ピエゾ素子

現代の２輪車は大型車から原付自転車まで燃料噴射を標準装備する時代。

４輪車は３０年ほど前からキャブレターから燃料噴射へ移行していたのに２輪が遅れていた理由が解ったような気がする。

最大の理由は排出ガス規制に対応することにあった。

２輪の場合は規制が強化されたのが最近であることと、４輪のような高性能な燃料噴射装置を採用する車体のスペースと販売価格の低さが、開発の遅れとなって表れたのだろう。

地球温暖化の対策や低公害、省エネのために自動車会社の出した答えはハイブリッド車に並んで

高性能な燃料噴射装置の開発であった。

コモンレール式燃料噴射とピエゾ素子インジェクターが現代最高の環境対応技術といえるだろう。

ピエゾ素子は圧電素子の一種で、応力を加えると電流が起きる物質の総称で

温度、加速度、超音波など各種センサーに使われたり、身近なところにはエプソン、リコー、ブラザー社のインクジェットプリンターはピエゾ素子を使ってインクを噴射している。

写真のような精巧な噴射制御が出来ることからも、燃料の噴射制御も正確に行えることが想像できる。

原始的な燃料噴射は機械式の燃料ポンプで燃圧を上げて、バネで閉じられた弁を圧力で開けて噴射する方式。当然、正確な噴射はできなかった。

燃料の排ガスに与える影響は濃い過ぎるとＰＭ（黒煙）が出たり、燃焼温度が上がってＮＯｘが増加する。薄すぎると出力が出ない、不完全燃焼でＣＯやＨＣが増えるといったところ。

コモンレール式燃料噴射は蓄圧式とも呼ばれ、燃料ポンプが単なる燃料の供給ではなく、最新式では２０００気圧という超高圧で燃料を加圧して、インジェクターに供給する。

酸素やアルゴンなど高圧ボンベが１５０気圧なので、その１０倍以上だ。

何故そのような高圧が必要かというと、圧縮された燃焼室に微細な粒子として燃料を噴射させるためである。粒子が微細なほど燃焼という化学反応が迅速かつ確実に行われ、出力の向上と排ガスの清浄化に役立つのだ。

それからピエゾ式インジェクター、これは従来のソレノイド（電磁式）バルブに比べ、応答が速いのが特徴で

最新のソレノイドでも１回の燃焼に１から３回の噴射に対してピエゾ式は最高で７回の噴射が可能だという。

噴射間隔でいうとソレノイド式が９００分の１マイクロ秒、ピエゾ式が１万分の１マイクロ秒である。

この１燃焼に対して多段噴射が必要な理由は、燃焼を段階的に発生させることで、完全燃焼と燃焼温度を低減させることだ。

そのために、コモンレール式燃料噴射とピエゾタイプインジェクターが不可欠ということだ。

残念ながら製造コストが非常に高価で、おそらくシステム全体で自動二輪車１台分くらい必要だろう。

それ故、２輪車にこれが採用されることは現実的ではない。

最初にコモンレール式燃料噴射を量産したメーカーは１９９５年、デンソーである。

主にトラックの直噴用で車両価格が１千万円クラスなので採用できただろう。

それに対して高級乗用車をターゲットにコモンレール式を量産したのがボッシュだ。

ＢＭＷやメルセデスベンツなので高額なシステムでも全体の割合からすると大したことはない。

遅れをとって後にトヨタレクサスにもデンソーのシステムが採用された。

我々の興味があるのはオフロードレーサーの燃料噴射システムだが

認定モデルではないため、排ガス規制の対照ではない。

したがって、高額な投資をして燃料噴射を開発する必要がない、キャブレターでも充分な性能が出せるなど、４輪のような高性能な噴射装置は装備しないだろうと考える。

４輪のような燃焼室直噴も聞いたことがないし、吸気通路に空気と混ぜてポートから吸入する

ウォールガイド式（空気流動で成層化）が主流だろう。

これが進化すると、ストイキ直噴（理論混合比で成層化）、スプレーガイド式直噴（高圧で噴霧で成層化）ということになり、吸気管内方式と比較して１５％も燃費低減できるという。

こういうわけで、全ての認定車が燃料噴射に移行してきたように、車両価格の高いレーサーから燃料噴射化が進んでいくのが時代の流れなのだろう。

いずれ小排気量車も製造コストの問題が解決次第、移行することになるだろう。