HONDA The Power of Dreams

内燃機関としての高い熱効率が最も活きる商品、それが家庭用コージェネレーションユニットでした。しかし、同時にそれは振動・騒音・耐久性にきわめて厳しい条件が課せられる商品でもあります。しかし、開発メンバーには自信がありました。エンジン回転数など一定条件のもとでの連続運転であれば、従来型エンジンよりも複雑な動作をするこのエンジンでも、厳しい条件だって克服できる。それが、最初の試作機から3年3カ月、試行錯誤を繰り返した先行研究の成果でした。

さらに、新機構の信頼性を保証するために新部品の材料選定から形状の隅々まで工夫を凝らすことで、数千時間を超える耐久試験も無事にクリアすることができました。

「使う燃料はより少なく、取り出す仕事はより大きく」。エンジンの燃費を飛躍的に高める高膨張比エンジンはここに完成し、同形式を用いた複リンク式エンジンとして世界初の量産となるこのエンジンはEXlink（Extended Expansion Linkage Engine）と命名され、第三世代のコージェネレーションユニットへの搭載が決まったのです。

EXlinkでは、従来型エンジンのコンロッドとクランクシャフトの間にトリゴナルリンクを新たに配置。スイングロッドを介してエキセントリックシャフトと結合することで複リンク機構を構成します。このエキセントリックシャフトを、クランクシャフトに対し、2分の1の速度で回転させると、ピストンのストロークは長短を繰り返します。

短いストロークを吸気／圧縮行程に、長いストロークを膨張／排気行程に割り当てることで、110cm³の吸気を163cm³まで膨張させる高膨張比エンジンを実現。「使う燃料はより少なく、取り出す仕事はより大きく」というアトキンソンサイクルの原理を、シンプルかつコンパクトな構造で再現しました。

EXlink機構の動きを、少し詳しくみてみましょう。

EXlinkでは、従来型エンジンのコンロッドとクランクシャフトの間に、アルミ合金製のトリゴナルリンク（赤）を付け加え、さらにスイングロッド（青）を介してエキセントリックシャフトと連結することで、トリゴナルリンクの姿勢を制御します。エキセントリックシャフトはクランク軸に対して1/2の減速比で同期して回転する偏心軸で、スイングロッドの端部（以下、スイング下端）は軸中心に対しオフセットして連結されています。

このためEXlinkのピストンの下死点位置は、その時のスイング下端の状態によって異なります。図の左側のようにスイング下端が下方にあると、クランクシャフトを支点としてトリゴナルリンクの右側を引き下げるかたちとなり、コンロッド下端は相対的に高めの位置となります。

したがってピストンは下がりきらず、ピストンストロークは短くなります。

反対に図の右側のようにスイング下端が上方にあると、トリゴナルリンクの右側は押し上げられるためコンロッド下端は低い位置にきて、ピストンストロークは長くなります。つまり、クランクシャフトが一回転するごとに、ピストンのストロークは交互に長短を繰り返すのです。

この短いストロークを吸気／圧縮行程に、長いストロークを膨張／排気行程に割り当てることで、110cm³の吸気を163cm³まで膨張させる機構を実現することができるのです。

エンジンは原理的に「膨張比」が大きいほど効率が高くなります。これは、エンジンの内部で燃焼してできた高温・高圧のガスが、膨張しながらピストンを押し下げる際に、徐々に下がる圧力をなるべく最後まで、すなわち大気圧の近くまで使い切ったほうが、より多くの仕事を取り出せるからです。

しかし従来型エンジンの機構では、膨張ストローク（行程容積）と圧縮ストローク（行程容積）は等しく（オットーサイクル）、「膨張比」は「圧縮比」と同じ値となるため、一般的には「圧縮比」が高いエンジンほど燃費が良い、と言われてきました。しかし、効率を上げるために単純に圧縮比を高めると、ノッキングなどの異常燃焼が起こりやすくなり、最悪の場合にはエンジンを破損してしまうことが知られています。

EXlinkは複リンク機構を用いることで膨張時の行程容積が圧縮時よりも大きく、「膨張比」は「圧縮比」よりも大きくなっています。圧縮比はガスエンジンとして十分にノッキングを回避できる12.2:1としながら、膨張比はさらに17.6:1まで拡大。少ない燃料と空気をしっかりと圧縮し、燃焼させたガスをより大きな体積まで膨張させることで、燃料のもつエネルギーを最大限に取り出すことができます。さらに吸気行程が短いことで、空気と燃料を吸い込む際のポンピングロスも低減できるなど、従来型エンジンに対し大幅に熱効率を向上させることができました。