質問: コモンレール式燃料噴射システムの従来方式に比べてのメリットって何ですか?
回答: ディーゼルエンジンでコモンレール方式を使うのは,下記のためです。 ●目的 ・排ガスのクリーン化 ・騒音・振動の低減 ・出力の向上 ●コモンレール方式とは 従来の方式(ジャーク式)では,燃料噴射の圧力が低く(200気圧程度),燃料の粒径が大きく,燃焼状態についていえば,下記の問題点がありました。 ・燃料粒径が大きい ・燃焼室内(筒内)で空気との混合が進まない ・筒内圧力が急激に上昇する ●どうしてクリーンになるか ディーゼルエンジンの排ガスに含まれるスス(PM)は,燃料の粒子が空気(酸素)と十分,混合できず,部分的に不完全燃焼をおこすことで発生します。このため高圧で燃料噴射すると,より小さなインジェクタ穴径を使うことができ,燃料粒径を小さくできます。粒径が小さいと,酸素との混合が進み,より完全燃焼に近づきます。つまりHC(炭化水素)やCO(一酸化炭素)を低減できます。 高圧で噴射すると,短時間に多くの燃料量を噴射できるので,1回の燃焼において,数回にわけて噴射することが可能になります。実際,コモンレールでは,2回から9回にわけて噴射します。実用上,4回から5回が使われます。 まず「燃えやすい雰囲気」をつくり、「タネ火」をおこしてゆっくり燃やし、「燃えかすをキレイに除去」し、さらに排気触媒温度が低いときは、もう一度、噴射するという仕組みになっています。 ゆっくり燃やすことで,瞬間的な温度上昇を防ぐことができます。筒内温度が800°Cをこえると急激にNOx(窒素酸化物)が発生するので,ゆっくり燃やして温度をさげるのは非常に重要です。 ●どうして静かになるか 噴射回数を数回にわけることで,圧力ピークを下げることができます。これにより振動・騒音を低減できます。 ●どうして出力向上できるか 完全燃焼できると,発熱量が増えるので,出力も向上できます。 ●問題はないか コモンレール方式により、排気は劇的にクリーンになると同時に振動・騒音も大幅に改善されました。しかし残る課題もあります(コスト以外に)。 ●最後の課題は、「ナノ粒子」 非常にむずかしい問題が発生してきました。それが「ナノ粒子」です。じつは従来から、「PM2.5」といわれる2.5μm(ミクロン)以下の微少な物質が、喘息(ぜんそく)などの原因物質のひとつといわれてきました。「ナノ粒子」はさらに小さいレベルで、50ナノメートル(0.05ミクロン)以下の本当に小さい物質です。 ガソリンエンジンの排ガスからもナノ粒子は出ますが,その量はディーゼルの1/100レベルです。つまりディーゼルエンジンの方が,より小さいPMが出るわけです。 ●有害な「ナノ粒子」 「ナノ粒子」程度の大きさになると、たとえば肺の細胞を簡単に通過してしまいます。じつは従来から、ナノレベルの微粉塵は大気中にあり、有害ではありませんでした。しかしディーゼル排ガスに含まれる「ナノ粒子」は有害の可能性が高いのです。つまり有害物質が体内に取り込まれてしまうわけです。 ●皮肉な「コモンレール」 均質な混合気形成には、コモンレール式による燃料の微細化が必要でした。しかしこの微細な燃料により、「PM2.5」や「ナノ粒子」が発生しているといわれています。なんとも皮肉な運命です。 簡単ですが、ご参考になれば幸いです。