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富士走行後のエンジン内部の状態確認その2

本日48歳の誕生日を迎えました。たくさんの方々からお祝いのメールを頂いております。どうもありがとうございます!
体調は万全とは言えませんが波はあるものの日々回復に向かっております。こちらも皆さんにご心配頂き感謝しております。

さて本題ですがw

7/25の合同テスト走行会で富士スピードウェイを走った際には「アルミ製7ポートヘッドのシートリングの損傷」(こちら)および「子メタルの異常摩耗」(こちら)というシビアな問題が出ました。

シートリングの損傷に関しては問題のあった箇所のシートリングを打ち直し加工し直して原状復帰させ、サーモスタットを変更して冷却水温度を下げて対策しました。また子メタルに関してはメタルを変更し、カムシャフトをクロスドリル加工していないものに交換すると同時に大容量のオイルポンプに交換して対策しました。

これらの対策により8/23のミニフェスティバル本戦では少なくとも体感上は問題なく走り切ることが出来ましたが、やはり現物を確認しないとイカンだろうということでエンジンを開けて内部状態を確認したレポートの第2弾、本日は子メタル編です。

R0016734m.jpg

まずは過去の状況からおさらいです。7/25の合同テスト走行会の後でエンジンを開けたところ、コンロッドのビッグエンド側のメタル、通称「子メタル」と呼ばれるメタルが傷だらけになってました。

症状としては、4気筒全ての子メタルの、オフセット側(コンロッドの首の直下、つまり爆発力が伝わる部分)の、しかも全周に渡って傷が入っておりました。

R0016731.jpg

拡大するとこんな感じです。細かな引っ掻き傷と、焼けて表層が浮いたような状況が見て取れます。ちなみに親メタルも子メタルも同じメーカーのモノ(ACL製)ですが、4気筒分、子メタルのみ全周傷だらけになったという症状でした。

20150815_04.jpg

対策に際して要因解析した結果がこちら。

最も怪しい要因をカムのオイル穴と仮定しました。そして異常摩耗に至ったシナリオとしては、カム山のオイル穴からオイルが常時逃げていて、オイルポンプの容量もそれ程大きいものではなかったため、通常のサーキット走行では問題なかったけれども富士の30秒にもわたる全開運転時にはクランクピンへのオイル供給が不足してしまった。ただし完全に油膜切れ/焼き付きには至らず、メタルの半分には油膜を残した状態でクランク直下のみ全周に渡って断続的に金属同士が接触する状態だった・・・と想像しました。

というわけで、対策としてはカムシャフトのオイル穴を塞ぎ、その上で更に念のために、

・子メタルのサプライヤを変える、
・オイルポンプをハイキャパタイプに換える、
・小PECSを取り除く

を実施しました。その状態で8/23のミニフェスティバル本戦を全開で踏み切ったわけですが、体感上はトルクが抜ける感じも無く、油温も水温も全て正常、アイドリングも安定、と、問題無さそうな状態だったわけです。

ここまでが前置きで、ここからがようやく本題ですがw

IMG_1456.jpg

いきなりの結論ですが、今回子メタルは全く問題ありませんでした。目視上傷も無く、厚さの変化も無し。完璧ですw

これだけで終わっちゃなんですので、以下では用いたパーツの詳細をご紹介します。

IMG_1548_20150918231207e25.jpg

カムシャフトは「オイル穴を塞いで使う」と以前の記事では書きましたが、実際にはSVに転がっていた中古のカム、すなわちクロスドリル加工されるようになる以前に普及していた穴無しタイプを使いました。潤滑経路上にある穴をきちんと塞ぐのって意外に難しいですので、その手間と心配が省けて助かりました。

オイル穴の無いタイプを選んだ結果、オマケとしてリフト量やオーバーラップが若干増えてますが・・・これについてはまた後日、シャシダイの結果と合わせて報告させて頂きますw

