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クランクケース内の減圧 (レデューサー・結果考察編)

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昨日の走行テスト編に引き続き、本日は、テスト結果についての考察をしてみたいと思います。
装着前に行った検討内容はこれです。
http://blogs.yahoo.co.jp/mameshiba198/22724799.html
走行テストの記事はこれです。
http://blogs.yahoo.co.jp/mameshiba198/22794415.html

マエカワエンジニアリングが開発販売する「レデューサー」、先日のテスト走行の結果、優れたフィーリングを得られることを確認したところですが、なぜそこまでの体感有為差が生まれたのか、その要因について考えてみました。

レデューサーのアドバンテージについてまず私が考えたのは、
1 減圧能力の絶対値の高さ
2 減圧能力の安定性の高さ
ということです。
これによって、クランクケース内をより低圧に保つことができる上、その圧力変動を小さく抑えることができるのではないかと考えたのです。

NAGもレデューサーも、ブリーザーの取り出し口におけるクランクケース内圧が正圧になった瞬間にバルブを開いて圧力を逃がし、負圧になった瞬間にバルブを閉じて大気圧の流入を防ぐという動作を繰り返すことによって、トータルでのクランクケース内圧を弱負圧状態に保つという役割を担うものです。
この、クランクケース内に存在する空気(ブローバイガスを含む)の自然な圧力変動を利用するという意味では受動的なものとも言えます。

しかし、ポンピングロスを低減するという目的のみを考えた場合、クランクケース内圧は低ければ低いほど都合が良いはずです。(これの弊害については後述する)
そのために、多くのレーシングエンジンでは、クランクケース内圧を強制的に抜くということをしています。
ヤマハのモトGPマシンでは排気ポート直後に発生する負圧を利用してクランクケース内圧を抜くというシステムを使っていますし、その他でも、スカベンジポンプを使って強制的に抜くということをしているのです。
このような、強制減圧システムを導入する目的は、クランクケース内をより高い負圧状態にすることでポンピングロスを可能な限り低減し、これによって多くの出力を取り出すとともにエンジンブレーキを緩和しようとするものに他ならないのです。

現に、NAGでは、一部のレーシングマシン用に、エアショット型と呼ばれる強制減圧システムを提供していますし、変態仲間のつるりんさんは、これをご自身のGSF1200に装着してテストしています。
また、YO’SHI^さんもご自身で製作した、吸入負圧利用による強制減圧システムをXJ900に装着されています。
私はこの2台にも試乗させていただいており、これらは、強制的に減圧するということからも当然のことですが、その効果はさらに一枚も2枚も上手です。

そのように考えると、そのエンジンにおいて弊害が出ない範囲内であれば、クランクケース内圧は可能な限り低く抑えた方が良いということになるのではないかと考えます。

そこでNAGとレデューサーを比較すれば、両者の開口面積の違いは明らかです。
リードバルブが開くことによって大きな通路が開くレデューサーに対し、NAGの通路はごくわずかになっています。
これは想像ですが、樹脂バルブをストロークさせることで機能させるNAGにおいて、この開口面積を大きく取ろうとすると、閉じ側のレスポンスに問題が出て、その結果、大気圧の逆流入が増加することで、結果としてクランクケース内を負圧に保つことができなくなるのではないかと思うのです。

レデューサーのリードバルブ部分はこのようになっています。
クランクケース内圧の高まりに応じてリードバルブが開き、最大は弓形のストッパーによって規制されるまでとなります。




リードバルブが開くと、このような大きな通路が現れます。



NAGも相当の効果を発揮するのですから、おしなべた能力としては十分にあるのかもしれませんが、クランクケース内圧の高まりというのはそんなに単純な圧力変動ではないはずです。また、同じ瞬間を捉えても、内部の圧力分布には相当の偏りがある上に、その場所も常に動いているはずです。
つまり、クランクケース内部には大きな圧力変動が生じているということです。
そして、この変動の大きな山がブリーザー取り出しにやってきた時、レデューサーではリードバルブがリニアに開いて開口面積を増大させることでスムーズに逃がすことができるのに対し、NAGではこの山をさばくのに十分な開口面積を稼ぐことができないのではないかと想像します。
これが、エンブレ状態を保った際の減速感の違いになって現れるのではないか、つまり、ここでも常に一定した糸を引くようなフィーリングのレデューサーに対し、ここでムラっ気を感じるNAGにおいては、このさばき切れなかった山をムラとして露呈してしまうのではないかと想像するのです。

