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

BSFC [g/kWh]Smoke [B.U.]HC [g/h]BSFC [g/kWh]Smoke [B.U.]HC [g/h]No.32(2015)マツダ技報条件において噴孔内部で生じた乱流エネルギを噴霧に保持させたまま噴射することを可能とした。これにより,Fig.12に示すように狙いどおりにペネトレーションを抑制した高分散噴霧を実現した。一方で冷却損失の影響が少ない高負荷での高噴射圧の噴射条件においては従来どおりの強いペネトレーションが得られることも確認した。2.2Lで採用したエッグ燃焼室壁面によって噴射燃料の運動エネルギから強い縦渦流動を形成し,これにより燃料と空気の混合を促進してクリーン燃焼を実現するエッグシェイプ燃焼室コンセプト(4)を1.5Lでも踏襲した。これに加えて小排気量化に伴う冷却損失の悪化への更なる対策として,Fig. 13に示すように膨張行程初期に冷却損失の要因となるリップ部での逆スキッシュ流動の低減を狙って,段付きエッグシェイプ燃焼室コンセプトを新たに開発した。高分散噴霧と段付きエッグシェイプ燃焼室を用いて冷却損失の影響が大きい軽負荷条件でCFD燃焼解析を行った結果をFig. 14に示す。Fig. 14上段に示すように多段で少量噴射された高分散噴霧によって狙いどおりに噴霧混合気と壁面との接触を抑制できている。またFig. 14下段に示すように膨張行程初期にリップ部とシリンダヘッド間に生じる逆スキッシュ流についても狙いどおりに低減できていることを確認した。Fig. 15に軽負荷条件と中負荷条件でのエンジン実験による検証結果を示す。高分散噴霧と段付きエッグシェイプ燃焼室では,狙い通りに軽負荷で大幅な燃費率の低減を達成し,中負荷でも有意な燃費率の低減を確認した。この際のスモークの増大はほとんどなく,THC(Total Hydro Carbon)については有意な低減を確認した。4.4多段燃料噴射による噴射量制御と燃焼制御前述の高分散噴霧は少量多段燃料噴射時に有効であるが,小排気量化に伴い要求される燃料噴射量の絶対値が小さくなるために噴射量制御の精度が相対的に低下する問題がある。一般的に多段噴射を実施すると,前噴射の終了時に生じる圧力脈動の影響を受け,噴射間隔に応じて後段の噴射量が変化する。従って,噴射圧力・噴射指示値・噴射間隔Unused airConventional Egg-shape bowl(SKYACTIV-D 2.2)Late stage③Improving the use ofair in squish region Unused airFuel-richmixtureMiddle stage②Mixing of burnedgas with Later stage unburned gasEarly stage①Suppressingthe stagnation ofrich mixtureUnused airStepped Egg-shape bowl(SYKACTIV-D 1.5)Additional functionUnused airFuel-richmixture④Weak reversesquish-flow forrestrain of wallheat transferFig. 13 Stepped Egg-shape Piston Bowl ConceptConventional Egg-shape bowl+ Standard nozzle1500 rpm ? light loadStepped Egg-shape bowl+ Short hole length nozzleEquivalence ratioLowHigh2000 rpm ? middle loadDistance the center of mixture from the wallReduce reverse squish flowVelocity vectorLowHighKeep vertical vortexFig. 14 CFD Results for Piston Bowl and Spray Concept10Conventional Egg-shape bowl + Standard nozzleStepped Egg-shape bowl + Short hole length nozzle1500rpm - BMEP 300kPa, NOx 1g/h const0.552000rpm - BMEP 900kPa, NOx 8g/h constFig. 12 Improvement of Spray CharacteristicsFig. 15Engine Experimental Results forPiston Bowl and Spray Concept-25-