aquablauのブログ一覧

以前記事に少し書きましたが、インジェクターの燃料噴射量補正は、ディーラーで行われる燃料噴射量補正のほか、走行中には自動学習もされています。
エンジンも十分に温まっていて、エアコンもつけておらず、もちろんDPF再生中でもないのに、なぜか i-stop が効かないことがありますが、その時にも噴射量の補正をしているようです。



SKYACTIV-D 2.2 のインジェクターはデンソーの第３世代 G3P（ピエゾインジェクター）が採用されています。
これらの第３世代のインジェクターは、第２世代からどの様に進化しているか、自動車技術会の資料から抜粋します。


（注：SKYACTIV-D 2.2 用の G3P は 0.1msec です）

この中で、燃料噴射量補正に関する記述もありました。



（公益社団法人自動車技術会 ディーゼルコモンレールシステム より抜粋）

なぜこんなに複雑なことをしているかというと、インジェクターが高圧になればなるほど、インジェクターの個体差や経年変化による、ほんの少しのタイミングのズレが燃料噴射量に大きく影響することになり、理想の燃焼が得られなくなるからです。

第２世代インジェクターと比較して、第３世代インジェクターは、燃費、出力、排ガス性能が向上していることが前述の資料にも記載されていますが、その中から、低中速時におけるNOx排出量を示すグラフを抜粋します。



第2世代インジェクターに対し，第3世代インジェクターは NOx を約30%低減することを確認したとのこと。（グラフだけではわかりませんが）

ですが、このグラフをよく見ると、第３世代インジェクター自体は、Euro5 をターゲットに開発されているのがわかります。
このインジェクターを使って、燃焼の改善だけで Euro6 をクリアした SKYACTIV-D は、マツダの技術力の賜物と言っていいでしょう。（もし興味があれば「SKYACTIV-D はどうやって煤（スス）を減らしたのか」もどうぞ）

そして現在、デンソーからは第４世代のインジェクターが出荷されています。デンソーはこれが Euro6 をターゲットにしたインジェクターだとしています。


（デンソー： ディーゼルエンジン制御システム より抜粋）

この第４世代インジェクターは、次世代の SKYACTIV-D にも採用されるのではないかと思っていますが、第３世代から何が進化したのでしょうか。

こちらには 2012年にデンソーが第４世代インジェクターを発表した際の記事があります。

　人とくるまのテクノロジー展2012：「世界最高圧」のコモンレール、デンソーが2013年発売のディーゼル車に納入へ

これらによると、第４世代インジェクターの大きな特徴は、

　◯燃料噴射圧を 200MPa（2000気圧）から 250MPa（2500気圧）に高圧化
　◯圧力センサをインジェクタに内蔵し、 高精度に噴射量を制御

となります。
燃料噴射圧は高ければ高いほど、燃料の粒子が細かくなり、酸素と燃料がよく混ぜ合わさるために、NOx や煤の発生が低減され、燃費もよくなります。そのため、第１世代から、世代を重ねるごとに高圧化され、第４世代では 250MPa にもなりました。
しかし、デンソーとして高圧化競争にも限界があると考えている様で、燃料噴射量の高精度化にも踏み込んだ様です。

残念ながら、上記の資料では「従来は１つだった圧力センサーを、それぞれのインジェクタに内蔵することで何がどう良くなったか」がわかりません。
その点が少し詳しく説明されているのが「愛知発明対象：株式会社デンソー 高精度燃料噴射フィードバック制御装置」です。

これによると、従来の第３世代インジェクターでは

　◯補償できる精度は最も良い条件で±0.5mm3 程度
　◯マルチ噴射時に各段の噴射量を補償することは困難

であったとのこと。
最も良い条件というのがよくわかりませんが、仮に燃料噴射量 1mm3 （0.001cc）を指示しても 0.00075cc 〜 0.00125cc 以上にばらつく可能性があるということですね。（誤差25%）
しかも燃料噴射量補正も、エンジン回転数の変動や、O2センサーという「おおざっぱな」補正のため、１回の燃焼で複数回噴射した時の、１回あたりの噴射量までは補正できないということ。

これに対して、第４世代では、

　①インジェクタの内部に圧力センサを搭載し、燃料噴射中の燃料圧力変化を高速検出する
　②上記圧力波形から実際の噴射量、噴射開始時期等を常時検出する
　③上記結果から、実際の噴射量、タイミングが、所望の値となるよう、噴射指令を修正する

とすることによって、

　◯本噴射装置の噴射精度は大幅に向上し、±0.2 mm 3(32MPa、単段時)という従来にない高精度噴射装置が実現
　◯マルチ噴射時も各段の噴射量を補正することが可能

