mad-Eのブログ一覧

やる気なくて、クルマ乗ってないので、くだらないブログばかりです。すみません。

こないだの、Garretのモータ付きターボチャージャの件で、書き忘れたことを思い出したので、先にそれを。
以前の、Garretのモータ付きターボは、コンプレッサホイールより外側に別なベアリングで支持してモータがついてたんだけど、今回のは、コンプレッサホイールとベアリングの間にモータがついてますね。
どっちも長短あるけど、コンプレサホイールの内側にモータがあって、その内側にベアリングあるほうが、コンプレッサホイールとかタービンホイールを変えたときにそのまま成立する可能性が高いから、量産展開としてはこっちのほうが良いかな。
ターボチャージャは、普通の回転機械と違って、やわらかい（弾性域で曲がりやすい）軸を真ん中の狭いスパンで支持して、両側に比較的大きなディスク付けてる回しやすい形状なので、曲げ３次超えて曲げ４次とか５次で回っているので、この形のほうがなんかなる可能性が高いです。
３か所以上で支持してると、どっか仕様が変わると全面的に設計しなおさないと成立しない場合が多いので。
量産のターボチャージャの場合、極論すれば、真ん中のベアリングハウジングは、大・中・小くらい用意して、エンジンとのマッチング次第でいろいろな、コンプレッサホイールとタービンホイールを組み合わせます。なので、ベアリングハウジングはできるだけ同じ設計で行けるようにしないと、商売がなり立たないんですよね。

それは、それで、今日はよく見るダウサイジングターボの記事で気になる（気にいらない）点について。
一般的にはゴルフVから始まって、もう１０年以上たっているので、いろいろあるのはあるのですが、基本的には、NAのエンジンに対して６割から７割くらいの排気量のターボチャージャ付きエンジンに変えて、同じくらいの動力性能で、モード燃費はだいぶよくなるってのが、ダウンサイジングターボです。
燃費が良くなる理由は、すこく大雑把に言うと、自動車が普段(燃費計測モードも)はエンジンの定格トルク（カタログのトルクカーブ、全負荷）に対して、ずっと低いところ（部分負荷と言ったり低負荷と言ったり）を使うんで効率（Kwあたりの燃料消費量）が悪いところを使うことになってしまうのだけど、排気量を小さくすれば、全体的に負荷が高くなって、効率が良くなって燃費が良くなる。エンジンが軽くなって車重が軽くなるとか、メカニカルロスが減るとかもあるけど、主に負荷率を上げるのが目的。
で、ターボがついている理由で、低速トルクを上げるって書いてあることが多いんだけど、すくなくとも、モード燃費の領域において、ターボがエンジン低速域のトルクを稼いていることはなく、この領域はトランスミッションのワイドレンジ化のほうが効いている。ゴルフVも７段のDSGだったでしょ。ターボがついているのは、排気量が小さくなると、最大出力が小さくなって、最高速度が出なくなるから。欧州市場は１８０km/hくらいで巡航できないと商品性が欠けてしまうらしいので。ついでに言うと、欧州の中間加速って、140km/hくらいで巡航してて、シフトダウンなしでスロットル全開にした時の加速具合を評価するらしいです。

たぶん、北米とかアジアなら、ターボ付けないで、排気量下げて、ミッションだけワイドレンジにしてモード燃費よくなりましたってのもありだと思う。最近の軽のNAのモード燃費が良いやつとかは、そんなかんじだよね。ジャトコが外部トルコン付きのCVT作って、確かそのころレンジ比が３．５くらいだったのが、５以上になってすっごくよくなったな、と思ったけど、最近はたしかレンジ比が7.5くらいになってたはず。（トランスミッションのワイドレンジ化の話ね）

ゴルフVの話に戻るけど、ちょうどそのときに直噴も併せて適用されたから、その前のポート噴射のターボ過給エンジンと比較して、全負荷では最大トルクより下の右上がりの領域の高トルク化とフラットな最大トルクが得られたけど、電動スロットル＋自動ミッションでもモード燃費では、ずっと低い負荷の領域で使ってて、インマニ圧が正圧になる時間はほとんどないので、過給によって燃費が良くなってるメリットはないといってよいと思う。
ターボチャージャに対しての要求って、トルクカーブが右上がりの部分のトルクを上積みしろ（その領域の過給圧をあげろ）って言われるんだけど、乗用車でその辺使うのって、中央道下りの談合坂登るときくらいじゃないかな、須玉の登りもそうかな。商用車はそこがトルクが出てないと、役に立たないから、普通にシーケンシャル2段過給とかにするんだけど、乗用車は意味ないじゃないかな。

