エンジンブレーキの原理

ロー、セカンド、サード、トップと4段シフトの車は、それぞれの「段」で出すことの出来る最高速度以上の速度は出ないので、下り坂ではそれに見合った「段」で走る（エンジンブレーキを使う）のだと思っていました。
しかしそれにしてもアブラを燃焼させて（内的力）回転するのだから最高回転数という限度はあるものの、外から力を加えた（外的力）場合は内的力の最高回転数を上回る回転数が生じるはずだ。にもかかわらず実際にはエンジンブレーキがかかるのはなぜだ、と常々疑問に思っていました。
質問しようと思ってこれまでの質問を検索したところ、『ヂィーゼルとガソリンを比較するとエンジンブレーキはガソリンが強いです。これは、ガソリンはスロットルバルブが閉じておおきな吸入抵抗があるからでヂィーゼルはこれが無くエンジンブレーキは弱いです。これを補うため排気側にバルブを設けて強力な排気抵抗を作るのが排気ブレーキです。』という一文に出会いました。どうも私は考え違いをしているようです。
そこで質問ですが、以上の文を読んでいただいて私の間違いがどこにあるのかということと、エンジンブレーキの仕組みを教えてください。
なお40年以上も前のことですが、友人がいたずらでバスの排気口を塞いだらたちまちエンジンが停止しました。もし排気ブレーキとの兼ね合いで説明できましたら合わせてお願いします。

No.4 ベストアンサー 回答者： noritaman 回答日時： 2003/08/17 12:37

ガソリンエンジンのエンジンブレーキの件ですが、そのブレーキの元になるのは、主に吸気の抵抗です。

４サイクルガソリンエンジンの場合、吸気の時にスロットルを絞ればピストンを下げるのに大きな力が必要です。
（注射器に注射針を付けてピストンを引っ張ると、注射針を付けないときよりも力が必要だと言うイメージで）
その後、圧縮行程にも力が必要ですが、その力は膨張行程（エンジンブレーキ時には燃料噴射では燃料がカットされるので爆発力はほとんど無く、圧縮された空気の反発力のみ）で相殺されます。排気行程では排気バルブが解放されるのでピストンの抵抗になることはなく、吸気の抵抗によってエンジンの回転が制限される訳です。
ディーゼルでは通常、スロットルバルブは付いていませんから、吸気を絞る事が出来ないので、排気側にフタ（いわゆる排気ブレーキ）をして抵抗を作り出す訳です。
最高回転数というのは設計段階で、「これ以上廻すと壊れる・あるいは機械的にはこれ以上回せない」から決めたものです。エンジンブレーキは吸気の抵抗によって回転を制限している訳ですから使うときにミッションの変速段を間違えると、この最高回転数を超えて回る事があり、最悪の場合エンジンが破壊します。

今の車で「ディーゼル車の排気口を塞いでエンジンを止める」実験はやらない方が良いですよ。
ディーゼルエンジンには「ガバナー」というエンジン回転を安定させる装置が付いているので、排気口を塞ぐ事によってエンジンの回転数が下がると燃料の噴射量を増やして回転を保とうとしますから、排気ガスの圧力も上がり・・・、あなたの方が負けます。（排気ガスをまともに食らって顔が真っ黒、ヘンなおじさんになります）

この回答への補足

補足質問を考えていていざ書き込もうとしたら、P-1さんがNo5・No6で回答を寄こしてこられました。
ウーン、P-1さんは圧縮工程の抵抗だと仰います。
No2さんも圧縮工程だと仰います。
理屈では吸気工程の抵抗だと思い、下の補足質問のように合点していたんですが、実際のところはどうなんでしょう。
とりあえず、考えていた補足質問を以下に掲載しておきます。

吸気工程において空気を入りにくくすることで抵抗を作っていたのですか！
圧縮工程ではなかったのですね。
これで引用した例（別のところにあった質問に対する回答）とのマッチングがとれ、かなり納得がいきました。
でも完全にスロットルを閉じるわけでもなく、燃料を完全にカットするわけでもありませんよね？
つまり、ありえないのですが感じとして、ニュートラル状態でミッションが噛み合っていると考えればよいでしょうか？
加えて、マニュアル車はスロットルをかなり絞り、オートマチック車は絞り方が少ないと考えてよいのでしょうか？
つまりオートマチック車はマニュアル車に比べてエンジンブレーキの効きが悪いことの理屈です。