という点が大きな改善点になります。
つまり、燃料噴射量 1mm3 （0.001cc）を指示してた場合でも 0.00096cc 〜 0.00104cc 程度しかばらつかないということです。（誤差4%）



上の図は、1mm3（0.001cc）の噴射量をターゲットにしても、第３世代インジェクターでは、水色の領域（Conventional）の噴射量のばらつきが生じることで騒音や煤の発生が増加するのに対して、第４世代インジェクターでは赤色の領域（i-ART）程度のばらつきに抑えられるというものです。

その結果、



　◯ NOx、スモークの排出ばらつきを半減
　◯ 燃費 2%〜5% 向上
　◯ エンジンの騒音を 4dB 低減

とのこと。
HCCI を採用するといわれる次世代の SKYACTIV-G も楽しみですが、これらの最新技術を採用するであろう、次世代の SKYACTIV-D も楽しみですね。

SKYACTIVD-D 【クリーンディーゼル】って今まで乗っていたガソリン車とどこがちがうの？

という、ディーラーで展示されていたチラシです。
クリーンディーゼルは燃費も良く、トルクがあるため運転も非常に楽で楽しい車ですが、ガソリンエンジンとの違いもあります。



ちがい①　燃料は軽油です

あたりまえですね。
でも、寒冷地用の軽油でないと凍るというのは、あまり知られていないのでは？



ちがい②　DPFが付いています

10分以内の短距離走行を繰り返す人、長時間のアイドリングをする人ではなければ、特に気にする必要もないと思います。
これに該当する人で、もしDPF警告灯が点灯したら、３０分ぐらいのドライブをしてあげましょう。



ちがい③　特にメンテナンスが重要です

ディーゼル＝堅牢、だと思っている人もいる様ですが、ガソリンだってターボ車はオイル交換にシビアです。
それはディーゼルも同様。
しかもディーゼルは、最大2000気圧もの圧力で燃料噴射を行いますから、むしろ繊細なエンジンだという認識は持つべきだと思います。



トピックス

イグニッションをオフしたのに、エンジンが動き続けていると驚く人がいるみたいです。
エンジンが動いているのではなく、ファンが動き続けている時があるという話。



ここでは書かれていませんが、メーカーとしての推奨運転条件は下記の通りだそうです。

　◯10分以下の走行を15回以上連続しない
　◯2週間に1回程度、30分以上の走行をする

SKYACTIV-D に興味がある人や、すでにユーザーの人に、これらの情報が参考になれば。

私が普段から思ってること、それは車業界のいわゆる「ドレスアップ」って下品じゃないか、ということ。（書いちゃった）

例えばインチアップなんですが、

【誤解も多い】ホイールの径を大きくする「インチアップ」はどんな効果があるのか？

この記事にもある通り、薄すぎるタイヤ（ロープロファイルタイヤ）は工学的には決して良いとは言えないということ。
レース仕様ならブレーキローターを大きくするためにタイヤが薄くなるというのは仕方ない側面としてありますし、また乗り心地など関係なく、大きな段差がないという条件で走りますから、車高も落とした方が「工学的にもより良い」のですが、運動性能面ではタイヤが薄い方がいいという訳ではないことは、記事にもある通り、レース最高峰の F1 ではロープロファイルタイヤが採用されない面からも明らかな訳です。
タイヤを薄くしてホイールを大きくしてバネ下荷重を重くして軽量ホイールを履く矛盾とか。

私が疑問に思うのは、果たしてそれがカッコイイのか、ということ。

市販車、街乗りの乗用車で、



こんなのを見ちゃうと、この人、何をしたいのだろうと思っちゃう訳ですよ。

まあ、趣味性の問題であって尖った革靴を履くのと一緒でしょと言われればそうなんですが、非合理的な極めて薄いタイヤ、メーカーエンジニアが苦労してセッティングしたジオメトリーとかアライメントなどというものを全く無視したハの字に傾いたサスなんかを見てしまうと、過去の北関東の暴走族にあったと言われる

　◎排気管は長ければ長いほどカッコイイ
　◎排気管は多ければ多いほどカッコイイ
　◎フロントスポイラーは前に出てれば出てるほどカッコイイ
　◎リアスポイラーも大きければ大きいほどカッコイイ
　◎リーゼントは長ければ長いほどカッコイイ
　◎スカートは長ければ長いほどカッコイイ
　◎ち○ち○は大きければ大きいほどカッコイイ

という価値観と何も変わらないことに気付く訳です。
みんながカッコイイというからカッコイイと思い込むというところも含めて、運動性能を気にするなら選ぶべきではない３ナンバーの大型ミニバンに、シャコタン・ロープロファイルタイヤって、昔のリーゼントに竹槍・出っ歯と同じでしょ、と。
（ブログに書いちゃったよオイ）

