ポンピングロス エンジンブレーキの燃費への影響

ポンピングロス エンジンブレーキの関係性

ポンピングロス エンジンの内部損失メカニズム

エンジン内部では複数の損失が発生していますが、その中でも特に注目すべきが、ポンピングロスです。このエネルギー損失は、エンジンがポンプのように作用することから生じます。具体的には、ピストンが下がって空気を吸い込む吸気行程で、シリンダー内が負圧になります。この時、スロットルバルブが開度を制限していると、外気を吸い込むために余分な力が必要になるのです。

 

エンジン内部の抵抗構成として、機械的摩擦損失、ポンピングロス、補機類駆動損失、冷却損失などがあります。このうちポンピングロスが占める割合は約30%で、エンジン効率に大きな影響を与えます。ガソリンエンジンではスロットルバルブで吸気量を制御するため、部分負荷時にはポンピングロスが大きくなる傾向があります。

 

吸排気行程で空気の通り道となる吸気管や排気管の抵抗も、ポンピングロスの要因となります。スロットル開度が小さいほど吸気側の圧力が低下し、より多くのエネルギーがポンプ作用に消費されることになるのです。

 

ポンピングロス抑制でのガソリンエンジンとディーゼルエンジンの違い

ガソリンエンジンとディーゼルエンジンでは、ポンピングロスの特性が大きく異なります。ガソリンエンジンはスロットルバルブで吸気量を制御する構造のため、部分負荷時にポンピングロスが増加するのが特徴です。一方、ディーゼルエンジンは燃料噴射量で出力を調整するため、スロットル機構を持たず、部分負荷時のポンピングロス増加がありません。

 

しかし、ディーゼルエンジンもピストンの上下運動に伴う吸排気バルブの通気抵抗は存在し、完全にポンピングロスをゼロにすることはできません。ディーゼル車、特に大型貨物自動車では、エンジンブレーキの作用が弱いため、排気ブレーキやリターダといった補助的な制動装置が追加されています。

 

ターボチャージャー付きエンジンでは、過給中に吸気側圧力が排気側より高くなることがあり、この場合はポンピングロスが負の値となります。つまり、ターボチャージャーが排熱回収機構として機能し、逆にエンジンに力を与える働きをするのです。

 

ポンピングロス活用のシフトダウンテクニック

エンジンブレーキを効果的に使うためには、シフトダウンを含めたテクニックが重要です。アクセルを戻しただけでは、スロットルバルブがしまって負圧が発生し、基本的なエンジンブレーキが機能します。しかし、より強い制動力が必要な場合は、シフトダウンを組み合わせます。

 

シフトダウンを行うと、低いギアにするほどエンジンの回転数が意図的に上げられます。スロットルバルブは閉じたままなので、空気を吸い込む能力が低下し、結果として大きな回転抵抗が生じるのです。この時、エンジンから「ブーン」という高い音が聞こえますが、これは高回転数とポンピングロスが大きく発生している証拠です。シフトダウンは速度に応じた適切なギアを選択することで、実現します。

 

マニュアル車では運転者が任意でギアを選択でき、オートマチック車でも2レンジやLレンジへの切り替えで低いギアを選択できます。現代のAT車では、下り坂を検知して自動的に低いギアを選択する車種も登場しており、ドライバーの負担が軽減されています。

 

ポンピングロス低減と燃費改善の関係性

ポンピングロスと燃費には深い関係があります。エンジンブレーキを使用している間、アクセルオフの状態ではエンジン制御により燃料カットが動作します。このとき、燃料噴射量がゼロになるため、理論上は燃料消費がなくなり、燃費が向上するはずです。

 

実際に、坂道を下っている時にアクセルオフ（エンジンブレーキ使用）にしている場合、燃料カット制御が働き、燃費は改善されます。ただし、その効果は小さく、格段に燃費が良くなるものではありません。エンジンブレーキ多用による燃費改善効果は限定的です。

 

一方、平地でアクセルオフにした場合、車速が徐々に低下するため、エンジン回転数も低下していきます。アイドリング回転数付近まで低下すると、エンジンは停止を防ぐため、通常通りに燃料噴射を復帰させます。このため、平地ではポンピングロスを利用した燃費改善効果はあまり期待できません。

 

EGR（排気ガス再循環）システムの導入により、スロットルバルブをより大きく開くことができるため、吸気側の圧力が高くなり、ポンピングロスを低減できます。シリンダーディアクティベーション技術では、6気筒のうち3気筒を休止させた場合、残りの3気筒で必要なパワーを出すためにアクセル開度を上げるため、吸気側の圧力が高くなり、ポンピングロス削減につながります。

 

ポンピングロス 下り坂でのエンジンブレーキの安全性と限界

長い下り坂でのフットブレーキ多用は、ブレーキパッドやディスクに対する熱に関する問題が発生する可能性があります。摩擦熱によってブレーキ部品の温度が上昇すると、フェード現象が起きて摩擦力が低下します。さらに高温になるとブレーキ液が沸騰し、ベーパーロック現象が発生してブレーキ液内に気泡が生じ、油圧が伝わらなくなるリスクもあります。

 

そのため、長い下り勾配ではエンジンブレーキの併用が広く推奨されています。日本の自動車免許教習過程にもエンジンブレーキの使用方法が組み込まれているほど、重要なテクニックとなっています。ただし、急激にシフトダウンしたり、速度に対して低すぎるギアを選択すると、駆動輪がスリップして車両が不安定になる危険があります。

 

マニュアル変速機の場合、エンジンから駆動輪まで駆動力が直接伝達されるため、エンジンブレーキは比較的強く作用します。一方、オートマチック変速機ではトルクコンバーターを使用するため、駆動力が流体を介して伝達され、エンジンブレーキの作用が弱くなります。近年のAT車にはロックアップ機構が装備されており、その差は解消されてきています。

 

CVT（無段変速機）搭載車でのエンジンブレーキ多用は、駆動系に負担をかけて滑らかな変速ができなくなる可能性があるため、注意が必要です。また、ABS装置を含む横滑り防止装置を採用する車両が増えており、エンジンブレーキの危険性は相対的に減少しています。

 

ポンピングロスとエンジンブレーキの仕組みについて、Wikipediaでも詳しく解説されています。エンジン内部の複数の損失形態について理解できます。

 

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