2018/01/21

旧きを知りて 新しきを考える 電動ウォーターポンプ プロジェクト6  Electric water pump Project 6

水温、冷却系からはじまって、ここにきて
長々と水の流れについて書いています

ここ10年位で、大幅に解析が進んでいる
現代のエンジンでしたら、水廻りの冷却の解析は CFDで最適化ということなんだと思います。

身近なところで、トヨタも、全世界あげての燃費戦争、環境対策、省燃費のために、
いかに効率的に必要なだけエンジンを冷却するか、また温度を一定に保つのか、
重量や暖気時間を短くするために、冷却水の量自体をいかに減らすか、ラジエターを小さくするかetc
お得意の「乾いた雑巾を絞る」作業をしています。

それに比べると、80年代、30年以上前に設計されたM119は、そこまでやっていません。
その生い立ち、歴史、旧きから考えると、さかのぼることさらに古く、

ブロック、ボアピッチの基本構造は60年代末に遡るM116(鉄ブロック、のちにアルミブロック)、
92x65.8 3499cc 147kw/286Nm 

平たくいうと縦目ベンツにの3500CC 200馬力のV8 (これでも当時としては高出力)

その後継機のM117の発展版、最終形がM119です。

残念ながら、現代のような、徹底したコンピューター解析は行ってないアナログで 過去の偉大な
経験値、実験結果の蓄積であると思います。

そのため、左ヘッド、インマニからヒーターコアへの流れと、
右バンクのブロック側のみへのヒーター戻りや、ウォーターポンプの水回りの構成、サイズは基本的にかわっていません。

200馬力3500ccの2バルブエンジンではこれでよかったのでしょうが、その後、排気量は何度ものボアの変更、
ストロークも、65.8→78.9→85.0の変更で、5000、 しまいには5600ccで94.8mmまで広がり、
5000ccの4バルブ、330馬力

ついには6000CC 381馬力となると、さすがにエンジン内部の冷却系も役不足になったんだと思います。

私が、今、考えるに、 M119エンジン側の改良点は、

① (発熱に見合うように)冷却水量を増やす(発熱量にあわせて全体的に、特にアイドリング、低回転と高回転)
② 水流の改良(左ヘッドだけでなく、右ヘッドインマニからのヒーターINを増やして右ヘッド冷却を向上させる)
③ ウォーター・エアセパレーターをラジエターコアのホット側にもつける(純正はコールド側だけ)

になると思います(冷却水通路を変更とかになると、ヘッド鋳造時とかブロックからになるので、今回はなし(汗))

これがインマニの流れ がエンジンヘッドからラジエターに向かう冷却水のながれ
ピンクが エンジンヘッド(ヒーターコア)からのヒーターコアへ向かう冷却水の流れ、

インマニ3


ブロックでみると
前( #1.#5側 )は左右バンクをまとめて、インマニ全部で集合されたのが、サーモハウジング、ウォーターネックを通って、ラジエターへ 赤→

後(#4 #8)は、L #8は ヘッドからインマニへと向かう水穴があいているが、
R#4は、ヘッドまではあいてるけど、ガスケットで封鎖されている。ピンク→

他方で、ヒーターコアからの戻りの水は、#4ブロックに戻るが、#8には戻りなし

ブロック2

②の改良については、だいぶ先になると思いますが、あとで、

そんなわけで、①③に対応するための、電動ウォーターポンプのラジエターの図面、改良版がようやくできました

20180117radiator2.jpg


純正エアセパレーターからの冷却水戻りホースは、ディーゼルモデルのように
直接ラジエターにはいるようにしてます。

M117時代から伝統のブロック、フロントカバーからの小穴2ツはAN6でつくります、
ラジエターサイドタンク、ウォーターポンプ前の負圧の高い場所に戻します。

サイドタンクのエア抜きは、IN OUT とも一つづつつけました。

これで、①の冷却水量の不足(特に低回転)、高回転での泡立ち、キャビテーションは、電動WPで解決予定
(水温コントロール等の問題は多くあります)

重要度でいうとおまけ①②からは下がりますが、③の冷却水への泡をできるだけ減らす、分離して、
ラジエターコアに流す、ラジエターコアからポンプへ送る等については、ラジエター製作による、
左右タンクからの泡抜き、と
あとで、また詳しく紹介する インマニ前に新設置するスワールポット(エンジンとラジエターサイドタンクの間)
で解決しようというものです





2018/01/17

いまさらながら M119 ウォーターポンプの流量増加について How to modify M119 Water pump and up grade its flow ?

