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エンジン制御/その他技術

2019年5月22日 (水)

エアロチューンを極めるなら流体力学 ~その3~ #エアロチューン #エアロダイナミクス #空力 #流体力学 #エアロパーツ

今日は、”コアンダ効果”

これは、簡単な実験で体感することができます。

まず、スプーンを用意していただき、

水道の蛇口から水を出します。

水の流れに接するように、スプーンの凸側を当ててみてください。

スプーンが水に引き寄せられる事がわかると思います。

Photo_4 

これが、コアンダ効果です。

このように流体が、凸な面に沿って流れようとする性質を、

”コアンダ効果”と言います。

2_1

流体が凸面に当たると、物体に沿って流れていき、

ぐっと回り込んでいくように流れていきます。

このとき外側が高圧、物体に近い内側が低圧となり、

流体は低い方向に吸い寄せられ、物体に吸い寄せられるように流れていきます。

(上記図の矢印は、流体が引き寄せられる方向を表しています。揚力ではありません。)

このように、流体は何かのきっかけで曲がると、

吸い寄せられるように、さらに内側に曲がろうと物体に沿って流れていきます。

上のスプーンの場合、水が流れている方の面は流速が早いため、

ベルヌーイの定理により低圧となるが、凹面は大気圧のままなので、

水が流れている凸面方向へ引き寄せられます。

この原理で、GTウイングなどのダウンフォースの説明ができます。

(あくまでも、ウィング上面と下面に空気が流れるタイプで、空気の流れを上に曲げるダッグテールはまた別ものなので、後日)

今までに説明した、

ベルヌーイの定理、流線曲率の定理、コアンダ効果の三つが基本だと思います。

次回からは、剥離、境界層について説明していきます。

”剥離”と”境界層”は、トヨタアルミテープ特許の本質です!

モンスタースポーツ福岡の長田さんが、スイフトスポーツのリアウィングの原理を説明したYotube動画を見ると、ウィングのダウンフォースが良くわかると思います。

モンスタースポーツのリアウィングは、上面はフラットでガーニーフラップがついていて、

下面は凸に湾曲しています。

上面はガーニーフラップで流速を下げて圧力を上げ、

下面はコアンダ効果で気流を上向きに曲げて、圧力を下げることでダウンフォースを出しています。

下の動画では、ウイングの形状だけまねしたり、かっこよく作っただけでは乱流が発生し、効果が出ないことが良くわかります。

むしろ乱流で抵抗が大きくなるかも。

凸面に沿って空気が流れないと、コアンダ効果、流線曲率の定理によるダウンフォースは発生しません。

どうせお金払うなら、ちゃんと風洞を使って検証してるメーカーのものを買った方が良いと思います。

関連記事:エアロチューンを極めるなら流体力学 ~その2~

 

2019年5月15日 (水)

エアロチューンを極めるなら流体力学 ~その2~ #エアロチューン #エアロダイナミクス #空力 #流体力学 #エアロパーツ

第二回目は、”流線曲率の定理”です。

第一回目では、流体の流路が狭まるところでは、流速が増し、圧力が下がる

"ベルヌーイの定理"を説明しましたが、

流体の流れの向きが変わる場合も、圧力の変化が生じます。

流体(空気)の流れを表す線を、"流線"と言います。

流れが曲がる部分では、

物体の円運動と同じように、外側方向に遠心力が働きます。

_ __2

その結果、中心に近い場所ほど低圧になり、外側ほど高圧になり   ます。 

これを、”流線曲率の定理”といいます。

自動車のエアロパーツの場合、リアウイングのダウンフォース、

飛行機であれば、翼に発生する揚力の原理です。

__1 

上記は、自動車のリアウイングのダウンフォースの説明ですが、

これを逆にすれば、飛行機の揚力になります。

図では、上方向に流線が曲がっていますので、

遠心力は下向きに働き、ウイングの上面側が高圧、下面側が低圧となり、

高圧側から低圧側に押す力=ダウンフォースが発生します。(飛行機なら上方向の揚力)

では、自動車のフロント部分はどうか?

__3 

セダンタイプだと、フロントガラスの下の方は、遠心力は図の下向きに遠心力が働き気圧が高く、

フロントガラスとルーフの先端あたりでは、上向きに遠心力が働き気圧が低くなります。

フロントガラスの下は気圧が高いため、流線もフロントガラスから離れていきますが、

上の方は、気圧が低いため流線が引き込まれていきます。

旧アウディTTのようにボディが半円形の凸形状の場合は...浮き上がる方向に力が働きます。

今日はこれまでです。

エアロチューンを極めるなら流体力学 ~その1~

2019年5月 8日 (水)

エアロチューンを極めるなら流体力学 ~その1~

アルミテープチューンをいろいろと試してみたが、

このトヨタアルミテープ チューニングの基本は、空力の改善!

