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これぞ技術革新だった!? 三菱GDIは直噴時代を切り拓いた圧倒的パイオニアだったのか

 バブル期を経た日本の自動車メーカーは、性能至上の自動車開発から地球にやさしいクルマ作りへと舵を切った。

 その先鞭をつけたといってもいいのが三菱が送り出した直噴エンジン「GDI(ガソリン・ダイレクト・インジェクション)」だ。

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 国内自動車メーカーにおける直噴エンジンの先駆者となった三菱のGDIはどのような役割を果たしたのだろうか。片岡英明氏が解説する。

文/片岡英明、写真/MITSUBISHI

【画像ギャラリー】先見の明か!? 早すぎた技術か!? 低燃費高効率のGDIエンジンを搭載した三菱のクルマたち

■低燃費高効率のエンジンを作る

三菱自動車は低燃費高効率のエンジンを研究開発し、筒内直接噴射方式のガソリンエンジンを「GDI」と名付け、写真のギャランとレグナムに搭載して送り出した

 1990年代を前に巻き起こったバブル景気は、経営陣と開発陣を大胆な企画へと導いた。バブル期が収束した後も、その余韻を引きずり、無鉄砲な開発を続行している。

 時代は高性能至上主義から地球に優しいクルマ、燃費のいいクルマに移りつつあった。世界中の自動車メーカーがクリーンなクルマの開発に乗り出したが、もっとも勢いがあったのは早くから排ガス対策に取り組んだニッポンだ。

 2度のオイルショックを経験し、多くの人は地球にある化石燃料などの資源には限りがあることが分かった。

 光化学スモッグに代表される大気汚染は、社会問題として大きくクローズアップされている。クルマの渋滞が慢性化すると、エンジンから吐き出される排出ガスが大気を汚し、これが光化学スモッグを発生させる原因にもなった。

 化石燃料を使う内燃機関の弱点は、空気中の酸素と燃焼反応して有害物質を排出することだ。

 排気ガスのなかには地球温暖化を左右する温室効果ガス、二酸化炭素(CO2)、炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)、窒素酸化物(NOx)などが含まれ、硫黄分が多い軽油を燃料として使っているディーゼルエンジンは不完全燃焼にともなう微粒子状の煤、PM(パティキュレートマター)の発生も大きな問題となっている。

 そこで三菱は、総力をあげて燃費のいい、高効率のエンジンの開発に乗り出した。

 三菱は1970年代に三菱クリーンエアシステム(MCA)を開発し、80年代からは気筒休止システムや希薄燃焼のリーンバーンエンジンにも挑んでいる。燃費を向上させるリーンバーンエンジンを発展させたのが「直噴」と呼ばれる筒内直接噴射方式のガソリンエンジンだ。

 三菱自動車は、これを「GDI(ガソリン・ダイレクト・インジェクション)」と名付け、96年夏にギャランとスポーツワゴンのレグナムに搭載して送り出した。

■ディーゼルエンジンの技術をガソリンエンジンに応用

1996年夏、ギャランと共にGDIエンジンを搭載して登場したレグナム

 直噴方式は、ディーゼルエンジンでは珍しい技術ではない。圧縮されて高温になった空気に軽油を噴射して燃焼と膨張を行い、燃料の噴射量によって出力を制御する。スロットルバルブはないからポンピングロスが少ないし、高い熱効率だから燃費もよくなるのだ。

 この考え方をガソリンエンジンに応用したのが直噴ガソリンエンジンである。

 直噴ガソリンエンジンは第二次世界大戦の時にドイツで航空機用に開発された。戦後の1954年にはメルセデス・ベンツの300SLに世界初の直噴エンジンを搭載している。

 だが、エンジンを停止するまでガソリンを噴射し続けたため、オイル消費が多く、すぐに姿を消した。だが、90年代になると、空気吸入量の制御を燃焼形態に応じた空気量になるように吸入量の制御を電子制御スロットルで行なう技術が確立されたのである。そこで再び直噴ガソリンエンジンの開発に乗り出した。

 ガソリンを噴射するインジェクターを各気筒の吸気ポート、または吸気マニホールドのなかに置く方式が、一般的なポート噴射だ。

 これに対し吸入バルブから吸気行程では空気だけをシリンダー内に入れ、ガソリンは吸気行程や圧縮行程の終盤になって直接シリンダー内に噴射して混合するのが直噴ガソリンエンジンである。燃料が極端に薄い状態でも無理のない燃焼を行う超希薄燃焼なのだ。

