マツダのスカイアクティブというのは技術的にそんなにすごいものなのですか？いつごろ、完成した技術なのですか？

Question

http://www.mazda.com/ja/innovation/technology/skyactiv/
低圧縮比だとどうしていいのですか？詳しい方よろしくお願いします。

Answer 1

sarb017_seikoさんへ

結構沢山質問されてますね。満足出来る回答は在りましたか? (^_^)

>マツダのスカイアクティブというのは技術的にそんなにすごいものなのですか？
>低圧縮比だとどうしていいのですか？
との事なので、SKYACTIVE-Dについて書いてみます。

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エンジンは、燃焼によって得た高圧を膨張させて仕事に変換し、取り出す物である。
これは良いですか? d(^_^;)

膨張させるんだから、幾つにすれば良いか考えてみます。
大きく膨張させればさせる程、仕事への変換効率は良く成る。これは純粋に理論的な話です。
所が、実用エンジンとしてデザインすると、膨張比を大きく稼ごうと頑張れば頑張る程にロングストロークなデザインに成って行きます。
Excel等が一般化したのでちょっと計算してみて欲しいのですが、排気量を一定にして、ボア／ストローク比を変えつつ、ピストンとシリンダーの擦動面積を計算してみて下さい。
ロングストロークに成る程、擦動面積が増え、摩擦損が嵩んで来てしまう。
ので、ある所で効率Upとdownが拮抗して頭打ちに成り、それ以上は却って低下してしまう、、、のです。
このバランス点が、車載可能な、ピストンにコンロッドが直結される構造のエンジンでは大体14と、識者に目算されて来たのでした。(大型商船に積まれる超ロングストローク超低回転型では11〜12ともっと低い)
勿論、エンジン全体で見て、固体潤滑皮膜の塗布 or 形成や、カムフォロワーのローラー化等の努力で摩擦損が減って来れば、もっと高い膨張比がバランス点に成る事でしょう。し、是非それを目指すべきです。

副室式の時代には大きな表面積で冷えてしまい易いのをカバーする為に、21〜23もの高圧縮比だったディーゼル。
筒内直噴化によって一気に16.5〜18程度迄大きく下がりました。d(^^)
ガソリンの限界が自己不正着火なのに対して、ディーゼルの限界は、燃焼室内最高圧200kg/cm^2と言われて来ました。ので、この低圧縮比化を活かして、大々的に過給圧を上げちゃう事で、飛躍的な出力増を実現しました。が、それだけではありません。空気過剰な燃焼にする事で黒煙対策。
つまり、過給はディーゼルの排ガス対策の第一歩なのです。し、吸気をチャージクーラーで良く冷やして吸わせれば、NOxの生成排出も低減出来たのです。

でも、もっと理想に近づく為にはどうすれば良いか?
理想の圧縮比14だと
・圧縮上死点温度が高過ぎて自己不正着火で壊れてしまうガソリン
・圧縮上死点温度が低過ぎて冷間始動性や低回転低負荷で綺麗な燃焼が得られないディーゼル
と、どちらも簡単には実現出来ない日々がずっと続いて来たのでした。
そんな中から、先ずはガソリンが、アトキンソンサイクルを簡便なミラーシステムで実現して来ました。嚆矢は、’93に登場したユーノス800搭載のKJ-ZEMエンジンです。
じゃあ、ディーゼルの方は?

先ず、過給を活かして、過給圧 × 圧縮比で考える事にした。
その為に、出来るだけ幅広い領域、出来るだけ低回転低負荷から過給圧を立ち上げる為に、大小のTurboを組み合わせる、シーケンシャルTurboを採用した。しかも、昔各社がリリースしたシーケンシャルとは違って、最新の直列型シーケンシャル式です。
でも、所詮はTurbo。始動時や低回転低負荷では、どうしても過給圧が得られない。
その領域の為に、
・本来ディーゼルには不要な筈のスロットルバルブの装備
・排気弁閉じ時期可変機構の装備
の2つで、圧縮上死点温度や綺麗な燃焼の獲得のみならず、DPFの連続再生をも可能にしたのです。

