設備屋Gogogoのブログ一覧

もうすぐニュルブルクリンクの24時間耐久レースが始まるが、お題の「AUDIにSUBARUは勝てないかも。」はS1とBRZを比較した場合の話。過去のNURもWRXよりRS3が早かったし、GW中、BRZとS1でマグロの様に徘徊してみて、SUBARUの水平対向4気筒はS1の直4より劣るように感じてきた。
ここで双方のスペックを比較。
　　　　　　　 　　BRZ　　　　　　　　　　　　　S1
駆動方式　　　 　　FR　　　　　　　　　　　　　　AWD
排気量　　　　 　　1998cc　　　　　　　　　　　 1986cc
最高出力 　　　　207ps(152kW)/7000rpm 231ps(170kW)/6000rpm
最大トルク 　　　　21.6kg・m(212N・m)　　　　 37.8kg・m(370N・m)
　　　　　　　 　　/6400～6800rpm　　　　　　　/1600～3000rpm
トランスミッション ６MT　　　　　　　　　　　　　６MT　　　
JC08モード燃費 　11.8km/L　　　　　　　　　　　14.4km/L
車両重量 　　　　1250kg　　　　　　　　　　　　1360kg

自然吸気FRのBRZの燃費は11.8km/Lに対して、AWDターボのS1は14.4km/L。
なぜ車重も100kg以上軽いのにBRZは燃費が悪い。昔はターボ車なんて燃費は悪魔みたいな車だったけど、ダウンサイジングターボの技術は凄いのかな。My、BRZはスーチャーを載っけちゃっているけど、油脂類チューンで今ではカタログ値と同等の燃費で走れるようになった。プレオをS1へ入れ替えなかったらそれまでだったが、ライバル車のS1とBRZを比べ気が付いたのは冷却水の開弁圧。日本車の開弁圧は88kpa〜108kpaが一般的だが、欧州車は135kpa以上はザラ、S1を調べてみると1.6barみたい。だから欧州車って漏水トラブルが多いのかなと思ったりする。
そんじゃBRZも冷却水の開弁圧を上げたらどうなるか、キャップを交換すると摩訶不思議と燃費が良くなった様な気がした。

今まで油脂類を散々交換してトランスミッション（減速機）を境にエンジン側を一次側、駆動側を二次側とした場合、エンジンオイル、ミッションオイルは軟粘度化で加速が素軽くなるのが体感できるが、デフオイルは今一体感は超薄くわからない。例えば軽量ホイールでバネ下荷重を軽くした場合、運動性能は良くなったと体感できても、燃費向上は実感できない。二次側は軽量化しても、減速比分イナーシャは小さくなるから、燃費向上には至らないと悟った。
そんじゃ一次側のクランクプーリーを軽くすると体感は？と思い、BRZのプーリーを交換してみた訳だが、多かが1.2kg減で素軽い加速が体感でき、燃費も5%以内だが数値として確認できた。回転イナーシャの削減で一次側の軽量化は凄いぞ。
前の冷却水の加圧に戻って圧力を上げると何が変わるか考えたが、自分なりの結論は粘度上昇より流速の方が勝り、ウォーターポンプのイナーシャ削減なのだとS1から学んだ。詳細は過去のブログ「ハイプレッシャーラジエターキャップ、自分だけの備忘録」を参照。
https://minkara.carview.co.jp/userid/2283508/blog/46700512/

もう一度原点へ戻り、フリクションロス軽減に取り組んだのは「トライボロジー技術の進展による自動車の省エネ」を閲覧してからなのだ。
https://www.tribology.jp/members/fso4p10000003sq3-att/fso4p10000003sqi.pdf
我が地域は山なので坂道が多い。勤務先も自宅から標高差が250m以上ある。だから登坂と燃費でググってWEB徘徊していたら上記文章へ辿り着いた。「トライボロジー技術の進展による自動車の省エネ」を拝見してなるほどと感心した。流石学者様が申すことだからフェイクではない。

