ポート噴射と直噴の違い｜噴射位置・燃焼・汚れ・併用を解説

ガソリンエンジンは燃料と空気をまぜまぜして、火花を散らして燃料を燃やすわけですが、この空気とまぜまぜする場所が2種類あります。それがポート噴射と直噴です。

違うのは、燃料を吹く場所

ガソリンを燃やすには、空気に含まれる酸素が必要です。燃料を細かな霧のように噴射するインジェクターという部品が、空気と燃料を混ぜる準備をします。この噴射する場所に違いがあります。

吸気バルブという入口の弁の手前で噴射するのがポート噴射、ピストンが動く筒の中へ直接噴射するのが直噴です。どちらも最後は空気と燃料を混ぜて燃やしますが、そこへ届くまでの道が違うわけです。

直噴はGDIやDIとも書きます。DIはDirect Injection、直接噴射の意味です。

ポート噴射は、吸気側で空気と混ぜる

ポート噴射では、吸気バルブの手前で燃料を噴きます。燃料は空気と一緒に筒へ向かうので、入るまでにも蒸発（液体が気体へ変わること）して混ざる時間があります。直噴ほど高い燃料圧力を必要としないのも特徴です。一方、通り道やバルブへ付く燃料もあるので、その分も考えて噴く量を調整します。

電気で量と時期を決めるので、キャブレターとは別です。また、バルブが開く間だけ噴くとは限りません。温度や運転の状態に合うタイミングを選びます。

比較的シンプルな燃料系で、空気と均等に混ぜやすいのが利点です。一方、筒の中へ直接入れると得られる冷却や、噴く時期で混ざり方を変える働きは違います。

直噴は、燃料が蒸発するときに中を冷やせる

燃料は蒸発するとき、周りの熱を受け取ります。直噴なら、筒の中でその冷却を使えるので、ノッキングを抑えるのに役立ちます。ノッキングは、普通の炎とは別に、まだ燃えていない部分が勝手に着火する異常な燃え方です。

直噴は、いつ、どちらへ、何回に分けて噴くかが大切です。火花の周りに燃料を集める「成層燃焼」と、部屋全体で混ぜる「均質燃焼」は別です。直噴ならいつも薄い状態で成層燃焼する、とは限りません。

筒の中の圧力に負けないよう、高圧ポンプ、レール、専用インジェクターを使います。圧力だけでなく、粒の細かさ、広がり方、壁に付く量まで考えて作ります。

排気の粒子と、吸気バルブの汚れは別の問題

燃料と空気がうまく混ざらず、一部だけ燃料が多くなったり、壁に付いたりすると、粒子ができる原因になります。噴く圧力と時期、部屋の形、必要に応じた粒子フィルターなどで対策します。

直噴だけなら、燃料は吸気バルブの裏を通りません。ポート噴射で燃料が洗う働きがないため、裏側に汚れがたまる課題があります。オイルなど、燃料以外の成分も関わります。

SAEの2016年の研究では、2.0Lターボ直噴車で、オイルや部品の摩耗由来の成分が汚れに関わることを調べています。ただし、その一例から全車の清掃距離は決められません。症状と、エンジンごとの整備資料で判断します。

二つの噴射を併用し、条件に合う役割を分ける

両方を同じエンジンに付ける方式もあります。トヨタのD-4Sなどが例です。片方だけ使うとき、両方使うときを分け、温度や負荷に合わせて量と時期を調整します。

軽い負荷ではポート噴射、高い負荷では直噴のノッキングを抑える働きを生かす、といった使い方があります。粒子を減らし、安定して燃やすことも目的です。切り替え方は車種とエンジンで違います。

二つ使えば、その分、部品と制御は増えます。必ず壊れにくい、必ず燃費がよいとは限りません。車を選ぶなら、名前だけでなく、実際の性能、整備、指定燃料も見ます。

よくある疑問

直噴はディーゼルと同じ点火方式？

一般的なガソリン直噴は、点火プラグの火花で燃やします。熱く圧縮した空気へ燃料を入れて着火させる、ディーゼルとは違います。

直噴なら高圧ポンプは一つだけ？

ポンプの数は、気筒数や構成で変わります。また、タンクから低圧で送る段階と、エンジン側で高圧にする段階は別です。

ポート噴射は性能が低い？

ポート噴射にも、高いパワーを出す設計があります。方式の名前だけで順位は決まらず、エンジン全体と使う条件で見ます。

関連記事

燃料が届くまでの部品／空燃比と理論値／圧縮比とノッキング

参考資料

1. Bosch：ポート噴射と直噴の併用
2. Bosch：直噴と燃焼制御
3. Toyota：初期D-4の成層・均質燃焼
4. Toyota：D-4Sを使うDynamic Force Engine
5. Guinther・Smith、SAE 2016-01-2252：直噴エンジンの吸気バルブ堆積物
6. Bosch：ポート噴射用インジェクター