高性能排気システムがエンジン出力を向上させる仕組み

適切に設計された高性能排気システムは、エンジン出力を最大約 3% 向上させることができます。

派手なホイールセットの後、乗り物をカスタマイズしたいと考えているマニアにとって、パフォーマンスエキゾーストシステムの喉のような轟音以上に好きなものはおそらくありません。 エキゾーストノートは車に個性を加えるだけでなく、隠されたエンジンパワーを解き放つことを約束する何かをいじることは、ほとんど神秘的です。

ただし、排気設計は、いくつかのパイプをつなぎ合わせたり、大音量のマフラーや派手な排気チップを取り付けたりするよりも、よりダイナミックな科学です。

昔、パフォーマンス排気システムは一般的に「フリーフロー」排気システムと呼ばれており、一部のチューナーは排気ガスの流れを制限しないシステムが最良のシステムであると信じていました。 これは、ほとんどの場合、馬力を解放する上で小さな役割しか果たさないことがわかっています。エンジン。

実際に燃焼室から排気ガスを排出する調整された長さのヘッダー パイプは、多くの場合曲がりくねったルーティングを備えており、自然吸気エンジンにとって最高のパフォーマンスを発揮する排気システムです。 ターボ過給エンジンには独自のルールがあります。

排気システムを特定の用途に合わせて調整することは、ケースバイケースの課題です。 排気量、排気バルブのサイズ、吸気システム、カムプロファイル、排気ポートの設計、および回転数の範囲はすべて、排気システムの形式を決定する際の要素となります。 一般的な経験則は理解するのが簡単ですが、それを正しく適用するのが難しいところです。

エンジンが作動すると、高圧および低圧の「波」が操作されて燃焼室から燃焼ガスが抽出されます。 吸気と排気の間で最も有利な圧力バランスを実現するために、適切に設計されたヘッダー セットは、慣性と波による掃気という 2 つの異なる掃気メカニズムを活用します。

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慣性掃気は、排気バルブが開いたときに燃焼室からヘッダー一次管に排出されるガスの慣性によって発生します。

パフォーマンス排気のスペシャリストであるフッカー・ヘッダー社によると、最高の出力を実現するための最適な排気ガス速度は毎秒約 300 フィートであるため、エンジンのプライマリ チューブが 36 インチの場合、排気には 1/100 秒かかることになります。チューブを通過する「パルス」。

排気バルブが閉じていても、ガスは慣性により排気チューブ内を毎秒 300 フィートで移動し続けます。 ただし、冷却ガスがエネルギーを失うと、速度も低下し始めます。 これは、登場したさまざまな「Hot-V」エンジンに見られるように、強制吸気エンジンでターボチャージャーを排気バルブのできるだけ近くに配置する理論的根拠の一部です。

この高圧パルスの背後には低圧領域があり、ガスがバルブから遠ざかるにつれて膨張し続けます。 この排気ガスパルスの最後の部分が一次管の端に到達すると、その特定のヘッダー内のすべての使用済みガスが同じ低圧になります。

レース エンジン コンストラクターである Reher-Morrison Racing Engines は、一次ヘッダー チューブの直径と排気ガス速度の関係に基づいて、パフォーマンス重視のシステムを設計しています。

このための鍵となるのは、大径チューブの自由流動性能と小型高速ヘッダーの優れた掃気性能のバランスがとれたチューブ直径を選択することです。 通常、最適な直径の範囲は、小型の低性能エンジンの場合は 1-3/4 インチから 1-7/8 インチ、大排気量の高出力エンジンの場合は最大 2-3/8 インチのチューブです。

さらに、ヘッダーの長さを変えることで、波の後ろの低圧領域がヘッダーコレクターに到達するまでの時間を操作することができます。これがヘッダーチューブの「チューニング」です。

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慣性掃気とは異なり、波動掃気は排気ガスの物理的な動きに依存しません。 代わりに、排気バルブの開閉によって生成される（音）波の圧力に依存します。

開くと、圧力波が 18,500 インチ/秒を超える速度でバルブから遠ざかり始めます。これは、海面での約 13,397 インチ/秒の音速よりも速いです。

オルガンパイプ内の音波の動きを支配するのと同じ理論に従い、音波が主管の端に到達すると、負の衝撃波が生成され、排気ポートに向かって反射されます。 バルブが開いている間にこの負の圧力波が到達するようにヘッダーの長さを調整することで、使用済みガスが燃焼室から掃気されます。

この低圧領域が、排気バルブが開き始めたばかりのシリンダーの別のプライマリ チューブに溢れると、その低圧領域がそのシリンダーから排気ガスを引き出すのに役立ちます。 ここで、内燃機関は、入ってくる新鮮な燃料と空気を汚す可能性がある燃焼室内に残る残留排気ガスが少ないため、有利になります。

この調整された長さは、エンジン速度によって直接支配される特定の周波数に固有です。 その結果、調整されたヘッダーは、比較的狭い回転範囲、場合によってはいくつかの異なる速度帯域でのみエンジン性能を向上させます。オルガンパイプと同様に、速度/周波数が高くなるほどパイプは短くなります。 ほとんどのレーシング エンジンは、長さ 28 ～ 30 インチのプライマリ チューブで最適に機能します。

改善が 1 桁で測定されることが多いエンジン チューニングの神秘的な世界では、パフォーマンス エグゾースト システムが通常発揮するエンジン出力の 2 ～ 3% の向上は無視できません。

自動車業界で 40 年以上の経験を持つエンジニアである Peter Els は、自分自身を一言で要約します。「職業は自動車エンジニア、選択はギアヘッド」です。 南アフリカの東海岸にある自宅で仕事をしているピーターは、ほとんどの時間を自動車とモビリティの未来を推進するエキサイティングなテクノロジーについて分析し、執筆することに費やしています。 彼は、非常に評判の高い Automotive IQ ポータルの毎月のコラム、FutureCar、Robotics Business Review の記事、Car Fix Book の製品レビューなど、いくつかのオンライン出版物で発見、意見、経験を共有しています。 車について書いていないときは、ピーターは熱心なモータースポーツのファンです。 10 年間バイクレースに出場してきた彼は、今でも二輪ではなく四輪でレースを楽しんでいます。