コモンレール

コモンレール直接燃料噴射は、低圧燃料ポンプ供給ユニットインジェクター（またはポンプノズル）ではなく、高圧（2,000  barまたは200  MPaまたは29,000  psi以上）燃料レール供給ソレノイドバルブを中心に構築された直接燃料噴射システムです。高圧噴射は、より多くの小さな液滴として燃料を噴射して表面積と体積の比率を大幅に高めることで、以前の低圧燃料噴射に比べてパワーと燃費のメリットをもたらします^[要出典]。これにより、燃料液滴の表面からの気化が改善され、大気中の酸素と気化した燃料がより効率的に結合して、より完全な燃焼が実現します。

コモンレール噴射はディーゼルエンジンで広く使用されており、ガソリンエンジンで使用されるガソリン直噴システムの基礎でもあります。

1916年、ヴィッカースはG級潜水艦エンジンに機械式コモンレールシステムを採用した先駆者となった。90度回転するごとに4つのプランジャーポンプで3,000ポンド/平方インチ（210バール、21MPa）の一定した噴射圧力が得られ、個々のシリンダーへの燃料供給はインジェクターラインのバルブで遮断された。^[1] 1921年から1980年まで、ドックスフォードエンジンは対向ピストン船舶エンジンにコモンレールシステムを採用し、多気筒往復燃料ポンプで約600バール（60MPa、8,700psi）の圧力を生成し、燃料はアキュムレーターボトルに蓄えられていた。^[2]圧力制御は調整可能なポンプ吐出ストロークと「スピルバルブ」で実現した。カムシャフトで作動する機械式タイミングバルブは、スプリング式の Brice/CAV/Lucas インジェクターに燃料を供給するために使用されました。このインジェクターは、シリンダーの側面からピストンの間に形成されたチャンバーに燃料を噴射します。初期のエンジンには、前進用と後進用の 1 組のタイミングカムがありました。後期のエンジンには、シリンダーごとに 2 つのインジェクターがあり、定圧ターボチャージャー付きエンジンの最終シリーズには 4 つのインジェクターが装備されました。このシステムは、ディーゼルと重油 (130 °C 近くの温度に加熱された 600cSt) の両方の噴射に使用されました。

コモンレール エンジンは、船舶や機関車に長い間使用されてきました。Cooper -Bessemer GN-8 ( 1942年頃) は、油圧駆動のコモンレール ディーゼル エンジン (改良型コモンレールとも呼ばれます) の一例です。

自動車エンジン用のコモンレールシステムのプロトタイプは、1960年代後半にスイスのロバート・フーバー氏によって開発され、その後、チューリッヒのスイス連邦工科大学のマルコ・ガンザー博士（後にオーバーエーゲリのガンザー・ハイドロマグAG（1995年設立））によって技術がさらに開発されました。

道路車両に使用された最初のコモンレール式ディーゼルエンジンは、東ドイツのVEB IFA Motorenwerke NordhausenによるMN 106エンジンでした。1985年に1台のIFA W50に組み込まれました。資金不足のため、開発は中止され、量産には至りませんでした。^[3]

コモンレールを搭載した最初の量産車は、1995年に日本で販売されました。デンソーの伊藤翔平博士と宮木正彦は、日野レンジャートラックに搭載されたECD-U2コモンレールシステムを開発しました。^[4]デンソーは1995年に最初の商用高圧コモンレールシステムを主張しています。^[5]

現代のコモンレールシステムは、機械的ではなく電気的にインジェクターを制御するエンジン制御ユニットによって制御されています。1990年代にマニエッティ・マレリ、バーリのフィアット研究センター、エラシスによって試作され、物理学者のマリオ・リッコ・フィアットグループによってさらなる開発が行われました。残念ながらフィアットは当時財政的に苦しかったため、ロバート・ボッシュGmbHが設計を取得し、改良と大量生産を行いました。^[6]このシステムを採用した最初の乗用車は、2.4リッターJTDエンジンを搭載した1997年式のアルファロメオ156で、^[7]同年後半にメルセデス・ベンツがW202モデルに導入しました。2001年には、コモンレール噴射がシボレー・シルバラードHDとGMCシエラHDに搭載された6.6リッターデュラマックスLB7 V8に採用されました。 2003 年にダッジとカミンズがコモンレール エンジンを発売し、フォードも 2008 年に 6.4L パワーストロークを発売しました。現在、ほぼすべての非商用ディーゼル車はコモンレール システムを使用しています。

