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2023年05月02日 イイね!

ヨーレートと位置ズレ量の関係

こんにちは。
今日も相変わらず奥さんがパソコンの前で寝てしまったので、古いノートパソコンを在宅勤務用のモニターに接続してブログを書くことにしました。

今年のF1は変わらずレッドブルが速くて、安心してレースを見てられますね。
角田も2戦連続ポイント素晴らしいです。

ところで、ホンダはF1参戦を終了し、現在はHRCのスポンサーという位置づけです。

レギュレーションが変わる2026年からも変わらずHRCのスポンサーを続けて欲しいのですが、突然「スポンサーを終了する」などと、とぼけたこと言う可能性が高いので、HRCはホンダのスポンサーがなくてもF1が続けられるようにポルシェやルノーののTAGホイヤーみたいなスポンサーを探して継続参戦できるようにして欲しいですね。

さて本題です。
今日はメッセージで質問をもらったのでその回答をします。

質問内容としては、速度40km/h、ヨーレート0.98deg/secで走行しているとき、2秒後の直進時との位置ズレ知りたいということでした。

絵がないとわかりにくいので、絵と計算式をまとめました。


ということで、0.38mの位置ズレが発生するという答えになりました。
Posted at 2023/05/02 22:36:49 | コメント(0) | トラックバック(0) | いろいろ計算 | 日記
2017年03月05日 イイね!

クランクケース内圧制御バルブ

今日はずいぶん昔からあるクランクケース内圧制御バルブについて、最近 気になったのでS2000で使った場合の効果を計算してみることにしました。

ところで、そもそもクランクケース内圧制御バルブとはなんぞや?という人もいるかと思いますが、要するにクランクケース内の圧力をやや負圧にすることができるバルブなんだそうです。
詳しくはメーカのHPの解説をお読みください。

バルブメーカによると、このクランクケース内圧制御バルブの効果は

1、出力/燃費向上
2、始動性の向上・エンジン回転の安定
3、オーバーレブ特性の向上
4、エンジンブレーキの低減
5、エンジン振動の低減
6、オイル劣化の抑制

だそうです。

回転の安定とかオイル劣化についてはよくわからないので、今回は出力と燃費の効果を計算をしてみることにします。

しかしながら、まずは基礎データがないと計算のしようがないので、基礎データ集めです。
必要なデータ
①クランクケース内圧制御バルブによるクランクケース内圧力変化量
②クランクケース内圧変化量とエンジン出力の変化量

①については、バルブメーカのHP等を見れば各エンジン毎の測定結果が記載してあるはずと思い調べてみましたが、どこにも書いておらず困ってしまいました。
いろいろい調べてみると、「クランクケース内圧制御バルブの性能調査」
という論文があったので、こちらの測定結果を使うことにします。

この論文によれば、圧力変化量は-400Pa(-0.4kPa)だそうです。
大気圧は101.3kPaなので、微妙に負圧になるということのようです。
この値はバイクのSRXの計測結果で、4輪の4気筒エンジンの場合はちょっと違う気もしますが、インマニから直接負圧を取っているわけでもなく、そこそこ妥当な気がするので、とりあえずこの値を使います。

つぎに②の内圧とエンジン出力の変化量です。
これも調べてもなかなか出てこなかったので、昔読んだHondaR&DテクニカルレビューF1スペシャルのRA122E/B(1992年のV12 NAエンジン)の値を使うことにします。

エンジン回転数:14000rpm


RA122E/Bでは絶対圧力30kPa(大気圧101.3kPaよりも70kPaの負圧)にすることで、クランクケース内圧が大気圧のときと比べて、約15kWエンジン出力が上がった(フリクションが低下した)と書いてあります。(内圧1kPa当たり0.22kWのフリクション低下)

RA122E/Bは12気筒の3.5Lなので4気筒 2.0Lよりも負圧による効果が大きいと思いますが、よくわからないので今回は同じだけの効果があることにします。

また、グラフを見ると内圧に対するエンジン出力変化量の違いは見られないので、大気圧に近いところでも1kPa当たり0.22kWのフリクション低下効果があるとします。

これらの値を使って計算してみましょう。
今回は具体的にわかりやすくするため、S2000が50km/h巡行しているときの計算をします。

テクニカルレビューのRA122E/Bの値は14000rpmの値で、S2000が50km/h巡行しているときのエンジン回転数は約1620rpmなので、回転数に対する補正をします。

しかし回転数とフリクション低下量の関係がよくわからないので、フリクション低下量は回転数の1乗~2乗に比例すると仮定し両方計算してみます。

回転数の1乗比例の場合:0.22×1620/14000=0.025kW/kPa
回転数の2乗比例の場合:0.22×(1620/14000)^2=0.00295kW/kPa

今回はフリクション低下量の大きく、都合の良い1乗に比例の計算結果を使いクランクケース内圧制御バルブの効果を計算します。

クランクケース内圧制御バルブをつけたときの内圧変化量は0.4kPaなので、フリクション低下量は

0.025×0.4=0.01kW(0.014ps)

