ガソリンエンジンの一種類に「直噴エンジン」というものがあり、近年性能と燃費を両立する技術として採用が年々拡大しているエンジンです。
ですが直噴エンジンにはカーボンの堆積という大きな問題があり、他のガソリンエンジンでは見られない特徴です。
今回はそんな直噴エンジンのカーボン堆積についてご説明していきます。
直噴エンジンのカーボン蓄積・堆積の影響
直噴エンジンは燃料噴射の形態が普通のガソリンエンジンと違っており、その違いによって直噴エンジンでカーボン、つまりPM(Particulate Matter：粒子状物質)の発生が多いエンジンとなっています。
少し前から中国から飛来するPM2.5の問題がニュースで聞かれるようになりましたが、まさにそのPMのことです。（中国は工場や古いディーゼル車が由来）
PMはガソリンエンジンでも発生する物質ですが、普通のエンジンならその量は考慮するほど多くなく、ガソリンエンジンの規制から外されているぐらいです。
ですが直噴エンジンにすると途端にPM量が増えてしまいます。その違いは次にご説明するエンジンの構造の違いによってです。
直噴とポート噴射の違い
普通のガソリンエンジンの燃料噴射はポート噴射式と呼ばれており、吸気管の中で空気と燃料を混合するのですが、直噴エンジンの場合には燃料はシリンダーの中に直接噴射します。
ガソリンエンジンのメリット3つとデメリット5つ！仕組みと将来性の特徴を解説！直噴エンジンとは？メリット3つとデメリット4つ！不具合と耐久性が欠点？！そのため直噴エンジンの動きとしては、最初空気のみをシリンダーで圧縮し、点火の前に燃料を筒内噴射します。
その後スパークプラグで点火するのですが、空気の圧縮から点火までの時間は非常に短く、直噴エンジンは燃料と空気が混ざる時間が十分取れない場合もあります。
燃料であるガソリンは気化して空気と混ざって初めて燃焼しますので、直噴エンジンではこの気化と混合をいかにすばやくできるかが技術の肝となります。
その点ポート噴射ではシリンダーに入る前の空気に燃料を噴射するので、シリンダーに入る頃にはほぼ完全にガソリンが気化している状態です。
直噴エンジンでもこの状態が理想であり、空気の流れ方や燃料噴射の回数、微小噴霧化などさまざまな技術改良が続いています。
ですが実際には直噴エンジンでシリンダーに噴射されたガソリンはすべて気化できておらず、特にシリンダー内壁に付着している燃料が気化しにくいのです。
このことが直噴エンジンがPMを多く生成してしまう最大の原因です。
直噴エンジンのPMの発生
PMの発生メカニズムは比較的単純で、燃料の不完全燃焼がその原因です。
直噴エンジンの内部で気化できなかった燃料は液体の状態で爆発工程に移るのですが、液体の燃料では短い時間では十分な燃焼ができずさまざまな有害物質が出ます。
その中の一つがPMで、特にシリンダー内壁で気化できなかった燃料が酸素が少ない状態で不完全燃焼することで多く発生します。
PMの発生が多いのは比較的エンジン負荷の低い低、中速域であり、街乗りの多い日本では結構問題となります。
また発生したPMの一部は排気ガスとともに車外へ排出されており、1990年代に初めて登場した直噴エンジンでは結構黒煙を吐いていたものです。
PMの排出とカーボン(スラッジ)の生成
直噴エンジンのシリンダー内で発生するのはPMと呼ばれる微細な黒煙の粒なのですが、このPMはエンジンにもさまざまな悪影響を与えるものです。
特にPMがエンジンオイルと合体したスラッジと呼ばれるカーボンの塊は、エンジンの内部のあちこちに堆積する厄介なものです。
PM単体であれば非常に軽く排気ガスとともにエンジンからは出ていってしまうのですが、エンジンオイルが入ると粘土のような塊ができてしまい、排気ガスと一緒に出ていきづらくなります。
シリンダー内に残ったスラッジは次の燃焼時などに一緒に燃えてガスとして排出されたりもしますが、シリンダーから排出されたPMやスラッジを再度ガスにするには特別な装置を必要とします。