 おもえば、雑誌で500E倶楽部の連載をしていたのが、
 2005年夏からですから、いまからもう13年も前の話です。

 そのころからの読者という方から、ウォーターポンプに関する質問をいただいたので、
 まだ、書いてなかった話しを続きでかきます

500Eのウォーターポンプ

 2009年の記事で、あとで、ウォーターポンプの改造の話を書くといって、そのままでした。
 SJの小沢さんが、ミナグチさんのところの流路改造の話を書いていますので、それで用は足りると思ってましたが
 せっかく、質問をいただいたので、書いておこうと思います。

M119 メーカーリビルド ウォーターポンプ

119-200-2101.jpg





 M119のウォーターポンプ、ベンツでは、典型的な消耗品で、
 昔は、純正新旧、OEM、社外と沢山ありましたが、
 玉石混合というか、ガラクタも多いため、SJで今扱っているのは純正だけです。
 純正も新品供給はなくなって、ベアリング、シール類、インペラーを交換した
 メーカーリビルドだけになってしまったようです。

 M119エンジンに関していえば、
 エンジン・ポンプの設計が、その前のM117のころと変わっておらず、
 SOHC2Vから DOHC4Vになって、燃焼室廻りの水流路が複雑になり、抵抗が増えた、
 出力向上により、発熱量が増えたにもかかわらず、
 インペラーに大きな変化がないものですから、どうしても水流量に問題がでるんだと考えています。

 うすうす、私もわかっていたのですが、何度目かにエンジン開けて、ウォーターポンプを見てから
 これは!というので、電動WPに進むようにって今にいたります(でも、時間かかってます(笑))

 電動ポンプの水流路のことを考えてみていると、メーカーなりに、いろいろ苦労しており、
 ヒーターの電動ポンプや、ウォーターポンプから遠いため、水流が滞留しがちな
 4.8番シリンダーをヒーターへの水流で冷却させることや、
 ウォーターポンプの前に、左右ヘッドからの水戻り(小穴ね!)を設けて、流量を補うようにした苦労や、
 ベンツ伝統のお家芸、純正で、ウォーターエアセパレーターを設ける等の伝統的な工夫も多く見受けられます。

 しかしながら、インペラーのサイズや口径を見ると、そのターゲットは、3000-4000回転程度の流用に
 ターゲットを絞っているようであり、それ以下だと流量が下がって、冷却能力が不足する。
 それより上だと、インペラーの回転があがり、キャビテーション、泡だちが発生しだすという
 制約の中にあることがわかります。

 500Eが低速・渋滞が苦手というのは、ラジエターの通風のこともありますが、
 ウォーターポンプの水流量が、頭でっかちのDOHC4バルブヘッドの複雑な水路だと、
 絶対的に不足するという問題もあります。

 高速については、エンジンの油圧タペットLHAの設計や、カム、吸気管の長さで
 中低速に振っているためもありますが、ウォーターポンプのインペラー自体が、高回転型ではないので、
 連続で6000回転超とかだと、ウォーターポンプのインペラー由来の泡立ちが激しくでてきてしまいます。

 そのため、高速ランナーのみなさんは、水ポンプのプーリーを大きくして、ゆっくり回転させるようにしてます
 (低速、低回転での流量減を犠牲にしても)

 ここらへんの限界を見て、ターボのタービン(排気)のマップを頭に置いてですが、
 要は ターボでいうA/R を変える Aの面積を増やす
 もしくは、インペラーのサイズ(直径・R)変えるか、厚みを変えるか)、補助ポンプつける、電動ポンプにするしかないなと
 私は思って今にいたります。
 