この資料では内燃機関の燃料消費の内、理論出力が40％分、残り60％は熱エネルギーとして排気・伝熱損失で失われる。←これは知っていたぞ。さらに理論出力の半分の20％が摩擦損出で失われ、残りの20％がエンジンの純出力と自分は理解した。
だから、仮にエンジン出力が200馬力の車で例えると摩擦損出は200馬力、文面にも書いてあるが、オイルの低粘度化で10％摩擦損出を削減できれば出力は10%*200=20馬力取り戻せる。そんな安易な考えだったが、低摩擦を謳うエンジンオイルを探して現在はGRオイルへ辿り着いた。添加剤ではリキモリのセラテックも良いが、オイルを継ぎ足しで運用する欧州人ならともかく、日本の様にオイル交換で添加剤を廃棄しては意味が無い。だからミッションオイルへ添加してもエンジンオイルには勿体ないのである。

上記表からオイルポンプ2.4、クランクベアリング2.6、ピストン2.8、バルブ0.8、チェーン・ベルト2.4、合計で11％がエンジン機構部のフリクションロスである。機構自体は変更できないので、摺動性の良いオイルで仮に10％≒1.1％減らせば、200*(11/20)*10%≒11馬力出力が向上し、5ｗ-50とか硬いオイル入れちゃうと、仮に5％摩擦損出が増えると5.5馬力失うとその差は16.5馬力となる。まあ、10%減は大げさだけど、指定オイルは一番柔らかいグレードでGRを入れている訳である。
今はBRZが人柱、良かった弄りをS208とS1へ展開している。だからBRZは燃費が良化、最近はS1へ近づいたと思っていた。しかし、良いと思った弄りをS1へ展開するとBRZはS1にすぐ差を付けられる。いつまで経っても追い越せない。決してダメな子じゃないのだけど、ドイツの優等生には追い付けない。だからお題は「AUDIにSUBARUは勝てないかも。」である。とりあえず夜間尿の優等生には封じ手。次はBRZへ軽量フライホイールでも組んでみましょうか。慣性モーメント保存の法則何て糞くらえ、それより一次側のイナーシャ削減を実行しましょ。今はクーラントを弄っているけど、その後はポンピングロス７％をどうにか削減しましょ。全体で2割フリクションロスを減らせば200馬力が240馬力になる理屈を実現したい。それが目標300PS＋リッター15km。現実できたら神だな。

LLC＝ロングライフクーラントは色んな色がある。日本車に使われているのがエチレングリコール、欧州車なんかに使われているピンク色がプロピレングリコールと認識していた。下記はORCの成分分析表です。

エチレングリコールと比較しプロピレングリコールは無毒、環境にやさしいのと融点が低く、不凍能力が高いから欧州車に使われていると思ってました。
一昨年もブログでエチレングリコールとプロピレングリコールの性能について書いたことがあるが、上表の通り、熱交換性能は比熱の高い方が良く、沸点も若干だがエチレングリコールの方が良い。WEB上では両者が混ざると凝固するようなことも書いてあった為、プレオとBRZはエチレングリコールを希釈して冷却性能を高めたつもりでいた。
でも最近は、冬は冷却性能が良いとエンジンが温まらない。よって暖機時間が掛かり、チョイ乗り燃費は悪化するように思えた為、暖機時間短縮を狙ってハイプレッシャーラジエターキャップに交換してみた訳だが、密度・動粘度は上昇温度にあわせ変動するし、もう一度LLCを勉強しようと思った訳である。