コモンレールシステムは、シティカー（フィアットパンダなど）からエグゼクティブカー（アウディA8など）まで、ディーゼルエンジンを搭載したすべてのタイプの道路車両に適しています。現代のコモンレールシステムの主なサプライヤーは、ボッシュ、デルファイテクノロジーズ、デンソー、シーメンスVDO （現在はコンチネンタルAGが所有）です。^[8]

自動車メーカーは、コモンレールエンジンを独自のブランド名で呼んでいます。

• Ashok Leyland : CRS (U トラックおよび E4 バスで使用)
• Audi : TDI、BiTDi「Bi」はBiTurboの略
• BMWグループ（BMWおよびMini）：d （ランドローバー・フリーランダーではTD4、ローバー75およびMG ZTではCDTおよびCDTiとしても使用）、DおよびSD
• クライスラー CRD
• シトロエン: HDi、e-HDi、BlueHDi
• カミンズとスカニア：XPI（合弁事業で開発）
• カミンズ：CCR（ボッシュインジェクター付きカミンズポンプ）
• ダイムラー：CDI
• フィアット グループ(フィアット、アルファ ロメオ、ランチア): JTD ( MultiJet、JTDmのブランド名でも呼ばれ、供給メーカーからはTDi、CDTi、TCDi、TiD、TTiD、DDiS、QuadraJetとも​​呼ばれる)
• フォードモーターカンパニー：TDCi（DuratorqおよびPowerstroke）およびEcoBlueディーゼル
• GM : VCDi ( VM Motoriからライセンス取得) およびDuramax Diesel
• ホンダ：i-CTDIとi-DTEC
• ヒュンダイ、起亜、ジェネシス：CRDi
• IKCO : EFD
• いすゞ：iTEQ、Ddi、DI TURBO
• ジャガー：d
• ジープ：CRDとエコディーゼル
• コマツ：Tier3、Tier4、4D95以上のHPCRシリーズ​
• ランドローバー: TD4、eD4、SD4、TD6、TDV6、SDV6、TDV8、SDV8
• レクサス: d (例: 450d、220d)
• マヒンドラ：CRDe、m2DiCR、mEagle、mHawk、mFalcon、mPower（トラック）
• マセラティ：ディーゼル
• マツダ：MZR-CDおよびSkyactiv-D（一部のMZR-CDエンジンはフォードとPSAプジョーシトロエンの合弁会社で製造されています）および以前のDiTD
• メルセデスベンツ：CDIとd
• 三菱：Di-D
• 日産：DDTi
• オペル/ボクスホール: DTI、CDTI、BiTurbo CDTI、CRI、Turbo D、BiTurbo D
• ポルシェ：ディーゼル
• プロトン：SCDi
• PSAグループ（プジョー、シトロエン、DS）：HDi、e-HDiまたはBlueHDi （フォードとの合弁で開発）– PSA HDiエンジンを参照
• ルノー、ダチア、日産：dCiおよびBLUEdCi （インフィニティはルノー・日産ア​​ライアンスの一環として、 d というブランド名で一部の dCi エンジンを使用しています）
• サーブ：TiD（2.2ターボディーゼルエンジンも「TiD」と呼ばれていましたが、コモンレールはありませんでした）とTTiDダブル「T」はツインターボの略です
• 双龍: XDi、 eXDI 、XVTまたはD
• スバル：TD、D、またはBOXER DIESEL（2008年1月現在）
• スズキ：DDiS
• タタ: 2.2 VTT DiCOR ( Safariなどの大型 SUV クラスで使用)、VARICOR ( Safari Storme、Aria、Hexaなどの大型 SUV クラスで使用)、1.05 Revotorq CR3 ( TiagoおよびTigorで使用) 、 1.5 Revotorq CR05 ( NexonおよびAltrozで使用)、1.4 CR4 ( Indica、Indigoで使用)、3.0 CR4 ( Sumo Goldで使用)、1.3 Quadrajet ( Fiatから供給され、 Indica Vista、Indigo Manza、Zestで使用)、および2.0 Kryotec (Fiat から供給され、SUV Harrierおよび新型Safariで使用)、3.3 L Turbotronnおよび5L Turbotronn (M&HCV トラックで使用)。
• トヨタ：D4-D
• フォルクスワーゲングループ（フォルクスワーゲン、アウディ、セアト、シュコダ）：TDI（最近のモデルは、以前のユニットインジェクターエンジンとは対照的に、コモンレールを使用しています）。ベントレーはベンテイガのディーゼルを単にディーゼルと呼んでいます。
• ボルボ：D、D2、D3、D4、D5エンジン（一部はフォードとPSAプジョーシトロエンが製造）、ボルボペンタDシリーズエンジン

