ブックタイトルマツダ技報　2012 No.30

概要

マツダ技報　2012 No.30

マツダ技報No.30(2012)たいが,上死点付近で燃やそうとすると混合気の均質化のための時間が稼げないうちに燃焼するためNOxと煤の同時低減には限界がある。そのため,排気ガスのクリーン化の要望に応えるためにはリタード燃焼を強いられてFig.2のように有効膨張比が低下し,効率低下を招いていた。また,高圧縮比かつ出力増大を狙うと,筒内最高燃焼圧力(以下,Pmax)が高くなり,耐圧性のために部品強度を高くする必要があり,一般的なGEに比べて機械抵抗が高くなる傾向であった。このDEが抱える制約を解決するためにSKYACTIV-Dが採用したイネーブラは世界一の低圧縮比化であり,以下の技術コンセプトをサポートする。-TDCで燃やしても煤とNOxを出さないよう,燃料と空気のミキシング時間を確保すること-同一出力において低剛性構造を実現し,軽量化と機械抵抗低減するためにPmaxの低減を図ること回転から高回転まで突出した過給性能を実現する2StageTurbocharger(以下,2T/C)へ変更した(1)。ノズルは前モデルと同様に10孔のミニサックノズルで高回転でも燃焼速度が緩慢にならないように23%噴孔流量を増加し,インジェクタは噴射制御性を改善するためにピエゾアクチュエータを採用した。また燃焼室形状は,キャビティー内での燃料と空気のミキシングの促進と,スキッシュエリアの空気利用の促進を目的とした新開発のエッグシェイプ型とした(2)。排気カムには吸気行程で排気バルブを微小リフトさせ,排気ガスを再度シリンダ内に導入できる切替式排気二度開きシステム(Intake stroke EGR using DoubleExhaust Valve Actuation system,以下IDEVA)を新規に採用した。後処理システムは前モデル同様に酸化触媒とDPFの組み合わせで,NOx後処理システムを採用せずに国内ポスト新長期&Euro6規制に適合している。ControlfactorsComressionratioSpecificheat ratioCombustionperiodCombustiontimingHeat transferto wallPressure diff.Btw IN. & Ex.MechanicalfrictioncurrentMillercycleFrictionreductionDistance to ideal:FarSKYACTIV-GGasoline engineHigher CRHCCILean burnFrictionreductionAdiabaticCloseIdealFINALAdiabaticSKYACTIV-DDiesel engineLower CROptimuminjectiontimingMechanicalloadreductioncurrentFig.1 Vision for Evolution of Internal Combustion EngineTDCBDCTDCBDCHigh CR (conventionalLow CR (SKYACTIV-Fig.2 Increase of High Expansion Ratio With LowCompression RatioShort effectiveworking stroke(Low expansion)Long effectivework stroke(high expansion)3.エンジン諸元と基本エンジンシステムTable 1に新エンジンの主要な特徴を前モデルと比較して示す。また,Fig.3にエンジン制御システム図を示す。先に述べた技術コンセプト達成のために,圧縮比は16.3から14.0へ低下,EGRを多量に入れても必要な酸素量を確保できるような高効率過給のために,過給機をVariableGeometry Turbochargerから2つのターボチャージャで低Table 1 Main Dimension and SpecificationEngineMZR-CD SKYACTIV-D(Previous Model) (New Model)Displacement(cm3)21842188Bore X Stroke(mm)φ86×94φ86×94.2Mounting (Tilt) Angle (degree)010Compression Ratio16.314.0Max. Firing Pressure (MPa)17.513.5Valve SystemDOHC 4valveChain-DrivenDOHC 4valveChain-Drivenw/ IDEVAValveIn. Open (BTDC)69TimingClose (ABDC)3036(deg.) Ex. Open (BBDC)3640Close (ATDC)98Crankshaft Main / Pinφ60/φ51φ52/φ52Journal Dia. (mm)Common Rail System Common Rail SystemFuel Injection SystemG3 SolenoidG3 PiezoMaximum Injection200←Pressure10hole 900cc/min. 10hole 1112cc/min.NozzleMini-SacMini-SacEgg-Shaped TypeCombustion Bowl Shape Reentrant Type (New Concept ofReentrant Type)GlowCeramic Glow←Variable Geometry Serial SequentialTurbochargerTurbocharger 2Stage TurbochargerHigh PressureEGR Route←w/CoolingDOC + DPF DOC + DPFAftertreatment System/Under foot/w EngineMaximum Torque 400Nm / 2000rpm 420Nm / 2000rpmMaximum Power 136kW /3500rpm 129kW /4500rpmEURO6Emission StandardEURO5JPN PNLTIntakeThrottleValveInter CoolerEGR CoolerBypass ValveEGR coolerVariableEGR ValveValveGlow PlugLiftPiezo Inj.Compressor BypassValveRegulateValveWaste GateValveDOCAir CleanerSmallLargeCompressorVacuumCompressorElectric VacuumRegulating ValveOil PressControl Sol.DPFFig.3 Engine Control System Diagram―10―