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イイね!
2020年07月16日

チューンドNAを調べててターボが分からなくなった話(笑)

チューンドNAを調べててターボが分からなくなった話(笑) ちょっと妙な題名ですがf(^_^;)

最近、myシルビアの燃料ポンプを交換した話について、みん友さんと会話していたら・・・


それをきっかけにいろいろ調べてていて、題名のようなことになりました(笑)




1. 前置き的な話ですが、

S15シルビアのグレード構成は、大きく分けると、

ターボの「スペックR」
250ps 6MT

NAの「スペックS」
165ps 5MT

(細かいオプションやパッケージは一旦抜きにして。
あと、スペックRとスペックSはそれぞれATもありますが)

で、スペックSをベースにオーテックが手掛けたチューンドNAが
「オーテックバージョン」
200ps 6MT

私のシルビアは、このオーテックバージョンです。



2. オーテックバージョンは、

スペックSがベースだけど、オーテックによって、結構いろいろ手が入っています。

エンジン関係は
カムプロファイルも違うし
ピストンも違って高圧縮だし
コンロッドも軽量だし
排気バルブはスペックRと同じナトリウム封入バルブだし
これで7200rpmでピーク出力を出す、SR20DEにしては高回転型にチューンされてます。


(赤がオーテックバージョン、水色がスペックSのMT。グラフは使い回しなので紫は無視してください)

フライホイールは軽量

トランスミッションはスペックRと同じ6速MT

スペックRと同じヘリカルLSDにスペックSのファイナル

排気系はエキマニ、フロントチューブ、センターチューブ、マフラー全部オーテック専用設計

ボディはスペックRと同じ剛性パーツ入り

フロントブレーキはスペックRと同じビッグキャリパー

サスペンションは専用設計

ざっと挙げただけでこれだけ変わってます。



3. で、意外と知られてないのが、

燃料ポンプもスペックRと同じになっていること。

これ、カタログには書いてないし、

オーテックバージョンのサービスマニュアルか、部品表でも見ない限り、知らないかと。

私は燃料ポンプを新調するにあたって部品表を見たので知ったのですが。



4. そもそも、スペックRとスペックSの燃料ポンプは何が違う?

というと、

流量、つまり一定時間に圧送できるガソリンの量。

スペックR用のほうが、流量が多い。

それはもちろん、ターボで過給して入ってきた空気の量に見合う量の燃料を供給する必要があるから。

で、オーテックバージョンの場合は、NAだけどハイカムかつ広開角カムだし、バルブオーバーラップも多い→吸気量が多い。

どのくらい違うかというと、

スペックS
吸気カム作用角 248°
吸気バルブリフト量 10mm
バルブオーバーラップ 21°(NVCS ON時)

オーテックバージョン
吸気カム作用角 272°
吸気バルブリフト量 11mm
バルブオーバーラップ 54°(NVCS ON時)

排気カムも違うけど、ここでは割愛。

(スペックRはそれぞれ240°、21°だけど過給してるから流入量は多い)

(こういうのバルブタイミングダイヤグラムとか見て妄想ワクワクしてるところを旦那に見られて変態だと思われたのはしばらく前の話w)

だから、スペックS用の燃料ポンプだとガソリンが供給不足になってノッキングの原因に→スペックR用が採用されたんだと思います。

もちろんECUもそれを前提にチューンされてるわけで。純正で。
至れり尽くせり・・・ますますオーテックバージョンが愛おしくなっちゃいます(о´∀`о)
(知らなくても運転楽しいけどー!)



5. エアフロ

その、燃料ポンプがスペックSと違うという話をしていたら、

みん友さんから、

エアフローセンサーはスペックSと同じ?違う?という話が。

それで、調べてみたんですが、

オーテックバージョンのエアフロは、スペックSと同じですね。



ちなみにスペックRは別品番。



どう違うのかは新型車解説書や整備要領書を見ても書いてないけれど、どうも電圧レンジが違うらしい。ターボのほうが空気の流入量が多い→ワイドレンジ?
ターボにNA用を使うといろいろ不具合あるらしい。(高回転まで回したら燃料切れ起こすのは容易に想像できる)



6. ここで壁にぶち当たる。

ターボって、エアフロとスロットルボディの間にタービンが入ってますよね?

