ガソリン直噴式エンジン車とは？

Question

ディーゼルでなく、最近はどのガソリン車も直噴式エンジンだと
トヨタの関係の友人が言っていましたが、本当ですか？
直噴とはディーゼルだけの話だと思っていました。
いつごろから出たのでしょうか。

例えばカローラやビィッツもガソリン直噴式エンジンなのでしょうか？

もう吸気にガソリンを電子制御で噴射し、気化した状態で
エンジンに送り込んでいたＥＦＩとかは最近はもう使われていないのですか？

Answer 1

　それは、「直噴式エンジン」ではなく、「燃料噴射式エンジン」のことではないでしょうか？　（間違っていたら、ごめんなさい）

　20年くらい前にキャブレータ方式から「燃料噴射式」（トヨタはEFIと呼んでいます）に切り替わり、現在は、ほとんどすべてのガソリン車が燃料噴射式を採用しています。カローラやヴィッツもEFIであり、直噴エンジンではありません。

　さて直噴ガソリンエンジンですが、下記の定義です。

　燃焼室にガソリン燃料を直接吹き込む燃焼方式のエンジン。

　ところで、この「直噴」ですが、下記のような歴史的な経緯があります。

●第１世代　（リーンバーン直噴）
　1996年に三菱が世界初の量産型リーンバーン直噴エンジンを発売しました。しかし次のような問題があり、全面的に撤退しました。

(1) リーンバーン時とストイキ時のトルク差が大きく、運転性が良くない
　「リーンバーン」とは希薄燃焼のことです。通常、約１４：１程度の比率で空気と燃料を混合するのですが、最大５０：１という空気過剰状態での燃焼を「リーンバーン」といいます。また「ストイキ」とは「ストイキメトリック」の略で、約１４：１の標準的な空気と燃料の混合比（空燃比）のことをいいます。
　リーンバーン直噴は、エンジンが負荷が軽いときは、リーンバーンで作動するのですが、登坂や加速時には、ストイキに戻ります。このためトルクの段差ができてしまい、走行フィーリングを悪化させていました。

(2) 排気処理がむずかしい
　排気の主成分は「CO（一酸化炭素）」「NOx（窒素酸化物）」「HC（炭化水素）」の３要素です。通常のエンジンでは、先ほどの空燃比が１４：１でキレイに処理できる「三元触媒」が装着されています。しかし、リーンバーン時には、NOxが多くでき、三元触媒では、NOxが十分処理できませんでした。

(3) エンジン内がデポジット（主として炭化物の汚れ）が多い
　エンジン内に噴射するとき、比較的、温度の低い壁面に燃料が噴射されると、この燃料が不完全燃焼になり、炭化物としてエンジン内を汚します。このため特殊なエンジン・オイルを使わなければならないという事情もありました。

　これらのことから、「リーンバーン直噴エンジン」や「リーンバーンエンジン」は消えていきました。

●第２世代　（ストイキ直噴）
　直噴のメリットは燃費改善です。しかしこれには３つの要素があります。ひとつは、リーンバーン燃焼が可能な空気流（タンブル渦流とか）を燃焼室内に形成でき、少量の燃料で燃焼が可能な点です。

　もうひとつは、充填効率の改善です。これは吸入行程時、エンジンは空気だけを吸い、燃料を吸わなくても済むため、より多くの空気を吸うことができます。このロス（損失＝ポンピングロス）は特に低負荷領域で大きく、最大、出力の３０～４０％程度にもなります。

　３番目は、圧縮比の向上です。燃焼室に燃料が吹き込まれると、燃料は液体状態から気体状態に蒸発します。このとき蒸発の熱エネルギを周囲の空気から奪い取ります。このため燃焼室内の温度が低下し、ノッキングしにくくなります。このため圧縮比を向上できます。だいたい１．５程度圧縮比を高くできます。

　この３つのメリットのうち、最初の「リーンバーン」は上記の理由でダメだったのですが、残りの２つは有効です。これを活かしたのが、「ストイキ直噴」です。これは最近のレクサスのエンジンや欧州車の一部に搭載されています。

●第３世代　（スプレーガイデッド直噴）
　「スプレーガイデッド」とは、従来のような50～100気圧程度の燃料噴射圧ではなく、200気圧程度の高圧で噴射する方式です。燃焼室内に燃料濃度の異なる噴霧をつくることができ、かつ微細な粒径にすることで、霧化を助け、壁面に燃料が付着することを防止できます。

　これを使うことで、一度は断念した「リーンバーン」が復活できます。もちろん、このためには、ディーゼルエンジンの排気対策で開発してきた「NOx吸蔵触媒」の技術進歩との合わせ技です。これにより、第１世代での燃費メリットを追求できるようになりました。