ソレノイドバルブや圧電バルブは、燃料噴射の時間と量を電子的に細かく制御することを可能にし、コモンレール技術によって得られる高圧は、燃料の霧化を改善します。エンジンの騒音を抑えるために、エンジンの電子制御ユニットは、メイン噴射の直前に少量のディーゼルを噴射します（「パイロット」噴射）。これにより、爆発性と振動が軽減され、燃料品質の変化、コールドスタートなどに合わせて噴射のタイミングと量が最適化されます。一部の先進的なコモンレール燃料システムでは、1ストロークあたり最大5回の噴射が行われます。^[9]

コモンレールエンジンは、周囲温度に応じて加熱時間が非常に短いか、加熱時間がまったくかからず、従来のシステムよりもエンジンの騒音と排出量が低くなります。^[10]

ディーゼル エンジンでは、歴史的にさまざまな形式の燃料噴射が使用されてきました。一般的な 2 つのタイプは、ユニット噴射システムとディストリビューター/インライン ポンプ システムです。これらの古いシステムは正確な燃料量と噴射タイミングの制御を提供しますが、いくつかの要因によって制限されます。

• これらはカム駆動で、噴射圧力はエンジン速度に比例します。これは通常、最高噴射圧力は最高エンジン速度でのみ達成でき、達成可能な最大噴射圧力はエンジン速度が低下するにつれて低下することを意味します。この関係は、コモンレール システムで使用されるものも含め、すべてのポンプに当てはまります。ユニット システムまたはディストリビューター システムでは、噴射圧力はアキュムレーターのない単一のポンピング イベントの瞬間圧力に結び付けられるため、この関係はより顕著で厄介です。
• 単一の燃焼イベント中に実行できる噴射イベントの数とタイミングには制限があります。これらの古いシステムでも複数の噴射イベントは可能ですが、実現するのははるかに困難でコストがかかります。
• 一般的なディストリビュータ/インライン システムでは、噴射は所定の圧力 (ポップ圧力と呼ばれることが多い) で開始され、所定の圧力で終了します。この特性は、インジェクタ内のプランジャに適用されるスプリング プリロードによって決まる圧力で開閉する、シリンダ ヘッド内の「ダム」インジェクタに起因します。インジェクタ内の圧力が所定のレベルに達すると、プランジャが上昇し、噴射が開始されます。

コモンレール システムでは、高圧ポンプが燃料を高圧で貯蔵します。最高圧力は 2,000 バール (200 MPa、29,000 psi) です。「コモンレール」という用語は、すべての燃料インジェクターが、燃料を高圧で貯蔵する圧力アキュムレーターにすぎないコモン燃料レールによって供給されることを意味します。このアキュムレーターは、複数の燃料インジェクターに高圧燃料を供給します。これにより、高圧ポンプの目的は、目標圧力 (機械的または電子的に制御) を維持することだけである点で簡素化されます。燃料インジェクターは通常、エンジン制御ユニット(ECU) によって制御されます。燃料インジェクターが電気的に作動すると、油圧バルブ (ノズルとプランジャーで構成) が機械的または油圧的に開き、必要な圧力でシリンダーに燃料が噴射されます。燃料圧力エネルギーは遠隔的に保存され、インジェクターは電気的に作動するため、噴射開始時と噴射終了時の噴射圧力はアキュムレーター (レール) 内の圧力に非常に近くなり、その結果、正方形の噴射率が生成されます。アキュムレーター、ポンプ、配管のサイズが適切であれば、複数の噴射イベントのそれぞれで噴射圧力と噴射率が同じになります。

第3世代^[曖昧]コモンレールディーゼルエンジンには、精度を高めるために圧電式インジェクターが搭載され、燃料圧力は最大2,500バール（250MPa、36,000psi）に達します。^[11]

• 油圧作動式電子ユニットインジェクション
• ユニットポンプ
• 水センサー

ウィキメディア・コモンズには、コモンレール燃料噴射に関連するメディアがあります。

• コモンレール直噴システム（CRDIシステム）の動作と利点
• CRDIエンジンの動作に関する簡単な概要
• コモンレールの機能を説明するアニメーション