冷却水の冷却能力は水＞エチレングリコール＞プロピレングリコールの順は間違えない。上表より不凍能力は逆に水＜エチレングリコール＜プロピレングリコール、沸点は水＜プロピレングリコール＜エチレングリコールの順である。
表中には粘度について記載が無いので、比熱、密度だけで判断するとLLCとしては凍結が起きない耐寒性能で出来るだけ水にした方が良い様に思えたのが、昨日のブログで書いたが、冷却性能はやはり動粘度、流速も関係ある様に思えてきた。単に流速が早いだけでは吸熱と放熱の時間が短く冷却性能は劣る。流速が遅い場合、エンジンより流体が吸熱する時間、ラジエターを通過する放熱時間は共に長くなり、吸熱・放熱とも性能が上がるような気がする。でも、流速があまりに遅いとエンジンに熱が籠るし、素人には難しい。素直に自動車メーカーが推奨するLLCがベストに思えてきたのである。
前出のORCやKEMITECとかもプロピレングリコールの方が良いと謳っているので、やはり動粘度、層流、乱流、が冷却性能と関係しているようだし、それ以外に保熱性能も関係しているから、成分表でプロピレングリコールは環境性能だけみたいに切り捨てるわけにもいかない。よって素人はメーカー推奨のクーラントが良いんじゃないか。
そこでアウディS1のリザーブタンクに記載されているG13を調べてみた。
クーラント+G13でググるとVW系の冷却水が出てくる。その中から純正品番を探した。わかった品番のG013A8JM1+SDSで更にググると下記の２種類のサービスデータシートがダウンロード出来たので内容を抜粋してみた。



なんだ、プロピレングリコールじゃなく、エチレングリコール系じゃないですか。よって混在可能なG12もたぶんエチレングリコール。濃度は70％以上75％未満、他は純水なのかしら？。



性質データ、PHは写真の前のページでしたが8.5、密度も1.152とエチレングリコール系、動粘性率はca. 30 mm2/s at 23 °C・・・ふーん。

もう一丁、ググって引っかかったのがシュコダのデータシート。シュコダはVWグループ、どんな車かはあんまり知らんが日本ラリー選手権のチャンピオンだった様な。エンジンはS1やS3、ゴルフRのEA888が載ってるのかな。←妄想です。



こちらはエチレングリコールは主成分で70％以上90％未満と記載されているようだ。何かWEB徘徊情報のプロピレングリコールにせよ、G13の扱いを整備士さんが生きシャーシャーと書いてるがもっと勉強してくださいよ。フェイク情報ばっかじゃないですか。



PHは8.4、密度は1.138。そんじゃ日本のLLCはと思い、TOYOTA純正LLCのサービスデータをダウンロード。



成分はエチレングリコール88％・・・その他が7〜12％。←純水じゃないのかな。



性質データは着色ピンク、PH8.0、密度は1.130。
動粘度がわからないので三協化学株式会社のエチレングリコールのSDSを下記に抜粋しています。



原液で動粘性率＝21.076( m2/s)、G13の方が3割ほどトローンとした感じですな。あと日本車へ使うLLCよりPHが若干高い様に思うんだが、酸化防止剤の性なのか、純水じゃなくアルカリ水を混ぜてるような気もします。S1へ緑のLLCぶち込んでも問題無い様な気がするけど・・・。そんじゃ混ぜ混ぜしてみましょ。



フィーラーボトルでアウディS1からG13クーラントを吸い出してみた。
背景に写っている一昨年、プレオで使ったKYKのクーラント原液を同量混ぜてみた。



KYKは原液なので下へ沈殿しました。
良く撹拌してからペットボトルへ移しました。フィーラーボトルは色々使うのでキレイキレイにして収納。ペットボトルの液体を見ると10年に一度の寒波到来で寒い夜はバスクリンのお風呂に入りたくなってきた。



G13を撹拌した時より、KYKの緑を混ぜたら消泡性は良くなった様に思えるけど、日本車のLLCの方が性能が良かったりして・・・。

昨日より放置してが液体分離も起きず、サービスデータより混ぜてもなんら問題は無さそうに思えてきたので今日はここまで、おびちょへ入ってお寝んねです。

混ぜ混ぜ液は放置して様子をみますが、たぶん変わらんと思う。変わらんかったら次は過熱でもしてみようかな。←たぶんこれも変わらんと思うけど、結局、WEBにプロの整備士さんが書いてあることは、憶測からのフェイク情報が多いと言う事にしておきましょ。この液へ漏れ止め剤をぶち込んだらまた変わるかも。でも今回はこれにてお終い。

