研究開発に見た遠回りの結論にあきれる -水素エンジンと点火装置-


2012年6月28日木曜日

スバルBRZ(トヨタ86)のブレーキについて一言言いたい

スバルBRZの素晴らしさは、2月末のツインリンクもてぎでの試乗会で分かったつもりでいたが、少し違っていた

公道試乗会では周りからのストレスが加わるので、それまでとは違う部分が頭を持ち上げてくる

ツインリンクもてぎの試乗会では、一般道での走行はなかったので(正式に発売していない時期)、サーキットでは感じない細かな操作性に疑問が出た。それはブレーキのフィーリング。簡単に言えば、ブレーキペダルを踏む感触。

レガシィなどは、疑問を持たせないブレーキペダルのタッチで、右足だろうが左足だろうが、細かの制動に対して文句を付ける余地など存在しない。なのにBRZは???

どのような状況なのかと言うと、ブレーキペダルを踏み始めた瞬間から、踏み心地が優しくないのである。

例えば、左足で足首だけの動きを使って、微妙にブレーキ操作をしようとしても、ペダルに渋さのようなものを感じて、ドライバーが期待した操作に結びつかない。

何故このように、レガシィと違うのか、実験担当がいたので話を聞いてみた。すると・・・

「そのようなブレーキペダルの感触は分かっていますし、それは目的を持って決めたことなのです」と言う返事が返ってきた。

何故レガシィのようなブレーキペダルフィーリングにしなかったのか、と言う問いには「スポーツカーという範疇に入るため、ガツンと踏んで、しっかりと制動がかかればいい、と判断し、あえてそのようなセッティングとしました。作ってみたらこのようになったと言うのではありません」。

でも、しかし、である。サーキット走行やマニュアルミッション仕様では、ブレーキ操作に対して、割とガツンと踏む操作となるため、この設定でもいいのだが、ATとなると、構えてのブレーキ操作が多く発生し、そのときに不愉快な感触を味わうことになるので、ここは是非、レガシィのような設定に変更して欲しいと言う意見を述べると。

それに対して「確かにAT仕様では、左足ブレーキの操作を含めて、穏やかにペダルを踏むことが多いので、レガシィのようなブレーキペダルの感触にして欲しい、と言う意見がある、として取り上げます」と言うことになった。

2012年6月12日火曜日

スバルBRZ(トヨタ・ハチロク)試乗記

スバルでの名称はBRZ、トヨタは86(ハチロク)という。OEMではない

久しぶりに楽しいクルマのドライビングを味わった。なんだか分からないが、忘れていたような感触に、クルマから離れた後も、興奮した状態ではなく、冷静に、そのドライビングフィールを他人に話したくてしょうがない、という気持ちが長く続いた。これまた不思議なことである。

開発をやったのはトヨタではなく、スバルなのだ

 トヨタが作る2リッター4気筒、水平対向エンジン搭載のスポーツカー、と言うのは正しくなくて、スバルとの共同開発なのだが、基本的に企画や出資がその大半を占め、トヨタでは開発をやっていない。つまり、スバル製といっても過言ではないのである。
 
少し前の話だが、そんなモデルのスバル・ブランドであるBRZの試乗会が、発売を先立った2月初旬ツインリンクもてぎの特別ショートコースで行われた。
スバルのBRZとトヨタの86では、エクステリアのデザインが少し違う。例えばヘッドライトは共通で、見た感じを変えるため、バンパーの作り方とデザインを変更し、ヘッドライトの寸法を小さく見せているのがBRZ

運転している最中から、正直、最近では味わったことのない、すばらしいと言う表現では言い尽くせない楽しさに、冷静さを失うこともなく、堪能してしまった。
 
いったい何がこれまでのクルマ、特にスポーツカーと違うのだろうか。その開発には、スバルならではの経験と考え方が、隅々まで詰まっているからに他ならないだろう。
全高が低いのでかなりスポーティに見える。だからと言ってサスペンションを締め上げているわけではない。締め上げなくてもロールは少ないからだ

「やるからには、トコトンやろう。開発資金のすべてをスバルが負担するのではできなくても、その資金のバックアップをトヨタがやってくれると言うことになれば、話は違うわけだから」、と言う話があったかどうかは知らないが、レガシィやインプレッサの部品を流用したのでは適わない性能も、すべてに近い部分を新開発するとなれば、左右シンメトリカルAWDの優れたコントロール性能を、新開発するFRスポーツカーにも生かすことは可能であるし、またそうでなければスバルが作ると言う意味がないはず。
フロントに駆動系を持たないスバルのミッション。エンジンの高さが少ないため全体としては小さく見える。それだけマスが集中していると言うことだ 

スバルとして重要なことは、たとえFRとなっても、駆動輪から入る情報を、フロントにも伝え、それはまるでAWDがごとくの操縦性を確保することにある。それができて初めてスバルが作るFRスポーツカーとなる。この点が他のメーカーと明らかにスタンスが違う。「2WDは所詮2WDなんだから、限界の操縦性に難があっても仕方がない」、なんていう状態は許されないし、また考えてもいないようだった。

 動力としてのエンジン開発では、リッター100馬力と、優れたトルクを得るため、直噴を採用するのだが、ポート噴射も燃費と排ガスを考えたときに有効なことである。
エンジンの取り付け位置を下げたので、プラグ交換が普通の方法ではできない。どうするのかと言うと、エンジンマウントを外し、エンジンを5cmほど吊り上げればいい。これはスバルのやり方。トヨタの開発陣は唖然としたそうだ 

ふたつあるインジェクターで、ポートから噴射するものはこれまでの技術で問題ないが、直噴の方はスバルにその技術がないのか、と言うとそんなことはない。ボクサーディーゼルを数年前に開発し、欧州ではすでに販売しているわけで、その技術(主に燃料ポンプとコモンレール)は確立している。

