圧縮比が高いエンジンのメリットとは？ディーゼル・ガソリン・ターボで比率が異なる？

圧縮比の大きさとエンジン出力の影響

圧縮比はその数字とエンジンパワーにはどのような関係があるのでしょうか。

圧縮比が高いほどパワーが高い？

圧縮比の高さはエンジンの特性や使用する燃料など、エンジンごとに異なりますが、例えば同じエンジンであっても、圧縮比を高くすればそれだけ熱効率が向上するので、爆発の際ピストンを押し下げる力が強くなります。

その場合は、結果としてエンジンパワーが向上します。このことから、圧縮比とエンジンパワーには、密接な関係があると言えます。

圧縮比を上げてエンジン出力を上げることはできる？

圧縮比を高めることができると、それだけピストンを押し下げる力が強くなりますから、結果としてエンジン出力が向上します。

圧縮比は「（排気量+燃焼室の容積）÷燃焼室の容積」ですから、排気量+燃焼室の容積を大きくするか、燃焼室の容積を小さくすれば、圧縮比は上がります。

そのため、これの2つのいずれかの改造を行うと、エンジン出力は向上します。

エンジンパワーを上げるボアアップという選択

よく使われるパワーアップ方法は、「ボアアップ」というものです。ピストンの径のことを「ボア」といい、これを大きくし、またシリンダーの内径をそのボアに合わせて削ることで、シリンダー内に入れることのできる混合気の量を増やすことをボアアップと言います。

これにより、燃焼室の容積は変わらなくてもシリンダー内の最大容積が増し、圧縮される混合気の量は増えますから、圧縮比があがります。

結果として爆発も強くなり、エンジンパワーが向上します。また、このボアアップによって車の排気量は変化します。ボアアップを行うと、排気量の変更を届け出ないと車検に通らなくなりますので注意しましょう。

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圧縮比が高いエンジンのメリット・デメリット

メリット

エンジンは、発生した燃焼エネルギーの多くを排出ガスの熱として捨てます。圧縮比（膨張比）を高くすればするほどピストンが下降する間に燃焼ガスは膨張して排出ガス温度が下がり、捨てるエネルギーが減るため、その分仕事量が増えます。このように考えると、圧縮比（膨張比）が高ければ熱効率が高いということが理解しやすくなります。

デメリット

ガソリンエンジンの圧縮比

ガソリンエンジンの圧縮比を上げるとノッキングが発生してしまうことは上述しました。

ではノッキングの発生を抑えるためにどのような手法が採用されているかというと、燃焼室形状の最適化や、未燃ガスの温度を下げるために燃焼室の冷却性を向上させることです。

過給エンジンの場合はピストンで圧縮する前にすでに吸気が過給によって圧縮されています。したがって圧縮後のシリンダー内温度が高くノッキングしやすいため、圧縮比は8〜9程度と低く設定されます。その分、燃費は悪くなってしまいます。

ディーゼルエンジンの圧縮比

ディーゼルエンジンの圧縮比についても前述した通りです。

ガソリンエンジンに比べて圧縮比が高いので、熱効率が高く、燃費が良くなります。

しかし、圧縮比が高いために有害ガスNOx（窒素酸化物）が排出されやすく、またエンジン各部が頑強な構造になるためフリクションが大きくなります。

最近はNOx低減やフリクション低減のため、圧縮比を15以下に下げたディ－ゼルエンジンが出現しています。圧縮比を下げると圧縮温度が下がり着火性が悪化するので、低温始動性や燃焼安定性を改良する技術が必要です。

圧縮比14を実現したマツダの「SKYACTIV-G & D」

2010年当時、圧縮比は12程度が限界でした。しかし、「SKYACTIV」技術の中核をなす「SKYACTIV-G(ガソリン)」と「SKYACTIV-D(ディーゼル)」は、ともに圧縮比14を実現して、世界のエンジン技術者に衝撃を与えました。

「SKYACTIV-G」はノッキングの発生を抑えて圧縮比を14まで上昇させ、熱効率を大幅に向上させました。一方の「SKYACTIV-D」は、燃焼形態と低温始動性を改良することによって圧縮比を14まで低下させ、NOx（窒素酸化物）とPM（微小粒子状浮遊物・Particulate Matter）を同時に低減して、NOx触媒を使わずに現行の排ガス規制をクリアしました。