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2011年09月23日

なぜMT車のカタログ燃費はCVTに劣るのか?JC08モードについて②

なぜMT車のカタログ燃費はCVTに劣るのか?JC08モードについて②  前の日記ではJC08モードの時間と車速の関係、および「標準変速位置」によって使用出来るギヤが制限されており、全般に低ギヤで引っ張りすぎの傾向にある事を説明しました。では、実際の車両においてどれ位の負荷&回転域が使われているのでしょうか?

 JC08モードでは時間に対する車速変化が定められており、車両の加速度が解ります。これに車両の質量(重量)や走行抵抗、ギヤ比および伝達効率を考慮してやればその時々に必要なエンジントルクが計算出来ます。
 私の現在の下駄車はC4 1.6HDiですが、日本では馴染みの薄い過給ダウンサイジングディーゼル搭載車ですので、ここでは私が来年乗換え予定のBMW 120iクーペ(並行6MT)を例に考えます。添付の図において横軸がエンジン回転数[rpm]、縦軸がトルク[Nm]で太い赤のカーブがアクセル全開時にエンジンが出せる(Full load=全負荷)トルクになります。
 右下がりの青いカーブは20~120[kW]までのエンジン出力一定のラインを示します。右上がりの色分けされたカーブは、平坦路を加速も減速もしない状態で巡航するのに必要な、各ギヤにおける必要トルク(Road load)になります。
 左下に多数散らばっている点が、算出されたJC08モードにおける運転領域で、点の色は各ギヤにおけるRoad loadのカーブと同じです。点一個が1秒間に対応しています。点がマイナストルクの方向まで散っているのはエンジンブレーキ状態も含むためです。

 過去の日記で何度か触れてきた事ですが、シリンダー内で燃えた燃料のエネルギーが全てエンジン出力として取り出せる訳ではありません。フリクションやポンピング等による損失を差し引いた残りの部分だけがクランクシャフトからの出力として利用できます。
 エンジン回転数を上げればフリクションロスは急増し、ガソリン車であればスロットルを絞ればポンピングロスを生じます。これらの影響を避けてエンジンを効率よく運転するには、必要とされる出力に対し極力低回転・高負荷で運転する事が必要です。
 添付図によれば120iクーペの場合、JC08モードによる運転ではほとんど出力20kW以下の領域で用が足りる事が解りますが、この中でも右下向きの赤い矢印(Inefficient)ではなく、なるべく左上の緑色の矢印の方向に常用域をもっていく事が重要なのです。
(エンジン単体の燃料消費率マップを見た事が無い方は、是非一度Eine bequeme Reiseの中にあるエンジン特性と車両走行燃費をご覧ください。エンジン性能曲線の下に「燃料消費率等高線」が見えると思います。等高線の高さ"SFC"は1kW×1時間の仕事をするのに必要な燃料の質量[g]を現し、数値が小さいほど効率が高いことを示します。)

 添付図の点の分布を見ると要求出力に対して低負荷・高回転側に散り過ぎており、燃費低減を狙うにはまだまだ低回転域の使い方が全然足りないと思います。
 まぁ「4段以上の手動変速機を備える乗用車」と言っても様々ですから、必ずしも120iクーペの様に動力性能に余裕があるクルマ(とは言っても、現在の水準であれば普通だと思うのですが。。。)ばかりでは無いので、無闇に高ギヤを使うようにするとJC08モードのパターンに沿って走行出来ないクルマも出てくるでしょう。しかし、それなら動力性能に余裕のあるクルマも無いクルマも、一緒くたにして同じタイミングで変速させるのはそもそも最初から絶対に無理があると思います。
 それぞれのクルマの動力性能に合わせて、シフトタイミングなんてメーカ(受審者)任せにすれば良いと思うのですが。。。いったい何でこんな「標準変速位置」が必要なのでしょう!?
ブログ一覧 | MT(手動変速機)およびMT車。 | 日記
Posted at 2011/09/23 01:45:14

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この記事へのコメント

2011年9月23日 11:56
先生!おはようございます!

こんな難しい話、以前の自分なら「チンプンカンプン」だったと思うのですが、今までの先生の講義のお陰で、何と今回は概ねですが理解出来ました!

あるクルマに関して、加速度が決まれば必要出力も決まるので、例えばJC08モード走行のような緩加速なら、必要出力も概ね20kW以下となる。

また、ある出力を発生させるのに、異常燃焼にならない範囲で高ギア低回転としたほうが、フリクションロスも減るし、更には1回転当たりの必要トルクが高くなり1回転当たりの燃料量と空気量が比例して増大するのでポンピングロスも減る。すなわち、低ギア高回転と高ギア低回転では、クランクシャフトから取り出せる出力が一定の場合、フリクションロス及びポンピングロスの双方が小さい後者のほうが、ロスが少ない分、燃料が節減出来る。

という風に理解出来ました。

しかし、件のPDF資料から発展してここまでのブログ内容になるのですから、「さすがは先生!」という感じです(笑)。
コメントへの返答
2011年9月25日 0:07
T-kazuさん、こんばんは。(笑

 学生時代は自動車エンジン設計を夢見ていたので、夢破れた今でも時々こうしてエンジンをネタにして遊んでますが、こんな日記でもT-kazuさんの様にちゃんと理解してコメントを下さる方がいるのは本当に励みになります!今後もどうぞ宜しくお願いいたします。。。

 既にT-kazuさんも良くご理解されている通り、クルマという乗り物は(急加速やきつい登坂、超高速巡航を除く)殆どの状況で持てるエンジン出力の数分の1~十分の1程度しか使っていません。このような状況下で無駄な燃料消費を減らすにはご指摘の通り高いギヤでエンジン回転を下げてやる必要があるのです。
 但し低燃費を狙って巡航時にギリギリまで負荷率を上げておくと、余裕駆動力(添付図の個々の点からFull loadの線までの高さの差)が小さくなり、いざ加速しようとした時にアクセルを踏んだだけでは充分な加速力が得られません。MTならドライバーが先読みして予めシフトダウンすれば済む事ですが、ATの場合は「ホールドギヤで加速したいのか?」「一気に回転を上げて急加速したいのか?」という難しい判断を迫られます。また過給ダウンサイジングの場合はターボラグの問題も出てきてしまいます。。。

>件のPDF資料から発展してここまで
1024個のセルに車速を打ち込むのは途中で心が折れそうになりましたが(笑、お陰様で楽しく遊べました。これもT-kazuさんのお陰です!

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