 では、直噴技術をトヨタからとしている理由は、「スバルだけの技術で開発したのでは、トヨタとしても面子がないだろうから」と表現する方もいる。

 ディーゼルの高圧噴射技術(コモンレールは最大1800~2000気圧)を持ってすれば、最大200気圧(BRZに搭載のエンジンでは)に対する技術は問題ない。どこのメーカーでも、ディーゼルの高圧噴射技術を使って、ガソリンの直噴技術が成り立っている、と表現をしているからだ。ちなみに、ポート側の噴射圧力は4気圧である。

やはり回したい、と言うわけで、2リッター4気筒エンジンのボア・ストロークはスクエアの86×86mmになった

 そのエンジンだが、リッター100馬力を目標に開発。それも比較的中速回転の7000rpmであるが、インプレッサに使用しているFBエンジンでは、ロングストロークとなっているため、目標に届かないことから、新設計で86×86mmのボア・ストロークを選んでいる。
クランクシャフトとコンロッド、それに繋がるピストンなど、今までのスバルボクサーの基本的設計から抜け出せたのは、ディーゼルの開発が関係している
ピストン頂面は直噴された燃料の流動性を計算した窪みがある。S/V的には損をするが、直噴のタイミングによっては、この窪みで燃料を受け止めなければならない場合もあるのだ

 もちろんトルクも充実しており、リッター10kg・mを超えるのだが、トルクカーブには大きな谷が存在する。3000回転が一つの山で、そこから4000回転に向かって低下し、次に5000回転に向かって上昇する。MTの場合、速度とギヤの位置によっては加速の反応が乏しくなるが、排気干渉を防ぐ4・2・1エキゾーストパイプとすると、そのトルクの谷は埋まっても、好ましくないキックバックがあると言う話だ。「ふたつの回転域が楽しめる、と考えてください」と言うのだ。確かに走行場所にあわせてギヤをシフトすれば済むことなので、そのようなときには、臨機応変に対処するよりしかたがないのか。

 それより、楽しいトルク性能も見逃せない。それは、5000~6800回転までがフラットに最大トルクを発生すること。普通のガソリンエンジンでは、なかなかこのようなトルク特性を引き出すことはできない訳で、この回転領域を楽しめるスポーツ走行では、実力を如何なく発揮できる。
 
ツインリンクもてぎの1コーナーに突っ込んで、ステアリングを切り始めたときから、気持ちに変化が

最初に試乗したのはATモデル。トルコンの6ATでマニュアルシフト付きだが、シフトモードをスポーツにして、VDC(ヴィークル・ダイナミック・コントロール)をスポーツにしておけば、これは楽しい、暴れることなく操作できてしまう。

横Gと格闘しながらアクセルを踏み、ブレーキをチョイチョイと触る。更にアクセルを深く踏んで速度を上げていくと、その横Gが抜けていく。BRZが軽いスライドを開始したのだ。180度ターンするコーナーの半分ほどの距離だが、それは実に楽しく、またやさしい挙動。これこそBRZが狙った性能なのだ。

アクセルを踏みつつ、左足でのブレーキ操作により、アンダーステアやオーバーステアを調整しながら、気持ちよく周回する。もちろんVDCをスポーツとしていても、大きく挙動を乱すような状態になりそうなときには、介入してくるらしいのだが、それは自然に近い制御でほとんど感じない。
リヤサスペンションも当然新開発。ここの動きをフロントに伝えると言う重要な目標を担う。使用するデフケースはマークXのもの。もちろんLSDとしてのトルセンデフが装備される 

このように操作してやると、若干アンダーステア気味になりながらも狙ったラインから外れることはなく、僅かにリヤを流しながら、連続したスキール音とともに駆け抜ける。大きくリヤを流そうとしたが、それにはかなりの速度でコーナーに突っ込み、無理やりスライドさせるしかなさそうだ。しかし、この状態の走り方は決して楽しくない。やはり、しっかりとトラクションを確保しながらの走行がBRZ本来の楽しみだろう。
メーター周りは意外にあっさりとしている。左にアナログの速度計、中央はアナログのエンジン回転計とその中にデジタルの速度計がある。回転数と速度を同時に見られるのはうれしい 

もちろんATにはブレーキオーバーライドが装備されている。左足でのブレーキ操作が何に役立つかと言うと、暴走事故が絶滅するのは当然だが、そればかりではなく、アクセルペダルの踏み方ひとつで、この制御がキャンセルすれば、挙動の安定性確保や、アンダーステア、オーバーステアの状態から、回復させることだって可能となる。

そのためには、ドライバーの意思が伝えられる制御を必要とし、開発者は、ブレーキオーバーライドが作動しても、アクセルペダルを小さく2~3回踏みつけることで、アクセルの操作が復活してくる制御を組み込んだ。これが重要なこと、特にBRZのようなスポーツセダンでは必要になる。

こればかりではなく、コース上にあるパイロンで作られたシケインに突っ込んだとき、エンジンとミッションはすばらしい働きをした。それは、ブレーキングからステアリングを切り始めた瞬間に起きた。何とエンジンはブリッピングし、ギヤは次の加速にあわせ自動的に二段ダウンシフトした。それはまるでドライバーの意思を受け継いでいるかのような制御であり、ATをスポーツモードとしておけば、パドルによるマニュアルシフトなどの必要性すら感じない。
新開発の6速マニュアルミッション。シンクロの作動を早くするなどし、ダイレクトシフトながら、硬さのないレバータッチはすばやいシフトを可能とし、シフトすることの楽しさも味わえる
ATのシフトレバーは特別な形ではないが、ゲート式をブーツでカバーしているため一瞬まごつくこともある。スタビリティコントロールのスイッチとATモード切替スイッチはレバーの手前で扱いしやすい

この制御は、横Gセンサーからの信号を元に、エンジン回転や速度、何速に入っているか、そして減速Gなどから、ステアリングの操作を始めることで、必要なギヤを選び出し、そこへダウンシフトすると言う。