R0015884.jpg

また子メタルとしてはバンダーベル社製の998用スタンダードサイズを使いました。このメタルは信頼性に関して現状これ以上の品は無い!とされる逸品なのですが、998用のスタンダードサイズってかなり以前から欠品になっているようで、某商社の救いの神様をして「在庫の中の最後の1セットで、しかも今後しばらくは出てこないので心して使うように」と言われた品だったのでした。今回このメタルを潰すことなく無事にレースを終えることが出来て本当にホッとしていますw

以前の仕様でACL製の子メタルを選んだのは、耐久信頼性で合格点が出せる製品として銅鉛系焼結合金製の素材を使ったACLとバンダーベルの2社の子メタルが手元にあり、実際に厚さを計測したところACLは1.817〜1.823mm、バンダーベルは1.816〜1.818mmで、クランクシャフトと組み合わせてクリアランスを0.05mmに最も近づけられたのがACL製だったのが理由でした。バンダーベル製の子メタルはクリアランス的にはセカンドベストだったのですが、今回そのバンダーベル製を選んだことでクリアランスは若干広め・・・0.005mm程広がりましたが、結果的にはこれも良い方向に働いたのかも知れません、そもそも厚さの均一性ではバンダーベルの方がはるかにベターですし。何にせよ貴重なパーツですので大事に使っていこうと思います。

メタルを選ぶにあたっては製品の選定から寸法の実測確認まで救いの神様に多大なご協力を頂きました。ちなみに良いと言われているバンダーベル社(現在はGLACIER社と合併してGLACIER-VANDERVELL社)でも、たとえ同じ箱に入っていても品番によって製造元および材質が違うそうですよ(汗) 各社が吸収合併していく過程で製品ラインナップが製造工場の変遷含めてどのように統廃合されていったのかといった歴史的背景を知らないと判断できないノウハウで、そんなの普通のユーザーは知りようが無いですからねw、本当に助かりました。ありがとうございました!

IMG_3067.jpg

オイルポンプに関してはこれまでは1300cc用スタンダード容量の高精度タイプのもの(Do Tradingさんのレッドポイント、こちら)を使ってきました。これを今回はメトロターボ用の大容量タイプに換えて臨んでいます。

気になるオイルポンプの容量ですが、実はかなり以前にSVで実測したことがあります(こちら)。結果は、トリコロイド一室あたりの容積がスタンダードタイプで2.6cc、そしてメトロターボ用で3.5ccでした。オイルの吐出量に換算すると7000rpm時にスタンダードタイプで36L/分、メトロターボ用が45L/分となります。スタンダードタイプからメトロターボ用に換えることでおおよそ1.35倍の吐出量となります。

この値はあくまで室容量と回転数から計算した値です。実際のポンプの吐出量は室容量×回転数×効率で決まり、効率に関わる要因として精度、すなわちトリコロイドのインナー/アウターローター間のクリアランスが適正かどうかが大きく影響します。レッドポイントはスタンダードサイズながら精度に関して群を抜いてますので、実際の吐出量の差はもう少し小さくなると想像しています。

20150918_02.jpg

繰り返しになりますが、対策のキモは「連続する高負荷高回転条件下でもオイル経路の末端までオイルを行き渡らせるために、穴無しタイプのカムシャフトを選んでオイル経路の途中でオイルが逃げないようにし、かつメトロターボ用のオイルポンプを選んでオイル吐出量を1.35倍に増やす」でした。

今回子メタルが無事だったことから、これらの対策の効果があったことを実証できたわけですが、ここで「カムとポンプ、どっちにどれだけ効果があったのか?」という疑問が出てきます。判断に使えるデータは極めて少ないのですが、推定も交えつつこれらの効果を切り分けてみました。

上の表にまとめてみましたが、まず事実として7/25の合同テスト走行会時の仕様(穴有りカムシャフト+スタンダード容量高精度タイプのオイルポンプ)の時は、暖気後のアイドリング時の油圧が約1.0kg/cm2、アクセルオン時に約5.0kg/cm2でした(表中赤字部分です)。
これが8/23の時の仕様(穴無しカムシャフト+メトロターボ用オイルポンプ)の場合には、暖気後のアイドリング時の油圧がなんと3.5kg/cm2!、そしてアクセルオン時には6kg/cm2まで上がりました(表中青字部分です)。

