【自動車用語辞典:低燃費技術「大量EGR」】排出ガスを吸気に再循環させて燃費を向上させる技術

■NOx低減技術から低燃費技術へ

●燃費規制の厳格化とともに欠かせぬ存在に

もともとEGRは、不活性の排出ガスを吸気に導入することで燃焼温度を下げ、NOxを低減する手法として開発されました。現在のガソリンエンジンでは、EGRはNOx低減というより、効果的な低燃費技術として活用されています。

ガソリンエンジンのEGRによる燃費低減効果を中心に、解説していきます。

●EGRとは

EGR (Exhaust Gas Recirculation:排出ガス再循環) は、CO2を主とする不活性の排出ガスの一部を吸気に戻して、吸気とともに燃焼室に導入するシステムです。排出ガスを含む吸気は、酸素濃度が低下するので燃焼温度が下がります。

もともとEGRは、ガソリンエンジンでCO、HC、NOxを同時に浄化できる三元触媒が開発される以前に、燃焼温度を下げNOxを低減する目的で活用されていました。

高性能の三元触媒が開発された現在は、NOx低減というよりも燃費向上のために採用されています。

●EGRの効果

EGRによる燃焼温度の低下によって、以下のメリットが得られます。

・NOx低減

NOxは、2000K以上の燃焼時に窒素が酸素と(酸化)反応して生成します。EGRによって、酸素濃度が下がりNOxの生成量が減少します。

・冷却損失低減

燃焼温度が低下すると、燃焼室やシリンダー壁面から冷却水に奪われる冷却損失が低減します。

・ポンプ損失低減

ガソリンエンジンでは、排出ガスが吸気に導入されると、同一出力を得るためのスロットル開度が大きくなり、スロットル弁による吸気通路の絞り抵抗、ポンプ損失が低減します。

●EGR量には限界がある

ガソリンエンジンは、三元触媒でCOとHC、NOxを同時に浄化するため、EGRの狙いはNOx低減というより、冷却損失の低減とポンプ損失の低減、すなわち燃費の向上です。

ディーゼルエンジンの場合は、もともとスロットル弁がなくポンプ損失はほとんどないため、EGRの効果はNOx低減と冷却損失の低減です。ただし、導入できるEGR量には限界があります。ディーゼルエンジンの場合は、酸素不足によるPM(煤など含む微粒子状物質)の増加、ガソリンエンジンでは燃焼が不安定になるからです。

●ガソリンエンジンのEGRシステム

EGRには、導入の仕方によって「外部EGR」と「内部EGR」の2方式があります。

外部EGRは、排出ガスを排気管から取り出し、パイプによって吸気系に導く一般的な方式です。EGR弁によるEGR流量やEGRクーラーによるEGRガス温度の高精度な制御ができます。しかし、長いEGR経路が必要なため、EGR導入の応答遅れが発生します。

内部EGRは、可変動弁機構によって吸・排気弁の開閉時期を調整し、燃焼室内に燃焼ガスを残留させる、あるいは排気管から排出ガスを逆流させる方式です。

外部EGR方式のようにEGR系部品の必要がなく、また応答性良くEGRを増減できます。しかし、制御できるEGR量には限界があり、精度高くEGR量を制御できません。

両者の利点を生かすため、外部EGRと内部EGRを組み合わせるのが最も効果的です。


EGRシステムは古くから採用されている基本技術ですが、規制の強化とともにEGRの高精度制御が進み、排出ガス低減および燃費向上のために不可欠な技術となっています。

(Mr.ソラン)

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