また、絶対的な減圧能力の差は、加速時のトルクフィーリングの差にも現れているのではないかと感じます。
より、大きく減圧できるレデューサーの方がより良い加速フィーリングを示したということです。

しかし、これらの現象の程度差は、装着するエンジンによっても異なるはずです。
それは、脈動の山の高さや絶対的な内圧の高さがエンジンによって異なるはずだからです。

現に、NAGでも、内圧の高まりが比較的穏やかと思われる並列4気筒エンジンを搭載する車両には汎用性の高いもので対応している反面、大排気量2気筒エンジン車にはそれぞれ専用品を製作しているところからも窺えることです。

もうひとつ、NAGがオンオフスイッチのような作動しかできないのに対し、レデューサーにおいては、圧力に応じてリードバルブの開き具合がバリアブルに変化するという点もアドバンテージとして忘れてはなりません。
気体を効果的に流すためには、ある程度の流速が必要となります。
これはイメージですが、わずかな圧力の高まりにも敏感に反応してパカッと開いてしまうと、ここを流れる気体は流速を失って流量が稼げないといったことは一般的に起きることです。
そう、強制開閉キャブレターにおいて不適切な急開をしたのと同じということですね。
流量に応じてバリアブルに通路面積を変化させるということは、流体を効率良く流すために効果のある手法であることに間違いはないのです。

しかし、シンプルでコンパクトな構造であれほどの効果を発揮するという点ではNAGも素晴らしいものです。
つまるところ、同じ目的に向かって作られたこのふたつの製品ですが、それぞれ具体的なアプローチが異なり、それぞれのメリットがあるということですね。



ひとつだけ、レデューサーで気になることがあります。
リードバルブとガイド板を本体に留めているのは1本のネジですが、ここには何らかの緩み止めをした方がいいように感じます。
2ストロークエンジンのリードバルブでは、ここにネジロック剤の塗布が指定されていたりしますし、ここのネジが緩んで脱落し、クランクケース内に入るというトラブルは現に起こるようです。
考えてみれば、脈動によって常に振動しているところですから、緩みやすい条件化にあることに間違いないと感じます。
レデューサーの場合、ここが緩んで脱落したからといって、セーフティーネットで捕捉されますのでエンジン内に入ることはなさそうですが、そうなると減圧効果は完全に失われ、ただのブリーザーパイプになってしまいます。
レデューサーのメリットとして、NAGと比較した場合にメンテナンスフリーということを謳っていることからも、ここに緩み止め対策を講じるのが得策であり、謳い文句との整合性も図れるのではないかと思うのです。
具体的には、ネジロックよりも、シリコンガスケットをネジ山に塗布する程度の軽微なもので十分に思えますし、その方が取り外し時などのメンテナンス性にも優れるのではないかというのが個人的な考えです。


最後に、クランクケース内を減圧することによって起きる弊害について書いておきます。
エンジンには、オイル漏れを防ぐためのオイルシールが各部に使われているのはご存知のとおりです。
代表的なのは、ドライブシャフト裏などですね。
このオイルシールというものは、内部からの正圧には耐えるように設計されていますが、反対向きの圧力、つまり、エンジン内部の負圧には弱いのが通常です。
ですので、あまりに減圧の程度が進むと、オイルシールの機能が失われることでオイル漏れを引き起こすおそれがあります。
これは、エンジンによって程度差があるようで、聞いた話ではあるものの、一部のドゥカティエンジンでは減圧バルブを装着しただけでオイル漏れを起こす傾向があるそうですね。
また、エンジン各部を潤滑しているエンジンオイル内にキャビテーションによる気泡が発生し、これによって潤滑不良~焼き付きというトラブルも懸念されるようです。

先に書いたレーシングエンジンのように、大きく減圧をしているものにおいては、こういった問題が起こらないような対策設計が行われているはずですし、そうではないエンジンに後付けで装着した場合にこのような問題が起きる可能性があるということです。


この関連については、また思いつくこともありそうですので、この記事、今後も細かく補正や補足を繰り返す可能性が高いです。



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