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イイね!
2008年09月08日

吸気温度とトルク・出力の関係を検証する(誤りアリ)

【2008.09.17追記】:以下、換算計算、間違ってます。
過給有・無にディーゼルエンジンの乗数を使ってます。
ガソリンエンジン用の改訂版を後日ブログに掲載しました





季節の変わり目なので、日、時刻によって、かなりエンジンの調子が変わる今日この頃。

今までのクルマでは、そこまでシビアにそういう環境変化について気になったりしなかったのだが、B4ではやたらと気になる。
かなり気持ち良いときと、とことんダメなとき。
いろいろと努力の甲斐あって、今夏は昨夏よりもちょっとマシだったが、敏感であることには変わりない。


B4が、環境条件によりシビアにエンジン・フィールが変わる件について、

 (a) B4が高性能車だから?
 (b) B4が低クオリティなスバル車だから?

という二択をボンヤリと考えたりしてたのだが、真面目に検証してみた。



エンジンダイナモ(エンジンのテストベンチね)では、計測したトルク・出力に対して、環境条件をパラメータとした補正をかけるのが一般的だ。
SAE(Society of Automotive Engineers)、JISなどが、エンジンの種類(ガソリンなのかディーゼルなのか、NAなのかターボなのか、空冷なのか水冷なのか・・・・)に応じた換算計算式を規格化している。

各規格で、微妙に計算結果は異なるものの、基本的な考え方は同じで、

 ・吸気温度
 ・大気圧

がパラメータである。


つまり、測定したトルク・出力に対し、試験条件の気温、大気圧を元に、基準温度25[℃]・基準大気圧99[kPa]相当の値に換算してやることで、環境条件による測定結果のバラつきを補正してやるワケだ。



SAEもJISも規格なので、ここで計算式を書くことに問題はないハズだが、JISの規格書のPDFはダウンロードが有料なので(無料にしろヨ!)、ここでは計算式の記述は行わない。



JISのガソリンエンジン車の換算計算の逆数を取れば、大気圧、吸気温度に依って、エンジンのトルク・出力がどのように変化するかを計算することが可能だ。

今回は、話をシンプルにするために、大気圧は無視し、吸気温度のみをパラメータとして抽出した計算式を用いた。

で、グラフ化してみた。
NA(自然吸気)、ターボ(過給器)それぞれについてグラフを描いてみた。



【1】吸気温度とトルク(倍数)


縦軸は「倍数」。「換算係数」と思って頂いてよい。
トルクおよび出力にこの倍数をかけてやった積が、吸気温度に依存したトルク・出力の換算値となる。

ターボがNAよりも過激に気温変化に依存することがわかる。

また、当然「倍数」なので、高出力・高トルク車ほど吸気温度の影響を受け易いことがわかる。




【2】吸気温度とトルク


私のB4のカタログ定格トルク、35[kg・m]に【1】の倍数をかけたグラフ。
ターボでは、約5[℃]で1[kg・m]変化している。




【3】吸気温度と出力


私のB4のカタログ定格出力、280[ps]に【1】の倍数をかけたグラフ。
ターボ換算では、1[℃]につき1.33[ps]変化している。

よく「吸気温度を1[℃]下げると1馬力アップ!」みたいな文章を見かけるが、JIS規格を信じるなら、あながち嘘でもなさそうだ。

ただし、上述のように、1[℃]変化における変化出力値は、元となる出力に依存するので、「吸気温度を1[℃]下げると1馬力アップ!」がどのクルマにも同様に効果があるわけじゃないが、200[ps]クラスのターボカーなら効果がありそうだ。




・・・・と、いうことで、B4が、環境条件によりシビアにエンジン・フィールが変わる件について、

 (a) B4が高性能車だから?
 (b) B4が低クオリティなスバル車だから?

のどちらか、といえば、

 (a) B4が高性能車だから
 (1) ターボ車だから
 (2) インタークーラがイケてないから

という結論に達した。



インタークーラを冷却性能の高いものに交換すれば吸気温度を抑え、上記のグラフのように出力・トルク向上が見込める上、ノッキング・マージンを稼ぐことができ、点火時期を進角することが可能となるため、インタークーラの重要度は極めて高いと改めて実感。





【2008.09.17追記】:冒頭の追記のように、換算計算、間違ってます。
過給アリ・無にディーゼルエンジンの乗数を使ってます。
280[ps]、35[kg・m]のディーゼルエンジンに関しては上記のような特性だと思ってください。
ちなみに、JISでなくSAE規定のガソリンエンジンの換算には上記グラフも近いです。

JIS規格に基づいたガソリンエンジンの改訂版グラフはコチラ
SAE規格に基づいたガソリンエンジンのグラフはコチラ




●自動車技術関連関連目次はこちら
●レガシィB4(BL5A)のECUチューン関連目次はこちら
●レガシィB4(BL5A) 関連目次はこちら
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Posted at 2008/09/08 18:36:27

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この記事へのコメント

2008/09/08 20:39:24
夏場と冬場でエンジンの感じが違うな~と思っていたら、温度によってずいぶん違うんですね・・・。
真冬の0度と夏場の30度ではエンジンパワーって・・・。

夏場にベストタイムが出ないわけですね・・・・。

ここまで差があるとは・・・。

単純にインタークーラーを交換すればエンジンに優しくパワーアップできそうですね(^^)
ただ値段が・・・・。
コメントへの返答
2008/09/08 22:22:05
ねー。ビックリしますよね。
人間の体感もアテになるもんだ、と見直しました。

ただ、ホンマはこのテの換算式には、

「吸気温度は±10℃(つまり15~35℃)の範囲でのみ計算式を適用すること」

「換算値は0.93~1.07の範囲内とする」

など、条件がつくので、上記グラフのフルレンジには適用されません(それでも十分に幅広いですが・・・)。

インタークーラの向上はパワーアップ目的じゃなくても、ノッキング軽減などを含め、エンジンには絶対的に優しいですよね。
高価ですが(ToT)

来年夏前には交換するゾ!
2008/09/08 21:51:08
今、東北で流行中のパーツクリーナwwwについて
的を得た回答かもしれませんね!

