なかお＠Ｒ－Ｊｕｎｋｉｅのブログ一覧

早速第２回。
前回がネガティブな内容になった理由と、その先です。

ここでのエンジンのチューニングとは、パワーアップやレスポンス改善など、基本的なレベルアップを指し、そういうことに影響しない内容は無視します。


エンジンの基礎的な考え方

混合気（空気とガソリンの混合）を吸い込み、圧縮し、点火し、燃焼ガスによる膨張でエネルギー（パワー）を得る。

この４段階が２回転（４ストローク）なので、４ストローク１サイクルエンジンといい、ガソリンエンジンがそうです。

排気量固定で、より大きなパワーを出すには、
１．よりたくさんの混合気を吸う（吸気効率改善）
２．強く圧縮する（熱効率向上）
３．確実に点火する（熱効率向上、膨張時エネルギーロス改善）
４．膨張エネルギーを効率よくピストン、クランクに伝達すること（ロス改善）
となります。

各項目の後ろのカッコ書き内容が直接の改善方針になります。

排気量を上げることは、ほぼ１．に当たります。
ターボなどの過給では１．の吸い込みが押し込むイメージですね。
高回転化によるパワーアップは後で書きます。
排気系は説明がめんどくさいので、他で調べてください。


まず大事なことは、上記のハナシはスロットル全開かつ回転数が固定が前提で、全開でない状態のパワーは全て制御がどうなのかってことで、回転数が変動する加速時はまた別のハナシだってことです。
それは後で具体例を示して説明します。

１．では、インテーク関係で、よくやられるのがエアクリーナー交換ですね。
吸気効率改善で重要なのが、どこがどれくらいネックなのか？です。
個々を検証し、改善につなげることが重要です。
平成１１年ＮＢ１型ロードスターで検証した結果、エアクリーナーではなくインテークマニホールドでした。

独立スロットル化やカムシャフト交換や、バルブタイミング変更など、１．の改善がチューニングのほとんどといっても良いですね。

ヘビーな改造では、ポート拡大、ビッグバルブ化などまで行いますが、現在では昔のエンジンほど効果はありません。


２．圧縮比を上げることで、燃焼そのものが変化し、まとめると熱効率が改善するそうです。
個人的には、パワーアップに効くというよりは、速いエンジンになる感じです。

３．吸い込んだ混合気は全て燃えると思ってる人もいるかと思いますが、全然燃えてません。
ガソリンエンジンの場合、空気（酸素）を吸い込む量が限られてますので、それに見合う量のガソリンしか要らないはずですが、２０％以上余分なガソリンを混ぜます。
空燃比から考えても２５％くらいのガソリンは燃えません。
燃えるといっても膨張の後半で燃えても意味が無く、早く燃えないとダメです。
圧縮との関係もあるそうですが、強い火花と燃えやすい環境作りが重要です。

最近のエコエンジンはここの研究が進んだ結果ですが、パワーにはあまり貢献していません。
直噴エンジンが当たり前な時代ですが、パワーを出すにはポート噴射が有効であることが、２輪やＬＦ－ＡのＶ１０、８６（ＢＲ－Ｚ）のエンジンなどから分かります。
Ｆ１もそうですね。

まだしばらくは点火系強化しかないと考えます。


４．は全体に関わることですが、摩擦（フリクション）改善が主になります。
ピストンが受けたエネルギーはクランクシャフトにコンロッドを介して伝えますが、どうしても角度がつくためにピストンにはシリンダー内壁に押し付ける力が発生します。
この摩擦力が少ないほどロスが減り結果パワーが上がります。
手段としては、ピストンクリアランスを大きくする（⇔音が出る）、シリンダー内壁の面を綺麗に仕上げる（プラトーホーニング、めっきシリンダーなど）、コンロッドを長くする（⇔エンジン全高ＵＰ、重量増）、ショートストロークにする、シリンダーとクランクシャフトの軸線をオフセットする、などです。


高回転化ですが、計算すると分かります。
出力（パワー）＝トルク×回転数×係数
トルクが同じなら回転数を上げたほうがパワーが出る、ということです。
分かりやすくいうと、ターボはトルクを上げてパワーを出し、ホンダのＶＴＥＣは回転数を上げてパワーを出しています。


ひとつひとつの部品を理解し、狙った効果に対し阻害する要因を考えて効果が得られないようなら対策するなど、非常に難しいと思います。

また、制御系で問題があることがほとんどです。
欲しいパワーは４０００回転以上だと思いますが、そのゾーンは自動車メーカーとしては重要でないため、燃料と点火マップ書き換えだけでは済まない大きな問題を抱えています。

インジェクターは容量だけでなく、噴射量が増えた時にちゃんと燃えるのかどうか。
点火系は高回転で追従してるのかどうか。
制御方式（エアフロ式、圧力式、スロットルポジション式）はどうか？