 もうひとつの、古典的な実績のある方法が、ウォーターポンプの流路の拡大です。
 つまり A/R のA  ストート部分の面積を増やすことです
 (ウォーターポンプ自体は、水を遠心力で圧送する側なのでターボでいう吸気圧縮側と同じ仕事をする点に注意) 

 私が、最初にこれを見たのは、もう20年以上も前、えちごやのミナグチさんを紹介した、
 スペシャルカーズの記事した。最初は???でしたが、今になって考えれば、その理由がわかります。

 不足する低速、低回転域での流量を補うために、
 インペラーの出口、入口につながる、ウォーターポンプ、サーモスタット部分の通路の一部を削る(青いところね)
 ことにより、流路をスムーズにし、ラジエターから、インペラー、ブロックの水通路の流路をスムーズに
 ととのえるものです。

 流路面積でいえば、ざっと2割位は増えるでしょうから、インペラーで吸い込む箇所であり、
 吸気リストリクターを外す、ターボのパイピングを
 太くスムーズにした以上の効果が流動抵抗の大きい水にはあるわけです。

 アルミ鋳物をリューターで削るだけですので、さほど難しくもなく、
 流動抵抗こそ減るものの、低回転の水量が犠牲になるとうデメリットもない加工ですので、やってない人は、
 ぜひ加工してみてください。

 ポンプ前後の遮蔽佛を取り払うわけですから、流路抵抗へるし、
 泡立ちも減るで、デメリットなくできることだと思います。

 部品買うときに、加工をお願いして加工済みのものを用意しておいてくれれば、さらにいいと思います(>小沢さん)


 くどいようですけど、たとえば、夏場で外気温が高いときでも、
 また、今の時期で水温が低いときでも、
 高速道路で、エンジン回転3000-4000回転位だと、エンジン水温がサーモスタットの設定温度まで下がるでしょ?
 
 今ぐらいの時期、冬場だったら、もっとわかりやすいと思います。(特に70℃サーモつけてる人)

 それが、それより下の速度域や、それより上の速度域だと、エンジン水温があがる
 発熱や 回転抵抗、車速、通風量の問題もあるんでしょうが、水ポンプの効率の部分も相当あるんだと思っています。

 私の場合、さらなる出力向上狙っていますので、
 水ポンプ自体の抵抗をとりたい、流量自体が補えないとの結論で、電動化にいくことにしましたが、
 400馬力+αであれば、ポンプ加工、良い通風、良いラジエター、オイルクーラー、アルミパン等の放熱増等で
 乗り切れるんじゃないかと経験上おもってます。
 

2018/01/11

M119 エンジンの冷却水の流れ方 電動ポンプ化に際して再考2


前にフロントカバーのところに空いている 2個の小孔について書きました。
ウォーターポンプのインペラー前、いちばん負圧の強いところに、シリンダーヘッドインテークバルブ廻りから、
つながり、左右ブロックを連結して、2つの孔につながります。

前の記事


blockm119.jpg

 右バンク、ブロック部に8個の長穴がみえます。
 ヘッドを冷却した冷却水は、この長穴をとおって、その先にあるフロントカバー前面につながる2個の●穴につづきます。


fc2blog_2018011011035270d.jpg


こちらは、フロントカバーの2つの孔が まとまる小部屋です。インペラー上の下向きの三日月形状の小下手で集合します。
そのあと、上に向いている孔を通って、エンジンブロックから、ヘッド、インテークバルブまわりを冷やしたあとの
冷却水が ヘッドからブロック上部の通路をとおって、ここに通じます。


あらためて、考えたのですが、エキゾーストバルブ廻りを冷やした冷却水、もっとも熱い気泡混じりの冷却水は、
ヒーター側(4、8番)と インマニ内部で左右バンクを合流させて中央部のφ35の短いラバーホースで
ウォーターポンプにつながり、ラジエターに送られます。

ベンツが、ヒーターを廻すことを前提にエンジンを設計して、エキゾースト側の冷却水流はコントロールするけど、
インテーク側の流量が、不足すると考えたのでしょうか?

