直噴

直噴（ちょくふん）

「直噴（ちょくふん）」は、「燃料直接噴射（ねんりょうちょくせつふんしゃ）」を省略した言葉であり、自動車をはじめとする内燃機関の分野で中心的な燃料供給技術として用いられています。

燃料直接噴射技術の概要

内燃機関において、燃料を空気と混合して燃焼させるプロセスは、エンジンの性能や効率に直結します。従来のエンジンでは、燃料は吸気ポートなどに噴射され、そこで空気とあらかじめ混合された後、燃焼室へと流入するポート噴射方式が一般的でした。これに対し、燃料直接噴射、すなわち直噴方式では、燃料を高圧ポンプによって昇圧し、燃焼室内に設置されたインジェクターから、燃焼行程の適切なタイミングで直接、微細な霧状にして噴射します。

この方式の最大の特長は、燃焼室内の状況に応じた緻密な燃料噴射制御が可能となる点です。これにより、混合気の成層化（燃料の濃淡を意図的に作り出す）や、筒内での高効率な混合・燃焼が実現します。

直噴技術のメリットと課題

直噴技術がもたらす主な利点は多岐にわたります。

まず、燃焼効率が大幅に向上することが挙げられます。燃料を直接噴射することで、燃焼室内の温度分布や混合気の状態をより細かく制御できるため、完全燃焼に近づきやすくなります。これは、エンジンの出力向上やトルク特性の改善に寄与します。

次に、燃費の向上が期待できます。特に部分負荷時など、運転状況に応じて最適な量の燃料を精密に噴射できるため、無駄な燃料消費を抑えることが可能です。また、燃焼室への直接噴射による燃料の気化潜熱効果で、吸気温度や筒内温度が低下し、ノッキング（異常燃焼）を抑制する効果もあります。これにより、より高い圧縮比を設定したり、ターボ過給との組み合わせにおいて性能を引き出しやすくなります。

さらに、排出ガスのクリーン化にも貢献します。精密な燃焼制御により、未燃焼炭化水素（HC）や一酸化炭素（CO）といった有害物質の排出を低減できます。

一方で、課題も存在します。システムが高圧化・精密化するため、製造コストが増加する傾向があります。また、特にガソリンエンジンにおいては、燃焼条件によっては粒子状物質（PM）が発生しやすくなる場合があり、排出ガス規制に対応するためには、粒子状物質除去フィルター（GPF）が必要となるケースが増えています。

エンジンタイプ別の直噴

直噴技術は、ディーゼルエンジンとガソリンエンジンの両方に適用されていますが、その歴史や技術的なアプローチには違いがあります。

ディーゼルエンジン

ディーゼルエンジンは、吸気行程で空気のみを吸入・圧縮し、高温・高圧となった燃焼室内に燃料を噴射して自然着火させる原理です。このため、燃料を燃焼室内に直接噴射する方式が初期から主流でした。現代のディーゼル直噴エンジンでは、コモンレールシステムなどの技術により、超高圧かつ多段での燃料噴射が可能となり、燃焼ノイズの低減や排出ガス性能の劇的に改善されています。

ディーゼルエンジンにおける2ストローク機関の仕組みや、4ストローク機関の燃焼室構造、あるいはユニフロー掃気ディーゼルエンジンといった特定の形式に関するより詳細な情報については、「2ストローク機関#2ストロークディーゼル機関」や「ユニフロー掃気ディーゼルエンジン」、「燃焼室#ディーゼルエンジンの燃焼室」といった関連する項目や専門資料を参照することで、理解を深めることができます。

ガソリンエンジン

ガソリンエンジンにおける直噴技術は、ディーゼルエンジンに比べて普及は遅れましたが、1990年代以降、燃費規制や排出ガス規制の強化、そして性能向上ニーズの高まりから急速に普及しました。かつてのポート噴射から直噴への移行は、低燃費化技術（希薄燃焼など）や、ダウンサイジングコンセプト（小排気量・高過給化）におけるノッキング抑制に不可欠な要素となっています。

ガソリン直噴エンジンに関するより詳しい原理や技術的な特徴については、「ガソリン直噴エンジン」と題する項目や関連文献に詳しい解説が見られます。

まとめ

「直噴」、すなわち燃料直接噴射技術は、現代のエンジンにおいて、燃焼効率の最大化、性能向上、そして環境性能の両立を実現するための非常に重要な要素技術です。ディーゼル、ガソリンそれぞれのエンジンタイプで異なる技術的な進化を遂げながら、今後もその重要性は変わらないでしょう。

もう一度検索