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写真１：

マグネットは大型ＤＩＹで販売されていたものです。
磁力が特に強い希土類磁石ではなく、普通のフェライト系磁石と思われます。
フェライト系磁石と言っても馬鹿にできず、
この磁石をスチール棚に貼り付けると、容易に引きはがすことは出来ません。

磁石を囲っているものは鉄製のヨーク（偏向板）です。
ヨークの種類として、画像の深皿形状だけでなく、
四角い鉄板を曲げたコの字形状のものなど色々あります。
ヨークを用いることで、ヨークの板厚の中に磁束を集中させることにより、
吸着力を増加させることが出来ます。

ヨークは単に磁石と組み合わせればよいという単純なものでなく、
磁石とヨークの隙間、吸着相手の鉄板と磁石の隙間、ヨークの板厚
などにより、ヨーク端部の磁束の集中状態が変わります。

磁石にヨークを組み合わせたものの設計は奥が深いのです。
なので、よ～く試行錯誤して吸着量を増減させます。


写真２：

業務用大型工具箱の中の鉄製仕切板１．０２ｍｍ厚のものです。

本当は、鉄製の板厚を０．３、　０．６、　１．２ｍｍと倍数系列で用意したかったのです。
が、ミスミパーツとかのシムプレートを購入する場合、個人ユーザーは門前払いなので
泣く泣く身の回りで調達できる鉄板で実験することにした次第です。


写真３：

フォレスター純正の燃料フィルター底部の板厚は０．３３～０．３６です。

以前、車検時に外した使用済みの燃料フィルターを輪切りにしたものがあったのですが、
引っ越しの時に家庭内行方不明になってしまいました。
なので、１００円ショップで板厚０．３１ｍｍの鉄皿を調達しました。



写真４：

鉄板だけではおもしろくないので板厚１．２ｍｍ厚のアルミ板を用意しました。

これも実験的には失敗しました。板厚０．５ｍｍくらいのアルミ板を使えばよかった。
これも、後の祭り。



写真５：
>
鉄製のゼムクリップをぶら下げてみました。
本当は砂鉄とか、鉄粒をぶら下げると測定精度が高くなる筈です。
板厚０．３ｍｍの鉄皿と板厚１．２ｍｍのアルミ板では、
やり方によってはゼムクリップの量が同じになったりしました。

鉄板の板厚が増えると、磁束の大部分が鉄板の中を通ります。
そのため、鉄板の向こう側に漏れ出てくる磁束が減ります。

燃料フィルターと同じ板厚０．３３～０．３６ｍｍの鉄板を用いれば、
板厚０．３１ｍｍの鉄皿より
吸着できるゼムクリップの量は減った筈です。

１．２ｍｍ厚アルミ板でのゼムクリップ吸着量は想像したより多くなりませんでした。
これは厚めの板厚１．２ｍｍが災いし、ループする磁束の量が多くならなかったためと思われます。



写真６：

写真５ではゼムクリップの量が分かりにくいので、
Ａ３用紙の上に置いて較べてみました。
右にいくほど、ゼムクリップの量が多くなります。

今から考えれば、ゼムクリップを綺麗に並べて一目瞭然にすれば良かったのですが、
休日出勤ちうに実験したので余裕がありませんですた。後の祭り。
なぜかしら仕事より、こんな実験の方が楽しかったりします。

吸着したゼムクリップの質量を計れば良かったのですが、後の祭り。



写真７：

良心的な磁石の販売は、画像のように鉄板に貼り付けて販売されます。
この理由は、磁束をループさせ続けることにより磁力が弱くならないようにするため、
また、他のもの（クレジットカード等）への磁力の影響を減らすためです。


昔、フロッピーディスクが全盛の頃、磁石でダメージを受けないためのケースがありましたが、
そのＦＤ用ケースには鉄板が仕込んでありました。

さあ、よ～く考えよう！


参考資料
株式会社二六製作所のホームページ　→　
→ ＤＡＴＡ　ＢＡＳＥの　磁石Ｑ＆Ａ　　　→　【磁石の磁力を遮断することはできるの？】




【お断り】
この実験は、燃料フィルター底部に磁石を貼り付けた商品の効果を
判定したものではありません。
その理由は、該当商品の容器の材質を把握していないためと、
また、容器底部の板厚を把握していないためです。
該当商品をお持ちの方が、自分で確認または推定する場合の
参考知識を提供するためのものです。