実にすばらしい走りである。エンジンやミッションがというより、ボディやサスペンションが勝っていると言うことなのだろう。

触媒の熱害対策で必要なアンダーカバーはアルミとして、ついでに補強のブレースに使う

AWDと同じ安定性を得るためには、エンジン搭載の位置を、当然フロントミッドシップとも言える状態にしなければならないが、それは簡単な話ではない。更にエンジンの搭載高さも下げなければ、重心を目的としたところに収められないのだ。しかも、エキゾーストパイプの配置と言う障害もある。

そこへトライするにはプラットフォームから何からすべて新しく開発する。そして得られた数字は、エンジンがインプレッサなどと比較して240mm後方へ、エンジン高さは60mm下げること。もちろんエキゾーストパイプの形状やインテークパイプの形状も低くしているのだが、その結果、触媒の熱害試験(あえて失火させ、触媒を反応熱で高温とさせることでの被害試験)で問題となり(触媒がシリンダーの下に来るためどうしても地上高が小さくなる)アルミ製のアンダーカバーが必要となったのだが、どうせなら補強のブレースとしての役目も担おうということで、しっかりとボルトで固定されている。
エンジン下を覆うアルミのカバー。触媒対策だが、ついでに補強板としての使命も持たせている 

このようなことから重心が非常に低い。そして、コーナリング性能は当然として高くなるが、それよりもいいのは、ロールを抑えるための硬いスプリングやスタビライザーを必要としないこと。更にタイヤの性能をしっかりと使い切れるため、ハイグリップタイヤを履かなくても十分な性能を引き出せるのだ。

そのタイヤだが、ブランドはミシュラン。しかし、何とプリウスと同じエコタイヤが装備されていた。エコタイヤはどうしてもウエット性能やブレーキ性能が劣るので、ここにハイグリップタイヤを装着したら、もっとすばらしい走りが約束できる。
タイヤはミシュランが標準装備。ただし使用するのはプリウスと同じエコタイヤ。それでも十分な性能を発揮できる。ハイグリップを装着したら、いったいどうなるのだろうか

2012年5月31日木曜日

バッテリーの性能が低下すると燃費が悪くなる?!

バッテリーを新品にしたら燃費が良くなったということは、裏を返せば性能低下したバッテリーを使い続けると、燃費が悪くなる、と言うことになるわけだ。

実は、面白い体験をした。これまで気にもせず、気にしようとも思わなかった状況に出くわしたのだ。それは、バッテリーを新品に交換した直後の高速道路で発覚した。

せがれから譲り受けた先代のホンダフィット。そのときから高速走行での平均燃費は一度も20kmを超えたことはなかった。19.8kmが最高で、それも100km/hキープを心がけての話だ。

最近では高速道路でも平均燃費は18.5kmと言う数字が普通だから、エンジン性能が落ちてきたのかな~と思っており、ケミカル処理など何かの対策が必要かもしれない、と言う判断をしていた。

ところがである、バッテリーの性能が低下してきており、セルを回す瞬間に、一瞬遅れることが1年ほど前から頻発するようになった。何時まで持つのか少し気になりだしたのだが、近いうちに車検もあるので、この際だからと、6年使ったバッテリーを新品にした。

その状態での高速道路で目を疑う平均燃費を表示した。特別飛ばすわけでもなく、またマイペースということでもない。100km/hプラスで走るクルマを見つけ、ペースメーカーとしながら走るやり方。

何と、いとも簡単に20kmを越えて21km近くまで上昇(写真では20.4kmであるが)。高速ばかりではなく、帰りは一般道走行が70%ほどで、更に標高1500mと言う峠などの山坂を走行してきても、自宅に戻ったときでさえ20.3kmの平均燃費だったのだ。
20.4kmと言う平均燃費はその後更に上昇して21km近くまでになった。正直びっくりである。その要因は直ぐに判断できた、出かける数日前にバッテリーを新しくした。それ以外何もしていない。だったらそれだ 

何故このような現象が生まれたのか考えてみると、それは、オルタネーター(発電機)に対する負荷が少なくなった結果であると考察できる。

バッテリーの性能が低下すれば、充電量を常に確保するため発電量が増える。つまりオルタネーターの負荷が持続する。そして燃費が悪くなる。

ただし、最近のクルマでは電流センサーと言うものを取り付けて、どれだけ電気を使用したかを測り、その使用した分をバッテリーに充電する、と言う制御が加えられているので、同じような状態とはならないかもしれない。

実際に、使用していたバッテリーと新しく購入したバッテリーで、どの位オルタネーターの負荷が違うか、電流計などを装備して確かめたかったのだが、使っていたバッテリーは既に処分してしまった後だったので、残念。
新しくしたバッテリーがオルタネーターの負荷を減らし(というよりも正しくし)、その結果が燃費を本来の状態まで戻した、と言うのが正しいだろう

そういえば、バイクのバッテリーも新しくして、マフラーを抜けのいいものに交換。燃費が悪くなるはずだったが、走行条件が良くなかったのに燃費はこれまで以上ということがあった

2012年5月19日土曜日

熱海のトラック事故・原因を考える

熱海のトラック事故はブレーキが効かなくなったことからの暴走と言うのだが、その原因追求が少し不足していると感じたので、私なりの見解を述べてみたい。

まず最初にやることは、ドライバーからの聞き取りだが、ブレーキペダルを踏む感触がどのように変化したのか、或いは変化しなかったのか。それによって原因は違うからだ。

ブレーキペダルを踏む感触が普段と変わらないのに、ブレーキが効かなくなったとすると、これはブレーキの使いすぎによるフェードと言う現象で、ブレーキパッドやブレーキライニングの表面が高温となって燃え出し、炭化することで(カーボンだから摩擦が小さい)ブレーキが効かなくなる。

