インテークチャンバーの効果について

すでにこのページでも載せてありますように、私のジムニーは純正エアクリーナーケースにHKSのスーパーパワーフローを組み合わせて使用しています。

そこでいくつか問い合わせのメールをいただいたのですが、直にパワーフローを使用する場合と、エアクリーナーケースを使用した際の違いについて書きたいと思います。

インテークチャンバー効果

あまり気にされないかも知れませんが、エアクリーナーケース(インダクションボックス)の容積というのは吸気量が常に変動するエンジンにとってけっこう重要なポイントなのです。

とくにエアフィルターを通過してからターボコンプレッサーまでのサクションパイプ内、すなわちフィルターからターボに飛び込むまでの容積に余裕があると、急激なアクセルのON/OFFの操作に対してターボラグの低減および慣性過給効果により、たとえば街乗りのように頻繁なストップ&ゴーには効果的で、低速からの立ち上がりやトルク感の向上に効果があります。

これを例で説明するとこうなります。

まずアクセル全開で加速していて、ギアチェンジやアクセルコントロールのために一瞬スロットルを閉じた状態を考えます。 するとこの瞬間には当然ながら排ガスの圧力が下がるのでタービンの回転も下がります。

このときエアクリーナー~ターボコンプレッサー間のエアを考えてください。 アクセルを閉じるまで全開だったわけですから、それまでサクションパイプを流れていた吸気の流れはアクセルを閉じても吸気の流れはすぐには止まらず、エアフィルターを通過した空気は回転の落ちたターボコンプレッサーとエアクリーナーの間の容積に閉じ込められ、軽く圧縮された状態になることになります。 これは「慣性過給(効果)」と呼ばれるものの一種です。

※実際にその際にどのくらい圧力が生じるのかこのページで検証しております。たしかに一瞬正圧になります。

この状態で、一気にアクセルを開けると排気ガスの圧力が上がってタービン回転が上昇しますが、ここで、エアクリーナーケースに充分な容積があれば、そこに蓄えられ、軽く圧縮された状態の空気が一気にターボコンプレッサーに飛び込むことで、ターボのホイールの回りはじめで吸入抵抗がほとんどない状態になり、立ち上がりのターボラグが最小限に抑えられるのです。

また、容積に余裕があるとこうしたアクセルのON/OFFによる吸気の流速の変化が最小限に抑えられることから、より安定した吸気量を供給できる、いわゆるコレクタータンクの働きをするのです。

これがターボエンジンにおける主なインテークチャンバーの効果ということになります。

こう考えていただければわかると思いますが、インテークチャンバーを持たずダイレクトにパイプで繋いだタイプのむき出し型(キノコ型)エアクリーナーはチャンバー容積を全くもたないのでこうした状況は苦手で、アクセルを踏みなおして吸気量が上下するたびに流速が激しく変化するために、アクセルONの瞬間の立ち上がりが遅れるためにトルクがなくなったようなように感じたり、ターボラグが多く感じられるのです。

これがむき出しタイプのエアクリに換えると低速トルクがなくなったように感じる要因のひとつで、単に「吸気抵抗が減ったせいで燃調が薄くなったから…」だけではない、もうひとつの重要な要素でもあります。

結局、どんなに吸気抵抗の少ないフィルターでも、フィルターを通す以上は濾過による吸気抵抗は避けられません。しかしインテークチャンバーをもっていれば、急激なアクセルのON時にすでにエアフィルターを通過したの空気が軽く圧縮された状態で準備されているわけですから、瞬時の立ち上がりの場面でどっちが有利であるかは明白だと思います。

当然これは、アクセルコントロール時での小刻みなスロットルのON/OFF動作でも効果があらわれます。

要するに、アクセルを踏みなおしたときのツキの良さが違ってくるわけですね。

とはいえ、理想を言えばこうしたチャンバーはこの位置につけるよりも、ある程度整流されてからのほうがより慣性過給効果が期待できるので、そういう意味ではサクションパイプの中間に大容量かつ低抵抗のものをつけるのが本来の姿ではあります。

ただし最高出力とか、連続高回転での一定した運転状態では場合によってはこのチャンバーがかえって抵抗になる場合もありますので、これがどんな場面でもパーフェクトであるとは言い切れません。

最高出力優先、最高速優先などの場合はこのようなチャンバーがないストレートパイプで繋いだほうが有利と言えます。

インテークチャンバーは主に中低速のトルク&レスポンス、立ち上がり時のパフォーマンスアップが目的とお考えください。

エアーファンネルというもの

よくファンネル形状になっていると吸気抵抗が減ると言われていますが、たしかにファンネルの形状を吸気量、流速に対して最適に設計した場合壁面が極端に大きくなったのと同じ効果、極端な言い方をすると無限大バッフルとなり、あらゆる方向からエアを取り込むことができて吸気抵抗は減少し、積極的に吸い込むことができます。

しかし固定された1種類のファンネルでこの効果が期待できるのは一定の条件でのもとでのみであり、エンジンはアクセルのON/OFFや回転数、負荷の変化により常に吸気量や流速が変化しています。

本来はこの吸気量の変化による流速に応じて最適なファンネルの形状、口径、長さがあるので、理想を言えば吸気量の変化に応じた可変ファンネルが欲しいところです。 ちなみに、ファンネルの開口部のテーパー角度は14度付近が一般にもっとも適していると言われています。

ですので、実際には1つの固定されたファンネルでの効果が最大限に発揮されるのは、ごく限られた運転条件のみということになります。 可変エアファンネルはこれに対応するために開発されたものということになります。

たとえばファンネルの形状や長さ、口径をいくつか用意して、走行ステージに合わせて交換するなどすればより効果が高くなると思いますが、ターボエンジンではNAエンジンほどの効果は感じられないかも知れませんね。

以上のような理由から、私はエアクリーナーというものは単にフィルターの吸気抵抗の少なさだけではなく、その後の形状や容積も考えなくてはいけないものであると思います。

もっとも、NA(自然吸気)エンジンのほうが、ターボ以上にインテークチャンバーの効果と慣性過給効果や脈動効果が重要になってきますが、ターボエンジンでも上記の理由により充分に効果を出せる部分であります。

もちろん、私がやっているのは所詮純正ケースを利用した安易なチャンバーですので、理想的な容量、形状などを得るのにはほど遠いのですが、少なくともエアクリーナーケースをとっぱらってしまうよりは個人的にはマシだと考えますし、

実際、とくにアクセルの開けはじめのトルクの立ち上がりレスポンスなどこれによる効果を感じる部分は大きいです。

なお、このサクション部分とは別に、スロットルバルブ直前のチャンバー(コレクタータンク)も中低速のトルクの味付けに利用できます。