M270エンジンの技術的資料について（その2）

さて、今回は先に進まず「昨日の添付動画」の復習になります。
（改めて見ると「ためになる」ことが多かったので）



○最初のインジェクターの噴射、3パターンあるけどあれは何？
→あれはエンジン負荷に応じてインジェクターの噴射を変更しているためです。
（λは空燃比　燃料と空気の重量比率を示す。通常は空気14.7に対してガソリン燃料1が λ = 1 の状態）

・グラフの一番上、λ = 1 homogeneous mode は 理想空燃費の「均質燃焼モード」別名ストイキオメトリーという。
（本モードでは従来型の三元触媒で排気ガスを制御）

・中段、homogeneous-stratfield mode は成層燃焼と均質燃焼の混合状態を示す（恐らく）ダイムラーの造語です（エンジン回転数3000rpm未満＋時速130km/h付近の低負荷時）。

・下段、λ >> 1 stratfield mode は成層燃焼を示します（エンジン回転数3000rpm未満＋時速70km/h未満の低負荷時）。別名リーンバーン（希薄燃焼領域）という。
（本モードではNOx吸蔵触媒で排気ガスを制御）

そう、エンジン回転数と負荷に応じてインジェクターの噴射時間・タイミングを調整し燃焼をコントロールしているんです。
特に注目してほしいのは下段（低負荷時）の stratfield mode （成層燃焼, 希薄燃焼）について。
λ >> 1 ということで理想空燃費よりはるかに多い空気量に対して、僅かな燃料で燃焼を実現しています。
それは何か？
点火の直前に燃料を噴射することで、混合気の濃い部分をスパークプラグ付近に作り込むようにしています。
良くアニメーションを見ると火球の広がり具合も他の2モードと比較し小さい。
（実際の燃焼量はピストン中央部の凹みだけで問題ないため。）
また、何故成層燃焼時にはそんなに空気を取り込むのか？
それはスロットルを絞った際、吸い込む際の抵抗＝損失となるからです。

○（その後、2分5秒から始まる ）stratfiled mode と homogeneous mode での P-V曲線の違いは何？

先に説明をしますが、あのグラフはシリンダー内部の圧力と容積の関係性をグラフで示したものになります。
シリンダー内をピストンが動作により内部の空気圧と容積が変化しますが、これをシリンダー内での燃焼・排気・吸気・圧縮の各工程と共に連続的に示しています。
→あれをひも解くには
こちら
のサイトを少し見るとわかると思います。
レシプロエンジンでは「新気を”吸気”して”圧縮”するまでの工程」と（−）、「圧縮された混合気に点火し”燃焼”が始まってから”排気”するまでの工程」（＋）でシリンダー内でのピストンの運動方向は同一ですが内部圧力状態は異なり、
実際には（ー）と書いた方の工程では仕事としては「損失」、（＋）と書いた方の工程では「利得」であることはわかると思います。

このM270で採用されている低負荷時の「stratfield mode」（緑のグラフ）の場合、ピエゾインジェクターによる燃料噴射を意図的に遅らせることにより、気化熱によるシリンダー内負圧化を防止し損失を「homogeneous mode」（赤のグラフ）と比較して”減少させる”ことを示しています。
動画の最後、重ね合わせられたグラフの緑の塗りつぶし面積が赤の塗りつぶし面積より狭いことがその証拠です。

参考資料：
均質燃焼と成層燃焼の違いについて調べていて見つけた、直噴エンジンでの燃焼に関する資料を2つほど提示します。
直噴ガソリンエンジンにおける混合気形成と燃焼（豊田中央研究所）
直噴ガソリンエンジンにおける成層燃焼解析（デンソー）
また、NOx吸蔵触媒の資料を提示します。
直噴ガソリンエンジンシステムにおけるNOx浄化技術

こういうドキュメントを拝見していると、今時のクルマの場合「街のチューニングショップでここまで燃焼について具体的に研究している人はいない＝最低でも燃費向上面では自動車メーカや部品メーカには太刀打ちできない」のではと思いませんか？
追記：やや語弊がある書き方でした。

こういう風に走行中にECUの動作を見てマップのモード遷移を解析している意欲的な方もおられますね。
（更にこちらの動画見て、せっかくメーカで設定した燃焼モードをショートカットしてしまう「スロットルコントローラ」は”ご法度”だと私は気付かされました。）