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2024年05月03日

アーシングを科学する(中編)


(続き)

さて、前回の図のどこがおかしいのかですが、電気や車の構造に詳しい方ならピンと来たと思いますが、解らなかった方にヒントを。

車好きなら「バッテリーは走行中は充電される」は常識だと思いますが・・・


↑画像はライズオイルのHPより(再掲載)

解りましたか?
そうです、ボディアースからバッテリーのマイナスに電気が戻っている点です。

つまりは、この図は(描いた人は気付いていないでしょうが)オルタネーターとバッテリーという2つの電源が並列に並んだ「並列回路」に他ならないのです(小学校で直列と並列の違いを勉強する時に学んだ、乾電池を2つ並べて電球を点けるのと同じ)

しかし、これではバッテリーは放電し続けているので、いずれバッテリー上がりを起こします(当たり前ですが、発電した電気が一度バッテリーに行けばそれで充電される訳ではなく、電流の流れが逆にならないと充電されない)


実は、車のバッテリーはオルタネーターが稼働している限り、
電源ではなく負荷の一つに過ぎないのです。
これを浮動充電(フロート充電)といいますが、電気の流れは次の図のようになります。


↑公益社団法人日本電気技術者協会の画像を加工したもの(以下、同じ)。停電時とあるのはエンジン停止時と読み替えてください。なぜこの図のように電流が流れるのかは、電位差を考えればわかるはず。


という訳で、
そもそもの前提である電気の流れを正しく理解していないのです。
要は「車の電気の流れを知っておこう」と言っている本人が知らないというオチ・・・

面白いことに、「バッテリーでは瞬時に必要な電気を流せないので(コンデンサが必要)」とか言っていたコンデンサチューンもこれと全く同じで、
「車の電気は常時バッテリーが担っている」という素人考えでした。
だから、電気をバッテリーに戻すという間違った発想を持ってしまうのです(本来は、オルタネーターの取付ボルト辺りへ戻さないと意味がない)


実をいうと、文系の自分はその昔、バッテリーをコップ、オルタネーターを蛇口になぞらえて「コップから溢れた水で電装品を動かしている」という、まさにこのライズオイルの図のような曖昧なイメージで理解していましたが、多分そういう風に考えている人が多いのではないでしょうか?
しかし、そのためには充電と放電を同時に出来るバッテリーが必要になりますが、そんなバッテリーはこの世に存在しません(もし作れたらノーベル賞ものです)

また理系でも、中途半端な知識しかなく、基本が解っていない人が意外と多いようです(※1)
現に知恵袋では、ある質問に対して、車の電気の流れを正しく理解して回答している人がカテマスを含めて一人もおらず、このような充放電同時説だけでなく、「オルタネーターの発電は不安定なので、バッテリーが細かく充放電を繰り返してオルタを補完している」という補助電源説を主張する人や、更には「バッテリーは大きなコンデンサで、高速で充放電を繰り返してオルタネーターのリップルの平滑化を担っている」という驚きの主張をする(自称)電子回路設計のエンジニアなどがいました。

確かに車のオルタネーターは三相全波整流で、リップル電圧は多少残りますが、それでも電装品はきちんと動きますし、だいいちリップル電圧は1山0.2V以下なので、発電電圧が14Ⅴとして13.9~14.1Vなのだから、脈流の残ったままバッテリーに充電されるだけです。
エンジニアが嘘でないなら、高校や大学で一体何を学んできたのでしょうか?(笑)


↑画像はステップカーサービスのHPより


要するに、彼らは「三相全波整流」あるいは「フロート充電」という言葉は知っているが、その仕組みや目的を正しく理解していない。
更に言えば、「電気は電位の低い方へ流れる」すら理解しているのか怪しい(このように説明をしても、尚も「バッテリーは電源だよ」と聞く耳を持たない人が一定数いる)

そういう人にはいくら説明しても「文系ごときが何を言う」と言って解ってもらえないと思いますので、例えば三相交流やリップル電圧については、こちらをご参照ください↓
https://www.kaise.com/car-info/alt3.html


では、なぜ今までこのような根本的な誤りが放置されたままだったのでしょうか?
おそらく、本当に電気や車の構造に詳しい人なら、アーシングなんて言葉を聞いても端から興味を持たないか、あるいはバッテリーに戻すと聞いた時点で「アホくさ・・・」と相手にしなくなるので、誰からも訂正されないまま、こういう怪しげな理論がまかり通ってきたのではないでしょうか(※2)


(閑話休題)

この時点で肝心な理論の前提が崩れたので、「バッテリーのマイナス端子に電気を戻す」という発想のアーシングが、疑似科学であると決定したも同然だと思います。
ですが、ここで話を打ち切ってもつまらないので、実際にアーシングをしたときの効果を検証してみます。


(2)アーシングを行うと、電気の流れはどう変わるのか?


