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冷却系強化大作戦その3

冷却系強化大作戦のその3です。

その3まで引っ張ってしまいました。本当は先回の記事で終えるつもりだったのですが、「アルミと真鍮と結局どっちがいいの?」という質問をたくさん頂いてしまったので書いてしまいます。オチはおそらく皆さんの想定外だと思いますw

20150709_01m.jpg

まずは事実から見てみましょう。完全に同じ条件での比較ではないので条件を思いつく限り書き留めておきます。

・アルミ製4層コア仕様は4月初旬、真鍮製3層コア仕様は6月末の試験でしたので気温的にはアルミ製4層コア仕様が有利。
・サーモスタット、エンジン構成は同一。
・ウォーターポンプは構成が異なりますが試験結果に影響するほどの違いは無いと思います。
・ファンに関しては、アルミ製4層コア仕様では機械式ファンが無い代わりに電動ファンを常時onにして測定しています。隙間を完全に塞いだ上で送風効率的に有利なプル方向でエアを強制的に吸引しているため、機械式ファン仕様でのプッシュ式の送風よりも構造的には有利です。
・また、真鍮製3層コア仕様ではサブラジエターを装備してますが、この試験の時はサブラジ系のバルブを閉じてメインラジエターのみの同一条件で評価しています。

つまり、総じてアルミ製4層コアが有利な条件での評価です。アルミ製4層コア仕様が不利な要因としては、オイルクーラーが水冷式だったためその熱量も水温に影響すること、そして逆に真鍮製3層コア仕様では空冷式のオイルクーラーのため水系とは独立してオイル系を冷却できているという仕様上の差異があります。

P1030205_20150709000518419.jpg

真鍮製4層コア仕様での水温は先回のレポートの通り、高速道路4000rpm巡航でも78℃、サーキットでの全開走行時も78℃でした。

P1250550.jpg

こちらはアルミ製4層コア仕様でのアイドリング時の水温です。

先程の条件に示したとおり電動ファンは常時onでの結果ですが、水温は78℃となりました。サーモスタットの開弁温度が73℃ですからそこから+5℃の温度となっています。ここまではまずまずなんですが、

P1250639.jpg

こちらはアルミ製4層コア仕様で高速道路を4000rpm巡航した時の水温ですが、電動ファン常時onの状態でも86℃に達してしまってます。また、撮影は出来ませんでしたが(危なくてw)5000rpmでの定常走行では91℃を上回る程度まで温度上昇してしまいました。またこれまでレポートしてきた通り、3月末のTBCC第8戦や5月末のSBoM第2戦でも100℃を軽く突破してしまってます。

20150709_02m.jpg

これらの結果をグラフに表したのがこちらです。青色のプロットがアルミ製4層コア仕様、赤いプロットが真鍮製3層コア仕様です。

アルミ製4層コア仕様ではアイドリングではサーモスタット開弁温度近傍まで水温を下げられますが、回転数を上げてエンジンの発熱が増えるとそれにほぼ比例して水温も上がってしまいます。つまり回転数アップ(=出力アップ)に伴って増加する熱量をラジエターで放出し切れない状態になってしまってます。完全に放熱キャパが不足していますね。

一方の真鍮製3層コア仕様では回転数に関係なく78℃を維持できてますので、ラジエターの放熱がエンジンの発熱に完全に勝っていて、サーモスタットで温度調整できている状態になっています。

この差はどこから来るのでしょうか?
無視できない要因としては、先述の通りアルミ製4層コア仕様では水冷式オイルクーラーのためその熱量も水温に影響すること、そして逆に真鍮製3層コア仕様では空冷式オイルクーラーのためオイル系を水系とは別に放冷却できているという仕様上の差異があります。ですが、その差がここまで極端に影響するかは疑問です。この要因の寄与に決着を付けるには真鍮製3層コア仕様にラミノーバを組み合わせてみればいいはずですので、それはいずれ試してみますね。

アルミ製4層コア特有のネガとして一般的に言われている要因と今回の結果における考察は、個人的には以下のようになります。

1)4層コアで厚い故に単純に厚さアップほどは放熱は増えない
・・・とは言え3層コアより劣るということにはならないのでこの要因は棄却できます。

2)アルミ合金の組成によっては熱伝導性が低い
・・・安物のアルミラジエターではこれは無視できない事実です。そんなラジエターに手を出すのは「安物買いの銭失い」以外の何ものでもありません。しかしレース用のパーツを作っているMEDがそんな材質でリリースするとは思えず、これも棄却できるでしょう。余力があればSEM-EDXとか測って確認したいですがw

3)厚いが故に風が通りにくくなり放熱しにくい
・・・プッシュ式の送風ではこの要因はあるかも知れませんが、試験に用いたのはプル式の電動ファンなのでこれも棄却できるでしょう。

というわけで「アルミ製4層コアのラジエターは問題ない」という結論になってしまいます。ではどこに問題があるのか?