一昨日の続き、ハイプレッシャーラジエターキャップの備忘録
まずは暖機時間の短縮について
圧力鍋＋時短＋仕組みでググると下記のURLにこんなことが記載されてました。
https://athleterecipe.com/column/20/articles/202104190000501
沸点が100℃から5℃上がるだけで調理時間はなんと半分に、さらに110℃まで上がると、1/4の時間まで短縮されます。最高温度の120℃度まで到達すると、通常の速度の16倍で調理できる計算になっています。

アウディS1はBRZと比べて水温の上昇が非常に速い。センサーの位置の違いかもしれないが、90℃の適温に到達するのは1/3以下の時間である。だから圧力鍋なのである。しかし冷却水の加圧だから意味合いは圧力鍋とは違うが、弄りの方向性はまんざらでもない。そこでハイプレッシャーラジエターキャップの交換を考えた訳である。

短時間で暖機運転が完了すればLLCは早く軟化、水温の上昇に伴いエンジンオイルも早く軟化しフリクションロスが軽減できる。結果、今冬の通勤燃費悪化を改善できないのか。自分の場合は通勤距離11km、BRZは勤務先に現着で水温80〜90℃、S1は出発2kmで90℃、この違いがS1とBRZの燃費差じゃないのかなと。交換後の感触は脈あり程度、まだ検証中だが暖機後の燃費も良くなっているように感じる。
暖機後のその良化の感覚は減速時のフィール、エンジンブレーキが弱くなったと言うか、滑空距離が延びてる感じで燃費計の数値は5％未満、数値的には11.8km/L→12.3km/Lぐらい運転時の気温条件の性なのかも知れない。
暖機後はハイプレッシャーキャップによりLLCの圧力増加に伴い、密度増加によって動粘度も上昇すると思う。よって純正のラジエターキャップ装着時よりフリクションロスは増加し、燃費は微妙に悪化すると思うのだが・・・。ちょっと疑問。

そこで流体+配管内+圧力でググると
https://www.ryutai.co.jp/shiryou/q-p-kankei/q-p-kankei-ver3.htm


流量と圧力の関係　（液体の場合）
配管内を流れる流体の流量と流速の関係はＱ＝Ｃ×Ａ×Ｖで表せます。
流量Ｑは（Ｐ÷ρ）^0.5 に比例します、つまり圧力Ｐの平方根に比例し、密度ρの平方根に反比例します。

例）内径150mmの水平配管に、100m3/h の流量で水が流れていて、その時の配管内の圧力が 100kPa(G)とし、配管下流にバルブが設置されていてバルブの２次側が大気開放されているとします。配管内の圧力が 200kPa(G) に上昇した場合の流量はいくらになるか？

配管下流側の負荷（抵抗）は変わらないとすると、圧力Ｐは配管内の圧力の変化として考えることができるので、上昇した圧力 200kPa(G) と元の圧力 100kPa(G) の比として考えることができます。
つまり、200÷100 = 2 圧力Ｐが２倍になったことになります。
流量Ｑは圧力Ｐの平方根に比例するので、√２　＝　1.4142 になり、流量は 1.4142 倍になります。

・・・ってことは1.3(127kpa)/1.1(108Kpa）＝圧力は1.182倍、流量は√1.182倍＝1.087倍、配管内の構造（有効径）は変わらないので流速も1.087倍になる。
よって熱を吸着したLLCはラジエターへ早く到達し冷却効率は増加。
たぶん、ウォーターポンプは戻り側の流速にアシストされるのでフリクションロスが軽減され燃費改善するんではないでしょうか。
何となく、減速時のフィールからまんざらな感じである。
でも、密度と粘度はどうなのか、前に書いてあるが密度ρの平方根に反比例、じゃあ粘度は？。

