Motor-Fan[モーターファン]|自動車最新ニュース・速報、試乗記など、クルマとカーライフを楽しむサイト

  • モーターファンテック
  • モーターファンバイクス[Bikes]
  1. TOP
  2. ニュース・トピック
  3. コラム・連載記事

なぜいま「直6」なのか? マツダが縦置き直列6気筒エンジンを開発する理由 次期トヨタ・クラウンはマツダの縦置きを使う!?

このエントリーをはてなブックマークに追加
現在、直6をラインアップに持つのは、BMWトメルセデス・ベンツ、そしてジャガーである。写真はBMWの直列6気筒エンジンのシリンダーブロック

つい先ごろ、マツダが「縦置きアーキテクチャー」のエンジン概要を披露した。たった1枚の写真とメモ書き程度の資料だけだったが、マツダが「本当に直6を作る」ことが証明された。しかし、いまになってなぜ、縦置きエンジン後輪駆動なのだろうか……。もしかしたら、この直6エンジンはトヨタも使うのだろうか。「消滅する」とか「FFになる」とか言われているクラウンは、このエンジンとマツダのラージプラットフォームを使ってFRのまま残るのだろうか。

TEXT◎牧野茂雄(MAKINO Shigeo)

縦置き直6エンジンのメリット、デメリット

【マツダが公開した直6エンジン】

11月9日、2021年3月期 第2四半期 決算説明会で公開されたマツダのLarge商品群(エンジン縦置き)のエンジン。左がガソリン直6ターボ、右がディーゼル直6ターボ、センターが直4+PHEVのパワーユニット。
左がエンジン横置きFF、右がエンジン縦置きFRのエンジンルーム

エンジン横置きの前輪駆動=フロントエンジン・フロントドライブ(FF)は、エンジンと変速機を合体させたパワートレーンをエンジンルーム内の奥のほう、キャビン=車室とエンジンルームを仕切るファイアウォール=防火隔壁(バルクヘッドとも呼ぶ)側に近付けて搭載する。メリットはエンジンルームを小さくできる点にある。全長に占めるキャビン長を確保できる点がメリットだ。

もうひとつ、エンジンのクランクシャフトが駆動軸である前軸と平行になることだ。真上から見てエンジンの出力軸と前軸がズレていても、歯車を使ってに位置合わせができる。この寸法ズレを使って変速機を設計すればいい。

エンジン縦置きでもFFを作ることはできる。スバルとアウディがその例だ。ただし、この場合はエンジンの出力軸と前軸は90°交差している。エンジン出力の方向を変えなければクルマは走れない。そこでハイポイドギヤと呼ばれる歯車を使う。このハイポイドギヤは「歯音」を出さないよう互いの中心をズラして組み合わせるため、ここで駆動力の3%程度をロスする。

エンジン縦置き後輪駆動=フロントエンジン・リヤドライブ(FR)もこれと同様にハイポイドギヤを使う。ポルシェのようなリヤエンジン・リヤドライブ(RR)でも、ミッドシップ後輪駆動(MR)でも同様だ。エンジン縦置きの場合は必ずハイポイドギヤが必要になる。駆動力の損失という点では、FFに対してのデメリットである。

【前引きと後ろ引き】

【後ろ引き】前軸よりも後方(運転席側)にステアリングラックを置く「後ろ引き」配置はエンジン横置きFFのほとんどが使う方式。車輪裏側のハブから伸びたナックル(腕)の先端とタイロッドを結び、L字型のロワーアームと上面視でも側面視でも平行な位置関係とする配置が望ましいという。真横(車輪側)から見るとすべてがホイール内径のなかに収まっている。
【前引き】いっぽう、前軸より前側にステアリングラックを置く「前引き」配置は後輪駆動車のほとんどが使う方式だが、FF車にも採用例はある。上のイラストはアウディの例であり、エンジンを縦置きし、その直後にデフ出力〜左右輪ドライブシャフトを配置する。エンジンはステアリングラックの上に乗りタイロッドは2分割式ロワーアームの前側アームと平行で高さもアームと近い。