エアクリーナーからエアフロ通ってタービンまでの空間



タービンからインタークーラー、スロットルボディ、サージタンク、インマニと続く空間

は、

タービンの羽でほぼ隔絶されてるのではなくて?

ここがどうもよく分からなくて。



7. (ほぼ)隔絶されてるのだとすると、

ターボの場合、タービンより上流のエアフローセンサーの値って、どう活用されるの??

エアクリーナー経由で新しく吸った空気と、排気の圧力で回されたタービンで圧縮された空気が合計してスロットルを通ると考えると、

なんか、タービンより下流で空気量を測定したほうが良さそうに思っちゃうのですがf(^_^;)

ブースト圧によってもエンジンの吸気量は変わるんだろうし?

でもそうなっていないということは、私が何か思い違いをしてるんだと思う。。。


なぜか今年になってからターボにやたら興味があるのですf(^_^;)

で、調べてはいるものの、何だかよく分からない。

分かればターボも面白いんだろうけど。



あっ、でもターボに興味あっても、大好きなチューンドNAのオーテックバージョンを手放してターボ車に乗り換えるつもりはないです(笑)

S15オーテックとフィットに加えて3台目持てるならS15かS14かR32かR34かJZA80のターボ欲しいけどねー(もちろんそんな経済力はないので妄想 笑)

ま、私がターボ車に乗ってもずっと負圧領域で、ブーストかからないし(爆)


ブログ一覧 | シルビア | クルマ
Posted at 2020/07/16 23:22:32

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この記事へのコメント

2020年7月16日 23:46
タービンで加給するにしても、何もないところから空気が発生する訳でなく。
ホースに亀裂でもない限り全ての吸気はエアクリ、エアフロを通るから吸入空気量を測るのにタービン下流である意味はないですね。
流体、常に流れているからタービンからスロットル、バルブまでの空間の空気量云々は関係ないし。ということです。
燃料ポンプ大容量、燃圧上がるとインジェクターがノーマルでも少しはパワー出せます(笑)
ウチのは13の140馬力仕様を200馬力迄上げていますが、なかなか大変でした。
コメントへの返答
2020年7月17日 8:26
てるさん、おはようございます♪

タービンで圧縮されてエンジンへの時間あたりの酸素供給量が増えるのかと思ったんですが、
ブーストがかかってるときはタービン前のエアフロを通る空気の流れもそれだけ速くなってるんでしょうか?

NAで140psを200psはめちゃくちゃ凄い・・・というか、形容詞じゃ言い表せないレベルですね。
NAは1馬力上げるのに1万円と言われるのは100ps、20ps上げるレベルの話で、60ps上げるのってもうそれとは世界が違うイメージです(笑)
2020年7月16日 23:52
どちらで測っても、気体モル数は
同じになりませんかね。
ボイルシャルルの法則。
燃焼カロリーは分子数に比例し、
体積比例じゃない気がしますが。
コメントへの返答
2020年7月17日 19:00
kakkyさん、こんばんは♪

酸素分子の数が同じなら、確かに体積は関係ないですね。それならガソリンの必要量も同じか〜

ボイルシャルルの法則、すっごい久しぶりに聞きました!
高校物理でしたね(^^)物理は好きだけど熱力学はその中ではあまり得意でなく・・・でもエンジンは熱力学なくして語れないですもんね〜f(^_^;)
2020年7月17日 6:22
・楽しいね。
・時間を使ってくれてアリガト。
・上に書いてある通り、他から吸うワケではないので。
・S15Sのエアフロ容量に余力が有るって事か?
 燃料ポンプには瞬発力が求められるって事か?
 カナ。不明。
・広開角は、燃費が悪くなるのカナ?アイドルがキツイのカナ?
・私もブーストかからない 悲笑

・ブログ扉絵がアイコン表示されて・・・ナーさんに見えた 笑
コメントへの返答
2020年7月17日 22:59
シーさん、こんばんは♪

楽しいネタをふって下さってありがとうございます(^_^)
考えたり議論したり面白いです♪♪

すべての吸気はエアフロを通って、あとはタービンで圧縮するかしないか、ってことですか?