6kg/cm2という油圧はオイルポンプ直後のリリーフバルブの解放圧ですので、ポンプ的にはそれ以上まで油圧を上げられる状態になっていることを示しています。まあ逆に言えば圧が上がりすぎてリリーフバルブからオイルパンに向かってジャージャーオイルが戻っている状態なわけですね、勿体ない話ですw

ともかく、まず事実として二つの仕様の間に大きな差があることが分かったわけですが、カムシャフトの穴の有無とオイルポンプ容量のどちらがどれだけこの差に影響しているかが知りたいわけです。実験事実としてはこれしかデータが無いので推定も交えることになりますが、オイル経路が同じであれば油圧はオイルの流速に比例するはず、としました・・・かなり乱暴ですが(汗)

そうすると、仮に穴無しカムシャフトにスタンダード容量のポンプを組み合わせた時には油圧は吐出量比から1/1.35になるハズ・・・として、試算してみました。アイドリングで2.6kg/cm2、アクセルオンではメトロ用のオイルポンプの時と同じくリリーフ弁の開弁圧まで上がるだろうから6.0kg/cm2・・・と想像しました(試算ですらありません、想像ですw、表中の緑字部分です)。

20150918_03.jpg

これらの結果をグラフに表したのがこちらです。赤線が7/25仕様、青線が8/23仕様、緑線が青線をベースにポンプをスタンダードサイズに変えた場合の推定挙動になります。

アクセルオン時には油圧はリリーフ弁の開弁圧で制約されてしまうので3つの仕様を比較することは出来ません。ですが、それより低い油圧であるアイドリング時には比較できそうです。アイドリング時の2.5kg/cm2の油圧差のうち、0.9kg/cm2がオイルポンプの容量差によるもので1.6kg/cm2がカムのオイル穴の有無によるもの、となりました。カムのオイル穴の有無の影響、かなり大きそうです。

それから、もし僕の予想通りアクセルオンで緑線が6kg/cm2になったとしたら(なると思ってますが)、アクセルオン条件で実際に潤滑に回るオイル量はポンプ容量に依らず同じということになりますので、アクセルオン時の油圧の低下分は全て穴有りカムの影響ということになります。もしそうであるならば過剰に大きなポンプを使う必要は無くなりますのでここはハッキリさせておきたいところです。

余談ですがヘインズのマニュアルでも「アイドリングで1kg/cm2以上、アクセルオンで4kg/cm2以上」と正常な油圧の範囲を規定していたかと思います。極限環境で潤滑経路の末端までオイルを行き渡らせるための限界ラインがおそらくこの辺りなんでしょうね。今回はカムのオイル穴の影響として検証しましたが、摩耗してクリアランスが過大になったメタルなんかも影響してくるはずですので、エンジンの健康状態を大まかに診る上では要注意なポイントかと思います。

とまあ過去を振り返っていろいろ考察してみたわけですが、次に考えなくてはならないのが今後の仕様です。過去の失敗から学びつつ常に次を考えたいものですw

2015年の後半戦を攻める仕様としては・・・P師は8/23仕様、すなわち穴無しカムシャフトとメトロ用ポンプの組み合わせで行こうという考えでした。この仕様で安全が確認できているわけですから確実な選択肢です。でも僕は穴無しカムシャフトとスタンダードサイズ高精度タイプのポンプの組み合わせで行ってみたいと考えています。

理由としては、ポンプがせっかく大容量でもリリーフ弁でかなりの量を捨ててしまっている状況が勿体ないこと、そして大容量ポンプにすることで数馬力はパワーをロスしていることが挙げられます。油圧低下の主要因がカムのオイル穴と結論づけることが出来た現状では、穴無しのカムシャフトとスタンダードポンプで無駄なく確実に潤滑したい、と考えます。それにここまで分かったのだから穴無しカムにレッドポイントのポンプを組み合わせた時のデータを実際に取ってみたいですしw

