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「なぜ排気ガスを再利用する？ EGRのメリット・デメリット」

最近のハイブリッドエンジンは、燃費を良くするために高い圧縮比を採用しています。

例えばクラウンなどに搭載されているA25A-FXSエンジンは圧縮比14.0。

かなり高い圧縮比です。

圧縮比を高くすることで熱効率を上げられる反面、ノッキングに対しては厳しい条件になります。

そこで使われている技術の一つがEGRです。

そもそもEGRって何？

簡単に言えば、

「一度燃焼した排気ガスの一部を再利用する仕組み」

です。

排気ガスの一部を吸入空気と一緒に、もう一度シリンダーへ入れます。

「せっかく新しい空気を吸っているのに、なんで排気ガスなんか入れるの？」

と思いますよね（笑）

でも、ちゃんと理由があります。

EGRを使うメリット

排気ガスを混ぜることで燃焼温度の上昇を抑え、ノッキングを起こしにくくする効果があります。

さらに、エンジン内部で発生するポンピングロスなどの無駄な損失を減らすことができ、燃費向上にも役立っています。

特にEGRを積極的に利用するのは、低〜中回転の部分負荷など、普段の街乗りでもよく使う運転領域です。

高い圧縮比とEGR。

こうした技術を組み合わせることで、現在のハイブリッドエンジンは高い燃費性能を実現しています。

ところがEGRにもデメリットがあります

一度燃焼した排気ガスには、新しい空気と比べて燃焼に使える酸素が少なくなっています。

それを新しい空気と混ぜてシリンダーへ入れるということは、混合気を燃えにくい方向へ希釈することにもなります。

EGRを増やしていけば、

・着火しにくくなる
・火炎の広がりが遅くなる
・燃焼が不安定になりやすくなる

という問題も出てきます。

燃費を良くするためにEGRを使いたい。

でもEGRを増やせば、燃焼は難しくなる。

ここが面白いところです。

だから「点火」が重要になる

最近の高効率エンジンでは、燃えにくくなった混合気でも確実に着火させるため、点火性能が非常に重要になっています。

実際、A25A系エンジンでも高エネルギー点火が採用されています。

つまりメーカーも、高圧縮比やEGRを使った高効率燃焼を成立させるために、点火性能を重視しているということです。

では、純正ダイレクトコイルから、さらに点火性能を高めたコイルへ交換したらどうなるのか？

ここが私が興味を持ったところです。

そこでダイレクトコイル J-Spec

もちろん、純正ダイレクトコイルの性能が低いわけではありません。

純正部品はさまざまな環境で長期間使用できる耐久性や品質、性能、そしてコストまで含めたバランスで設計されています。

一方、J-SpecはA25A系の純正コイルをベースに、点火性能をさらに高めることに重点を置きながら、品質・耐久性・安定性についても妥協せず作り込みました。

単純に「強い火花を飛ばせればいい」という考えではありません。

ダイレクトコイルは、エンジンの熱にさらされながら高電圧を繰り返し発生させる部品です。

