マツダ・13G型エンジン

開発経緯

ル・マン24時間レースは、1982年からグループCがメインの世界耐久選手権（WEC）の1戦となった。このグループCのレースは、2座席クローズドルーフのスポーツカーで排気量による規制はなく、レース距離に応じ総燃料使用量が規制され、速さを低燃費高効率で達成することが求められるようになった。WECの車両クラスは、C1とC2の2クラスが設定され、おおよそ「メーカーはC1」「プライベータはC2」というクラス分けになっていた。C1は、燃費約2㎞/l/最低車重850㎏　C2は、燃費約2㎞/l/最低車両重量700㎏という規定で、優勝するには、C1で約700馬力/C2で約400馬力が必要になってきた。
マツダは、1975年から市販用の2ローターの13B （654cc×2）を大幅チューニングに取り組み、出力約300馬力/燃費約3㎞/lを達成して1983年からWECに参戦したが、排気量が小さく絶対的な出力に劣るため格下のC2クラスにしか参戦できなかった。C1クラスで戦うためには、13Bを2台以上搭載するか、13Bにターボ・チャージャーを取付て、排気量を13Bの2倍以上に相当する過給を行い、かつ燃費を大幅に向上させる必要があった。そこで13Bターボを開発して1984年に富士スピードウェイでのWECに挑戦したが、REの高熱にターボチャージャーが耐え切れずにリタイヤした。この時の経験及び更なるWECでの燃費規制の強化が見込まれたので、マツダは、ターボ付きREをあきらめ、自然吸気（N/A）のREで対応する方針を決めた。
N/AのREで出力を向上させるためには、排気量を拡大する必要がある。REの排気量拡大には、ローターの創生半径、偏心量、ローター幅の拡大もしくはローターの追加での対応となる。ローターの創生半径と偏心量の変更は、ローターハウジングの全面変更となり、実質的には完全な新規のエンジン開発となる。そのためマツダは、レシプロエンジンのボアアップに相当するローター幅の拡大という手法で排気量拡大を行ってきたが、ローター幅の拡大も限界に近づいていた。そこでREの排気量拡大方法として、従来の2ローターの13Bの前側（プーリー側）にローターを一つ追加することで排気量拡大を図った3ローターエンジンを開発した。この3ローターエンジンが13Gである。
この方法では、従来の2ローターの13Bの部品と生産工程が広範囲に流用できる。
しかしながら　マツダのREは、2ローター用として偏心出力軸に各ローターユニットを積み重ねて製造する構造になっている。このため　ローター内部の偏心出力軸挿入用の孔径が、2ローター用に設定されていたため（偏心出力軸の位相差が180°）その構造を踏襲しないとREとして成り立たないという制約があった。その構造を満たしたうえで3ローターにするという苦労があったエンジンである。（3ローターは、位相差が120°となり偏心出力軸の大きさが大きくなり、ローター部の出力軸を通す孔径がローターよりも大きくなり、ローターがなくなってしまう）
1983年から開発に着手し、1986年のルマン用のマツダ・757に搭載され、その後富士GCのエンジン規定変更を受け、1987年から富士GCでの使用が可能となり、おおよそ1989年まで使用された。またその後、アメリカのIMSAや日本の全日本GT選手権のGT300のエンジンとして使用された。
このエンジンは、当初市販車への搭載を前提としていないエンジンだった為、従来のエンジン型式定義に当て嵌まらない理由より「13G」と決定された。
後に市販エンジンとしての3ローターエンジンの開発が始まり、そのベースエンジンとなった。そのエンジンが2番目に開発された理由から「20B」型に決まり、ユーノスコスモに搭載された。ユーノス・コスモでは、ターボチャージャーが追加されている。
なお　レーシングエンジンとしては、1988年からNAの20Bとしてスポーツキットによって富士GCでの参戦用として市販された。

エンジンの概要

3ローターの番号をエンジン前方から、＃1、＃2、＃3と設定する。

出力軸

出力軸は、従来の2ローターの出力軸（＃2と＃3）に追加のローター分（＃1）をつなぐ形になっているが、過去マツダで検討された方式ではなく、新規設計となった。
過去検討された出力軸は、2ローターの出力軸に追加された出力軸をボルトとキーで結合したものであるが、強度的に問題をもっていた。
今回採用された偏心出力軸は、＃2と＃3を一体としたメインシャフトに＃1用の分割された中空の偏心部を嵌め込み結合する方法で、シャフトの剛性低下を防止した。分割部の結合は、信頼性と組み付け精度や加工性に優れたテーパー継手を採用した。
＃2と＃3のロータージャーナルを持つメインシャフトをプーリー側に延長して、延長部に＃1用のロータージャーナルを持つ中空のフロントシャフトをテーパー継ぎ手で結合して、楔状のキーにて位置決め固定されて、他のローターとの位相（各120°）を確保する。これは、通常のマツダ2ローターでフライホイールを偏心出力軸にはめ込むのと同じ内容である。
メインジャーナルは、3か所として、出力軸の両端とテーパー継ぎ手の直後に設置し、シャフト全長の延長及び2分割による全体の曲げ剛性低下を防止するためにメインジャーナル径を2ローターより拡大した。
回転バランスは、2バランス方式として前後のバランスウエイトで調整している。

