エンジンブレーキ

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エンジンブレーキ(機関ブレーキ)とは、自動車や鉄道など、エンジンで車輪を駆動する車両において、走行中に駆動輪がエンジンを逆に駆動して、エンジンの抵抗によって生じる制動作用である[1]。独立した制動装置があるわけではなく、自動車やオートバイではアクセルペダルやスロットルグリップを戻してエンジンの出力を落とすことでエンジンブレーキの作用が発生する[2]。鉄道車両ではエンジンブレーキボタンやブレーキハンドルを操作することでエンジンブレーキを利用できる。

概要[編集]

エンジンの運転には常に損失が伴い、排気の熱として逃げる「排気損失」、冷却水へ熱が逃げる「冷却損失」、機械的な摩擦やオイルの撹拌で生じる抵抗の「機械的摩擦損失」、吸排気の流体抵抗として生じる「ポンプ損失(ポンピングロス)」に分けられ、このほかに輻射によるエネルギー散逸や未燃焼分の熱量消失が含まれる[3]。また、エンジン単体としてではなく自動車などに搭載された状態では、オルタネーターなどを駆動するエネルギーとして消費される「補機類駆動損失」も生じる[4]。このうち機械的摩擦損失、ポンピングロス、補機類駆動損失ならびに冷却損失の一部はエンジン回転の抗力として作用し、走行中に駆動輪とのトルク伝達を維持したままエンジン出力を下げると、車両には減速力、すなわちエンジンブレーキとして作用する。

ポンピングロスは吸気や排気の流れに生じる抵抗で、気体の流れが速いほど抵抗が大きいことから、エンジンの回転速度が高いほど大きくなる。特に、スロットルバルブを有するエンジンにおいては、エンジンの出力を下げるためにスロットル開度を小さくするほどスロットルバルブでの抵抗が大きくなり、エンジン回転の抗力のなかでポンピングロスが大きな割合を占める[3]。したがって、エンジンの回転速度が高いほど、あるいはスロットル開度が小さいほど、エンジンブレーキの作用は強くなる。また、排気量が大きいほど吸入空気の体積が大きいので、スロットルを絞った際の抵抗が大きくなり、エンジンブレーキの作用が強くなる。一方で、ディーゼルエンジンのようにスロットルバルブによる出力調整を行わないエンジンはスロットルバルブでの抵抗が生じないため、その分だけエンジンブレーキの作用が弱い。ディーゼルエンジンを搭載した大型の貨物自動車は車重による慣性力が大きいことから、排気抵抗を増してエンジンブレーキの作用を補強する排気ブレーキが装備される場合や、リターダといった補助的な制動装置が追加される場合が多い。

また、減速比が高いほどエンジンの回転抵抗がより大きく増幅されて車輪に伝わるため、トランスミッションで低いギアが選択されているほどエンジンブレーキは強く作用する。同一排気量のエンジンで過給の有無を比較すると、過給エンジンではトルクが大きいため減速比を低くしている場合が多く[独自研究?]、その場合には過給エンジンのエンジンブレーキ作用は弱くなる。

電子制御式燃料噴射装置を採用した自動車の場合、スロットルがアイドリング開度でエンジンがある一定以上[5]の回転速度のときは、燃料噴射を停止するプログラムが組まれていることがある。この場合は、下り坂や減速の際にアクセルを踏まずにエンジンブレーキを利用すると、その間は燃料を消費しない。

自動車等[編集]

長い下り勾配でフットブレーキのみを使って速度を調節すると、摩擦熱によってブレーキ部品が高温になり、摩擦材の摩擦力が低下するフェード現象やブレーキ液が沸騰して油圧が伝わらなくなるベーパーロック現象が発生する場合がある。いずれの場合もフットブレーキの効きが極端に低下するため、フットブレーキ装置の過熱を防ぐよう、長い下り勾配ではエンジンブレーキを用いることが広く推奨されていて[6]、日本の自動車免許取得の教習過程にも組み込まれている。

マニュアルトランスミッション (MT) の場合は駆動輪からエンジンに伝わるトルクを機械構造によって伝達しているのに対し、トルクコンバータで動力を伝達する方式のオートマチックトランスミッション (AT) では、駆動輪から伝わるトルクの一部が液体であるATオートマチックフルードに吸収されて、駆動輪に作用するエンジンブレーキ力が弱くなる。これを補うため、近年のATにはフルードを介さずに機械的にトルクを伝達するロックアップ機構が内蔵されている。