中型トラックではフロントにディスクブレーキを装着していると思うが、ブレーキの冷却性に優れていても、ブレーキパッドのフェードは別の話。

もし、ブレーキペダルを踏む感触がフワフワで、しっかりとした状態でないとしたら、これもブレーキの使いすぎによる、ベーパーロックと呼ばれる現象。ブレーキは使うことで、そのエネルギーは熱となるわけで、使いすぎれば放熱が間に合わなくなり、ブレーキ液が沸騰する。

沸騰した泡がブレーキペダルからの力をダイレクトに伝えることが出来なくなり、俗に言うスポンジー状態で、ブレーキは効かない。

ブレーキ液の沸点が下がる原因は、長期に渡る使用により水分を吸着することによって起きる。そして、ブレーキ液が沸騰した形跡は、冷えることで泡が消えるため、そのままでは検証できない。使用していたブレーキ液の沸点テストをすれば判断材料となるが、断定は難しい。

ディスクブレーキをフロントに装着していれば、それなりに熱に対して強くなるが、それも確実に整備されていての話だ。

ブレーキペダルを深く踏めば何とか制動するが、普段のようなブレーキではないとすると、これはブレーキ系統のブレーキ液を送るパイプやホースに亀裂や緩みが生じて、ブレーキ液が漏れているためだ。

クルマのブレーキは、基本的に2系統であることが義務付けられており、FF車ではX配管で、例えば左前輪のブレーキパイプが破損してしまった場合、右前輪と左後輪にブレーキが作用する。トラックやFR車では前後で2系統となっている。

もちろんこの状態となると、何とか止まれる性能を残すだけで、連続した下り坂を、気にせずにブレーキペダルを踏めば、当然ブレーキは効かなくなる。

ただし、ここでの問題は、どのようにしてブレーキ液が漏れたのかと言うこと。接触事故でも起こさなければ(ブレーキ周りを岩などにぶつけるような)、配管が破損することはない。

だとすると、車検や直前の整備はどうだったのか。メカニックのヒューマンエラーはなかったのか。更にブレーキ液の交換は正しく行われていたかどうかも検証する必要がある。

ブレーキ液を交換しないで使い続けると、耐温度性能が低下し、沸点が下がりベーパーロックに繋がるからだ。かなり前の話だが、バスのブレーキが効かなくなった原因は、ブレーキ液の定期的な交換を怠ったためである、という。

また、このトラックはディーゼル車だろうから、そうなるとブレーキの助勢装置として作動させるブレーキブースターは、ガソリン車(全てではない)のように吸気管に発生する負圧を利用することが出来ないので、別にバキュームポンプを装備していたはず。

このバキュームポンプは正常だったのだろうか。

もし、ブレーキペダルを踏む感触が、まるで石を踏みつけているように硬く、ほとんど踏み込めていないとすると、バキュームポンプの不良が考えられる。

このバキュームポンプがどこに装備されていたか知らないが、小型トラックなどではオルタネーター(発電機)の後部、或いは前部。つまりオルタネーターにビルトインされている。

そのオルタネーターは、ベルトで回されるので、そのベルトが切れれば、負圧が作れず、ブレーキペダルを力いっぱい踏んでもブレーキは効かなくなる。

ガソリン車でも試しに、エンジンを停止させた状態で、ブレーキペダルを数回踏んでみると分かる。踏むたびに踏み込める量が減少し、ついにはペダルがほとんど動かなくなる。つまり、この状態ではブレーキは効いていないのだ。

2012年5月7日月曜日

充電式電動ドリル兼ドライバーのバッテリーは何故高い

バッテリーパックを分解すればバッテリーだけ・・・できるかな

便利なパワーツールと言える電動ドリル兼ドライバーは、ホームセンターで購入したときには安く使えても、年月と共にバッテリーがヘタル。そのバッテリーを単体で購入しようとすると、ディスカウントしている同様の電動ドリル兼ドライバーが買えてしまうぐらい高い。

何故なのだろうか?電気剃刀の刃と同様だな。セットだとそこそこ安いのに、一部の部品がものすごく高く、セット購入を促す作戦なのだから。

この際思い切って新しいものを・・・と言う気持ちにはならない。仕事で使っているのなら、モーター自体も効率が落ちているだろうが、年に数回使うか使わないかの状態で、新しいものを購入する気はさらさらない。バッテリーを何とかしたいのである。

セットで購入するとたいていバッテリーパックは2個付属してくる。これは我が家にあるものも同様で、ひとつのバッテリーが完全にダメ状態になってしまったのだ。

不良となったバッテリーと充電式電動ドリル兼ドライバー。バッテリーパックだけを買おうと思ったら、あまりにも高価なのであきらめかけていた

メーカーのサイトで調べてびっくりの価格だったので、しばらくあきらめていたが、バッテリーひとつというのは使い勝手が悪い。

あるとき、何気なくバッテリーパックを見ると、ねじで組み立てられていることに気がつく。そこで分解。

特別ややこしいものではなく、中からバッテリー8個と本体との接続端子が取り外せた。

バッテリーパックを分解してみると、使用しているバッテリーが何であるか分かった。同じものを購入して配線を付け直せば解決だが・・・

バッテリーを調べると、ニッケル水素ではなくニッケルカドミウムである。ニッケル水素にしようと思ったが、サイズが合わないので、変更は出来ない。ちなみにサイズを測ってみると長さ42mm、直径22mm。これで選ぶとSCサイズ・KR2000SCになる。この情報は、秋葉原の秋月電子で調べ、ついでに購入する。1本250円、8本の9.6Vだから2000円だ。

購入したニッカド・バッテリー。SCサイズ・KR2000SCと言う名称だそうだ。秋葉原の秋月電子で購入。1個250円。9.6Vなので8個必要

問題は、外装がステンレスのバッテリーをどのようにして接続するかであるが(一般的にバッテリーパックの接続はステンレスプレートをスポット溶接している)、ステンレス用の糸ハンダを使えばいいのである。