爺の知識では流体で粘度の高い方が層流で流れやすく、粘度の低い方は乱流が起きやすい。
層流は配管壁に近づくほど流速は小さくなり、管の中心で最も流速が大きくなる。つまり管壁より効率よく吸熱し、管中心の流速によって排熱できる。
乱流は熱や物質を輸送して拡散する効果が非常に強い。これば一昨年プレオとBRZのLCC希釈で勉強した。冷却だけを考えるとエチレングリコール50％より純水の方が良い、しかし吸熱を考えるとエチレングリコール50％の方が断然性能が良い。また乱流はキャビテーションが発生しやすかったような・・・。
そんじゃLLCはどっちが良いのか記述は無かった。
でもプレオでは長距離燃費が飛躍、BRZは変わらなかった。排気量、熱量、冷却水容量のバランスによってはLLCの希釈は意味が無く、粘度が軽いだけじゃ燃費は向上しないと軽い粘度のオイルを試して粘度以外にも関係あると悟ったのである。

風呂場で例えると
水を貼った湯舟へ手を突っ込んでグルグル廻すと水流が発生する。これが層流。
水を払った湯舟の空気を手でグルグル廻しても水の様にならず、空気を撹拌しているだけ、これ乱流のイメージ。
動粘度=粘度指数×密度だから水より空気の方が小さい。
水だと攪拌する手の動きを弱めても流れにアシストされる。
空気は腕が疲れるだけで、風すら感じられない。

川に身を投じれば浮力により体は浮き、呼吸だけしていれば流れに任せ下流へ進む。空気中では所詮、追い風参考記録で前進力に力を使わないと進めない。
爺はハイプレッシャーラジエターキャップは普段使いでも燃費向上に貢献し、今風に言うとSGDｓに貢献できるのではないか。正か否か、今後もBRZで要観察。

水漏れリスクは気になるが、爺は1.1から1.3へ圧を上げてもTRDやSTIも商品を扱っている通りで問題ないと思う。工業製品で安全率1で設計されている訳がない。最低でも1.5以上だ。1.3/1.1＝1.18だから漏水は心配ないと考える。
仮に漏れた場合は漏水した箇所が経年劣化しているだけ、特にゴム製品は初期より急に脈動が起こっただけ、裂けることがあるから古い車は要注意だが、BRZは7年目と微妙だが今の処は大丈夫。

ハイプレッシャーラジエターキャップ
効能
・沸点の上昇によるオーバーヒート防止。
・キャビテーションを抑える。
・暖機時間の短縮によりフリクションロス軽減。
・圧力上昇分の平方根と比例して流速、流量が上がる。排熱性の向上とウォーターポンプのフリクション軽減。

リスク
・経年劣化した箇所より漏水する。
・リザーブタンクが空の場合、オーバーフローした冷却水が大気開放で即沸騰する。純正でも噴くけどね。だからリザーブタンクの冷却水量の管理も重要なのね。

ラジエターキャップ破損のリスク
・ラジエターキャップ閉固着によるエンジンブロー（20℃上昇で内圧は10Mpa以上の上昇）
・ラジエターキャップ開固着によるオーバーヒート（標高の高い場所で大気開放は超危険）

WEBを徘徊してもハイプレッシャーラジエターキャップはサーキット、競技専用、普段使いは不要、みたいな記載ばっかだが、爺は常用してみようと思う。
アウディS1に乗らなかったら、冷却水の加圧なんか気が付かなかった。でも欧州車のトラブルで漏水が多いのも確か、加圧方式って1.5ｋぐらいなのかな。だから1.3なら大丈夫じゃね。次はS208を換えましょ。