基本に立ち返って全てのスペックを見直しているうちに気がついてしまいました。

20150711_02.jpg

電動ファンはスパル製の大容量タイプを選んでます(こちら)。性能的にも信頼性的にも現在これがベスト!といえる電動ファンなのでその選択は間違っていないですし、810cfm(キュービックフィート/分)という送風能力、リットルに換算すると23,000リットル/分という途方もない送風能力にも満足していました・・・ここが数字のワナだったんですよね(汗)

23,000リットル/分の風量をラジエターのコア部分の面積(27cm×27cm)で割って単位換算すればラジエターに当たる風の速度を求められますが・・・計算結果は実に18.9km/hr! マジっすか!? 前置きラジエターの車に例えればほとんど徐行している時の速度の風しかラジエターに当たっていないということになります。

では樹脂製ブレードの機械式ファンで7000rpm回した場合は?
ファンの直径が26.8cm、フランジの直径が11.8cm、ファンの厚さが2.3cmの条件で羽根が回転する部分の体積を求め、羽根の枚数が11枚、それぞれの送風効率を80%と見積もって7000rpmを掛けると・・・64,400リットル/分となります。先程と同じようにラジエターの面積で割って流速を求めると53.0km/hrとなります。つまり電動ファンの2.8倍ですよ。

20150711_01.jpg

関係を図に表すとこんな感じです。どこかで見たような関係ですよねw 水温は発熱と放熱の差分で決まります・・・つまり発熱が放熱よりも大きくなれば水温は上がるのですが、上記の水温の上昇挙動はこの放熱挙動の違いで説明できてしまいますので、まあこれが真因に間違いないでしょうw

つまり、電動ファンの場合はエンジンの回転数に依らず18.9km/hrのそよ風しかラジエターに当てられないわけで、それでもアイドリングでは発熱も少ないので発熱と放熱がうまくバランスするけれども、高回転高負荷を多用するサーキット走行では発熱に放熱が追いつけなくなって水温上昇する、と。

一方の樹脂製ブレードの機械式ファンの場合はアイドリングでは8km/hr程度の電動ファン以下のそよ風しか当たらないけれどもアイドリングでは発熱も少ないのでそれで十分にバランスしていて、回転数が上がっても増える熱量と増える放熱がバランスして発熱過多=水温上昇にはならない、ということですね。

IMG_2876.jpg

というわけで、水温上昇はラジエターの仕様ではなくファンの送風能力の問題でしたw←笑ってる場合かコラ!最初からちゃんと計算しておけ!って話ですよね。ええ、自分が、ですが(涙)

20150709_03.jpg

4/8の記事(こちら)の要因解析に追加して〆るとこんな感じです。要因として最初から抜けていたってことですよ・・・これではいくら解析しても答えに辿り着けませんね。自分の想像力の限界を感じた一件でしたが(涙)、なんにしても昨年来の問題にようやく答えを出すことが出来ました。

それにしても、もしラジエターがフロントにあればただ走行するだけでそれなりの量の風をラジエターに当てることが出来るので、電動ファンなんてアイドリングで停まっている時のオーバーヒート対策程度のアイテムなんでしょうね、普通の車にとってはw そう思うとこれってミニの根源的な問題なんですよね。

ともあれ、以上の推論が正しければ樹脂製ファンブレードの機械式ファン+アルミ製4層コアのラジエターは最強の組み合わせになる可能性があります。しかしMk1の場合はボディ側のシュラウドが干渉するのでアルミ製4層コアを入れようとすると上の写真のようにスペースが足りず機械式ファンが付けられないという事情があり、残念なことに上記組合せの効果を検証できないのですよ・・・そういえばそれが理由でファンレスにしたのでしたw

高年式ミニでサーキットをガンガン攻めようという方、アルミ製4層コアのラジエターと機械式ファンの組合せを試してみませんか? 今なら程度の良い中古品がありますよ〜w


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一連の記事をまとめてみました。苦悩の歴史を振り返るのにご利用下さいw

