内燃工学

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内燃工学

吸排気チューンをすると、低速トルクが細くなるのは何故？

【問】　吸排気チューン（エアクリーナー／インテークパイプ／インテークマニホールド／エキゾーストマニホールド／フロントパイプ／触媒レス／スポーツマフラー／等）をすると、低速トルクが細くなるのは何故？
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【答】　ひとくちに吸排気チューンと言っても様々ですが、まず、エキゾーストマニホールド以外について考えてみましょう。
　吸気や排気に脈動が無くて、只の風であったならば、吸気も排気も単純に抵抗が少ないのが最高の効率になります。
　それは、トイレットペーパーの芯を口に当てて呼吸するのと、ストローを咥えて呼吸するのとを比べれば一目瞭然ですね。
　しかし、エンジンの吸排気は呼吸のように連続的ではありません。
　バルブの開閉によって断続的な流体の流れとなります。
　この断続的な流れを利用すると、単純に吸排気抵抗が少ないよりも高効率にすることが可能になります。
　断続的な流体の流れが管の最端部で大気に開放されると、正圧波が負圧波となって管の中を逆に遡って行きます。
　つまり、バン・・・バン・・・バン・・・という脈動が、後の脈動を引っ張る現象が起こるのです。
　これを吸気管効果、または排気管効果と呼びます。
　これらは、最高の効率となる管長／断面積が、管内を流れる流体の速度と体積で決定します。
　つまり、低速で高効率となる管長／断面積と、高速で高効率となる管長／断面積は違うのです。
　具体的にいうと、低速に合わせた吸排気管では、高速時の排気量を捌けませんし、高速に合わせた吸排気管では、低速時の脈動が減衰して吸排気管効果が薄れてしまうのです。
　自動車メーカーは、町乗りのし易さと燃費向上の為、スポーティなクルマでも、ある程度は低速に合わせて設計してあります。
　それを高速に向いた管長／断面積にしてしまうのですから、低速トルクが細くなるのは必然でしょう。

　なお、「エアクリーナーと触媒は、管長／断面積に関係が無いのでは？」と訝られるかと思います。
　ですが、エアクリーナーを剥き出しに替えたり、触媒をストレートパイプに替えてしまうと必要以上に抵抗が減ってしまう事があります。
　その場合、吸排気の脈動が減衰して吸排気管効果が薄れてしまうので、低速トルクが細くなるのです。

　次に、エキゾーストマニホールドについて考えてみましょう。
　これの低・高速トルクに対する影響は吸排気管効果とはメカニズムが異なります。
　ある気筒から排出された排気ガスは、勿論フロントパイプへも向かいますが、他のマニホールドを遡って他の気筒へ流れ込もうともします。
　この圧力が他の気筒の排気タイミングと合った場合、他の気筒の排気ガスがすみやかに排気できなくなってしまいます。
　つまり、エキゾーストマニホールドは、その管長によって各気筒の排気ガスの干渉する領域が変化します。
　最も干渉する領域が低効率で、最も干渉しない領域が高効率です。
　純正品は町乗りのし易さと燃費向上の為、低速域で干渉が起こり難いように設計されています。
　それを高速域で干渉が起こり難い設計の社外品に交換するのですから、低速トルクが細くなるのですね。

　なお、ターボ車のサクションパイプに限っていえば、（特殊な車輌に限られますが）社外品に交換することで全域で出力の向上が期待できる場合もあります。
　ＣＮ・ＣＰ系のランサーエボリューションの場合、ターボチャージャーの吸気側の先にバッテリーが鎮座しています。
　そのためサクションパイプがバッテリーを迂回する格好でＺ字に折れ曲がっています。
　この曲がり角が低速～高速まで全域で抵抗となっていますので、これを緩やかな曲がりのパイプと交換すると低抵抗化が期待できます。
　クスコ社製などのバッテリーを移動するタイプの物は、サクションパイプ長が短くなり過ぎるので、低速トルクが若干スポイルされてしまいます（その代わり高速域は高効率）が、ＨＫＳ社製などの純正位置のバッテリーをＳ字に迂回するタイプの物は、高速域こそクスコ社製などの物よりも劣りますが、全域で純正よりも高効率となります。