補足日時：2003/08/17 14:24

この回答へのお礼

専門家の皆さんでさえ意見が割れました。
最近はコンピュータを使用していますから、原始内燃機関をテーマにするほうが無理かもしれません。それにガソリン車とディーゼル車を一緒に論じたわけでさらに混迷が深まったようです。
そこで皆さんの意見と私が勉強した結果で次のように結論付けさせていただきました。
対象はコンピュータを使用しない原始内燃機関です。

ガソリンエンジン
アクセルから足を離すとスロットルバルブはエンジンの自律回転に必要な最少限まで絞られる。
スロットルバルブが絞られたため吸入工程では混合気の流入速度が遅くなるので、ピストンは負圧の影響で下死点への到達速度が遅くなる。
つまり動輪の回転速度を減速させる働きをする。
圧縮工程はもともと動輪の回転力を利用したものだから、動輪の回転速度を減速させる働きをすることは当然。
しかし自律回転（ニュートラル時）速度相当の燃料供給で回転している状態（高回転であろうと自律回転であろうと）の圧縮工程は内燃機関の基本機能であり、エンジンブレーキと認めるのはいかがかと思います。
以上からエンジンブレーキは吸入工程の負圧によるものと理解しました。

ディーゼルエンジン
ニュートラル状態では燃料供給は行われているが、エンジンブレーキ中は原則として燃料供給なし。
したがってエンジンブレーキは圧縮工程を利用。
排気ブレーキは、大型車でしかも荷物満載状態ではエンジンブレーキの効きが悪いので排気口側に弁を設けてこれを閉じることにより「排気工程」でのピストンの動きを減じさせるもの。

お礼日時：2003/08/20 21:57

No.15 回答者： adjective 回答日時： 2003/08/18 18:58

似たような回答で恐縮ですが・・・。

まず、エンジンブレーキのしくみは、エンジンの内部のピストンのポンピングロスというものです。
twin_ring009さんが答えているよに注射器の押したり引いたりと思って下さい。
針の穴を小さい方が、エンジンブレーキは大きくかかり、穴を大きくすればエンブレは小さくなる。
じゃあ穴を完全に塞いだらどうなるか？この場合では小さい穴を開けるよりもエンブレは小さくなるようです。
この辺りは最近のホンダのインスパイアと言う車のエンジンで燃費向上技術として使われています。
しかしポンピングロスはエンジン自体の色々な抵抗の中のごく一部でしかありません。
何パーセントと明確にはお答えできませんがまあ20%もないとおもいます・・・でもこれくらいでもブレーキのように効くもんなんですね。
以上はガソリンエンジンの一部の話であって質問者さんの疑問であるディーゼルエンジンには当てはまりません。
まずディーゼルエンジンにはスロットルバルブが存在しません。エンジン出力は燃料の量で決まります。
なので、注射器の穴の話はあまり関係ない。
スロットルバルブがないと言うのがミソでこれによってポンピングロスがガソリンエンジンに比べて少なくなります。
スロットルをいつも開けているような状態だからです。
ポンピングロスというのは排気側のことも含まれていまして、これを利用したのが排気ブレーキになります。
既出ですが排気側を密閉することによってポンピングロスが増えます。
それと燃料カットなんてしませんのでエンジンはいつもかかっている状態だったと思います、
なのでお父様のエンジン音が聞こえるというのは正しいと思います。
最近の車はアクセルペダルとスロットルがケーブルでつながって無くて（電気式）このポンピングロスを
減らすことによって燃費をよくするようにしています。

ついでに燃料による冷却ですが、ガソリンの場合、気化潜熱(蒸発潜熱）は７５cal/g程度です。空燃比などによって変わりますが吸気行程でも20度くらいは混合気温度が下がるとおもいます。燃料の量が増えるのでディーゼルはどうでしょうね？
ちなみに水の気化潜熱は539cal/gです。火に水をかけて火が消えるのはこの値が大きいからです。

