シリンダー内の燃料をいかに燃やしきるか
ガソリン／ディーゼルの内燃機関から電気モーターとの複合動力となる「ハイブリッド方式」、さらには電気モーターによる「EV」と、自動車の動力源は変化を遂げつつある。しかし、これらは社会的な要求性能に応えたもので、時代の要請と言い替えられるメカニズムの変遷でもあるのだ。
こうした意味ではエンジン内部、燃料を燃やしてエネルギーを取り出す燃焼室まわりの変化も、時間をかけていろいろな試みが行なわれてきた。こうした形の変化を歴史的に振り返ってみたい。
もともと、近代内燃機関はサイドバルブ方式からOHV方式に、さらにバルブ駆動方式でSOHC方式、DOHC方式に進化し、2バルブからマルチバルブに発展した歴史がある。また、バルブ配置やバルブ駆動方式の変化に従って燃焼室形状も変化。バスタブ型、ウエッジ型、半球型、ペントルーフ型といった形状の変化だが、排出ガスの清浄化、効率化が求められた時代におもしろい方式がいくつか実用化されてきた。
そもそも、燃焼効率が真剣に考えられるようになったのは1970年代のこと。シリンダー内での燃料の未燃成分が大気中に放出され、大気汚染の原因となることから燃焼の効率化が見直されたのである。歴史的なキーワードにもなっている「昭和53年排出ガス規制」は、言葉を変えれば”シリンダー内の燃料をいかに燃やしきるか”ということでもあった。
これに対して、真っ先に回答の手を挙げたのがホンダの『CVCC（複合渦流調整燃焼／シビック1973年）』だった。カギは、排出ガスに含まれる未燃成分を減らすには、燃やす燃料を少なくすればよいという、いわゆる”希薄燃焼”というもの。
しかし、薄い混合気は燃えにくい。問題解のために、ホンダは燃焼室をふたつに分け、まず濃い混合気を供給した副燃焼で着火させ、その火炎を使って主燃焼室内の薄い混合気を燃やす燃焼方式を考案。当時一般的だったウエッジ型や半球型燃焼室とは異なる複雑な形状の燃焼室となったが、触媒やサーマルリアクターなど後処理装置に頼らない、エンジン本体の燃焼で解決しようとするホンダらしいシステムだった。
ツインプラグエンジンで燃焼時間を短縮化
一方、排出ガスに含まれる有害成分を減らすには、高速燃焼が有効と考えた方式が日産の『NAPS-Z（Z18型エンジン／1977年）』だった。当時の日産主力エンジンであるL型をベースにヘッドをクロスフロー化。さらに瞬時に燃料を燃やしきるため、燃焼時間の短縮化（高速化）が有効なことに着目し、プラグを1気筒あたり2本配置する方式が考えられた。これに2次空気の導入と酸化触媒によって排ガス規制値をクリアさせたわけだ。
CVCC、NAPS-Zともレスポンスを含めたドライバビリティの点で多少問題を抱えたが、実用上は問題なく排出ガス規制のクリアに大きく貢献するシステムだったといえるだろう。
シリンダー内に直接ガソリンを噴射
燃費性能とさらなる排出ガスの浄化が求められる時代になると、さらに完全燃焼化の考えは進化。シリンダー内に燃料を直接噴射する方式（直噴システム）と、それに伴う吸排気および燃焼室回りが工夫されるようになった。これに鞭をつけたのが三菱の『GDI方式（1996年／EA/EC型ギャラン搭載）』とトヨタの『D-4方式（1997年／T210型コロナ）』だった。
いずれも燃料の直噴方式と燃焼室／シリンダー内での吸入気渦流がカギになると考え、GDIでは垂直方向の渦流、D-4では水平方向の渦流を作り出す構造により、希薄燃焼を可能にした。
現在の技術水準から振り返ると、こんなに複雑な構造をとらなくてもよかったのに、と考えられる部分は散見されるが、いずれも開発当時は最善の構造、形状、方式だったことは疑いようもなく、日々技術は進歩するものだということを教えられる。
きっと何年か後には、画期的なバッテリーやモーターの実用化で、EVの抱える問題点も払拭されることだろう。