第1章

進化を続ける自動車技術

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極限を目指すエンジン

日本で甦ったアメリカの排ガス規制
日本ではハイブリッド車を始めとするエコカーに人気が集まっているが、この 20 年間ガソリンエンジンの性能も大幅に向上した。
きっかけは、1978 年に施行された排ガス規制だ。この年、アメリカで1970 年に成立したマスキー法をベースとした厳しい規制が日本車に課せられたのだ。1960 年代、深刻な大気汚染が問題となったアメリカでは、「1976 年までに 1970 年比で自動車から排出される大気汚染の成分を 10 分の 1 にする」、というマスキー法が制定された。当時としては、従来の技術では対応できない排出ガスのレベルを求めた革新的な規制であり、新しい技術の開発を前提としていたことから「強制的技術開発型規制」と呼ばれた。しかし、規制の目線の高さとは裏腹に、アメリカの自動車会社は 1社もこの規制をクリアする技術を開発することができなかったため、1974年に法案はあえなく廃案となった。その一方で、アメリカで実現できなかった厳しい規制が、日本で日の目を見ることとなったのである。それだ
け、当時の日本の排ガス問題が深刻であったということでもある。
アメリカの自動車会社がクリアできなかった規制に対して、日本の自動車会社が取った対策は大きく 3 つに分けることができる。「排ガスの再循環」、「エンジン電子制御システム（ECU：Engine Control Unit）」、「三元触媒法」である。このうち、排ガス再循環とは、吸気に排ガスを混合することで吸気時の酸素量を低減し、窒素酸化物の発生を抑制する技術である。また、電子制御は、排ガス中の酸素濃度を計測してエンジン内の燃焼が常に最適な状態に維持されるように、排ガスの再循環量、燃料バルブの8第1章

進化を続ける自動車技術

開度や時間などを制御する技術である。そして、三元触媒法とは、炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物をプラチナ、パラジウム、ロジウムを使用した触媒装置により同時に除去する技術だ。いずれも、当初は追加的なコストがかかった上、エンジンの性能の維持にも苦労することになる。しかし、長い目で見ると、日本の自動車産業がようやく世界レベルに達しようとした時代に、こうした苦労を負ったことがその後、日本の自動車会社の国際競争力を高めることにつながった。

排ガス規制から高性能エンジンへ
1980 年代になると、日本の自動車会社は吸気効率を高めるためにターボチャージャーを採用した。これによって、燃料と空気の混合率が改善されて燃焼効率がアップし、排ガス規制以来築かれた環境性能に高出力が加わった。1980 年代半ばにはプラザ合意による円高不況で苦しむが、不況を乗り越えると、厳しい規制をクリアした自動車会社は 1980 年代後半の好景気を背景に高出力を競うようになった。1989 年には日産自動車がフェアレディ Z を発表し、300 馬力の高出力を達成した。この時代をもって、日本の自動車会社のエンジン性能は世界のトップレベルに達したと言っていい。その裏には、環境規制をクリアしようと様々な技術を模索した結果、エンジンの燃焼効率を極限まで高めようとした自動車会社の努力があった。
高出力の時代は 1990 年代中盤まで続いたが、バブル経済の崩壊を経て、世の中は豪華な高出力車より経済性の高い自動車を求めるようになる。そこに、環境汚染や地球環境問題に対する関心が急速に高まる、という時代背景が重なり、自動車会社は十数年間で培ったエンジンの技術を環境性能を追求する方向に振り向けた。こうして燃費性能を競い合うトレンドが日本市場に根付くことになる。
ここまでの流れを振り返ると、日本の自動車会社は「環境性能の向上」⇨「燃焼効率のアップ」というサイクルを繰り返す中で、直噴方式、リー9（km/ℓ）
201918燃費