ではステアリングの設計はどうか。この分野の専門家の皆さんは「エンジン縦置きFRのほうが横置きFFよりずっとやりやすい」とおっしゃる。どっちが優れているかという話ではなく、エンジンやら排気管やらがぎっしり詰まった横置きパワートレーンのそばにステアリングラックを配置し、そのラック部分とドライバーが操作するステアリングホイールとをつなぐインターミディエイト・シャフト(インタミ)をうまく通し、ふたつのカルダンジョイントが位相ズレを起こさないように配置することが求められる横置きFFに対し、エンジンの横にまっすぐインタミを通すことができるエンジン縦置きレイアウトは俄然都合がいい。

【前引きは引っ張り荷重、後ろ引きは圧縮荷重】

左にステアリングを切るときの旋回外側輪を考える。タイヤが向きを変えると路面とタイヤの間で横力(←)が発生する。この横力はタイヤの接地点中心よりやや後方に働く。同時に、タイヤには直進に戻ろうとする力(SAT=セルフ・アライニング・トルク)も働き、これが「前引き」配置ではステアリングのタイロッドを旋回外側に引っ張る「引っ張り荷重」になる(上)。言い換えればこれはナックルを「切れ戻り」方向に引っ張る力だ。いっぽう「後ろ引き」配置では逆に「圧縮荷重」となりナックルを旋回内側に押す力になる。

前面衝突対策はどうか。かつて直6がV6に置き換わった理由の大部分は衝突対策だった。前面衝突試験時の車速が高くなり、しかもオフセット衝突という試験項目が追加で入ってきた。そのためエンジンの前側に「前面衝突のときはここを潰す」というクラッシャブルゾーンを設ける必要が出てきた。ある程度の速度までの衝突なら、クラッシャブルゾーン内の構造体を潰すことで衝突エネルギーを強制的に消費させることができる。

そのためにはエンジン全長は短いほうがいい。だから直列は、せいぜい5気筒まで。できれば4気筒で済ませたい。となるとV型しかない。V型6気筒なら長さは直4とほぼ同じになる。クランクシャフトを短くできるから、直6に対するV6の欠点である回転振動への対策は少々割引かれる。

近年はスモールオフセット(リーンオフセットとも呼ばれる)という試験が追加された。さらに、将来的には斜め前方からの衝突という新たな試験が加わる可能性が高い。そうなると直6とV6「どっちが有利か」は、かなり複雑になるが、直6が減り始めた当時と違って現在はボディ設計術が相当に進歩した。直6をエンジンルーム内の中央に縦に配置しても、クラッシャブルゾーンの確保はそれほど難しくはなくなった。

【前面6対4オフセット衝突】

全幅に対して運転席側60%、車両中心線とはオフセットした位置でぶつけるこの試験方法がクルマのボディ設計だけでなくパッケージングにも影響を与えた。運転席側のサイドメンバーだけで衝突の全エネルギーを受け止めなければならないから、ボディは激しく潰れる。なるべくエンジンルーム内だけで「潰れ」を終わらせたい。この要求のため直列6気筒縦置きレイアウトは消えていった。この写真はボルボ・カーズでのテスト風景。ボルボは直5/直6エンジンを横置きに搭載するという方法を選んだ。

【前面スモールオフセット衝突】

運転席側だけ、車両全幅に対して10%〜20%を「削ぎ落とす」ようなすれ違いざまの衝突を模した試験。運転席側のサスペンションとタイヤがもぎ取られるが、この場合もエンジン幅は狭いほうが、いろいろな要素とのトレードオフで有利だろうか。