ガソリンエンジンより圧倒的にPM生成量の多いディーゼルエンジンでは専用の触媒で処理しているほどで、かなり厄介なものです。
なおディーゼルエンジンのPM（煤）については以下の記事で詳しく解説しているので、興味のある方はこちらもあわせて参考にしてみてください。
(クリーン)ディーゼルの煤問題とは？除去・洗浄や対策方法まで全て解説！スラッジ堆積での影響
スラッジはシリンダーの排気側から排出されるので、基本的には排気側に堆積するものです。
ですが近年の車はEGR（Exhaust Gas Recirculation）という環境対応装置で排気ガスを吸気側に循環していますので、吸気側にもスラッジは移動します。
吸気側に移動する間にEGRの部品の中や吸気管、インテークマニホールドの中にスラッジが堆積していき、排気ガスや吸気が通る通路を狭めていきます。
またインテークマニホールドの先にある吸気バルブの上にもスラッジは堆積し、バルブとシリンダーヘッドの間にも挟まったりします。
こうなるとエンジン性能への影響が出てくるのですが、まず問題となるのは吸気管が狭くなることでの吸気抵抗の上昇です。
狭い空間に大量の空気が通る吸気管が狭くなるのですから、空気が通りにくくなってしまうのは当然です。
またバルブはシリンダーの密閉をしなければならないのですが、スラッジを噛み込んだりすると少しだけ隙間が空いてしまい、そこから圧縮抜けを引き起こすこともあります。
なお吸気側に対して排気側にもスラッジはいくのですが、こちらは高エネルギーの排気ガスの流れで剥がれることが多く、吸気側ほど影響は多くありません。
直噴エンジンのスラッジ堆積はエンジン性能を悪化させ続けるので、パワーが以前より出ない、アクセルを踏んでも加速しない、などの症状が出たらスラッジ堆積を疑うべき点となります。
直噴エンジンのカーボン除去対策
直噴エンジンのスラッジ堆積はたしかに問題なのですが、自動車メーカーでもその影響は設計に織り込み済みであり、多少走ったからといってすぐに性能に影響が出るものではありません。
ですが長い走行距離を走れば確実に悪影響は増加しますので、どこかでカーボン除去のメンテナンスを受けるのが車の性能を取り戻す近道です。
ここではそんなカーボン除去の方法をご紹介します。
エンジン分解洗浄
まず最も効果が高いのはエンジンの部品脱着、とくにインテークマニホールドやEGRなどを取り外しての内部洗浄です。
スラッジはインテークマニホールドなどの内壁にこびりついているのですが、ブラシなどでこすれば取り除くことのできるものです。
ですのでスラッジが堆積している箇所を直接キレイにするのが確実で、効果は非常に高いものです。
ですがエンジン部品を取り外さなければならないので、個人で作業できるのは車に詳しい人だけでしょう。
自動車修理工場などではカーボン除去のための分解洗浄のメニューがあるところがあり、そちらに依頼するのが一般的です。
施工費用は数万円というところですが、カーボン除去によって性能が取り戻せるなら価値は十分にあるでしょう。
エンジン洗浄液の注入
エンジン部品を取り外すのは結構大変で費用もかかるため、もっと簡単に洗浄を行うための薬剤が販売されています。
自動車用品大手のワコーズから販売されている「WAKO’S RECS」は、スラッジを化学的に分解して、エンジン部品から剥がして除去するための薬品です。
このRECSの良い点はエンジンを分解しなくても作業ができる点で、インテークマニホールドから薬剤を注射器などで注入するだけです。
エンジン内部に入っても大丈夫なだけでなく、ガスケットなどにも悪影響を及ぼさない専用薬剤となっています。
個人でも一本あたり10,000円弱で購入できますが、施工にはそれなりの知識が必要ですのでこれも自動車修理工場などにお願いするのがベストです。