この回答への補足

新しくご参加いただきありがとうございます。
私がエンジンブレーキの仕組みを知ったところで誰の役にも立たたない、単に自己満足の結果に終わるだけなのですが、胸のわだかまりを解消し線香の向こうの父に報告したい気持ちはここに質問を挙げてから更に増しました。ありがとうございます。
なぜ私がエンジンブレーキをかけているときに燃料が供給されているのか否か（つまりエンジンの要の作業である爆発（膨張）を繰り返しているか否かにこだわったのかということは、No14に書いた補足質問でご理解いただけたかと思います。
キャブレターと吸入弁と排気弁しかなかった原始とでもいうエンジンでもエンジンブレーキを使っていたのです。
しかし今コンピュータ技術が余りに発達してきた。
コンピュータ制御にすることによって原始エンジンにさまざまな部品や機能が取り付けられてきた。
ひょっとして原始思想を超えた、場合によっては原始思想を否定したエンジンが出現しているのかもしれません。
皆さんの回答を読みながら、元々はこうだったのだと考えることはナンセンスかもしれないと考えることもあります。
だから父は確かにエンジンブレーキ中にエンジンが止まっていないことを実感していたかもしれませんが、今の車は本当に爆発（膨張）を行っていないのかもしれません。

補足日時：2003/08/19 00:58

No.14 回答者： twin_ring009 回答日時： 2003/08/18 08:50

うーむ・・・・完全に脱線ですね（汗）

＞燃焼室の温度を下げるというのは疑問・・・

気化によって冷却されたガソリン混合気は、充分に
燃焼室内を冷却出来ます、ましてや吸入工程にある
燃焼室は、低い気圧状態にあります。

＞内燃機関で気化と言っても実際は霧化ではありませんか

ガソリンの気化温度から考えて、霧化から気化へは
非常に速いと思われます、ましてや内部は高温ですから。
霧化のままだと、次の圧縮工程で高圧となった
燃焼室内で混合ガスになることが出来ないため、
充分な燃焼爆発とならず、未燃焼となってしまいます。

冬季にチョークを掛けて、ガソリンの量を増やすのは
内部が冷えているために、気化されて着火しやすく
なった混合気の量を増やすためですから、実は無駄な
ガソリンを捨てていることになります。

＞ピストンを溶かすほどの高温の状態・・・

ゆえにさっさと「排気工程」で、排出されているのでしょう。
従って余熱を冷却するには充分であると思われます。

脱線ついでに・・・・・・

実は内燃機関は、ガソリンの持つ全エネルギーの
たった20%ほどしか動力に変換していないのです。
金属の持つ機構的限界などのために、使い切る前に
捨てているのが現状です。
膨張エネルギーをタービンに当てて、過給器とする
ターボ機構でさえ、数％しか回収出来ません。

大いなるエネルギーの無駄遣い。
それがガソリンエンジンというものらしいです（泣）

この回答への補足

私の知識たるや「～ではないだろうか」程度のもので多くは聞きかじりに過ぎません。
失礼の段にはお許しを下さい。
なぜ私がここに質問を掲げたのかをお話しして、この脱線（脱輪？）から元に戻ります。
私は現在55歳、外国に滞在しています。
中学生の頃だったと思うのですが、エンジンブレーキのことについて父と話したことがありました。
そのとき私は多少勉強したつもりになっていて生意気にもこう答えたのです。
「エンジンを切って圧縮抵抗を利用して下るんだ」
職人で無学な父は納得が出来なかったでしょう、「でもエンジンの音がしているんだが」と言ったきり口をつぐみました。
私は当時勿論車を運転したことは無く、実際を知らないで理屈だけで父をやりこめたことに対する悔いが、ときどき頭をもたげてきては私を暗い気分にさせます。
gooのこのコーナーが質問者に対して真面目に回答していることを知りました。
そこでこんな年になってですが、真実をあの世の父に伝えたいと思った次第です。

補足日時：2003/08/18 11:31

No.13 回答者： twin_ring009 回答日時： 2003/08/17 23:15

ガソリンによる冷却について・・・・

燃焼室内で、一切の冷却が行われないとすれば、
燃焼室は限りなく高温となっていってしまいます。
ガソリンは燃焼するためには、液体から気体へと
気化する必要があります。
このときに「気化熱」が必要となり、その分だけ
周囲の温度を奪っているのです。

