エンジン負荷とスロットルバルブ開度、インテークマニホールド負圧の関係

質問

現在、車の専門学校で勉強をしています。学科の授業で「エンジン負荷とスロットルバルブ開度、インテークマニホールド負圧の関係」をやったのですが、いまいち分かりません。どなたか分かる方がおられましたら教えてください。お願いします。

回答No.4

blue1200

エンジン負荷＝スロットルバルブ開度と考えて下さい。

上り坂で速度を維持しようとすれば、よりアクセルを踏む様にエンジン負荷(抵抗)とスロットル開度(出力)は比例します。
二つのバランスが取れた所で、速度は一定となります。
逆に、二つの力を比べて抵抗が大きければ速度低下
　　　　　　　　　　　抵抗が少なければ加速となります。

インテークマニホールド負圧は、スロットル開度に反比例します。

エンジンが運転中は、絶えず空気を吸っています。この吸い口がインテークマニホールドですね。
このマニホ－ルドを塞ぐ様に付いているのがスロットルバルブです。
当然、アクセルを踏まない状態では、吸い口を塞いでおいて吸うのですから、負圧が高まります。
逆にアクセルを踏めば、バルブは開き抵抗無く空気は吸入されるので負圧は低下します。

掃除機に例えると、口を塞いだ状態がマニホ－ルド負圧の高い状態。
　　　　　　　　　口を塞がない状態がマニホ－ルド負圧の低い状態。
負圧は、文字通り大気圧以下に圧力が下がった状態の事です。
空気の流量ではなく単に圧力の事ですが、実車でもＥＧＲやＰＶＣバルブ等この圧力を利用・計測して制御する重要な数値です。
整備士になってからも、基礎知識として絶えず付いて回りますから、頑張って勉強して下さい。

回答No.3

noname#80187

エンジン負荷というのは、何でしょうか？

エンジンの回転を妨げる力です。高負荷時というのは、エンジンの回転をさまたげる力が強い時です。

スロットルバルブの開度とは、何に関係あるでしょうか？スロットルバルブの役割は何でしょうか？
アクセルペダルと連結していて、アクセルペダルを踏めば、スロットルバルブは開く、その結果、どうなるでしょうか？

アクセルペダルを踏む＝スロットルバルブが開くということです。

スロットルバルブは、エンジン内に入る空気量を調整しています。
スロットルバルブを開けば開くほどエンジン内に入る空気量は多くなります。

アクセルペダルを踏む＝スロットルバルブが開く＝エンジン内にたくさん空気が入るということです。

さて、インテークマニホールド内の負圧についてです。

まず、空気は、目に見えませんが、存在しています。
「真空」と呼ばれる状態は、空気は存在していません。

空気の圧力＝空気量と捉えて間違いないです。

上空に行くほど空気の圧力は少なくなります。富士山なのでは、空気圧が低い＝空気量が少ないです。

エア・コンプレッサでは、空気を圧縮して、空気圧を高めています。

上空に行くほど、空気の圧力が低くなる＝空気量が少なくなる
エア・コンプレッサでは、空気を圧縮して、空気圧を高くしている＝空気量が多い。

で、普段の状態、今、呼吸を吸っている状態、これが大気圧です。
これ（大気圧）より低い圧力＝少ない空気量　　になると負圧、
これ（大気圧）より高い圧力＝多い空気量　　になるとなんていうのでしょうか？（特になんて言われているか知りません。）

自動車には、チャージャ（ターボチャージャ、スーパーチャージャ）がついている車とついていない車があります。
ついていない車で説明します。

ピストンの排気行程で燃焼ガスを排出します。この状態で、インレットバルブ、エキゾーストバルブが閉じたまま、ピストンが下降したら、空気量はどうなるでしょうか？

ペットボトルで想像してください。空のペットボトルを潰して蓋をしめるとそのままの形を維持します。つまり、元の状態に戻ろうとするのを妨げる力が発生していますよね。
そして、ペットボトルの蓋をあけると、空気を吸い込んで元に戻りますよね。これが吸入行程です。