だからこそ、点火性能を高めるだけではなく、その性能を長く安定して維持できる品質と耐久性まで含めてJ-Specの性能だと考えています。

J-Specは何を変えたのか？

通常の純正イグニッションコイルは、基本的に1回のスパークで混合気に点火します。

それに対してダイレクトコイル J-Spec は、3回以上のスパークを発生させるマルチスパークを採用しています。

さらに2次電流値も、ノーマルコイルの約2倍まで高めています。

狙っているのは単純に、

「火花を強くすればパワーが出る」

ということではありません。

EGRなどによって燃焼条件が厳しくなった混合気に対して、

「だったら点火側にもっと余裕を持たせて、燃焼をサポートしてあげればいい」

という考え方です。

着火のきっかけを増やし、より安定した燃焼につなげる。

その結果として、エンジンの振動やガサついた音、アクセルに対する反応などに、どのような変化が現れるのか。

私自身A25A-FXS搭載車に乗っているからこそ、そこに興味を持ちました。

高圧縮比＋EGR＋高効率燃焼。

現在のハイブリッドエンジンが燃費を良くするために採用している技術だからこそ、私は逆に、

「点火には、まだやれることがあるんじゃないか？」

と考えました。

燃費を追求するために進化したエンジン。

その燃焼を、今度は点火側からさらにサポートしてみる。

それが、ダイレクトコイル J-Spec を作った理由の一つです😊

実は日本国内でも「点火強化」の研究が行われています

弊社がダイレクトコイル J-Specを開発するうえで重要視したのが、「より確実に点火し、燃焼を安定させる」という考え方です。

実はこの考え方、弊社だけのものではありません。

日本国内でもHonda、日立系企業、デンソー系企業などによって、EGRを多く使う高効率エンジンほど燃焼させることが難しくなり、その対策として点火エネルギーを高める研究が以前から行われ、論文として発表されています。

日立系の研究では、そのものズバリ

「EGR燃焼エンジン向け高エネルギ点火システム」

というテーマで研究が行われています。

点火コイルのエネルギーを高めることで、EGRを多く使用する燃えにくい条件でも安定して燃焼できる領域を広げようという研究です。

日立ではEGR率を5％増加させながら、熱効率を3％改善したと報告されています。

Hondaの高効率ガソリンエンジン研究でも、EGRを多く使用するための技術のひとつとして「強力点火」が採用されています。

つまり、

EGRなどによって燃焼が難しくなる
↓
点火能力を高める
↓
より確実に着火させる
↓
燃焼を安定させる

という考え方です。

これは、弊社がダイレクトコイル J-Specを開発した方向性とも非常に近いものです。

もちろん、これらの論文はJ-Specそのものを試験したものではありません。

しかし、「高効率エンジンだからこそ点火性能が重要になる」という考え方は、日本の自動車メーカーや部品メーカーでも研究されている技術テーマなのです。

さらに国内の研究では、点火コイルのエネルギーを高めることでEGRを使用できる領域を広げ、高負荷領域ではノッキングを抑えることで燃費を改善できる可能性についても報告されています。