先週末の土曜・日曜が出勤だったので今日はお休みです。
山梨県に出かけようかと思いましたが、
快晴っぽくないし、車が汚れているので自宅待機です。

昨日のブログに点火エネルギーの計算方法を書いたので
そのついでに出来る数字遊びをしてみました。




点火コイル一次側に流れる電流は
ＩcoiL＝　Ｅ　　／（Ｒbat　＋Ｒマイナス側＋Ｒプラス側＋Ｒon　＋ＲcoiL）
ＩcoiL＝　バッテリー端子間電圧　／　点火回路の総抵抗　　　・・・①
　　　　＝　バッテリー端子間電圧　／　２．９オーム　　

点火コイル一時側に蓄えられるエネルギーは
Ｕ＝０．５×Ｌ×ＩcoiL×ＩcoiL　　・・・１秒間のエネルギー
１パルスを５ｍｓとすると、１パルスのエネルギーは
Ｕ（５ｍｓ）＝０．００５×０．５×Ｌ×ＩcoiL×ＩcoiL　　　・・・②
となります。


点火エネルギーを増加させる手法は、上記の①、②の式から
・アーシング等で配線抵抗を減らす
・点火回路の電源電圧を上げる
の２つが考えられます。

昔なら、点火コイルが独立していたので、
点火コイル一次側をコイル抵抗の小さい社外パーツに変えたり、
点火コイルから点火プラグへの高圧コードの抵抗を減らしたり
する手法がありました。

今日は、ＴＭワークスのイグナイトＶＳＤについて考察してみます。

巷で販売されているＶＳＤは２種類？あります。
・ノーマルバージョンの１６Ｖ
・強化バージョンの１８Ｖ
これらの出力電圧は宣伝を信用することにします。


ここでちょっと。
『１２Ｖを１６Ｖ（１８Ｖ）にＵＰし』という宣伝は正しくありません。

エンジンが動いていれば、バッテリー端子電圧は１４Ｖ位になってます。
てか、エンジン動いてなくても、
バッテリー端子電圧は１２．６Ｖくらいあります。
数字の絶対値の差を利用して、効果を多く見せようという技です。
でも許します。なぜか？

その理由は、点火エネルギーを増加させる効果を計算で認められるからです。


それでは、イグナイトＶＳＤ無し、ＶＳＤ（１６Ｖ）、ＶＳＤ（１８Ｖ）
の３通りで１パルスのエネルギーを計算します。

まず、点火コイル一時側に流れる電流はそれぞれ、
ＩcoiL＝　Ｅ　　／（Ｒbat　＋Ｒマイナス側＋Ｒプラス側＋Ｒon　＋ＲcoiL）
　　　　＝　バッテリー端子間電圧　／　２．９オーム　　の式から

ＩcoiL（ＶＳＤ無し）　＝　１４．５／２．９＝５．００　アンペア
ＩcoiL（ＶＳＤ１６Ｖ）＝　１６．０／２．９＝５．５２　アンペア
ＩcoiL（ＶＳＤ１８Ｖ）＝　１８．０／２．９＝６．２１　アンペア

次に、１パルス５ｍｓの場合のエネルギーを求めると
Ｕ（５ｍｓ）＝０．００５×０．５×Ｌ×ＩcoiL×ＩcoiL　　の式から

Ｕ（５ｍｓ、ＶＳＤ無し）　＝０．００５×０．５×Ｌ×５．００×５．００
　　　　　　　　　　　　　＝Ｌ×０．０６２５ジュール　＝Ｌ×６２．５　ｍＪ
Ｕ（５ｍｓ、ＶＳＤ１６Ｖ）＝０．００５×０．５×Ｌ×５．５２×５．５２
　　　　　　　　　　　　　＝Ｌ×０．０７６２ジュール　＝Ｌ×７６．２　ｍＪ
Ｕ（５ｍｓ、ＶＳＤ１８Ｖ）＝０．００５×０．５×Ｌ×６．２１×６．２１
　　　　　　　　　　　　　＝Ｌ×０．０９６４ジュール　＝Ｌ×９６．４　ｍＪ