中の空気を出して元に戻そうとすると、戻らない。
この場合、ペットボトル内の空気量が少なく（空気圧が低い＝負圧の状態）ペットボトルの外側から大気圧がかかっています。
ペットボトル内の空気量、空気圧が少ない（負圧の状態）ので、外側押されている訳です。

ペットボトルの蓋を開けると中に大気圧が入り、ペットボトルの外側の大気圧と釣り合って元の形に戻ります。

エンジン内のシリンダに入る空気量を調整しているのは３つあります。
１つ目は、スロットルバルブ、
２つ目は、ＩＳＣＶ（アイドルコントロールスピードバルブ）
３つ目は、インレットバルブです。

インレットバルブが閉じた状態では、空気は入ってきません。
スロットルバブルが閉じた状態では、空気は入ってきません。
ＩＳＣＶが閉じた状態では、空気が入ってきません。
これは解りますよね？

ＩＳＣＶは忘れて、インレットバルブとスロットルバルブです。
インレットバルブは、カムシャフトによって、基本的に開く量がきまります。

後、調整できるのは、スロットルバルブです。
スロットルバルブを全開にすれば、インレットバルブが全開になった時に、シリンダには入れるだけの空気が入りますよね。
ＮＡ（ターボチャージャやスーパーチャージャではないエンジン）の場合、簡単な理論上では、
　スロットルバルブ全開
　インレットバルブ全開で
　シリンダに入る空気量は大気圧と同じ量です。

では、スロットルバルブの開く量が少ないと入る空気量はどうなるでしょうか？
大気圧より少なくなりますよね。
大気圧より少ない、小さいということは、負圧ということです。
大気圧より小さい＝大気圧より空気量が少ない＝負圧です。

バキュームセンサで、シリンダ内の空気圧を調べることで、空気量が解るということは、こういうことです。

スロットルバルブ全開＝大気圧＝大気中の空気量と同じ
ストットルバルブちょっと開いている＝大気圧より低い圧力＝大気中の空気量より少ない＝負圧

です。説明が長いですね。

バキュームセンサとは、日本語で負圧測定（負圧センサ）です。
＝ではないのですか、バキュームセンサ、ブースト圧センサ、プレッシャセンサ、圧力計というのは同じようなものです。

シリンダにバキュームセンサはつけられません。というかついてません。
どこについているのか？解りますか？

シリンダのインレットバルブより前のインテークマニホールド（インレットマニホールド）についています。私が見たのは、

インレットマニホールドの前のサージタンクについていたというより、サージタンクの圧力を測っているエンジンでした。

ポイントは、
スロットルバルブより後ろ（シリンダ側）についていて、シリンダより前（スロットルバルブ側、エアクリーナー側）についています。
このついている位置がポイントです。

スロットルバルブより前（エアクリーナ側）は、大気圧です。
スロットルバルブを通過することによって、インレットマニホールド内に空気が入ります。そして、シリンダに入ります。

スロットルバルブを閉じめにすると、インレットマニホールド内に入る空気量は少なくなります（空気圧が低い＝負圧）。その空気量がそのまま、エンジンのシリンダ内に入ります。

インレットマニホールドの空気圧力（空気量）＝シリンダ内の空気圧（空気量）となるのです。
ですので、インレットマニホールド内の圧力（負圧）をよむことによって、シリンダ内に入る空気量が解るのです。

ガソリンエンジンでは、シリンダ内に入った空気量に見合った燃料を噴射し、基本的に理論空燃費にしています。

そして、エンジン負荷が出てきます。

話が変わり、自転車の話をします。
自転車で坂道を登るとき、平坦な道と同じ速度で登るには
平坦な道を走る時に比べ、足に入れる力はどうなりますか？
強くなりますよね。

逆に坂道を下るとき、平坦な道と同じ速度で下るには、
平坦な道を走る時に比べ、足に入れる力はどうなりますか？
弱くなりますよね。

エンジンは、クラッチとミッションのギヤが繋がっていると、タイヤと直結しています（マニュアル車の場合）。つまり、坂道を登るときは、強い回転力が必要となる訳です。
逆に坂道を下る時は、エンジンの回転力は弱くても良いのです。