ダイレクトコイルJ-Specも単純に、

「強い火花＝パワーアップ」

という考え方で作ったダイレクトコイルではありません。

より確実な点火によって燃焼を安定させ、エンジン本来の性能を引き出す。

これが私がダイレクトコイル J-Specで目指した方向性の1つです。

ハイブリッド車の「EGR」とカーボンの話

多くのハイブリッド車や高効率ガソリンエンジンには、燃費向上や排出ガス低減のために「EGR」というシステムが採用されています。

EGRを簡単に説明すると、

エンジンで一度燃やした排気ガスの一部を、もう一度エンジンに戻して燃焼させる仕組みです。

燃費や排出ガスを良くするための大切なシステムなのですが、長く乗っていると一つ問題が出てきます。

それがカーボン（燃焼による汚れ）の蓄積です。

排気ガスをエンジンに戻すということは、排気ガスに含まれる燃焼由来の微粒子や未燃成分などもEGRの通路を通ります。

さらにエンジン内部から発生するオイルミストなども混ざり、長い時間をかけてEGRやインテークマニホールドなどに汚れが少しずつ蓄積していきます。

カーボンが多く蓄積すると空気やEGRガスの流れを邪魔するようになり、

エンジンの振動が増える
エンジンの調子が悪くなる
レスポンスが鈍くなる
燃費が悪化する

などにつながる場合があります。

そこでダイレクトコイルJ-Specは「燃やし方」から考える

弊社のダイレクトコイル J-Specは、点火をより確実・安定させ、エンジンの燃焼状態を整えることを狙って開発しています。

燃焼状態が良くなれば、不完全燃焼によって発生する未燃成分やカーボンを少なくする方向に働く可能性があります。

そうなれば、

燃焼が良くなる
↓
カーボンの発生を抑える方向へ
↓
EGRから吸気側へ戻る汚れも減る可能性
↓
EGRやインテーク内部へのカーボン蓄積を抑える可能性

が考えられます。

もちろん、カーボンはエンジンオイルや走行条件などさまざまな原因で発生するため、J-Specを装着すればカーボンが付かなくなるという意味ではありません。

私が考えているのは、

「汚れたら掃除する」だけではなく、そもそも汚れの原因を少しでも減らせないか？

ということ。

ダイレクトコイル J-Specは、パワーやレスポンスだけではなく、

エンジンの燃焼そのものを、より良い状態にする。

そこまで考えて開発したダイレクトコイルJ-Specです。

★ダイレクトコイルJ-Specで、何故 エンジン音や振動が減るのか？

ダイレクトコイルJ-Specを装着されたクラウンオーナーさんから、

「エンジン音が静かになった」
「ガサつきが減った」
「エンジン始動時の振動が少なくなった」
「低速からトルクが出るようになった」

といった感想をいただくようになりました。

では、なぜダイレクトコイルを交換することで、このような変化が出るのでしょうか？

実はJ-Specを作るヒントになったのは、私が長年扱ってきたGT-RのRB26エンジンでした。

原点はRB26で長年悩んだ「高回転のエンジンノイズ」

RB26を作り続けてきた中で、長い間悩んでいたことがありました。

それが、高回転域でのエンジンノイズと振動です。

ピストンやコンロッドなどエンジン各部の重量を合わせ、回転部分のバランスを取り、クリアランスを詰める。

エンジン屋として考えられることを一つずつやっていくと、確かに良くなります。

しかし、それだけでは消えない「粗さ」が残る。

「いったい何が原因なんだ？」

長い間、そこが引っ掛かっていました。

大きく変わったのがMoTeCへの変更でした

最終的にエンジン制御をMoTeC（モーテック）へ変更したところ、高回転域のフィーリングが大きく変わりました。

そこで私が注目したのが、

「エンジン本体だけではなく、各シリンダーの燃焼の揃い方も振動やノイズに影響しているのではないか？」

ということでした。

エンジンは各シリンダーで燃料を燃焼させ、その燃焼圧力でピストンを押し下げています。

理想を言えば、各シリンダーがさ

1番　ドン！
2番　ドン！
3番　ドン！
4番　ドン！

と、それぞれが同じように仕事をしてほしい。

しかし実際の燃焼には、燃料噴射、空気との混ざり方、筒内温度、残留ガス、点火状態などによるバラツキがあります。

そこへ燃料噴射や点火タイミングなどの制御精度も関係してきます。

でも現行のエンジンはエンジン構成やコンピュータ能力に問題はありません。
しかし超薄い燃料を完全燃焼させるのは並大抵ではありません。
そこに小さなさがあるのではと考えました。