上記の計算結果から、
イグナイトＶＳＤ無し、ＶＳＤ（１６Ｖ）、ＶＳＤ（１８Ｖ）
の１パルス５ｍｓのエネルギーの比率は
Ｕ（５ｍｓ、ＶＳＤ無し）：Ｕ（５ｍｓ、ＶＳＤ１６Ｖ）：Ｕ（５ｍｓ、ＶＳＤ１８Ｖ）
＝６５．５　：　７６．２　：　９６．４
＝１　：　１．１６　：　１．４７　　　となります。

ということで、イグナイトＶＳＤを装着すると
点火コイル一次側に蓄えるエネルギーが
１６ボルトタイプで　１６％増加
１８ボルトタイプで　４７％増加　　　と試算できます。

イグナイトＶＳＤは効果が有りそうです。

しかし、短所（ハネカエリ）も考えましょう。


【ハネカエリの検討】
・ＶＳＤを装着しても、２次コイルの出力電圧は変わりません。
　２次コイルの出力電圧は、一次と二次の巻線比で決まるので
　エネルギーが変わるだけです。
　なので、出力電圧増加がないので、電圧の点からは
　コイルの絶縁性の寿命短縮は心配しなくて済みそうです。

・１次コイルに蓄えるエネルギーが増えることは
　コイルの発熱が増えます。結果的に絶縁性の
　寿命が短くなります。たぶん。

・１次コイルに蓄えるエネルギーが増えることは
点火プラグが失火したとき、
　そのエネルギーを一次側回路で消費せねばならず
　余分な熱や耐圧の負担に曝されます。
　結果的にスイッチング素子の寿命が短くなると思われます。

・１次コイルに蓄えるエネルギーが増えることは
点火プラグの放電部の温度が上がり
電極の消耗が速くなります。


工業製品の場合、人命に直接関わるものでないとき
安全率を何倍とか１０倍にすることは稀です。

車メーカーが設定した安全マージンが不明なので
ＶＳＤノーマルタイプ程度のエネルギー増加（＋１６％）
が無難と思われます。


あ、購入済みのＶＳＤを早く装着しろって突っ込みは無しで。

他社より優れたアーシングのキットがあったとして
どれだけ優れているかを更に計算してみましょう。

点火系の回路における効果として
回路を簡略化し５つの要素で構成されるとします。

バッテリー
配線（バッテリーのマイナス端子からエンジンブロックまで）
配線（バッテリーのプラス端子から点火コイルまで）
スイッチング素子
点火コイルの一次側
これらの５つの要素の直列回路になっています。

アーシングが施されるのは名前の通り
バッテリーのマイナス端子からエンジンブロックへの配線です。

バッテリーのプラス端子から点火コイルへの配線は
色々な線材や部品を経由します。この検討では
『バッテリーのプラス端子から点火コイルへの配線は』
配線材の抵抗値を下げるのが困難なものの総称とします。


ここで、計算式のため次の略号を与えます。

Ｅbat 　　　　　：１２Ｖバッテリーの端子間電圧
Ｒbat　　　　　：１２Ｖバッテリーの内部抵抗
Ｒプラス側　 ：配線抵抗（バッテリーのプラス端子から点火コイルまで）
Ｒマイナス側 ：配線抵抗（バッテリーのマイナス端子からエンジンブロックまで）
Ｒon 　：スイッチング素子のオン抵抗
ＲcoiL ：点火コイル一次側の直流抵抗
ＩcoiL　：点火コイル一次側に流れる電流


点火コイル一次側に蓄えられるエネルギーＵは
コイルのインダクタンスをＬとし
コイルに流れた電流をＩcoiLとすると
Ｕ＝０．５×Ｌ×ＩcoiL×ＩcoiL　 ・・・①　の式になります。