そのため、ウォーターポンプ上流に引っ張るようにしたのかと考えています。

なので、ラジエターの水配管は修正することにします。

2018/01/07

ATI. Dumper titanium bolts

ATIダンパーの固定ボルト,
ダンパーに附属されてくるのは、ダンパーシェルとハブを固定する6本のボルトと
ダンパーシェルとプーリーを固定する3本のスチール製クロームモリブデン製のボルトです。

 その重量は 60グラムと69グラム 合計129グラム
回転部で軽量を狙う向きには、純正で6AL-4Vチタン製のボルトが出ています。
回転部の軽量化がいくら大事であって、ここを60g軽量化しても、エンジンのレスポンスが
格段に上がることはないし、1/4マイル走るタイムが0.01秒上がることもありません。
それでも、飽くなき挑戦を行う人たちはいるもので、
これでもかという位の努力を行います。
ワッシャーに軽量化の孔を明けたり、ナットの厚みを必用充分ギリギリに薄くしたり、
ボルトの突出しも、ナットギリギリにする。ボルトのヘッドのサイズを下げる、
ボルトのヘッドの中に軽量化の孔を明ける、ボルトの六角ヘッドの中に、もう一つ六角穴をあける。
車両重量が自動車と比べると、1/10以下のオートバイや、1/150以下の自転車競技ですと、
1gの軽量化が、全体に占める割合がそれぞれ10倍、150倍あるわけなので、その分一所懸命なんだと思います。
自動車、特に市販車ベースの箱、ストックボディだと、図体がでかい以上に、
快適装備や、安全装備、配線、防振や吸音材等といった走行自体に本来、競技だけであれば必用のないものが
ついてパッケージされてますから、そういった部分に埋もれてしまいがちになります。
でも、こういった1gの軽量化を突き詰める姿勢は参考にしていきたいとおもいます。
ではありますが、振動の出るハブとダンパーの固定、そうでなくても、スチールであっても、六角穴ボルトだと
外すときになめやすいものですので、どなたにもおすすめできるものではありません。
メーカーでもスチールシェルにはチタンボルト使うなと注記してます。
クロモリ純正ボルトも、対策品が出てる位、六角穴でなく、トルクスに変更しているものもあります。
高回転廻したエンジンですと、緩めるときに、穴がなめやすく、
結局、スペースの関係で、車上でのボルト外しができないので、エンジン下してのダンパー交換作業になるようです。
ダンパー自体、レースのレギュレーションでは、定期的なオーバーホールが必用ですから、
取り外し安さも考えたほうが良いと思います
もっとも、ダンパーのオーバーホール前に、エンジンを明けないレースはないでしょうから、
そんな心配はいらないのかもしれません(笑)
2017/12/31

500E に乗るということ2017 大きな流れの中で

なんかまだまとまらないので、今年は大晦日まで先延ばしにしていました
 2017年版 500E にのるということ


 夏の避暑時、また12月のフォーミュラーEの記事でお茶を濁すつもりではないのですが、
 我々は、大きな流れの中にすでに入っていると思います。

 あとから振り返っていわれると、きっと OO革命 といわれる中にいるんでしょう

 産業革命が
 蒸気機関から始まって、 内燃機関になり、
 石炭からガソリンになったように
 今は もう ガソリンから 電気への エネルギー革命の中にいるんだとおもいます

 これ、私、高校生のときに 世界史、日本史の先生から聞いて
 気が付いたのですが、ある日突然、革命が起きるのではなくて、
 なにかをきっかけに、だんだん、何年かかけて、かわっていった結果が革命 なんだ ってことです

 バブル期もそうでしたよね
 バブルの時期は、自分がバブルなんて思っていなかった
 バブル崩壊とか言われて、バブルだったって後から わかるものです

 これと同じだと思います

 10年以上前のmixiのコミュで書いた文章を、改めて読んだのですが、
 “化石燃料が続く限り内燃機関を“と書いていました。

 今思うに、化石燃料が枯渇する前に、代替エネルギーが主流になることのほうが現実化してます。
 そうなれば、あっという間に、オセロゲームのように、世の中が変わるでしょう。
 