各シリンダーの発生トルクに差が生じれば、クランクシャフトを回す力にも変動が生まれ、それが振動やエンジン音の「粗さ」として現れる可能性があります。

RB26での経験から、私はそこを強く意識するようになりました。

そして自分のクラウンでも同じことを考えた

クラウンに乗るようになって、今度はA25A-FXSハイブリッドエンジンのエンジン音や振動が気になりました。

燃費は素晴らしい。

性能も十分です。

それでも、EV走行からエンジンが始動した瞬間や低速走行、加速時などに、

「もう少し滑らかにならないのかな？」

と思うことがありました。

そこでRB26で経験したことを思い出したんです。

「これも燃焼のバラツキが関係しているんじゃないか？」と。

少ない燃料を確実に燃やすのは簡単ではない

現在のハイブリッドエンジンは、燃費を追求するため非常に高度な燃焼制御を行っています。

しかし、どんなエンジンでも4つのシリンダーが毎サイクル完全に同一の燃焼をしているわけではありません。

ここで私は一つの仮説を立てました。

分かりやすくイメージで表現すると、

あるシリンダーが100の仕事をしている時に、

別のシリンダーが98、
別のシリンダーが99、

というような小さな燃焼差があるのではないか？

※この100％、98％という数字は実測値ではなく、あくまで燃焼バラツキを分かりやすく説明するための例です。

もしそうなら、点火側から燃焼を安定させることで、エンジンの振動や音の質を変えられるかもしれない。

ここからJ-Specの試作が始まりました。

そこでオカダプロジェクツのコイルに注目した

より強い点火エネルギーと独自の点火方式を持つコイルを使って、

「点火を強化したらA25A-FXSの燃焼フィーリングはどう変わるのか？」

これを確かめたかった。

そこでオカダプロジェクツの技術をベースに、J-Specの試作品を作りました。

装着してみると、狙っていた方向へ変わった

実際に自分のクラウンへ装着してみると、

エンジン振動が減った。

そして、

ガサついたエンジン音も減った。

さらに低回転からトルク感が出て、エンジンの回り方そのものが滑らかになったように感じました。

ここでRB26の時に経験したことと、自分の中でつながったんです。

なぜ静かになったのか？

私が考えている理由は、

「音を消した」のではなく、「燃焼を揃える方向へ変化した」
からではないか、ということです。

各シリンダーの燃焼状態が安定し、それぞれが発生するトルクのバラツキが小さくなれば、クランクシャフトの回転変動も小さくなる方向へ働きます。

するとエンジンから発生する振動や「ガサガサした音の成分」も減る可能性があります。

つまりJ-Specは防音材ではありません。

エンジンから発生した音を遮断して静かにするのではなく、

音や振動を生み出している燃焼側からアプローチする。
根本的な原因にアプローチする。

私はここがJ-Specの面白いところだと思っています。

では、なぜトルク感まで変わったのか？

ここにも点火が関係している可能性があります。

点火状態が改善され、火炎核の形成やその後の燃焼がより安定すれば、燃焼期間や燃焼圧力の立ち上がり方が変化する可能性があります。

その結果、同じ燃料でもクランクシャフトへ伝えられる仕事がより安定し、ドライバーには低速域のトルク感やレスポンスの改善として感じられる可能性があります。

ただし、ここは重要なので書いておきます。

私は今回、筒内圧センサーを使って各シリンダーの燃焼圧力や燃焼速度を直接測定したわけではありません。

したがって、

「J-Specによって最高燃焼圧力が○％上がった」

「燃焼速度が○％速くなった」

と断定するつもりはありません。

これはRB26で培ってきた経験と、A25A-FXSで実際に感じた変化から考えている技術的な仮説です。

そして一番興味深いのは、私だけではなかったこと

最初は、

「自分のクラウンだからそう感じるのかな？」

とも思いました。

ところがJ-Specを購入して装着されたクラウンオーナーさん達からも、

★★★★★の評価とともに、

「エンジン音が静かになった」
「雑味が減った」
「低速からトルクが出る」
「エンジンのON/OFFが滑らかになった」

といった感想をいただくようになりました。

開発した本人の評価だけなら、説得力はありません（笑）

でも、違う車に乗る違うオーナーさん達から似た方向の感想が出てくる。

私はそこが非常に興味深いと思っています。

RB26で悩み続けた経験が、クラウンのJ-Specにつながった

J-Specは、最初から商品を作ろうと思って始めたものではありません。

自分のクラウンに乗って、

「このエンジン、もう少し滑らかにならないかな？」

と思ったのが始まりです。

そして、その答えを考えている時に思い出したのが、RB26で何年も悩んだ経験でした。

エンジンの振動や音は、機械的なバランスだけで決まるものではない。

燃焼の揃い方も重要なのではないか。

その考えから点火に注目し、実際に試してみた。

それがダイレクトコイルJ-Specの始まりです。

私にとってJ-Specは、

「強い火花を飛ばすためだけのコイル」ではありません。

4つのシリンダーの燃焼を、できるだけ安定させる方向へ持っていく。

その結果として、

振動が減る。
ガサつきが減る。
エンジン音の質が変わる。
そして低速から滑らかにトルクが出る。
今までよりトルクが向上する事でアクセル開度が減り燃費向上に貢献
排ガスも更にクリーン