使用していたバッテリーと形を比べる。間違いなさそうだ。これをハンダで配線する。ステンレスの外装であるため、専用のハンダが必要

もちろん使用するハンダごては容量の大きなもの。60~100Wを使いたい。容量が小さいと、こてを対象物に当てて置く時間が長くなり、その時間によって対象物が高温の影響を受け、不良になることもあるからだ。つまり、出来るだけ短時間でハンダ付けしたいのである。そのためには大きな容量のハンダごてが必要となる。

以前購入してあったステンレス用の糸ハンダと100Wのハンダごてを使う。電子配線用の小さなものでは役に立たない

まず最初は、購入したバッテリーのプラスとマイナス部分に、ハンダを流すことである。800番ほどの耐水ペーパーで表面の汚れを除去し、ハンダごてを当てながらステンレス(一般のハンダとしても使える)用の糸ハンダをその部分に押し当てる。すると、パチパチという音と共にバッテリーにはハンダが流れる。

まず最初は、バッテリーの接続部分にハンダを流す。しっかりとハンダが流れていれば、きれいな形になるはず

ハンダごての方にハンダを流しておいての作業はうまくいかないようだから、同時進行するべきだろう。糸ハンダに含まれるペーストが作用する状態が重要ポイントである。

バッテリー間の接続は配線コードを使う。このコードにもハンダを流しておき、そのコードをバッテリーに押し付けながら、こての先端にもハンダを流した状態にして、できるだけ短時間でハンダ付けを終了させる。

古いバッテリーからモーター側の接続端子などを取り外し、それを再利用する必要があるので、ニッパーなどにより切り剥がす。温度センサーが付いているので、これも元のような状態に接続し直す。

全ての配線をつなげたら輪ゴムでバッテリーの位置を固定してから、ケースに対してスムーズに収められる位置を探して押し込む。後は、内部ショート防止のスペーサーを入れて、ねじ止めすれば完了

組みなおしたバッテリーがズレないよう、輪ゴムなどを巻いておくと作業性がいい。この状態でバッテリーケースの中に押し込み、更に、内部ショートを防ぐスペーサーがあるので、これをしっかりと両面テープを使って固定してからねじを締めて終了。充電の開始である。

充電後に回転テスト。全て問題なく再生した。他にも同様な充電式の電動ラチェットレンチがあるので、これも再生してみたくなった

2012年4月12日木曜日

ディスクブレーキのキャリパーが情けない色だとカッコ悪い

100円ショップで解決できるか

鉄ホイールだと見えないから関係ないが、アルミのドレッシーなものではキャリパーが丸見え。無機質で情けない色のキャリパーを何とかしたいのである。もちろん出来るだけ安価でと言うのは基本だ。

大きくしたキャリパーだが、無機質な色で味気ないばかりか、見た目もすっきりしないので、これに色をつける計画を練る

欧州ブランドの高性能ブレーキは金色とか赤とか、目立つオリジナルの色で統一されているが、それと同じ色を求めてもオリジナル性はない。まねはしたくないのだから、塗る色ばかりではなく塗料そのものも何か見つけなければならない。

カーショップなどで販売されているディスクブレーキキャリパー用の塗料は、高価だし塗りにくい(以前勤めていた雑誌社の別の編集部の連中に手を貸したので)ことが分かっている。まして色が選べない。これではダメ。

そこで、とにかく安価に楽しむことを目標に、100円ショップに出かけると、ありました水性塗料が。水性塗料は乾燥すると水やシンナーなどでも溶けることはなく、適度な粘度で塗りやすい。

選んだ塗料は水性。環境にやさしいと言うよりも、使いやすく安価であるから。特に100円ショップで購入できるのはうれしい。刷毛も同様に求める。少し腰の強いもののほうが塗りやすい。色は、ボディ色に合わせた

刷毛と合わせても210円。キャリパーの汚れはキッチン洗剤を濃い目にして使い、購入した刷毛で洗い落とせばいい。基本的にはそれほど汚れていないので、軽く清掃すればすむはず。

では、水性塗料がキャリパーの温度に耐えるのかどうか。実験として焼入れした薄い銅板(銅は高温で熱してから水などで急令すると、鉄と違って柔らかくなる)に熱伝対を巻きつけ、そこに水性塗料を塗って数日放置した後、アナライザーと接続してからガスバーナーで加熱。

キャリパーはある程度温度が上がるので、どの位上がったらどうなるのか実験する。銅板に塗ったものを乾燥させた後、ガスバーナーで加熱したが、300度を超えても、煙は出ない。しかし、100度を超えると軟らかくなる。この状態なら問題なしと判断

すると意外な高温になっても(300度以上)煙を上げることはなく、焼けるにおいもしない。

そこで、塗った塗料がどのようになっているか確かめるため、ドライバーの先で掻き回してみると、固く乾燥していたはずの水性塗料は軟らかくなっている。何度になると流動性が出るのか確認すると、100度であることが判明した。水性だから当然か・・・

100度で流動性が出てくるが、キャリパーの温度はレースでもなければ100度までは上がらないし、たとえ上がって塗った塗料が垂れてきても、問題がおきることはないので、これは使えると判断していざ刷毛塗りを開始。

水性塗料は適度な粘度があり、また乾燥が遅いのでペタペタと刷毛で塗るのがやりやすい。ましてキャリパーやキャリパーマウントの表面は鍛造したままの状態だから、いくらムラに塗りたくっても粗が出ることはない。