私が経験した９１１のエンジンとロードスターのエンジン、インプレッサとＧＴ－Ｒで、やったことと結果の考察を書きます。

９１１（７３年式２．４Ｌベース）
ボア×ストローク：９３×７０．４　　（約４７８ｃｃ×６気筒、約２８６９ｃｃ）
３００度くらいのカム、圧縮比１１以上
レース用ピストン（マーレ製）
６連スロットル（φ４３）、ハルテックE6Kによるスロットルポジション式制御、レブリミット8000rpm
２ＪＺ用430ccインジェクター（１ホール、２分岐）
軽量フライホイール

ロードスター（ＢＰ）
ボア×ストローク：８３×８５　　（約４６０ｃｃ×４気筒、約１８４０ｃｃ）
２６０度くらいのカムと３０４度カムの２パターンでテストし、２６０度のほうで使用
圧縮比１１．５くらい、マルハピストン（マーレ製）、Ｈ断面コンロッド（アメリカ製）
４連スロットル（φ４７）、フリーダムによるスロットルポジション式制御、レブリミット9500rpm
EJ20（GDB）用550ccインジェクター（１２ホール）
軽量フライホイール

１気筒あたりではほぼ同じメニューですが、ボアストロークとカムが違います。
もちろん６気筒、４気筒で排気量が違うのですがその差を引いても、ボアストロークの差、クランク重量が大きいのではないかと感じました。
ロードスターで３０４度カムをテストしたとき、思ったより速くならなかったのです。
９１１のエンジンはＯＨＣ２バルブなので、カムの度数が大きくても空気が入らないのは考えられますが、だったらバランスの悪いエンジンになるべきで、ロードスターのエンジンのバランスが悪かったです。

ロードスターでは９１１の時の見直しが高回転で必要で、インジェクターに気を使いました。
おかげで７０００ｒｐｍ以上の伸びは想像どおりでしたが、２速の加速が不満でした。


逆に、
インプレッサ（ＥＪ２０）
ボア×ストローク：９２．５×７９　　（約５３１ｃｃ×４気筒、約２１２４ｃｃ）
純正カム、圧縮比９弱、マーレピストン、EJ255用555ｃｃインジェクター（１２ホール）
軽量フライホイール
パワーＦＣ、Ｚ３２エアフロ、ＡＲＣインタークーラー、ＧＤＢ－Ａ純正タービン、等長タイプエキマニ（φ３８）、スポーツ触媒、φ７５マフラー

ＧＴ－Ｒ（ＲＢ２６）
ボアストローク：８６×７３．７　　（約４２８ｃｃ×６気筒、約２５６９ｃｃ）
純正カム（バルタイ変更）、圧縮比８．３、純正ピストン、純正インジェクター（１ホール）
軽量フライホイール
ＲＯＭチューン、Ｒ３４ＧＴ－Ｒ純正タービン、等長タイプフロントパイプ、φ８０マフラー、スポーツ触媒

この２台では、インプレッサが良かったです。
６気筒がレスポンスが良いってことはないです。ＧＴ－Ｒの１速はびっくりするほど遅いです。。。
ＲＢ２６もインジェクターを見直せば改善するかもです。

クランク重量は、９１１約１０ｋｇ、インプレッサ約１０ｋｇ、ロードスター未測定（１８ｋｇくらい？）、ＲＢ２６約２３ｋｇです。
ＲＢ２６はさらにクランクプーリーが６ｋｇくらいあって、ＥＪ２０はアルミプーリーで１ｋｇ、９１１も１ｋｇくらいでした。
ロードスターもアルミプーリーにするとクランクの振動によりオイルポンプトラブルを起こしやすいようですね。

プーリーが重くないといけないならば直列エンジンはクソですが、２輪用ではそんなことはないようなので、そもそもの設計不良と考えますがどうも対策が難しいようなので、水平対向エンジンが優秀と考えて良さそうです。

回転数固定でのパワー（いわゆるパワーチェック）ではこういう検証が出来ないため、ＲＢ２６が速いことになってますが、そうではないと思います。
ゼロヨンなり、150km/h以上の加速勝負ならこういった低負荷での加速は無視されるに近いため、峠やミニサーキットといった100km/h未満の速さを重視すると、水平対向が優れるということです。

ただし水平対向エンジンは大きな問題を抱えています。
ヘッドに送ったオイルの回収が重力をあまり使えず、コーナーの横Ｇの影響を受けて、オイルがオイルパンに戻せないという問題です。
９１１はドライサンプですが、そのためです。
ＥＪ２０はＧＤＢの中期でだいぶ改善されていますが、ウェットサンプのままです。
もちろんストリートレベルでは全く問題ないので勘違いしないでください。
ポルシェも現行の水冷エンジンはＧＴ３などの特殊なのを除いてウェットサンプにコストダウンしてます。



チューニングとは、

メーカーがお客さんのためにコストダウンしたもの、手を抜いて作ったものを本来の姿にする

ということです。



たとえばロードスターにＥＪ２０のＮＡエンジンのちゃんとしたのを載せると最高だと思います（笑
チューニングの前にベースエンジンの素性をきちんと調べることが大事です。
９１１のエンジンは高いので、スバルだけになってしまいますが・・・
８６、ＢＲＺが出たので、チューニングが流行ることを願います。