フェンダーストレーキの製作

ジムニーのような空力とは無縁のクルマではあと付けの空力部品はあまり有効ではないかも知れませんが、逆に空気抵抗の大きい車だからこそ少しでも空気抵抗の低減と安定化に繋がればと思い、理屈の上では効果がありそうで、且つもっとも簡単に作れそうなのでフェンダーストレーキを製作してテストしてみました。

↑製作したストレーキ。

ストレーキ(ストレイキ、フェアリングなどとも呼称します)というのは最近はけっこう純正でもさりげなくついていることの多いパーツで、タイヤハウス直前に付けられているフィン状のリップです。

タイヤは当然ながら走行中は回転していますのでその回転にならって周囲の空気を巻き込み、とくに車両前面では、フェンダー内部でタイヤが巻き込んだ空気の流れと車両前方からの空気の流れとがぶつかり乱流が生まれ、かなりの抵抗となるらしいです。

ですので、ストレーキによってタイヤハウス内部に巻き込まれる空気の量を減らすことでこのタイヤが巻き込む空気による抵抗を少しでも低減させ、また、シャーシ裏の気圧を少しでも下げることで揚力を減らすことで、さらに高速走行時の安定性を増すことにも繋がります。

このような理由ですので、ストレーキは前方からの空気の流れを直接タイヤにあたらない方向に流してやるようにすれば良いわけで、横から見たときにエアダムのようになっていればいいわけです。

しかもタイヤ前面に設置するため、形状にもよりますが前面投影面積の増加にもなりません。

これらの作用により少しでも空気抵抗および揚力を低減して高速走行時の燃費の改善や安定性の向上に貢献させようというパーツです。 少ないコストで効果が大きいことからメーカーも純正で採用しているわけです。

ただし、これらの効果はもともとシャーシ裏側の形状が空力を考慮されていてフラットボトムに近く、なおかつロードクリアランスの低いクルマでこそ活きるものですので、ジムニーのようにシャーシ裏側の凸凹が大きく、なおかつロードクリアランスが大きいクルマの場合は路面との間の空力効果(グランドエフェクト)がほとんど働かないので、揚力の低減とか整流とかの総合的な空力効果は望めません。ですので、通常の乗用車やスポーツカー等と同じ効果が得られるわけではありません。

そのかわり、ジムニーのように車高の高いクロカン車は前面から見たときのタイヤの露出が大きいため、タイヤの回転に伴う空気抵抗の低減については意外と効果が期待できる可能性があります。

この点ではむしろ排気量が小さく非力なクルマこそ効果を期待できるのではないかと考え、今回はそれを主目的に試しにやってみようと思ったわけです。

製作

素材はホームセンターで暢達したPVC製の「雨どい」です。

ですので材料費としては1800mmでも500円ちょっとなので、仮に失敗しても損はしない程度のものです。 PVCなのでぶつけても割れません。

それを幅約280mmに切断し、さらに縦方向にも半分、つまり90度位置で切断したのみです。

こんなもので風圧に耐えられるのか不安もありましたが、雨どいは中に泥などが溜まっても簡単にはひしゃげないように出来ているので、実際はけっこう強いです。

200km/hを超えるようなクルマならまだしも、ジムニーが出せる程度の速度ならば問題はないと思います。 いずれにしても今回は効果の確認のための試作ですので、これで充分と考えました。

表面仕上ですが、最初は実験ですのでそのまま取り付けましたが、効果を確認後の2作目では素地のままではいまいちなので、いちおうPPプライマーを吹いてからボディ同色に塗装しておきました。

PVCはあまり塗装の密着は期待できませんのでそのうち飛び石などで剥がれてくるとは思います。

取り付け詳細

写真でもわかりますが、横から見たときに前方からの空気が直接タイヤに真正面からぶつからないように下向きに流すようになっています。

また、角度も進行方向(つまりはクルマの軸線上)に対して直角ではなく、バンパーのラインに合わせて外側に傾けることで、本来はシャーシ裏側に入ってしまう空気を車体側面に流すようにしてやることで、さらなる空気抵抗の低減と、若干の揚力低減の効果も期待させるようにしました。

↑内側からタイヤハウス内に入る空気の量を減らすようにするため、内側方向にも多少、長めに寸法をとります。

効果

こんなもの見た目だけだろうとたかをくくっていたのですが、意外にも効果は予想以上でした。

100km/hを超えてくると、ハンドルが重くなるというか接地感が次第に強くなり、結果、直進時の安定性が良くなってきて、その傾向は速度を上げれば上げるほどに強く感じられるようになります。