17161514131211101990

199520002005年度

20102015 （年）

出典：国土交通省データを元に日本総研が作成

図 1–1

日本のガソリンエンジンの平均燃費推移

ン バ ー ン、 ミ ラ ー サ イ ク ル、 タ ー ボ チ ャ ー ジ ャ ー、 ス ー パ ー チ ャ ージャー、ダウンサイジングといった革新技術を次々に導入し、エンジンの出力と燃費性能を大幅に向上させたことになる。こうした技術革新を繰り返すことにより、日本車の燃費性能は 1990 年中盤から現在までに 2 倍近く改善した（図 1–1）。
ガソリンエンジンの熱効率は、現在 40％程度に達している。損失の内訳は、排気で約 30％、冷却で 27％、摩擦、ポンプなどの動力損失で 3％程度だ（図 1–2）
。このうち、摩擦と動力損失については技術的に改善できる余地が少なく、内燃機関であることから冷却による損失を改善することも難しい。したがって、今後期待されるのは、燃料の抜本的な改善と、高圧化と膨張比の改善を積み重ねることで排気損失を低下させることだ。
現在の燃料を使った場合のガソリンエンジンの理想的な熱効率は 50％程度とされる。「燃料の燃焼という化学反応をピストンで機構的仕事に変える」という内燃機関の基本構造を考えると、理想状態の実現は困難を伴うから、ガソリンエンジンの改善は究極の効率へチャレンジする段階に達
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進化を続ける自動車技術

最大熱効率
現在 38.5％

燃料31％

排気損失

27.5％

冷却損失

2.5％

0.5％

摩擦損失

動力損失

熱損失
出典：自動車技術 Vol.65（2011）を元に日本総研が作成

図 1–2

制御システム

補機技術

エンジン技術ガソリンエンジンの熱損失の構造

エンジン電子制御システム（ECU）による性能向上

高度な通信・制御による飛躍的な組合せ高度化

三元触媒法などによる排ガス性能向上

ターボチャージャー、ツインターボなどによるパワーの向上

低回転域のターボチャージャーのほかモーターや電池などによる燃費の向上

排ガス再循環、リーンバーンなどによる排ガス性能向上

多気筒化などによるパワー向上

直噴、高度リーン
バーン、ミラーサイ
クルなどによる燃費性能向上

1970年

図 1–3

1980年

1990年

2000年

ガソリンエンジンの性能向上の推移

11しつつある（図 1–3）。

市販化されるスーパーカーの性能
エンジン性能の飛躍的な進歩は市販車の性能を大幅に向上させた。
いつの世でも、多かれ少なかれ、スーパーカーは子供たちの憧れである。1970 年代のフェラーリ・512BB、ランボルギーニ・カウンタック、ランチャ・ストラトスなど、スーパーカーは子供たちの憧れであると同時に、一部の人たちしか手の届かない高嶺の花だった。当時、子供たちの間ではスーパーカーがどれだけのパワーと最高速度を持っているかが話題になった。フェラーリ・512BB は 360 馬力で最高時速 302km/h、ランボルギーニ・カウンタックは 330 馬力で最高速度 260km/h、ランチャ・ストラ
トスは 240 馬力で最高速度 230km/h という高性能を誇っていた。子供たち
は 300km/h を超える能力を持つスーパーカーの技術仕様を暗記し、どの車種の馬力が大きく、最高速度が大きいかを語り合ったものだ。子供たちが夢中になったのは、当時の日本の市販車と格の違う存在だったからだ。
例えば、人気の小型スポーティーカーのカローラクーペの性能は 110 馬力、最高速度は 190km/h に過ぎなかった。
ところが、上述したエンジン性能の改善で、最近の国産市販車の性能は当時とは比べ物にならないほど向上した。例えば、トヨタ・マーク X の最高モデルの出力は 320 馬力、レクサス LS460 の出力は 380 馬力に達する。
速度規制のために国内では最高速度が 180km/h（輸入車の場合 250km/h）に抑えられているが、馬力は 1970 年代のフェラーリ・512BB を凌ぎ、512BB の後継車であるフェラーリ・テスタロッサと同じレベルにある。環
境性能と出力の改善を繰り返したことで、日本の高級車の性能は 1980 年代のスーパーカー並みとなった。公道で最高出力を出せるかどうかは別にしても、排ガス規制以来の 30 年間で、ガソリン車の性能は 2 倍以上向上し、子供の頃に夢見たスーパーカーの性能は一般の人にも手の届く存在となったのである。
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