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2018年8月10日金曜日

ダンパー（ショック）の構造について②

今回は前回の続きでダンパーの構造について。

ダンパーの中のガスがなぜ必要なのかを、ルマンさんのコラムを中心に理解を深めたいと思います。

4.Pump function -Oil displaced by shafts
5.Reservoir
～シャフト（ロッド）によるポンプ作用について～


ダンパーにはピストンを上下させるシャフト（ロッド）がいますが、これの体積というのが実はバカにできないとのことです。
上図のように水にシャフトを入れると、入ったシャフトの体積分の水が溢れ出ますが、この押し出される力がシャフトによる「ポンプ作用」です。

ダンパーでもオイルの中にシャフトが入り込む事でその分のオイルがこぼれる事になりますが、その都度こぼれていたらいくらオイルがあっても足りないので、オイルが逃げ込める空間、「リザーバー」と呼ばれる空気だまりを作り、ここにこぼれたオイルが逃げ込めるようになっています。


ですが走行中はダンパーは上下左右に揺さぶられるため、オイルと空気がシェイクされて泡だらけになってしまいます（汗）
そこで上図のようにフリーピストンと呼ばれる仕切り板を空気とオイルの間に設けます。

ダンパーにシャフトが入るとオイルが押し出され、空気が押されて空気の圧力が高くなります。。。が、あまり効果としては考えなくても良いようです。（下のコラム１２のところで）



7.Minimum components of damper
～ダンパーの主要構成要素～

前回のブログと上記のとおり、ダンパーにはポンプ作用、空気だまり、圧力損失の３つが主要要素で、これら３つを盛り込んでダンパーの形にします。


これまでの説明のとおりポンプ作用には大きく「ピストンによるポンプ作用」と「シャフトによるポンプ作用」があるため、構造としては上図のように２パターンとなります。
どちらの構造にもオリフィスがついているため、「圧力損失による減衰力」は得られます。

自分のイメージとしては左側のショックばかりだと思っていたのですが、右側の構造というのも大事で、これらを組み合わせたショックが実は純正ショックでは一般的になってきます。


12.Pressure in the damper(1)
～ピストンによるポンプ作用を得る場合の各室の圧力～


それではピストンがあるダンパーが伸び縮み（リバウンドとバンプ）すると各室の圧力はどうなっているのでしょうか。
ピストンの上側と下側をそれぞれ「上室」「下室」とします。
伸び（リバウンド）の場合は｢下室｣が圧縮されるので「下室」の圧力は上がりますが、 ｢上室」にはオイルと一緒にガス室（空気だまり）があるため｢上室」の圧力はガスの圧力と同じになるそうです。なぜかというと、ルマンさん曰く「ガスの圧力はほとんど変わりません、正確にはシャフトが抜け出た分だけ下がります。 ガス室の容積はシャフトの出入りによる体積変化より十分大きくするのが常識ですのでガス室の圧力変化はほんのちょっとなのです、ここでは変化しないとして話を進めましょう。 つまり「上室｣の圧力は変わらず｢下室」の圧力が上がって圧力差が出来てこれが減衰力になるのです。」
とのことで、ガスの圧力変化というのはほとんど無視してよいみたいです。

こうして出来た圧力差が伸び（リバウンド）の際の「減衰力」となります。


では逆に縮み（バンプ）の場合は上室が圧縮されるのだから上室の圧力が上昇するのでは？と思ってしまうのですが、気体は押しても手ごたえがないように圧力変化が生じず、上室の圧力はほとんど変化しないそうです。
じゃあどうやって圧力差をつけているのかというと、逆に下室が拡張されるにあわせて圧力が下がり、上室との圧力差が生じるため、縮み（バンプ）の際の「減衰力」となるとのことでした。


