排気再循環

排気再循環（EGR）

排気再循環（Exhaust Gas Recirculation, EGR）は、内燃機関において燃焼後の排気ガスの一部を再循環させる技術です。この手法は、主に排気ガス中の有害な窒素酸化物（NOx）の低減や、部分負荷時における燃費の向上を目的としています。EGRを利用することで、内燃機関の効率性を向上させながら、環境への影響を最小限に抑えることができます。

EGRの基本原理

内燃機関は、燃焼後に発生する排気ガスを再度吸気と混ぜることで、吸気中の酸素濃度を低下させます。これにより、燃焼状態が空気よりも酸素濃度が低い状態となり、結果的に燃焼温度が下がります。この燃焼温度の低下が、NOxの発生を抑制する要因となるのです。また、燃焼温度が低くなることで、エンジンの壁面やピストンからの熱エネルギー放散が減少し、熱の損失も抑えられます。この技術は、ノッキングの抑制にも寄与しています。

特にガソリンエンジンでは、EGRを導入することで、スロットル損失を減少させ、より効率的な燃焼を実現します。この技術により、実質的には小排気量のエンジンを高負荷で使用しているかのような効果が得られます。EGRの量は、最大で吸気量の約15%程度であり、さまざまな走行条件に応じて最適化されます。

EGRの歴史

EGR技術は1970年代に、ガソリンエンジンにおいてNOxの低減策として導入されました。当初は、制御技術が十分でなかったため、燃費が悪化するケースもありました。しかし、技術が進化し、三元触媒が実用化された現在では、省エネルギーや燃費の改善を目的として幅広く利用されています。ディーゼルエンジンにおいては、NOxの排出基準をクリアするために、1980年代からEGRが活用されるようになりました。

EGRの手法

EGRには大きく分けて「内部EGR」と「外部EGR」の2つの手法があります。

内部EGR

内部EGRは、バルブオーバーラップや吸排気バルブの開閉タイミングを調整することで排気ガスを再に循環させる方法です。この手法は、特にバルブオーバーラップを用いた圧力差によって排気ガスを再導入します。内部EGRは、構造が簡単でスペースを抑えられる利点があります。また、NOxの低減とともに未燃焼ガス（HC）の燃焼を促進するため、HC排出量を抑制する効果も期待できます。

外部EGR

外部EGRは、排気経路と吸気経路を接続し、制御バルブを介して排気ガスの流れを調整します。この方法では、排気ガスを冷却することも可能です。最近では、ガソリンエンジンにもクールドEGRが採用されるようになり、多くの車両でその効果が見込まれています。外部EGRは、過給機を備えたエンジンにおいても特有の課題に対応するために、新たな制御技術が模索されています。

まとめ

排気再循環技術は、内燃機関の燃焼効率を向上させ、環境への影響を低減する重要な手法です。EGRの導入により、エンジン性能や燃費の向上が期待できる一方で、技術的な課題も存在しています。今後もEGR技術のさらなる進化や改善が期待されており、自動車業界の持続可能な発展に寄与することが目指されています。

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