燃費アイテムと吸気側各部の最大流速推定方法

吸気側に燃費アイテムを取り付ける場合、その場所の流速がどの程度か評価しておいたほうが安全です。一部の方から問い合わせもありましたので、そのための評価方法を参考に載せますので、時間のあるときにでも、チェックして見てはいかがでしょう。
この図は、レシプロエンジンの吸気部分を模式的に表したものです。スロットルを全開にしてエンジンの回転数を高めていくと、吸気管の中の流速が速くなっていきます。でもエンジンの回転数に比例して吸い込む空気量がどんどん増えるかというとそうはなりません。このあたりのことは一般の方にはわかりにくいのですが、空気の圧縮性という特性のいたずらです。空気流量は、空気の密度×速度×面積で表されますが、吸い込み状態の空気は、速度が速くなるにつれて、吸気管の中の圧力が下がり、圧力が下がることで空気の密度が下がり、あるところまで行くと速度が速くなる以上に、密度が小さくなってそれ以上吸気流量が増えなくなります。WRCラリーなんかで、吸気リストラクターとか呼んでいるリングも、この原理によります。
ここでアクセル全開＆最高回転数での状況を考えてみます。この場合、吸気管の中の最小面積部分で流速は270m／s程度（吸気温度15℃）になっています。一方もっと上流の面積の広いところでは、どんな流速になっているでしょうか？　例えば、最小面積の2倍のところでは、、、、
このグラフの縦軸は、単位面積あたりの空気流量に比例する数値です。と言うことは、2倍の面積ですから最大流速の部位の50％の流量率で同じ流量となるので、そこの流速はおよそ90m／sと言うことになります。このように吸気管内の最小面積と、流速を評価したい部分の面積の比率がわかれば、その部分での流速を推定することができます。ちなみにストの1.7Lは最小径φ40mm、2。0は、φ42mmです。

エアクリーナ外周での流速推定
例えば、私がMP-3000を取り付けているエアクリーナ外周部分は、直径φ136mm、高さ160mm　面積の比率は　π/4×42×42/（π×136×160）＝0.02　　グラフから流速を読み取ると約3m/sとなります。特にスト2.0は、type-Rと同じエアクリーナを使っているのでここまで流速が低いようです。type-Rでは、4.3m/s位になります。パワーをあまり気にしない普通の車では、もう少し速いでしょう。

ところで、スト以外のクルマではどのように考えれば良いでしょうか。吸気管の最小径なんてよほど詳しい技術資料を持ってないとわかりっこありません。でも、最大馬力からおおよその面積を推定する方法があります。エンジンの最大馬力は、ほぼ最大吸気流量に比例するのでそれを利用します。ストの最大馬力は、153PS、吸気管の径はφ42mmより、π/4×42×42/153＝9mm2/PSとなります。例えば、280PSのエンジンなら、9×280＝2520mm2、直径にするとφ57mm位です。この数値と例えばエアクリーナの面積を比較すれば、そこの流速がわかりますし、サイクロンなんかをつけている方はその部分の直径から面積を求めると最大流速がわかるというわけです。ちょっとややこしかったかな　(^^ゞ