【自動車用語辞典:燃料噴射系「概説」】燃費や排ガスにも影響。燃焼室に燃料を供給するさまざまな方法

■エンジンへエネルギーを供給する源

●1980年代から大きく進化

燃料は、燃料タンクからエンジンの噴射システムに圧送され、さまざまな噴射方式によってシリンダーの中に供給されます。

ガソリンエンジンおよびディーゼルエンジンの燃費や排出ガス性能を決定する燃料噴射システムについて、解説していきます。

●燃料噴射システムの歴史

ガソリンエンジンの噴射システムは、排気ガス規制の強化や低燃費化ニーズに応えるため、従来の機械式のキャブレター方式から、1980年代から1990年代にかけて吸気ポートに燃料を噴射する電子制御のポート噴射方式に置き換わりました。

また最近は、燃料をシリンダー内に直接噴射する筒内噴射システムを採用するエンジンが増えています。

ディーゼルエンジンの噴射システムは、かつては高圧の分配型噴射ポンプと燃料圧力によって弁開閉を行う自動弁を組み合わせた高圧噴射システムでした。2000年に入り、噴射自由度の高い電子制御のコモンレール噴射システムに置き換わりました。

●キャブレターとは

キャブレターは、吸気管の負圧を利用して燃料を吸出し、霧状にして空気と混合させながらシリンダーの中に供給するシステムです。エンジンの回転と負荷に応じて、燃料の吸出し量が変化するように内部の燃料通路構造を構成しています。

●ポート噴射システム(ガソリンエンジン)

電子制御のポート噴射では、噴射弁が各気筒の吸気ポートに装着されているため、燃料は正確かつ均等に分配されます。

ポート噴射の出現によって、シリンダー内の空燃比(吸入空気重量/供給燃料重量)を適切に制御でき、三元触媒と組み合わせて排出ガス性能が飛躍的に改善されました。

●筒内噴射システム(ガソリンエンジン)

筒内噴射エンジンは、ディーゼルエンジンのようにシリンダー内に直接燃料を噴射するエンジンです。1990年後半に出現した筒内噴射エンジンは、リーンバーンを実現した画期的なエンジンでした。しかし、耐久性や排出ガス規制対応に課題があり、その後すぐに市場から撤退しました。

最近になって、筒内噴射のメリットが再評価され、多くのメーカーがダウンサイジングターボと組み合わせて採用し始めました。現在の筒内噴射エンジンの多くは、リーンバーンを採用していませんが、充填効率が上がる、ノッキングが発生しにくいというメリットを生かして高出力と低燃費を実現しています。

●リーンバーン

リーンバーンとは、空燃比が14.7(理論空燃比)より大きい(例えば30~40)、燃料に対して吸入空気が多い希薄燃焼のことです。三元触媒が使えず排出ガス低減が課題ですが、低燃費技術の目玉として現在も多くのメーカーが取り組んでいます。

●コモンレール噴射(ディーゼルエンジン)

熱効率の高いディーゼルエンジンは、燃費は良いが、一方で燃焼音と排出ガスに課題がありました。1990年代末のコモンレール噴射システムの出現によって、課題は大きく改善され、欧州では乗用車でも50%近いシェアを獲得しました。

ディーゼルエンジンでは、微粒化と分散性に優れた燃料噴霧が必要なため、最大200MPa程度の超高圧で噴射されます。また、排出ガスと燃焼騒音を抑制するため、1回の燃焼行程中に噴射を複数回に分ける多段噴射を実現するために、高圧でありながら高応答の噴射弁が採用されています。

ガソリンとディーゼルの燃料噴射システム
ガソリンとディーゼルの代表的な燃料噴射システム

燃料噴射システムは、エンジンの直接的なエネルギー供給源であるため、燃費や出力、排出ガス性能すべてに大きな影響を与えます。

本章では、進化し続ける燃料噴射系システムについて、詳細に解説します。

(Mr.ソラン)

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