バキュームリミッター：懐かしい排ガス対策装置

バキュームリミッター：懐かしい排ガス対策装置

はじめに

車の進む力を出す装置、つまり原動機は、燃料を燃やすことで動いています。燃料が燃える時には、どうしても排気ガスが出てしまいます。昔は、この排気ガスの中に有害なものがたくさん含まれていました。そこで、排気ガスをきれいにするための様々な工夫がされてきました。その初期の工夫の一つに「負圧制限装置」というものがあります。この装置は、原動機が空気を吸い込む力を利用して、燃料を送り込む量を調整する仕組みです。

原動機の中には、空気と燃料を混ぜて燃やす部屋があります。この部屋に送り込む空気の量は、アクセルペダルを踏む量で変わります。アクセルペダルをたくさん踏むと、空気の吸い込む量が増え、それに合わせて燃料もたくさん送り込まれ、大きな力が生まれます。負圧制限装置は、この空気の吸い込む力の変化を利用しています。

アクセルペダルを少ししか踏んでいない時は、空気の吸い込む力は弱く、負圧が大きくなります。この大きな負圧を利用して、燃料を送り込む量を少なくすることで、排気ガスを減らすのです。逆に、アクセルペダルを深く踏んで、大きな力を出したい時は、空気の吸い込む力が強くなり、負圧は小さくなります。負圧が小さくなると、燃料を送り込む量への制限が弱まり、必要な分の燃料が送り込まれるようになります。

負圧制限装置は、構造が単純で、特別な部品を使わずに作ることができるという利点がありました。そのため、排気ガス対策の初期段階では、多くの車にこの装置が使われていました。しかし、この装置だけでは排気ガスを十分にきれいにすることができませんでした。のちに、電子制御の技術が発達するにつれて、より精密に燃料の量や燃焼状態を調整できる装置が登場し、負圧制限装置は使われなくなっていきました。今では、ほとんど見かけることはありませんが、負圧制限装置は、当時の技術者が限られた技術の中で、排気ガス対策に取り組んでいた証と言えるでしょう。

バキュームリミッターの役割

燃費を良くするために、アクセルを踏まずに惰性で走ることをよく行います。これをコースティング走行と言いますが、古い型の、燃料と空気を混ぜる装置が気化器式の車の場合、この時に空気の吸い込み管内の圧力が下がりすぎるという問題がありました。

この圧力の下がりすぎによって、燃料が十分に燃えずにそのまま排出されてしまうということが起こります。これが大気を汚してしまう原因の一つであり、排出ガス規制に対応するために対策が必要でした。そこで登場したのが、真空制限装置と呼ばれる部品です。

この装置は、空気の吸い込み管内の圧力が下がりすぎるのを防ぐ働きをします。コースティング走行時、アクセルを離すと空気の吸い込みが少なくなりますが、この時、真空制限装置は空気の吸い込み口に繋がる管を閉じます。そうすることで、空気の吸い込み過ぎを防ぎ、吸い込み管内の圧力の低下を抑えるのです。

圧力の低下が抑えられると、燃料が霧状に綺麗に混ざりやすくなり、燃え残りが減ります。その結果、有害な排出ガスを減らすことができるのです。真空制限装置は、一見小さな部品ですが、環境保護に大きく貢献した重要な部品と言えるでしょう。

現在主流の燃料噴射式の車には、この装置は基本的に搭載されていません。コンピューター制御によって燃料の噴射量を細かく調整することで、排出ガスを抑制できるようになったからです。しかし、かつての気化器式の車にとって、真空制限装置は排出ガス規制に対応するために無くてはならない存在でした。環境問題への意識が高まる中で、自動車技術の進化が環境負荷の低減に貢献してきた一つの例と言えるでしょう。

仕組みと種類

車は走るために燃料を燃やしますが、その燃えかすの中には有害な物質が含まれています。その一つに炭化水素があり、排出量を減らすことは環境保護の観点から重要です。そこで、炭化水素の排出量を抑える工夫の一つとして、かつて真空制限装置が使われていました。

真空制限装置は、空気の通り道を調整する弁の動きを制御することで働きます。アクセルを戻すと、この弁が閉じることで空気の量が減り、燃料の供給も減るため、燃焼が抑えられます。この弁の閉じる速さを調整するのが真空制限装置の役割です。

真空制限装置の仕組みは、エンジンの吸気部分にある負圧を利用しています。アクセルを戻すと吸気部分の負圧が急上昇しますが、この急上昇を抑えることで安定した燃焼を維持し、炭化水素の排出量を減らすことができます。

真空制限装置にはいくつかの種類がありました。一つは油壺式で、油の粘りを使って弁の閉じる速さを調整していました。油を使うことで、滑らかに弁を動かし、急な変化を抑えることができました。もう一つはばね式で、ばねの力を使って弁の閉じる速さを調整していました。ばねを使うことで、簡単な構造で弁の動きを制御することができました。

それぞれの方式で弁の閉じる速さを細かく調整することで、エンジンの状態に合わせた最適な負圧制御を実現し、炭化水素の排出量を効果的に低減させていました。しかし、技術の進歩により、現在ではより高度な排ガス浄化装置が開発され、真空制限装置はあまり使われなくなりました。

