自動車エンジンの仕組み

コモンレール

「コモンレール」は、ディーゼルエンジンの燃料噴射装置で、「レールと呼ばれる容器に高圧の燃料を溜めておけるので、エンジンの回転数や負荷に関係なく噴射圧力を調整して噴射できる」という特徴をもっています。

また電子制御を用いて最適な時期に最適な圧力で燃料を噴射できます。

よって、ディーゼルエンジンは電子制御とコモンレールシステムにより自由に燃料噴射ができる様になりました。そのため今まで噴射装置の性能により妥協していた部分が、実現できるようになり出力、燃費、排気ガスといった
ディーゼルエンジンの性能が飛躍的に伸びたわけです。

コモンレールの装置構成は、ざっくり言うと以下の4品です。

・ポンプ:
燃料を高圧にしてレールへ送る

・レール:
ポンプから送られてきた高圧の燃料を溜めておく容器

・インジェクタ:
高圧の燃料を噴射する注射器のようなもの。
エンジンの1気筒あたり1つずつある。

・ECU:
コモンレールの制御装置。主に圧力と燃料の噴射量と時期を制御する。

この4品を使って、まず燃料をポンプで高圧にしてレールへ送ります。レールとインジェクタは管でつながっています。ECUからの指示でインジェクタのスイッチをオンにすると高圧の燃料が噴射されます。

コモンレールの特徴を他にもあげますね。

・高い圧力で燃料を噴射できる。
高い圧力で噴射するほど、燃料が細かい霧状になり空気とよく混ざることは前回説明しました。

最新のコモンレールは、噴射圧力が1800気圧です。この圧力が、どのくらい大きいかと言うと皆さんの体にかかっている大気圧の実に1800倍の圧力です。

・1回の燃焼行程中に、最大5回噴射することができる。
コモンレールでは出力を得るためのメインの噴射の他に

メイン噴射の前に2回
メイン噴射の後に2回

と計5回も噴射できます。
なぜ出力を得るための噴射の他に、こんなにたくさん噴くのでしょうか?

 

コモンレールは吸入した空気を圧縮して燃料を噴くときに最大5回に分けて噴くことができ、それぞれの噴射には呼び名があります。

噴射する時期が早い方から順に

パイロット噴射 プレ噴射 メイン噴射 アフター噴射 ポスト噴射

と呼びます。
ゴレンジャーの、レッド・ブルー・イエロー・ブラック・ピンク
のようなもんですね。

ゴレンジャーにも役割があるように、もちろんこれらの噴射には役割があります。意味もなく、こんなに噴射するわけではないですしね。

ということで、それぞれの役割を簡単に書きます。

パイロット噴射

メイン噴射の前に噴射することで着火の前に空気と燃料を混合させる。
ディーゼルエンジン特有のカラカラという燃焼音を低減できます。

プレ噴射

メイン噴射の前に少し燃料を噴いて火種を作り、急激な燃焼になるのを防ぐ。
急激な燃焼を抑えることで、窒素酸化物の発生とディーゼルエンジン特有のカラカラという燃焼音を低減できます。

窒素酸化物は、NOxとも呼ばれ光化学スモッグの原因となる物質です。このNOxは高温になると発生するため、急激な燃焼を抑えることで低減することができます。

メイン噴射

出力を得るための噴射。

アフター噴射

メイン噴射後に、ちょろっと燃料を噴射することで燃え残りの燃料を燃やす。
燃え残りがすすとして排出されてしまうので、燃え残りを燃やすことですすの発生が抑えられます。

ポスト噴射

シリンダの中で燃料を燃やすことが目的ではなく、排気管へ燃料を送るための噴射。

排気管へ流れた燃料は、主にDPFに堆積したすすを燃やすために使われます。

DPFは、すすを取るために排気管に装着されたフィルターのことです。DPFにすすが堆積しすぎるとフィルターが目詰まりを起こすので、定期的にすすを燃やす必要があります。

燃料をシリンダ内で燃やさずに排気管へ送るなんて、びっくりですよね!

 

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