●圧縮比とブースト圧とカム開度の関係

●ターボ車を買うとまずはじめのチューンとして「ブーストアップ」というのを行うのがもはや定番

となっていますね。 ま、ここではつっこんだ話まではできませんが。

個人的に「吸気管圧力(ブースト圧)」と「吸気量」とけっこうごっちゃにして考えてる方が多いの

ではという事が気になったのでちょこっと書きます。

まず、エンジンの出力より出すために必要なのは「できるだけ多くの混合気をシリンダーに取り込む」

ことから始まります。 そう、重要なのは圧力ではなく「量」なのです。

エンジンは吸気バルブから混合気を取り込む一方、排気バルブからは常に燃焼ガスを排出しています。

このエンジン本体が「呼吸する」量に対してターボチャージャーがどれほど供給することができるか

というバランスが大事です。 つまり、エンジン自体はもう吸入量の限界に達しているのにそれを

考えずにいたずらにブースト圧を上げても、それは単に「吸排気が追い付かずに糞詰まっている」状態

で圧力数値のみが上がっているので、実質取り込まれている吸気量はたいして増えてないことになり、

そればかりか、とくに排気マニフォールドでの糞詰まりが原因で熱が溜まり、引いては燃焼室の温度

まで過度に上げてしまうことに繋がるので、リスクばかりが上がって非効率もいいとこです。

●要するにいくら圧力をガンガンあげて(もちろんターボの風量が充分だと仮定して)もノーマルカム

ではシリンダー内に入る混合気量はバルブ開度によりある時点で頭打ちとなり、それ以上は単に

「糞詰まり」になってブースト圧だけが意味なく上がるので、パワーアップどころか吸気温度がムダに

上昇し酸素密度が低下したり、インペラーにムダな負担がかかってターボの寿命を縮めたり、引いては

エンジン自身の温度も上げてしまってパワーダウンを招くだけです。

当然このままターボチャージャーを風量の多い大型のモノに交換しても効果は薄いです。前述のように

吸排気を制御してるのはカムですので、エンジンにもよりますがカムと同時に考える必要があります。

もちろんカムは開度のみではなくバルブタイミングの変更によるオーバーラップの設定も重要なので

ノーマルカムでもタイミング調整だけでけっこういける場合もあるとは思いますが。

●そこでまた変わってくるのが圧縮比です。 圧縮比はシリンダーやピストン、ガスケット、ヘッド等

をいじらなければ変化しないと思うかも知れませんが、ここで重要なのは「有効圧縮」です。

4サイクルエンジンの圧縮行程を考えていただけると容易にわかると思いますが、実際に混合気を圧縮

してるのは吸気バルブが閉じられてからですので、必然的にノーマルの開度が小さいカムでは早いタイ

ミングから圧縮が開始されますので長い行程で圧縮することができますが、開度の大きいカムほど

圧縮が始まるタイミングが遅れていくので有効圧縮行程の距離は短くなっていきます。

つまりスペック上の圧縮比は同じでも実際の「有効圧縮」は一般に開度の大きいカムほど小さくなって

いきます。

簡単にいえば機械的容積としての圧縮比よりも、「圧縮圧力」を重視すれば良いということですね。

ターボエンジンの場合は圧縮をやや低めにするのが当然ですが、そうするとターボの有効に働かない

低負荷領域ではトルクが不足します。 逆に大きい風量のタービンで高ブーストを掛けてパワーを出し、

高回転まで回す時には高い「圧縮圧力」がその妨げになります。

個人的にはそのバランスを取るために圧縮比自体は、低速トルクを上げレスポンスを良くするために

やや高めに、そして高ブースト、高負荷域ではバルブタイミングを可変させオーバーラップを増やして

圧縮圧力を下げることで圧縮比を下げたのと同じ効果を出すのがベストかな…と考えたりしてます。

 

そういえば去年か今年、アウディだかどこかが「可変圧縮比エンジン」ってのを試作してましたね。

ヘッドがリンク機構を介して上下する構造のようでしたが、あんまり意味あるとは思えないかも(笑)

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