172

view

●過給ダウンサイジングの目的は？
過給機を使い，排気量を低減する目的は下記の3つです。

(1) ポンピングロス低減による燃費改善
(2) 排気量低減による摺動損失低減による燃費改善
(3) 過給量調整によるエンジン・バリエーション確保

●ポンピングロス低減による燃費改善
ガソリンエンジンはスロットルバルブの開度あるいは吸気弁のリフト量（連続可変）により，吸入空気量を調整できます。街乗りのような負荷の低い条件では，スロットルバルブはほぼ閉じた位置になり，スロットルバルブから燃焼室間は大きな負圧（＝真空に近い）になります。このため細い針の付いた注射器で空気を吸うのと同じ原理で吸入過程で大きな抵抗（＝ポンピングロス）になります。
一方，過給機を使うと，この「負圧」を正圧にできます。つまりポンピングロスを大幅に低減できます（あるいは「仕事」になる）。
ポンピングロスは最大で出力の30%くらいになりますので，この損失を低減することによる燃費改善効果は大きいわけです。

→ 日本のような部分負荷条件が多い走行条件に過給ダウンサイジングは向いています

●排気量低減による摺動損失低減による燃費改善
たとえばV6の3.5Lエンジンを過給機で直4の2.4Lエンジンに置換できます。これにより摺動部の圧力差（応力）は大きくなりますが，摺動部の長さは短くなります。これにより摺動抵抗を低減できます。
うまくやれば，エンジン体格や重量も低減できます。ただコストは，V6→直4くらいにしないとモトがとれません。

●過給量調整によるエンジン・バリエーション確保
日本ではエコエンジンがはやりですが，欧州では，1つのエンジン系列に対し，種々の過給量を設定することで，さまざなエンジンバリエーションを作っています。ひとつひとつの燃費改善効果は日本のエコエンジンより小さくても，ほぼ全数のエンジンに設定できれば，社会全体としてのCO2低減効果は大きくなります。欧州メーカは，このように少ないエンジン系列で，燃焼室形状や燃焼制御の最適化をおこない，それに対し，種々の過給量を設定することで，多くのエンジンの燃費改善に成功しています。この点をドイツメーカのエンジンのエンジニアに尋ねると，日本メーカのエンジンは特殊解ばかりと言って笑います。

-------------

●軽自動車の燃費改善に最適な手法とは？
日本の軽自動車規格は，車重に対し，エンジン出力が小さく，これが燃費悪化に原因になっています。一方，現在あるターボチャージャ搭載エンジンは，いずれも10数年前のドッカンターボばかりで，欧州より10年も遅れています。この2つを考えると，下記の戦略が良いとおもいます。

・過給ダウンサイジング化 … 660ccに対し，小径タービン（35mm以下）で1500rpmから十分な過給
・ハイギアード化 … 1.0～1.3Lクラスに対して，NAではエンジン回転数が1.3倍くらい高いのを修正
・2気筒化 … 2気筒になると，ボッボッという排気音があり，非常に消音に苦労します。しかし冷却損失を20%くらい減らすには，この手法しかありません
・高EGR … せいぜい25～30%ですが。ポンピングロスが大幅に低減でき，さらにNOx低減により触媒担持コストを低減できます。なおEGRバルブを使うと高いので，排気系の動弁系を可変タイミングにする手法が比較的安価です。つまり外部EGR主体ではなく，内部EGR主体で。

●ふさわしくない手法とは？
軽自動車はコストがもっとも重要なので，下記の手法は使うべきではありません

・直噴 … インジェクタコスト，ポンプコストが高くなります
・スーパーチャージャー … 4000～5000rpm以上では，エンジン負荷が大きすぎ，かえって燃費悪化になります（欧州で最近採用されない理由）
・高圧縮比 … SKYACTIV-Gの圧縮比・膨張比14.0が有名ですが，初期火炎保護のためピストン頭部キャビティをつくる必要があり，膨張比改善効果より冷却損失が大きくなります。SKYエンジンが，直噴を使っているのに，プリウスのエンジン（2ZR-FXE）よりBSFC（燃費率）が低いのは，冷却損失が大きいからです。なおSKYエンジンとプリウスのエンジンはともにダウンスピーディングエンジンとして似た性格です（IVCは異なりますが）
・吸気弁連続リフト量可変化 … BMWのバルブトロニックのように吸気弁リフト量を連続可変にすれば，スロットルバルブはなくせます。しかし過給と効果が類似になり，コストが厳しい軽自動車では難しいとおもいます
・EGRクーラ … 直噴なしで圧縮比を12.0くらいにするためには，EGRクーラによる筒内温度低下が良い選択です。しかしコスト的に厳しくなります
・リーンバーン … 欧州ではすでに高級車で復活しています。しかし三元触媒＋リーンNOx触媒という後処理になり，このNOx触媒コストが問題になります

簡単ですが，ご参考になれば幸いです。