Recirculation)とは、自動車用の小型内燃機関において燃焼後の排気ガスの一部を取り入れ、再度吸気させる技術(手法あるいは方法)である。主として排気ガス中の窒素酸化物(NOx)低減や部分負荷時の燃費向上を目的としている。英語表記の頭文字をとって通称EGRと呼ばれる。外部リンク概要[編集]内燃機関において、燃焼後の排気ガス中には酸素は含まれていないか、もしくは希薄な状態にある。大気より酸素濃度が低い状態での燃焼によって(ピーク)燃焼温度が低下する。この燃焼温度の低下によりNOxの発生が抑制される。燃焼温度の低下は、シリンダおよび燃焼室壁面やピストン表面からの熱エネルギー放散を低減し、熱解離による損失の低減にも若干ながら寄与する。加えてノッキングの抑制にも寄与している。ガソリン機関では部分負荷時にEGRを導入すると、EGRを導入しない場合と比べて吸気管負圧を小さく出来るため、スロットル損失の減少により燃料消費率が向上する。小排気量のエンジンを高負荷で使用するのと同等の効果が得られる。%程度であり、車両環境や走行条件に応じて常に最適量に制御される。車両重量に比してエンジン出力の小さい大型ディーゼル車両では、比較的高負荷においても排出ガス基準をクリアしなければならないためにEGRの適用範囲が広い。歴史[編集]EGRは、三元触媒が実用化される以前の1970年代に、ガソリン機関において酸化触媒では浄化できないNOxの低減対策として導入された。還流量や燃料噴射量を精密に制御できない場合には、燃焼を安定させるために吸気混合比を高く(リッチに)設定せざるを得ず、むしろ燃費が悪化する結果を生んだ。その後、制御技術が向上し、また三元触媒が実用化された現在では、排出NOx対策よりも燃費向上目的で用いられている。原理上スロットルバルブが不要なディーゼル機関[1]においては、スロットル損失の低減効果は無いので、1980年代後半より主としてNOx低減目的でのEGRが行われている。排気中に存在する多量の二酸化炭素(CO2)および水蒸気は大気に比べ比熱容量が高いので、若干の燃料消費率向上にも役立っている。技術[編集]ルノー・R9M型エンジンの外部LPL-EGRシステム。下部から順に、EGRクーラ、EGRバルブ、吸気ダクト(コンプレッサ前)フォルクスワーゲン・2.0TDIエンジンの外部LPL-EGRシステム。下部がEGRバルブ・クーラ。上部が吸気ダクト(コンプレッサ前)実用化されているEGR手法には、大きく分けて「内部EGR」と「外部EGR」の2つに分類される。前者は、バルブオーバーラップや吸排気バルブの開閉時期を調整する事など何らかの手法で排気ガスを再循環させる手法である。後者は、吸気マニホールドおよび排気マニホールドをパイプ等で接続し、中間に設けた制御バルブの開度や開弁時間を変化させて開閉および流量調整を行う。理論上、EGR量を変えて行けばガソリン機関のスロットル廃止も可能であるが、EGR導入時は燃焼が緩慢となり、アイドリング等の超低負荷時や冷間始動時は失火を起こす等の理由により実用化されていない。EGRと希薄燃焼技術は大いに関連性を持ち、さらにはガソリン直噴技術も希薄な混合気下でいかに安定した燃焼を得るかを課題としたものである。内部EGRは、バルブオーバーラップの利用や排気バルブの閉時期を調整する事で排気ガスを再循環させる手法である。多く用いられるのはバルブオーバーラップの利用で吸排気ポートの圧力差により排気ガスを再循環する方法である。圧力差が不安定であるためEGRの制御には限度がある。オーバーラップ以外の手法としては、排気バルブの閉弁を吸気工程途中まで遅らせる事で排気ポートからの再導入(排気遅閉じ・吸気遅開き)、排気工程で吸気バルブを早期に開弁する事で吸気ポートに排ガスを逆流させての再吸気、吸気工程で排気バルブの一時開弁、排気バルブを排気工程途中で閉弁し排気ガスを残留させる、など多岐にわたる。この中で多く用いられているのは排気遅閉じ・吸気遅開きである(後述)。外部装置ではなく動弁系で対応できるためスペースを抑えられ、構造も単純にできる利点がある。運用上においても高温の排気ガスに晒されたりカーボン等の堆積により動作不良を起こす可能性がある外部EGR装置と比べてロバスト性に長けるというメリットもある。排ガス清浄性ではNOx低減もあるが外部EGRに比べると炭化水素(HC)低減への効果が大きいとされる。これは内部EGRで再導入される排気工程末期の排気ガスには、消炎領域で発生する未燃焼ガス(HC)が多く含まれる為で、それを再燃焼させることでHCが低減されるためである。古くよりバルブオーバーラップを広くとった場合に一定負荷領域での省燃費性(主にポンピングロス低減から)や排ガス清浄性が良好となる事は知られておりEGRとしての利用は考えられていたが、固定バルブタイミングでは変動する負荷や回転数に対応出来ず限定的な利用に留まっていた。可変バルブ機構の登場によりバルブタイミングの可変する事でオーバーラップ量や排気の閉弁時期を変化させる事が可能となり内部EGRを状況に合わせて利用出来るようになった。これが可変バルブタイミング機構を採用する理由の一つともなっている。吸気側に加え排気側にも可変バルブタイミングを採用した場合に於いては、より積極的な排気の導入が可能となる。排気カムを遅角する事で吸気工程の途中まで排気バルブを開いておく事も可能であり、更に吸気カムも遅角し遅開きとする事でオーバーラップを最小限にしつつEGRを行う事も可能である。この手法はカム位相が吸排気同時に変化してしまうOHVやSOHCでも利用できる。内部EGRに対しては吸気側より排気側の制御が有効なため一部ではあるが排気側のみを可変バルブタイミングとするケースもあり、排気側を可変バルブタイミングとする事で外部EGR装置を省くケースもある。一方で、外部EGRに比べ、ガス量の制御性や導入量では劣り、導入ガスの温度も高いというデメリットが存在する。この温度が高いというのは外部EGRとの比較した場合の導入ガスの温度であり燃焼温度はEGR未導入時と比較すると低い。これにより6ストローク機関の競技用エンジンでは、これでエンジン温度の低下を防いでいる。外部EGR[編集]排気バルブからのガスの引き戻しではなく、排気経路と吸気経路を配管等で接続する事でガスの再循環を行い中間に設けた制御バルブの開度や開弁時間を変化させて開閉および流量調整を行う。経路中に熱交換部位を設ける事でガスの冷却も可能となる。一方で流入経路は常に排ガスに晒されるためカーボン等が堆積しやすく制御バルブなどの可動部の固着で動作不良が生じる場合がある。高温のままでのEGR導入では吸気密度充填効率の低下を無視出来ないため、今日の外部EGRを採用する殆どの機関は熱交換器によるEGR冷却機構を持つ(EGRクーラーを用いるクールドEGRやクールEGR。