新型ロータリーエンジン8Cの主要部品
2012年6月22日の夜、ロータリーエンジンを搭載したRX-8の最終モデルがラインオフしました。その11年後となる2023年6月23日、マツダは今秋登場予定のMX-30 Rotary-EVの生産を開始し、再びロータリーエンジンの生産に踏み切りました。今回、マツダ本社と隣接する本社工場の取材を慣行！ 新型ロータリーエンジン「8C」の詳細について紹介したいと思います。
◆11年間、ロータリーの火が消えたわけではなかった
RX-Vision
ロータリーエンジン不在の11年間、マツダはコンセプトカーの「RX-Vision」や水素ロータリーエンジンの研究など、様々な形でことあるごとにロータリーを復活させたいというメッセージを我々に伝えてきました。ですが世の流れは「自動車の電動化」。内燃機関そのものが否定されつつある時代です。その次代において新規で内燃機関を開発するのは、世の流れから反しているようにも見えるでしょう。
2030年、マツダは世界販売のうち最大40％をBEVになると想定している
マツダも自動車の電動化は避けられないものと認識しています。ですが2030年に100％電動化を予定している欧州メーカーに対し、マツダは2030年の世界販売のうち25～40％をBEVにするという、やや慎重な姿勢をとっています。この話だけをみれば、エコノミストや環境保護団体から「遅れている」と糾弾されるかもしれません。ですが電動化は自動車メーカーが頑張ったところで、インフラを含めた充電機器、バッテリー容量などの蓄電技術の課題が大きく残っています。さらに2023年3月に欧州連合（EU）が、e-fuel（イーフューエル、CO2とH2で製造する燃料）や水素などカーボンニュートラル燃料を利用するエンジン車に限り、2035年以降も新車販売を容認。販売されるクルマすべてがBEVになるわけではありません
ガソリンのほか、カーボンニュートラル燃料、水素、LPGも燃料にできるロータリーエンジン
とはいえ、今度はメジャーとなるカーボンニュートラル燃料の何が主流になるのかは現在不透明。その状況において、ガソリン、カーボンニュートラル燃料、水素、LPGを使える「燃料を選ばない」ロータリーエンジンはとても魅力のある選択肢となるのです。何よりロータリーエンジンはマツダ独自の技術。世界市場に対して独自の魅力や存在感をアピールできるというわけです。
今回マツダはPHEVユニットのコンパクト化のためロータリーエンジンを復活させましたが、インフラによっては、以前のように駆動用途として使うことも考えられます。ロータリーエンジンを再び製造するのは、そのような時代背景があるようです。
◆エンジンは発電、モーターは駆動に使われる
8C型ロータリーエンジン
MX-30 Rotary-EVのPHEVユニット構造図
実際に組み込まれた様子
それでは今回復活したロータリーエンジン「8C」を見てみましょう。8Cは前出のとおり、PHEVユニットの発電用として完全新規設計されたエンジンで、動力はジェネレーターの発電用に用いられます。いわゆるシリーズハイブリッド動作のため、エンジンから生まれた動力が駆動輪に伝わることはありません。
8Cの説明スライド
8C型は、排気量830ccの自然吸気1ローターで構成。最高出力は53kW(71馬力/4500回転)、最大トルクは112N・m(4500回転)を発生します。マツダが市販車で1ローターのエンジンを搭載するのは初めてのこと（軽自動車の排気量が360ccだった頃に1ローターの3Aエンジンを開発していたことはあるようです）。一方で、1ローターあたり830ccという排気量もロータリー搭載市販車では過去最大。ついでに申し上げると、ロータリーエンジンを横置きにマウントするのも初のこと。まさに「異例づくし」であり、それゆえ「新時代のロータリーエンジン」といえます。
RX-8に搭載されていた13B-MSP RENESIS(13B型)と比較してみましょう。13Bは排気量654ccのロータリーを直列に2個繋げた総排気量1308ccとしたエンジンで、その起源は1973年のマツダ・ルーチェにまで遡ります。
上が8C、下が13B。8Cの方が薄いことがわかる
左が8C、右が13B。ローターの大きさは、そのまま排気量につながる
8Cのローターの厚みは13Bに比べて4mm薄いものの、創成半径は13Bの105mmから大幅に拡大した120mm。これは1ローターあたりの排気量を大きくしたことによるもの。エンジニアによると「1ローターでジェネレーターを動かすために必要だった」とのこと。
MX-30 Rotary-EVのパワーメーター
ロータリーエンジンというと、モーターフィールにたとえられるように際限なく回るエンジンというイメージを受ける方が多いでしょう。ですが1ローターであることと、今回は発電用途のため、普段は最も効率のよい2500回転付近で駆動するように設計されているとのこと。レブリミットは4700回転前後だそうで、回転数が低いのは単気筒のレシプロエンジンと似ています。ちなみに高速道路などでは4500回転まで回ることがあるそうです。
◆職人とロボットが組み上げるロータリー
大排気量1ローター化で問題となるのは、ローターのバランス精度と燃焼圧力の増加だったといいます。なかでもバランス精度は1ローターゆえ、より重要な問題になってくるのだそう。
8Cのフライホイール
フライホイールをみると、バランサーを設けるなど設計的な面での対策もなされていますが、あわせて製造工程から徹底的に見直しを図ったといいます。今回特別に広島の本社工場で製造工程の一部を見学させていただきました。
ローターの砂型を組み立てている様子
くみ上げた砂型を3Dスキャナーで計測