　【昭和の自動車用語】「タケヤリ」「デッパ」っていったい何？
　https://www.webcartop.jp/2017/01/64521

それが一部の人の価値観というのならまだ趣味の範囲として理解できるんですけど、車関係の大型展示会で、水着どころか下品な下着じゃねーかコラという格好の女性が車と一緒に展示され、某トヨタ車のターゲット層が「マイルドヤンキー」とか「ヤンジー」とかディーラー向け資料に書かれている現状を考えると、日本の車業界全体の問題だと思うしかない訳です。

一般人が車好きをどう見ているのか、成熟した大人の趣味として認められているのかどうか、車業界の発展を考える上でも、車業界の人はもう少しその辺りを考えないといけないんじゃないですかね。

以前にブログで「SKYACTIV-D は煤（スス）の発生が多いのか」という記事を書いたのですが、もう少しシツコク書こうかと思います。

まあ、なんでしつこく書くかというと、技術的に詳しいそぶりで「SKYACTIV-D は多量のEGR（排気再循環）をしているからNOxは抑えられているが、その分、煤（黒煙）の発生が多い」とかいう知ったかぶり記事を見かけて、辟易としているからです。

SKYACTIV-G の発売が 2011 年頃、インタビュー記事によると 2006〜2007年頃から本格的に始まった様なのですが、先行開発（要素技術開発）はそれ以前から行われていて、NEDO（国立研究開発法人：新エネルギー・産業技術総合開発機構）や広島大学と共同研究を行なっていました。

NEDO フォーラムでも NEDO での研究が SKYACTIV として結実したという発表はされています。

　― 社会を変えたNEDOの技術 ― クリーンディーゼルエンジン Mazda SKYACTIV-D の開発

ここでの研究開発成果は、マツダで更に改良され、下記の様な形で製品化にも役立っています。



まあ、具体的に何をやっていたかは資料に目を通していただくとして、実際の研究開発体制としては、マツダと広島大学で分担して行なっていたとのこと。



上記資料（プレゼンテーション）の発表者である志茂大輔さんは、広島大学で博士論文を2013年11月に発表しています。

　混合気濃度と温度分布および着火と熱発生率の制御によるディーゼル燃焼改善に関する研究

で、紹介したいのはこの部分です。



左から Case 1、Case 1'、Case 2、Case 3 と並んでいますが、少し詳しく説明します。

【Case 1：普通のディーゼルエンジン】



このグラフから、ディーゼルエンジンでの燃焼と、それによってどんな排気ガスが出てくるか、を読み取ることができます。。

縦軸は当量比と呼ばれるもので、簡単に言えばピストン内の酸素の量（燃料と酸素の比率、数字が大きいほど酸素が少なくなる）だと思ってください。

横軸は燃焼温度です。

重要なのは、

　赤い「Soot」と書かれている部分で燃焼すると、煤が出やすい
　水色の「CO/HC」と書かれている部分で燃焼すると、一酸化炭素や未燃焼ガスが出やすい
　黄色の「NO」と書かれている部分で燃焼すると、NOx が出やすい
　緑の「Ideal Oxidation」と書かれている部分で燃焼すると、正常な燃焼となる

ということです

この「普通のディーゼルエンジン」のグラフからは、過剰な酸素によって、黄色い領域での燃焼が多い、つまり多量の NOx が発生するということがわかります。
しかし過剰な酸素により燃料はよく燃えますので、煤の発生は比較的抑えられています。
（少し赤い領域にかかっているので、全く無い訳ではありませんが）

【Case 1'：普通のディーゼルエンジン＋多量のEGR】



多量のEGR（排気再循環）をかけることで、酸素を減らして燃焼温度を下げています。
燃焼温度が下がっているので、黄色い領域にかからない様になり、NOx の排出はほとんど無くなっています。
しかし、酸素を減らしたため燃料の濃い所での燃焼が増え、赤い領域（当量比で最大３付近）に大きく被っているため、多量の煤が発生しています。

ここまでが一般的に言う「NOx と 煤の発生は相反する、片方を減らすと片方が増える」の理由です。

【Case 2：PCCI/LTC 予混合型燃焼＋極めて多量のEGR】



予混合型ディーゼル燃焼（Premixed Charge Compression Ignition） と、極めて多量のEGR（Low Temperature Combustion）の組み合わせです。

極めて大量の EGR によって酸素量を更に減らし、着火前に燃料と酸素を良く混ぜて、燃料の濃い部分での燃焼を減らしています。

結果としては NOx を減らし、更に Soot（煤）の発生も減らしました。素晴らしいですね。
しかし、今度は燃焼温度が下がり過ぎ、CO/HC が大幅に増加してしまっています。

