ブックタイトルマツダ技報　2015 No.32

概要

マツダ技報　2015 No.32

No.32(2015)マツダ技報図から明らかなように,遮熱壁温センサ出力は20μsで63.2%ラインと交差して50μsで低下し始める。120μsで再上昇し,180μsで63.2%ラインと再交差し,以後上昇が継続する。この初めの交差点はレーザによるオーバシュートの反応と考え,センサ応答時刻ではないとし,後の交差点をセンサ応答時刻であると判断した。その結果,センサ応答速度は180μs=5.6kHzであることが分かった。これはエンジン回転速度926rpmでのクランクアングル1.0°相当の応答速度である。供試するRCEMの運転速度は高速運転時の圧縮・膨張行程平均で923rpm相当であり,センサ応答速度は壁温計測に十分な速度であると判断する。3.計測装置および計測条件3.1 RCEM概要本実験はRCEMを用いて行った。Fig. 10にRCEM概観,Table 1に燃焼室諸元,Table 2に運転条件を示す。RCEMの燃焼室形状は周方向の温度分布を均一とするため軸対称形とし,燃焼室表面は,アルミ合金燃焼室と,ヘッドとピストンの表面に遮熱コーティングした燃焼室の2仕様を用意した。なお評価時の燃焼形態はHCCI(HomogeneousCharge Compression Ignition)燃焼とし,ピストン上昇開始直後に燃料噴射時期を設定して燃焼室内の均一混合気形成を行い,初期ガス温安定のため初期壁温管理を実施した。開始すると考えられ,以降は,各計測点が代表する燃焼室壁の面積Aで重み付けした燃焼室全体平均値を対象とする。4.3燃焼室全体平均の壁温と熱流束各計測点の局所壁温計測値に対して,式(1)から,燃焼室全体の平均壁温Twallを算出した。iは計測点番号である。Twall =Σ(Twall,I ･ Ai) /ΣAi (1)遮熱ありなしの壁温比較結果をFig. 14に示す。これによると,遮熱コーティングにて壁温振幅は数百℃レベルになることが確認できる。Combustion ChamberRod GuideAccumulatorRelief ChamberRoller FollowerTranslation RodDamperCamFig. 10 RCEM External View①③⑤②④①Injector②④③CylinderHead3.2壁温計測点計測点は燃焼室全体の熱損失を求めるため多点とし,ヘッド5点,ピストン4点を各中心から半径方向へ位置を変えて設置した。Fig. 11に各壁温計測点を示す。4.計測結果4.1燃焼室内圧力上記条件,装置にて,壁温と燃焼室内圧力を計測し,熱流束算出を行った。Fig. 12に筒内圧計測結果を示す。横軸の0msはピストン動作開始時刻である。図によると,遮熱ありの燃焼中の圧力は高くなっている。これは,壁面熱損失低減に伴い燃焼開始時期が早期化したためと推測する。4.2局所壁面熱流束分布Fig. 13にCase 1での代表6点(ヘッド3点,ピストン3点)の壁面熱流束を示す。測定点はFig. 11と対応する。なお,熱流束は非定常1次元熱伝導方程式をコントロールボリューム法により離散化し,完全陰解放を用いて算出した。図によると,遮熱なしは,ありに比べて測定点によるピーク値ばらつきが大きいが,Fig.12の圧力立ち上がりで読み取れる熱発生と同時に始まる熱流束発生時期は0.5ms程度に収まっている。よって,燃焼室全体で同時に燃焼がCylinderLiner④②①⑤③35.018.712.027.142.0Cylinder Head Sensor Layout(Bottom View)PistonCylinderBlockSensor Layout Image (Side View)③④①9.9②25.641.4Piston Sensor Layout(Top View)Dimensions in [mm]Fig. 11 Wall Temperature Measuring PointTable 1 RCEM SpecificationBore [mm]89Stroke [mm]95Compression Ratio23.4Table 2 RCEM Operating ConditionCase 1Case 2Fueliso-OctaneFuel pressure [MPa]20Combustion systemHCCIEquivalence Ratio0.48Initial gas & wall temperature [℃]4525Piston speed average [m/s]2.91.7corresponding engine speed [rpm]923545-225-