2017年の夏、マツダは発表しました：自動車会社は乗用車用の圧縮点火ガソリンエンジンを作る方法を見つけました。マツダは、新しいエンジンが燃料経済を20〜30％改善できると主張しました。これは、ガソリンエンジンにとってかなりの成果です。
この技術に飛び込む前に、圧縮点火エンジンは新しい概念ではないことに注意する価値があります。フォーミュラ1カーは圧縮点火エンジンを使用しており、他のいくつかの自動車メーカーは乗用車用の商業的に実行可能なバージョンの開発を試みています。しかし、Skyactiv-Xと呼ばれるマツダのエンジンは、このタイプの最初の大量生産された市販のエンジンになります。マツダのパワートレインエンジニアであるジェイ・チェンのおかげで、ハウスタッフワークスはこの画期的な成果がどのように達成されたかを知ることができました。ただし、最初に、エンジンの基本機能を確認する必要があります。
エンジンは、熱と圧縮の2つの方法で燃料に点火することによって機能します。火花点火エンジンはほとんどのガソリン車に搭載されています。これらのタイプのエンジンでは、スパークプラグが点火して燃焼室内の燃料に点火し、燃料と空気の混合気も圧縮されます。もちろん、これはプロセスの非常に単純化されたバージョンであり、2つのエンジンタイプの主な違いを説明するためのものです。火花点火エンジンはサイクルに従い、動作するには正確なタイミングが必要ですが、さまざまな条件下で一般的に信頼性があります[出典：ナイト]。
圧縮点火エンジンは、ディーゼルエンジンのように動作します。ディーゼルは、はるかに高い圧縮率（より重いコンポーネントとより強力な構造が必要）用に設計されており、スパークプラグではなくグロープラグを熱源として使用します。グロープラグは圧縮チャンバーを加熱し、それがチャンバー内の圧縮を増加させます。燃料がチャンバーに追加されると、グロープラグの先端全体に噴霧されますが、プロセスは燃料とプラグの接触よりも圧縮に依存します。 「スパーク」の欠如は、ディーゼルエンジンが他の点では同様の仕様のガソリンエンジンよりも高いEPA評価を達成するのに役立ちます[出典：スチュワート]。
私たちがガスに焦点を合わせているなら、あなたは疑問に思うかもしれません、ディーゼルエンジンがどのように機能するかを説明することのポイントは何ですか？簡単に言うと、圧縮の重要性を説明するためです。ガスエンジンを改善する最良の方法は、圧縮を高める方法を見つけることです。これにより、エンジンは燃料供給をより効率的に使用できるようになります。
圧縮点火ガソリンエンジンは、これらのプロセスの最良の部分を組み合わせています。エンジンは、排気バルブと吸気バルブのタイミングを調整することにより、エンジンシリンダー内に空気（通常はエンジン排気）を閉じ込めるようにプログラムされています。燃料噴射装置は、この閉じ込められた排気ガスに燃料を追加します。閉じ込められた混合気は非常に高い圧縮率であるため、比較的少量の燃料が発火する可能性があります。
圧縮点火エンジンは、2つの異なるタイプに分類することもできます[出典：Lindberg]。
これら2つのエンジンの主な違いは、燃料が追加されるプロセスのポイントであり、エンジンのサイクルとタイミングを調整することで達成されます。それ以外の場合、エンジンは同様に機能します。圧縮が最も重要な要素です。
圧縮点火エンジンには、いくつかの利点と少なくとも同じくらい多くの欠点があります。その利点には次のものがあります：
「大まかな例として、火花点火は新聞の火口の片方の端に火をつけ、炎を徐々に紙の上に登らせることで火を起こすのに似ています」とマツダのパワートレインエンジニアであるジェイ・チェンは電子メールで説明します。 「[圧縮着火]は、燃料と空気が臨界圧力と温度に達した自然発火に似ており、チャージ全体が同時に相を変化させて、すべてのエネルギーを一度に放出します。すべてのエネルギーをほぼ同時に放出することにより、[圧縮点火]は、同じ量の空気からより多くの電力を引き出すことができ（膨張比が使い果たされる前に発生するため）、2〜3倍少ない燃料を使用し、燃焼温度を大幅に下げることで、無駄な熱エネルギーと排出物の形成をさらに削減します。 。 "