(イ)まずは基本と言われる、純正アースのバイパス線(赤線)を1本追加した場合


電気は抵抗の低い方へより多く流れるので、新たに追加した導線の抵抗が低いアーシングケーブルの方へ充電電流が多く流れますが、そもそも純正のアース線と比べ導体抵抗の差がごく僅かなため、流れる量は殆ど変わらないでしょう(同じ長さの場合。下手に長く配線してしまえば、アーシングケーブルのほうが電流量は少なくなる)

一方、この状態では負荷(=電装品)については何ら変化はありません。
強いて言えば、理論上は充電効率がいくらか上がるので、その分負荷へ電気が流れやすくなると言えるかもしれませんが、現実的にはこの程度の導体抵抗の差は無視できるレベルのため、電装品に性能向上の余地はありません。
つまり、そもそもの前提が間違っているから、こういう意味のないアーシングになってしまうのです。


(ロ)次に、負荷とバッテリーの間にもアーシング(黄線)を追加した場合


新たに設置したアーシングケーブル内をどちら方向に電気が流れるかですが、基本的には左向きに流れます。
なので、負荷についても導体抵抗が多少なりとも減るので、これでようやくアーシングの意味が少しは出てきます。

ただし、負荷がエンジンブロックと直結している場合、例えばスパークを改善しようと、シリンダーヘッド付近のエンジンブロックとバッテリーを繋いだ場合などは、逆向き(右向き)に流れることになります。
要は、バッテリーの充電電流(や他の黄線を通って集まった負荷電流)をエンジンブロック、つまりはそれと直結しているオルタネーターへ戻すだけです。
それなのに「スパークが改善され、トルクが太くなった」などと言っている人がいますが、それこそがプラシーボと呼ばれているものです。


(ハ)最後に、オルタネーターとバッテリーの間にもアーシング(青線)を追加した場合


この場合は、負荷側とオルタネーターがアーシングケーブルでつながるので、ようやくアーシング本来の意味が出てきます。

もっとも、全ての電気がアーシングケーブルを流れる訳ではありません。
ボディ(炭素鋼)はケーブルより電気を通しにくいですが断面積は大きいため、導体抵抗の差はそれほど大きくないでしょうから、アーシングケーブルの方に多めに電流が流れる程度だと思います。
更に言えば、(ロ)で指摘したようにエンジンブロックと直結した負荷だと全く流れないし、燃ポンみたいに車両後方にある負荷の場合は殆ど恩恵を得られないので、全体としてどれだけ導体抵抗が減少するかは不明です。


・・・ここまで読んで、「それなら、電気をバッテリーへ戻すという誤った考えを捨て、電気の流れを考えたうえでアーシングすれば、効果があるのでは?」と思った方もいると思います。

では、導体抵抗が減ると何が変わるのでしょうか?

(続く)


注釈
(※1)
理系を含めて基本が解っていないカーマニアが多かったからこそ、バッテリーを電源に見立てたアーシングやコンデンサチューンが流行った訳ですが、知恵袋で補助電源説を主張する人の中には「充放電を制御ユニットで細かく制御している」という妄想を自信満々で回答する、自称自動車メーカーの電池研究職なる人までいました・・・

余談ですが、コロナ禍でも医師あるいは医療関係者を名乗る多数の者が、ネット上で24時間休みなく活躍していましたが、当時の医療関係者がそんなに暇だったはずはなく、「自己の承認欲求を満たすため」に、ネット上で成りすましをする人がいかに多いかを物語っていたように思う(専門家が見ればすぐ嘘だとわかりますが)

(※2)
改めてネットで検索しても、前出のカーメディアだけでなく、自動車ジャーナリスト個人が書いたり配信したりしている物も含めて、車の電気の流れを正しく解説しているサイト等は見つかりませんでした。
車の電気の流れすら理解していない自動車ジャーナリストが、今や電気自動車を解説しないといけない時代ですから、彼らも大変ですね(もっとも、広報資料を書き写すだけの人が殆どなので、あまり影響ないでしょうが)

それにしても、文系はともかくとして理系、更には整備士の方でも、車の電気の流れを正確に理解している人は案外少ないように思う。
実際「トヨタ技能検定1級保持」とプロフに書いている人(恐らく自称ではなく本当)でも、「(アーシングとは)正常な配線がなされた車両において、様々なアース回路をバッテリーマイナス端子に直接接続するものだが、こんな僅かな効果を過大な宣伝をしたり、それを信じて金を投じるユーザーがいるが、まったく気が知れない方々だと感じている」などと発信していた・・・

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Posted at 2024/05/03 10:21:02

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