13.Pressure in the damper(2)
～シャフトによるポンプ作用を得る場合の各室の圧力～


一方でシャフトによって減衰力を得るダンパーはどうなっているのでしょうか。
こちらでも上記のとおりガス室の圧力の変化はありません。その上で伸び（リバウンド）ではシャフトが抜けていくので下室の圧力が下がります。逆に縮み（バンプ）ではシャフトが入っていくので下室の圧力が上がります。

ここで注目なのが、上のコラム12のピストンポンプ式と圧力の動きが逆となっていることです。
ピストンポンプ型ではリバウンドで下室の圧力が上昇し、シャフトポンプ型ではバンプで下室の圧力が上昇しています。


このように減衰力は圧力差があれば良いのですが、圧力というのは「真空」以上にマイナスになれません。なので圧力の低いほうが「真空」状態になったらそれ以上圧力差を広める（≒減衰力を得る）ことが出来なくなってしまいます。
なので圧力が低下する事で減衰力を得る場合、このシャフトポンプ式で言う所のリバウンドの動きの場合は下室の圧力がゼロにならないように元々の圧力（ガス圧力）を高くするそうです。 ピストンポンプ型の代表選手であるビルシュタインなどは２０気圧程度のガス圧力とのことです。









ここでいつも圧力差を得る際に圧力を高める方向で減衰力を得れれば高いガス圧も必要ないのに、と考えてみるとリバウンドの時にはピストンポンプ型、バンプの時にはシャフトポンプ型を使うことでどっちの工程でも下室の圧力は上昇します。
実際に乗用車のダンパーのほとんどはリバウンドはピストン、バンプはシャフトを使ったダンパーとのこと。だからガス圧力は１気圧（大気圧）でガス室ではなくただの空気だまりになっているそうです。


 よく「車高調はすぐ抜ける」とは聞きますが、純正形状ダンパーが抜けやすいというのは聞かない理由はこのへんにありそうですね。

ということで「減衰力」がどの様にして得られるのか、その原理の概要は理解できてきました。
ただ実際の車高調等ではこれらの基本構造にプラスして、「減衰力」を調整するバルブが付いています。


次回のブログではこのあたりを勉強して行こうと思います。




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2018年8月8日水曜日

ダンパー（ショック）の構造について①

今回はダンパー（ショックアブソーバー）の話。

車の動きを大いに決定付けるダンパーですが、漠然と「オイルとかガスが入っていて縮んだり伸びたりするスピードを調整している」という事は理解していたのですが、「どんな構造・原理」をしているか全然分かっていませんでした。

ということで構造について勉強してみました。
大手のTEIN等のHPにカットモデルを用いた説明があったりするのですが、漠然としすぎて「では何が凄いのか」が理解できなかったので、基本的なところから調べてみました。
車高調を選んだり、仕様変更する際に参考になりそうですし。


そうしますとコチラのチームルマンの方が書いているコラムがめちゃくちゃ詳しく書いてあるのですが、一般の方（自分含む）が読んでも？？？な部分が多かったので、「要はこういうこと！」というのをまとめて行きたいと思います。自分のメモという要素が強いですが。。。（間違ってたらごめんなさい。）



1.What is the damping force?(1)
〜ダンパーの減衰力とは？〜


車のタイヤが上下する際の「固さ」というのは基本的に「スプリングのバネレート」で決まってきますが、バネは縮んで伸びると「ビヨヨーン」となってしまい、そのままだと小石を踏んだだけで車全体が「ピヨヨーン」という動きをしてしまい、乗り心地もトラクションも安定しません。

そんな時に「ピヨヨーン」を押さえ込むのがショックアブソーバー。そしてその抑え込む力を「減衰力」と呼んでいます。
ここでポイントなのが、スプリングは縮み等の物理的な「変位」によって一定の「反発力」を発生させますが、「減衰力」は縮ませた状態で維持させている時など、ショックアブソーバーが動いていない時は力が発生しません。
上記を踏まえたうえで、ルマンさんによると
「もしスプリングとダンパーが 組み合わされた物（サスペンション）がここにあり、そこに力が掛かるとすると、力の分だけスプリングはたわもうと動き出しダンパーはそれにブレーキを掛けようとします。そして力とスプリングの反発力がつりあうところで止まりダンパーはそれ以上仕事をしなくなるということです。 そうです減衰力はブレーキのようなものですね、動いている車の速度を下げようとしますが止まっているときにはブレーキを踏んでも何が起きるわけではありません、それと似ています。」

