エンジンブレーキ

エンジン ブレーキは、摩擦ブレーキや磁気ブレーキなどの追加の外部ブレーキ機構を使用するのではなく、内燃エンジン内の減速力を使用して自動車を減速するときに発生します。

この用語は、他のいくつかの種類のブレーキ、特に異なるメカニズムを使用する 圧縮解放ブレーキまたは「ジェイク ブレーキ」と混同されることがよくあります。

多くの国の交通規制では、トラックは常にギアを噛み合わせた状態で走行することが義務付けられており、これにより、アクセルペダルが踏まれていないときに、一定量のエンジンブレーキ（エンジンオイルとエンジンに送り込まれる空気の粘性損失、およびシリンダー壁とベアリングの摩擦損失）が提供されます。

「エンジンブレーキ」という用語は、アクセルペダルを離したときにガソリンエンジンで発生するブレーキ効果を指します。これにより、燃料噴射が停止し、スロットルバルブがほぼ完全に閉じ、ターボチャージャーなどからの強制空気流が大幅に制限されます。この制限により、シリンダーが対抗しなければならない強力なマニホールド真空が発生し、時間の経過とともにシステムから多くの潜在エネルギーが奪われ、エンジンブレーキ効果の大部分が生成されます。^[1]この真空マニホールド効果は、ダウンシフトによって増幅されることが多く、これにより、より高速に回転するドライブトレインがエンジンと連動します。

エンジンブレーキは、下り坂を走行する車両の速度を制御する有効な方法です。マニュアルトランスミッションで低いギアにシフトするか、オートマチックトランスミッションで「ロー」モードを適用すると、エンジンブレーキによりフットブレーキを繰り返し踏む必要性が減り、ブレーキが過熱するリスクが軽減されます。^[2]

ブレーキ力の一部はドライブトレインの摩擦によって発生しますが、これは空気の流れの制限によって生じるマニホールド真空の影響と比較すると無視できるほど小さいものです。^{[引用が必要]}

オートマチックトランスミッションでは、エンジンブレーキによってエンジン回転数が自然に上昇し、アクセルペダルを踏まなくても突然の回転数上昇が発生することがよくあります。

乗用車のディーゼルエンジンにはスロットルボディが装備されておらず、吸気マニホールド内で真空を発生させることができないため、エンジンブレーキがほとんど効きません。

大型車両では、車両の通常のブレーキ システムの負担を軽減し、ブレーキの過熱を防ぐために、エンジンが追加のブレーキ力を提供するように作られていることがよくあります。最も単純な形式では、排気の流れを制限するバタフライ バルブで構成されています。これは排気ブレーキと呼ばれ、主に古いトラックに搭載されています。効果は限られており、以下に説明するより高度なシステムは、新しい大型車両ではほぼ普遍的です。

圧縮解放ブレーキ（ジェイコブスブレーキまたは「ジェイクブレーキ」とも呼ばれる）は、実際のエンジンブレーキと最もよく混同されるタイプのブレーキです。主に大型ディーゼルトラックで使用され、圧縮行程の頂点で排気バルブを開くことで機能します。そのため、圧縮された空気に蓄えられた大量のエネルギーはクランクシャフトに戻されず、大気中に放出されます。これは非常に効果的なブレーキ方法で、大きな制動力を生み出し、摩擦ブレーキの寿命を大幅に延ばします。565馬力（421kW）のディーゼルエンジンは、2,100 RPMで最大600馬力（450kW）の制動力を生み出すことができます。^[3]

通常、圧縮行程では、上昇するピストンがシリンダー内の空気を圧縮するときにエネルギーが使われ、圧縮された空気が圧縮されたバネとして働き、ピストンを押し下げます。しかし、ジェイク ブレーキが作動すると、ピストンが下降し始める直前に圧縮された空気が突然放出されます (この圧縮された空気の突然の放出により、銃口から漏れる膨張ガスに似た可聴音波が発生します)。圧縮された空気に蓄えられたエネルギーが失われると、「バネの戻り」がなくなり、エンジンはピストンを再び引き下げるためにさらに多くのエネルギーを消費しなければなりません。

このタイプのブレーキは、エンジンの吸気マニホールドにマフラーがない場合、周囲に迷惑をかけるほどの騒音公害を発生する。逸話的には、削岩機に似た音がするが、その音の大きさは削岩機の音圧レベルの10～20倍（10～13dB大きい）である。多くの都市、自治体、州、県では、マフラーなしの圧縮ブレーキの使用を禁止しており、通常は人口密集地から離れた道路でのみ合法である。オーストラリアでは現在、圧縮ブレーキを使用する大型車両を自動的に撮影する交通取り締まりカメラの試験が行われている。^[4]

排気ブレーキは、ガソリンエンジンの吸気スロットルと同じように、排気を制限して機能します。簡単に言えば、排気の背圧を高めることで機能します。これらのブレーキのほぼすべては、スロットル バルブに似たバタフライ バルブで、ターボチャージャーがある場合はその下流に取り付けられます。

現代のディーゼルエンジンは、排出ガスに関する多くの厳しい規制の対象となっており、排気ガスに障害物が多くあるため、ガソリンエンジンのようなエンジンブレーキがかかっているように感じられます。主なものは次のとおりです。