ブーストかけて圧縮した分、空気密度が濃くなるところが発生するけど、
タービンからインマニまでの空間体積は変わらないわけで、
空間の中で空気が疎になるところができるんですかね?
それか、ブーストかかってるときはタービンの上流側が負圧になって、エアフロを通る空気の流れもブーストと同じだけ速くなる?

・Sのエアフロの容量でオーテックも大丈夫なんでしょうねー(^^)
対して、燃料ポンプは余力がなかったのかも・・・

・広開角カム
燃費:吸気が増えれば燃料も使いますもんね(^_^;)
燃料使用増加に見合うだけの車速が出ていれば燃費としては同じ?
アイドリング苦手そう・・・ずっと開いてると流れができず、かえって空気入りづらそうですよね(笑)

・ブースト
一度でいいから、しっかりかけてみたいです(笑)
そしたら吹っ切れる気がする!?

・確かに、ナーさんのアイコンと似てますね〜f(^_^;) チューンドNAを写真で表すと・・・考えること一緒(^^)

・あの暗号は難しかったです!
間にスペースが入ってるのもポイントなんですね!?
2020年7月17日 13:19
蒼さん
蒼さんの言う通りなんですが、
タービン通過の前後で、気体のモル量は
変わりませんがブース圧縮分
体積が変わります。
タービン前の方が圧縮分、
流速、流量は高いハズですね。
で、測定は係数がかかるだけで
燃調制御にはどちらでも
良いんじゃないかな。
ただし、気体の流量センサーは
対象圧が1気圧より高くなると
コスト高になる気もします。
コメントへの返答
2020年7月18日 12:28
kakkyさん、追加の解説ありがとうございます(^_^)

タービン前の流量とブースト圧が分かれば吸気ポートに入ってくる酸素量は予測できるってことなんですね(^^)
1気圧より高くなるとセンサーのコストが上がる・・・なるほど納得です。
2020年7月17日 19:13
蒼さん
ガソリンは液相なんで、
質量計算上は、空燃比上は近いですね。
酸素の供給は質量計算が難しいので
混乱しますが、質量計算上で、
理想の燃料と酸素の比率は、
同等ですよね。
でも、ターボ加給内燃機は
吸気に圧縮がかかる分、
吸気の絶対質量は、
自然吸気内燃機よりも
増えるから、出力が上がりますよね。
で、吸気酸素は、圧力で体積は
変化しますが、質量は変わりませよね。
だから、加給前で計測しても、
加給後でも、体積は違いますが、
質量と、分子量は等価のはずですよね。
コメントへの返答
2020年7月18日 13:18
「酸素」は吸った以外のところにはないから体積はともかく質量変わらず、分子量は等価
圧縮されてエンジンに吸い込まれていった分、外気からは新しく同じスピードでタービンに入ってくる
と、エアフロもその分だけ酸素が通過
ですかね(^^)
2020年7月17日 19:23
こんばんはm(_ _)m

俺はそこまで調べたり考えたりしませんので…(笑)

ナイスです(^-^)
コメントへの返答
2020年7月18日 14:20
ナーさん、こんにちは♪

ここまで調べなくても、運転が楽しいっていうだけでシルビアに乗る理由としては充分ですよね〜(^_^)