私はそこを狙っています。

興味のある方は「ダイレクトコイル J-Spec」で検索してみてください。

私の説明よりも、実際に装着されたクラウンオーナーさん達の★★★★★の評価を読んでいただく方が、変化が分かりやすいかもしれません😊

ダイレクトコイル J-Spec〈日本製〉に求めた品質

クラウンに求められるものは、単純な速さだけではないと思っています。

静かで、滑らかで、アクセル操作に対して自然に反応する。そして何より「上質であること」。

ダイレクトコイル J-Specを開発するうえで重視したのも、まさにそこです。

A25A-FXSは直列4気筒エンジンです。当然、ダイレクトコイルも4本で1セットになります。

ここで重要なのは、1本だけ性能の高いコイルを作れば良いわけではないということです。

4本のダイレクトコイルが、それぞれ1気筒ずつを担当しています。そのためJ-Specでは、単純に火花を強くするだけではなく、品質・製造精度・4本の性能バラツキ・耐久性・耐熱性・絶縁性能を重要な要素として考えています。

点火コイルは、巻線、鉄心、絶縁材、樹脂、端子など、さまざまな部品から構成されています。高温になるシリンダーヘッド上で、振動を受けながら数万V級の高電圧を繰り返し発生させる、実は非常に過酷な環境で使われている部品です。

特に走行後にエンジンを停止すると、走行風がなくなりエンジン周辺に熱がこもる「ヒートソーク」の影響も受けます。

だからこそ、新品時に高い性能を出すだけでは十分ではありません。

熱や振動、高電圧の繰り返しに耐え、長期間にわたって安定した性能を維持すること。そして4本それぞれの性能ができるだけ揃っていることが重要だと考えています。

「最高性能の1本を作る」のではなく、
「性能の揃った4本を1セットとして使う」。

これがJ-Specの基本的な考え方です。

ダイレクトコイル J-Specは、ただ火花を強くすれば良いという発想で作った商品ではありません。
完全燃焼を促進させるために1回の火花が飛ぶタイミングでマルチスパークと言って3回連続で火花を飛ばします。

また、経年劣化した純正コイルを交換するためだけの代替品でもありません。

A25A-FXSエンジンの特性を考え、そのエンジンに合わせた点火性能を狙うことで、A25A-FXSが本来持っている良さを、点火からもう一段引き出す。

特に私が重要だと考えたのは、最高出力の数字ではありません。

毎日の運転で多用する低回転域、アクセルを少し踏み込んだときの反応、EV走行からエンジンが始動した瞬間、市街地をゆっくり走っているとき。

そうしたクラウンオーナーが日常的に感じる領域です。

J-Specでは点火性能を見直すことで、低回転域でのトルク感、アクセルレスポンス、エンジン振動やエンジンノイズなど、ドライバーが感じる「質感」をより良い方向へ持っていくことを狙っています。

クラウンの室内は静かです。

だからこそ、EV走行からエンジンが始動した瞬間の振動や、加速したときの4気筒エンジン特有の音やガサつきが、逆に気になることがあります。

高級車だからこそ気になる部分です。

ダイレクトコイルを交換しただけで、エンジンそのものが別物になるわけではありません。

しかし、燃焼のきっかけを作る「点火」を改善することで、エンジンのフィーリングをより上質な方向へ近づけることはできると考えています。

速くするためだけのダイレクトコイルではない。

クラウンを、もっとクラウンらしくするためのダイレクトコイル。

それが私が考える
ダイレクトコイル J-Spec〈日本製〉です。

A25A-FAXエンジン搭載車
〇クラウンスポーツ（2.5L ハイブリッド車 / PHEV車）
〇クラウン クロスオーバー（2.5L ハイブリッド車）
〇クラウンエステート(2.5Lハイブリッド車)
〇クラウンセダン(2.5Lハイブリッド車)
〇RAV4（ハイブリッド車） / RAV4 PHV（プラグインハイブリッド車）60系XA64
〇ハリアー（ハイブリッド車 / PHEV車）
〇クラウン（220系・2.5L ハイブリッド車）
〇アルファード / ヴェルファイア（40系・2.5L ハイブリッド車）
●新型ヴォクシーハイブリッド1.8L(2ZR-FXEエンジン)
※車種によっては車体番号確認

※アルファード/ヴェルファイア/ヴォクシーなど車重が重く低速領域が弱かったり、少しの上り坂などエンジン回転数が上がりエンジン音が高く聞こえたりしますが、ダイレクトコイルJ-Specの効果により、低速トルクが向上し、上り坂などでは今までよりアクセル開度が少なくなります。