ちなみに直6を死守したBMWは、前面衝突対策で知恵を絞った。クラッシャブルゾーンは最小限。フロントオーバーハングを減らし、重たいものを前にぶら下げない車両パッケージングにこだわった。このほうがカッコもいい。フロントサイドメンバー前端は軽衝突時に潰すクラッシュボックスとし、その後方のサイドメンバーは「車室に近付くにしたがって断面積が大きくなる構造」にした。これで衝突直前速度64km/hのオフセット試験時に片側だけのフロントサイドメンバーで吸収できるエネルギー量を充分に確保したのだ。

法規に定める衝突試験の項目は、これからも確実に増える。いろいろな試験案が出ている。しかし、直6だから致命的に対応不可能という状況ではなくなった。むしろエンジン幅が狭い直6のほうがV6より有利というケースも出てきた。

【BMWのガソリンV8】

バンク角90°でバンク内にターボチャージャーと左右バンクぶんの排ガス後処理装置を置く。従来のV型エンジンはバンク外側が排気系だったが現在はバンク内排気が増えた。こうしたレイアウトを、エンジン全高を抑えながらうまく考え、しかもエンジンをまたいで左右に伸びる排気系を運転席/助手席足元にの床下にどう配置するかは、けして簡単ではない。

その代わり現在は排ガスが厳しい。直6が見直された理由はここにある。V型エンジンの場合、排ガス後処理装置は両側バンクにそれぞれ1セット必要になる。現在の欧州製V8はVバンクの内側が排気、外側が吸気というレイアウトになったが、これはターボチャージャーや排ガス後処理装置をVバンクの間に収容するという狙いからだ。

それでも「お金を取れるV8」エンジンはまだいい。コストもパワートレーン・パッケージングもシビアな普及型V6が横置きFF用から姿を消しつつある理由は、まず排ガス後処理装置のコストをセーブするためだ。同時に、直列レイアウトならエンジンブロックはひとつで済む。V型だと上半分はふたつ必要。カムシャフトはDOHCのV6だと4本いる。吸排気とも可変バルブタイミングにするとなるとバルブ位相可変ユニットは4つ必要。これらが直列エンジンなら半分で済むのだ。

排ガス後処理装置で言えば、いずれガソリン車にもパーティキュレートフィルター(GPF)と選択還元触媒(SCR)が必須になる時代が訪れるだろう。ディーゼルエンジンではすでに必須だ。直列エンジンなら、これらは1セットで済む。エンジンにくっついてくるさまざまなシステムを考えると、直列エンジンの優位性が出てくる。

ただし、車両運動性能を考えると、エンジンはできるだけ車室に近い側に置きたい。その点、直6は前軸中心よりエンジンが前に出てしまう。V6ならフロントミッドシップに近い位置までエンジンを後退させることができる。エンジン縦置きならV6と直4が有利だ。もちろん水平対向4気筒も、である。

【レース用VQ型V6対RB型直6】

これはかつての日産のレーシングカーレイアウト。同じボディ骨格に直6のRB型とV6のVQ型を搭載したときの、エンジンと前軸の位置関係がよくわかる。ハンドリング優先で考えれば、エンジンは後方に引っ込んでいてくれるほうがいい。「頭が軽い」ことは気分の点でもプラスにはたらく。

以上、エンジン縦置きと横置きを比較してみると、マツダが直6FRを選択した理由は、排ガス後処理装置とステアリング系のレイアウトではないかと推測される。さらに言えば、エンジン縦置きなら前輪の切れ角は大きめに設定できる。最近はあまり前輪切れ角は話題にのぼらないが、これも車両設計上は重要な要素だ。

おすすめのバックナンバー

ホンダエンジンの技術力は凄い|内燃機関超基礎講座特集

ホンダエンジンの技術力は凄い|内燃機関超基礎講座特集 一覧へ

会員必読記事|MotorFan Tech 厳選コンテンツ

会員必読記事|MotorFan Tech 厳選コンテンツ 一覧へ

オービスの疑問をスッキリ!!交通取締情報特集

オービスの疑問をスッキリ!!交通取締情報特集 一覧へ