と表現されています。



 2.What is the damping force?(2)
3.Pump function -Oil displaced by pistons
6.Pressure loss
〜ダンパーはどうやって減衰力を発生させている？〜


詳しい構造は次回以降ですが、ダンパーの中にはオイル」と「ガス」が封入されており、そこをダンパーの「ロッド」とロッドの先端についている「ピストン」が行き来するようになっています。
イメージとしてお風呂のお湯をかき回そうとすると凄く抵抗があると思いますが、同じようにピストンがオイルの中を行き来する際にも抵抗が生じており、この動きがダンパー内の「ポンプ作用」と呼ばれています。
（ポンプ作用はもう1つ、ダンパーのロッド（シャフト）でも作り出されますが、次のブログで）



ここまでは理解しやすかったですし、イメージもしていたのですが、「減衰力」というのはこの「ポンプ作用」だけでなく、「圧力損失」と呼ばれる力も合わさって初めて「減衰力」として出力されるとのことでした。



「圧力損失」とはピストンには小さな穴（オリフィス）が開いており、オリフィスを通る際に、オリフィスの入口側と出口側で圧力差が生じ、「ポンプ作用」と合わさって「減衰力」として出力されているとのことでした。
たしかに注射器みたいな器具で真空状態でピストンを動かそうとすると凄く抵抗がありますよね。
ちなみに圧力損失によりエネルギーが消費されると熱が生じるそうです。よくTEIN等の車高調メーカーHPでも「放熱が～」とか書いてありますよね。


とまぁ、ダンパーの減衰力とは単純にオイルによる抵抗だけでなく圧力差も加わって初めて成立する物のようです。


次のブログではオイルだけでなく、ガスの部分がどういう働きをしているかを中心にまとめてみたいと思います。




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2018年8月7日火曜日

RE-05Dタイヤについて

今日はジムカーナに準拠したタイヤのネタ。

先日の日曜日、スポーツランドSUGOで全日本ジムカーナ選手権の第7戦が開催されました。
ジムカーナは「デフとブレーキパッド、車高調、ハンドル、シート」のみ交換して良いPNクラスという区分が最近主流です。

その中でも一番盛り上がっていると思われるのがPN3と呼ばれる、86およびBRZが主体のクラス。


今年も前半戦から表彰台はブリヂストンのRE-05Dとダンロップのβ02と呼ばれるタイヤを使った選手達で表彰台を独占、もっと言うとブリヂストンを使った選手が1位、2位に主になっています。
常連１位の選手は同じチームの先輩で、ブリヂストンのテストドライバーです。

一般的に各社のストリートハイグリップタイヤというのは、毎年全日本ジムカーナの開幕戦に合わせて開発・販売を開始される事が多いので、逆に言うとジムカーナを見ていればどのメーカーのどのタイヤが今一番使えるタイヤなのか一目瞭然なので、一般ユーザーがタイヤを選ぶ際に非常に参考となる指標となります。



今現在一番強いであろうRE-05D。
このタイヤにも弱点があるようで、低温域やウェットではダンロップのβ02に軍配が上がるようです。

確かにβ02よりもRE-05Dの方が表面的なゴムは固いので、少し熱が入ってしまえばRE-05Dの方がコシがあるのかもしれません。
以前コチラの方がRE-05Dを解体しているブログを読みましたが、タイヤの構造が最早スリックタイヤのソレだったそうで。。。


そりゃ手間隙掛かっているからタイヤの値段が高いわけですね。。。
でも一般ユーザーはこんないいタイヤをおいそれと買えないですよね。。。普通のタイヤ以上に減りますし。。。