キーワードです。
アクセルペダル（＝スロットルバルブの開度）では、直接には、エンジン回転速度を調整していません。

エンジン回転速度は、エンジンにかかる回転抵抗（＝エンジン負荷）と混合気の爆発する力のバランスによって決まっています。

また、話が戻るのですが、
スロットルバルブを全開（アクセルペダルをベタ踏み）では、シリンダ内にたくさん空気が入り、それに見合った燃料を噴射するので、とても、多い混合気が作られ、それが爆発すると強い爆発力＝エンジンの回転力になります。
逆にスロットルバルブを全閉（アクセルペダルから足を離す）と、シリンダには、空気が少ししか入らず、それに見合った燃料を噴射しても、それほど多くの混合気はつくられません。ですので、爆発力は（多い混合気）比べて弱いです

薄い混合気とは、理論空燃費に比べ空気が多い状態
濃い混合気とは、理論空燃費に比べ燃料が多い状態
多い混合気とは、混合気（理論空燃比の気体）の量自体が多い状態
少ない混合気とは、混合気（理論空燃比の気体）の量自体が少ない状態

エンジンにかかる回転抵抗が少ない（＝エンジン負荷が少ない）と、少ない混合気の爆発力でも、勢い良くエンジンを回します。つまり、坂道を下る状態です。
回転抵抗が少ない（エンジン負荷が少ない）から、弱い力でも、勢い良くピストンを下降させることが出来、エンジン回転速度が上昇するのです。

調べるには、Ｎ（ニュートラル、ＭＴでＡＴでも可）でアクセルペダルを踏んでみてください。軽く踏むだけでエンジン回転数が一気に上昇すると思います。

エンジンにかかる回転抵抗が大きい（負荷が大きい）場合、弱い力だとピストンを下降させることができないので、エンジンを回すことができません。
つまり、エンジンにかかる回転抵抗が大きい（負荷が大きい）場合、多い混合気が必要になります（＝アクセルペダルを踏む＝スロットルバブルは開く）。
多い混合気により、強い爆発力でピストンを下降させ、エンジンを下降させます。

調べるには、ＡＴのＰレンジでアクセルペダルをペダルをベタ踏みして見てください。ＡＴのＮレンジよりもエンジン回転速度が上昇しないはずですから。（ちなみ、ストールテストと同じことをするので、制限時間は３秒です。ミッションに無理がかかるので、ちなみブレーキペダルをベタ踏みすること）

ＭＴ車では、坂道を４速、５速で登れば解るはずです。一気にエンジン回転速度と車の速度が下がっていきますから。アクセルペダルを踏んでもし失速しつづけます。
「走行抵抗＝タイヤを回すのを妨げる力＝エンジンを回すのを妨げる力＝エンジンの回転抵抗＝エンジン負荷」　が多い状態では、それ以上の爆発力と爆発スピード（ピストンを下降させるスピード）を出さないと速度が維持できないのです。

どうでしょう？解りましたか？
まとめると、
空気圧＝空気量
負圧＝大気圧より圧力が低い
負圧＝大気圧より空気量が少ない

スロットルバルブでは、インレットマニホールドの空気量（空気圧）を調整している
スロットルバルブでは、シリンダ内の空気量（空気圧）を調整している。
インレットマニホールドとシリンダ内の空気量（空気圧）は同じ
インレットマニホールドの空気圧を調べることによって、シリンダ内の空気圧が解る＝シリンダ内の空気量が解る

シリンダ内の空気量に応じて燃料を噴射して混合気を作る

混合気の量の応じて爆発力、エンジンの回転力が違う

エンジン負荷とエンジンの爆発力によってエンジン回転数が決まる。

アクセルペダルはスロットルバルブの開閉を調整している

スロットルバルブでシリンダ内の空気量を調節することによって、混合気の量を調整することになり、エンジンの爆発力を調整している。これによいってエンジン負荷に応じてエンジン回転速度を速度を調整している