余談ですが、もし現在手に入るパーツ、つまり穴有りカムシャフトを使ってエンジンを組む場合にはスタンダードサイズのポンプでは確実に不足で、大容量ポンプの使用が必須になることでしょう。ただし「大容量ポンプを使えば確実にOK」とは僕自身は断言できません・・・試してませんのでw 正確には穴有りカムと大容量ポンプの組み合わせを使っていた時期もあるのですが、その時のアクセルオン時の油圧は4kg/cm2しかありませんでしたが、クランクシャフトのメインベアリングのクリアランスが0.1mmもあったことが分かってまして、穴有りカムの影響で油圧が低かったのかクリアランスの影響だったのかが今となってはよく分からないのです。

世間一般ではこの組み合わせで組んでいる人が多いのではないかと思います、アイドリング油圧等の情報ありましたら是非教えてくださいw



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ふ~むふむ(・・)w

なるほど~w
腰下の問題は解決できたみたいで良かったですw
それにしても、僅かなフリクションロスも見逃さず、元のオイルポンプに
戻すところなんて・・みくたさんらしいですねw

ハム号もメトロ大容量オイルポンプ入れてますwリリーフバルブも強化して、
アクセルオン時で8kg/cm2、アイドリングでも4.5kg/cm2くらいあります。
ツインカムである事も、前回のクランク子メタルの異常磨耗の件もあり(汗。
高めの油圧確保にしてます(^^)v
スーパーハム号になってから、クランケース強制減圧システムは封印してたんですがw
週末の連休でキャブのリセッティングと強制減圧を試してみたいと思います♪
良い方向に行くといいんですがね~w

あっwお誕生日おめでとうございます(^^)/^

油圧

難しい計算は難しい・・・ですが、分かりやすい解説で助かります。
助かるのですが、知らないでいいことを知ってしまったような?微妙な気持ちです。
この不安を吹っ切るために、
「自分はレースはしない(できない)! 最高速チャレンジは20年以上前に封印したのだ!」
などと唱えるのです。
 
さて、エンジンOH&ミッション交換が終了し連休中に納車予定の自分のミニですが、
カムとオイルポンプも交換したのでどのように変化したのか注意して見てみたいと思います。
みくたさんのレポートから推測すると、今度のエンジンのほうが油圧が低いかも・・・。
 
さてさて、みくたさん、お誕生日おめでとうございます!!!

No title

誕生日おめでとうございまーす!

富士でのファイナル変更がずっと気になってますw

No title

KADハムさん、どうもです。ありがとうございます、年男ですw

アイドリングで4.5kg/cm2はスゴイなと驚きましたが、KADのツインカムだから中空カムじゃないんですよね、納得です。ヘッド側のオイル経路も微妙に違うんでしょう。

アクセルオン油圧が8kg/cm2ってのは大丈夫ですか? オイルフィルターのリリーフ弁って僕が知る限り7kg/cm2くらいですよ。うーむ、絶対圧ではなく差圧だから大丈夫なのかなあ・・・でもそこまで上げるならばPECSにした方が安心かもしれませんね。

No title

DAIさん、どうもです。ありがとうございます!

限られたデータから仮であっても答えを出すための苦し紛れ戦法ですが、実務でもよくやってますw
知らないでいい事を知ってしまったというのはつまり「穴あきカム+ノーマル高精度ポンプ」の仕様なんですね・・・サーキットでも筑波レベルならばたぶん大丈夫ですよ。

連休中に復活なんですね!おめでとうございます! 油圧の情報よろしくお願いしますね〜w

No title

三代目さん、どうもです。ありがとうございます!

今日の北海道はギリギリ晴れでしょうか・・・天気が良いことを祈ってます。

ファイナルを気にしてくれていたんですねw 実は筑波仕様から変更せずに、ファイナル3.765×ドロップギア1.08、合計4.07相当で走りました。
赤ミニは最高出力は伸ばしてますが、1000ccチューンなので中間トルクが細いのは如何ともし難く、これ以上だと最高速が伸びないしこれ以下だと加速がトロいし、でちょうど良い所だったのではないかと思ってます。