つまり、毎回の燃焼の度に、冷却を行っているのです。
水冷ではなく空冷のエンジンが、数千度といわれる
ガソリンの燃焼温度にも、内部金属を融解しないのは、
この冷却のおかげなのです・・・・・

この回答への補足

脱線ついでに脱線してしまいます。
キャブレター式でもインジェクション式でも燃料を気化するのはシリンダー（燃焼室）内ではなく別の小部屋ではありませんか？
それが燃焼室の温度を下げるというのは疑問に感じるのですが？
それよりなにより、「気化熱」で言う気化とは液体から気体に変化するときに熱を吸収することであって、内燃機関で気化と言っても実際は「霧化」ではありませんか？
また気化熱であったとしてもエンジンルームを冷却できるほど大きな仕事は出来ず、ピストンを溶かすほどの高温の状態では無視できる程度だと思うのですが。

補足日時：2003/08/18 02:41

No.12 回答者： p-21 回答日時： 2003/08/17 21:17

ちょっとヒマなので3度目の連続投稿です

＞燃料カット状態でエンジンが回っているとき、スロットルバルブを全開にすればエンジンブレーキの利きは悪くなります！。（ディーゼルエンジンでエンジンブレーキをかけたのと同じ）
なお、エンジンの圧縮圧力を測るときにはスロットルは全開にしてクランキングします。
圧縮圧力で、ブレーキがかかるのであれば、圧縮圧力の高いディーゼルエンジンの方がエンジンブレーキの利きは良いはずですが、実際にはそうではありません（だから排気ブレーキが付いている訳です）


揚げ足を取るわけではありませんが
ちょっと疑問です
まずエンブレ状態でのアクセルONですが
先ほど確認の意味で試しましたが
120キロから70キロに落ちるまで
惰性、エンジンキーOFFの状態でアクセルペダルを開けたり締めたりしましたが変化はありませんでした

ディーゼルの排気ブレーキはそういう意味でついてるとは思いません　荷物を積んだ状態で運行する事が多いので
その補助的な役割でついていると解釈しています
ハイエースクラスでは排気ブレーキがありませんし
ガソリンとディーゼルの両方が会社にありますが
ディーゼルのほうがエンブレが効きが悪いという事はありません（ギア比の違いがあるので短絡的に比較は出来ませんが）　ただ一ついえることはディーゼルの場合セルモーターがガソリン車に比べ大きいと言う事です　
つまりそれだけ圧縮抵抗があるという事ではないでしょうか？

この回答への補足

それではスロットルバルブは何のためにあるとお考えでしょうか？

補足日時：2003/08/18 02:39

No.11 回答者： p-21 回答日時： 2003/08/17 21:02

＞エンジンブレーキの原理とは関係ないのですが、燃料が燃焼室内の冷却につかわれるとは初めて聞きました。

燃焼すれば何百度かの温度が発生するはずですが、これがどうして冷却に貢献するのでしょうか？


Twin　Ringさん横取り申し訳ない
燃料が内部の冷却に使われると言う表現ですが
燃料そのものが冷却に使われるという表現ではなく
燃焼温度を押さえる働きがあると言えばいいのでしょうか？
ターボエンジンなどのチューニングで空燃費がリーン（空気とガソリンの比率で空気量が通常に比べ多い）の場合燃焼温度が異常に上がりピストンに穴が空くという事は
比較的良く聞くハナシです　燃料を増やす（空燃費を濃くする）事で燃焼温度を下げる事が出来　結果燃料が冷却に使われたと言う事になります
直接的なことではないのですが
言葉の表現ととり方の問題で正解でもあるし間違いでもあります　ワタシ的には正解ですけどね

この回答への補足

ピストンに穴が開くほど高温になるとは、これも初耳です。

元に戻ってエンジンブレーキについてです。
最近の車はコンピュータ化されて複雑になっています。
そこで40年前に遡っていただいて、コンピュータとは無縁のエンジンで考えていただけませんでしょうか。
なぜ40年前を言うかといいますと、その当時でもエンジンブレーキという言葉はあったのです。

