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

論文・解説42マツダ技報No.30(2012)高圧縮比化と冷却損失低減による内燃機関の高効率化High Efficiency of Internal Combustion Engine by HighCompression Ratio and Cooling Loss Reduction藤本昌彦*1藤本英史*2山下洋幸*3Masahiko FujimotoHidefumi FujimotoHiroyuki Yamashita山本博之*4Hiroyuki Yamamoto要約内燃機関の熱効率向上を目指し,0次元燃焼と1次元熱伝導の連成解析を用いて冷却損失低減手法を検討した。その手法としてエンジン諸元の最適化や燃焼室壁への断熱材適用を想定し,冷却損失や熱効率へ及ぼす影響を調べた。その結果,低熱伝導率と低比熱を両立する断熱材を用い,ガス温度に高応答で追従して燃焼室表面温度を変化せることで,図示熱効率を大きく向上できることが明らかとなった。また超高圧縮比・リーン燃焼との組み合わせで飛躍的な熱効率向上の可能性があることが分かった。SummaryTo improve thermal efficiency of internal combustion engines, methods of cooling loss reductionwere studied using CAE analysis coupling a 0-D combustion and a 1-D heat conduction. As themethods, the engine specifications optimization and heat-insulation materials on the combustionchamber were assumed. And the influence of their parameters on the cooling loss and the thermalefficiency was investigated. As a result, it was found that the indicated thermal efficiency improveddrastically by applying the lower heat conductivity and the lower heat specific materials forcombustion chamber coating shifting the surface temperature of the combustion chamberresponding to the gas temperature. It was also revealed that there was an opportunity to furtherimprove the thermal efficiency by the combination of an extremely high compression ratio and alean burn.1.はじめに世界全体の温室効果ガス排出量を2050年までに少なくとも50%削減するとの目標が,2008年の北海道洞爺湖サミットで合意され,世界がエネルギの活用による環境負荷を抑える「低炭素化社会」の実現に向けて動いている。こうした中,自動車の動力源への要求は,地球上の地域差,車両特性,エネルギ事情(コスト,セキュリティ)などさまざまな側面で多様化しており,将来的にも複数の選択肢(マルチソリューション)を持つことが重要である。経済産業省が2010年4月に取りまとめた「次世代自動車戦略2010」では,2020年時点の新車販売台数で80%の「先進環境対応車」の普及を目指すとしている(1)。そのうち,「次世代自動車」は20~50%が政府目標であり,残りの30~60%は高効率な内燃機関を必要とする「従来車」となる。「次世代自動車」でも,例えばHEV(Hybrid Electric Vehicle)の燃費性能向上を図るには,内燃機関の効率向上が大きく寄与することを考えれば,内燃機関の果たすべき役割は極めて大きい。マツダでは自動車の段階的な電動化(ビルディングブロック戦略(2))を進めるとともに,Fig.1に示すように,そのベース技術となる内燃機関の将来目標設定を行い,継続的な進化(3)を目指している。内燃機関の理論熱効率向上策として高圧縮比化がよく知られている。しかし,圧縮比を高くすると冷却損失が増大*1~4技術研究所Technical Research Center―214―