仕組みを知りたくなっちゃうのは、昔からの癖です(笑)
2020年7月17日 19:45
ふふふ、いい妄想ネタに目をつけましたね。このネタ、語りますよ。

圧力と流量について、我々電気エンジニアがわかりやすいように考えるには、電圧と電流に置き換えればいいんです。
1.エアフロは何かといえば電流計。電流計は単位時間あたりの電流を測ります。エアフロは空気流量。電流と空気が違うのは電流の流れる速度は条件によらず一定だけど、空気は速度が変わるので、ホットワイヤー式エアフロは流速を測定してますね。そこに時間をかければシリンダに入っていった空気量がわかります。NAだとここで一旦考察は区切れますね。
2.タービンは昇圧回路。圧力を上げる。昇圧回路で電圧を上げると当然ながら消費電流が増えます。タービンで昇圧するとタービン上流のエアフロで測定している流量が増えます。流量積分すればシリンダに入っていった空気量がわかります。
3.燃料制御は何を目的に制御してるかというと、シリンダに入った空気(というか酸素)量に見合った適切な量の燃料を投入することです。上記のように(NA/ターボに関わらず)エアフロでの測定結果からシリンダに入った空気の量はわかるので、それに合わせた燃料を吹くべく、インジェクタを駆動する、です。理解するためのポイントは電力(電流×電圧)=空気量(流量×圧力)ですかね。

どうですか。電圧昇圧回路は電源ではないから発電しないのと同じく、タービンは空気を作り出すことはしません。このポイントが理解できれば、蒼さんの疑問も解消するのではないかと。
妄想ネタはこの他にも色々あります。僕はだいぶ楽しんでます。蒼さんの楽しい時間のために今回はこのへんでやめときますね、ふふふ。

ちなみに、6MTのフライホイールですが、アイシンの6MTを装着するために円柱状になっています。5MTだとほぼ円盤です。すなわち、重い。実物を持つとその重さを実感します。オーテックのフライホイールはニスモの軽量フライホイールですが、それでも円盤フライホイールに比べると重いんです。これは残念ポイントですね。それを考えても6MTでステップを刻める6MTのほうが5MTより好みです。

もひとつちなみに、カムのオーバーラップと燃料噴射タイミングを理解/考察するために、エクセルでグラフ書かせました。ご入用ならメールしますので連絡ください。これを使うとなんでオーテックエンジンがアイドリング安定させるのが難しいのか考えられるんじゃないかと思ってます。僕はまだ結論にたどり着いてませんが…。
コメントへの返答
2020年7月18日 19:40
たださん、こんばんは♪

いつもながら、分かりやすい解説ありがとうございます(^_^)
昇圧回路の例がすごくしっくりきます。

フライホイール、軽量と言われてても重いんですね〜。
だからそんなに扱いにくくないのかも?
でも、そうだとするとスペックRの純正フライホイールはかなり重いことになりますね(^_^;)実際走らせたことがないから分からないけど。
6MTは、やっぱりいいですよね(^_^)S15買うまでは別に5MTで充分って思ってたけど、ギア選びがしやすいし、4速以下がローギアードなのも楽しいし♪

カムのオーバーラップと燃料噴射タイミング:
グラフ作ってるんですか〜、凄いです!
私もグラフ見てみたいし、見て自分でも考えてみたいです(^_^)
2020年7月18日 19:01
①ガソリン1Lは、8.35kWhのエネルギーを持つ。
で、馬力に直すと11.3psh。
でエンジンの熱効率って良くて、40%くらいなんで、1Lのガソリンで4.5pshを出力できる。
すなわち、ガソリンが1Lあると、1時間、4.5psを発揮できる。
その時のガソリン流量は0.28ml/s。

こうなると、計算できる。
200psで走り続けるには12.3ml/sでガソリンを燃やすことになる。
1時間で44.3Lのガソリンが無くなる計算。
外れてはないやろ。

と言うことで、インジェクターは最高出力に比例した、容量が求められることになる。
165ps用のインジェクターでは200psのガソリンを流せなくて、250psのタイプR用のインジェクターを使ったのでしょう。

②ナトリウム封入排気バルブ
欧州車だとゴルフでもナトリウム入りを使ってます。
全開で走り続けた際に、排気バルブが熱で壊れるのを防ぐためです。
日本市場では、全開で走る場面が少ないので、普通のバルブを使い、全開時にはガソリンを余分に噴いて、排気の温度を下げてバルブを守ることが多いです。
当然燃費が悪化し、排気が汚くなります。
この頃の日産は良心的です。(今がどうか分かりませんが)

③エアフロメーター
考えたことなかったですが、確かに吸気口のそばにありますね。
エンジンのインマニ付近にあるのが理想ですが、空気の圧力は音速で伝わるので、流量はどこで計っても一定とみなせるのかも。
あと、エンジンから離れている方が、温度変化が小さく外気温で吸気温度を置き換えるのかもです。
排気の酸素量も測定して、数ミリ秒毎に燃料噴射量をコントロールしていると思われます。