補足日時：2003/08/18 02:38

No.10 回答者： p-21 回答日時： 2003/08/17 20:54

＞あなたの説明ではエンジンは回転していても爆発はおきていないとなります。

そのままだと次第に速度は落ち、ノッキングを始めます。
この寸前でクラッチを一気に踏み込みます。
エンジンはやや速度を上げて回転します。
あなたの説明ではクラッチを踏み込んだ瞬間に再び爆発が起きることになったと解釈すべきだと思うのですが、それでいいのですね？

燃料カットの条件を満たさなくなれば再度
燃料の噴射が起きてエンジンは自力で回転をはじめます
それまでの間は車の惰性によるタイヤから伝達された回転力でエンジンは”回されて”います
燃料カットの条件で一般的なものは（メーカーの趣旨により多少違いがあります）　アクセルOFFでかつ一定回転数の場合　減速時と判断し　燃費向上と大気汚染防止の為燃料カットをはじめます　2000RPM程度がカットラインです
減速時にこれを下回れば再度燃料を噴射します
オシロスコープでインジェクターのコイル両端電圧を
観測すればこの様子が良くわかります

この回答への補足

＞2000RPM程度がカットラインです＜
オートマティック車のうろおぼえの記憶しかないのですが、2000rpmといえば高速走行時にアクセルから完全に足を放した直後が2000rpmくらいではなかったでしょうか？
オートマティック車とマニュアル車とでは違うかもしれませんが。
いずれにしても現在試すことのできる環境にいないものでどうしようもありません。

補足日時：2003/08/18 02:36

No.9 回答者： p-21 回答日時： 2003/08/17 15:55

＞＞で、この状態でアクセルを全開（スロットルバルブ全開）にしたらブレーキ効果は薄れるハズですよね？でも実際はどうでしょうか？　体感する変化はありません＜

アクセルを全開にしなくても踏み込んだだけで加速するので、“体感する変化“どころではないと思いますが、意味を取り違えているのでしょうか？


読み返したら言葉が不足していましたね　スミマセン。
注射器の例についてのレスとして
スロットルバルブの開け閉めについて
変わりない事を言いたかったのでその実験例について
書いたのですが　その時の条件として
惰性でかつキーOFF（点火なし）の状態での説明でした
ややこしくなっちゃいましたね　


＞でも、でも本当は「ナニモシナイ」ではなく「膨張」工程が行われているからエンジンは大きな音をたてているのではないでしょうか、というのがNo5の補足質問なのです。

音については空気の出入りの音が大半を占めると思うので膨張が起きなくとも音はします
エンジンのサイクルで　書物によっては
膨張でなく「爆発工程」とも言っています

この回答への補足

エンジンブレーキをかけているときには爆発は起きていないということがどうにも納得いきません。
マニュアル車でトップで走っていてアクセルから足を放します。
このときからエンジンブレーキがかかっていくことになります。
あなたの説明ではエンジンは回転していても爆発はおきていないとなります。
そのままだと次第に速度は落ち、ノッキングを始めます。
この寸前でクラッチを一気に踏み込みます。
エンジンはやや速度を上げて回転します。
あなたの説明ではクラッチを踏み込んだ瞬間に再び爆発が起きることになったと解釈すべきだと思うのですが、それでいいのですね？

補足日時：2003/08/17 19:25

No.8 回答者： twin_ring009 回答日時： 2003/08/17 15:33

まず誤解から説いておきます。

エンジンブレーキでは燃料の供給は「０」ではなく
「アイドル回転時の供給量」となります。
また燃料は全てが爆発エネルギーになる訳ではなく、
燃焼室内部の冷却にも使われます。

エンジンブレーキでの発生するエンジン音は、アイドルでの
エンジン音を異常回転させて発生させたものです。

そしてエンジンブレーキの実際の抵抗となるものは
「吸気抵抗」と「圧縮抵抗」の「複合作用」では？

確かにガソリンエンジンでは、スロットルを閉じて
流入空気を制限してしまえば、圧縮に掛かる圧力は
弱くなってしまい、大きな抵抗とはなりません。

しかし、スロットルを持たないディーゼル機関では
流入空気を制限できませんが、排気ブレーキが無い
普通自動車でも、強力なエンジンブレーキが効きます。
ということは「圧縮抵抗」も有効な抵抗であると思われます。

