ポンプ損失

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ポンピングロス低減の技術

自動車の心臓部であるエンジンは、ピストンという部品が上下に動くことで動力を生み出しています。このピストンの動きによって、エンジン内部の容積が変化し、空気を吸い込んだり、燃えカスを外に出したりしています。まるでポンプのように空気を吸入し、排気ガスを排出しているのです。このポンプのような働きをする際に、どうしてもエネルギーの損失が発生してしまいます。この損失をポンピングロスといいます。ポンピングロスはエンジンの力を弱め、燃費を悪くする原因となるため、自動車開発においては、いかにこのロスを少なくするかが重要な課題となっています。エンジンが空気を吸い込むとき、吸気側の圧力が低いと、エンジンはより大きな力で空気を吸い込まなければなりません。これは、自転車のタイヤに空気を入れる場面を想像すると分かりやすいでしょう。タイヤの空気が少ない状態では、ポンプを押すのに大きな力が必要になります。同じように、エンジンも吸気側の圧力が低いほど、多くのエネルギーを使って空気を吸い込む必要があり、ポンピングロスが大きくなります。反対に、排気ガスを出すとき、排気側の圧力が高いと、エンジンは大きな力で排気ガスを押し出さなければなりません。これは、風船の口を小さくして息を吐き出す様子に似ています。風船の中の圧力が高いほど、息を吐き出すのが大変になります。同様に、エンジンも排気側の圧力が高いほど、多くのエネルギーを使って排気ガスを押し出す必要があり、ポンピングロスが大きくなります。このように、吸い込む空気の圧力と、吐き出す排気ガスの圧力の差が大きいほど、ポンピングロスは大きくなります。この圧力差を小さくするために、様々な技術が開発されています。例えば、吸気側の圧力を高く保つためにターボチャージャーやスーパーチャージャーなどの過給機が使われたり、排気側の圧力を低くするために排気管の形状を工夫したりするなど、様々な方法でポンピングロスを減らす努力が続けられています。

車の心臓、エンジンの吸排気損失とは？

車は、燃料を燃やして走るために、空気を取り込み、燃えかすを外に出す必要があります。この空気の出し入れの際に、実は力が少し失われてしまいます。これを吸排気損失と言います。吸排気損失はエンジンの力を弱める原因となるため、エンジンの働きや性能を理解する上でとても大切です。燃料を燃やして得た力を無駄なく車の走る力に変えるには、この吸排気損失をなるべく小さくすることが欠かせません。吸排気損失には、大きく分けて二つの種類があります。一つはポンプ損失です。エンジンはピストンの上下運動で空気を吸い込み、排気ガスを押し出しています。このピストンの動きで空気を出し入れする際に、抵抗が生じて力が失われます。この抵抗による損失がポンプ損失です。空気の通り道が狭かったり、詰まっていたりすると、抵抗が大きくなり、ポンプ損失も大きくなってしまいます。ちょうど息を吸う時に、細いストローを使うと息を吸うのに力がいるのと同じです。ですから、空気の通り道を広くスムーズにすることで、ポンプ損失を小さくすることができます。もう一つは排気損失です。燃えかすである排気ガスを外に出す際にも、抵抗が生じます。高温高圧の排気ガスは勢いよくエンジンから出てきますが、排気管の曲がりや狭くなっている部分などで抵抗を受け、その勢いが弱まってしまいます。この抵抗によって失われる力が排気損失です。排気管を太くしたり、出来るだけ真っ直ぐにすることで、排気ガスの流れがスムーズになり、排気損失を小さくすることができます。また、排気ガスの温度が高いほど、排気損失も大きくなるため、排気ガスの温度を下げる工夫も有効です。このように、吸排気損失にはポンプ損失と排気損失があり、それぞれ空気や排気ガスの通り道をスムーズにすることで損失を小さくすることができます。吸排気損失を小さくすることで、エンジンの力を効率的に使えるようになり、燃費の向上や力強い走りを実現することに繋がります。