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)80Theoretical thermal efficiency(?=1.35)400Efficiency or loss ratio [%]604020Indicated thermal efficiencyCooling loss ratioBlowby loss ratioEvaporation loss ratioExhaust loss ratio0010 20 30 40 50 60Compression ratioP i300200100Fig.3 Influence of Compression Ratio(2,500[rpm], P i=300[kPa], ?=4)P i[kPa]Efficiency orcooling loss ratio [%]8070605040302010010 20 30 40 50 60Compression ratioIndicatedthermalefficiencyCoolingloss ratioTheoreticalthermalefficiency500-0.75500-1.0500-1.25500-1.5Fig.4 Influence of SB Ratio(2,500[rpm], P i=400[kPa], ?=3)Efficiency orcooling loss ratio [%]80706050403020100102030405060Compression ratioIndicatedthermalefficiencyCoolingloss ratio500-1.0667-1.01000-1.0Fig.5 Influence of Cylinder Volume(2,500[rpm], P i=400[kPa], ?=3)Base engine2000 [cm43 ]4 [cyl.]2000Downsizing1500Excess Air Ratio3.532.521.54.03.53.03.52.51.5110152025303540432.52.01.52Max.=4 3442.0-4 3.5 502.0-3 3.5 502.034548.5% 49.5% 51.0%46.5%2.5402351.530 11015202530354043452.5402351.5Less-Cylinder3452.5402351.530 11015202530354041.5-4 1.5-33.5 501.5-23.5 5048.0%49.5%3452.5402351.522.0-2[Cyl.]5050464540504540354238353430 30Indicated thermal Efficiency [%][cm 3 ]1.0110 15 20 25 30 35 40Compression Ratio30 11015202530354030 110152025303540Fig.6 Influence of Engine Less-Cylinder and Engine Downsizing on Indicated Thermal Efficiency (2,000[rpm], P i=400[kPa])303.ベースエンジン諸元および計算条件計算は,熱特性(熱伝導率,比熱)を変更した仮想断熱材(VM1~VM5)をFig.2のシリンダライナ以外の燃焼室壁面に1 [mm]コーティングしたとして解析した。計算で使用した断熱材の熱特性(熱伝導率と比熱のアルミニウムに対する比率)をTable 1にまとめる。またTable 2にベースエンジンの諸元と計算条件を示す。基本的にエンジン負荷(吸気量)は吸気弁閉じ時期(IVC)で調整した。4.計算解析結果4.1節では,“ストローク/ボア”(以下SB比),行程容積の冷却損失,熱効率へ及ぼす影響を基礎的に解析し,エンジン形式として減筒化や過給ダウンサイジング化の効果を調べる。4.2節では,断熱材の熱特性(熱伝導率,比熱)の影響を調べ,各エンジン形式において断熱材を組み合わせ,熱効率の飛躍的改善の可能性を考察する。4.1エンジン諸元の影響ベースエンジンにおける圧縮比?と図示熱効率,各損失の関係を調べた。その結果をFig.3に示す。オットーサイクルの理論熱効率(比熱比?=1.35として計算)は圧縮比とともに大きくなるが,冷却損失割合も大きくなるため,図示熱効率は?=20で最大となる。冷却損失割合が高圧縮比で増加するのは,ガス温度の上昇に加え,圧縮圧力の増加により式(5)の熱伝達率が大きくなるためである。SB比を変更した時の,圧縮比と図示熱効率,冷却損失割合,および理論熱効率の関係をFig.4に示す。?=20以上ではSB比を大きくするほど,すなわちロングストローク化することで,冷却損失が低減し,図示熱効率が向上する。“表面積/体積”(以下SV比)は,行程容積(Vh)とSB比で表すと下式となる。2?V?S/V ? 3TDC? ?2 3h? ? 2 ? SB ?1SB式(7)から算出されるSV比改善率は,SB比1.0から1.5にすることにより16.7%(?=10)~22.4%(?=60)となるが,冷却損失割合低減率は,この値以下となっている。これは,圧縮比が低い方がSV比改善率は小さくなるとともに,ボア径(D)と平均ピストン速度(c mp)の関係から,小ボアほど式(5)の熱伝達率が増加するためと考えられる。Fig.5は行程容積の影響を示した結果である。行程容積を大きくすることで冷却損失が低減,図示熱効率が改善するとともに,最高効率が得られる圧縮比が高圧縮比側に移(7)―216―