私自身、多くの分野では、自分の行動様式や 選択の結果から、
それぞれ、保守、守旧派、伝統派、古流に区分されるんだと思います。

しかしながら、その実は目新しいものが好きで、
進取の精神を口実に、飛びつくところがある節操の無さを自覚しています。

最初にトヨタ プリウスを買ったのが発売直後の97年、本当にすごい車だと思いました。
今乗ってる車(95年にW124乗り換えて買ったベンツW210)に数億円かけても、これはできないと思いつつ、
すでに始まった川の流れに驚きながら、増えるハイブリッドには閉口しても、
日産のリーフ、テスラと乗り継ぐと、電気自動車化が加速度的に進んでいくのも感じています。

これを我が500Eを通じてみると、
90年代前半であれば、相対的に大馬力高出力の優位性も、
2010年代では特になくなって路上の優位性も、押しの強さも無くなり、
ギラギラ感のとれた自然体となり、立派なクラシックカーになったんだと思います。

衝突安全性の変化によるパッケージの肥大化した現行車とくらべると、コンパクトであり、
現行Cクラスのサイズです。

オリジナルを維持するという方が増えるのが自然な流れと思いますが、
国産車S30Zの例なんかを見ますと、別にオリジナルで乗っても、まったく面白くないということで、
往年の大馬力の伝統を取り戻すべくパワーアップを希むか、また、部品の素晴らしさや、機能美、仕上がりを楽しむ
“盆栽“仕様にするために何年もかけて、大金をつぎ込む、ハイエンドオーナーも、堅調だと思います。

以前は、お得な中古車だったのが、経年劣化と部品高騰により、ある程度以上を維持しようとすると
新車のポルシェ、V8フェラーリを買って3年後の売却価格を差し引いた維持コストより、かかるようになっちゃいました。

冷静に考えるとコストパフォーマンスでいうと悪い趣味車になったのと、円安のため

何年か前には相当数が海外に再輸出されていましたが、それも底を打ったようで、
流通数が減ったことと、程度の悪いものが駆逐された結果、流通価格のボラティリティがあがり、
価格も高くなったんじゃないかと思います。

 ここ何年か、過熱気味の国産旧車ブームですが、
 箱スカ、S30なんて、昔だったら、タダ、車検代で貰える車だったのが、いまやGTRでなくても、 
これが、300万?という位、上見れば数百万円になってます。

もう大名仕様です。

500Eも、きっとそうなるんだろうと思います。
部品代が高いとか言っているうちは、まだ華で、そのうち、部品が無くなれば、需要供給の関係で、
数倍の値段で流通するようになるのが世の常、自然なマーケットの流れです。

感覚でいうと、国内に残っている500Eは2000~3000台未満程度 
日常の脚にする人は減って、走行距離も減ってる傾向にあると思いますが、
エンジン下して、ガラス外して、内外装仕上げる人も知る限りで複数人、いますから、
ものすごくお金かけた人の大名仕様か、良く動いてますね という程度の両極端になるものと思います。

おそらく、近い将来にむけて、この傾向が特化して、
レストアベースか 解体部品どりと、コンクールコンディションの二極化が進んでくるんだと思います。

こう書いていると、世の中の富の偏りを ここでも現実化されてると感じました。

そんな中で、済んでいる香港の町角、家の近所の駐車場の風景を

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充電設備が充実しているようになりました
ご覧のように 全部テスラです 



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我が家のマンションにも数台だった充電設備が 各戸に希望すれば
置かれるようになりました 
管理組合の説明では、早い者勝ち、電気容量のこともあるからでしょう だそうです

私も日常では 電気自動車になりました 高速は自動運転です(めったに つかわないけど)

もちろんのことですが 一円もガソリン代がかかりません

さて、もうすぐ2018年 
新しい歳に、どんなことを続けていくのか、 大きくはかわりませんが、
流れの中で 着実に進歩していく一年にしたいと思っております