ボイルシャルルの法則

ＰＶ＝ｎＲＴ

「ぴぃぶい　いこーる　えぬあーるてぃ」

高校物理で習ったボイルシャルルの法則、状態方程式ですが、今でも何となく呪文のように覚えています。
とはいえ、Ｒは確か乗数だったな、あれっじゃあｎって何だったっけ？あぁ気体固有のモル数かぁー、とちょっと怪しい（汗）
これ、気体の圧力と体積と温度の関係だから、身の回りに溢れているんですよね。

車弄っていても「ぴぃぶい・・・」と頭をよぎることがあります。
タイヤの空気圧がそれ。サーキットなどでスポーツ走行すると、路面とタイヤの摩擦熱（ブレーキも）でタイヤ温度が上昇します。
タイヤ内の空気温度も当然上昇しますが、タイヤ内が閉空間のため体積は一定です（タイヤの膨張は無視）。状態方程式は、体積一定のもと温度が上昇すると圧力が比例して上昇することを示しています。

この時の温度Ｔは絶対温度です。タイヤが冷間２０℃から温間８０℃まで上昇したとしたら、２７３を足して、３５３Ｋ／２９３Ｋ→約２０．５％圧力が上がる計算になります。走行前に２．０ｋｇｆ／ｃｍ２に調整すると、走行時は２．４ｋｇｆ／ｃｍ２となります。大体感覚的にもこんなものですよね。

整備手帳に書いたエンジンの吸気温度の話も同様です。吸気温度とはピストンが下死点まで下がり混合気をシリンダー内に吸い込む際の温度ですね。
この時も体積＝エンジンの排気量なので一定です。圧力はＮＡエンジンなので吸い込む力、つまり毎回同じ（ラム圧はかからない）。Ｐ，Ｖ，Ｔのうち、変数は温度だけと考えることができます。

外気温が低いとエンジンがよく回るというのは、ＰＶを一定に保つためＴが小さくなった分ｎ（気体を数える単位）が大きくなる、混合気（つまり燃料）がより多く吸い込まれ、結果として点火時の爆発力が大きくなるということ。
今回吸気ダクトを装備する前と後でデータを取ってその効果を検証してみました。

高速道路で、エンジンが十分温まった状態（水温＝８９℃付近）で８０ｋｍ以上で走行し、ＯＢＤⅡの吸気温度表示の最低値を比較するものです。
当然外気温が影響しますので、外気温＋何度になるかの比較です。その結果、

［ダクト取り付け前］外気温＋１２℃　（外気温が２０℃なら３２℃より下がらない）
［ダクト取り付け後］外気温＋　４℃　（外気温が２０℃なら２４℃より下がらない）

つまり８℃下げる効果があったということですが、画像のように吸気ダクトをガムテで塞いで走行（サーモクロスの効果を確認）してみたり、


ボンネットの雨どいを外してクーリング効果を確認したりしましたが、この８℃に貢献しているのは殆どダクトの効果でした。


意外にもクーリングボンネットのオープンはエンジン自体のクーリング効果はあっても吸気温度は殆ど変化なしでした。

信号待ちで熱がこもり外気温＋３５℃位になっても、走り出すとみるみる吸気温度が下がっていきます。あんなダクトでもフレッシュエアがちゃんと流れ込んでいることが確認できました。たかが８℃、されど８℃、実感沸かないですよねー。そこで計算です。

外気温が２０℃だと仮定して、ダクトなしの吸気温度が３２℃（３０５Ｋ）、ありは２４℃（２９７Ｋ）、３０５／２９７→約２．６９％混合気が多く吸い込まれることになり、空燃比一定ならガソリン量も同じ割合増えることになりパワーアップすると考えられます。もちろんコンピュータで最適化したらということになるんでしょうけど、サーキットではタイムに表れるレベルじゃないでしょうか。

でもまぁ、逆の言い方をするとその分燃費が悪くなるということですね( ﾟДﾟ)。普通の車は外気温＋１０～２０℃に設定されているようです。