ATのパワーロスについて 先日、これから免許を取ろうと思っている甥から、相談を受けていたのですが、その話の中でATはMTに比べて、パワーロスが甚だしいのではないか、という疑問を提示されました。

Question

たとえばAB2台の扇風機を向かい合わせに置いて、片方のA扇風機を回せば風が起き、もう片方のB扇風機も回りますね。ただし逆回転で。
これは間にある空気が力を伝えるからで、周囲に逃げる空気があるために、AとBは同じ回転速度にはならないわけですね。Bの軸の摩擦もありますしね。

ではこれを狭い筒の中に置いてやれば、逃げる空気は少なくなり、効率よくBの扇風機を回せますが、それでも同速度にはならない。逃げる空気がゼロにならないからです。

ところがある程度Bが回れば、いっそ、AとBをくっつけてやれば、固体同士の摩擦力次第で、やがて同速度で回るようになるでしょう。これがMTにおけるクラッチの原理だと説明してやりました。

そこで疑問！

現実の自動車におけるオートマチックトランスミッションでは、片方の扇風機に相当するエンジンの回転力（トルクや馬力）は、液体クラッチのATFを介してドライブトレーンに伝わりますが、絶対に同じにならないどころか、かなりパワーロスが出るのではないかと言うのです。

ロスしたパワー＝エネルギーは、ATFを熱して、外殻から熱となって逃げていくのでしょうね。

そこで質問なのですが、ATではエンジン出力と軸馬力に、どれほどの差が出るのでしょう？ 同じエンジンを使用するMTとでは、軸馬力はどれほど違うのでしょう？

残念ながら文系の私には、現役理系大学生の甥っ子に、だからMT免許を取っておけ！と説得できるだけの説明が出来ませんでした。

どなたかお知恵をお貸しいただけませんでしょうか？
どうぞよろしくお願いいたします。

Answer 1

効率は、設計次第でどうにでもなるんですよ。
実は、オートマチックの仕組みの大切な機構にトルクコンバーターというものがあります。流体で１次側と２次側を結合させるわけですが、効率を上げるには、羽根の枚数を増やし、１次と２次の羽根の距離を狭めるだけですから、特に高度な魔術があるわけではありません。

◎ １次側と２次側の回転数の差が大きくても良い設計
・ 効率が悪い。
・ 滑らかに伝わるため変速ショックが小さい
◎ １次側と２次側の回転数の差が小さくなる設計
・ 効率は高い
・ 変速ショックが大きい

【 変速ショックを小さくして高効率にする方法 その１ 多段化 】

省エネが叫ばれるようになると、効率の悪さがネックとなってきます。
そのため、変速段数を増やして、１次と２次の回転数の差が大きくならないような設計にすれは、高効率のトルクコンバーターを使っても変速ショックを小さくできます。そこで、最近では、レーシングカーをはじめとして、多段オートマチックを用いる車が多くなりつつあります。

【 その２ ロックアップクラッチ 】
トルクコンバーターの１次と２次の回転数が接近したときに、マニュアル車と同様のクラッチで、１次と２次を繋いでしまう機構です。このクラッチが接続された状態では、マニュアル車と全く同等の効率になります。ロックアップクラッチを用いたオートマチック機構は、従来のマニュアル車の半クラッチ状態のときだけトルクコンバーターが働くと考えたのと同様で、熟達したドライバー以上のエネルギー効率となります。Ｆ1などのレーシングカーでも、このロックアップクラッチを使った多段オートマチックを使っていますが、ドライバーの意思に応じてシフトアップ、シフトダウンをするような仕組みが付加されています。

【 最近の日本車は、高効率 ロックアップクラッチ付オートマチックが主流 】

そのため、パワーロスは大きくありません。マニュアルとオートマチックは同等。
半クラッチのへたなドライバーならオートマチックの方が高効率となっています。

外国製スポーツカーや昔の車に乗るときには、このパワーロスを考えなくてはなりません。

古い車の例では
http://www.goo-net.com/catalog/TOYOTA/SPRINTER/
のページをご覧ください。
同じ「GF-AE114」でも、5MT （５速マニュアルトランスミッション）では、14.6km/L なのに、4AT では、11.8km/L （読みにくいのでリットルはあえて大文字のＬにしました）
この程度の差となっています。

もっと古い時代には、２速オートマチックというものもありました。こうなると、ものすごい変速ショックを和らげるために、エネルギーロスを承知で１次と２次の間の結合を弱めることが必要でした。

【 オートマチック限定免許 】
マニュアルミッションでクラッチ機構のあるタイプでも、「電子制御でクラッチペダルの無い車」なら運転可能ですから、最近増えてきたデュアルクラッチトランスミッションも運転できます。

質問者からのお礼コメント

多段式クラッチとロックアップクラッチですね。

ありがとうございました。

Answer 2

自分で説明できない事を他人に納得させることはできませんよ、いまどきMTのゴリ押ししても何もなりません。
トルクコンバーターの欠点である回転に差が無くなれば伝達率は０％になることに触れてない回答者がいないのも疑問です。

Answer 3

細かい原理を説明しなくても、そのぐらい学生なら自分で納得いくまで調べるように言えば解決しませんか？

本人がＡＴ限定でもいいと思っているなら必要になった時点で限定解除すればいいだけの話なのでそれで解決すると思うのですが。その際の余計な出費と拘束される時間などを説けば理解できると思います。。

Answer 4

動力の損失はクラッチだけではないのでミッション全体で考えたほうがいいですよ。

ミッション単体の伝達効率は，以下のようになります。
MT 95%以上
CVT 低速＝85% 高速＝75%
AT 低速＝80% 高速＝90%

Answer 5

その扇風機の例はただしいです。
授業でもそうならないました。

ただ現実は密閉された中にフルードがありフルードは圧縮されないので伝達率は99.8%にも(98.9%だっけな?)にもなり特に気にするほどでもないです。
いまは電磁クラッチのAT、CVTもあり、それはほぼMTと同じ構造。

MTとATを比べるよりFFとFRを比べたほうが軸馬力に差が大きい。(FRのほうが損失ある)

Answer 6

フルードカップリングについてのご説明は、扇風機の例で良いと思います。すばらしい。

ATについては色々な機構があるのですが、この限られた場での説明は、私には困難です。

一般的にトルクコンバーターという機構を持っていまして、MTよりもトルクを増大しています。

Answer 7

その辺りを上手く説明するのは難しいですがオートマも進化していて高速時は直結とかCVTのように無段階変速が有るので一概にマニュアル車が効率的とは言い難いんですよね…

マニュアル車の免許をとる必要性をゴリ押しするのであれば『トランスミッションを操作して的確なギヤを選択して運転することにより先読み運転が出来るようになる』
『オートマはバカでも乗れるけどマニュアル車はセンスが無いと上手く乗れん』
『ギヤチェンジする時に揺れない様に気を使えば同乗者を不快にさせる事はまずない』

等でしょうか…