関係は、
「エンジン負荷が小さい時で、エンジン回転速度がそこそこが絶対条件の場合」

弱い爆発力でエンジンは回るから、少ない混合気で良いことになる。
少ない混合気にするには、シリンダに入る空気量を少なくすれば良い。
シリンダ内に入る空気量を調整するのは、スロットルバルブ、スロットルバルブをあまり開かなければ良い（閉じ気味で良い）、それを調整するのは、アクセルペダル。
　インレットマニホールドの内圧力＝低い（負圧大）
　スロットルバルブの開度＝あまり開いていない
　エンジン回転速度＝そこそこ

「エンジン負荷が小さい時で、エンジン回転速度が高い絶対条件の場合」

弱い爆発力でエンジンは回るから、少ない混合気で良いことになるが、少ない混合気では、エンジンは早く回らない。そこでたくさんとはいわないが、中ぐらいの混合気の量が必要になる。
後は、アクセルペダルを中ぐらい踏み、でスロットルバルブを中ぐらい開き、シリンダに入る空気量を中ぐらいにして、混合気の量が中ぐらいにする。

　インレットマニホールドの内圧力＝中ぐらい（負圧大と大気圧の中間ぐらい）
　スロットルバルブの開度＝中ぐらい
　エンジン回転速度＝高い

「エンジン負荷が大きい時で、エンジン回転速度が低いが絶対条件の場合」
エンジンの回転抵抗が大きいから、それなりの混合気が必要になる。あとは、それなりの混合気になるように調整すれば良い。エンジン回転速度が低い状態でなので、多すぎる混合気は必要ない。だから、中ぐらいのアクセルペダルの踏み量、スロットルバルブの開度で良い。

　インレットマニホールドの内圧力＝中ぐらい（負圧大と大気圧の中間ぐらい）
　スロットルバルブの開度＝中ぐらい
　エンジン回転速度＝低い

「エンジン負荷が大きい時で、エンジン回転速度が高めが絶対条件の場合」
エンジンの負荷が大きいということは、強い爆発力が必要となる。
さらに、エンジン回転速度を高めにするには、より強い爆発力が必要となる。
より強い爆発力、ぶっちゃけ、最高爆発力が必要になる。
そのためには、最高量の混合気が必要になる。
それには、最高量の空気がシリンダに入らなければならない。
それには、アクセルペダルをベタ踏みし、スロットルバルブを全開しなければならない。
　インレットマニホールドの内圧力＝大気圧（負圧小）
　スロットルバルブの開度＝大
　エンジン回転速度＝高（１速でやっとできる程度）

となります。
後は、エンジン回転速度とシリンダ内の充填効率とういう考えも必要になってきますが、それを説明するともっと長くなりますので、教科書を見て調べてください。整備振興会の教科書なら、２級ガソリンに載ってます。

以上、長くなりましたが、参考になれば幸いです。私も理解するのに先生に質問ぜめでしたから。
キーワードは、「アクセルペダルが直接でエンジン回転速度を決めているのではない」です。

回答No.2

nekoppe

負荷とスロットル：「加速、登坂、人や荷物が多い」、という状態は負荷が高い＝「高出力が必要」、という事になり、スロットル弁（絞り弁）を開け（絞り不要）出力を高める事になります。

負荷と負圧：マニホルドとシリンダの容積は負荷に関係なく一定です。低負荷でスロットル弁が閉じぎみだと、ピストンが上死点から下降する時、マニホルド内の気体はでシリンダ容積の分だけ膨張するので、圧力が下がり（＝負圧が高い）ます。負荷が掛かり、スロットル弁が開いて行くと、ピストンが下降してもマニホルドに大気が流入するので圧力低下は少なくなって行きます。