エアクリーナーやエンジン本体の静電気除去を行い、

エンジンの効率化を目的とした特許もあるが、

ボディに貼るアルミテープチューンの目的は、

気流の剥離を防ぐことで空力の改善をする事です。

これって、”気流の剥離”の意味だとかがわからないと、

何がどうなれば良いのか良くわからない。

さらに、アルミテープ以外の空力改善方法はないのか?

と思い、空力=流体力学についてちょっと勉強してみた。

トヨタ製の車に最近よくあるのが、”ボルテックスジェネレーター”

Aピラーの付け根や、テールランプの側面に付けてますよね。

これも結構空力改善に結構効くらしい。

もしかしたら、アルミテープチューンするよりも効くかも、

市販のボルテックスジェネレータを付けた方が効率アップするかもね。

マイカー(スイフトスポーツ)にも付けてみようかなぁ、と思ってます。

これから何回かに分けて、自動車に関連しそうな流体力学を説明していきます。

第一回目は、”ベルヌーイの定理”

広いところから、狭い場所に空気が流れていくとき、

狭い場所では流速が上がるけど、圧力は下がる

という現象を説明する定理です。

Photo_2

まず、基本として、

「流体は位置エネルギー、圧力エネルギー、運動エネルギー等を持っていますが、

この流体のエネルギーの総量は常に一定であるというのが、”ベルヌーイの定理”です。」

(実際の世界では、いろいろなエネルギー損失がありますので、総和が100%一定ではありません。)

上記の図では、ホースの口を指でつぶすと流速が早くなるのと同じで、

流体の流れる場所が狭められると、流速が早くなります。

しかし、エネルギーの総量は一定であるという法則があるので、

流速が早くなった(運動エネルギーが上がった) 分、圧力(エネルギー)が下がります。

これを自動車に応用すると、

自動車の底面をちょっと出っ張らせる形にすることで、

底面の流速を高め、圧力を下げます。

ルーフ側(周囲)の圧力は変わらないので、底面と比較して圧力は高く、

上から押される力=ダウンフォースを得ることができます。

フロアパネルがフラットであっても、ディフェーザーで空気をうまく逃がせば、

同じような効果を得ることができます。

ロータスF1のグラウンドエフェクトカー(ウイングカー)は、

サイドポンツーンの下面を上に反った(ウイング) 形にして、

かつ、前から取り込んだ空気を逃がさないように、両サイドもぴったりガードして、

底面を流れる空気の流速を高め、ダウンフォースを作っていました。

最近のF1は、グラウンドエフェクトカーは禁止されているため、

レーキ角(前を下げてフロアに角度を付けてる)+ディフェーザーで

後ろから空気を逃がすことで、ダウンフォースを得ています。

Photo_3

次回に続きます。


2018年8月 2日 (木)

初心者向け”インジェクション制御”ってなんだ?番外編#12

最近はフォルクスワーゲンの不正や、HV、EVに押されて、ディーゼルエンジンの影が薄くなりましたが、

まだまだ、ディーゼルエンジンは性能向上します!

マツダでは、低コストで環境基準をクリアできるディーゼルエンジンを開発!

さすがですね、かつてマスキー法をクリアしたH社は...

これからは、マツダ!の内燃機関技術 / スカイアクティブに注目したい!

2030年頃でも、まだまだ9~8割は内燃機関だそうです。

また、車の材料から生産、使用、廃棄までの一生を考えると、EVも内燃機関も変わらないそうですし、

EVは結局発電所で燃料を燃やしてる事を考えると、それ程環境負荷、コストも変わらないらしい。

昨今は、EVシフトありきだが、

そのうち、どっかで揺り戻しが来ると思う。

元ネタ記事:ディーゼル再興にのろし 常識を覆すマツダ、20年規制達成へ  (日経xTECH

関連記事:マツダのSKYACTIV-Xとは何が優れているのか? (MotorFanTech) 

SKYACTIV唯一の縦置き型(ロードスター用)をラインアップ:MAZDA P5 series (MotorFanTech

エンジン制御

2018年7月27日 (金)

初心者向け”インジェクション制御”ってなんだ?番外編#11

英国の革新的エンジン技術

英国の”カムコン・オート”会社が開発した技術らしいです。

日本のメーカーにも売り込みを行っているそうですが、

どんな技術か一言でいうと、”バルブ制御の電子制御化”です。

従来バルブは、カムによってメカ的につきだし量と、タイミングを制御してますが、

バルブをアクチュエーターで電子制御(コンピュータ制御)することで、突き出し量とタイミングを、

いかようにでも、無段階で可変できるという優れものです!!!