外気温によるが、20度以上であるなら、10分ほど放置してから再度塗りたくるのがよさそうだ。塗料に厚みが出るので仕上がりがきれいに見える。これで終了。

塗り残しやムラがでないよう、刷毛を細かく動かしながら塗る。直ぐに乾燥しないので、同じ場所に刷毛を当てても汚らしくはならない。簡単に終了

何、キャリパーが初代フィットのものじゃないって・・・。そこに気がついた貴方は素晴らしい。

別のクルマのキャリパーを取り付けたのだ。目的はブレーキのペダルフィーリング改善のためで、大きなキャリパーに交換した。使ったブレーキシステムは同社のモビリオ用。もちろんすんなりそのまま交換できたわけではない。ローターは交換できなかったので、キャリパーとパッドが大きくなっただけだが。

ホイールを付けてみる・・・納得できる仕上がりだ

2012年4月2日月曜日

圧縮比14・マツダの新ディーゼルを考察する

いまや既存のディーゼルは時代遅れ、他のメーカーもこの技術を見習う必要がある

内燃機関に一石を投じることで、これまでにないエンジンの開発・製産を行ってきたマツダが、ディーゼルエンジンにもショッキングな技術を詰め込んだ。それがスカイアクティブ・ディーゼルである。

昨年発売されたガソリンエンジンでは、圧縮比を14あるいは13と言う値にするもので、ノッキングを回避する制御と燃焼を確立し、部分負荷状態では常に膨張比を大きく取れるミラーサイクル(アトキンソンサイクル)として、燃費を向上させたのだが、ディーゼルでも同じ圧縮比の14と言う値での燃焼を可能とした。

これがスカイアクティブ・ディーゼル。排ガス制御では仕方がない、と言う考え方を捨て、最初から高い目標を掲げて開発したら、意外なところにキーがあった。これまでの常識を覆せば、新しいものが見えてくるのだ

圧縮熱を燃焼のタイミングと膨張に使用するディーゼルは、これまで常に高い圧縮比を要求しているかのように思われてきたが、実は違っていた。

重要なのは、冷間時始動で、それに必要な圧縮比が16あるいは18と言うだけのこと。実際に暖気が終了したら、それほど圧縮比が高い必要性はなく、無駄な状態での燃焼サイクルを行なわせていたとも言えるのだ。

圧縮比が高いから、それに合わせてクランクシャフトやコンロッド、ピストンとピストンピン、はたまたシリンダーブロックからシリンダーヘッドまで、ガソリンエンジンとははっきりと違う材料を使って、形状に対しても無骨な状態、つまり頑丈なことが要求されていた。

それなら、圧縮比を小さくしても冷間時始動が可能なディーゼルエンジンを作ったら、いったいムービングパーツ(クランクやコンロッド、ピストンなど)はどうなるのか。これまでよりコンパクトで、材料費も安く軽量なディーゼルが出来るのは当然のこと。それによってエンジン回転には軽さが生まれてくる。

圧縮比が高くないのだからいかにも無骨で重いものは必要ない。手前がスカイアクティブ・ディーゼルのクランク(向こう側はこれまでのマツダディーゼル2.2リッター)。ウエブの厚みや形状など、まるでガソリンエンジンのようである

コンロッドの形状や寸法もこのように大きく違う。ピストンピン径も30mmから26mmと小さくし、ピストンについてもピストンピン径が小さい分短くし、低圧縮とするためにピストンにある燃焼室も大きいので、ピストンの軽量化もなされた


問題は、どのようにしてそれを達成するかであるが、スカイアクティブ・ガソリンでブレークスルーさせたように、マツダはディーゼルでもブレークスルーさせた。

ディーゼルだから・・・と言う考え方をせず、どのようにしたら軽やかで楽しく運転できるディーゼルは出来るのか。基本的な発想を変えることでその目標を捕らえたのである。

ディーゼルの鍵は冷間時始動にあり、特に極冷間でも始動を可能としなければならない。また、排ガスや燃焼音(俗に言うディーゼル音)に対しても、ガソリン以上が望まれる。排ガスに関してはガソリン以上の対策は可能だが、エンジン音に関しては、ガソリン並みに近づけることが精一杯。もちろんシリンダーブロックやシリンダーヘッドを鋳鉄の鋳造で製作すれば、エンジン音低減は可能なのだが、それでは時代錯誤も甚だしいところ。

そこでマツダでは、軽量なオールアルミのエンジンとし、シリンダーブロックはダイキャスト製のオープンデッキ。エンジン音としてはつらいオープンデッキを採用しながら、あの程度の燃焼音とすることが出来たのも、14と言う低圧縮が大いに関係している。

そして、肝心な極冷間時でも始動可能とした技術は、最大圧力2000気圧(最低400気圧)としたコモンレール噴射と10ホールのインジェクター(ピエゾインジェクター)に、高い昇温性能を持つセラミックのグロープラグばかりではなく、セルを回して僅かな燃焼(安定燃焼に結びつかない)が起こった際に、その燃焼した排気ガスを、マツダ独自の排気バルブ2度開きによる吸気工程でのEGRシステムは、熱い排気ガスを再度シリンダー内に取り込み、シリンダー内の温度を上昇させ、その状態から圧縮することで十分な圧縮熱が得られ、自己着火による安定燃焼に結びつく。これを達成できたことで、排ガス改善など次のステップに進むことができた。
これがマツダ独自の排気バルブ2度開きシステム。冷間時始動後の初期では、圧縮熱が十分ではないため、一度燃焼した(或いは燃焼しかかった)排気ガスを、吸気工程で再度引き戻す装置。この機構が出来たことで14と言う圧縮比が成立した

この結果、冷間時始動では当然のこととして行われていたアイドルアップはなく、普通のアイドリング回転800で安定。カリカリと言う燃焼音が小さいばかりでなく、エンジン回転も上がらないと言うことから、早朝の住宅地でも周りのお宅に迷惑を与えることは少ない。

