選定方法
フロントバンパーに内蔵されたインタークーラーは多くのクルマファンにとって心の憧れの改造パーツであり、圧力リリーフバルブの音と同様に欠かせないパフォーマンスシンボルでもあります。しかし、外見上は同じに見えるさまざまなインタークーラーについての知識は何でしょうか?アップグレードまたはインストールする場合、どのような点に注意する必要がありますか?この単元では、上記の質問に 1 つずつ答えていきます。
インタークーラーを取り付ける目的は主に吸気温度を下げることです。おそらく読者は、なぜ吸気温度を下げる必要があるのかと疑問に思うでしょう。これには、ターボ過給の原理について言及する必要があります。ターボ過給の動作原理は、エンジンの排気ガスを利用して排気ブレードに衝撃を与え、反対側の吸気ブレードを駆動して圧縮空気を燃焼室に送り込むだけです。通常、排気ガスの温度は800度や900度と高温であるため、タービン本体も超高温状態となり、吸気タービン端を流れる空気の温度が上昇し、圧縮空気も発熱します（圧縮空気の分子間の距離が小さくなるため、分子同士が押しつぶされてこすれ合い、熱エネルギーが発生します）。この高温のガスが冷却されずにシリンダー内に入ると、エンジンの燃焼温度が高くなりすぎ、ガソリンの予燃焼によってデトネーションが発生し、さらにエンジン温度が上昇します。同時に、圧縮空気の体積も熱膨張により酸素含有量が大幅に減少し、ブースト効率が低下し、当然本来の出力が得られなくなります。さらに、高温も目に見えないエンジンの死因となります。動作温度を下げないで高温環境に遭遇したり、長時間運転したりすると、エンジン故障の可能性が高まりやすくなります。そのため、吸気温度を下げるためにインタークーラーを装着する必要があります。インタークーラーの役割を理解したら、その構造と放熱原理を見ていきましょう。
インタークーラーは主に2つの部品で構成されています。最初の部分はチューブと呼ばれます。その機能は、圧縮空気が流れることができるように、圧縮空気を収容するためのチャネルを提供することです。したがって、圧縮空気が圧力を漏洩しないように、チューブは密閉空間でなければなりません。チューブの形状は角形、楕円形、長円錐形の3種類に分けられます。違いは、風の抵抗と冷却効率のトレードオフにあります。 2番目の部分はFinと呼ばれ、一般にフィンとして知られています。通常、チューブの上層と下層の間に位置し、チューブにしっかりと取り付けられています。圧縮された熱風がチューブ内を流れると、熱はチューブの外壁を通ってフィンに伝達されるため、その機能は熱を放散することです。このとき、フィン間に外気温の低い空気が流れていれば熱を奪い、吸気温度を下げるという目的を達成することができます。 2つの部品を連続して10～20層まで重ね合わせた構造をコアと呼び、インタークーラーの本体となります。また、タービンからの圧縮ガスが炉心に入る前に緩衝と蓄圧空間を持たせ、炉心を出た後の空気流量を増やすために、通常、炉心の両側にはタンクと呼ばれる部品が設置されています。外観は漏斗のような形状で、シリコーンチューブを接続しやすいように円形の入口と出口が設けられています。インタークーラーは上記4つの部品から構成されています。インタークーラーの放熱原理に関しては上で述べた通りです。多数の水平チューブを使用して圧縮空気を分割し、車の前面の外側からの直接の冷気がチューブに接続された冷却フィンを通過して圧縮空気を冷却する目的を達成し、吸気温度が外気温に近づくようにします。したがって、インタークーラーの放熱効率を上げたい場合には、インタークーラーの面積や厚みを大きくし、チューブの数や長さ、冷却フィンなどを増やすだけで済みます。しかし、そんなに簡単でしょうか？実際にはそうではありません。インタークーラーが長くて大きくなるほど、吸気圧力損失が発生する可能性が高くなります。これは、このユニットで説明する主な問題の 1 つでもあります。なぜ圧力損失が発生するのでしょうか？性能を重視したインタークーラーには放熱性だけでなく、圧力損失の低減も求められます。しかし、圧力損失を抑えることと冷却効率を高めることは技術的には真逆です。例えば、同じサイズのインタークーラーを放熱だけを目的に設計すると、内部のチューブを細くしたり、フィンの数を増やす必要があり、空気抵抗が増加します。しかし、圧力を維持する設計にすると、チューブを太くしたり、フィンの枚数を減らす必要があり、それに比べて熱交換効率が悪くなってしまいます。したがって、インタークーラーの変更は私たちが考えているほど簡単ではありません。したがって、冷却効率と圧力維持のバランスをとるために、ほとんどの人はチューブとフィンから始めるでしょう。