④アイドリング
アイドリングが800rpmだとすると、トルクは心の目で130Nmなんで、吸気は1.3Lしか吸えないバルブタイミングだという事。
35%の吸気を捨てるタイミングで吸気バルブを閉める。
1.3Lエンジンなんです、低速では。
コメントへの返答
2020年7月18日 22:56
XGさん、こんばんは♪

①ガソリン1Lあたりのエネルギー
考えたことなかったです。新しい視点、ありがとうございます(^_^)
熱効率40%ってかなり新しいエンジンですね。仮にそうだとして200psを1時間出し続けたらガソリンタンクの2/3のガソリンを消費しちゃうわけですね〜。でも分かる気がする。

②欧州車ではナトリウムバルブって普通に使われるんですね〜。
S15オーテックにナトリウムバルブを使ったのは燃費じゃなくて、高回転型にするためだそうです。高回転時の熱に耐えられるように。
今の日本車は燃費重視でナトリウムバルブ使ったりしますよね。フィット3もハイブリッドだけナトリウムバルブ。

③エアフロ
温度の要素はありそうですね。
インマニあたりだと、ターボ車の場合いくらインタークーラーを通ったといっても圧縮されてる以上はそこそこ高温だろうし。
タービン前ならほぼ外気温で済みますもんね(^^)

④低速では1.3Lエンジン、なんか分かる気がします(笑)
フィットと同じくらいのパワー感。
たぶんそれじゃ足りなくて、S15オーテックはアイドリング1000rpm。
チューンドエンジンは低速犠牲にしてますね(^_^;)
2020年7月18日 23:47
EUNOS100が、1.8L/L4/NA/135psのS13のNA並みのチューンで、アイドリングは750rpm。
リッター100psの4.2L/V8/NA/420psのエンジンのアイドリングは800rpm。
トヨタのセルシオは4.3L/V8/NA/280ps!!のアイドリングは600rpm!!。

良い音しますよね、チューンドエンジン。
アイドリングの回転数が高い(笑)。
コメントへの返答
2020年7月19日 10:58
100ps/Lで800rpmで大丈夫なのが、さすが4.2Lですね(^_^)

S15のSR20DEのアイドリングは
ノーマルの165psで800rpm
チューンドNAの200psで1000rpm
もとから高めかも(笑)
2020年7月19日 12:59
100ps/Lで800rpmで大丈夫なのはV8だからですね。
念為。
コメントへの返答
2020年7月19日 13:01
排気量じゃなくて構造なんですね(^_^)
2020年7月19日 21:07
よく分からないけど、頭がいい人が決めたのだからそれで良いと思ってる電気系の私です。パワトレ関連は理解あきらめましたw

ちなみに、別件でバリエッタにAVのマフラー付けてる?みたいなのがツイッターで見かけたので、調べてみたら、AVのマフラーはR34の小変更だというとが分かりました。どなたかAVのマフラーはRともSとも違って、出てる排気口も左右で径が違うとありましたが、マジでした。

足回りも微妙に違いますが、S15ではない他の車両の流用や小変更だったりするので、さすが流用の日産です。
外観以外でAV専用の新規設計は、エキマニくらいでしょうか。。。
コメントへの返答
2020年7月19日 23:00
ののはらさん、こんばんは♪

あらっ、専門分野一緒ですね!対象製品は違うけど、私も電気系(^^)

S15AのマフラーがR34の小変更ってビックリです。
でもR34の純正の写真見ると納得。

他車種の流用や小変更・・・なるほど〜。
あれだけ専用設計したのをスペックRより安く売れるのは大盤振る舞いだなーとは思ってたけど、そういうことですか〜(^^)
まぁでも流用が多くても、運転が楽しい車で良かったです♪

プロフィール

蒼(あお)と申します。 MTがマイカー選びの最優先事項。 現在、マイカーはシルビア(6MT)とフィット(5MT)の2台体制です。(夫の車を除く。) ...
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