No title

小PECSを取り除く、が気になるなあw やっぱりいくらかは抵抗になっちゃうのかな?
液体と排ガスの流れでは比較出来ないと思うけど、排気パイプの途中になんちゃって程度の抵抗物入れるだけで音も変わればプラグの焼けも変わる。慣らし運転時は負荷かけない回さない極力定回転数キープなので影響無しとは思うのですが。 ブログ内容から視点ずれててごめんなさいw

No title

リアル次男さん、どうもです。

小PECSはまず抵抗にはならないです。

ミニのオイル経路の場合、オイルポンプ、リリーフ弁の直後にフィルターエレメントに向かう外部配管があるのですが、その内径が5mmくらいで、そこをオイルの全量が流れます。
小PECSはマグネット部分でも差し込み部分でもそれ以上の開口面積を有しているのでボトルネックにはなり得ないでしょう。

にもかかわらず今回外したのは、白黒つけ切れない要因として残しておきたくなかったからです。念には念を入れて、って感じですね。

配管抵抗は流速の2乗に比例するので、流速が音速に近い排ガスの場合は経路上の異物の影響はめっちゃ大きくなりますよ。

油圧

みくたさん、お休みが延長できてよかったですね。
もう少し休んで、より良い状態で仕事復帰してください!
 
さて、本日午後納車で夕方に少しだけ走ってきました。
油圧計はレーステック機械式で、スミスなど他メーカーとの誤差があると思われますが
参考になればと・・・。
 
エンジンが十分に温まった水温80℃の時の油圧は・・・
アイドリング1400rpmで4.6kg/cm2
定速走行3000rpmで6.4kg/cm2
でした。
KENT CAMS MD286 ラリー+レッドポイント ポンプの組み合わせです。
確認したところ、カムシャフトは“穴無し”でした。ホッ~。
 
ちなみに、エンジンOH前は、MD266 ファーストロード 穴無し+大容量ポンプで、
高速道路走行中(エンジン回転数4000rpm前後)でおおよそ6.0~6.5kg/cm2でした。
今日は4000rpmでの定速走行はしませんでしたが、もう少し油圧は上がると思います。
ということは、レッドポイント・高精度ポンプは大容量・低精度ポンプよりも良い、
ということになりそうです。
そして、その低精度ポンプはPowerflow(パワーフロー)、仕上げ追加工必須のポンプです。
 
最近のカムシャフトはなんでもかんでも穴有りと勘違いしていましたが、
みくたさんのおかげでまた勉強になりました。
ありがとうございます! 
 
夕食後は戻ってきたMD266に穴が無いか、穴があくほど観察してしまいました・・・。

貴重なデータをありがとうございます!

DAIさん、どうもです。納車おめでとうございます!待ち遠しかったことでしょうw

アイドリングが1400rpmはちょっと回転高めですが4.6kg/cm2は立派ですね!

1000rpmに換算すると、4.6×1000÷1400=3.3kg/cm2ですから今の赤ミニの仕様と同等になります。つまりDAIさんのコメント通り、レッドポイントの実吐出量はメトロオイルポンプ同等と見て問題無さそうですね。そうすると油圧低下のほぼ全てをカムのオイル穴に押しつけることが出来そうですw

貴重な情報ありがとうございました!

happybirthday♪ヽ(´▽`)/

連休中、東京観光をして人に揉まれてました(/_;)

48歳とゆーことは年男なんですね(^-^)
体調はいかがですか?

エンジンは本当に奥が深いですね(  ̄▽ ̄)
今会社ではバルブの開閉タイミングと最大リフトだけで、かなり乱れが変わってくると検証しています。
また、4バルブなので左右バランスも大事とか?

あとupがロードバイクにオカマをほられて、
傷だらけです(/_;)
みくたさんも最近の自転車は、マナーが悪いので気を付けてくださいね(´д`|||)

ありがとうございます!

ツインズ姉さん、どうもです。

休み続けてそろそろ1ヶ月です。休みすぎてちょっと焦ってますw でもおかげで体調はかなり戻ってきましたよ。

自転車が車道走るようになったのでそういう事故って増えるでしょうね。ちゃんと追突として自転車側にも責任果たして欲しいですが、その辺りの実際はどうなんでしょうか?

何にせよちゃんと治ってくれることを祈ってます!

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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