点火コイル一次側のインダクタンスは一定とみなせますから
上記①式の電流ＩcoiLを増やせば、
点火コイル一次側に蓄えられるエネルギーＵが増加し
コイル２次側から点火プラグに供給されるエネルギーも増加します。


そこで、点火コイル一次側に流れる電流を増やすために
やっきになってアーシングをする人がいるわけです。
ここまではアーシングで性能を向上させたいという考え方は
間違っておりません。



【点火回路の各要素の推定】
１．バッテリーの端子電圧
オルタネーターのレギュレータの特性や、エンジン回転数により
　バッテリー端子電圧は変わります。ここでは１４．５Ｖとしておきます。

２．点火回路の総抵抗の推算
　イグナイタ用ＩＧＢＴの定格電流を
　富士電機やデンソーの技術資料から読み取り、定格電流を５Ａとします。
直列回路で繋がっているので、
　スイッチング素子のＩＧＢＴに流れる電流値は、
　点火コイル一次側に流れる電流と同じです。
　バッテリー電圧１４．５ボルトから考えると
　Ｒ＝Ｅ／Ｉ＝１４．５／５＝２．９Ωとなり
　点火系の直列回路の総抵抗を２．９Ωとします。

３．スイッチング素子のＯＮ抵抗：Ｒon
　富士電機のイグナイタ用ＩＧＢＴの資料で
　５アンペアのときオン電圧１．３ボルトとあるので、
　Ｒ＝Ｅ／Ｉ＝１．３／５＝０．２６Ω　となります。
後々の計算の都合から、
Ｒon＝０．２７Ω　としておきます。

４．バッテリーの内部抵抗
　バッテリーの性能や劣化状態で変わりますが
　０．０１Ωとしておきます。
　小さい数値なので計算の大勢に影響ありませんが、
　バッテリーにも抵抗があるということで書いておきます。

５．点火コイル一次側の直流抵抗
　ネット上で１Ω前後の実測された記事があります。
但し、１Ωと設定すると下方の②の式において
　Ｒマイナス側＋Ｒプラス側が大きな値となり現実的でないので、
１次コイルの直流抵抗を２Ωと設定して計算します。
コイルに流れるのはパルス電流なので
　インダクタンスが抵抗として働きますので、
直流抵抗にインダクタンス成分による抵抗を
　考えれば、２Ωもまんざら間違いでないでしょう。
　また、１次コイルを１Ωにするか２Ωにするかによって
　②式における抵抗配分が大きく変わってしまいます。
　しかし、配線の劣化により、点火回路に流れる電流が減少しにくいように
　冗長性を考慮した設計ならコイル抵抗を大きくとる筈です。
　また、スイッチング素子が時代とともに高性能化することで
　スイッチング素子のオン抵抗が減少していきますから、
　その分、コイル抵抗を大きくとり冗長性向上に利用することが出来ます。

６．ここまでで未だ数値を求めてないものは
　Ｒプラス側：配線抵抗（バッテリーのプラス端子から点火コイル一次側まで）
　Ｒマイナス側：配線抵抗（バッテリーのマイナス端子からエンジンブロックまで）
　の２つです。
　ネット上でバッテリーマイナス端子とエンジンブロック間の
　抵抗を安価なデジタルテスター等で測定された記事がありますが、
　その抵抗値を採用しないことにします。
　ネット上で見られる抵抗の実測は２端子測定法によるものが多く
　金属表面の酸化が著しいような場合は正確にできないからです。
　また、低い抵抗値を測定するための測定器でないものが多く
　測定精度が分からないためです。
　そこで、直列回路の抵抗の式から
　２．９＝Ｒbat　＋Ｒマイナス側＋Ｒプラス側＋Ｒon　＋ＲcoiL 　　・・・②
　 ＝０．０１＋Ｒマイナス側＋Ｒプラス側＋０．２７＋２．０
　上記の式から、
　Ｒマイナス側＋Ｒプラス側＝０．６２Ω　となります。
　マイナス側もプラス側も同じ長さ、同じ線材太さと仮定し、
　Ｒマイナス側＝Ｒプラス側＝０．３１Ω　と仮に設定します。



