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2016年10月19日

【'17/3/23追記】SKYACTIV-G 2.0のBSFCマップ。

【'17/3/23追記】SKYACTIV-G 2.0のBSFCマップ。  マツダは「過給ダウンサイジングは高負荷時のBSFCが悪い」と指摘しており、その根拠として1,500rpm一定でのBSFC線図がCG3月号「誰も見ていない真実」に掲載されました(その後日経Automotive7月号も「過給ダウンサイジング終焉」と称して同じデータを掲載)。しかし「SKYACTIV-Gは高負荷域のBSFCが良い!」と主張する割には150Nm以上の高負荷域のデータが不自然に消去されているなど、その内容はどうにも腑に落ちないものでした。
 しかし、いつも拝読させて頂いているwithpopさんのブログ「anopara」をチェックしていると、「私はなぜCVTを嫌うに至ったのか」でなんと米国EPAによるSKYACTIV-G 2.0のBSFC実測データが公開されているではないですか!ありがとうございます!
元資料へのリンクはこちら↓
https://www3.epa.gov/otaq/climate/documents/mte/2016-01-0565-air-flow-optim-calib-nat-asp-eng.pdf

 原文(英語)は少ししか読んでいませんが(汗、北米のデータである事と左図はCR(Compression Ratio)=13:1とあるので燃料はたぶん日本と同じ91RONかと。右図(CR14)は欧州仕様のε=14でRON96のガソリンで試験したとあります。なお右図は縦軸がトルク[Nm]ではなくBMEP[bar]になっているので注意。夫々の赤い点線はWOTのトルクカーブを性能曲線から見取って重ねました(右図はトルク→BMEPに換算)。右図はWOTのカーブに届いていない空白の領域が多くありますが、原文によるとRON96のガソリンを使用してもなおノッキングが発生してダイナモメータ上で運転を継続できなかったようです。
 本図にも気になる点がない事もありません。縦軸が0のところでは0.1kWたりとも馬力を出していないのでBSFCは∞(無限大)になる筈ですが両図とも750[g/kWh]という値になっています。原文をよく読めば何か解るのかもしれませんが私の読解力ではなんとも。。。(汗
 ともあれ、マツダが公表しているBSFCカーブとの重ね合わせを実施しました。まずε=13仕様の1,500rpm時のBSFCを見取ります。

次にε=14仕様のBSFCを見取ります。エンジン負荷の単位はトルクではなくBMEP。

 マツダが公表している横軸がトルク[Nm]の線図にプロットします。WOTのトルクに届かないところは”?”をつけた矢印でそれっぽく延長しました。

 過去日記で指摘した通り、1,500rpmで240Nmの最大トルクを発生する1.4TSiはSKYACTIV-G 2.0より高いギヤで走ることが可能であり、横軸をトルク横並びで比較する事はフェアとは言えません。そこで横軸を負荷率に変換してみます。

 う~ん、第三者によるn=1(?)実測値なのでメーカ公表値より辛くなる(その点ではマツダ調べによるEcoBoost1.0、1.4TSiとても同じでしょう)のは当然としても、高負荷域でのBSFCにかなりの乖離があります。同じハイオク同士の比較でも「低負荷域から満遍なく使うなら1.4TSiの方が有利ぢゃね?」と思えてしまいますが。。。いつも勉強させて頂いている「落書き帳」さん辺りの今後の考察を期待したいものです。(汗
 マツダの主張(過給ダウンサイジングに対する優位)や公表値と実測値の差異はさて置いて、EPAの公表データを素直に眺めるとSKYACTIV-Gは従来のNAガソリンエンジンに対し「燃費の目玉」を低速低負荷側に広げる事に成功している様に見えます。つまり採った手段は違えど、ドライバビリティを確保しつつ車両走行燃費を下げるアプローチとしては過給ダウンサイジングと同じ方向性かと。。。

 こちらにOpel C20XE型エンジンのBSFCマップがありますが、無過給オットーサイクルエンジンの「燃費の目玉」は普通この様にWOT付近に貼り付き、それに対して馬力一定のカーブはこの図(1.4TSiの気筒休止領域を説明する為に自分が作ったもの)の細い青線の様な右下がりの曲線になります。したがって馬力を少ししか必要としない巡航時のBSFCを下げるにはとにかくギヤを高めて運転ポイントをBSFCマップの左上の隅に持っていくしかない(CVT車がアイドリングすれすれの低回転でエンジンをプルプル言わせながら加速していくのが好例)のですが、そうすると巡航からアクセルを踏んでもシフトダウンするまで何も起こらない糞な車が出来上がってしまいます(日本国内にいっぱいありますよね(笑)。

 なぜ「燃費の目玉」を左下まで広げるとドラビリと燃費を両立できるのか、SKYACTIV-G 2.0(ε=13仕様)のトルクカーブに等馬力カーブを重ねてみました。赤い矢印が変化する要求馬力に対し燃費最小となる運転ライン(※)です。ここからWOTトルクまでの黄色い矢印がアクセルを開けた時に加速できる余裕トルクになります。
 前述のOpel C20XE型エンジンの様に「燃費の目玉」がWOT近傍にあると、燃費最小となる運転ラインにおいて余裕トルクがほとんど無く、アクセルを踏んでもシフトダウン無しには加速できない事になります。仮にCVTと組み合わせた場合の燃費最小となる運転ラインのピンクの矢印で引いてみました。

※但しこの線上で運転すると、トルクがトップギヤの走行抵抗(右上がりの青い線)を上回る分は加速を続けてしまうので、ギヤを最高速手前で失速してしまうオーバードライブにするか、アクセルをより絞ってやらないと一定速度で巡航する事はできません。

***** 2016/11/15 追記 *****
 前述の「落書き帳」さんの最新記事「エンジン技術_6 燃費の目玉(4)」を拝読して、EPA実測値で91RONと思われるデータはエタノールを10%混合した燃料(E10)が使われている事を知りました(汗。エタノールは単位質量あたりの発熱量がガソリンより少ないので横並びでは比較できません。そこでε=13、91RONのBSFC-負荷率の線図にE0相当に換算したデータを追記して再掲させていただきます。


***** 2017/3/23 追記 *****
→ 別の日記とダブる内容のため削除しました。
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Posted at 2016/10/19 23:03:02

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