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ターボエンジンの中には5センチくらいの羽根車が入ってて何万RPMで超高速回しているらしい。

そもそもターボ機械はややこしすぎる。空気が圧縮されたり、圧縮して逆圧力勾配ができたり、空気が羽根に沿って流れなくてサージングしたり。

羽根を動かしたら風が動く。動く速度と面積の掛け算が風量みたいに単純なイメージは無いもんかと見てたら、あった。しかもウェブで計算できる。

今はなんでもウェブアプリがあって、信じられない。

https://gijyutsu-keisan.com/webapp/mech/calc_fan/calc.php

空気は羽根が動いたら羽根の角度に沿って、動きだす。と言う仮定。
羽根車の形状と、羽根の取り付け角度を入れて、回転数を設定したら、流量を計算してくれる。

排気量2リッターで3000RPMで、ブースト1.7だとしたら、必要な空気の吸い込み量は、2リッター×3000×1.7。リッターを立米に換算したら10.2m3。

HKSのホームページで、タービンの寸歩を見たら、1番小さいやつの内径がΦ57。

タービンは吸い込んで真横に吐き出すので流れる向きが90°変わるので、羽根の取り付け角度45°にしとく。コンプレッサの写真でも斜め45°っぽいし。

羽根の高さはとりあえず、羽根の半径の半分にしておけば、羽根の直径の円に相当する面積で吸い込む事になるので、そうしとく。

毎分の流量は
1万RPMの時、4.5m3
3万RPMの時、13.5m3

何万RPMと言うレベルの超高速回転で回らないと必要な空気を供給できない。と言う事がわかった！ヘー


ココで気になるのは、タービン側。コンプレッサが3万回で回る時、当然同軸で繋がったタービンも同じ速度で回らないといけない。

タービンを動かすのは、シリンダーから出てくる排気ガス。排気ガスの速度はタービンの回転速度より速くないといけない。

どのくらい早いんだろうと思って計算してみる。

タービン直径は無かったので、コンプレッサの内径と外形の間を取って、エイやと直径70mmにする。そしたら、3万RPMの時羽根の先端速度は110m/s。排気ガスの速度はこれより早くないとタービンは、この速度では回らない。

110=70/1000/2×2π/60×30000

排気ガスの速度を計算してみる。
4ストロークなので吸い込み、圧縮、爆発、排気。排気してるのは、一回転の半分の間。

エンジン回転数が3000RPMの時、一回転する時間は60÷3000=0.02秒、排気の時間は半回転なので、2で割って0.01秒。
0.5リッターの排気が、0.01秒間で出て、タービンハウジングに入る。ハウジングの隙間から風が出て羽根に当たる。

風流を隙間の面積で割ったのが風速。

直径70mm、仮に高さ5mmの隙間から吹き込む時、
0.5/1000÷0.01÷(5/1000×π×70/1000)=45.5m/s

羽根の速度の半分しかない！
単純に当たりをみるつもりで、気圧、排ガス温度を無視したら、計算上物理的に成り立たない。

シリンダーの入口では圧力1.7バールで押し込んでるのと、温度が高いから、出口では膨張してもっと体積が増えてるはず。25℃で密度1.2kg/m3が、排ガスの温度200-300℃で0.7 kg/m3まで膨張。元の圧力になると1.7×1.2÷0.7＝2.9倍の体積になる。

そうしたら、速度もその分倍になるので45.5×2.9=132m/s。

少なくとも排気ガスがタービンに当たる速度は羽根の周速より早くなった。

4月は方針発表系の会議が多く、放心しながら計算するには面白かった。

次の予定まで時間があったのでウロウロしていたら、縦列で止めるパーキングメーターから、ちょうど出る車があった。古いBMW。角ばったシルエットとリアランプからE36じゃ無いかと思った。

昔のBMWが停まってたところなら、1番コンパクトの1ならいけるはず！と思ってチャレンジ。

リアビューカメラに映る障害物までの距離に応じて、赤、黄のマーキングが表示される。これを見てると、ああまだいけるとか思って、なんとか入れられた。

しかし、リアビューがまだ黄色い表示の時に、鏡／目視で後ろを見たら自分の距離感覚的にはアウト？と思ってしまった。

狭いとどうもステアリングをフルに据え切りに近い操作をする必要がある時があって、これが機構に負担をかけてる気がするのでなんか嫌だ。

土地が広い田舎では、ほぼ縦列する事がなかったし、路肩に寄せるのも、余裕を持って寄せられたので、苦手意識。
後、前に住んでたときは必需品で毎日使ってたので、車両感覚で困ることもなかった。

サンデードライバーには、距離センサー付きリビューカメラはありがたかった。

駐車のターゲットスペース。広角レンズで見ると思いの外広く見える。


やってる間、後ろで待たれると、早くしろと言う無言のプレッシャーが。。。

まーさんガレージで前後異サイズのタイヤを純正戻しで、同サイズに戻してた。

気になって自分のを見てたら、直径が違うことを発見。120はタイヤの前後が違って、リアの方が幅が広いタイヤになってる。純正でサイズが違うので、てっきり径は同じと思っていたら、どうも若干違うらしい。
225/45R17
245/40R17

