車の吸気負圧：仕組みと活用法
車を知りたい
先生、「吸気負圧」ってなんですか？自動車のエンジンに関わる用語みたいなんですが、よく理解できなくて…
自動車研究家
なるほど。「吸気負圧」は、エンジンが空気を取り込む時に発生する圧力のことを指します。ストローでジュースを吸う時をイメージしてみてごらん。口の中で陰圧が発生してジュースが吸い上げられるよね？エンジンも同じように、ピストンが空気を吸い込む時に負圧が発生するんだ。
車を知りたい
ああ！なんとなくイメージがわきます！でも、ストローと違ってエンジンは吸ったり吐いたりしてますよね？吸う時だけ負圧になるんですか？
自動車研究家
良い質問だね！実は、エンジンの回転中は常に吸気負圧は発生しているんだ。アクセルを踏んでいない時は負圧が大きく、アクセルを踏むと負圧は小さくなる。この負圧を利用して、ブレーキの補助や排気ガスの制御など、様々な部分を動かしているんだよ。
吸気負圧とは。
「吸気負圧」とは、自動車のエンジンにおいて、吸気マニホールド内の圧力が大気圧よりも低くなる現象を指します。エンジン内部のピストンが下降する際に、スロットルバルブによって吸入される空気量が制限されるため、吸気マニホールド内に負圧が発生します。
アイドリング時や低負荷運転時など、スロットルバルブが閉じ気味になっている状態では吸気負圧は大きくなります。逆に、アクセルを踏み込んでスロットルバルブを大きく開いた状態では、吸気負圧は小さくなります。
ターボエンジンを搭載した車では、ターボチャージャーによって空気を圧縮してエンジンに送り込むため、吸気マニホールド内は正圧になります。これを過給圧またはブーストと呼びます。
吸気負圧は、ブレーキのパワーアシストやフラップバルブなどのアクチュエーターを作動させる動力源として利用されています。
吸気負圧とは？
車のエンジンは、燃料を燃焼させることでパワーを生み出していますが、その燃焼に必要な空気を取り込む際に発生するのが「吸気負圧」です。分かりやすく例えると、ストローでジュースを吸う時、口の中が少しへこみますよね。あれと同じように、エンジンがピストン運動で空気を取り込む際、ピストンとシリンダーの間に一時的に真空に近い状態を作り出し、その圧力差によって空気を吸い込んでいます。この圧力差こそが「吸気負圧」と呼ばれるもので、エンジンの状態や回転数によってその強さは常に変化しています。
吸気負圧の発生メカニズム
– 吸気負圧の発生メカニズム
車のエンジンは、ピストンの上下運動によってシリンダー内部に負圧を発生させ、外気を吸い込むことで動作します。この、エンジン内部と大気圧との圧力差によって生じる力が「吸気負圧」です。
ピストンが下降する際、シリンダー内部の容積が拡大します。すると、内部の空気圧が低下し、大気圧よりも低い圧力、つまり負圧の状態が生じます。この負圧によって、空気は高圧な場所から低圧な場所へと移動する性質により、エアクリーナーを通して新鮮な空気がエンジン内部へと引き込まれます。
吸気負圧の強さは、エンジンの回転数やスロットルバルブの開度によって変化します。回転数が低く、スロットルバルブが閉じている状態では、吸気抵抗が大きいため、強い負圧が発生します。逆に、回転数が高く、スロットルバルブが開いている状態では、吸気抵抗が小さくなるため、負圧は弱くなります。
吸気負圧とエンジンの状態
エンジンが稼働している時、ピストンが上下運動することでシリンダー内には圧力の変化が生まれます。吸気行程では、ピストンが下降することでシリンダー内圧力が低下し、外気圧よりも低い負圧が発生します。この負圧を利用して空気をエンジン内部に引き込む力こそが、吸気負圧なのです。
吸気負圧の強さは、エンジンの回転数やアクセルの開度、エンジンの状態によって常に変化しています。例えば、エンジン回転数が低いアイドリング時やアクセルをオフにした状態では、吸気負圧は大きくなります。逆に、高回転時やアクセルを大きく開けている状態では、吸気負圧は小さくなります。これは、エンジンが必要とする空気量と吸入できる空気量のバランスによって変化するためです。
このように、吸気負圧はエンジンの状態を如実に表す指標の一つと言えます。吸気負圧の変化を読み取ることで、エンジンの調子や異常をいち早く察知できる場合もあるのです。
吸気負圧の利用例
吸気負圧は、車の様々な機能に利用されています。 その中でも代表的な例としては、ブレーキの倍力装置があります。 ブレーキペダルを踏むと、吸気負圧を利用してブレーキの油圧を倍増させ、少ない力で強力な制動力を得ています。 その他、吸気負圧は、排気ガス還元装置（EGR）や燃料圧力レギュレーターなどにも利用されています。 EGRは、排気ガスの一部を吸気側に送り込むことで燃焼温度を下げ、窒素酸化物の排出量を抑制する装置です。燃料圧力レギュレーターは、吸気負圧の変化に応じて燃料の圧力を調整し、エンジンへの燃料供給量を最適化しています。このように、吸気負圧は、車の走行性能や環境性能の向上に大きく貢献しています。
ターボエンジンとの関係
ターボエンジンは、この吸気負圧を積極的に利用するエンジンの代表例です。ターボチャージャーは、排気ガスのエネルギーを利用してタービンを回し、コンプレッサーを駆動します。コンプレッサーは、大気を圧縮してエンジン内部に送り込みますので、自然吸気エンジンよりも吸気負圧は低くなる傾向にあります。しかし、アクセルオフ時など、排気ガスのエネルギーが低い状態では、ターボチャージャーの回転数が下がり、吸気負圧が発生する場合もあります。
ターボエンジンにおいては、この吸気負圧の変化が、ターボラグと呼ばれる現象に影響を与えます。ターボラグとは、アクセルを踏み込んでからターボチャージャーが十分な過給圧を得るまでのタイムラグのことです。吸気負圧の変化を適切に制御することで、ターボラグを低減し、エンジンのレスポンスを向上させる技術も開発されています。