【今さら聞けない】ガソリン「直噴」エンジンのメリットとは？

ガソリンエンジンの半数近くが直噴を採用

かつて三菱自動車が『GDI（ガソリン・ダイレクト・インジェクション）』という名前で展開したときには珍しかったガソリン直噴エンジンも、いまや当たり前のように国内外の自動車メーカーが使う技術となっている。

さすがに軽自動車では（過去には存在していたものの）見かけないが、1.3リッタークラスでもマツダ・デミオが使っているほか、フォルクスワーゲン・グループのダウンサイジング過給エンジンは、ほぼガソリン直噴エンジンとなっているほど。グローバルに見ても、ガソリンエンジンの半数近くは直噴になっているという報告もある。

さて、それほど広まっているガソリン直噴エンジンのメリットとは何だろうか。たしかに初期のガソリン直噴エンジンにおいては、ピストンの冠面形状を工夫して、リーンバーン燃焼（少ない燃料で燃やすこと）をすることで燃費を稼ぐというのが狙いだった。しかし、リーンバーンはNOx（窒素酸化物）が増えてしまうという問題もあり、現在は少数派となっている。

では、どんなメリットがあるのかといえば、液体として噴射されたガソリンが気体となる際に発生する気化潜熱による冷却効果が大きい。冷却が期待できるということは燃料の異常燃焼（ノッキング）を防ぐことができ、点火時期を進めることが可能となる。

熱効率に優れる＝燃費を追求できることが直噴のメリット

つまり、熱効率に優れたエンジンとできるのである。気化潜熱による燃料冷却は、インテークポートに燃料を噴射するシステム（ポート噴射＝PI）においても利用されるが、シリンダー内に吸い込まれる前に気化潜熱の冷却効果を使ってしまうので、かなり多めに燃料を噴く必要があった。

※直噴とポート噴射を使い分けるトヨタのD4-S

そのために古いターボエンジンではフルブーストをかけた状態で急激に燃費が悪化する現象も見られた。

しかし、直噴エンジンでは、シリンダー内という広い空間に燃料を噴射することにより効率的に冷却できることが最大のメリットとなっている。

また、二次的な要素としては前述したマツダ・デミオのようにアイドリングストップからのエンジン再始動において、シリンダー内に燃料を噴射することでセルモーターを使わずにスムースに再始動するといった芸当を成し遂げているクルマもある。※マツダのスマート アイドル ストップ

ただし、ガソリン直噴エンジンはポート噴射エンジンに対して、PM（パティキュレートマター＝粒子状物質）が桁違いに多いというレポートもあり、環境問題を考えていくとガソリン直噴エンジンの未来は明るいとは言い切れない。その対策として、ディーゼルのようにGPF（ガソリン・パティキュレート・フィルター）が必要になるとも言われている。

そうなると排ガス処理が必要な高コストエンジンになってしまう。今後の規制によっては、ふたたびPIエンジンが増えてくる可能性も否定できない状況だ。

（文：山本晋也）