エンジンシステム工学特論 第5回 火花点火機関の燃焼 2015年5月18日 エネルギー環境システム専攻 小川 英之 点火方法 火花点火(SI)機関 ディーゼル(CI)機関 火花点火 圧縮着火 点火時期制御法 点火時期（電気火花） 燃料噴射時期 燃料供給方法 気化器，吸管気噴射， 筒内直接噴射（早期） 筒内直接噴射 (上死点近傍） 混合気 均一 不均一 燃焼形態 予混合燃焼 予混合 ＋ 拡散燃焼 出力調整方法 混合気量(量的調速） 燃料噴射量(質的調速) 吸気絞り 必要 不要 混合気濃度 量論比 希薄～弱希薄 圧縮比 6～14 12～23 熱効率 低 高 課 題 ノッキング，高効率化 排気エミッション 排気後処理対策 三元触媒 NOｘ吸蔵還元，DPF 1.0 一定速時 0.5 冷却損失 排気損失 ポンプ損失 機械損失 走行所用動力 ディーゼル ガソリン 0.5 ディーゼル 0 ガソリン 平均有効圧力 [MPa] ガソリンエンジンとディーゼルエンジンのヒートバランス 登坂時 1.5 出 力 遅角 進角 遅角 進角 理論熱効率 ηth 0.7 0.6 0.5 5 10 15 20 圧縮比 εc ミラーサイクルとオットーサイクルの理論熱効率 燃費低減 過濃 (rich) 希薄 (lean) 火花点火機関 ディーゼル機関 層状給気機関 点火方法 火花点火 圧縮着火 火花点火 点火時期制御 点火時期 燃料噴射時期 点火時期 筒内直接噴射 筒内直接噴射, 筒内流動，副室 燃料供給 気化器，吸気噴射， 筒内直接噴射 混合気 均一 不均一 不均一 燃焼形態 予混合燃焼 予混合＋拡散 成層予混合 (+拡散) 出力調整 混合気量 燃料噴射量 燃料供給量 吸気絞り 必要 不要 基本的に不要 混合気濃度 量論比 希薄～弱希薄 希薄～弱希薄 圧縮比 6～14 12～23 10～15 熱効率 低 最高 高 課 題 熱効率，ノッキング 排気エミッション 排気エミッション 排気対策 三元触媒 SCR, NSR，DPF ディーゼルと同じ？ 4.32 CVCCの燃焼室構造 テキサコ燃焼方式 (Texaco Combustion Process, TCＰ) PROCO方式(フォード） VW-PCIの燃焼室 ﾎﾟｰﾄ噴射 MPI 直噴ガソリンエンジン D4,GDI,FSI… 直噴成層燃焼とは？ 燃料噴射 燃料噴霧と空気の混合 成層混合気の形成 空気層 濃い 混合気層 ﾋﾟｽﾄﾝ上昇 圧縮行程 トヨタにおける直接噴射式ガソリンエンジンの変遷 ’96 ’97 ’98 ’99 ’00 ’01 ’02 ’03 ’04 ’05 ’06 S53 I4 2L 希薄成層 第一世代 TLEV I4 2L希薄成層 I6 3L 希薄成層 JULEV JSULEV(’04/8) I4 2L 量論均一 V6 3L量論均一 I6 2.5L希薄成層 V6 2.5L量論均一 第二世代 V6 3.5L DI + MPI 量論均一 再 び 希 薄 成 層 燃 焼 へ の 期 待 出典: 第19回内燃機関シンポジウム講演論文集 (p. 47) Combustion concept Previous concept Solid-cone Spray Involute-shaped Piston Cavity Helical port with SCV New concept Fanshaped Spray Straight Port ★ Shell-shaped Piston Cavity Swirl flow Swirl nozzle injector Mixture formation by swirl flow & spray Slit nozzle injector Mixture formation by fuel spray penetration CO2 (g/km) 過給リーンバーンによる二酸化炭素削減効果 220 直噴ガソリン（均一量論） 180 直噴ガソリン (希薄成層) 過給ガソリン (希薄成層) 140 ディーゼル 100 80 100 120 140 車速 (km/h) 160 比トルク (N•m/L) 直噴化によるトルクの向上 200 ディーゼル 180 直噴ガソリン + ターボ 160 140 120 100 80 従来ガソリン (PFI) 1000 2000 3000 4000 5000 6000 回転速度 (rpm)
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