今までハンドルをしっかり握ってなければならなかった状況では、軽く手を添えるだけでよくなり、今まで軽く手を添えていた状況では、ほとんど手放しでも大丈夫なくらいになるという感じです。

とくに進路変更などのときには直進性に違いがあらわれ、たとえば、直進時にハンドルを少し素早く切ってわざとフラつかせようとした時など、今までよりもずっとセルフセンタリング性が強くなってけっこう強めに「まっすぐに戻される」という感じになります。

とくに私の車のタイヤは純正より太い205サイズですので、前面から受ける風の影響も大きいですし、扁平率も65%なので、路面のわだちの影響も純正タイヤよりも大きく受けるのですが、それゆえ、変化も大きく感じるのだと思います。

実際、80km/h程度で流しているときよりも、120km/h以上のスピードのほうが接地感がしっかりして直進安定性は高く、路面のわだちやちょっとした横風のフラつきに対しても以前よりも収まりが早くなり結果として高速時の安定性は確実に上がっています。ですので、高速道路を使用した長距離移動での疲労低減には有効に働くと思います。

ただ、これが揚力の低減によるものなのか、それともタイヤ前面の乱流が減ったことによるものなのかはわかりません。 あくまでも結果オーライです。

また、空気抵抗の低減効果もたしかにあるようで、4速、5速で踏み込んでいったときの車速の伸びる感じが今までと違い、感覚的には10馬力程度のパワーアップに相当するくらいの空気抵抗が低減したのではないかと錯覚してしまうほど(実際にはそこまでの変化はないと思いますが)軽い感じで車速が伸びます。

逆に言えば、普通に高速を巡航している速度ならば多少なりとも空気抵抗が減るはずですので、たしかに巡航燃費の改善効果はあるのだと思います。 メーカーが純正で採用する理由もなんとなくわかります。

ただ注意していただきたいのは、上記インプレでも書いている通り、日本の法規速度内では体感的な効果は薄いということも事実です。

国産車でも欧州仕様ではストレーキがついているのに、国内仕様ではストレーキがついていない車があることからも、やはりある程度のスピード(少なくとも100km/h以上が常に出ている状態)でないとあまり意味がないと言うことなのでしょう。 実際、走っていてそれはたしかに感じました。

ただ、たとえば通常は100km/h以下で巡航していても、追い越しなどで一時的にスピードアップするときなどは、進路変更しながら加速していかなければなりませんので、こういうときに車体はもっとも不安定になりますので、こうしたシチュエーションでの安定性をより確保したい場合は有効に働くかも知れません。

まとめ

結論としてはたしかに効果を感じました。 ただし、くり返しになりますが、日本の法規速度内ではあまり有効ではないとも言えますのでそういう意味では無駄とも言えます。 ですのでこれはその人の運転スタイルによって有効か、無駄かの判断は変わってくると思います。

もちろん、これは空力的な計算や検証をして製作したわけじゃないので、ベストな形状や配置ではないとは思いますが、それでも多少なりとも良い方向で変化が得られたのは偶然の産物でしょう。

メーカーはきちんとシミュレーションや風洞実験をして形状などを決めているわけですから、それとは比べものになりませんが、DIYレベルではこれだけ変化が得られれば充分かと個人的には思います。

ちなみに、風洞といってもこの手のグランドエフェクト関係の場合はボディ上面の空気の流れと異なり、タイヤが回転し、路面が車速に応じて相対移動する構造のものでないと本当の空気の流れはわからないので、実際の走行状態に近い状況が再現できる設備、たとえばスズキスポーツがもっているようなムービングベルト式の風洞(実車サイズではありませんが)のようなものでないとわからないと思います。

この「タイヤの回転」や「路面との密接な関係」があるところが自動車の空力の難しさで、これは航空機にはない要素で、飛行機よりも車の空力のほうが難しい面があると言われる所以でもあります。

さて、今回製作したストレーキはフロントのみですが当然リアでも効果は期待できます。 リアの場合は今度はフロントタイヤが起こした乱気流をリアタイヤに当てないようにするという目的もあります。

ただ、ジムニーの場合はリアのタイヤハウスとシャーシ裏の間に空間が多く、また、サスアームが邪魔をするため、効果的な取り付けは構造上やや難しいです。

ストレーキとタイヤハウス内部は隙間なく繋がないと意味がありませんので。

あと、たまにホイールベース中間部分など、リアタイヤから離れた位置につけている場合もありますがこれは効果としては低くなります。 ストレーキとしての効果を望むのならば、可能な限りタイヤ直前でないと効果はありません。