また、ターボ車とNA車では純然として圧縮比が、ターボ車の
方が低いのですが、エンジンブレーキは弱いものです。
しかし吸入される負圧の数値は、いずれも同じです。

従って、「吸入抵抗のみ」と断言も出来ないと思われます・・・・

この回答への補足

＞また燃料は全てが爆発エネルギーになる訳ではなく、
燃焼室内部の冷却にも使われます。＜
エンジンブレーキの原理とは関係ないのですが、燃料が燃焼室内の冷却につかわれるとは初めて聞きました。
燃焼すれば何百度かの温度が発生するはずですが、これがどうして冷却に貢献するのでしょうか？

補足日時：2003/08/17 19:05

No.7 回答者： noritaman 回答日時： 2003/08/17 15:29

燃料カット状態でエンジンが回っているとき、スロットルバルブを全開にすればエンジンブレーキの利きは悪くなります！。

（ディーゼルエンジンでエンジンブレーキをかけたのと同じ）
なお、エンジンの圧縮圧力を測るときにはスロットルは全開にしてクランキングします。
圧縮圧力で、ブレーキがかかるのであれば、圧縮圧力の高いディーゼルエンジンの方がエンジンブレーキの利きは良いはずですが、実際にはそうではありません（だから排気ブレーキが付いている訳です）
圧縮行程が始まってから膨張行程が終わるまで、吸排気共にバルブは閉まっているので、注射器でたとえれば注射針を完全に塞いだ状態でピストンを押す（つまり、圧縮行程）為には力が必要だけれども、押された空気の圧力で、力を抜けばピストンが押し戻される（膨張行程）ので、差し引きゼロと言う訳です。

インジェクションのエンジンであれば、減速時に燃料カットがされるので（ただ、スロットルを閉じていれば完全にカットするのではなく、次にスロットルを開けたときに点火ミスをしないようにタイミングによっては噴射しているときもあります）、プラグに点火はしているけれども、爆発は起きていません。
従って、減速時の音はメカニカルノイズがほとんどのはずです。
キャブレター式だと、エンジンブレーキをかけたときには強い負圧が発生し、燃料が吸い出されるために混合気が爆発限界を超えてミスファイアを起こし、未燃焼ガスが排気管内で爆発（アフターバーン）して、大きな音が出る事はあります。

マニュアルミッション車とオートマティック車のエンジンブレーキの効き具合の違いは、マニュアル車が、車輪とエンジンがダイレクトに繋がっているのに対し、オートマ車の場合、途中にトルクコンバーターが付いていて、そこで滑りが発生するために、仮にマニュアルと同じ減速比のレンジに入れていてもマニュアルのそれよりもエンジンの回転数が低いために利きが悪い訳です。
オートマでもＣＶＴの場合は、ダイレクトに繋がっていますので、その制御プログラムによってエンジンブレーキを強く効かす事が出来ます。

この回答への補足

マニュアル車もオートマ車も動かしてみる環境が現在ありません。
したがって、急な坂道をエンジンブレーキで下る際に、マニュアル車が大きなエンジン音だったか否かは昔のことなので記憶がこんがらかって定かではありません、失礼しました。
ただオートマ車は大きな音がしたことは確かで、本当にあの音が空気音とメカニカルノイズだけなのか大いに疑問を持っています。

＞圧縮行程が始まってから膨張行程が終わるまで、吸排気共にバルブは閉まっているので、注射器でたとえれば注射針を完全に塞いだ状態でピストンを押す（つまり、圧縮行程）為には力が必要だけれども、押された空気の圧力で、力を抜けばピストンが押し戻される（膨張行程）ので、差し引きゼロと言う訳です。＜
「差し引きゼロ論」でいけば、バルブが閉まっているときの吸入工程開始（上死点）から圧縮工程終了（上死点）も差し引きゼロと言えないでしょうか？

こだわるようですが、（マニュアル車で）トップで走っていてアクセルから足を放したらエンジンブレーキがかかります。そのまま放っておくとノッキングを起こしてエンジンは停止します。ノッキングを起こすということは爆発がおきている証拠ではないでしょうか？つまりエンジンブレーキをかけているときでも燃料の供給は行われているのではないでしょうか？

補足日時：2003/08/17 18:54