マツダのスカイアクティブ-Dというディーゼルエンジンは、他社のクリーンディーゼルエンジンと比べてもそんなに凄いエンジンなのでしょうか？

Answer 1

feelfeelwindowさんへ

凄いかどうかはさて置いても(^^;)、低圧縮比14を達成出来た、乗用車用としては現時点で唯一無二の存在、と言えそうです。

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エンジンは燃焼で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?
じゃあ、一体幾ら位膨張させるのが良いのか?

未だに「ディーゼルは高圧縮比だから燃費が良い」等と言われていたりしますが、圧縮比が「高ければ高い程良い」という物でもありません。
ここら辺をちゃんと解説した物は実に少ないです。し、副室式燃焼室から筒内直噴に進化するに当たって、21〜23もの高圧縮比だったのが16.5〜17.6と大幅に下がった情勢 or 背景を、ちゃんと解説してくれる方も殆ど居ない。
何故、こんなにも下げたのか?

それは、、、下げたかったからです。d(^=^;)
圧縮比を高く取ろうとすると、どうしてもロングストロークなエンジンデザインに成って行く。特にディーゼルはピストン頭頂部に燃焼室を大きく掘り込む分、ボア径を更に絞り込まねば成らない。
Excelが一般化しましたから、ボア／ストローク比を変えながら、排気量を一定に保って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、擦動面積が増える。。。
と言う事は、摩擦損も嵩んで行く。
膨張を仕事に変換する効率がUpする一方で摩擦損も嵩んで来るので、両者はある所で拮抗してピークを描き、それ以上に高い圧縮(膨張)比では寧ろ、摩擦損増加の方が勝って、却って(熱)効率は低下(悪化)して行ってしまうのです。
それが、古くは識者の目算で、近年では計算もされる様に成った結果、圧縮(膨張)比14が1つの理想だと判ったのでした。(もし画期的な摩擦低減策が発明されたら、見合う分だけ高い方へバランス点は移動する)
ですが、圧縮比が14だと
・圧縮上死点温度が高過ぎて自己不正着火で壊れちゃうガソリンエンジン
・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の綺麗な燃焼が確保出来ないディーゼル
と言う事で、どちらのエンジンでも達成 or 実現出来ない日々が続いて来た訳ですね。

SKYACTIVE-Dは、過給圧 × 圧縮比で考える事にして、理想の低圧縮比14へ下げた。
そして、出来るだけ広い回転領域で過給圧を得る為に、大小を組み合わせたシーケンシャルTurbo、それも最新式の直列型を採用して過給した。
でも、Turboなので低回転低負荷では過給圧を得る事が出来ない。ので、この領域の為に、
・ディーゼルには本来不要な筈のスロットルバルブを装備し、
・排気弁閉じ時期可変機構を装備し、吸気行程で排気弁も開けて、排気した直後の熱々の排気を自己EGRする様にした、
という2点を備えて来たのです。
スロットルバルブで狭めた隙間に吸入新気を通すと、与えられた運動エネルギーが上死点温度Upに転化します。排気温にして凡そ260℃程度が得られる。
しかしこれでは未だ、DPFを連続再生するには不足。なので、排気弁チョイ開けの自己EGRも加える事で、300℃以上を達成したのです。
元ネタはこちら (-人-)
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%85%BC%E5%9D%82%E5%BC%98

理想だとは判っていても、それを実現する為には諸々の技術開発とコストダウンが不可欠で、その制約をかい潜る事に成功した事例、と言えましょう。

又、後発のデミオのサイズでは流石に圧縮比14は無理だったと見えて、シーケンシャルTurbo → VGベーンTurboというのも相まって、圧縮比は14.8に上げられてしまいました。
ガソリンエンジンでVGベーンは排圧が上がってしまうのが×ですが、ディーゼルだとそれを排気昇温策に転用してしまえるので、悪弊が目に付き難く成ります。

低圧縮比化に伴って低温燃焼に移行する事でNOx生成排出量が減り、且つ、コモンレール式の「初期噴射率調整」
http://www.isuzu.co.jp/technology/d_databook/technology.html
を減らす事が可能に成って、ガソリンエンジンにポテンシャル的にディーゼルが負けていた「時間損」を減らせたのも、他社が未だ追随出来ていないメリットでしょうか。

この様に、未だ他社が追随出来ていない技術的特色を持つ、と言う所が、ドイツからも取材にTVクルーが来日した理由だと言えるでしょう。

中々一筋縄では行かない話ですよね。疑問が有れば補足なさって下さいな。d(^^)

質問者からのお礼コメント

ありがとうございました。

Answer 2

尿素SCRやNOx吸蔵触媒など後処理装置を使わずに、日本の現行排ガス規制であるポスト新長期規制をクリアできていることは称賛に値します。

しかし、もう一段厳しいアメリカの現行規制はクリアできていません。

また、後処理装置を使わずに済めば、コスト的にも有利ではないかと期待されていたのですが、蓋を開けてみれば後処理装置付きエンジンとさほどの価格差がなく、期待外れであったとも言えます。

結果として、他のメーカーが興味を示すには至ってはいませんし、VWのディーゼル詐欺事件で欧米でのディーゼル車販売は落ち込んでいくと思われますので、マツダにとってはやや残念なことになりそうです。

今のままでは開発費の元を取ることは難しいと思われますので、ビジネスとしてあまり成功とは言えません。

Answer 3

スカイアクティブディーゼルは、予混合圧縮着火と言う、内燃機関の第三の燃焼方式を使っています。

①火花点火方式：ガソリン混合気を点火プラグで火花点火
②拡散燃焼方式：高圧縮高温の空気に軽油を吹き込み自発火

③予混合圧縮着火方式：混合気を圧縮加熱して自発火

②と③は燃料が希薄な燃焼が可能で、高熱効率で燃費の良い燃焼が可能となります。③は予混合なので、②のように燃え残りが出ないので非常にきれいな排ガスとなります。

スカイアクティブＤは高出力では拡散燃焼に移行するので完全では有りませんが、非常にきれいな燃焼を行えています。

エンジン性能、環境性能で凄い以上に、内燃機関の長い歴史の中での燃焼技術の頂点とも言えるエンジンです。
http://clicccar.com/2012/12/21/207554/

マツダは、ガソリンエンジンでも予混合圧縮着火の実用化研究をしており、ディーゼルエンジン以上の熱効率、低燃費を目指しています。

Answer 4

簡単に言うと、
普通のクリーンディーゼルエンジンにあるNOxの後処理装置がない
クリーンディーゼルエンジンということなのです。

燃焼効率を上げるために、圧縮比を普通は18あるものを、
14まで下げて、同時にエンジンの軽量化も図ったということです。

今までのディーゼルエンジンよりも、
完全に燃焼することを目的としたエンジンだということです。

NEDO 省エネルギー
「革新的次世代低公害車総合技術開発
世界最高水準の燃費と環境性能を持つクリーンディーゼルエンジン
マツダ株式会社
http://www.nedo.go.jp/hyoukabu/articles/201301mazda/index.html