また、大きさ(高さ)もあまり大袈裟なものは必要ありません。 要は空気の流れを変えるきっかけとして存在すればいいので、ちょっと高めのリップ程度でも充分です。

今回の走行データ

今回はテストのために久々に5速で踏んだので、参考までにパワーメーターIDのピークホールドです。

パワー

パワーメーター上の表示は前回と同じでした。 ただ、前回は触媒レス仕様でしたが、今回は触媒つきで、しかも前回は3月、今回は6月と気温が比較的高めの季節にもかかわらず同じ数値が出たということは、触媒装着による効率低下は思ったほど大きいものではないということなのだと思います。

さすがはGT-R用メタル触媒ということでしょうか。

※138PSという数値そのものは信用しないでください。 毎度も書いてますがいくらなんでもこんなにパワーが出るはずがありませんので。 重要なのは前回の数値との相対的な比較ということです。

スピード

スピード的には5速7600~7700rpmでこのくらいです(タイヤ外径キャリブレーション済)。

もっと踏み続けて180の大台を超えてみたかったのですが、さすがに油温がぐんぐん上がってきたため安全をみてやめました。 あいかわらず、水温は速度が上がれば上がるほど下がるのに、油温は逆に上がっていくというオイルと水の冷却バランスの悪さが気になります。

(大型の水冷オイルクーラーをつければ改善されるのはわかっているのですが、作業が面倒なのでまだ手付かずです)

しかし、ストレーキの効果はたいしたもので、軽ジムニーだというのにこの速度でもステアリングはしっかり安定しています。 むしろ70km/hや80km/hで走っているときよりも接地感があり、とてもホイールベースが2メートルちょっとの車とは思えないほどに変わりました。

以前は140km/hを超えてくるとさすがにちょっとしたことでもフラつきそうで恐い面もあったのですが、今回はそれがまったくと言っていいほど感じられなかったです。

ただ、咄嗟の危険回避運動では重心の高さなどからくる不安定さは変わりませんので、このへんは自重しないとなりません。

※念のため書いておきますが、このスピードは公道外で出したものと理解してください。

排気温度

排気温度は今回はやや上を絞ったこともあり以前より20度ほど上がって880度程度です。

フルパワー時のエンジンのフィーリングは滑らかで非常にいい感じで、回して気持ちいいです。

3気筒でこのフィーリングはたいしたもんだと思います。

なお、今回はエンジン関係のセッティング確認が目的ではないので空燃比計はつけていないため空燃比の確認はしておりません。

燃費

燃費についてはあまり意味がないのですが、参考までに上記のようにけっこうガンガン踏んで走って13km/l程度です。 ただ、とくに軽自動車のように排気量の小さいクルマは走り方によってリッター当たり2kmや3kmは簡単に変わってしまうのが当たり前なので、気にしても仕方ないというのが私の考えです。 きちんとO2センサーのフィードバックのかかる条件で走れば14~15km/lはいくと思いますが、あまり燃費を気にして走るのは私の流儀ではないのであくまで参考です。

たまに問い合わせがあるのですが、最近流行っているアンダーフロアスポイラーは効果あるのかということについてですが、これを効果的に活かすにはストレーキ以上にシャーシ裏のフラットボトムとロードクリアランスの低さが重要になります。

ジムニーのように車高が高く、しかもシャーシ裏が凸凹なクルマはスポイラー裏で効果的な負圧が発生しにくく、そのままつけただけでは単にスポイラーで空気をサイドに振り分けるだけになってしまうので、空気抵抗だけが無駄に大きくなってしまうのです。

ですので、おこなうのであれば車高を下げて、シャーシ裏にアンダーカバーなどを装着してシャーシ裏の空気の流れを整えてからおこなえば効果は出ると思います。 ただ、そこまでしてジムニーというクルマにダウンフォースを求めてもあまり意味がない気がしますが。

また、仮にフロアアンダースポイラーの効果が有効に発揮させられたとした場合、これは原理上、前方からの空気を左右に振り分けることにエネルギーが使われる(これは要はウイングを90度寝かせたのと同じことなので羽根の前面では圧力が高まり、そのぶん裏側では負圧となります。 この前面の圧力が空気抵抗になるのです。 いわゆるディフューザーによるグランドエフェクトとはやや原理が違います)ことと、ダウンフォースによってタイヤが押し付けられることによる転がり抵抗の増加によって、大型のウイングやカナードほどではありませんが、確実に走行抵抗は増加しますので、結果として高速での燃費は悪くなります。

このへんがストレーキとの大きな違いです。 ストレーキは空気抵抗を減らす(実際にはストレーキ自体も空気抵抗は発生しますが、タイヤの回転による空気抵抗が減ることと相殺されるので結果として空気抵抗の増加がゼロか、うまく作れば空気抵抗の低減になるというわけです)のが大きな目的のひとつですので。