もちろんインジェクターからの噴射はマルチプルで、最大9回の実力を持つが、現在のところ実質8回。その8回は冷間時の燃焼促進と燃焼音の低減だけではなく、DPF(ディーゼル・パティキュレート・フィルター)が煤で詰まったときに焼き切る場合も、触媒へ軽油を送り込む目的で作用させるのだが、暖気後の通常走行では4回の噴射が燃焼1サイクル分となる。

また、これまでのディーゼルエンジンは、NOx対策で(煤が出ても、これを優先してきた)燃焼温度が上がらないように、ピストンが上死点をかなり過ぎた時点で燃料が噴射されていた。つまり、圧縮比は小さい状態だ。これではせっかくの大きな膨張比も宝の持ち腐れ。当然燃費もトルクも十分に発揮できない。

そこでマツダは、上死点燃焼を目標に技術開発した。上死点で燃焼させてもNOxの発生がなく、かつカリカリと言う燃焼音が出なければいいのだが、これが難しい。

ところが、圧縮比を14とすることで、これまでのディーゼルが燃焼させていた上死点後の圧縮比と同じ値となり、EGRもしっかりと冷却し十分に取り込むことで、燃焼温度は抑制されNOxの生成も少ない(ポスト新長期規制でも後処理装置は必要ない)。もちろん、インジェクターの性能や噴射タイミングやパターンの制御も大きく関係する。

これまでのように圧縮比を高くしていると、燃料が噴射されたとき、燃焼室全体(ピストンの凹み部分が燃焼室になる)へ均等に分散せず部分的に濃い状態が存在する。これでは極所的に高温となりNOxを生成し、同時に酸素を求めて燃焼してしまうため、酸素不足状態の部分では煤が発生。更にムラのある燃焼は燃費が悪くなる。ところが低圧縮の場合、内部流動の高いところに高圧で噴射された燃料は、その燃焼開始タイミングが燃料と酸素がよく混ざるまで着火しないようになる。その結果、欠点が解消する、これが低圧縮ディーゼルの優れたところである。

また、時間差が出来ることで、燃焼の経過とともに燃料は分散するため、燃焼の終盤にはリーン燃焼となり、HCの発生が微少と成るのは当然の結果だ。
圧縮比を小さくするためにはピストンにある燃焼室を大きくする必要がある。燃焼室の径が大きいと、エッグシェイプの形状も自由度が増し、圧縮工程での燃料噴射タイミングを、これまでより手前で行っても、燃料が燃焼室からはみ出すことなく燃焼室に止めておける。その結果、予混合的な噴射を行っても、燃料は酸素と結びつく時間が得られ、ムラな燃焼を回避できるのだ。これ全て、圧縮比が低いからである

つまり、少し早めの燃料噴射で燃焼室全体(ピストンにある凹みの部分)に燃料を分散させておき、そこにパイロット噴射から、上死点近く(場合によってはほんの少し過ぎたあたり)のメイン噴射で最大燃焼(膨張)を行い、穏やかに全体を燃焼させる技術が開発された。3コブ燃焼と呼んでいる。(2コブ燃焼もあるが)

改めてエンジン性能をグラフから見てみると、排気量2188cc、最高出力は129kW(175ps)/4500rpm、最大トルク420N・m(42.8kg-m)/2000rpm。この数字は自然吸気エンジンの4200cc同等のトルクであり、その力強さは見て取れる。シーケンシャル・ツインとしているターボの技術は、マツダがとく意図する分野で、最大過給圧は1.7気圧。また、最高出力回転が4500であるけれど、実のところ5200回転まで一気に上昇してしまう。そのあたりも狙ったところである。

これがスカイアクティブ・ディーゼルのエンジン性能曲線図。2000回転の420N-mを頂点にトルクが山型になっている。その大きなトルクばかりではなく、トルク特性にも注目したい。使いやすく、気持ちのいい特性を引き出したのである。最高出力回転についても同様で、5200回転は簡単に、そして気持ちの良い感触で極普通に回ってしまう

最近のターボはVGT(バリアブル・ジオメトリー・ターボ)が主流。それをあえて使用しなかった理由は、シングルターボであればでコスト的にも有利であるが、低速ではターボチャージャーのレスポンスを良くするため、タービンに当てる排気ガスの流速を上げる目的で、ノズルを絞る形となり、排気ガスの詰まり現象が発生して、エンジン性能的に良くないからだ。
過給機は現在のディーゼルエンジンに絶対必要なアイテム。ただし、最大過給圧を高くすると(スカイアクティブは1.7気圧で欧州車からすると高いほうではない)、ターボチャージャーも大型となる。その状態で実用性を高めるには、タービンホイールに当てる排気ガスの流速を高めてやる必要が生じ、そのためにタービンホイールのハウジング内へ、多数のウイングを装備して、エンジンの負荷状態を検出しながら、ウイングの角度を変えてタービンの回転数を高くするのだが、これをやると排ガスの圧力が高く、つまり分詰まり状態が出来る。当然エンジン性能的には良くないので、マツダでは、RX7で培ったシーケンシャルツインターボを装備した

トルクに関しては、過給との関係で一般的には最大値(過給圧がらみで)からフラットとなるのだが、それでは快適にはならない、と言う思いから、山を作っている。トルクカーブを引っ張り上げて山としたことにより、多少前後のトルクは少なくなる傾向だが、これにより自然で力強い加速力が生まれた。

スカイアクティブ・ディーゼルにはアイドルストップシステムも装備している。ただし、重要な再始動時間はガソリンエンジン並みに小さく、0.4秒である。一般的にはこの倍以上かかるので(バスなどを見れば分かるはず)、乗用車としては歓迎されないロス時間。危険領域になるならやらないほうがいい。

そのため1回の圧縮工程で確実に燃焼させる技術が詰め込まれた。重要なポイントはクランク角度の検出から(ガソリンと同様)再始動しやすい位置にピストンを止めること。目標は上死点前90~108度だが、たとえ72度となっても再始動可能な技術を取り込んだ。それだけではなく、アイドリングストップしている間のコモンレール内における燃料圧力を維持する技術も重要な点。ピストンが止まる直前にはエアバルブ(スロットルバルブではない。EGR制御などにも使用する)を全開にして空気を取り入れることも行う。

