【夏休み特別篇：第２話】コモンレール誕生の話

2015-08-13

こんばんは。営業の野本です。

昨日からお届けしている夏休み特別篇「コモンレールシステムとDPFについて」
の、本日は「コモンレール誕生の話」です。

第１話でお伝えした自動車排出ガス規制に対応するため、ディーゼルエンジンはどのような開発の流れを辿り、そしてコモンレール誕生に至ったのか？紹介したいと思います。

【第２話　コモンレール誕生の話】

ディーゼル車の排出ガス規制は、昭和41年のガソリン車を対象としたCO(一酸化炭素)の濃度規制から遅れること約10年、昭和49年に導入されました。昭和41年の規制導入以降、規制が進んでいたガソリン車に対して、ディーゼル車は規制が緩く、元々、HC(炭化水素)、COの排出量がガソリン車と比べて少なかったこともあり、光化学スモッグの原因となるNOx(窒素酸化物)の規制に重点が置かれていました。

そういった背景もあり、自動車メーカーは、NOxを抑えることに重点を置いた開発をおこなってきました。

この時代のディーゼルエンジンは、機械式燃料噴射システムを用い、燃料噴射ポンプに搭載されているガバナやタイマと呼ばれる機械装置で、噴射量や噴射タイミングを制御していました。そのため、セッティングの自由度が、とても低いものでした。そして、インジェクターは、燃料圧力に応じて開閉する弁の役割を持っており、その当時はノズルホルダーと呼ばれていました。

規制対象物質であるNOxは、高温状態で窒素と酸素が反応して生成されるため、自動車メーカーでは、噴射タイミングを遅らせ燃焼を緩慢にすることで、NOxの排出を抑えていました。

ただし、噴射タイミングを遅らせると燃焼の終了時期が遅れ、PM(スス)の排出量が増えてしまうため、噴射圧力を高くすることで噴射期間を短くし、PMの排出を抑えてきました。

排出ガス規制が緩やかな時代は、この方法で十分対応できました。

しかし、平成の時代になりPMの排出規制が導入され、NOx、PM共に規制が年々厳しくなってくると、機械式燃料噴射システムでは対応することが困難になってきました。

これは、機械式燃料噴射システムの場合、低負荷時に噴射圧力が低くなるため、PMの排出量を抑えるための高圧化にも限界があるためです。

そのため、技術のブレークスルーが必要となり、そこで登場したのが電子制御式燃料噴射システムであるコモンレールシステムです。コモンレールシステムでは、レールと呼ばれる蓄圧室に高圧の燃料を溜めておくことで、負荷によらずいつでも燃料の高圧噴射が可能となります。

元々、コモンレールシステムのアイデアは、半世紀以上前からあったのですが、高圧化の技術が伴わず長い間実用化ができませんでした。その実用化に果敢に挑戦し量産化に成功したのが、日本の自動車部品メーカー最大手のデンソーです。

コモンレールシステムの登場により、負荷によらず高圧化が可能となり、さらに電子制御式になったことで、噴射圧力、噴射タイミング、噴射期間等の設定の自由度が飛躍的に向上しました。そして、我々が扱うインジェクターも、機械式の時代は、噴射量の調量機能もなく、単なる噴射弁として受け身であったものが、電子制御の時代になり、噴射量や噴射タイミング等のさまざまな制御を担うようになりました。

その結果、ディーゼルエンジンの性能が飛躍的に向上し、厳しくなる排出ガス規制に対応できるようになり、ヨーロッパを中心にディーゼル車が普及していったわけです。