ガソリン直噴エンジンは「リーンバーン」から「ストイキ」へ

GWですので技術的なブログを…。
テーマは「ガソリンエンジンの直噴」です。

直噴のメリットは？
１．燃料の気化熱で筒内温度を下がるのでノッキングが抑えられる
２．ノッキングを抑えられるので高圧縮化できる→パワーアップ
３．直接燃料噴射するので燃焼を制御できる→燃費向上

直噴のメリットは大きいです。
しかし…デメリットもあります。

直噴のデメリットは
１．インジェクターや各パーツのコストがかかる
２．ススやカーボンが発生してNOxが増加する
３．排ガス性能が悪化
４．カーボンがエンジンを汚す

デメリットを見ると、恒常的に性能をキープできないような。
排気ガスが汚いのも困ります。

では、直噴の歴史を見てみましょう。

世界初の量産直噴エンジンは、1996年三菱からGDI（Gasoline Direct Injection)として登場。

GDIは希薄燃焼(リーンバーン)の直噴エンジンでした。
ピストンに空気を多めに入れて、ガソリンはプラグ近くに直接噴射。
ピストン全体は空気が多い状態ですが、プラグ近くだけ燃焼できる濃度になっています。
三菱はGDIで「燃料消費が-35%」と宣伝していました。

この時期、他メーカーも希薄燃焼(リーンバーン)直噴エンジンを発売します。
トヨタD-4、日産NEO Di、ホンダi-VTEC

しかし希薄燃焼(リーンバーン)直噴エンジンは以下の問題が発生しました。

１．耐久性
　　インジェクターにカーボンが付着して正常な噴射が不可。
　　ススが多く発生してエンジン不調。

２．排気ガス規制強化に対応不可
　　排気ガスを浄化する三元触媒は、排気ガス中の窒素酸化物NOxを浄化可能な空燃比があります。
　　希薄燃焼(リーンバーン)直噴の空燃比は、三元触媒では浄化できない空燃比。
　　窒素酸化物NOxを浄化不可。

上記は大きなデメリットでした。
2007年にGDIは終了。
トヨタD-4、日産NEO Di、ホンダi-VTECも終わりjました。

希薄燃焼(リーンバーン)直噴エンジンは市場から消えました。
しかし、直噴エンジンは復活します。
理論空燃比(ストイキ)直噴です。

１．希薄燃焼(リーンバーン)で多く発生したススがほぼ発生しない。
２．三元触媒で浄化できる空燃比なので三元触媒で対応可。

この特性によって以下のメリットがクローズアップしました。

１．ノッキングを抑えられるので高圧縮化できる→理論熱効率を向上
２．燃料の気化熱で筒内温度を下がるのでノッキングが抑えられる→ダウンサイズターボが可能に

一気に直噴エンジンは増えました。
ただ、以下のデメリットがあります。

１．PM2.5（粒子状物質）の排出量
　　ポート噴射エンジンより5～10倍以上多い
２．インジェクターが汚れやすい
　　完全に燃焼できなかったカーボン等がインジェクターに付着します。

色々とあった直噴エンジンは、技術革新もあってたくさんのメーカーから発売されています。