内燃機関超基礎講座 | ポンピングロスを減らせ！

ポンピングロスとは何が発生させているものなのか、どこで生じてしまう現象なのか。それを低減するための手段にはどのようなものがあるのか。

　上の写真のように（青く光っている部分）、ガソリンエンジンのスロットルバルブは円筒状の吸気通路をマンホールのフタで塞ぐような形をしている。フタの中心（直径）に軸を通し、軸を回すとバルブが開くようになっている。アクセルペダルとこのスロットルがワイヤーで直結されていた時代は、ペダルの踏み込み量とバルブの開き具合をチューニングしていた。


　現在の乗用車は、その多くが電子制御スロットルであり、アクセルペダルのポジションセンサーからの信号を受け取って電気モーターで開閉する仕組みだ。そのため、アクセルペダルの踏み込み量に関係なく必要に応じてスロットルバルブを開け閉めできる。




　しかし、スロットルバルブが少ししか開いていない状態では必ずポンプ損失が発生する。空気量は少しでいいという低負荷域でもピストンのストロークは一定であり、ピストンが下降して外気を吸い込もうとしているのにスロットルバルブは少ししか開いていない。そのため大気圧よりも吸入気の圧力が低くなり、ピストンが行なうポンプ仕事が邪魔される。

注射器は針の中の通路よりも注射器本体のシリンダー径がはるかに大きい。そのため、シリンダー内の液体は針の内径分だけしか通過しない。注入量を細かくコントロールするには適しているが、時間あたりの吐出量は極めて小さい。これがポンプ損失である。

　このムダを解消するため、現在の乗用車は低負荷域でもスロットルバルブを大きく開けたり、スロットルバルブとは別にEGR（燃焼済み排ガスの再循環）を使ってピストンがスムースなポンプ仕事を行なうように工夫している。EGRガスを使って大気圧と吸入気の圧を同じに保つという方法である。

高圧（High Pressure）EGR。NA（自然吸気）では排気を直に吸気に導くが、この場合もEGRクーラーを使って温度を下げることが当たり前になってきた。それがクールドEGRである。ポンプ損失の解消だけでなく燃費向上にも効果がある。

低圧（Low Pressure）EGR。ターボチャージャーに向かう排気エネルギーは削がず、タービンより下流から排気を取り出してコンプレッサー側に排気を導く方法。そのため吸気温度が高くなるが、シリンダーに導く手前にチャージエアクーラーを置いて吸気温度を下げる。

ノンスロットリングの試み。ポンピングロスが嫌ならスロットルバルブを無くしてしまえばいい。吸気量コントロールは吸気バルブのリフト量を連続可変にすればできる。BMWはこう考え、バルブトロニックを実用化した。補助的にスロットルバルブは持つが、吸気量はバルブ作動量で調節できる。