とは言えタイヤについては移り変わりが激しいので、2018年後半戦でどう変わっていくか楽しみです。






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2018年8月6日月曜日

スリットブレーキローターの向きと効能

今回は自分が最近知ったスリットブレーキローターの向きの話。

スポーツ走行をする方だとブレーキパッドは勿論、ブレーキローターも交換されている方も多いのではないでしょうか。
ブレーキローターを交換する際にスリット入りのローターにする場合もあるかと思いますが、ローターの向きで実は効率が変わるという記事をみつけましたのでご紹介します。


こちらはアピオと言う、ジムニーのカスタムでは有名なお店のブランドのHPから。

上図のとおり、一般的な正回転ではなく逆回転で使うと制動力が５％程上昇するとのことです。（ただパッドの消耗も増えるみたいですが。。。汗）


ブレーキローターといえばDIXELやENDLESSが有名ですが、安めの純正同等品等の製品をサーキットで使ったりして温度が高くなるとクラックが入ることが多い気がしますので、もしモータースポーツで使うのであれば熱処理したローター等、選ぶ際に少しこだわって交換したいですね。




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イケヤフォーミュラのピロボールについて

今日はピロボールについて・

以前のブログで書いたイケヤフォーミュラからラインナップされているピロボール。
ピロボールの製造元と言えばNMB製（48じゃなくてミネベアですよｗ）ですが、日本で一番ピロボールを購入しているのはイケヤフォーミュラだそうです。

このように色々なアーム類にピロを使用していますが、実はNMBから買ってきたものをそのままアームの先端に圧入しているわけではなくて、各アームによってピロの大きさ等をオーダーして専用設計にしてもらっているそうです。

特にステアリング操作に一番直結するタイロッドエンド部のピロについては、そこのピロの動き1つでドライバビリティに影響する事から、一般的な新品時にありがちな渋めのピロではなく、あえて新品時から緩めに設定されているそうです。


イケヤフォーミュラの方に「ゆるくした代わりに耐久性はやはり落ちてしまうんですか？」と尋ねたところ、「NMB製のものはそもそもそんなヤワな素材を使っていないし、念のため表面処理もしてもらっているから、「10万キロ持つか？」などのピロとして大げさな耐久性は無いにしても、気にしなくて大丈夫」との回答でしたので大丈夫なのでしょう。

またこのタイロッドの付く位置というのが非常に重要だそうで、↑の画像を良く見ていただくと分かるかもしれませんが、エンドのピロボールが入っている所と、タイロッドの接続部分が若干Rが付いているのが分かるでしょうか？
ハンドルを切った時にタイロッドとエンドのピロへの入力角を計算してここのRも最適化しているようです。

また知っている人はご存知かもしれませんが、日光サーキットで起きた死亡事故を機に、イケヤフォーミュラとしては製品単価を上げたとしても、耐久試験等を更に追加で行って、製品検査も更に厳しく行ってから出荷されるようになったとのことです。
（※自己の際にはイケヤフォーミュラは何も関係ありませんが、アフターパーツメーカーとして製品の品質について考え直されたとのことです。）


社外のアフターパーツでアームやピロは沢山販売されていますが、ここまで製品基準が高いアフターパーツメーカーというのも珍しいな、と思ったのが印象です。
個人的には1分1秒を争うモータースポーツで、少しでもガタツキが無いほうが良いですし、少しでも車の動きを良くする事ができる製品をつけたいのでイケヤフォーミュラさんのピロやアームを使わせてもらっています。

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2018年8月4日土曜日

マフラーの音質について実験してみる

今回は考察ネタ。

以前マフラーの音質について考察した中で、グラスウールを使うと高音が消されてしまうというようなことを書きました。

ということでグラスウールはどれだけ高音を吸収してしまうのか実験してみました。


現在自分が使っているのは下記のマフラーです。


GP SPORTSのEXAS EVO TUNEマフラーです。
画像で言うところの「パワーチャンバー」、これは「ヘルムホルツ共鳴器」と言う構造で、一時期はF1でもマフラー内の圧力を調整させるために採用されていた構造です。
この構造のマフラーは市販品だとこのマフラーしかないのではないでしょうか？
共鳴効果で消音させているためか特殊な音を奏でます♪