高速高負荷：郊外や高速道路の登坂を、速度を落とさず高速で走行するような状態ですと、エンジンの高速回転によりマニホルド内の流速も速まる為、圧力が低下します。

全てが解らないのではないはずですから、解らない事項を具体的にしてもらえると、もっと的確な回答が受けられると思います。

回答No.1

prop_and_jet

（http://oshiete1.goo.ne.jp/qa2770616.html）の ANo.4 はどうでしょうか。

電気掃除機に、ジャバラホースを付けて、ジャバラの先に手を当てて塞いで、

そのイメージですね。

電気掃除機＝エンジン

手＝スロットルバタフライ

ジャバラホース＝インテークマニホールド

エンジン（掃除機）が停止中は、マニホールドプレッシャーも大気圧ですね。

エンジン（掃除機）が回転し始めますと、アイドリングではスロットル（手）はほとんど塞いだ状態ですので、インテークマニホールド（ジャバラホース）内の気圧が下がります（負圧になる）。

エンジンに負荷がかかるということは、掃除機のモーターの回転数が落ちるということですので、塞ぐ手がそのままでもジャバラ内の負圧は弱まります（大気圧に近付く）（気圧が上がる）。

スロットルを開けてやっても、相対的にエンジン回転数も上がってくればインテークマニホールドプレッシャーは下がったままです。
（エンジンrpm が レッドゾーン付近でも、エンジンのクラックシャフトに負荷がなければインテークマニホールドプレッシャーは下がったままです。）

エンジンに負荷がかかって回転数が思うように上げられなければ、インテークマニホールドプレッシャーははね上がります。

インテークマニホールドプレッシャーゲージは、そのまま「パワーインジケーター」になるのです。

例えば、Holden Commodore
Commodore ＶＢ　ＶＣ　ＶＨ の頃のだったと思いますが、
（http://www.southgate.com.au/history.htm）
（http://www.uniquecarsandparts.com.au/car_info_holden_commodore.htm）
（http://www.users.on.net/~nweber/commodore/）
ＶＢ（http://www.uniquecarsandparts.com.au/holden_commodore_VB_technical_specifications.htm）
ＶＣ（http://www.uniquecarsandparts.com.au/holden_commodore_VC_technical_specifications.htm）
ＶＨ（http://www.uniquecarsandparts.com.au/holden_commodore_VH_technical_specifications.htm）

この車にはタコメーターは付いてなく、インストゥルメントパネル内には、スピードメーターの隣にはでっかくインテークマニホールドプレッシャーゲージがド～ンとありましたね。ＮＡ車です。

（http://www.uniquecarsandparts.com.au/gallery/pdf/Holden_Commodore_VC.pdf）の２ページ目を拡大してインストゥルメントパネルをご覧下さい。

このように、パワーインジケーター（MANIFOLD VACUUM）が付いていますと、便利ですよね。

タコメーターはぜひとも必要ですので、インパネ内に大きく３連で、ＮＡ車であろうと MANIFOLD VACUUM 計を新車の状態で付けてほしいものです。
（その分高くなってしまうので現実には無理でしょうが。）
（せめてもメーカーオプションで、有ってほしいものです。）（社外品で、どこかにボコッと付けるものや、ちっこい３連1DINのものは付ける気がしません。）

MANIFOLD VACUUM 計が付いていますと、非常に便利ですよね。

エンジンが低回転時にアクセルを踏んでしまうと、車はぜんぜん進まないのに MANIFOLD VACUUM 計（パワーインジケーター）の針はグ～ンとはね上がりますので、

「ああ、今、ものすごくガソリン使っているんだ。でも車がぜんぜん進まないということは、運転の仕方が間違っているんだ。」と、だれにでもすぐに把握できるようになります。

つまり、掃除機のモーターシャフトに負荷がかかって回転数が上がらないのに、スロットル（手）を開けてしまっては、インテークマニホールドプレッシャーだけがはね上がることになります。

負荷がかかっていてエンジン回転数が低いのにスロットルを開け過ぎてインテークマニホールドプレッシャーを高めてしまうと、プリイグニションやデトネーションの原因になりますよね。

ＮＡ車でも、運転席に MANIFOLD VACUUM 計があれば、この状態になっているかどうかが一目で分かります。

・車は力強くもなっていないのに、 MANIFOLD VACUUM 計の針はグ～ンと上がっている。 → プリイグニションやデトネーションの原因になる運転になってしまっている。

・MANIFOLD VACUUM 計の針はグ～ンとはね上がっているが、車もグイグイ加速している。 → 正常。