 超希薄空燃比での成層燃焼はスロットルバルブを大きく取ることができる。だからポンピングロスやポンプ損失、冷却損失などが減り、少ない燃料でも一般の燃焼と同じような仕事量を確保できるようになった。

 燃料消費は少ないし、メカニカルロスを低く抑えることができるから、排出ガスのクリーン化においても有利だ。

 ただし、シリンダー内の圧力が高まった圧縮行程の終盤に噴射を行うこともあるため、噴射には超高圧の燃料ポンプなどを必要とする。微粒化した燃料を噴射するためにインジェクターは高精度のものが必要だ。

 また、ピストンも頭頂部が独特の形状の専用品になる。エンジン制御のためのコンピュータも精度がケタ違いに高いものが要求される。実用化を阻んだのは、ひと桁違う精度が要求され、多くの部品が専用設計となった。当然、生産コストがかさむから敬遠されたのである。

■開発を続けてついに登場したGDIエンジン

ギャランとレグナムに搭載されたGDIエンジン。三菱は多くの車種にGDIエンジンを搭載して世に送り出した

 試行錯誤を繰り返した三菱は、96年夏に1.8Lの直列4気筒DOHCをベースにしたGDIエンジンを発表し、ギャランとレグナムに搭載して発売した。

 燃焼室に直接ガソリンを噴射し、空燃比35~40という超希薄な混合気でも安定した燃焼を可能にしている。電磁式スワールインジェクターは50気圧もの高圧で燃料を噴射し、優れた燃費を実現した。直噴エンジンはポート噴射のエンジンより圧縮比を高められるから出力を出しやすい。それでいて低燃費も期待できるのだ。

 三菱のGDIエンジンは、今につながる低燃費エンジンの先駆けとなった。だが、初期のGDIエンジンは希薄燃焼を前提としていたため、一部に燃料の濃いところができ、カーボン(スス)が発生しやすかった。

 定期的にオイルを交換しないと、完全に気化されない、混合されなかった燃料が残り、これによってエンジン内部が汚れ、不具合を招くことがあったのである。レギュラーガソリンを入れたことによるトラブルも多い。こうなると高圧ポンプやコンピュータの交換を強いられた。

 また、排ガス浄化性能も今一歩だったため、途中からトヨタの技術研究所が開発した後処理装置を装着し、対処している。

 三菱は、生産コストがかさむGDIエンジンに惚れ込み、大胆にも「フルラインGDI」戦略をとった。

 ミラージュディンゴとディオンをボトムに、ディアマンテやパジェロにもGDIエンジンを搭載したのだ。エンジンも多彩で、1.8Lに続いて2.0LのGDIエンジンを開発し、2000年夏にはパジェロiOに世界初の直噴ターボエンジンを搭載した。また、パジェロなどにはV型6気筒のGDIエンジンを搭載している。

■直噴の先駆者・三菱GDIの果たした役割は大きい

パジェロやディアマンテにはV型6気筒のGDIエンジンが搭載された

 トヨタも「D-4」と呼ぶ2.0Lの3S-FSE型直噴直列4気筒エンジンを実用化し、コロナプレミオに搭載した。D-4エンジンはストレートポートに気流制御弁を組み合わせ、タンブル流にするとともにインジェクターのノズル部分も噴霧をより微粒化できるように改良したものだ。

 だが、生産性の悪いD-4エンジンは一部だけにとどめている。アルファロメオも三菱からGDIエンジンの技術供与を受け、直噴エンジンを投入した。

 その後、ストイキ(理論空燃比)での直噴も可能となり、2000年以降は均質燃焼方式の直噴エンジンが増えてくる。また、直噴方式を採用した小排気量エンジンにターボを組み合わせ、余裕ある出力を発生させながら燃費の悪化を防ぐダウンサイジングターボも登場した。

 が、三菱はGDIエンジンに見切りを付け、2007年に生産を打ち切っている。

 京都議定書で温室効果ガス、CO2の排出量を抑える削減目標値が明示される前に三菱は燃費のいいGDIエンジンを実用化し、発売に移した。三菱の英断は讃えられるべきだろう。

 今、自動車用のエンジンを見回すと、その多くが直噴エンジンとなっている。先駆者の常でトラブルが多発し、一時的なヒットにとどまった。だが、三菱GDIエンジンが果たした役割は果てしなく大きいと言えるだろう。

 三菱がGDIエンジンを送り出さなければ、直噴エンジン時代の到来はかなり遅くなっていたはずだ。

【画像ギャラリー】先見の明か!? 早すぎた技術か!? 低燃費高効率のGDIエンジンを搭載した三菱のクルマたち

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