　まだベンツとBMWの一部のエンジンにしか採用されていない技術です。

　日本では、燃費向上のため、第２世代の「ストイキ直噴」が普及してきます。高級車には、第３世代の「スプレーガイデッド直噴」が投入されるでしょうが、もう２，３年かかるでしょう。

　なお一部の直噴エンジン記事に「ハイオクガソリン」を奨める記事がありますが、これは第１世代の場合であり、第２世代以降は、ほとんど関係ありません。旧世代のターボ・エンジンを除いて、ノン・ターボの直噴は、連続的な高負荷条件でない限り、レギュラーガソリンで十分です。

　ご参考になれば幸いです。

質問者からのお礼コメント

詳しい説明ありがとうございました。どうも今のところ日本で直噴で成功しているのはトヨタ（レクサス車）ぐらいのようですね。友人もレクサスのラインで働いているので、「（レクサスの）ほぼ全車が直噴式」と言ったんでしょう。普通の車はやっぱりEFIなんですね。

Answer 2

三菱が1996年に一般乗用車に採用したのが最近の直噴の始まりです。
その後トヨタがD-4という名前で直噴を始めました。

制御が難しかったり排ガスがあまりきれいにならなかったりで全てに採用とはなっていません。
しかし昔の技術というわけではなく、燃費向上に有利な点からポルシェを始め、さまざまなメーカーで現在も採用が進んでいます。
http://allabout.co.jp/auto/rv/closeup/CU20070720A/index.htm

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%AC%E3%82%BD%E3%83%AA%E3%83%B3%E7%9B%B4%E5%99%B4%E3%82%A8%E3%83%B3%E3%82%B8%E3%83%B3

Answer 3

トヨタの１部の車種と、スズキのワゴンＲの１部に使われています。

最初はいいことずくめの話でしたが、燃焼のコントロールが非常にむづかしいエンジンなのです。
普通のエンジンは混合気を燃焼室に送るんですが、直噴は噴射ポンプで直接燃料を送るため濃いところと薄いところが出来ます。

ディーゼルエンジンの場合は、自然着火なのでうまく行きますが、直噴はプラグです。
トヨタとスズキの場合成功しているほうですが、三菱ははっきり言って失敗でした。

本当に優れたエンジンなら普及するでしょうが、欠点（オイルが汚れる、エンジン音が大きい）もあるので全面普及とは行かないでしょう。

Answer 4

トヨタの場合、D-4エンジンといわれています。
増えてきてはいますが、すべてそうというわけではありません。
そういうエンジン搭載モデルがあるということです。
マークXなどに採用されている、3GR-FSE、4GR-FSEなどがそうです。
エンジン型式の最後がSE（Sが筒内直接噴射方式を示す）になってるものがD-4エンジンを示すようです。
ヴィッツやカローラアクシオはD-4じゃないようです。

三菱のGDIも筒内直接噴射方式です。
出た当初はアクセル開度が一定でも回転数が変動するなど癖が指摘されてました。

Answer 5

96年8月に三菱自動車が量産車初の直噴エンジン「GDI」をギャラン・レグナムに採用したのが始まりです。
そして各社も後を追うように
トヨタ「D4」
日産「NEO-Di」
ホンダ「i VTEC I」
などを出しましたが、高圧インジェクターを代表する専用の補機類がコストを押し上げ
さらに通常のエンジンに比べてカーボンが溜まりやすくその結果出力の不安定や不調を招くため
三菱は撤退し他社も徐々に搭載車種を減らしていきました。

現在ではトヨタが細々と生産してますが、マツダは直噴+ターボの「DISIターボ」を大々的に採用しています。

現在市販されてる乗用車は全て電子制御でガソリンを噴射してますよ。
直噴エンジンも当然電子制御ですし、そもそも直噴エンジンと通常レシプロエンジンの違いは
ガソリンの噴霧先がインマニ内かシリンダー内かの違いだけですから(詳しく書くと長くなるので割愛


関連資料
[ガソリン直噴エンジン - Wikipedia]
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%AC%E3%82%BD%E3%83%AA%E3%83%B3%E7%9B%B4%E5%99%B4%E3%82%A8%E3%83%B3%E3%82%B8%E3%83%B3

[燃料噴射装置 - Wikipedia]
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%87%83%E6%96%99%E5%99%B4%E5%B0%84%E8%A3%85%E7%BD%AE

Answer 6

ガソリン直噴は廃れる傾向ですが・・・
1997年頃から三菱のGDIエンジンとかいって登場していますが、
もう最近は出ていないように思います。

そのいわゆるEFIは以前から、今でも主流です。