上置きだと、さらに効果があったのも頷けます。
コメントへの返答
2008/09/08 22:24:18
パーツクリーナー、I/Cをキレイにするためじゃなくて、一時的に冷やすためでしたか~。

シャシダイの専門家の方も、

「スバル車はインタークーラのエアインテーク付近にブロアをもっていって送風すると10~20[ps]上昇する」

とおっしゃってました。
2008/09/08 22:56:44
吸気温度が効く根本的な理由は、エンジン効率を決める本質的な理由が「絶対温度」の比であるからだと思います。吸気温度が変わっても、燃料から発生する熱量は同じなのだから、パワーは同じだと思いがちなのですが。ですので、エンジンを「冷やす」ためにわざと濃い燃料を吹いたりするのですが、最近は燃費を稼ぐために「燃料による冷却を回避する」というのが至上命題になったりするようです。
コメントへの返答
2008/09/08 23:13:40
> 「絶対温度」の比

正しく!
換算式も、基準吸気温度との絶対温度の比がパラメータとなってます。
熱力学の基本ですよね!(←基本を語れるほど覚えちゃいないんですが・・・)


> 「燃料による冷却を回避する」というのが至上命題

これは、二極化しているように思えます。

GDBインプレッサのように、過剰な燃料冷却(A/F=8台)は最低な例と言えますが、VWやAudiのTSIなんかは直噴化により、効率的にシリンダ内を燃料冷却することでノッキング・マージンを稼ぎ、過給と高圧縮を両立→高効率化を実現しています。
2008/09/08 23:21:39
連投すみません。

熱力学・・・・まさに基本ですね。理論は所詮理論なのですが、その上に立って考えるのと、そうでないのとは、文字通り雲泥の差なんですよね。巷にあふれる「オカルトグッズ」を見抜くには、理論を知るのが最短コースですね。

直噴エンジンについては、まぁいろいろ有って、一概にいいとも悪いともいえないところはありますが・・・・結局のところ、“燃費”を優先するか、PMだのNOxだのを抑えることを優先するか、の二律背反なんですよね。メーカーのエンジニアの皆様が、一番苦労しているところだと思います。
コメントへの返答
2008/09/08 23:28:32
オカルトグッズに関しては・・・・メーカの説明が胡散臭さ全開でも、本当に本当に体感できる商品なら、メーカが説明できてない、現代科学で解明できてないマジックがあったりするのかも・・・
と、全否定はしていない私です(でも買わない)。


個人的には直噴賛成派で、もう終わってるEJ20にあとひと頑張りさせる唯一の手段だとも思ってます。
ディーゼル・ボクサーからの流用でイケそうですし。

でも、エボXが直噴化しなかった理由が、
「チューナーが手軽に触れなくなることを嫌って」
みたいな話を読んで、いろいろ考えさせられました。
2008/09/08 23:40:45
書き忘れましたが、Mag.Xの「ざ・総括」だったと思いますけど、スバルのターボ車のエア・インテークについて“あんなところから空気は入らない”って覆面エンジニアに喝破されてて、へぇ、そーなんだー!と納得してしまった私です。
コメントへの返答
2008/09/09 07:46:36
覆面エンジニア(笑)

エアインテークも問題アリですが、エンジンの上、そして何よりタービンの上にインタークーラが配置されているのが問題ですよね。

911ターボのインタークーラも昔はエンジン上でしたが・・・
2008/09/09 03:27:34
燃費変化にもかなりの影響があるようですね。
夏場の最低記録には…閉口しました(°.°;
今年は特に早く最高気温のピークがきていたので
今月に入ってからの燃費が伸びたのは良い傾向です。

アクセルの踏み方とギアセレクトが大きく貢献しているのかも?
最近やっと…街中の5速の正しい使い方が分かってきた感があります。
コメントへの返答
2008/09/09 08:18:08
エンジンの効率低下
 ↓
アクセルを踏み、回転数も上げて走行
 ↓
燃費低下

の流れはありますよね。

エアコンは単純に大きな燃費悪化に繋がりますけどね^_^;
2008/09/09 11:28:41
こりゃまた興味深い検証ですね~^^
インタークーラーの交換(ひょっとしたらゼロスポのクールアクションのような商品による冷却効率アップも?)でノッキングマージンが稼げるのなら交換してみたいですね。
…おいらはGDB純正流用が現実的かなw
コメントへの返答
2008/09/09 11:32:49
GDAはレガシィより、エアインテークバルジがゴツいだけマシですよね。

私は、I/C上置き自体にやっぱり問題があるように思えるので、以前は純正交換タイプを検討してましたが、現在は前置きタイプ交換するつもりです(貯金して、交換は来年初夏の予定です)
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