エンジンの説明に出てくる「EGR」。排気をもう一度使うとは、どういうことなのでしょうか？
EGRは、排気の一部を吸気へ戻す仕組み
EGRはExhaust Gas Recirculationの略で、排気再循環という意味です。一度燃焼に使ったガスの一部を、配管とバルブを通して吸気側へ戻します。空気を入れる通路へ、量を調整しながら混ぜる仕組みです。
外部の配管を使うEGRでは、エンジンの周りにEGRバルブがあり、方式によってはガスを冷やすEGRクーラーもあります。一方、バルブの開閉を工夫して気筒内へガスを残す方法は、内部EGRと呼ばれます。
ŠkodaのBNMエンジンに使うEGR部品。配管から戻すガスの量を調整するバルブが組み込まれています。車種により形と取り付け位置は違います。Skoda BNM EGR.jpg — Towel401 / 出典 / CC BY-SA 4.0。
ボルトくん
燃やせなかった燃料を、もう一度燃やすため？
ハグルマ先生
主な目的はそれではありません。燃焼後のガスを混ぜ、気筒内の燃え方や温度を調整します。排気には窒素や二酸化炭素、水蒸気などが含まれます。
ガスを混ぜると、燃焼温度や酸素の割合が変わる
空気は酸素だけではありません。燃焼に関わらない窒素も多く含みます。EGRで燃焼後のガスを加えると、吸気の組成と熱の受け取り方が変わります。燃焼の高い温度を抑え、窒素酸化物NOxの生成を減らすために使われます。
水で薄めるというより、燃焼しにくいガスを混ぜて反応と温度を変える、と考えると近いでしょう。ただし、ディーゼルの排気には酸素が残るため、戻すガスに酸素が全くないとは限りません。
ガソリンエンジンでは、部分負荷で吸気を絞る損失を減らしたり、冷却EGRでノッキングを抑えたりする設計もあります。NOxだけの装置と考えると、使われる条件を理解しきれません。
ボルトくん
ガスを増やすほど、燃費も排気もよくなる？
ハグルマ先生
混ぜすぎると燃焼が不安定になり、失火やすすの増加につながることがあります。燃料、回転数、負荷、温度に合わせた量の制御が必要です。
高圧EGRと低圧EGRは、戻す場所が違う
ターボ付きエンジンでは、排気のどこから取り出すかで違いがあります。高圧EGRは、一般にタービンの前の排気側から取り出し、コンプレッサー後の吸気側へ戻します。比較的短い経路で送る構成です。
低圧EGRは、一般にタービンや排気後処理の後から取り出し、コンプレッサーの入口側へ戻します。ディーゼルではDPFを通った後の排気を使う構成があり、粒子の少ないガスを取り込めます。ただし、配管は長くなり、結露や部品の適合も考える必要があります。
この図はタービン前から吸気側へ戻す経路の例。試験用の流量・圧力計測も描かれており、その計測機器を一般の車の搭載部品として扱っていません。EGR Exhaust gas recirculation.jpg — Mohamed Gomaa / 出典 / CC BY-SA 4.0。
「高圧」「低圧」は、この取り出し位置と圧力の関係を示す呼び名です。二つの方式を組み合わせるエンジンもあります。EGRは排気管の圧力があれば勝手に適量流れる装置ではなく、バルブや吸排気の制御で必要な量を作ります。
ボルトくん
低圧EGRなら、排気の圧力を弱めるバルブが付くという意味？
ハグルマ先生
主に排気と吸気をつなぐ場所の違いです。バルブの名称だけで分けているわけではありません。ターボと後処理装置の前後関係を見るとわかりやすくなります。
汚れと故障は、バルブだけでなく通路も見る
EGR系には、すすやオイル由来の成分などが付着することがあります。バルブが動きにくくなったり、通路の断面が狭くなったりすると、意図したガスの量を流せません。
取り外した部品に見える堆積物の実例。この写真だけで、特定の走行距離や故障原因を決めることはできません。Clogged EGR Valve Intake manifold.jpg — Moosealope / 出典 / CC BY 2.0。
バルブが開きすぎた状態、閉じたままの状態、クーラーや通路が詰まった状態では、症状が違います。警告灯、加速不足、アイドリングの不安定などがあっても、EGRだけが原因とは限りません。指令値と実際の流れ、センサー、配線を確認します。
清掃できる範囲と方法は部品ごとに違います。電気部品へ洗浄液を入れたり、堆積物をエンジンへ落としたりすると、別の故障を招く場合があります。原因を残したままバルブだけを交換しても再発し得ます。
ボルトくん
黒く汚れていれば、EGRバルブは全部交換？
ハグルマ先生
見た目だけで決めません。バルブの動作と通路の状態、流量の診断を分けて確認します。交換や清掃の可否は、その部品の整備方法に従います。
EGRを止めると、エンジンの前提も変わる
EGRを塞ぐと、排気だけでなく燃焼温度や吸気量、制御の関係が変わります。ガソリン車では、EGRを使う前提の点火やノッキング対策にも影響します。ディーゼルでも、NOxとすすの両方を考えて制御しています。
ECUは、EGRバルブの位置だけでなく、空気量や圧力、温度などから作動を確認する場合があります。警告灯が出ないことと、設計どおりに働いていることは同じではありません。排出ガスに関わる変更を、清掃の代わりとして考えないことが大切です。
新しい排気浄化装置がある車でも、EGRが不要とは限りません。エンジン内でNOxを作りにくくする制御と、排気側で成分を処理する装置を、組み合わせて使います。
ボルトくん
触媒があるなら、EGRはなくても同じ？
ハグルマ先生
できるだけ生成を抑えることと、出た成分を処理することは別の役割です。その車は両方を組み合わせて性能と排出ガスを成立させています。
よくある疑問
EGRはディーゼル専用？
いいえ。ガソリンエンジンでも使われます。目的や使う量、条件はエンジンごとに違います。
EGRクーラーはラジエーター？
排気を冷やす熱交換器です。冷却水を使う構成がありますが、車の前でエンジンの熱を外気へ放出するラジエーターとは役割と場所が違います。
アクセル全開でも必ず使う？
使う範囲は制御次第です。全開では止める方式も、冷却EGRを利用する方式もあり、一律には決まりません。