いいですね。問題は、これらのエンジンが非常に扱いにくいことです。設計と使用が簡単であれば、今ではそれらを駆動しているでしょう。ディーゼルエンジンに慣れていなくても、最適ではない状況では不便であると聞いたことがあるかもしれません。その一部は、非常に低温で「ゲル化」する傾向があるディーゼル燃料自体によるものです。氷点下でも液体のままであるガソリンには問題はありません。ただし、圧縮着火は、天候やその他の周囲条件、および燃料の品質などの他の要因の影響を受ける可能性があります。
「これまで、圧縮点火内燃エンジンは、安定した実験室条件、または生産に適用するには粗すぎる未加工の車両プロトタイプにのみ存在していました」とChen氏は言います。
言い換えれば、シリンダー内の圧力と温度が注意深く維持されていないと、プロセスは機能しません。気温が低すぎると、エンジンの敏感なコンポーネントが損傷する可能性があります。エンジンが熱くなりすぎると、ノックが発生する可能性があります。これは、燃料と空気の混合気が熱くなりすぎて、間違ったタイミングで爆発し、燃料を浪費してエンジンの動作が低下した場合に発生します。火花点火エンジンも冷たすぎたり熱すぎたりする可能性がありますが、許容誤差ははるかに大きくなります。
圧縮点火エンジンを確実に機能させるには、空気、燃料、排気ガスを完璧な比率で、完璧な圧縮で、適切なタイミングで適切な量の熱を加えて混合する正確な組み合わせが必要です。ご存知のように、まだ誰も圧縮点火ガスエンジンを搭載した車を作ることができていないので、このプロセスをさらに洗練する必要がありました。
マツダの発表直後、自動車業界の専門家は、マスマーケットの圧縮点火エンジンがガスエンジンを「節約」できるかどうかを推測し始めました。つまり、業界がハイブリッドおよび電気技術に移行するにつれて、このガスエンジンは実行可能な競争相手になるのに十分な効率を発揮できるでしょうか？
チェン氏は、マツダは「内燃機関からあらゆる効率を引き出すことで（内燃機関が完成したら電化と組み合わせて）、今世紀に自動車に十分な動力を供給する方法を提供できる」という信念に動機付けられていると述べています。これは、さまざまな形態の化石燃料ベースの発電所から動力を供給される純粋なバッテリー電気自動車と同じかそれ以下の「十分な」CO2排出量を生成する可能性があります。」
言い換えれば、マツダは、継続的な革新により、ガスエンジンを搭載した車は少なくとも電気自動車と同じくらい効率的であり、おそらくそれ以上の効率が得られると考えています。圧縮着火技術におけるこの画期的な進歩が、それ以前のものとどのように異なるかを見てみましょう。
2007年、モータートレンドは、圧縮点火エンジンを搭載したサターンオーラを運転しました。これにより、通常のオーラよりも燃料消費量が15％削減されました[出典：Markus]。当時、GMは2015年に圧縮点火エンジンを搭載した車両を発売する予定でしたが、数年後にはサターンブランドが閉鎖され、GMは徐々に電気自動車やプラグインハイブリッド車などに焦点を移しました。シボレーボルト。
同じ頃、メルセデスベンツはディゾットと呼ばれる圧縮点火システムに取り組んでおり、フォードも開発中のプロジェクトを持っていました[出典：エストラーダ]。ただし、これらのエンジンはいずれも生産の青信号を達成しておらず、ヒュンダイの経験はその理由を説明するのに役立つ可能性があります[出典：Markus]。
マツダを除けば、ヒュンダイはおそらく最も進歩しており、2013年頃に最初に明らかになった取り組みがあります[出典：Markus]。同社は、スパークプラグやグロープラグのない圧縮点火エンジンのバージョンを設計しました。リリース予定日は2023年です。