次の部分はフィンです。一般的なインタークーラーのフィンは開口部のない直線状のものが多く、インタークーラーの幅によってフィンの長さが決まります。しかし、フィンはインタークーラー全体の放熱機能に大きな役割を果たしているため、冷気との接触面積を増やせば熱交換効率を高めることができる。そのため、インタークーラーのフィンには様々なデザインのものが多くありますが、波型フィン、いわゆるシャッター型フィンが最も人気があります。ただし、放熱効率の点では、冷却フィンを重ね合わせるのが最も優れていますが、冷却フィンが発生する風の抵抗も最も明らかです。したがって、日本の D1 レーシング カーでよく使われています。これらのレーシング カーは速くありませんが、高速で動作するエンジンを保護するために優れた放熱性が必要なためです。インタークーラーを改造します。 [2]
タービン容量に応じて
インタークーラーの改造論を色々と解説してきましたが、実際に改造する際に注意すべき点は何でしょうか？一般的に改造インタークーラーは、純正交換タイプと大幅な配管構成変更を必要とする大容量キットに大別されます。ダイレクトエクスチェンジタイプの仕様はオリジナルと同様ですが、内部のチューブとフィンのデザインが異なり、厚みが若干広くなっているだけです。純正エンジンのポテンシャルを最大限に引き出す、純正からの改造を受けていない車両や、大きな改造が施されていない車両に適したキットです。大容量インタークーラーは、風上面積を拡大して放熱性を高めるとともに、板厚を厚くして一定温度を確保する。 Haoyang製のインタークーラーを例に挙げると、一般タイプは約5.5～7.5cm（1.6～2.0リッター車に適合）、強化タイプは約8～105cm（2.5リッター以上の車に適合）です。また、空気の流れの抵抗を最小限に抑えるため、大型のファンネル形状の空気貯蔵タンクを採用しています。もちろん、中型および大型タービンを装備する場合は、強化されたインタークーラーの使用がより適しています。たとえば、タービン数が 6 未満のエンジンの使用は推奨されません。ヒステリシスが大きくなり、低速過給応答に役立たないからです。ただし、NA～ターボ車の場合、純正設計では冷却効率が足りない場合があるため、インタークーラーを大型化した方が良いでしょう。また、過給設定が低くてもインタークーラーを省略することはできません。結局のところ、吸気温度を下げることは、エンジンの耐久性を延ばすだけでなく、出力の安定性にも役立ちます。
一方、インタークーラーは熱を放散するために空気を使用するだけでなく、水冷も使用します。トヨタ ミンジ 3S-GTE がその一例です。最大の特徴はクーラー本体がスロットル直前に配置されているため、吸気管が極めて短く、ハイレスポンスな特性を持っています。さらに、水自体は非常に高い一定温度を持っており、特に渋滞時など車の前方に衝撃の影響がない場合、吸気温度の安定性に非常に役立ちます。ただし、専用のウォーターポンプやラジエーターに接続する必要があり、直接空冷ほど温度低下が大きくないため、依然として空冷式インタークーラーが主流です。
矯正が最優先
インタークーラーの取り付け位置は、大きくフロントマウントとトップマウントの2種類に分けられます。放熱性の点ではフロントバンパー内にあるフロントマウントタイプが優れているのはもちろんですが、応答性の点ではトップマウントタイプの方が有利です。これはショートパイプによるブーストの直接的な効果です。例えば、インプレッサWRCarではフロントインタークーラーのパイプを短くするため、スロットルを逆回転させて長いパイプによる圧力損失を低減しています。インテークパイプ全体のマッチングもインタークーラー改造の際に注意すべきポイントであることは想像に難くない。そのため、インタークーラーのグレードアップや取り付けの際には、インタークーラーのサイズに注意するとともに、パイプの長さをできるだけ短くする、曲げや溶接箇所を減らすために配管を真っすぐにするなどの工夫が必要です。溶接箇所や曲がりが多すぎると空気の流れのスムーズさに影響を与えるため、これらは空気流量を増やすための工夫となります。