エンジンは部品から完全に内製。ローターの製造は砂型鋳造にアルミ合金の溶湯を注ぐところから始まります。この砂型鋳造は、スカイアクティブエンジンにも使われている製造方法だそうで、金型と違って砂型には保温効果があるため、溶けたアルミが隅々まで行きわたるという（＝精度が高い）メリットがあるのだそう。この砂型を組み立てる際に、3Dスキャンを用いることで、素材寸法公差を54％改善したのだとか。
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ロボットアームがローターをつかんでいる様子
汎用マシニングにセットされたローター
ローターのバランス取り工程。ローター頂点の窪みがバランスの切削加工された跡
自動化の波はこれにとどまらず、従来は職人の手で行っていたバランス取り工程を、特殊な機械を用いて自動化。こちらは人間が機械にセットするのですが、あとはボタンひとつで計測。得られたデータがNCルーターのような機械に送られ、ローターの一部を切削。加工後、また計測をするという流れ。これによりバランス精度が75％改善したのだそう。ローターひとつでこの様子で、他の部品もほぼ似たようなもの。さらに主要部品はひとつひとつシリアルとデータが管理され、不測の交換が発生した時は、近い値の別部品が出荷されます。こうしてローターのバランス精度が保たれているのです。
肉厚化されたアペックスシール
アペックスシールには2枚の板ばねが仕込まれている
次なる問題である燃焼圧力の増加については、気密を保つアペックスシールを13Bより0.6mm肉厚化するなど、機械的な面の見直しが行なわれたほか、組立工程で匠とよばれる職人が品質を担保しているのだそう。
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ローターを組み立てている様子
アペックスシールは手で組み込まれていく
アペックスシールのバネの感覚を養う工具
触ってみたが、違いがまったくわからない……
エンジン内部の組み立ては、工場の一角に設けられたクリーンルーム内で行なわれ、そこでアペックスシールを取り付けているのですが、バネの反発を手の感覚で確認するのだとか！ 実際にNG品と合格品を触ってみたのですが、まったくもってわからず。ここは「自動化が進んでも機械では判別できない」領域なのだそうで、組み立てができる匠はわずか3名しかいないのだとか。もちろん養成はされているとのことでした。
◆鋳鉄製をアルミにして15kg以上軽量化
ローターの大型化だけに目が向きがちですが、8Cではさらに「軽量化」と「直噴化」も技術面でのブレイクスルーなのだとか。
ローターハウジングを挟むサイドハウジングをアルミ製としたのが今回のブレイクスルー
サイドハウジングの完成形
高速フレーム溶射をしている様子
もともとはへこんでいた部分が、溶射により盛り上がり、それを磨いて完成する
軽量化は軽量化は電費（燃費）につながる重要な要素。そこで今回は従来は鋳鉄製だったサイドハウジングをアルミ化したのです（ローターハウジングは以前からアルミ製）。そこで問題となるのが摩擦。今回アルミに2000度近い温度で特殊な粉末を摺動面（こすれながら滑り合う部分）の表面に吹き付ける高速フレーム溶射を取り入れて強度対策をしています。これにより15kg以上の軽量化を達成しているとのことで、実際に鋳鉄のものともち比べると、「こんなに軽くなるのか！」というより「こんな重たいものがエンジンに何個も載っていたのか」と驚いた次第。このサイドハウジングも砂型鋳造で作ることで、薄肉軽量形状を実現しています。
フューエルインジェクター
オイルフィルターの左側につく黒い部品がフューエルインジェクター
イマドキのレシプロエンジンでは当たり前となった燃料の直噴化。燃費や効率の面で重要な要素です。ですが一般的なレシプロエンジンと異なり、燃焼室が移動していくロータリーエンジンでは1つのインジェクターが使える噴射タイミングは限られています。またインジェクターの場所や圧力によっては混合気ではないガソリンがエンジンオイルと混ざってしまい、オイルの役目が薄くなるという問題もあります。この問題を幾度となく試作を重ねることと、コンピューター解析でクリアしたのだそう。
◆街中でロータリーサウンドが聞けるまで、もうすぐ！
エンジンの内部はクリーンルーム内で組み立てられる
ライン上で補器類が取り付けられる
実際にエンジンを動かして動作を確認するスペースがある
こうして誕生したエンジンは、先程ご紹介したクリーンルームで中心部を組み立てた後、吊り下げられた形でラインに載せられ、補機類などが取り付けられていきます。工場内は普通に会話できるほどの静かさ。そして組み上げられたパワーユニットは全数検査した後、車両の組み立て工程へと向かいます。
ロータリーエンジン組立ラインの看板
ロータリーエンジン組立ラインの壁に描かれたイラスト。この製造ラインでロータリーエンジンが1974年から生産されていたという
8Cの生産が始まる前まで、開発部隊はロータリーエンジンの基礎研究を続け、工場では13Bを作り続けていたのだそうです。ちなみに、8Cの生産が始まった後は13Bは場所を移して作られています。マツダは11年間、ロータリーエンジンの火を消さなかったのです。
MX-30 Rotary-EV
新しく誕生したロータリーエンジン「8C」を搭載した「MX-30 Rotary-EV」。街中でロータリーエンジンサウンドを耳にする日は、すぐそこまで来ています。
エンジンを載せるMX-30 Rotary-EV
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