ですが個人でも調べながら施工した方も少なくなく、カーボン除去の方法としては難易度の低いものと言えます。
ですがRECSは薄いスラッジ堆積なら効果は高いのですが、分厚いスラッジには薬剤が浸透せずに効果が薄いこともあります。
ですのでRECSの効果を最大限活用するには、短い間隔でスラッジが大量に堆積しないうちに除去し続けるのが理想的です。
ドライアイス洗浄
特定の修理工場ではカーボン除去専用の装置を持っているところがあり、ドライアイスのペレットを使ってスラッジを剥がすことができます。
これもエンジン部品の脱着が必要ですが、ドライアイスを使って物理的に除去するので効果が高いと言われています。
ドライアイスの小さなペレットを吹き付けてスラッジにぶつけ、その衝撃や昇華のエネルギーで除去するようです。
ドライアイスは昇華してしまえば二酸化炭素ですのでエンジンには影響なく、エンジン内部に残ったとしても問題ありません。
特定の業者でしか施工していないので一般的ではありませんが、なかなか効果が高いものです。
費用は残念ながら公開されていませんが、ドライアイスと専用器具を使うので結構高額でしょう。
これから車の購入を考えているなら、値引き交渉の正しいやり方を覚えておくといいですよ。このやり方を知らないと最大60万円以上も損します。
詳しく知りたい方は、下記の『たった1分で車を60万円値引きできる裏技』のページをご覧ください。
直噴エンジンのメンテナンス
直噴エンジンに堆積するカーボンは定期的に直接除去するのが確実ですが、日常的なメンテナンスでもスラッジの発生を抑えることは可能です。
個人での内部洗浄
前述の分解洗浄は個人でも不可能ではなく、インテークマニホールドぐらいなら脱着は比較的楽です。
一度脱着方法さえわかってしまえば、確実にスラッジを除去できる分解洗浄のほうが良いのは当然です。
エンジンの知識のある人ならインテーク周りの部品脱着は決して難しくなく、多少の部品外しさえすれば車にエンジンを載せたままでも十分可能でしょう。
車の整備書などがあれば確実ですし、洗浄が終わった後の取付時などにはボルトの締め付けトルクなどを調べておけば十分取付可能です。
ですが個人でやるなら何が起こっても自己責任となりますし、また時間も結構かかるので、よほど自身のある人でなければおすすめしません。
また洗浄したり乾燥させたりと結構なスペースが必要なので、ガレージなどがなければ結構大変ですね。
燃料添加剤の使用
個人レベルのメンテナンスで最も簡単なのが燃料添加剤を使用することで、ガソリンタンクに添加剤を入れることでエンジン内部の洗浄に一定の効果があります。
燃料添加剤は燃費改善などさまざまな効果があるものがありますが、一部にはスラッジ除去のための添加剤も売られています。
これらは燃料と一緒にエンジン内部に噴射され、スラッジを剥がしたりしてエンジン内部をキレイな状態に保ちます。
基本的にはシリンダー内部の洗浄がメインですので、燃料のいかない吸気側への効果は薄いでしょう。
燃料添加剤の主成分は「PEA：ポリエーテルアミン」という化学物質で、還元力の高いアルカリ性の物質であり、さまざまな汚れ成分に浸透する力が強い成分です。
これを使うことでスラッジが剥がれやすくなり、吸気や排気の圧力で剥がれることが期待できます。
ですが非常に簡単なメンテナンス方法であり、ワコーズから発売されている「FUEL1」などは一本あたり1,600円と比較的安価に手に入ります。
また常に添加剤を使う必要はなく、給油何回かに一回で十分なようです。
使用者の話では多少であれば走行感覚もよくなるそうですが、ピストン内洗浄なので効果はそれなりと考えられます。
高速走行でのスラッジ剥がし
スラッジはインテークやバルブなどに物理的にこびりついているわけですが、なにか衝撃や力がかかればスラッジは剥がれてシリンダーに入り、そこで燃焼してなくすことができます。
