二次空気導入装置

二次空気導入装置：排気ガス浄化の進化

ガソリンエンジン車の排気ガス浄化に重要な役割を果たすのが、二次空気導入装置です。この装置は、排気ガス中に含まれる未燃焼の炭化水素（HC）を、空気中の酸素と反応させて完全燃焼させることで、有害物質を削減します。

二次空気導入装置の働き

二次空気導入装置は、外気をエンジン排気管内に送り込むことで、排気ガス中のHCを燃焼させます。これにより、大気汚染物質の排出量を削減し、環境規制への適合を可能にします。

1960年代後半から導入が始まり、当初は一次的な排ガス対策として用いられていました。しかし、点火装置や燃焼室技術の進歩により未燃焼HCが減少し、三元触媒が主流になると、その役割は触媒の効率向上を補助する二次的なものへと変化しました。

二次空気導入装置の種類

二次空気導入装置には、大きく分けて以下の3つの種類があります。

1. エアポンプ式:

エアポンプ式は、エアクリーナーを通過したクリーンな空気を、ポンプによって排気管に強制的に送り込む方式です。一般的にはベーンポンプが使用され、エンジン駆動や電動モーター駆動があります。

この方式は、送気量を制御することで、様々な運転状況に対応できます。減速時やアイドリング時など、未燃焼ガスが少ない状況では、送気を停止することで触媒の過熱を防ぎます。代表例として、1973年にロータリーエンジン搭載車に用いられたサーマルリアクターの一部にこの方式が採用されました。

2. 吸引式:

吸引式は、排気管の負圧を利用して空気を吸い込む方式です。リードバルブなどの弁を用いて、エアクリーナーボックスからの空気を排気管に導入します。

この方式は、エアポンプ式に比べてシンプルで軽量、低コストといったメリットがあります。しかし、送気量は少なく、アイドリング時などの特定の運転状況でのみ効果を発揮します。現在では、オートバイの排ガス対策などに多く用いられています。ヤマハのAIS（Air Induction System）などがその代表例です。

3. サーマルリアクター:

サーマルリアクターは、排気管内に別途燃焼室を設け、排気ガスを強制的に再燃焼させる方式です。エアポンプ式をさらに発展させたもので、排気ガスを高温で燃焼させることで、HCなどを効率的に除去します。

特にマツダのロータリーエンジンで有名で、マスキー法クリアに貢献しました。ロータリーエンジンは排気温度が高いため、触媒の使用が難しかったことから、サーマルリアクターが有効な手段でした。しかし、燃費悪化や高温による部品劣化などの課題があり、三元触媒の普及に伴い、急速に姿を消していきました。

二次空気導入装置の歴史と技術革新

アメリカで1966年に実用化された二次空気導入装置は、排ガス規制の強化とともに発展を遂げてきました。当初は、未燃焼ガスの多いエンジンにおいて、排気ガスの完全燃焼を達成するための主要な手段でしたが、エンジンの改良や三元触媒の登場により、その役割は触媒の補助へと変化しました。

サーマルリアクターは、その高い排気温度への対応力や排気抵抗の少なさから、一時的に広く用いられましたが、燃費悪化やNOx処理能力の低さなどの問題から、三元触媒へと置き換えられていきました。

まとめ

二次空気導入装置は、ガソリンエンジンの排ガス浄化に貢献した重要な技術です。エアポンプ式、吸引式、サーマルリアクター式など、様々な種類があり、それぞれの特性を活かして使用されてきました。技術の進歩により、その役割は変化しつつありますが、現在でも一部の車両で利用されています。また、これらの技術は、現在の排ガス浄化技術の発展に大きな影響を与えています。

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