【点火コイルに流れる電流値の式から】

点火コイルに流れる電流は、直列回路ですから、
点火コイル一次側でも配線材でも、通過電流は同じになります。
オームの法則　Ｉ＝Ｅ／Ｒ　から
ＩcoiL＝Ｅ／（Ｒbat＋Ｒマイナス側＋Ｒプラス側＋Ｒon＋ＲcoiL）　　・・・③
の式が得られます。

ここで、富士電機のＩＧＢＴの技術資料から、
スイッチング素子に流れる電流を５Ａとすると、
直列回路なので点火コイル一次側に流れる電流ＩcoiL＝５Ａとなります。

アーシング施工前の点火コイルに流れる電流ＩcoiL（施工前）の式は
ＩcoiL（施工前）＝　Ｅ　　　／（Ｒbat　＋Ｒマイナス側＋Ｒプラス側＋Ｒon　＋ＲcoiL）
　　　　　　　　　＝　１４．５／（０．０１＋０．３１＋０．３１＋０．２７＋２．０）
　　
この式を計算するとＩcoiL＝５アンペアとなりますが、
大元のデータが５アンペアなので、当たり前ってことです。

この検討において、Ｒマイナス側、Ｒプラス側を推定していますが、
検討の大勢に影響はありません。


アーシング前の点火コイル一次側に蓄えられるエネルギーは
Ｕ＝０．５×Ｌ×ＩcoiL×ＩcoiL の式から
これは１秒間の話なので、
実際には約５ｍｓ幅の１パルスのエネルギー（ｍＪ単位）になります。
ここでは１パルス分のエネルギーの絶対値を求めることが目的でないので
Ｕ＝０．５×Ｌ×ＩcoiL×ＩcoiL 　の式のままでエネルギーを比較します。

エネルギーを比較するのを
超高価なアーシングで　Ｒマイナス側＝０．００Ω（ゼロは実際には不可能ですが）
一般的なアーシングで　Ｒマイナス側＝０．０５Ω（少し劣るということで仮設定）

として、それぞれの場合の点火コイル一次側のエネルギーを比較してみます。

まず、
ＩcoiL＝１４．５／（Ｒbat＋Ｒマイナス側＋Ｒプラス側＋Ｒon＋ＲcoiL）
の式から、それぞれの場合の電流値を求めます。
超高価なアーシングで　ＩcoiL＝５．６０Ａ
一般的なアーシングで　ＩcoiL＝５．４９Ａ

点火エネルギーはそれぞれの場合
Ｕ（超高価なアーシング）＝０．５×Ｌ×５．６０×５．６０
　　　　　　　　　　　　　　　＝１５．６８×Ｌ
Ｕ（普通のアーシング）　＝０．５×Ｌ×５．４９×５．４９
　　　　　　　　　　　　　　　＝１５．０７×Ｌ

となり、点火コイル一次側に蓄えられるエネルギーを比較すると
Ｕ（超高価なアーシング）／Ｕ（普通のアーシング）
＝１５．６８／１５．０７
＝１．０４

つまり、超高価で超高性能アーシングが存在したとしても、
普通のアーシングに比べて、点火エネルギーが４％増えるだけです。
点火エネルギー増加は、車の出力増加量に比例しませんから
この程度のエネルギーが増えても、効果を体感することは完全に無理でしょう。

ちなみに　Ｒマイナス側＋Ｒプラス側　の値を倍程度に割り振っても
普通のアーシングに比べて、点火エネルギーが約１０％増えるだけです。


ということから、配線抵抗が他社に比べて少し小さい
アーシングのセットがあっても
点火エネルギー増強に寄与する割合は微々たるものなんです。


８スケア以上の線材（素線は当然ながら銅線）で、
まともな圧着端子（素地が真鍮でなくて銅で出来ており肉厚のもの）で、
まともなカシメ作業なら、
アーシングの配線材は充分に低い抵抗値になります。
ちなみに金メッキにしたからといって、
接触抵抗が特別に小さくなる訳ではありません。
Ｍ６とかＭ８のネジで締め付けてしまえば
充分締め付け力が大きいため接触抵抗が低くなります。
金メッキは表面を劣化させないためのものと考えると良いです。