そのためには通常よりエンジン内部に流れる排気や吸気の流れを早くすることもスラッジ除去に効果があり、エンジン負荷の高い領域で連続運転することで軽度なスラッジ堆積を除去できる可能性は高まります。
エンジン回転数が高い状態は排気ガスのエネルギーも高く、それが循環してくる吸気側にも一定の効果が見込めます。
流れの速い空気の流れはスラッジの脆い箇所を剥がすことができ、ある程度はスラッジが除去できるはずです。
そのためにはやはり高速道路での走行がぴったりで、どこかに遠出するついでにスラッジも除去してしまおう、ぐらいの感覚で十分です。
高速走行ではエンジンが生成するスラッジ量も減るので、確かめることはできませんがある程度スラッジ除去が望めるでしょう。
定期的なエンジンオイル交換
これは直接的なスラッジ除去にはならないのですが、エンジンオイルにはシリンダー内部からオイルとともに掻き出されたスラッジが混ざります。
そのため洗浄効果を高めるためにもエンジンオイルを短い間隔で交換することには一定の効果があります。
スラッジはエンジンオイルに混ざることでピストンとシリンダーの隙間からオイルパンに一部掻き出されますが、その分エンジンオイルは汚れ真っ黒になっていきます。
エンジンオイルが少し汚れたぐらいでは影響はありませんが、ポート噴射のエンジンより早めに交換する、ぐらいの感覚を持っておくと良いでしょう。
ですがメンテナンスをさぼってスラッジがたまり放題になっていくと、エンジンオイルの油圧回路などをつまらせるので危険です。
車にもよりますが5,000kmごとにエンジンオイルを交換しておけば十分で、10,000km以内には交換するようにしましょう。
なお直噴ターボエンジンに関してはスラッジに関係なく5,000kmごとのエンジンオイル交換が必要ですので、この場合は規定ごとにすれば十分です。
直噴ターボとは？メリット3つとデメリット4つ！カーボンや耐久性のトラブル・不具合が多発？！エンジンオイル添加剤の使用
燃料にも添加剤があったようにエンジンオイルにも添加剤が市販されており、スラッジの生成を抑えたりスラッジが除去しやすいようにするための添加剤です。
使い方は簡単で、エンジンオイル交換時に一緒に添加するだけです。
エンジンオイル添加剤の効果は成分によってさまざまですが、スラッジに対しては燃料添加剤と同じくスラッジを除去しやすく効果があります。
製品としてはワコーズ「S-FV・S スーパーフォアビークルシナジー」や、D1ケミカル「SOD-1 Plus」などがあります。
添加剤の量が車のエンジンオイル量で決まりますので費用はさまざまとなりますが、5,000円~10,000円ぐらいの価格となるでしょう。
ですがここまで費用をかけてもインテーク側に堆積したスラッジ除去は不可能ですので、もう少し費用をかけてエンジン内部洗浄を行ったほうがよいかもしれません。
ハイオクガソリンの使用
もうひとつ手軽な方法としては、給油する燃料をハイオクガソリンにしてみることです。
というのもハイオクガソリンには各社がさまざまな添加剤を入れて商品製のアップを行っており、その中に前述の燃料添加剤と同じ効果を持つ成分もあるからです。
もちろんエンジンがハイオク仕様の車であれば自然にその効果を受けているのですが、レギュラーガソリン車にハイオクガソリンを入れることでも多少効果はあります。
レギュラーガソリンとハイオクガソリンの大きな差はハイオクガソリンが低ノッキング性を持っていることなので、レギュラーガソリン車にハイオクガソリンを入れても基本的には問題ありません。
ですがガソリン代がリッター10円ほど違うこともあり、費用面ではそれなりにかかってしまいます。
さらに添加剤の量は前述の燃料添加剤より少ないので、効果は限定的です。
なおエンジンについては以下の記事でも取り上げているので、興味のある方はこちらもあわせて参考にしてみてください。
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