写真のラジエターキャップへ交換してから暖気時間が若干短縮したが、運転時の気温の違いなのか今一はっきりせず、もやっと感で気持ちが悪い。

写真は一昨年の11/23、スタート気温10℃で油温が50℃を越えた時点はスタートから7分、走行距離が4kmとBRZの暖機運転確認過へ記載してました。
キャップ交換前、氷点下3〜5℃の通勤で12分から15分経過して油温が50℃ラインより御来光。キャップを交換してから時間は1〜2分、50℃ラインからの御来光が距離で500m以上早くなった。でも油温の50℃ライン越え時の水温は70℃へ到達していない。LLCの内圧は上がっているのか疑問である。
そこでweb徘徊、冷却水はLLCだがそんな記述は発見できず、よって純水での検証だと0℃の密度は0.99984g/㎤、60℃の密度は0.98321g/㎤、BRZのサービスデータより冷却水は7.2L、じゃあ計算してみましょ・・・。爺には計算できません。
でもWEB徘徊で、20℃の水を1Lの容器に入れ、水温が21℃に上昇した時の圧力は≒445kPaみたい。よって127kpaの作動弁は数℃の水温上昇で開くからやっぱりプラシーボじゃなく効果があるみたいです。でも数℃の上昇じゃサーモスタットは閉じたままだし、圧力はラジエターへ伝わらない。とも考えたが、戻し側の水路は繋がっているから、ラジエターキャップへ圧力は掛かるのかな。
燃費計をみていると通勤往路が燃費９ｋ台、帰路が15ｋを表示するんで、通勤燃費が12km/L台になれば良しですな。目的達成かは今後要観察。
暖気短縮で通勤燃費の向上は想定内だが、これに反する疑問が一つ。日曜日、暖気後の水漏れ有無確認で徘徊したとき、暖気完了後の燃費も向上してるような燃費計の数値が出てました。暖気完了後はクーラント圧が増しているからLLCの密度が上がる。→動粘度も上がる。→フリクションが増える。→燃費悪化するように思うのだが、思わぬ利も得られてるのか、プラシーボか、理解不明です。
何だか頭の中がどっちらかってきたので今日はこれまで。
うむ、仮に冷却水圧が上がって燃費が悪化しないなら、一昨年、クーラントを希釈したのが良かったのか悪かったのか?。

表は某LCCメーカーから、もう一度LLCについて勉強しておきましょ。

追記、WEB徘徊で表計算を拾ってきました。

水温0℃から60℃の上昇で内圧37.9MPaだって、密閉式のキャップを付けたら恐ろしい。

今回、プレオからAUDIへ乗り換えた理由は、
①プレオの車検の度に嵩む修理代。
②歳をとって雨の夜の暗さが我慢できなくなった。
③後、何年乗れるかを考えて心が暴走し始めた。
➃田舎は高齢ドライバーが多く、S208で暴走するのが怖くなった。
と他にも色々あるけれど、老後生活のカウントダウンで、資金の余力があるうちに無駄遣いを・・・。子育てが済み、親の介護を免れている今しか金銭的余裕はない。

同じ車格のSUBARU車と比較して、燃費は良いし、パワーもカタログ値以上。よって黄違い色のS1、6MTの掻き回し。社用車がS3になってからVW系の欧州車は弄ると面白そうと思っていた。最初にやろうと思ったのがターボマフラー、デリートパイプ？である。

写真はWebからの拝借、詳細はAPRのホームページで
http://www.jfac.co.jp/apr.htm
APR ターボマフラーデリート
純正タービンにはタービン音を消すためにターボマフラーが付いていますがそのためにアクセルレスポンスが悪くなっています。
APR Turbo Muffler Deleteはタービンからインタークーラーに送られる吸入空気を効率よく送る構造によりアクセルレスポンスが向上　本来の性能を発揮することができます。

これ良いと思ったのである。BRZのリストリクターを取り外し、オリフィス弁を改良したのと似ている。とにかく吸気側で圧力のある流体はストレート化した方が流速が速くなる。過給の立ち上がりが早いのでアクセルの付きが良くなる。
南米ジャングルを見ていると中華のバッタ物が一杯。DIYで修正取付を覚悟するならバッタ物でも良いかと思った。バッタ物のお代は1/10、どうせ内径拡大を旋盤で施工しようと考えていたので下記の品に。

他のバッタ物にはパワーチェックシートが添付している品もある。

ポルシェマカン。何か、グラフの出力特性線が施工前と施工後が類似していて今一信用できないが、MAXで267.78ps-214psだから53.78psアップ。眉唾物だけど3英世で大陸から送られてくるなら買い。円安が進む前にポチりましょ。
直ぐには取り付けないけど、そのうち整備手帳で、2000円台で50馬力アップならお値打ちですな。他にも小ネタが一杯の欧州車、VW、AUDI、PORSCHEのグループはエンジン共通で面白そうである。