【結論】
超高価なアーシングを導入しても
点火エネルギー増加量は微々たるものなので、
普通のアーシングや自作のアーシングで充分です。


【お断り】
ここでの検討は超高価なアーシングと、
普通のアーシングの比較しか意味がありません。
また、上記の式は、アーシング施工で抵抗が低くなれば
点火エネルギーの増強に繋がることを示しており、
アーシングを全面否定するものではありません。

他社より優れたアーシングのキットがあったとして
どれだけ優れているかを推定してみましょう。

アーシングの基本的な構造として
電線１本２メートル、圧着端子２個　　として考えます。

データを入手し易いことから、
線材を電線の種類を　６００Ｖビニル電線（通称ＩＶ線）とします。
ＪＩＳハンドブックで　Ｃ３３０７を見ると、
より線・軟銅・２０℃の導体抵抗は
　８スケアの場合　２．３１　Ω／ｋｍ
１４スケアの場合　１．３１　Ω／ｋｍ

　↑　これって１ｋｍですよ（驚）

圧着端子と線材をカシメた１箇所の接続抵抗を
超高級品は　　　５ｍΩとします。
普通のものは　１０ｍΩとします。
実際には、この半分以下の値と思いますが、
超高級品が、もしも優れていたらということで設定しています。

導体抵抗を２メートルに換算すると
　８スケアの場合、０．００４６Ω
１４スケアの場合、０．００２６Ω

２メートルのアーシングのセットの場合、

圧着端子　－　線材２ｍ　－　圧着端子となりますから

超高級なものが１４スケアの電線として
０．００２６＋０．００５×２＝０．０１２６Ω

普通のものが８スケアの電線として
０．００４６＋０．０１０×２＝０．０２４６Ω

超高級品と普通のものの差は
０．０２４６－０．０１２６＝０．０１２Ω


回路屋からすると、
たかだか１２ｍΩで差なんか出ねぇよ


つづく

昨年12月にProva製オイルセパレータを装着しました。

ＳＧ９純正タービンを東名パワードARMS　M7760タービンに
交換することにより、エンジンオイル消費が減りましたが、
オイル消費を更に改善出来ればなぁと思ったからです。





最大ブースト圧設定１１５ｋＰａにおいて
１０００キロ走行あたりのエンジオイル消費量は
１５万キロ使用したＳＧ９純正タービンのとき、５００～１０００ｍL
Ｍ７７６０タービンに交換後、３５０～７００ｍL
オイルセパレータ装着後、　　３００～６００ｍL

上記の同条件では
数値の大きい方が高速道路を活発に走ったとき
数値の小さい方が大人しい走行が多いとき、です。

１０００キロ当たりで１０００ｍＬのオイル消費の場合は
オイルで点火プラグが被る感触が無いものの、燃焼はイマイチでした。
しかし、１０００キロ当たりで６００ｍＬのオイル消費の場合は
まあまあ綺麗に燃えてくれます。


高速道路でエコランに徹しきると、更にオイル消費量が減りますが
自動車メーカーの示すカタログ燃費のようなもので
一般的なドライバーでは実現不能なので記載を省略します。

結論として、オイルセパレータ導入により
オイル消費量を約１５％削減できました。

しかし、改善効果を有意差として判別するのは困難でした。
その原因は、
フル加速すると後方視界に視認できるほどの大量のブローバイを放出し
オイルセパレータ機能が追いついていません。そのためか、
エコランを続けたときと、高速道路のワープ航法多用との比較では
オイル消費量が数倍違うため、
走行条件を同一にして評価するのが難しいためです。

不幸中の幸いというか、
ピストンのオイルシール寿命などが気になっており
エンジンオイルレベルと走り方を頻繁にメモしているため、
かろうじて効果を判別できた次第です。


私の車は元々オイル消費が多いので、
排ガスに出るオイルが１５％減るだけでも
環境改善効果が大きいのは間違いありません。

なので、Prova製オイルセパレータを
エコ商品と認定いたします（笑）


今後は
東名パワード製タービンのアクチュエータ次第ですが、
最大ブースト圧設定を下げることが出来るなら
１００ｋＰａ位でも観察したいと思います。