ロータリーエンジンの再開発に挑む企業

わたしが学生の頃、車のエンジンをチューニングする人や雑誌で溢れていた（溢れていた！は言いすぎかも（笑））
わたしもご多分に漏れず、L26、2TGのボアアップやSOLEXキャブレターの効果やHKSのターボ機構などについて、免許もない頃から読み漁っていた。
なかでも特徴的だったのは、ロータリーエンジンだ！
『12A』、『13B』、『13Bペリフェラル』なんのことやら？と思いながら勉強した。
そして、ある日、『13Bペリ』のRX7を目の前で見た時の感動は、いまでも鮮明だ。
吸排気の構造変更で、ほとんどアイドリングしていない・・・
クラッチミートも大変そうだ・・・
吹け上がりが凄いなぁ・・・
高回転・高出力であるので、レースエンジンとして活躍していたことを思い出す。

そんな、ロータリーエンジンが、この時代に戻ってくると聞いて、学生時代のあのサウンドが蘇ってきた。
『今の時代にマッチするのか？』『CO2排出量削減は実現するのか？』いろいろ考えながら、今日は、ロータリーエンジンの歴史から特徴と今から市場へ投入する際の課題をまとめてみます。

1.ロータリーエンジンの歴史と特徴

歴史：

• 開発：ロータリーエンジンはヴァンケルエンジンとも呼ばれ、1950年代にフェリックス・ヴァンケルによって発明されました。マツダとの提携により自動車業界で注目を集めました。

• マツダの役割：マツダはヴァンケルエンジンを採用して改良し、1967年にコスモスポーツで初めて使用しました。このエンジンは、サイズに比べて出力が高いため人気を博しました。

• 主なモデル：ロータリーエンジンを搭載したマツダの有名なモデルには、RX-7とRX-8があり、その性能と独特のエンジン音で有名な象徴的なスポーツカーになりました。コスモスポーツからRX-8までどれもカッコいいですよね。

特徴：

• 設計：従来のピストンエンジンとは異なり、ロータリーエンジンはエピトロコイド形状のハウジング内で回転する三角形のローターを使用します（言ってみれば、おむすび）。この設計により、連続燃焼とスムーズな動力伝達が可能になります。

• 利点：ロータリーエンジンは、コンパクトなサイズ、軽量構造、高いパワーウエイトレシオ、スムーズな動作で知られています。

2.CO2削減への貢献

ロータリーエンジンは歴史的に燃費と排出量に苦労しており、従来のピストンエンジンと比較してCO2排出量が高くなっています。この解決が、今回の開発のカギだと思っています。未燃焼炭化水素や一酸化炭素濃度など、昔のままでは現代社会受け入れてもらえないと思いますが、いまはさまざまな技術が進歩しているので。これら課題はきっとクリアしていくと信じています。ポイントは以下の3点。このあたりを深掘りしていきましょう。

• シールと材料の改善：摩擦を減らして燃焼効率を向上させるために、より優れたアペックスシールと材料を開発します。

• 高度な燃料噴射：燃料の使用を最適化し、排出量を削減するために、直接燃料噴射と高度な燃焼技術を活用します。

• ハイブリッド統合：ロータリーエンジンと電気モーターをハイブリッドセットアップで組み合わせると、両方のテクノロジーの長所を活用でき、全体的なCO2排出量を削減できる可能性があります。

3.メリットと課題

メリット：

• コンパクトなサイズ：ロータリーエンジンはコンパクトで軽量な設計のため、スペースが限られている用途に適しています。

• スムーズな動作：ローターが連続的に回転するため、ピストンエンジンと比較して電力供給がスムーズになり、振動が少なくなります。

• 高出力：ロータリーエンジンは、サイズと重量に比べて大量の電力を供給します。効果的な冷却と潤滑は、運用温度が高く、ユニークなデザインのために重要です。

課題：

歴史的に、ロータリーエンジンはピストンエンジンに比べて燃費が悪く、CO2排出量が多くなっています。エンジンの設計により排出ガス制御が難しく、未燃焼炭化水素と一酸化炭素のレベルが高くなる可能性があります。ロータリーエンジンは、その利点にもかかわらず、燃費の悪さ、排出量の高さ、特にローターのアペックスシールの摩耗に関連する信頼性の懸念などの問題に直面してきました。
そこで、次の章では、これら問題点と現在の具体的な取り組み内容を紹介します。

4.問題と解決への取り組み

(1)燃費

現在の問題：ロータリーエンジンは、従来のピストンエンジンに比べて熱効率が低いため、燃料消費量が多くなります。

具体的な取り組み：

• 形状と燃焼プロセス：燃焼室とローターハウジングの形状を改良して、空気と燃料の混合と完全燃焼を促進します。

• 直接燃料噴射：直接燃料噴射を実施して、正確な燃料供給を実現し、燃焼効率を向上させます。

• 可変バルブタイミング：可変バルブタイミングを導入して、さまざまなエンジン負荷と速度に合わせて吸気および排気プロセスを最適化します。

• エンジン管理システム：高度なエンジン管理システムを使用して、燃料噴射、点火時期、その他のパラメータをリアルタイムで制御し、燃費を最適化します。

(2)排出ガス

現在の問題：不完全燃焼と設計特性により、未燃焼炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物のレベルが高くなります。

