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、自動車鉄道車両など、エンジン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「排気熱損失」、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、燃料の未燃焼分の化学的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車両などに搭載された状態では、オルタネーターなどの補器類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、走行中にエンジン出力と走行抵抗を平衡させた状態(定車速)から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、エンジンがポンプのように空気を吸入し、排気ガスを排出することで生ずる抵抗である。ガソリンエンジンに代表されるスロットルバルブを有するエンジンにおいては、スロットル開度が小さいほど、空気吸入時の筒内負圧が大きくなり、エンジンブレーキが強く作用する。また、エンジン回転速度が大きいほど単位時間当たりの損失が増えるため、同様に強く作用する。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伴わないエンジンは、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。

近年の自動車で採用されている電子制御式燃料噴射装置では、燃費向上のため、アクセルペダルからの入力が無くエンジン回転速度が一定値[5]以上の場合、燃料噴射を停止する。つまり、エンジンブレーキが作用して車両が減速していく際、燃料は消費されない。

自動車等[編集]

長い下り坂などでフットブレーキを使い続けた際、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ヴェイパーロック現象が発生する可能性がある。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、長い下り勾配ではエンジンブレーキを併用することが広く推奨されており[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駆動力が機械的に直接伝達される。一方、オートマチックトランスミッション(AT)に代表されるトルクコンバーターを用いるものは、駆動力の一部が液体であるATフルードに吸収されて、エンジンブレーキの作用が弱くなる。これを補うため、近年のATにはフルードを介さずに、機械的に駆動力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、エンジンブレーキの作用が強く働く。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レンジのままアクセルを戻しただけでは高いギヤが選択されるため、必要によって2レンジやLレンジに切り替えたり、MTモードを使用する必要がある。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択するものも登場している[6]

急激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するなど、路面とタイヤの摩擦に対して強すぎるエンジンブレーキが作用すると、駆動輪がスリップし車両が不安定となる。未舗装路や積雪路、氷結路など、摩擦係数の低い路面で比較的発生しやすいが、フットブレーキのみ使用するよりは安全であるとされてきた。これは、例えば左右の車輪で摩擦係数に大きな差がある場合(左車輪が氷結路面、右車輪が乾燥路面など)、各車輪を個別に制動するフットブレーキでは左右の制動力にも差が生まれ、車体が横滑りを起こす危険がある一方、エンジンブレーキではディファレンシャル機構によって制動力が左右均等に作用するためである。近年ではABSを含む横滑り防止装置を採用する車両も増えており、フットブレーキのみでもカバー出来る。

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事態(オーバーレブ)が発生しないように、あらかじめ設定された速度に落ちるまで変速しないように制御される。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危険があるため、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。

鉄道車両[編集]

気動車ディーゼル機関車のうち、自動車のMT同様の構造を持つものや、液体式変速機を持つものでも、直結段では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、車体重量がエンジン容量に比べて大きく、かつ線路動輪間の摩擦係数が金属製のため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、連続する下り坂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制動力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. ^ 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. ^ 一般的に、排気ガス触媒温度やエアコン動作有無など、走行環境によって制御される。
  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]