聞けば、なんで今までなかったの?っていう感じですが、

もし、エンジンを電気系のエンジニアが設計したなら、

この発想はもっと早く出てきたかも...

この技術の良いとこは、ヘッドを交換し、それを制御するコンピュータさえなんとかなれば、

従来のエンジンにでも、レトロフィットできる点!!!

まだまだ、内燃機関はなくなりません。

元ネタ記事: 英国の革新的エンジン技術、日本車にも導入か? (Forbes

カテゴリー:エンジン制御

2018年7月17日 (火)

初心者向け”インジェクション制御”ってなんだ? #13

エンジン制御のカテゴリーは超久しぶりですが、

今回は、購入した参考書を紹介いたします。

色々と本を探しましたが、ECU/フルコンの燃調のやり方理屈を、具体的に説明した本には出会えませんでした。

やはりノウハウ的な部分が強く、経験と知識なのかな?

まずは”新電子製制御ガソリン噴射”、

この本は既に絶版ですが、アマゾンで古本を購入しました。

教科書みたいに、基本的なガソリン制御を学ぶことができ、初心者にもオススメします。

ちなみに、私の持ってる本は以下の写真とは違い、青い布の表紙です。装丁には種類があるようです。

つぎは、電子制御燃料噴射装置”攻略法”トヨタ編。

これも基本的な内容で、実際のトヨタのエンジンシステムをベースにしています。

トヨタ製のエンジン、システムをベースにした本ですが、

基本はどのメーカーでも同じなので、この本もオススメします。

たしか、日産編もあったような...

次は、ボッシュが出版している”ボッシュ自動車ハンドブック”です。

これは、ボッシュのエンジン制御のみならず、自動車部品の基本的な原理仕組みにかんする事典ですね

値段は高いですが、本格的な内容となっています。

 これは、自動車のエンジン以外の色んなシステムについて

広く浅く知りたい場合には良いと思います。

自動車のシステム事典ですね。

絶版ですが、安いのでブックオフ辺りで見つかるかも。

 最後に紹介する本も、既に絶版ですが、

アマゾンでは、現在”1万円”近い値段が付いている本です。

”電子制御エンジンの基礎・応用―電子制御ガソリン噴射の基礎からコンピュータの制作まで (ビギナー・ノート・シリーズ)”

3、4年前は2万円近い値段が付いていたような...

高すぎて買いませんでしたが、著者の”浅原 宏”さんは、フリーダムECUを作った方だそうです。

既に、会社は廃業されているようですが、かなり実践的なことも書かれているのでは?と推測します。 

内容的にはかなり期待度大!、もう少し値段が落ちたら買いたいが、

改訂、再販を期待したい。

 わたしが、本を探したのは、もう4,5年前なので、今はもっと良い本があるかもしれません。

その他エンジン制御関連記事へのリンク

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2017年11月 1日 (水)

初心者向け”インジェクション制御”ってなんだ?番外編#10

マツダの次世代エンジン「SKYACTIV-X」です。

簡単に言うと、圧縮比を高くして(16)ディーゼルみたいに圧縮による温度上昇で着火させるエンジンです。

マツダ独自の燃焼方式「SPCCI(Spark Controlled Compression Ignition)」(火花点火制御圧縮着火)とよばれる制御方式により、ガソリンエンジンの圧縮着火を実現しているようです。

圧縮で着火しますが、プラグも付いていて、プラグで着火のタイミングを作っているそうです。

要は、プラグで進角、遅角をコントロールしているようです。

じゃあ、ガソリンエンジンと同じだろ!と思うでしょうが、

ガソリンエンジンの場合は、プラグから燃焼が徐々に広がっていきますが、

SKYACTIVE-Xの場合は、圧縮着火で同時多発的に燃焼が行われるため、燃焼スピードが桁違いに速い。

燃料はディーゼルのような高圧の燃料噴射で、ガソリンエンジンより薄い燃調になってるらしい。

ガソリンエンジンとディーゼルエンジンのいいとこ取りで、

トルクがあって、燃費が良くて、馬力も出て、環境にも良い...など

究極の内燃機関かも。

内燃機関にこだわるマツダはすばらしい

参考URL:https://clicccar.com/2017/09/12/509939/

参考URL:http://www2.mazda.com/ja/publicity/release/2017/201708/170808a.html

ちなみにこちらの動画は、ガソリンエンジンとディーゼルエンジンの違い。

2017年2月11日 (土)