【Case 3：ITIC-PCI 着火時期制御＋予混合型燃焼】



Case 2 よりも短い予混合時間、（EGRによる）適切な酸素量、吸気温度の最適化などにより、NOx の発生量は減らし、同時に煤の発生も減らし、更に CO/HC の発生も Case 2 よりも低減しています。

つまり、CO/HC の増加量を抑え、NOx と煤の発生を同時に減らした、ということです。



更に、前述の NEDO の資料には、この NEDO プロジェクトでの成果（ITIC-PCI 予混合型燃焼）に、マツダが開発した「多噴孔ノズル＋高性能インジェクタ」を組み合わせて、CO/HC を減らした、という発表資料もあります。



加えて、SKYACTIV-D 1.5 に搭載された LP/HP EGR も、 NOx と煤を共に低減し、そして CO/HC の低減に役立っています。



そして最後に低圧縮化です。


（出典：SKYACTIV 開発と今後の展望）

左側に概念図、右側にグラフが載っています。
グラフの縦軸は煤（Smoke）と NOx、横軸は着火タイミングです。
従来モデル（MZR-CD だと思われます）の煤の発生量は、着火タイミングによって大きく増加していますが、SKYACTIV-D では煤（Smoke）の発生量と NOx の発生量の両方が低減されているのが読み取れます。

前回は「本当に煤が多かったら EGR再生の頻度が従来型ディーゼルエンジンよりも増えるはず」という演繹的推論から、煤の過剰発生を否定しましたが、今回は「どうやってNOxと煤を同時に減らしたか」という研究成果を紹介しました。

最後に。
いや、うちの SKYACTIV-D は DPF再生間隔が短いよ、という方がいたら、個別の問題ですので、ディーラーに相談することをお勧めします。
故障や不調を否定するつもりはないですし、燃料噴射量学習で改善したという話も聞きますので。

昨日のブログに書いた通り、SKYACTIV-G は低速トルクも大きく改善しています。

その立役者の１つが 4-2-1 排気管。
仕組みはともかく、低速トルクの改善のうち半分ぐらいは、この 4-2-1 排気管を採用したことによる功績ということ。


（出典：ハイブリッドなしで燃費30km/L、マツダの次世代技術スカイアクティブとは【前編】）

この SKYACTIV テクノロジーを開発したのは、人見光夫という人。

　マツダ藤原常務に快進撃のワケを聞く【前編】　フォード“徳川時代”に学んだこと
　マツダ藤原常務に快進撃のワケを聞く【後編】　欧州メーカーはハプスブルグ家タイプ!?

マツダのエンジン技術開発の方向性を決めているのはこの人だと言って過言ではないのですが、常務執行役員までのし上がった人ですから、私はてっきり「生え抜きのエリート」だと思っていました。それが実は2007年当時は「人見さんはくすぶってたといいますか、いわゆる閑職というかエンジン開発の傍流にいた」そうで。

それがなぜ新型エンジン開発の表舞台に立ったのか、色々と面白い話が載っているのですが、この人は2007年当時から、この 4-2-1 排気管を採用するというアイディアを持っていた様です。

しかし 4-2-1 排気管はアフターパーツで売られるぐらい一般的な低速トルクを向上させるための技術。
SKYACTIV-G は、これを最終的に高圧縮率につなげたのがポイントなんですが、どうしてマツダは今まで 4-2-1 排気管を採用しなかったのか、また他社もほとんど 4-2-1 排気管を採用しないのかというと、


（出典：エンジンだけでリッター30kmの燃費 マツダ「SKYACTIV」を解剖（１））

このクソ馬鹿デカイ排気管（4-2-1排気管）をエンジンルームに納めるのは大変だからです。
形を見てもわかる様に、作るのも大変だし、コストもかかるし、何より馬鹿デカイ。
どのくらいデカイかというと、


（出典：CX-5 SKYACTIV-G のエンジン技術）

左側が一般的な 4-1 排気管、右側が CX-5 に採用された 4-2-1 排気管です。
SKYACTIV-G 2.0 が搭載された BL アクセラは、エンジンルームにスペースがなくて、この排気管が載せられなかったぐらいですから。

先代 BL アクセラと 現行 BM アクセラの側面図を見比べて見ましょう。



上が先代 BL アクセラ、下が現行 BM アクセラです。

先代アクセラの前座席の位置が赤い線、前輪の中心を青い線で示しています。
現行 BM アクセラは、前車輪が前方に移動している（エンジン搭載位置も前に移動している）にもかかわらず、前座席は後ろに下がっていることがわかると思います。

つまり、エンジンルームを広げるために、居住空間を削って 4-2-1 排気管を載せたということ。
MM 思想（古い！）のホンダとは正反対ですね。