有望な進歩にもかかわらず、ヒュンダイは2016年に、エンジンコンポーネントが、プロセスが機能するために必要な圧縮に対処するのに十分な強度ではないことを明らかにしました。もちろん、より強力なエンジンコンポーネント、つまりブロック、クランク、ベアリングを設計することもできます。それがディーゼルエンジンの仕組みです。それは非常に高価であり、それらのより強力なコンポーネントは車に重量を追加し、その全体的な効率を低下させます。ヒュンダイはずっとターボチャージャーを使ってパワーを上げ、必要な圧縮を維持することを計画していましたが、スーパーチャージャーも必要であることに気づき、予算をさらに浪費しました。そして最後に、ヒュンダイはこれらのパワートレインによって生成された汚染の量に満足していませんでした。結局、プロジェクトははるかに高価であり、計画されたほどクリーンで効率的ではありませんでした[出典：Markus]。
マツダの開発努力は、競合他社とほぼ同じくらい長く続いています。
「Skyactiv-Xは、第1世代のSkyactivが発売される前から常に計画に含まれていました」と、マツダのエンジニアであるChen氏は説明します。 「このロードマップの最初のステップは、2009年に導入されたマツダのSkyactivテクノロジーでした。当時の主な改善点は、エンジン全体の効率とパワートレインのパフォーマンスを向上させるために、従来とは異なる高いエンジン圧縮比を適用することでした。 （それまで）生産エンジンでは不可能と信じられていたものを達成するために、既存の技術を相乗的に組み合わせて適用しました。」
素人の言葉で言えば、「Skyactiv」は、効率を上げるために圧縮を高めるというマツダの戦略の用語であり、マツダは、次のSkyactiv-Xを機能させるために少しいじくり回さなければなりませんでした。そのいじくり回しの結果として、マツダはミックスにスパークプラグを追加しました。これにより、エンジンは、その時点で最も効率的なものに応じて、圧縮と火花点火を切り替えることができます。これは、高圧縮エンジン技術の基本に反しているように聞こえるかもしれませんが、Chenはそれが機能すると言います。
「この画期的な技術は、火花制御圧縮点火（SPCCI）と呼ばれ、圧縮点火の操作と制御の使用範囲を大幅に拡大し、CI [圧縮点火]とSI [火花点火]の間のシームレスな移行のソリューションを提供しました。高いエンジン速度で使用される燃焼モード（Skyactiv-Xの場合）」とChen氏は言います。
もっと簡単に言えば、スパークプラグはエンジンをスムーズに動かし、さまざまな条件に適応させる魔法の成分であり、絶対に必要な場合にのみ使用されます。マツダのエンジンは、現在の環境条件、車の運転方法、ドライバーの好みや設定などの要因に基づいて、自身を監視し、その動作を調整するように設計されています[出典：エストラーダ]。
マツダがこのアイデアを思いついた後、エンジンの開発にはさらに2年かかり、その間に別の重要な決定が下されました。 Skyactiv-Xエンジンを搭載した車両は、馬力仕様を向上させるスーパーチャージャーを備えています。これにより、ドライビングダイナミクスが向上し、潜在的な購入者にこの新しいテクノロジーを試してもらうことができます[出典：エストラーダ]。
最後の大きな質問—ドライバーはいつそれを見ることを期待できますか？マツダのスポークスパーソンは、Skyactiv-Xエンジンが最初に搭載される車両や、いつ発売されるかについてはまだ明らかにしていないと述べています。また、圧縮点火エンジンを搭載した車両が、火花点火エンジンを搭載した同等の車両よりもコストがかかるかどうかもわかりません。ただし、マツダがこのテクノロジーを最初に市場に投入する一方で、他のメーカーもほぼ確実にそれに続くと推測するのは安全です。
多くの同僚とは異なり、「ガスエンジンの節約」については特に心配していませんが、それはおそらく雇用の安定に役立つでしょう。それについてはもう少し利己的かもしれませんが、車をより効率的にするのに役立つイノベーションに興味があるという理由だけで、圧縮点火エンジンについて書くことにしました。
そのため、持続可能性全般について、圧縮点火エンジンを搭載した車両が利用可能になり次第、試乗したいと思っています。ハイブリッドやエレクトリックのように、これらの車が十分に強力であるかどうかについて多くの会話があると思います。正直なところ、普通の人には違いがわからないのではないかと思います。単にできるだけパワフルにする以外にも、車を運転するのを面白くする方法はたくさんあります。それがマツダの優れた分野です。