マツダのロータリーエンジン復活は不可能? どうしても乗り越えられない壁とは

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細長い燃焼室形状による熱効率の厳しさ

 マツダという自動車メーカーにとって、ロータリーエンジンは至宝です。なにしろ世界中の自動車メーカーが注目し、チャレンジしたにもかかわらず、世界に先駆けて量産化できたのはマツダ(当時は東洋工業)だったのですから。解決するのが困難だったアペックスシールの共振をさまざまなアイディアとトライによって克服し、マツダの基礎技術力の高さを世界中にアピールしました。

 三角おにぎりのような形をしたローターが、楕円形(正確には中央部が絞られている)の中で回転運動するのがロータリーエンジンです。実際にはロータリーエンジンと呼ばれるものはいくつもあり、マツダが生産してきたのは発明者の名前から、ヴァンケル・ロータリーと呼びます。

 レシプロエンジンでは、ピストンの上下運動を回転運動へと変換しているので、どうしても上下の振動が出やすくなります。しかし、そもそもが回転運動であるヴァンケル・ロータリーでは振動が極めて小さく、まだプロトタイプの段階から未来のエンジンという評価を得ていたのです。

 欠点もあります。それは低回転域での燃焼が安定しないので、トルクがなく、排出ガスに未燃ガス(HC)が多く含まれていました。低回転のトルクがないので、エンジンはどうしても高めの回転で使うことになり、燃費も悪くなります。

 そして排出ガス規制が本格化し、マツダはサーマルリアクターという再燃焼装置によって未燃ガスの対策をしたことで、さらに燃費が悪化してしまいました。排出ガスを再燃焼させるためには燃料成分が必要であり、それは出力を生み出すことはないので、ただただ燃費が悪化してしまったのです。ロータリー=燃費極悪というイメージは、70年代の半ば以降に確立してしまいました。

 ロータリー進化の歴史は、そうした欠点を小さくしていったストーリーでした。その集大成ともいえるのがRX-8に搭載されていた13B-MSP、いわゆるRENESISです。そして、究極の進化といえるのが、2007年の東京モーターショーに参考出品された16Xです。偏心量を増やした、レシプロエンジンでいえばロングストローク化したような、新しいディメンションを採用しています。直噴を採用することで、より精密な燃料噴射を可能にしています。

 ロータリー搭載をイメージさせるコンセプトカーも登場していますね。いよいよロータリーエンジンの復活でしょうか? 時代はハイブリッドシステムが手軽になっているので、低回転での燃焼の安定性と効率に欠けるロータリーエンジンにとっては、モーターのアシストはとても有効です。きっと燃費も改善できることでしょう。しかし、その燃費が普通のレシプロエンジン並みになるのは、ちょっと考えにくいことです。なぜなら、燃焼室の形状が悪いので、効率が高くならないからですね。

 エンジンの燃焼は、高温高圧です。その熱と圧力を回転に変えるわけですが、エンジン自体は冷却されていますね。冷えていたほうが空気を吸い込みやすいし、そもそもエンジンオイルの温度にも限界があります。その結果としてエンジンが、燃焼時の熱を奪うことになってしまいます。

 それを最小にするには、燃焼室の表面積をできるだけ小さくしたいんです。燃焼室の容積に対する表面積の割合をSV比と呼びますが、最小になるのは半円球です。OHCが主流となってきた60年代から70年代は、半円球型燃焼室が増えていきました。というよりも、半円球型燃焼室を作るためにOHCが必要だった、というのが順当でしょう。しかしその後は吸排気効率と、燃焼状態の良好化のために、三角屋根のようなペントルーフ型燃焼室が主流になっています。

 さてロータリーエンジンですが、燃焼室はバナナ型です。これは極めてSV比が大きい形状になります。また燃焼室がズルズルとエンジンが冷えている方向へ移動してしまうのも問題です。だから熱が逃げる量が増えてしまうんですね。この問題をクリアする、現実的な手法はありません。まだ概念しか存在しない特殊な燃焼方法では、逃げる熱を小さくすることが可能ですが、それはレシプロエンジンの燃焼室形状のほうが適用しやすいのも事実です。

 そういう意味では、今後も強化され続けていく燃費規制や、排出ガス規制を考えると、ロータリーエンジンには辛い状況に違いありません。ただし、低振動、シンプルな構造、搭載方向が自在、といったようなアドバンテージはあります。それがハイブリッドシステムと組み合わされたり、電気自動車と組み合わされたりする時に、大きな価値につながるのかもしれません。

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