気候変動が顕著になってきた昨今、クルマは厳しさを強めた排ガス規制に対応(開発エンジニアに言わせると、今や「厳しい」なんて程度のレベルではないのだが)するために電動化が急がれている。

 特に信号が多い日本の都市部においては、ゴーストップを繰り返すのはエンジン負荷が大きく、燃費を悪化させる。回生充電が使えるハイブリッド(といっても運動エネルギーすべて電気に換え、バッテリーに全量充電できているわけではないが)ならまだ影響は少ないが、純エンジン車車であれば致命的なほど燃費を低下させる。

 そんな発進加速の負荷は減らせないが、停止中の無駄は減らせるとばかりに導入された機構がアイドリングストップだった。これは、車種や条件によって異なるものの、15秒以上の停車時間がある場合はエンジンを停止させて発進時に再始動した方が燃料の消費量は抑えられることを狙った仕組みだ。停車時は自動でエンジンが停止し、ブレーキペダルへの踏力が弱まったことを検知すると発進に備えてエンジンを始動させるというもので、Dレンジのままエンジン始動を可能にさせるなど、変速機との協調制御も利用することで実現している。

 その頃自動車関連団体などが行っていたアイドリングストップ運動というムーブメントも後押ししたのだと思う。それは大きな交差点の信号待ちなど比較的停車時間が長い場合、エンジンを停止させましょう、というものだった。

 さらに20年前からは駐車中のアイドリングを禁止する条例が首都圏などで発令された(海外と比べると遅過ぎるくらいだ)こともあり、アイドリングストップ機能を採用した乗用車が増えていった。

 交差点などで完全停車してからエンジンを停止するようにしていたものから、車速の下降とブレーキペダルの操作などから判断して停車前からエンジンを停止するように制御を改善させ、何としても15秒以上のアイドリングストップを確保するように進化させているメーカーもある。

 しかし近年、アイドリングストップ機構を備えないクルマが登場し、それが増えているのである。燃費向上策のキーデバイスに何が起こっているのか。

●アイドリングストップはシビアコンディションを招く

 アイドリングという言葉は「サボっている」という意味も含む。ところが、エンジンにとっては実は厳しい環境であることは、意外と知られていない。

 アイドリング中も実際にはエアコンのコンプレッサーや発電機を駆動したり、エンジンや変速機に内蔵されたオイルポンプで油圧を作り各制御を機能させたり、ブレーキのサーボ(最近はモーター駆動も多いが)に吸気系で発生する負圧を利用させたりして、停車状態の保持に役立っている。これらの機能はアイドリングを停止することで、当然失われることになる。だからCVTなど、減速比の固定やベルトにより駆動力を伝えるために油圧が欠かせない変速機は、油圧をキープする工夫が盛り込まれている。

 しかし実はそんなことより、アイドリングストップによるメリットがわずかな燃費向上であるのに対し、デメリットが小さくないことの方が問題だ。アイドリングストップは実は「エンジン始動回数が増える」ということも意味する。これは実はエンジンにとってはうれしくない状況だ。

 まずエンジンを始動させる際には大きな電流が必要だ。それは停止していたエンジンを一定数の回転まで上昇させ、燃料を噴射して点火するためだ。

 アイドリングストップ機構により始動回数が増えることから、セルモーターが強化されるだけでなく、完全に停車していない状態からも再始動が行なえるよう、セルスターターのギア機構が改善されスターターリングギアと常時かみ合う構造とされるなど、対策が施されている。

 またバッテリーからたびたび大電流が供給されるとなると、バッテリー電圧が低下すると始動不能に陥ってしまう。そのためアイドリングストップ搭載車の発電機は発電容量が増やされているだけでなく、バッテリーの蓄電状態に応じて発電量を制御する仕組みも盛り込まれた。そのためバッテリーも、短時間での大電流の出し入れに対応した高性能な専用品が充てがわれている。

 このようにバッテリーやセルモーターの負担は小さくないが、実はエンジン本体の負担も見逃せないのである。エンジン内部のムービングパーツは停止している状態から動く時、また急に動くスピードを変化させた時に最もストレスがかかる。それは部品同士の摩擦や部品内部に発生する応力の繰り返しとなって、ジワジワとダメージを蓄積させる。

 またエンジンオイルにとってもそれは厳しい環境となる。走行距離は短くとも一定の時間でオイルの分子鎖は千切れていき、始動時に噴射された燃料や燃えカスにより、燃料希釈やカーボン、スラッジの発生につながり、部品の摩耗粉と合わせてオイルの潤滑性能を低下させていくのだ。

●燃費は向上しても、ユーザーの負担増が問題視

 電装品を動作させる電力を供給するバッテリーは、実のところセルスターターに電力を供給することが役割の大部分だ。ところが対策されていても慢性的な充電不足によりジワジワとバッテリーは弱っていくことが避けられず、大半のアイドリングストップ車は車検毎にバッテリーの新品交換を余儀なくされているようだ。