中間ハウジング

追加されたローターと従来の2ローターの前側ローターとの間の中間ハウジングが新規設計となった。このハウジングは、追加したローターの固定ギアと出力軸を保持し、テンションボルトの取付ねじやエンジンマウントの取付ボスを設置した。2ローターの中間ハウジングは、軸受を設置していないが、このハウジングには、軸受を追加し出力軸を支えている。

ローターハウジング

これまでの砂型鋳造から、トロコイド面にシートメタルをインサートしたダイキャスト金型鋳造品に変更して、トロコイドフォームの変形防止、耐熱疲労強度の向上及びハウジング全体の剛性向上を図った。トロコイド面のメッキは、ソリッドクロムめっきを採用した。この方法は、市販車で採用しているものと同じ方法である。
また　ハウジング外部の下部にあった突起を廃止して、エンジン幅の削減を行い、ベンチュリーカーへの対応を図った。吸排気系は、両方ともペリフェラリポートを採用している。

ローター

1ローター追加により長くなった回転系全体の信頼性向上と全体重量の低減のため、ローター軽量化を重点課題として取り組んだ。
その結果、ロストワックス鋳造法を採用し、リブや外壁の薄肉化や余肉削減を行い、2ローターから約30％の質量低減ができた。

潤滑＆冷却系

●潤滑
　2ローターと同じドライサンプ方式を採用した。なお、排気量増大に伴い循環油量と油圧の確保のためドライサンプ用オイルポンプ容量を約20％増大させている。
●冷却系
　エンジン各部の温度分布に異常がなかったので、ポンプ仕様や経路ともに2ローター仕様をそのまま踏襲した。

エンジン制御系

出力とレスポンスと燃費改善のため、市販車と同様の大容量のCPUを採用して、演算のスピードアップによる制御精度の向上ときめ細かなセッティングを可能とした。主な制御内容は、燃料噴射、点火時期、インジェクタの切り替えを制御すると同時に燃費計やスロットルの全開学習、故障診断の機能を持たした。
燃費計は、2ローター時代は、別ユニットとして搭載していたが、これが3ローターでは、エンジン制御系として一体化された。また　エンジン制御系は、運転席内に操作パネルを設置して、サーキットや走行状況における微調整が可能なようにされている。
●吸気系
　マツダREの場合、吸気系は排気系の上部に位置するので　排気系からの熱影響を避けるために吸気系は、ダウンドラフトを採用している。
　インジェクターは、スロットルバルブの上流側に各ローター当たり2本設置して、エンジン負荷と回転数により本数を切り替えている。
　噴霧圧は、5㎏/㎠の高圧でミキシング長を稼いで、トルクを稼ぐようにしている。
　スロットルバルブは、ダウンドラフトに対応したスライドバルブを新規設計している。これは、2ローターのインジェクション仕様において、スロットルバルブはサイドドラフト用をそのままダウンドラフト用として流用していたが、バルブのステック等の不具合が発生した。
　そのため マツダ・737では、インジェクションをやめ、ウエーバーキャブに戻していた。この対応のためスライドバルブをダウンドラフト用として新規設計し、全閉時の通気抵抗が少ないスライドバルブを作成した。
●点火系
　点火プラグは、2ローターと同様トレーディング（T側）、リーディング（L側）の2本のCDI点火で、エンジン回転数とスロットル開度による　マップ制御で、最適な点火時期を設定する1プラグ1コイルの電子配電システムとしている。（フロントハウジングから上方に突き出ていたディストリビュータを廃止した）
　コイルは、エンジン上部に設置されている。
●補器の配置
　エンジン幅を狭くして、マシンのアンダーボディのエアトンネルが広く設置可能なように従来エンジンの横に設置されていた補器は、エンジン上部へ移動させて、エンジン幅（特にエンジン下部）を簡略化させている。
●排気系
　排気系は、2ローターと同様にマシンの後端に開口部を持つ排気管を採用した。また　騒音対策のためマフラを設置した。
　3ローターの排気ポートを1本に纏めた位置にマフラを設置した。
　マフラー容量は、3ローターの排気を集中して対応するため2ローターよりも増加している。

レースでの状況

FIAは、REの排気量の換算係数を1985年に従来の「2」から「1.8」へ変更した。
したがって、13Gの換算排気量は、654×3×1.8で3531.6㏄になる。

グループC

13Gは、エンジン出力450馬力と燃費2.5㎞/lとなり、C1クラスでは出力不足　C2クラスでは燃費不足ということになった。WECでは、IMSAからの出走を受け入れるためにIMSA・GTP規定の車両もC1クラスの燃費規制を守ることで出走が許可されていた。
GTPは、車両重量がC1より100㎏軽くなっていたので、マツダは、13G搭載車をGTP規定準拠した車両（マツダ・757）として、低出力を補い、C1クラスの中では燃費の良さで入賞を狙う形でレースに参戦した。
当時の日本メーカーは、国内のグループC規定の全日本スポーツプロトタイプカー耐久選手権（JSPC）に参戦していた。マツダは、他社と同様JSPC全戦とWECの特定のレース（ル・マン24時間とその前の2戦）に参戦した。
13Gを搭載したマシンは、マツダ・757以外なかった