水温上昇の謎その1(こちら
水温上昇の謎その2(こちら
水温上昇の謎その3(こちら

冷却系強化大作戦その1(こちら
冷却系強化大作戦その2(こちら
冷却系強化大作戦その3(こちら
冷却系強化大作戦その4(こちら

テーマ : 英国車ミニへの想い
ジャンル : 車・バイク

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No title

ミクタ大兄

こういうの、本来は『チューニング屋』さんが商品売る前に、認識していなければイケナイ基本データなんですよね。
これだから、日本のミニ屋はkitupとかレゴチューニングとか言われるわけですよ。製品の適材適所は、売る方も身銭切って組み込みデータ持って対処できるか否かですから、まぁこれからは金取る以上アフターケアできるぐらいの商品以外は、買う方も身構えられる知識、知恵がないと辛い。ミニのチューニングアップって、日本では未だブランドと伝説が平気で先行してますから。大兄のブログは生々しく参考要素タップリですけれど、思考能力の低いおバカで僻みっぽいミニ屋には嫌われるかもね。でも、非常に実戦的で役にたってますよ❤️

No title

鈴木誠男さん、どうもです。

仕事で何かチャレンジしようとする時は、そのチャレンジがどれくらいうまく行きそうか=手間とお金に釣り合うか、を事前に試算してかなり真剣に机上検討してから実行します。そういった段取りの方が時間がかかるくらいです。

これが趣味の話になると考えるのが面倒くさくて勢いでやっちゃう場合があるんですよね、僕の場合。そしてそういう場合は大抵どこかに問題があるという、そんな実例でしたw

ミニのユーザーが、たとえ機械の専門家でなくても、イケるかどうか判断する「考え方」ってのがあるんだということに気付いてくれればこんな失敗談でも書いた甲斐があるってもんですw
本当は扱うサンプル量が多いショップにこそこういうノウハウが蓄積されるはずなので、それがユーザーに還元されれば良いんですけどね、ユーザーが失敗する前にw
ただ、ミニ1000をここまで弄った例ってショップでもあまり無いと思うので(自信過剰かもw)、僕にとってもSVにとっても手探り状態でノウハウを貯めながら進んでいる状態です。こういった失敗含めて実体験として公開しているので参考にして欲しいですねw

英国ではもっとしっかりしてるんでしょうか? というか趣味として車を自分で弄る習慣がある国なので全体のレベルが高いのかもしれませんね。見習いたいものですw

ファン対決

機械式ファンは理にかなっている、ということが分かりました。
やはり、電動ファンはあくまでも補助ですね。
機械式ファンの材質&形状も様々、軽さという点でプラスチックが良さそうです。
 
現在エンジンを修理中なので、みくたさんのレポートを見て自分のミニにあてはめて
試行錯誤するのが楽しいです・・・!

古き佳き構造の圧勝w

DAIさん、どうもです。

オリジナルの構造にはそれなりに理由があるって事ですねw

ラジエターを大容量化することに目が向いていてファンの容量まで意識が回らなかったのでしょう、3年前の自分はw 当時はサーキットを連続走行する機会も無かったし。

効率的には樹脂ブレードが良いでしょうねえ。メタルの6枚ブレードのファンが良いという人もいますが、計算上はトントンかな。省スペースで安全な分、樹脂ブレードがお勧めです。
あ、でもファンの音に関してはメタルの16枚ブレードが最高ですよ(違w

No title

ラジエターの材質問題ではなかったんですね。
いろいととお勉強になりました。

エンジンルームの横にラジエターがあるminiって
つくづく特殊な車ですね。
そこが良いところですけどw

フロントにビックラジエターのMk1も少し見たかった気が・・・
でも車検とおらないですよね、きっと^^

No title

Savageさん、どうもです。

この問題解決には時間がかかりました。トライ&エラーでかなり支出しましたが今では良い思い出です←オイ!w

ラジエターの位置変更って車検に引っかかりましたっけ? 大丈夫じゃないでしょうか・・・特に埼玉エリアではw

な~るほど~(・・)

ラジエターの材質うんぬんの問題w以前の問題だったんですね~(汗w
僕もそのパーツの性能なんかにばかり目がいってしまいがちですが。。
ちゃんと機能してるかどうかの検証と全体のバランスがとても大事という事が
分かりましたw貴重な実験データの公表wいつもありがとうございますm(_ _)m