フリクション低下量だけだとわかりずらいので、出力と燃費に対する割合も計算します。

S2000が50km/hを6速ギアで走行しているときのエンジン出力はよくわからないので、燃費からおおよその見当をつけます。

50km/h 6速巡行中の瞬間燃費は僕のS2000の場合、実測でおおよそ14km/Lくらいでした。
1時間あたりのガソリン消費量は
50/14=3.6L/h

これを熱量換算します。
ガソリン1L当たりの低位発熱量はネット検索したところ、32.9MJ/Lということなので、1時間あたりの発生熱量は
32.9×3.6=117.5MJ/h

1秒当たりの発生熱量に換算すると
117.5/3600=0.0326MJ/sec(=32.6kJ/sec)=32.6kW

S2000が50km/hで巡行しているときに発生している1秒間当たり発生熱量は約32.6kWということがわかりました。

実際は、ガソリンを燃やして発生した熱量の多くは冷却水や排気ガス、フリクションによってクルマの走行に使われずに熱として捨てられています。

そこで次に50km/h巡行に必要な仕事率(1秒間あたり熱量と同じ意味)を計算してみます。

S2000の走行抵抗を見ると、50km/hの走行抵抗は約30kgf(294N)です。
仕事率は、速度(m/sec)×走行抵抗(N)なので
50/3.6×294=4083W(4.08kW)

つまり、僕のS2000が50km/h巡行しているときは、4.08kW(5.55ps)の出力を必要としていて、その出力を発生させるために、エンジンはガソリンを燃やして32.6kW(44.4ps)の1秒間あたりの熱量を発生させているということがわかりました。

効率を計算すると
4.08/32.6×100=12.5%

これはもったいない。
ガソリンが発生した熱量の87.5%を大気中に熱として捨てているとは!!

50km/h走行中の発生熱量と走行に必要な仕事率がわかったので、内圧低下に伴うフリクション低下分の割合を計算します。

クルマが走行するために必要な仕事率に対するフリクション低下分の割合を計算すると
0.01/4.08×100=0.24%
これはエンジン出力が0.24%向上したのと同じ効果です。

ガソリンの発生熱量に対するフリクション低下分の割合を計算すると
0.01/32.6×100=0.03%
これは燃費が0.03%向上したのと同じ効果です。

まとめ
S2000が6速ギアで50km/h巡行しているときのクランクケース内圧制御バルブの効果は
出力効果で0.24%
燃費効果で0.03%
程度と推定される。

「クランクケース内圧制御における走行実験」という論文を見ると、高速道路のような巡行時には差が出なかったということで、そこそこ合っているように思います。

ということで、今回の計算では効果が小さいということになってますが、計算に使っている基礎データがS2000に当てはまるかどうかは不明なので、もう少し情報収集して再計算してみたいです。
Posted at 2017/03/05 23:33:56 | コメント(8) | トラックバック(0) | いろいろ計算 | クルマ
2015年03月14日 イイね!

車高変化と前後荷重変化のおさらいと実験

こんばんは。

最近、新ネタおよび新ネタを開拓する気力がないので、昔のネタのおさらいをします。

今日のお題は、車高変化と前後荷重変化なのですが、21世紀になってすでに15年も経とうかという昨今においても未だに間違った理解をしている人がいるので、改めて取り上げることにしました。

<間違った理解>
 フロントの車高を下げるとフロント荷重が増える
 リアの車高を下げるとリア荷重が増える

<正しい理解>
 フロントまたはリアの車高を下げると、重心が移動した方向の荷重が増える
 ※車高が下がった方ではなく、重心が前後どちらに移動したかで荷重が変化する側が決まる
 
 一般車輌では車高の変化に伴う、重心の前後移動量は小さいため、荷重変化はほととんどない

と100回書いても根拠に乏しく、信頼性がないので、本当はコーナウエイトゲージを用いて実測したいのですが、残念ながらコーナウエイトゲージを持っていないので、別の方法でかつどこのご家庭にもある測定機で測定できる方法で実験してみたいと思います。

1)容易するもの
1、腕立て伏せのできる人
2、体重計
3、平らで滑りにくい床

2)実験方法
1、体重を量る
2、腕立て伏せの姿勢になる(腕は伸ばした状態)
3、手の下に体重計を入れる
4、体重計の目盛りを読む         ・・・①
5、足と手をついている位置が変わらないように腕を縮める
6、体重計の目盛りを読む         ・・・②
7、2の状態に戻る
8、体重計に対して頭の位置が変わらないように腕を縮める
  (足をついている位置を後ろにズラすことになるはずです)
9、体重計の目盛りを読む         ・・・③

普通にやると腕を縮めるときに身体全体が前方(頭の方)に移動しようとするので、移動しないように注意が必要です。

①②③の結果を見ると、①と③はほぼ同じ値になって、②は①③よりも大きな値(2~4kgf)になると思います。
もし、①と③が同じ値にならない場合は、同じになるように体重計の目盛を見ながら腕を縮めてみてください。
そのときに頭が動いていなければ正しく測定できています。