• ターボチャージャーは失速時に背圧を発生させる
• 排気ガス再循環器(EGR) バルブは、多くの場合、制限された/狭いパイプを通じて、排気ガスをエンジンの吸気口に戻します。
• ディーゼル微粒子フィルター(DPF) は、大気中に放出されるはずの煤粒子を捕捉するように設計されています。DPF は排気の流れを大幅に妨げ、小型のエアコン コンプレッサーとほぼ同じ電力を消費する可能性があります。

予混合2ストロークエンジンのエンジンブレーキは、シリンダーとピストンの潤滑油が燃料と混合されて各シリンダーに供給されるため、エンジンに非常に有害となる可能性があります。その結果、エンジンブレーキ中は、エンジンは燃料だけでなく潤滑油も不足し、摩耗が加速します。多くの古い2ストローク車（サーブ自動車、ヴァルトブルク353など）には、エンジンブレーキをオプションにするために、トランスミッションにフリーホイール装置がありました。1970年代以降のほとんどの2ストロークオートバイエンジンは、スズキのポジフォースシステムのように、スロットルと燃料システムから独立したオイルポンプによる潤滑を採用しています。

電気自動車やハイブリッド自動車では、電気モーターが駆動系の抵抗となり、車両の運動から回収したエネルギーを使用して車載バッテリーを充電します。このエネルギーは、本来は無駄になります。ハイブリッド自動車では、バッテリーが完全に充電されると、エンジンが電力で稼働して余分なエネルギーを消費します。

アクセルペダルを離してエンジンを減速させると、車輪がトランスミッションを介してエンジンに接続されている限り、エンジンブレーキが効き始めます。クラッチが滑ったり、解放されたりすると、またはトルクコンバーターが車輪を解放するか、ブレーキエネルギーを吸収します。ブレーキ力は、エンジンとトランスミッションのギアによって異なります。ギアが低いほど、回転数が高くなり、トランスミッションを介して伝達されるトルクが大きくなるため、ブレーキ効果が高くなります (ギアが低いほど、エンジンから伝達されるトルクが大きくなります)。

エンジン ブレーキはブレーキの摩耗を防ぎ、ドライバーが車両をコントロールするのに役立ちます。ギアを低くしてエンジン ブレーキを積極的に使用すると、非常に急で長い坂を下るときに速度を制御し、ブレーキの過熱や過度の摩耗を防ぐことができます。ブレーキを使用する前にエンジン ブレーキをかけると、緊急停止のためにブレーキを使用することができます。エンジン ブレーキを使用して重力加速度に対抗することで、目的の速度が維持されます。エンジン ブレーキによって引き起こされる潜在的なトランスミッションの摩耗は、特定のテクニックによって軽減できます。クラッチを滑らせてシフトダウンを完了すると、車両が減速するためクラッチ プレートが摩耗し、ブレーキ パッドまたはブレーキ シューの役割を果たします。同じ設定で適切に回転数を合わせると、トランスミッション コンポーネントへのストレスが最小限に抑えられるため、エンジン ブレーキが車両を減速させる働きをします。

エンジン ブレーキの不適切な使用方法は、特に滑りやすい路面で過度の減速により車輪のスリップ (シフト ロックとも呼ばれます) を引き起こす可能性があります。ブレーキの過剰使用によるスリップと同様に、車輪がより速く回転できるようになるまで車両はトラクションを取り戻しません。ドライバーがシフト アップしてエンジン ブレーキを弱めるか、マニュアル トランスミッションのクラッチを切断すると、トラクションを取り戻すことができます。

トヨタ・プリウスのようなハイブリッド電気自動車では、エンジンブレーキはコンピュータソフトウェアによってシミュレートされ、従来のオートマチックトランスミッションの感覚に一致します。長い下り坂では、「B」モードは低速ギアのように機能し、内燃機関のより高い回転数を使用してエネルギーを浪費し、バッテリーの過充電を防ぎます。^[5]ほぼすべての電気自動車とハイブリッド自動車は運動を電気に変換することができますが、回生ブレーキを使用しているときは内燃機関は車両の減速に使用されない為、エンジンブレーキとは異なります。

エンジン ブレーキは一般的に受け入れられている方法であり、摩擦ブレーキの摩耗を抑えるのに役立ちます。一部のモーター スポーツでは、摩擦ブレーキの過熱のリスクを軽減するために使用されています。また、燃料噴射エンジンは、エンジン ブレーキがかかっている間は燃料を使用しません。これは、減速燃料カットオフ (DFCO) として知られています。

ほとんどの国では生産が終了していますが、キャブレター付きエンジンは今でも数多く使用されており、DFCO メカニズムがないため、エンジン ブレーキは燃費に逆効果です。燃料の無駄遣いによるコストは、ブレーキの摩耗軽減によるメリットをはるかに上回る場合があります。

• ダイナミックブレーキ、電気エンジンと同様の効果
• リターダー
• 概念的に類似した蒸気機関車の特定の種類のブレーキ（ブレーキに蒸気エンジンシリンダーの圧縮を使用する）
  • 逆蒸気ブレーキ
  • カウンタープレッシャーブレーキ