具体的な取り組み：

• アペックスシール：より優れた材料とコーティングを使用した高度なアペックスシールを開発し、シーリング効率を高めて未燃焼燃料の漏れを減らします。アペックスシールは次項の『耐久性と信頼性』の部分でもとても重要です。

• サイドシールとコーナーシール：サイドシールとコーナーシールの設計と材料を強化して、全体的なシーリング性能を改善します。

• 触媒コンバーター：有害な排出物を削減するために、高効率触媒コンバーターを導入します。

• 排気ガス再循環(EGR)：EGRシステムを使用して排気ガスの一部を燃焼室に再循環させ、燃焼温度を下げてNOx排出物を削減します。

• 高度な点火システム：レーザー点火またはその他の高度な点火システムを採用して、より正確で完全な燃焼を実現します。

(3)耐久性と信頼性

現在の問題：ローターとシールの摩耗により、エンジンの寿命と信頼性が低下します。

具体的な取り組み：

高強度合金：ローターハウジングとシールに高強度合金と高度な複合材料を使用して耐久性を向上させます。
コーティング：ローターとハウジングの表面に高度なコーティングを施して、摩耗と摩擦を減らします。
熱管理：エンジンの熱管理システムを強化して、最適な動作温度を維持し、コンポーネントへの熱ストレスを軽減します。
潤滑システム：潤滑システムを改善して、オイルの供給を一定に保ち、可動部品の摩耗を減らします。

(4)電気モーターとのハイブリッドとしてのロータリーエンジン

利点

• レンジエクステンダー：ロータリーエンジンは、プラグインハイブリッド電気自動車(PHEV)のレンジエクステンダーとして使用でき、バッテリーが消耗したときに追加の電力を供給します。

• 最適化された操作：ロータリーエンジンは、最も効率的な速度と負荷条件で動作して電気を生成することができるため、全体的な燃料効率が向上します。

• コンパクトで軽量：ロータリーエンジンは小型で軽量であるため、電気モーターとの統合に最適であり、車両の設計と性能が向上します。

具体的な取り組み

電気駆動システムとの統合はカギだとわたしは思っていまして・・・

• 制御システム：ロータリーエンジンと電気モーターの相互作用をシームレスに管理するための高度な制御システムを開発します。

• エネルギー管理：運転条件とバッテリーの状態に基づいて、ロータリーエンジンと電気モーターの使用を最適化するインテリジェントなエネルギー管理戦略を実装します。

• 高効率バッテリー：高速充電機能を備えた高効率バッテリーを使用して、ロータリーエンジンの発電を補完します。

• 熱管理：バッテリーと電気モーターの効果的な熱管理を確保し、パフォーマンスと寿命を維持します。

• パッケージング：ロータリーエンジンのコンパクトさを最大限に生かし、重量配分と空力特性を最適化する車両プラットフォームを設計します。

• 冷却システム：ロータリーエンジンと電気モーターの両方で発生する熱を管理する効率的な冷却システムを開発します。

5.ケーススタディ：マツダの取り組み

マツダの最近の発表と開発プロジェクトは、これらの問題に対処するという同社の取り組みを強調しています。

Skyactiv-Rテクノロジー：

マツダのSkyactiv-Rテクノロジーは、高度なエンジニアリングと材料によってロータリーエンジンの熱効率と排出ガス性能を向上させることに重点を置いています。

ハイブリッドシステム：

マツダは、コンパクトなサイズとパワー特性を活用して、ハイブリッドシステムのレンジエクステンダーとしてロータリーエンジンを統合することを検討しています。

コラボレーション：

マツダは、さまざまな研究機関やサプライヤーと協力して、ロータリーエンジンの性能と信頼性を高めるための新しい材料、コーティング、制御システムを開発しています。

6.まとめ

ロータリーエンジンは、独自の特性と潜在的な利点を備えていますが、燃費、排出ガス、耐久性の面で課題に直面しています。しかし、高度な材料、燃焼制御、ハイブリッド統合への重点的な取り組みを通じて、大幅な改善が可能です。マツダの継続的な取り組みは、特に電気モーターと組み合わせて効率的で環境に優しいハイブリッドシステムを作成する場合、ロータリーエンジンが将来の自動車パワートレインのコンポーネントとして実行可能であることを示しています。

樹脂素材屋であり、スマートファクトリー支援、リサイクルや環境コンサルタントを生業としているわたくしからすると、材料や設計や製造プロセスを見直しながら、モーターとの組合せで、昔のようなロータリーサウンドは聞けないかも知れませんが、素晴らしい技術が次世代に繋がっていくことを期待しています。