タイヤウォールの高さは、幅かける扁平率。
225×0.45=101.25
245×0.40=98.00
リアの方が半径が3.25ミリ小さくなってる。

タイヤ屋の早見表で直径を調べると、計算通り後ろの方が直径で6.5mm小さい。
前が634.3
後が627.8

このくらいほぼ同じだろうと思ったけれど、念のため回転数の影響を計算してみたら、当然誤差がある。

後輪駆動で後ろが一回転した時、前の方が円周に沿った距離で一回転に20.4mm足りない。後ろが96回転したら前は１回足りない計算。4%くらい前の方が回転数が遅い。

FRは後ろの方は幅広で扁平率を低くしてトルクを伝える面積を広く、よれにくくするため、リアの方が幅が広いものかと思ってたら、意外とそうでもなくて、GT86は同じ、ロードスターも同じ。

f20の1も、120と140以外は前後で同じ。140と120と比べると、ホイールは140が18インチで120が17インチ。フロントの幅と扁平率は同じ。リアは、幅は同じで扁平率が140は35。

インチアップって意外とややこしそう。
ABSセンサーやらスタビリティーコントロールは、車速センサーの読みを見てるらしい。前と後ろで径が違って回転数が4%違うことがわかったとして、それが大きいか小さいか判定できない。

結局純正でそうなってると安心する。

室内で聞く排気音がしょっぱいのは、そもそも遮音性がよくて、あまり音が車内に入ってこないのではないか？と思ってICレコーダーで別撮りしてみる。

ICレコーダーは昔買ったオリンパスのボイストレックDS−700。懐かしいUSBミニの端子。

取り付け場所を試行錯誤。ハッチの鉄板に、レコーダーのケースのマグネットがいい塩梅で着く。ウェザーストリップの外、板金の内側。外気に触れつつも、板金部分が屋根になるので、設置場所とし満足。

エンジンをスポーツモード、シフトもスポーツにする。スポーツだとトルクが太く感じられるようになって、勇ましい野太い感じの音になる。いざ裏山のワインディングへ！

ところが、トルクがあるのでアクセルちょっと踏んだら制限速度。3000までしか回してない。そのあとは速度維持。下りでエンジンブレーキ。

全く盛り上がらない音が録れた。
加速する時とエンブレの時に、マフラーからボーという音がして、ほかの時はほぼ、タイヤノイズ。

マフラーの排気フラップが開けばもっと景気の良い音がするんだろうか。エンジンモードと運転の仕方に工夫が必要。あとレコーダーの設定も、レベルとかに工夫が要るかも。

bimmer postの掲示板によれば、コンフォートとスポーツなら、WOT：ワイドオープンスロットルの時、スポーツ+ならずっと開いてるらしい。

Cold start - both open until engine warmed. 30s-2mins
Comfort - one open by default, BOTH open under WOT
Sport - same as Comfort
Sport+ - both always open

https://f30.bimmerpost.com/forums/showthread.php?t=1213897

4気筒のスープラで400馬力だす記事を発見。エンジンがB48で同じなのでワクワク。

https://option.tokyo/2020/07/20/72306/

ところが給気系ノーマルだと、出力が頭打ちになってしまったらしい。

で、給気系の管路に断面積が絞ってあるところがあって、そこで空気が詰まったのが原因で、管路の断面積が大きいものに変えたらパワーが出たと書いてある。

流れがチョークしてるらしい。上流の圧力が一定のとき、下流でいくら吸い込もうとしても流速が変わらない現象。流速が音速を越えて衝撃波が立つと、下流の圧力をいくら下げても、下流の圧力が衝撃波の上流に伝わらないので、流速が変化しない。

見た目内径3-5センチくらいあるインテークパイプで起きるのが違和感。こういうのって、よっぽど断面積が狭いところじゃないと起きないと思ってた。
現代は便利で、ウェブで計算できるツールがある。。。
https://www.pisco.co.jp/technology/flow/

ブースト圧は0.7キロと記事にあるので、ゲージ圧0.7kpaと想定してこの現象(チョークした)が発生したときの流量を断面積毎に計算してみる。
あとB48は排気量2リッター。一回転あたり2リッターの空気を吸い込むので、その時の回転数を計算して見る。

Φ10mmの時
1592l/min
796rpm

Φ20mmの時
6406l/min
3203rpm

Φ30mmの時断面積706mm2
14403l/min
7201rpm

Φ40mmの時断面積1256mm2
25623l/min
12811rpm

レッドゾーンは7000rpmからなので、給気系管路の最小の断面積がΦ30以上で作っていたら、ちょうど十分に作ってある事になる。もっと空気を吸い込んで仕事させるには、面積をもっと大きくしないと、給気系管路がリストリクターみたいになってしまいそう。
という事で、出力アップに給気系ダクト取り替えが意味ありそうと言う事がわかった。

ターボ車なので、給気系はなんか純正から変えてみたい。なんか給気ダクトは割れるという話もあるので、ダクトはアルミダクト、エアクリももっと効率のイイやつに変えたいなと思う。しかしおっさんになってからエンジンに毒キノコ生やしたいとは思わない。

メーカーの保証があるうちは改造もできない。結局、みんカラで、人様の整備手帳でFTPチャージパイプと、EVENTURIのエアクリを見たら、自分でつけた気分を想定して、思わずイイねしてしまう