クルマの燃費を向上させる「気筒別最適制御」とは？
車を知りたい
先生、「気筒別最適制御」ってなんですか？ 難しそうな言葉でよくわからないです。
自動車研究家
そうだね。「気筒別最適制御」は、車のエンジンを効率良く動かすための技術だよ。エンジンの中には、ピストンが上下する筒がいくつかあって「気筒」って呼ばれているんだけど、この「気筒別最適制御」は、その気筒ごとに燃料の量や点火するタイミングを細かく調整することで、エンジンのパワーを上げたり、燃費を良くしたり、排気ガスを減らしたりすることができるんだ。
車を知りたい
気筒ごとに調整する必要があるんですか？
自動車研究家
そうなんだ。例えば、エンジンの温度は場所によって違うから、同じように燃料を燃やしても、それぞれの気筒で効率が違ってくるんだ。だから、気筒ごとに最適な燃やし方をしてあげないと、エンジン全体の性能が落ちてしまうんだよ。
気筒別最適制御とは。
「気筒別最適制御」とは、複数の気筒を持つエンジンにおいて、それぞれの気筒にとって最適なタイミングで点火し、最適な量の燃料を供給する技術です。エンジン回転数が変化する加速時などでは、状況に応じて最適な点火時期や燃料量が変化するため、気筒ごとに細かく制御する必要があります。また、各気筒の温度は常に一定ではないため、安定した状態でも気筒ごとに最適な点火時期は異なります。このように、気筒ごとに点火時期や燃料噴射量を調整することで、エンジンの出力向上、燃費の改善、排気ガスの浄化といった効果を得ることができるのです。
気筒別最適制御の仕組み
エンジンの性能を最大限に引き出し、燃費を向上させる技術として注目されているのが「気筒別最適制御」です。これは、走行状況に合わせてエンジンの稼働する気筒数を自動的に変化させることで、燃費の向上と排出ガス削減を両立させる技術です。
例えば、アクセルをあまり踏んでいない、あるいは一定速度で走行している時など、エンジンのパワーがさほど必要とされない状況では、一部の気筒の動きを停止させます。これにより、燃料の消費を抑え、燃費向上を実現します。一方、加速時など大きなパワーが必要な状況では、すべての気筒を稼働させることで、力強い走り出しとスムーズな加速を可能にします。
気筒別最適制御は、高度な電子制御技術によって実現されています。センサーが車両の速度やアクセルの踏み込み量などの情報を常時監視し、その情報を元にエンジンコントロールユニット（ECU）が最適な気筒数を判断します。これにより、ドライバーは意識することなく、燃費性能と走行性能の両方を享受することができるのです。
燃費向上への貢献
気筒別最適制御は、エンジンの負荷が低い状態で効果を発揮します。例えば、街乗りでの信号待ちや渋滞時、あるいは高速道路の巡航時など、ドライバーがアクセルペダルを大きく踏み込んでいない状況です。
このような状況では、エンジンが必要とするパワーは少なくて済みます。気筒別最適制御は、稼働させるシリンダー数を減らすことで、燃料の消費量を抑え、燃費向上に貢献します。
具体的には、4気筒エンジンの場合、2気筒を休止させて2気筒だけで運転したり、6気筒エンジンの場合、3気筒や4気筒での運転に切り替えたりします。
気筒休止中は、休止した気筒のピストンは動きません。そのため、ピストンを動かすために必要なエネルギーが不要となり、燃費が向上するのです。
排気ガス低減効果
気筒別最適制御は、燃費向上だけでなく、排気ガスの低減にも貢献します。エンジン内の燃焼を最適化することで、有害な排出ガスの発生を抑制する効果があるためです。具体的には、従来のエンジン制御では難しかった、燃焼温度や空気量のコントロールが可能になることで、一酸化炭素、炭化水素、窒素酸化物といった排出ガスの削減に繋がります。これは、環境問題への意識が高まる現代において、大きなメリットと言えるでしょう。
エンジン性能の向上
気筒別最適制御は、燃費向上だけでなく、エンジン性能の向上にも貢献します。従来のエンジン制御では、全ての気筒に同じ量の燃料を噴射していましたが、気筒別最適制御では、それぞれの気筒の運転状態に合わせて最適な量の燃料を噴射することができます。これにより、より精密な燃焼制御が可能となり、エンジンの出力やトルクを向上させることができます。結果として、加速性能の向上や、力強い走り出しを実現することができます。
今後の展望と課題
気筒休止技術は、燃費向上に大きく貢献する技術として期待されていますが、さらなる進化も期待されています。例えば、より緻密な制御の実現や、振動・騒音の抑制などが挙げられます。緻密な制御を実現することで、より幅広い運転状況で気筒休止を活用できるようになり、燃費向上効果を高めることができます。また、振動・騒音は、気筒休止の際に発生するデメリットとして挙げられますが、これらの課題を克服することで、より快適な運転体験を提供できるようになります。
さらに、電気自動車やハイブリッド車など、電動化技術との組み合わせも研究が進められています。電動化技術と組み合わせることで、気筒休止の欠点を補い、より効果的に燃費を向上させることができると期待されています。
気筒休止技術は、自動車の燃費向上に貢献する重要な技術の一つです。今後の技術開発によって、さらにその効果を高め、快適な運転体験と環境性能の両立を実現することが期待されています。