トランスミッションはギア比が低いギアが選択されているほど強くエンジンブレーキの作用が働き、MTの場合は運転者の任意で勾配に応じたギアを選択できる。一方、古くから普及しているATではDレンジのままスロットルを閉じただけでは高いギヤが自動的に選択されるため、必要により2レンジやLレンジに切り替えたり、MTモードの手動操作で低いギアを選択する方法でエンジンブレーキの強さを調節する。ATの電子制御技術の発達に伴い、下り坂を走っていることを検知して、Dレンジのままでも自動的に低いギアを選んでエンジンブレーキ力を強くする制御を備えているものも市販されるようになった[6]

急速にクラッチを接続したり、速度に対して低すぎるギアを選択したりといった操作により、路面とタイヤの摩擦係数に対して強すぎるエンジンブレーキが作用すると駆動輪がスリップする場合がある。未舗装路や積雪路、氷結路など、摩擦係数の低い路面では比較的発生しやすいが、フットブレーキだけを使用してタイヤロックするよりは安全であるとされる[要出典]。オートバイの場合、強すぎるエンジンブレーキの作用により駆動輪がスリップすると転倒する場合があるため、バックトルクリミッターにより急激なトルク伝達を吸収する構造を備える車種もある。ATの場合は誤操作などで、高速走行中にLレンジなどに操作されてもエンジンの許容回転速度を超えるオーバーレブが発生しないように、車速があらかじめ設定された速度に落ちるまでシフトダウンしないように制御される。セレクトレバーの操作から遅れてエンジンブレーキが作用するため、運転者の意図しないタイミングで制動が作用することがある。

鉄道車両[編集]

気動車ディーゼル機関車のうち、自動車のマニュアルトランスミッションと同様の構造である「機械式変速機」を持つものや、「液体式変速機」を持つものでも直結段ではバックトルクが伝わるため、理論上はエンジンブレーキが使える。しかし鉄道車両の場合、車両や列車の重量が自動車に比べて大きく、かつ線路動輪間の摩擦係数が低いという特徴を持つため、効果的な減速が行えないことと、動輪の滑走を防ぐため、長らくエンジンブレーキが常用されることはなく、連続する下り勾配でも制輪子による制動が行なわれてきた。制輪子以外の制動方式として、ハイドロリックダイナミックブレーキトルクコンバータを利用するコンバータブレーキもあるが、これらもエンジンへのバックトルクの入力を回避するためである。

その後の内燃動車の技術革新により、排気ブレーキと併用するエンジンブレーキが使用できる車両も登場している。総括間接制御が前提の日本の気動車やディーゼル機関車の場合、燃料噴射ポンプを制御するマスコンハンドルが中立アイドリング)で、エンジンブレーキボタンを押すと変速機がつながってエンジンブレーキがかかる。また、常用ブレーキと常に併用している車両の場合は、ブレーキハンドルを操作することで自動的にエンジンブレーキが作用する。

なお、気動車・ディーセル機関車で、動力伝達方式が電気式の場合は駆動系とエンジンが直接繋がっていないため、エンジンブレーキは利用できず、モーターを駆動系からの力で動かして発電する、発電ブレーキ回生ブレーキを用いるのが通常である。

脚注[編集]

  1. ^ 大車林-自動車情報辞典. 三栄書房. (2003). ISBN 4879046787. 
  2. ^ バイク用語辞典”. ヤマハ発動機株式会社. 2014年3月14日閲覧。
  3. ^ a b 高圧縮比高効率ガソリンエンジン”. 一般財団法人機械振興会. 2014年3月18日閲覧。
  4. ^ エンジンフリクション低減”. 三菱自動車株式会社. 2014年3月18日閲覧。
  5. ^ エンジンの設計概念のほかにも、排気ガス触媒の温度やエアコン動作の有無など、運転条件によって異なる。
  6. ^ a b 燃費にもやさしい山道のスムーズな走り方 - セーフティドライブ・エコドライブ - カーライフ情報 - 日産ドライブナビ”. 日産自動車株式会社. 2014年3月24日閲覧。

関連項目[編集]