燃料カットとの比較

近年の車は、減速時に燃料の供給を一時的に止める「燃料カット」という技術が広く使われています。この技術は、アクセルを戻して惰性で走る時に、エンジンへの燃料供給を完全に遮断する仕組みです。そうすることで、エンジンの回転を利用して車を走らせ、燃料の無駄な消費を抑えることができます。燃料が供給されないため、当然燃焼も起こらず、排気ガスに含まれる有害物質である炭化水素の発生を大幅に減らすことができます。

以前は「バキュームリミッター」という技術が使われていました。これは、減速時にエンジンの吸気圧力を下げることで、燃料の供給量を減らす仕組みです。燃料カットのように完全に供給を止めるわけではないので、炭化水素の排出削減効果は燃料カットに劣ります。バキュームリミッターは、燃料カット技術が確立されるまでの繋ぎの技術と言えるでしょう。

燃料カットは、環境への配慮だけでなく、燃費向上にも貢献します。無駄な燃料消費を抑えることで、走行距離を伸ばすことができます。また、燃料カット中はエンジンブレーキが効いている状態なので、ブレーキペダルの使用頻度も減り、ブレーキパッドの寿命も延びます。

燃料カットは、現在の車の燃費向上と排気ガス浄化に大きく貢献する重要な技術です。多くの車に標準装備されており、運転者が意識することなく自動的に作動します。この技術により、私たちはより環境に優しく、経済的な運転をすることができるようになっています。

ただし、燃料カットが作動する条件は車種によって異なります。一般的には、ある程度の速度以上で、アクセルを戻し、ブレーキペダルも踏んでいない状態の時に作動します。下り坂など、エンジンブレーキを強くかける必要がある場合は、燃料カットが解除され、エンジンブレーキが優先されます。これは、安全性を確保するための重要な機能です。

現代の排ガス対策

近年の乗り物の排気ガス対策は、目覚ましい進歩を遂げています。これは、排気ガスをきれいにする装置の性能向上と、機械の制御技術の進化によるものです。

まず、排気ガスをきれいにする装置の代表例として「三元触媒」と「粒子状物質捕集フィルター」が挙げられます。三元触媒は、排気ガスに含まれる有害な物質を、化学反応を利用して無害な物質に変える装置です。近年の三元触媒は、材料や構造の改良により、より多くの有害物質を効率よく浄化できるようになりました。また、粒子状物質捕集フィルターは、ディーゼル車から排出されるすすなどの粒子状物質を捕集し、燃焼させて取り除く装置です。フィルターの構造や再生方法の改良により、粒子状物質の排出量を大幅に削減することに成功しています。

さらに、機械の制御技術の進化も排ガス対策に大きく貢献しています。コンピューターを使った高度な制御により、機械の運転状態を常に最適な状態に保つことが可能になりました。これにより、燃料が無駄なく燃焼され、排気ガス中の有害物質の発生が抑えられます。例えば、燃料噴射のタイミングや量を精密に制御することで、不完全燃焼を最小限に抑え、有害物質の排出量を低減することができます。

これらの技術革新により、以前は排気ガス対策の補助的な装置として使われていた「吸気圧制限装置」などは、今では必要なくなりました。吸気圧制限装置は、エンジンの出力を抑えることで排気ガス中の有害物質を減らす装置でしたが、現代の技術では、エンジンの出力を維持したまま、排気ガスをきれいにすることが可能になったためです。

過去の技術を学ぶことは、現在の技術の進歩をより深く理解する上で非常に重要です。過去の技術の限界や課題を知ることで、現代の技術がいかに進化してきたかを理解し、今後の技術開発の方向性を見出すことができるからです。過去の技術と現代の技術を比較することで、技術の進歩の軌跡をたどり、未来の技術開発へのヒントを得ることができるでしょう。

まとめ

排気ガス規制の初期段階において、大きな役割を果たした装置の一つに真空制限装置があります。今ではほとんど見かけることはなくなりましたが、かつては環境保護の観点から重要な技術でした。この装置は、燃料を節約する際に発生する有害物質の排出を抑える画期的な仕組みを備えていました。

自動車が惰性で走る時、エンジンへの燃料供給を停止することで燃費を向上させることができます。これを燃料遮断技術と言います。しかし、燃料供給が停止すると、吸気管内の圧力が負になり、未燃焼の燃料が一部蒸発して排出されてしまいます。これが炭化水素の排出につながり、大気汚染の原因となります。真空制限装置は、この問題を解決するために開発されました。

真空制限装置は、吸気管内の負圧を調整することで、炭化水素の排出を抑制します。燃料遮断時、吸気管内の負圧を感知し、バルブを開閉することで外気を導入します。これにより、吸気管内の負圧を適正な範囲に保ち、未燃焼燃料の蒸発を抑えることができます。真空制限装置は、シンプルな構造でありながら、効果的に炭化水素の排出を抑制することができました。

しかし、技術の進歩とともに、より高度な燃料遮断技術が開発されました。電子制御燃料噴射装置の登場により、燃料噴射量を精密に制御することが可能となり、燃料遮断時の炭化水素の排出量を大幅に削減することができるようになりました。その結果、真空制限装置は次第に使われなくなり、現在ではほとんどの自動車に搭載されていません。

真空制限装置は、自動車の環境性能向上に貢献した重要な技術の一つです。限られた技術の中で、環境問題に取り組んだ当時の技術者の努力と工夫は、賞賛に値するものです。過去の技術を学ぶことで、未来の技術開発へのヒントを得ることができるでしょう。自動車技術は、環境保護への意識の高まりとともに進化してきました。これからも、更なる技術革新により、環境に優しい自動車が開発されていくことでしょう。