次世代エンジン開発

（マツダ資料から）

 2016年1月13日から3日間、東京ビッグサイトにて第8回AUTOMOTIVE WORLD2016が開催された。展示会では昨年より145社増加、781社が自動車用部品等を展示。同時に各種専門セミナ-、記念講演が多数開催され、自動車の軽量化、デザイン、電動化、エンジン技術、センサー技術等のトピックスが議論された。本稿はセミナ-｢次世代エンジン開発　止まらない進化｣(Auto-7)の内容から内燃機関の将来動向を報告する。

 2020年以降も自動車用の内燃機関は進化を続け、欧州・米国・中国・日本で継続して使われていくと予測されている。地球温暖化抑制の為、自動車からのCO2排出量の削減、熱効率の高いディーゼルエンジンの活用とその排気処理課題、排気試験モードと実走行問題、HCCI（Homogeneous-Charge Compression　Ignition:予混合圧縮着火）は本当に実現できるのか？、日米欧で異なるハイブリッド車及び電動化の行方、究極と言われるFCV（燃料電池車）等、自動車用の内燃機関を取り巻く課題は際限がない。

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 乗用車用エンジンは2025年以降もハイブリッド用も含め進化を続ける。今後も内燃機関が主要な動力源であることにまちがいはない。メインはガソリンエンジンで直噴化と過給が進む。ディーゼルも進化しながら2015年時点とほぼ同数が残る。

（AVL資料：2016Automotive　worldセミナauto-7より）

（AVL資料：2016Automotive　worldセミナauto-7より）

 2025年頃にはハイブリッドシステムが増加し日本では乗用車生産台数の約50%、米中で約15%、欧州で約30%の比率となる。各地域の生産台数は日本で約500万台（1/2フルハイブリッﾄﾞ）、欧州約400万台（3/4マイルドハイブリッド）、米国約300万台（2/3フルハイブリッド）、中国約800万台（3/4マイルドハイブリッド）。マイルドハイブリッドシステムの主流の電源電圧は日本を除き、48Vと予測されている。

 マツダのSKYACTIVは第2世代、第3世代への研究を意欲的に進めている。欧州勢がダウンサイズターボを進める中、独自路線にこだわる。電動化やダウンサイズターボシステムは原則として採用しない。その理由は実用燃費の悪化と製品コストが高いからだという。圧縮比を現状14から20～30へと高め、均質リーンバーンなどにより計算上熱効率50%の可能性が見えてきている。SKYACTIV進化の方向性は①ターボは付けず排気量を大きく②圧縮比はさらに上げ③均質リーンバーン④気筒停止(低負荷域)⑤冷却損失低減がポイントになる。

 セミナ-｢次世代エンジン開発　止まらない進化｣の中でマツダ（株）常務執行役員人見光夫氏は個人的見解としながらも：

●現時点で世界の主流は過給ダウンサイジングだがマツダは排気量落とさず、無過給のまま高圧縮比化(むしろ排気量は拡大)する。

●ドイツの年間平均走行距離で4Lカー（燃費4L/100kmの車）が排出するCO2量はほぼ電気自動車のWell to Wheel CO2発生量　（発電時）と同じであり、電気自動車を増加させるより内燃機関を搭載した車の燃費を改善すべき。

●PHEVはモード燃費が良く優遇されるが、実走行燃費との乖離が大きい。

●減税や免税を排気量で決める国がまだ多い。

 と述べる。

カタログ燃費の乖離（大きい排気量で圧縮比を上げ軽負荷運転するのが合理的）

（マツダ資料からMarkLines作成）

欧州カタログ燃費と実用燃費（ADAC ECO test燃費）の相関をとるとダウンサイズターボ車はカタログ燃費からの乖離が15-20%でる。ハイブリッド等の電動車ではその乖離が15-45%まで大きくなる。マツダのSKYACTIV-G（2.0L）は乖離は少ない。これはダウンサイズターボ車やハイブリッド等の電動車は認証試験モード時はエンジンやモーター効率が良い所を使えるが一般走行になると車速が早くなり、燃費効率が悪くなる為。

実用燃費の目標値（30%の改善が目標）

（マツダ資料から）

ガソリン車の燃費を25%程度低減出来ればWell to wheel CO2発生量で電気自動車と同等となる。実際、マツダの1.3Lガソリン車実験結果でも電気自動車と比較すると26%低減すればいいという結果が得られている。つまり目標として30%の改善を進める。

熱効率の改善

（マツダ資料から）

【熱効率改善の道のり】

軽負荷：2000rpm-IMEP290kPa

（ﾏﾂﾀﾞ資料：2016Automotive　worldセミナauto-7より）

（マツダ資料から）

（1500rpm　95RON）

【排気量に対する考察】

（AVL資料：2016Automotive　worldセミナauto-7より）

 VWのディーゼル排気問題に端を発し欧州では実走行（RDE：Real Driving Emission）時の排気規制が政治問題化している。実際、認証試験をパスした車でも実走行するとNOx(窒素酸化物)値が大きくなる。これは認証試験の試験温度や走行パターンが異なる事などが原因だが、欧州ではRDE規制が2018年頃から導入されようとしている。

 上図の赤点はディーゼル車でNOｘ　CF値（ConformityFactor＝適合係数＝RDE値/認証試験値）が６から２０位と大きい。一部のガソリン車（青点）も１２の車もある。したがって欧州では認証試験パターン変更（より車速が早くなる）とRDE対応（実路走行時の排出ガス測定）が行われる為、エンジン燃費の良い所（スイートスポット=2000rpm近傍の軽負荷運転領域）を多く使いながら、モーターなどで高速時は不足分を補助するパワ-トレンの「電動化」（Hybridや補機類の電動化）と「エンジン排気量の適正化」が必要となってくる。

 AVLは2020年以降のガソリンエンジンの主流技術は

（AVL資料：2016Automotive worldセミナauto-7より）

 2020年以降も自動車用の内燃機関は進化を続ける。VW問題で欧州メーカーは電動化の拡大に舵をきるが、そもそも熱効率が高いディーゼルエンジンはなくならない。その排気処理課題を長年産官学一体となって研究している。産学連携は欧州の歴史が古いが、日本でも2014年にAICE（後述）が結成され研究の推進が期待されている。HCCIは本当に実現できるのか？マツダの圧縮比30の世界はシミュレーションだが、ポテンシャルは理解できるが、いつ実用化するのか？目が離せない。

AICEについて（AICE運営委員会委員長：松浦浩海氏提供）

 経済産業省の後押しで欧州の産学官コンソーシアムを手本に内燃機関に関する産学官連携体制が日本でも2014年に設立されている。内燃機関に関する産学官連携は欧州に古い歴史がある。ドイツOEMとアーヘン工科大学をはじめ広範囲なコンソーシアムが欧州には存在し、研究成果が産学で共有されている。

AICE概要

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