モータ付きターボチャージャだと、制御ソフトうまく作れば、モード燃費の中でもインマニ圧が大気圧くらいになって、その分アクセル開度が減ったり、自動ミッションがシフトダウンしないで済んだりしてモードでも燃費よくなるんだけど。

書いてみて、あんまし面白い話にならなかったど、そういう記事見るたびに気になるので、一応挙げておきます。

どうせなんで、つぎ、EGRとかの話も書いておこうかと思います。ではまた。

タイトル写真、CARVIEWの記事の写真なんでパクッてます。たぶん、広報資料でしょうし。

CARVIEWの記事でGarrettのモータ付きターボチャージャの記事が上がってて、すこし内容が気になった（気に食わなかった）ので、書いてみます。

この記事、前段がないので、そこから。
主なターボメーカ（Garrett・Borg Warner・三菱重工・IHI）は、20年前くらいから、モータ付きターボチャージャの開発を行っており、１２，３年前には形になっていて、学会とか雑誌とか新聞とかに発表しています。


前置きは、このくらいにして、10年以上前は、ハイブリッドはまだ眉唾（プリウスⅡの時代だからそれは言いすぎか）だし、ダウンサイジングターボもVWがGolf V（ヴイじゃなくて５）で言い始めたころ。


はなしをもどして、そのころ、ターボはターボラグがダメだって言われるから、じゃぁモータつけてタービン軸（ターボの回るところ）を加速してやるぜ、って各社（前記４社）モータ付き作ったわけ。

初めに行っておきますけど、エセ科学というか飲み会ネタです。ウソじゃないけど、厳密ではありません。
結論は、4輪ドリフトは、グリップの1.4倍の速度で旋回できる。。。

ターマックだと、グリップが速いのかスライドが速いのかよくわかりませんが、グラベル（砂利）とかスノーなら、ある程度の速度以上では入り口で姿勢を作らないと（ドリフトアングルをつけないと）曲がれません。機械工学科の学生で、自動車部でダートラやってたころは、これに対してうまく説明ができなかったのだけど、たぶん、サラリーマンになって、１～２年くらいでこれから書く説明を思いついたような気がします。

話を単純化するために、運動としては質点の等速円運動です。糸のついた球を糸の一端をもってぐるぐる回している状態、球が円に対して加速も減速もしない状態。クルマの定常円旋回をすごく単純化した状態。

この時、向心力Fは、質量ｍ、回転半径ｒ、角速度ωに対して
　F＝ｍ・ｒ・ω・ω　（2乗がうまく書けないのでω2回かけてます）
いきなり向心力って書いちゃったけど、上の糸の話だと、糸の張力で、世の中的な言い方だと遠心力です。見方の違いだけで同じだけど、話の流れとしては、向心力がよいと思うので、向心力を使います。

クルマはUコンの飛行機と違って糸がついてないので、タイヤのスリップアングルで旋回中心側へ押されます。3次元的に考えるとキャンバーとかも影響するけど、ここはスリップアングルだけで考えます。タイヤの摩擦円で横方向の力です。
定常円旋回だと半径ｒが決まっていて、車重mもほぼ変わらないので、タイヤのスリップアングルによるサイドフォースと角速度ωの二乗が比例するというになります。免許の講習でも遠心力は速度の二乗って言ってるでしょ。角速度は、時間当たりの糸の角度変化分だけど、ｒ・ωで速度なので、ωと速度は同じ感じでよいでしょう。

ここまでは、前置き。

グリップ走行のイメージで、前輪が内側に切れている状態を
　F=ｍ・ｒ・ω１・ω１
と表します。
4輪ドリフトで、上のグリップの前輪の切れ角と同じドリフトアングルをつけて、ステアリングを車体に対してまっすぐにした状態は、前輪と後輪が車体の進行方向に対して、それぞれサイドフォースを発生するので、向心力は２Fで
　２F＝ｍ・ｒ・ω２・ω２
割り算すると
　ω２＝√２　・ω１
になり、グリップより4輪ドリフトのほうが、約1.4倍の速度で回れることになります。