 その証(あかし)にカー用品大手のオートバックスでは、純正品よりも安く高性能なPB品のバッテリーが良く売れているという。少しでも安く、しかも良い部品を装着しようというユーザーの心理が現れているといえるだろう。それでも4万円前後の出費が車検毎に追加されるのは、ドライバーにとって結構な負担である。

 こうしたユーザーの不満も、アイドリングストップの効果を疑問視させることにつながっている。そして自動車メーカーとしては、燃費基準がJC08からWLTCに変更されたことが、アイドリングストップを廃止させる理由としては大きい。

 JC08モードは信号待ちなどを想定して停車時間が定められていたから、アイドリングストップを利用することでモード燃費の数値を伸ばすことができたのだ。

 それに対しWLTCは市街地だけでなく、郊外や高速道路での走行を想定したモードも加わり、それぞれのモード燃費のほか、トータルでの平均燃費を算出して表示する。つまり、市街地でのアイドリングストップによる表面上の燃費表記への貢献はかなり薄らいだのだ。

 これはパワートレイン全体で燃費改善が図られたことも当然、影響している。ともあれ新燃費基準とパワートレインの改善によって、アイドリングストップ機構はマストアイテムではなくなったのである。

●アイドリングストップを廃止するメリットとは

 アイドリングストップ機構によるエンジンの再始動がエンジンや電装品の負担となり、エンジンオイルやバッテリーの寿命を縮めてしまうことは、これまで述べた通りである。では、近年登場してきたアイドリングストップ機構を搭載しないクルマたちは、それらのデメリットを解決しただけでなく、さらに進化を果たしている。

 その代表例がトヨタ・ヤリスであろう。先代モデルのヴィッツと比べると、同じ1.5リッターエンジンでCVT仕様のカタログ燃費を比べると、ヴィッツの1リットルあたり21.2キロに対しヤリスは21.6キロと同等以上の数値となっている。

 しかもこれは前述の通り、新しい燃費基準であるWLTCモードであり、その内容的にはずっと厳しいものだ。ユーザーによる平均実燃費を比べてみても、両車とも15〜16キロとほとんど差がない。つまり、市街地中心のユーザーでもアイドリングストップを使っているクルマと同等の燃費を確保している、ということだ。

 ヤリスのエンジンは同じ1.5リッターエンジンでも直列4気筒から3気筒へと、レスシリンダー化(実際には2リットル4気筒とのモジュラー化だが)されている。これによってシリンダーのボア(直径)とストローク(行程)をより最適化して、負荷による吸気量や燃料噴射量の調整もより幅広く制御することを可能にしているのだ。

 バッテリーや発電機のコストダウンや軽量化も図れる。これはランニングコストだけでなく、LCA(ライフサイクルアセスメント=材料の製造時から廃車後のリサイクルまで含めたCO2の総排出量)で評価されるとなれば環境性能にも差が出てくる部分だ。

 さらに始動時に負担が大きいタイミングベルト(ヤリスのエンジンはチェーンを使用)の強度にも余裕ができて、ベルトサイズを細くできることでカムスプロケットやテンショナーもサイズダウンによる軽量化が図れることになる。

 このようにトヨタのTNGAパワーユニットには、すべてに渡って無駄のない設計と製造技術が注ぎ込まれ、従来以上に魅力的なエンジン&変速機に仕立てられている。

●将来のアイドリングストップ

 ただしフルハイブリッドになれば、停車時だけでなく走行中もエンジンを停止することから、今後もエンジン始動回数は、通常のガソリンエンジンよりも多くなることは予想できる。

 それでもスターターモーターはハイブリッド用の強力なモーターを使い、始動のためのバッテリーも走行用の大容量なリチウムイオンバッテリーから供給されるのだから、従来のエンジン車よりも負担は少ない。何より、絶対的なエンジン運転時間の短縮は、驚異的な燃費性能と環境性能の実現につながるのだ。

 これから先、エンジンの制御にもより柔軟で高度な仕掛けが組み込まれることは間違いない。路車間通信による信号の待ち時間、カメラの映像解析や車車間通信での渋滞の度合いなどからAIがエンジン停止時間を判断し、アイドリングストップを効果的に実施してくれる、そんなことも不可能ではない。

 電動化だけに頼り切らない、エンジン技術の更なる成熟もまだまだ期待できる。日産の発電専用エンジンの研究、マツダのSKYACTIV-Xの更なる進化や発電用ロータリーエンジンの復活、トヨタの水素エンジンなど、ザッと見渡しただけでも日本のエンジン技術の近未来には、魅力があふれている。

(高根英幸)