませんが、SKYACTIV-Xはエンジン全体がカバーに覆われています。

これは「エンジンを保温し、SPCCIが作動する条件を保つ」ためにしています。SKYACTIV-Xのうまみを常に発揮するための工夫です。

『マルチホイールインジェクター』

先述の通り、「圧縮して着火」が可能な条件はとても狭いですから、その条件づくりの一端を担う火花での爆発は精密に行われます。

その火花での爆発の規模は、スパークプラグ近くの燃料の量で制御されています。つまり燃料を どう噴射するかが大事になります。

その燃料を供給するインジェクターはとても大事になってきます。

マツダは海外の部品メーカーと手を結びました。なんと、F1のインジェクターを作ったこともあるというメーカーと共同開発したのです。

こうして完成されたのが、「世界最多10個の噴射口を持ち」「一般の製品の2倍以上もの圧力で燃料を噴射できる」インジェクターです。燃料の粒をより細かくでき、また、燃料の制御をより緻密にできるようになりました。

『シリンダー内圧センサー』

精密な内圧の制御をするためには、非常に細かく非常に正確にシリンダー内部の状態を知ることが不可欠です。

SKYACTIV-Xのシリンダー内圧センサーは、1秒間に1万回も圧力の測定を繰り返します。この細かな測定があってこそ、SKYACTIV-Xの緻密な制御が可能になるのです。

 

SKYACTIV-Xを助ける技術も驚きがいっぱいですね!

電気に負けない内燃機関を

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時代はエコ環境にやさしい経済的を重視するようになってきており、結果として内燃機関が淘汰されつつあります。

でもボクらはエンジンが好き電気は夜道を明るくだけしていればいい。まだエンジンには生きていく道がある、SKYACTIV-X

そんな研究を、開発を、私は応援していきたいと思います。