アルミ4層+機械式ファンの検証w機会あれば、うちのハム号で検証してみよう
かなぁ~(^^)w
でも。。かなりボディーを切らないとならないみたいです(汗。

ラジエターの件 1)

こんばんは
いつも楽しみに読ませていただいてますが今回、突然「見なれたラジエター」が現れて私にはいつもよりも一層スリリングな展開でした笑

あと、こんな厳しいレースエンジン環境のMED製レースラジエターの対抗馬としてウチの3コアラジエターを候補にしてもらって大変感謝します。

にしても最終話のドラスティックな展開はホント予想外でしたがw MED製アルミ4コアとがっぷり四つにくんだウチのラジエターを褒めてあげたいと思います^^; 

と同時にひとつの事を突き詰めていくこと、そしてそれを上手く伝える事の大事さと難しさも改めて痛感します。

あと、わたしたちは「コア」の使い方がちょっと曖昧にしてる部分があります。便宜上使ってるので別に間違いではないのですが一応補足させてください。


コアは冷却水が通るチューブ(パイプ)と冷却フィンで構成されます。その構成一列が1コア。それを3個並べたものを3コア、そしてそれが1コアから3コアのラインがまっすぐに並んでいるものが直列3コアで・・・これが冷却空気の抵抗をなるべく少なくした配列です。


ですので冷却系強化大作戦の表記の中での「真鍮3コア」は「真鍮チューブ+純銅フィンの3コアだということも捕捉させてください。

もしこれが「真鍮チューブ+真鍮フィンの3コア」ではMED4コアアルミには足元にも及ばないと思います^^;

ラジエターの件 2)

コア数のことはラジエターメーカーでは単純に「列」でよびます。
なかには「層」を使う職人さんもいて、日本では3列または3層と呼びが本来の呼び方です。
イギリスでは昔は「ROW」で表してましたが最近では「CORE」もたまに見かけます」

しかしそのコア数は多すぎると空気抵抗になるばかりでなく・・たとえば5コアなどがあった場合は5コア目にはもう冷たい空気はあたらずに熱い空気しか当たらないばかりでなく、ソコを通過する高温の冷却水はそのままロアータンクに流れ込みます。つまりバイパスとなってしまって逆にラジエターの性能を低下させます。


4コアに関しては微妙な位置にあります。それはセットアップとの兼ね合い・・・なにより「使い方」によって有りか無しかが分かれるとは思います。本記事で検証されてますが私も4コアは特別な場合のみ有効と思います。

そういったことも含めて「冷却系強化大作戦」は今まで見てきたミニ関係のラジエター記事の中ではもっとも理論と実践検証が両立していると個人的に思います。



いままでこのラジエターを薦めるに当たって、「レースなら選択肢としては60%、ロードなら100%」と薦めてきたのはそういう総合的なところにあります(^.^) 


でも、なかなか自分のブログだと展開ができずに困ってました^^; 私だと書き出したら10話くらいは必要だったでしょう笑 

今回も有益で楽しい記事をありがとうございました!(コメント投稿また長くなってスミマセンでした)
 



>鈴木さん

この間はどうも!大変楽しかったです^_^ またぜひじっくりとお話しできる機会を楽しみにしてます!



No title

KADハムさん、どうもです。

ファンの送風能力が主要因なのは間違いないのですが、でもアルミ4層と真鍮3層、どちらが優れているのか?の直截な答えは出せていないのですよ、実はw

KADハムさん、この後を引き継いで比較検証して頂けませんか?w

ハム号もヘッドが大きいですもんね、搭載はいろいろ難しそうですね。お互い頑張りましょう!w

No title

スクイさん、どうもです。いつも良い品をありがとうございます!w

次の記事では(え?w)記述に補足しておきました。真鍮チューブ+純銅コア、なかなかの性能ですね! チューブも純銅で作れたら・・・と、妄想は留まるところを知りませんw

本文では「4層で3層以下になることは無い」と書いてしまいましたが、仰る通り熱水がバイパス的に通過してアウト側の水温が下がらないことはあり得ますね。水温が高い方が粘度も低いですし、特に送風が不足している場合は不利な結果になることもあり得るなあと再認識しました。ありがとうございます!

