なぜロータリーは燃費が悪い？　同じ排気量でも燃費が違うのはなぜ？　聞けば「なるほど」な燃費の仕組み
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WEB CARTOP より

燃費の良し悪しは何で決まる？

　クルマがもつ「燃費性能」は、オーナーにとっては大きな関心事である。燃費の良し悪しは出費に直結するため、どうしても気になってしまうのだ。かつては、高性能の裏返しとして「オレのクルマはガスを食うんだよ」なんて自慢げに話す人もいたが、現代の価値基準で判断すれば、明らかに的外れなコメントといえるだろう。

　燃費とは、文字どおり「燃料消費率」の略で、基準燃料量（1リッター）でどれだけの距離を走れるかを表した言葉である。当然、より多くの距離を走れるほうが好燃費となり燃料代の出費を強いられるユーザーにとって、好燃費は非常にありがたいことになる。

　では、燃費性能はどうやって決まるのか、この点について少し考えてみよう。

　燃費、すなわち燃やした燃料でどれだけの距離を走れるか……ということで、基準燃料量に対して多くの距離を走れると、より優れた燃費性能という表現になる。そして、消費燃料量は排気量とイコールの関係にある。というのは、シリンダー内に吸い込んだ空気量に応じて燃料は供給されるため、多くの空気を取り入れる大排気量エンジンは、そのぶんだけ燃料を消費することになり、大きな出力を得られることと引き替えに、多くの燃料が必要となる。

　一般的に、排気量が大きくなるにしたがって燃費性能が悪くなるのはこのためだが、実際は同一排気量のエンジンであっても、メーカーが異なったり（エンジンが異なったり）、車形が異なったりすると燃費性能に違いが生じてくる。これらは、燃焼効率の違い、エンジンマネージメントの違い、駆動系のギヤリングの違い、車重の違い、走行抵抗の違い、空力性能の違いなどなど、その要因は多岐におよぶが、排気量の違いを逆転するほどの燃費差が生じるケースもある。

　もちろん、市街地走行で通常の内燃機関車（ガソリンエンジン）とモーター動力のアシストが得られるハイブリッド車を比べた場合、相当な開きがあるのは当然だが、同じ内燃機関車同士でもかなりの燃費差が見られることがある。

　一例としては、かつて自動車やモーターサイクルのエンジンとして多用された2サイクルエンジンと現在圧倒的多数を占める4サイクルエンジンを比較した場合だ。排出ガスの問題により、現在はほとんど姿を消してしまった2サイクルエンジンだが、レシプロエンジンとして軽量コンパクト、メカニズムがシンプルなため、廉価な小型車や軽量コンパクト性が求められるモーターサイクルで重宝がられた。

　両者の違いは、エンジンが作動するための行程の組み立てにある。同一排気量の単気筒エンジンを例に挙げて考えればわかりやすいだろう。

　まず4サイクルの場合、燃焼に関わる一連の行程は、吸気→圧縮→爆発（燃焼）→排気の4行程で組み立てられるが、2サイクルの場合は、ピストン上昇時に圧縮（シリンダー内）と吸気（クランクケース内）→ピストン下降時に爆発と排気（ピストン下降後半期）、混合気の充填が行われ、エンジンの作動は2行程で組み立てられる。

　これをクランクシャフトの回転に置き換えると、4サイクルはクランクシャフト2回転（720度）で1回の爆発（燃焼）であることに対し、2サイクルはクランクシャフト1回転（360度）で1回の爆発と、2サイクルのほうが倍の燃焼回数となる。つまり、4サイクルと2サイクルを同じエンジン回転数で使った場合、2サイクルは4サイクルの倍の燃料を消費する代わりに倍の出力を発生することができる……ということになる。

肝心なのは熱効率

　実際には、4サイクルと2サイクルは吸排気効率や圧縮圧力、燃焼効率などが異なるため、同一排気量で2サイクルが倍の出力特性にはならないのだが、理屈の上では2サイクルは倍の燃料を消費することになるため、当然ながら燃費特性は悪くなる。

　この考え方は、レシプロエンジンとロータリーエンジンについても同じことがいえる。

　ロータリーエンジンは、ローターが1回転するとエキセントリックシャフト（レシプロのクランクシャフトに相当）は3回転する。じつはこれがロータリーエンジンのカギとなる考え方で、ローター回転数の3倍がエンジン回転数（エキセントリックシャフトの回転数）となる。また、ロータリーエンジンは、1ローターにつき3つの燃焼室をもつため、シングルローターで考えると、エンジン回転数と燃焼回数が同じ関係になる。

　ロータリーエンジンでもっとも普及したタイプは13B型だが、排気量は654cc✕2ローター＝1308ccで表記されるが、ひとつのローターが3つ（3箇所）の燃焼室を持つため、13B型の実際の排気量は3924ccと見なすこともできる。もちろん、レシプロ4サイクルと作動原理が根本的に異なるため、13B型をレシプロ3924ccとまったく同じと考えることはできないが、1ローター1回転あたりエキセントリックシャフト（クランクシャフト）の回転数と同数の燃焼回数（2ローターだと倍になる）は、どう見ても燃費特性の上からは不利である。また、出力を稼ぐため過給機を装着すれば、さらに燃費特性は低下する。

　4サイクルと2サイクル、レシプロとロータリーといった作動原理の違いが燃費性能に影響を及ぼすが、現代のエンジンでは、これ以外の要素「熱効率」の改善も大きなポイントとなっている。

　熱効率とは簡単にいえば、燃やした燃料をどれだけクルマを走らせるためのエネルギーとして活用できるか、ということである。かつては、32〜33程度が熱効率の定説とされていたが、2000年代に入って環境性能が重要視され始めると熱効率の改善が喫緊のテーマとして取り上げられるようになってきた。

　当然の話で、燃やした燃料からより多くのエネルギーを動力源として活用できれば、その上昇ぶんだけ燃料消費を抑えることができるようになる。最新の熱効率がどの程度か正確には把握していないが、10年ほど前の段階で、トヨタの市販ハイブリッドカー用エンジンで41という数値を確認した覚えがある。おそらく現状は40台中盤、ル・マン／WEC用のハイブリッドハイパーカーGR010では、なんと50近いと聞いたことがある。

　50という熱効率は、かつては到底考えられなかった数値だが、要求性能の焦点を絞り、研究開発を積み重ねることで到達した結果、ということができるだろう。

　より少ない燃料消費でより大きなエネルギーとして活用するノウハウ。いまや省燃費（環境性能）と高性能は表裏一体の関係になっている。