測定をすると気が付くと思いますが、体重計の値はあまり安定しません。
そしてその理由が、身体の前後位置の変化によるものだということに気が付きます。

腕の曲げ伸ばしによる身体の姿勢変化ではなく、体重計に対する身体全体の前後位置変化が体重計の値が変化する原因になっていることがわかると思います。

例のごとくプロやショップは当然のようにコーナウエイトゲージで車高変化に対するコーナウエイト(各タイヤの荷重)を測定していて、車高変化で前後荷重がほとんど変化しないことを知っていると思うので、不勉強な雑誌記者などに教えてあげて欲しいと思います。
(以前も書きましたが、マジメなオプションでは実測してました、、買っておけば良かったと後悔してます)

計算もしてみました。
計算では②の場合2kgfの変化、③では変化なしになりました。



②では重心が前方(P点側)に移動する


③では、重心の相対位置は①と変化しない




ちなみに、体重計は辛いわりに安定した値がでないので、料理などに使う計量器を使うテストの方がオススメであります。
ってことにこのブログを書いてる途中で気が付いた・・・。
Posted at 2015/03/14 23:11:28 | コメント(1) | トラックバック(0) | いろいろ計算 | 日記
2015年01月07日 イイね!

エンジンオイル粘度比較

今日はお気楽ネタです。

以前、MOTULのエンジンオイル粘度の温度影響を計算したことがありましたが、今回はMobil 1についても同様の計算を行うとともに、MOTULと比較してみることにしました。

そもそも粘度に対する規格があって、同じ計算式で求めているので同じような値になるのですが、MOTULとほぼ同じグラフになりました。





MOTULと同じ粘度規格のものを比較しました。

桃:絶対粘度(動粘度/密度)の150℃計算値
青:HTHS(高温高せん断)粘度のメーカ公表値


絶対粘度の計算値はMOTULとMobil 1で違いがありませんが、HTHS粘度はMobil 1の方が少し低いようです。
Posted at 2015/01/07 23:00:18 | コメント(1) | トラックバック(0) | いろいろ計算 | 日記
2014年11月09日 イイね!

馬力とトルクの補足

mistbahnさんのコメントに対する説明をしたいと思います。

確かにコメントにあるように、特性を評価するのに何がわかりやすいか?という観点からは、各回転数におけるトルクで表した方がわかりやすいかもしれません。

しかし、それはエンジンを開発する側の観点だったり、そのエンジンに組み合わせるクラッチやトランスミッションを開発する側の観点です。

”エンジントルクはどうでもいい”というのは、クルマを運転する側の観点から書いたものです。

例えば次のような二つのエンジンがあったとします。
どちらのエンジンも出力と回転数が比例するような特性を持っています。

A: 200Nm/8000rpm
B: 100Nm/16000rpm

どちらもエンジン出力は228PSです。

どちらのエンジンを積んだクルマも出力が同じときは、同じ車速になるようなギア比になっていて、車輌重量も走行抵抗も同じだとします。
さらにAとBエンジンは回転数-トルク特性以外の項目(重量、音振動特性、燃費など)が全く同じだったとします。

運転手が感じることができるのはもはや車輌加速度しかないのですが、どちらも出力が同じなので、車輌加速度も同じです。
従って、どちらのエンジンを積んだクルマも全く同じクルマとしか感じることはできません。

さらにもう一つのエンジンCがあります。
C: 200Nm/4000rpm

このエンジンの出力は114PSです。

このクルマの場合は、AとBに比べると半分の出力しか出ていないので、車輌加速度も半分です。

AとCはトルクは同じですが、車輌加速度に違いがあるため、運転手は違いを感じることができます。
AとBはトルクは違いますが、車輌加速度が同じなため、運転手は違いを感じることができません。

つまり、運転手はトルクの違いはわからないのです。
しかし、出力が違えば車輌加速度が違うので違いがわかります。

エンジンやトランスミッションを開発する人は、都合上回転数とトルクの関係がわかっていた方がわかりやすいとも思いますが、クルマの運転をする人にとってはそんなことはどうでもいいのです。

ちなみにサーキットシミュレーショでは計算にトルクを使っていません。
それは、エンジン出力さえわかっていれば車輌加速度が計算できるからです。

ただ、エンジン出力はエンジン回転数によって変わり、エンジン回転数はギア比とタイヤ直径によって変化するため、下図のような各速度毎のエンジン出力を算出しておいて、そのときの速度に対するエンジン出力を選択して車輌加速度を計算しています。

僕としてはこういう出力特性表がもっともわかりやすいです。
青は最高出力が250PS、赤は最高出力が200PSでギア比とタイヤ直径はどちらも同じです。


僕らの場合は、クラッチを選ぶときくらいしかエンジントルクを気にしなければならないときはないので、トルクはどうでもいいと書いてみました。

さらに補足
こちらのブログでトルクが出てきますが、その理由は低回転のエンジン出力を計算するためであって、トルクそのものは全く見ていません。
Posted at 2014/11/10 13:17:57 | コメント(4) | トラックバック(0) | いろいろ計算 | 日記

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サーキットで車を速く走らせるために必要なこととはなにか?を研究するのが趣味です。 日光、TC1000、茂原、を毎年走行してます。 2010年まではもてぎで開...
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