スクイさんの10話ってのも、脱線含めて盛り沢山になりそうで楽しそうですよ? 是非お願いしますw

No title

ミクタ大兄
アタクシは未だ妄想の域を脱出できずにおりますが、大兄は実戦経験的発展でステップを踏んでおりますから、このブログは実に佳きヒントを提供してくれます。感謝。さて、いろいろと過去の文献を漁っておりますと、ミニはリッター125PSレベルを80年代にはキャブで達成しているのですね。ジム・ホワイトハウスってご存知ですか。アーデン8ポートのデザイナーですが。この8ポートは、アビンドンがCパーツ化した後も、スピアーズやMEDで復刻化され、その都度OHVヘッドの利点再評価がなされております。排気系の引き回しが大兄の7ポートとは違いますが、クロスフローで効率は格段に5ポートより優れておりますし、現在では電子統合制御の燃料噴射・点火進角制御も実現されていますから、大兄のエンジンも更に詰めれば同等の実力を獲得できるものと期待しております。ちなみに、当時はキャブとレース用燃料で、パワーバンドは8500~10500r.p.m。3ベアリングでも整備サイクルの短いレース用ならこのぐらいは回していた事実に驚かされる思いです。同時代、5ベアリングのフルカンターを使うB110が、確かトリイさんのところで170psと11000r.p.mぐらいでしたか!? もちろん、当時からチタンやカーボン部品を使っていたように記憶しますから、恐ろしいエンジン製作コストをかけていたわけですが、いずれも市井の技術集団の手によって極められた結晶のようなエンジンだったはず。それが、今では比較にならないほど身近で触れられる可能性をもって、部品提供されています。後は、それを適切に組み入れ、かつ最適調整して行けるかのセットアップ技術。一種の挑戦ですが、漁ればデータの形跡は見繕える。残るはやる気と資金力ですか。1030ccで120psを達成できたら、もちろん街乗り兼用でしょうが、残るはボディ周りの本格的な補強と安全対策ですね。これからも、頑張ってください。
ではでは、、、

No title

鈴木誠男さん、どうもです。

125PSは・・・実は赤ミニを7ポート化する際に立てた僕の目標だったりします。ジム・ホワイトハウスさんの業績は存じ上げてなかったので偶然なんですが、自分なりに要素を積み上げてみるとそれくらいかな、と。とは言っても予想外に難しくて難航してますよw

その当時に生まれて現在まで残っているいろんなパーツを組み合わせてその性能を再現する・・・ロマンですね!w 是非ロジカルに攻め切りたいところですが、7ポートは経験が少なすぎて難しく、悩める毎日ですw

頑張ります!

やっと・・w

旧ミニ日記から読み返してきましたw
覚えてはいませんでしたが、1年後に検証が出来たという事ですね~w

7ポートヘッドに換装して、アルミ4層+機械式ファン(樹脂製11枚羽根)
空冷オイルクーラーでの検証結果ですw

8月11日筑波スポーツ走行 上限6500rpmでの結果ですが、
走行時 水温88℃で安定 油温95℃くらいだったと記憶してます。

走行終了後、油温が115℃になってて少し慌てたのを覚えてますw
この走行後、電動ファンが壊れて。。
電動ファン無しで帰路の渋滞に挑みましたが。。敢え無く玉砕(涙。
渋滞では15分くらいが限界でしたね。。水温は98℃までしか上げなかった
です。アロイヘッドが歪んでは困るので。。

ちなみに、あのアルミラジエターは幅広チューブの2層ストレート配置
でした。1本のチューブが3層チューブの2.5倍ほどの幅が広いチューブでしたねw

サブラジ無しでの、この結果は上々ではないかと思いますw
来週にはまた筑波で検証できますね♪
今回は7000rpmシフト、上限7500rpmでいきたいと思います(^^)v



No title

ナナハムさん、どうもです。

検証ありがとうございますw

1300のセブンポートだとエクストララージのラジエターでも機械式ファンだけでは不足で、電動ファンまで要るってことですね。ちなみに赤ミニの場合は、真鍮チューブ+銅フィンの今の仕様で電動ファンは滅多に回りません。機械式ファンだけでほとんどバランス出来ている感じで、これはちょっとビックリしました。

いずれにせよエクストララージは1000ccにはオーバースペックだったみたいです。是非活用して下さいw
プロフィール

みくた

Author:みくた
運動神経のなさを経験値でカバーしようと企むAround 40です。
これまでランエボでのサーキット走行にハマり、最近はClassic MINIに惚れ込んでます。Mini1000、1300キャブクーパーとおんぼろミニを乗り継いで、Austin Mini Mk1 に辿り着きました。レストア、トラブル対策とのんびりドライブを楽しんでます。
よろしくお願いします。

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