その昔、京大の池上、長尾教授らの研究の結果、ディーゼルにスロットルバルブを装備すると、冷間始動性が劇的に改善される、という研究成果が発表されます。
これを読んで「本当かな?」と思ったのが、このお方。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%85%BC%E5%9D%82%E5%BC%98
低温試験室でキンキンに冷やされたエンジンは、下敷で吸入ポートを狭められた気筒だけドドッドドッと着火したのだそうです。
「それじゃ、絞りに加えて燃え掛けの排気を吸わせたらどうよ?」というアイディアが。。。
始動時は燃えたくても燃え切れなかったラジカルが排気されるので、これを排気弁をちょっと開けて、吸入負圧の手も借りて再吸入(EGR)させる。と、中々始動出来なかった環境・エンジンでも、瞬時に始動したのだそうです。
それのみか、始動後10分も垂れ流し続けていた汚い紫煙(不完全燃焼によるアルデヒド類)が、始動直後からオパシティ零という改善を見たのでした。

吸気絞りだけで、排気温にして260℃程度を実現出来ます。が、これでは不足。
吸気行程で排気弁も開ける自己EGR or 高圧EGRも行う事で、DPF連続再生に不可欠な300℃を達成したのです。

・・・と、長々と書いて来ました。(^^;)ハハ
未だ興味が続く様であれば、こちらもご一読下さい。
http://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question_detail/q10145352315/a358756914

質問者からのお礼コメント

ありがとうございます。

Answer 2

スカイアクティブテクノロジーって、エンジンがどうとか、ボディがどう、ってことでなくて、開発、営業、製造等、すべてを含んだテクノロジーの向上ってことのようです。
個人的には、生産（工場）と開発手法が変わったことが一番大きいと思います。
ボディ、駆動系、エンジン、足回り
全部を同時に変えることは今の自動車メーカーではちょっと有りえないのですよね。
失敗すれば即倒産のハイリスクなことなので。

もう、倒産すれすれだったから、一か八かでやってしまったのでしょう。
これは簡単に他社が真似できません。と言うか真似したくもないでしょう。

ボディとか普通は２世代使ったり、エンジンとか何世代も使うもんですし、トランスミッションも同じく。
それを一度に変更するとか無理だし、その割にメリットは見えにくいし。

例えば、エンジンは普通は１５００ｃｃと２０００ｃｃとかエンジンブロックは共通で、ストロークだけ変えて排気量変更します。部品を出来るだけ共用してコストダウンするのです。
スカイだと、１５００ｃｃと２０００ｃｃはまったく別の部品です。
部品を大量に生産してのコストダウンが出来ないのです。

しかし、生産数がもともと少ないマツダがトヨタとかのマネしても勝てないので、１５００ｃｃと２０００ｃｃの燃焼のソフト面を共通にして、人的開発手間を削減して、部品コストが上がるのは仕方ない、って感じ。

なので、ユーザーは１５００ｃｃでも２０００ｃｃでも同じような理想を求めた燃焼のエンジンの車に乗れる。


ディーゼルの低圧縮はざっくり言うと、今までの高圧縮のディーゼルは、上死点で燃料吹かなかったのです。
吹くとノッキングしてしまうので。
低圧縮にすると、異常燃焼しにくいので、今までより上死点近くで燃料吹けるので、実際の燃焼時間が長くなり、トルクは上がります。
そして、低圧縮なので、燃料が混ざる時間が長くなり、ゆっくり燃焼するので、不完全燃焼が少なくなり排ガスがキレイになる、と。

これも、ガソリンエンジン開発者がディーゼルの常識にとらわれずに開発に参加したり、とか、開発体制が変わったことが大きいのでは。

車造りも、開発の最初から生産部門が参加したりして、出戻り作業を減らすようになったり、こういったのがスカイアクティブテクノロジーのようです。

Answer 3

車の排気ガスはＣＯ2、ＮＯＸなどの代表的なもののほかに問題になるのが
ディーゼルエンジンの場合は黒いススです。
古い車は（トラックやバス等）はススを取り除くように機械を取り付ける改造をしなければならず、
新しい年式の車でもＥＧＲと言った排気ガスの浄化ようの余分な機械を装備しています。
スカイアクティブのディーゼルエンジンの事を聞いておられると思うのですが
スカイアクティブは従来のディーゼル車のような余分な装備が無くてもいいので
小型車など、スペースに余裕のない車には非常に理想的です。
２年位前から市販車に搭載がされていたと思いますが、欧州車で特に人気となっています。