という説明。
いろいろ仮定は多いけど、グラベルとかの低μ路で姿勢を作らないと曲がれない説明にはなると思います。ターマックはたぶん、スリップアングル付けたことによる前後方向の減速要素のほうが効いているのだと思います。あと、ここで言ってる4輪ドリフトって、入り口で内側にステアリング切るけど、回りだしたらカウンターは当てないでステアリングはまっすぐにして走ってます。グラベルでカウンター当てるのは失敗してアングル付きすぎた時だけなんで。

聞き手が、向心力（遠心力）の式を覚えていないと、全然ネタにならない話ですが。

ちなみに、『向心力 スリップアングル』とかでググると、ちゃんと図があって説明してあるページがあります。

ウエストのエンジンが遅いのはあきらめているけど、キャブ用点火コントローラ＋理想イグナイターはいまだに妄想中です。

いまおいらのみんカラアカウントのフォロワー１８３だそうですが、トラ技とか見る人って１割くらいでしょうかね？今月、LTspiceの特集でしたね。
この手のはなしを読んでると、妄想が進みます。
ちなみに、おいらはメカ系のテストエンジニアでエレキ系の人間ではありましぇん。

基本はフルトラなんです。
昔は、フルトラって、ほんとに、パワトラでスイッチングしてたんですよね。
まじめに殻割ったことないけど、ケースの形から、CANタイプのパワトラですよね。
今使ってる、WAKOのフルトラもケースの形状的にはそれなんだけど、どっかにMOS－FETだって書いてあった気がします。開発の人に会ったときに聞いておけばよかったな。初期のMOS-FETってCANタイプ（通信のCANじゃなくて、半導体の実装形式のCANタイプね）だったらしいけど、いまどきそんなもの使ってないよね。

で、今はクルマでもなんでも電動の時代じゃないですか。なんでも、モータで動かしてやろうって、
でね、そのおかげでIGBTがよくなってるわけです。もともと、IGBTは高耐圧なわけだけど、低On抵抗で、高速スイッチングになるのが、よくなるって話。
いまどきのプラグのついてる、ふつーのガソリンエンジンの点火はIGBTベースのフルトラだそうです。けど、モータドライブ用のもっと高速なIGBT使ったらもっといいんじゃない？？？

セミトラに対するフルトラの違いって、高速スイッチングなんだけけど、ネットに書いてある話でそれを書いてあるの見たことないよね。たぶん、エレキ系の人はそう思ってると思うけど。自作CDIの話は、ネットに結構あるんだけど、フルトラの話ってほとんどないんだよね。まぁ、どうでもいいけど。

でね、FPGAベースののコントローラでいわゆる３Dマップの進角とドエルタイム（アングルじゃなくてタイムね）をきちんと管理して、いまどきのIGBTを駆動して、一時コイルの直列の電流制限抵抗なしで、L（リアクタンスインダクタンス）の大きい一次コイルに定電流回路で一気に充電して、二次コイルの先は比較的高インピーダンスで放電時間を稼げればいいんじゃないかなって思うだけど、どうかな？
どうかなって、いわれても困ると思うけど。

こんな点火系なら、＃６５とかデカいポンプジェット使っても吹き消されずに、ドカンと蹴飛ばしてくれると思うんだけど。。。
デフマウントちぎれそうだけど。

さらに言えば、独立スロットルに、加速インジェクタと定常インジェクタ付けて、スロットル開度の２回微分値で加速インジェクタ制御すれば、キャブみたいに蹴飛ばせるインジェクションが作れると思ってるんだけど。。。

という妄想。

いちおう、仕事でモータ付ターボチャージャで同じような思想を出願して成立してることはしてるんだけど、誰も使わないよね。。。

OEMのみなさんのモータ付きターボへの思いって、モータ動力でタービン動力にオーバーライドしてコンプレッサ駆動して過給圧上げたいみたい（ふつうのモータ付きターボチャージャの特許の請求項にはそう書いてある）なんだけど、体積の小さいモータは大電力のところはつらいわけで、モータはタービン軸のイナーシャに対する加速補完とタービンの速度三角形を追従できるようにタービン軸回転数をアシストすればいいと思うんだけどね。速度三角形のタービン軸速度より少し先行させて制御したらいいんじゃないかなって思うんだけどね。（上の特許に書ききれなかったことをこんなとこで公知にしてみる、ｗｗｗ）

修正：インダクタンスをリアクタンスって間違えて書いてたのに気づいて直しました