エンジンの効率や性能に直結する重要な部品の一つが「燃料噴射装置(インジェクター)」です。インジェクターは、使用する燃料やエンジンの種類によって様々な形状がありますが、基本的な仕組みは似ていますので、今回は自動車用ガソリンエンジンを例に、仕組みや噴射方式を紹介します。
インジェクターの仕組み
インジェクターとは、コンピュータ制御(電子制御)で動く燃料噴射ノズルのことで、燃料を適切なタイミングで噴射する役割を担っています。インジェクターは、ソレノイドコイルという巻線に電気が流れたときにのみ、先端部分にある噴射孔が開く仕組みになっています。インジェクター内部にはプランジャーコアという金属が配置されていて、ソレノイドコイルが通電すると磁力で引き寄せられます。これにより、通電している間だけノズルの口が開く仕組みになっています。燃料の噴射量はノズルの噴射孔の大きさではなく、開く時間で制御されています。
通常時は下図のように、ソレノイドコイルが通電しておらず、プランジャーコアがバネなどの力で押さえ付けられて、インジェクターの噴射孔は閉じています。
ソレノイドコイルが通電すると、下図のように、プランジャーコアが引き寄せられて噴射孔が開きます。それにより、燃料を噴射します。
噴射方式(ポート噴射と直噴)について
インジェクターにはポート噴射式と筒内噴射式の2種類があり、それぞれ噴射が行われる位置が異なっています。
ポート噴射
ポート噴射式では、各シリンダーの吸気ポートにインジェクターが配置され、燃料が噴射されます。燃料は空気と適度に混ぜ合わされてシリンダーに送り込まれるため、燃焼室を均質な混合気で満たすことができます。このことは、燃焼の効率を高めるために都合がよいです。そのため、もっとも一般的に使われています。
ポート噴射式は、下図の通り、吸気ポートで燃料が噴射されます。燃料と空気が均質になった状態でシリンダーに送り込まれるため、燃焼効率が良いです。従来、ガソリンエンジンの自動車はこの方式がほとんど採用されていました。
直噴(筒内噴射)
筒内噴射式では、吸気ポートではなく、シリンダー内で直接噴射が行われていますので、「直噴」と呼ばれます。超希薄燃焼エンジンやディーゼルエンジンではこの方式が採用されています。筒内噴射式では、ピストンの圧縮行程中に筒内に噴射するので、ポート噴射式より強い燃料圧力で噴射を行う必要があるため、通常の燃料ポンプに加えて高圧ポンプを使って圧力をかけることになります。
筒内噴射式は、下図の通り、シリンダー内で燃料が噴射されます。混合気が均質にならず、燃料の濃い部分と薄い部分を作ることができます。点火プラグの周囲にだけ濃い燃料の層を作り出すことで、少ない燃料で燃焼を行えます。
まとめ
今回は自動車用のガソリンエンジンを例に、インジェクターを紹介しました。また、噴射方式の種類として、ポート噴射式と直噴の2種類を紹介しました。この分野は色々な構造や種類のインジェクターがありますので、もっと深く知りたいという方はご連絡頂ければ、詳細を紹介するようにします。よろしくお願いします。
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