初心者向け”インジェクション制御”ってなんだ?番外編#9

クラシック・ミニのコンピュータ(MEMS)につないで、エンジン状態をモニターするPCソフトとアンドロイド・アプリの動画です。

かなり怪しいんですが、動画の作成者はドイツ人と思われる。

自作のソフトウェアなのか? よくわかりませんが。

まず、MEMSとパソコンをつないで、モニターソフトを立ち上げてます。

パソコンの画面に、回転数、水温などが表示されているようです。

そして、次にアンドロイドのタブレットで、アプリを立ち上げて同じようにデーターを表示させています。

どちらも、USBで接続しているようです。

単にエンジンの状態をモニターするだけで、制御データーの書き換えはできないようですが、走行中に車内でモニターできると便利かも。

 

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2016年12月10日 (土)

初心者向け”インジェクション制御”ってなんだ? #12

■第十二回目は、SPIの動作原理を解説した動画です。

すごく分かりやすい動画を発見しましたので、紹介いたします。

ただし、フランス語ですが...

プジョーが作製した動画のようです。教育用か?

SPIの動作がすごくよく分かります。

これも、ボッシュ製のSPIで、ほとんどクラシック・ミニと同じ。

2分33秒あたりから、

燃料タンク⇒燃料ポンプ⇒燃料フィルタ⇒インジェクター⇒燃圧レギュレータ⇒燃料タンク

とガソリンが流れていく様子が出てきます。

それから、5分53秒あたりからは、スロットル・ポジションセンサーが出てきます。

6分45秒当たりでは、ステッピングモータにより、ロッドを動かして、スロット開けてアイドリングを調整している様子が出てきます。

そのあとは、点火系のですが、ここはクラシック・ミニとはちょっと違いますね。

クランクセンサーなどの画像です。

8分59秒からは、バキュームセンサー、アイドリングバルブと思われる画像が出てきます。

クラッシック・ミニにはアイドリングバルブはありません。6分45秒の画像のように、ステッピングモーターでロッドを動かして、スロットル調整します。

最後は、コンピューターの診断方法をやってるみたいです。

こんな分かりやすい動画は、二つとないと思います。

ただ、日本語でないのが残念。

ちなみに、スロットルのバタフライのことをパピヨンって言ってますね。どっちも、蝶々ですね。

 

次の動画も、インジェクター動作を解説した動画ですが、MPIベースで説明しています。

最後のほうにツインインジェクターのSPIみたいなのが、ちらっと出てきます。

 

■第一回、空燃比:
http://mini98.cocolog-nifty.com/blog/2016/05/1-143e.html

■第二回、空燃比その2:
http://mini98.cocolog-nifty.com/blog/2016/06/2-27ad.html

■第三回、燃調マップ:
http://mini98.cocolog-nifty.com/blog/2016/06/3-b167.html

■第四回、インジェクション方式:
http://mini98.cocolog-nifty.com/blog/2016/07/4-960d.html

■第五回、SPI、MPI:
http://mini98.cocolog-nifty.com/blog/2016/07/5-a9a4.html

■第六回、スピードデンシティ方式
http://mini98.cocolog-nifty.com/blog/2016/08/6-bb9c.html

■第七回、マスフロー方式、スロットルスピード方式
http://mini98.cocolog-nifty.com/blog/2016/08/post-c1d7.html

■第八回、インジェクター ・ その1
http://mini98.cocolog-nifty.com/blog/2016/09/8-0307.html

■第九回、インジェクター ・ その2
http://mini98.cocolog-nifty.com/blog/2016/09/9-bcef.html

■第十回、インジェクター ・ その3
http://mini98.cocolog-nifty.com/blog/2016/10/10-59f2.html

■第十一回、インジェクター ・ その4
http://mini98.cocolog-nifty.com/blog/2016/10/11-1a0a.html 

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2016年12月 3日 (土)

初心者向け”インジェクション制御”ってなんだ?番外編#8

番外編が続きますが、今回はガソリンエンジンとディーゼルエンジンの違い。

分かりやすい動画を発見したので、掲載いたします。

ついでに、マニュアルトランスミッションの動きがよくわかる動画も掲載いたします。

 つぎは、マニュアルトランスミッションの動作がよくわかる動画。

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