こちらは触媒後ろの中間パイプにグラスウールが入ったタイコ（サブサイレンサー）が一つ、出口付近にもう一つ大きなタイコがあり、上の画像で言う所ところのテールエンドの中にはバッフルが挿入されています。



こんなやつ。
一般的に詰め込むバッフルはネジ1個止めが多いですが、GPスポーツのマフラーは4つ止めになっており、全然ビビリ音がせず、マフラーの内径とバッフル径がピッタリですし、素材も固めの金属を使っておりいい意味で品質がよく、悪い言い方をするとピッタリすぎて入れづらいですし、外しにくいです（汗）
ドリフトとかでサーキットでよく外す方はメンドクサイかもしれませんが、自分みたいに競技中もつけたままの場合はあまり外す事がないのでむしろ◎です。


今回は中間パイプにある、画像で言うところの「サブサイレンサー」を撤去し、グラスウールの有り無しを検証してみました。
（テールエンド部のグラスウールは残したままです。）


オレンジ色で指した部分。




ということで、まずは結果から。




こちらは中間パイプにタイコ（グラスウール）有の動画。
消音はされていますが、ターボの加給で排気が増えると、上記したバッフルによって出口が狭められているためジェット機のように空気が膨張した際の破裂音が聞こえます。


一方、中間パイプを撤去してみたパターンを検証してみました。




こちらは中間パイプにグラスウールがなく、ストレート構造になった動画。
走っているコースは違いますが、音の違いはわかりますでしょうか？
聞こえ方としてはグラスウールによる排気圧の減圧効果が少なくなったためか、エンジン本来の「ブォーン」という音がタイコが有る状態よりも強く聞こえるため、破裂音が相対的に小さくなったように聞こえます。




で、気になるところは「どっちの方が音が良いか」というところです。

確かにグラスウールがないと排圧が高く、高音成分が消されないため、外で聞いている人間の耳にもエンジンの排気音が聞こえてきます。一方でグラスウールで消音するとエンジンの排気音は聞こえてきませんが、マフラーのバッフルで作り出された破裂音が良く聞こえるようになります。

個人的にはグラスウールで消音され、バッフルで「作り出された音」の方が好みですが、ここは意見が分かれる所かと思います。


ということで実験の結果わかったことは以下の2つです。

①エンジンの排気音はグラスウールをなくすと高音が聞こえやすい（排圧が高い）。
②マフラーで音を作り出すのであれば、エンジン自体の排気音は消し込むことも一つの手法

上記の①は以前のブログの考察のとおり、エンジンの排気音における高音はグラスウールがない方が良いことがわかりました。
一方で②のようにマフラーで音を作り出す・・・というのは、ホンダ車で代表的なとぐろを巻いたようなマフラー等、色々なメーカーがやっていますが、もはや割り切って「エンジンの排気音は消音させ、狙った音を作り出す」ということを試みた例はあまり見たことがありません。まぁ排気効率が悪くなってしまうことが多いからかもしれませんが。。。


また今回の実験で使っている自分の車はターボで排気圧が高いので、テールエンドから大気に排出された際に出る「破裂音」が大きく、分かりづらい結果となってしまいました。。。NA車両でやるともっとわかりやすいと思います。
これもやはり机上の理論だけではなく実践してみないと分からない事ですね。

とは言え、机上の理論を詰めるために次回は「音を作り出す」ということで、またもや笛のお勉強をして考察してみようかと思いますｗｗ
（2019.8.31　考察してみました。続きのブログにて）

他の記事をお読みになりたい方は↓の関連ページ等をご参照ください。



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