そして、再始動時にはピストン位置を検出しながら、燃焼室からはみ出さないタイミングで予混合的に1回噴射し、更にピストン上昇に合わせパイロット噴射からメイン噴射を行って、安定燃焼にしていく。ここもすごい技術である。なお、ディーゼルでもATにはブレーキオーバーライドが装備されている。

2012年3月19日月曜日

ガソリン小型発電機の管理をしっかりとやらないと、いざと言うとき使えない

自治体や商店、或いは個人宅でも小型の発電機を備えるようになってきた。災害時のことを考えると良いことなのだが、ガスエンジンならともかく、ガソリンエンジンではテスト始動後のガソリン管理が正しくないと、いざと言うときにエンジン始動不能に陥る。そのあたりを理解して準備しているのか心配になる。

数十年前から日本各地の区市町村役場では、簡単に持ち運べる小型(1~2kW)の発電機を常備するようになってきた。しかし、年に(或いは数年に)一度ぐらいのペースで、非常時を想定した訓練を行うとき、常備している発電機にガソリンを入れて(或いは入っているかもしれない)、いざ始動させようとしても、エンジンはかからない。

1年前に販売店の方が納入して、テストしたときにはいとも簡単にエンジンは始動したのだが(始動のやり方も教わり)、1年以上経過しての訓練でエンジンはウンともスンとも言わない(セル付ではバッテリーの管理も重要だ)。これではいざと言うときに何の役にも立たない。「やっぱり小型ではダメなんだ」なんていう勝手なことをのたまう連中まで出てくる始末。

何でエンジンが始動しないのかと言うことを考えれば、自ずと答えが出てくる。少し知識のある方なら、点火プラグを外して火花テストをするだろう。ここでは、まず確実に火は飛んでいるはず。昔のポイント式点火方式ならいざ知らず、既にポイントレス点火のCDIになっているから、使わない状態なら経年劣化は起きず、不良となることはない。

点火プラグを取り外して火花テストをするのもいいが、最近はポイントレスのCDIが装備されているので、まず点火装置が不良となることはない。プラグの不良は可能性があるが

すると考えられるのは、ガソリンが燃焼室に来ていないと言うこと。ガソリンタンクは満タンなのに、なぜなのだろうか・・・

答えは簡単、キャブが詰まってしまったのである。インジェクションやディーゼルなら数年放置しても問題ないのだが、ガソリンとキャブはダメ。キャブにあるガソリンが蒸発し、ガソリン成分のカスによってキャブの内部はゴミだらけ。もちろん小さな穴のジェットも詰まって、ガソリンは吸いだされない。

販売店の方は、当然それなりの説明はしていったはずだが、その説明を理解し、しっかりと実行できる人物がいなかった結果なのだ。そのため、当時はその発電機を製造販売したメーカーが、修理工場の人員をフル動員して、改修に当たったと言う。
小型の発電機。少々古いので2ストロークだが、燃料の管理は同じこと。なお、排ガスのことを考慮して、エキマニからマフラーまでを保温し、触媒の取り付けを行っている
では、どのように管理すればよかったのか、と言うと理想的には、一度始動確認をしたら、ガソリンタンクを完全に空にし、沈殿カップを開けストレーナーも乾燥、もちろんキャブのフロート室からガソリンを抜く(ドレンプラグがある)。

燃料タンクからガソリンを全て抜くのはかなり面倒。タンクのドレンプラグが装備しているものもあるので、それを利用したいが・・・

ガソリンコックの下側には燃料のごみをろ過する沈殿カップが付いている。これを取り外して、中に残るガソリンも排出させる

キャブのフロート室にはドレンプラグがあるので、これを緩めて(取り外す必要はない)確実に排出させる

このようにすれば、次の始動でも、ガソリンを投入して1分ほど待ってフロート室にガソリンが満たされれば始動できる。

ガソリンタンクを空にする作業が面倒であるなら、燃料コックを閉めて沈殿カップの中とキャブのフロート室だけを空にし、ガソリンタンクにはガソリンを満タン状態とする。

燃料タンクの中を空にしなくても、沈殿カップをきれいにし、キャブのフロート室からガソリンを排出させ、タンクは満タンにしておけば、かなりの期間始動に問題は出ない。数年間以上始動させないのなら、やはり燃料タンクは空にしたほうがいい。我が家では空にしている。これはバイクも同様

ガソリンを満タンにする理由は、タンクから空気(酸素)を追い出して、酸化させないようにすることが目的。

この状態で、炎天下に放置しなければ1年後でも始動はできる。もっと雑な扱いとしてでも始動は可能なのだが、それにはリスクを伴う。

リスクを承知でやるなら(あまりお勧めしない)、それは、燃料のコックを開けたままにすること。こうすることで、フロート室から蒸発するガソリンを常に補う形となり、ガソリンカスの発生を抑制できる。

この状態での管理は、実際にバイクで友人がやっており、ガレージの中にあるため、ガソリンコックは開けたままで1年間は放置していても、ごく普通にエンジン始動が出来ることを確認している。

友人は、バイクのガレージ管理で、ガソリンタンクのコックを開けたままにしている。こうすることで、1年経過してもエンジンの始動は普通にできるが、リスクが大きいのでやらないほうがいい

ただし、フロートバルブやホースにトラブルが起きると、ガソリンが漏れ火事の原因となるので、常に保管状態を監視できるのでなければやるべきではない。

こんな心配をしなくてすむのがカセットガスコンロのボンベを使った小型の発電機。カセットガスの使用期間をとやかく言う方がいるけれど、我が家では数十年前に購入したガスボンベを、いまだにガスコンロに使用している。