自動車チューニング

【車のチューニング入門第6回】エンジン吸排気チューニングの基礎知識と強化方法

チューニング入門シリーズ第6回

車のチューニングをする上での準備や考え方を解説している記事です。連載シリーズ記事となっていますのでまだ以前の記事を読んでいない方は先に読んでみて下さい。

【車のチューニング入門第5回】エンジンの冷却系の基本と強化方法 エンジン冷却系のチューニングとは? 出典:http://monoist.atmarkit.co...

 

 

チューニング初心者
チューニング初心者
なんだか少しずつ車のチューニングってどういう物か分かってきたよ!目立つ所ばっかりに目を向けてちゃダメなんだね。
Autofan管理人
Autofan管理人
そうなんです。このシリーズでも何度か話していますが車は「トータルバランス」が何よりも大事なのですが、目立つパーツ…例えばマフラーや足回りだけ強化していくと必ずどこかの段階で車の成長に壁を感じることになってしまいます。
そのことを分かって頂くためにチューニング入門1回~5回まではどちらかと言えばメンテナンスに近いような話ばかりしました。
しかし今回からはガッツリ「チューニング」っぽい話をしていきたいと思います。
チューニング初心者
チューニング初心者
地味なチューニングはもう飽きたぜ!早く派手なの教えてくれ!(よろしくお願いします!)
Autofan管理人
Autofan管理人
…本音と建前が逆になってますよ。

 

エンジンの吸排気チューニングとは?

そもそも自動車のエンジンというのは車の外から取り込んだ新鮮な空気と霧状に噴射したガソリンを混合して作り出した空気(以下「混合気」)に着火して爆発させてピストンを動かして駆動力に変換しています。そして不要になったガスを触媒を通してクリーンにした後に車の外へ排出しています。

この空気を吸い込む工程のことを「吸気」と呼び、燃料を燃焼したことによって発生するガスを排出する事を「排気」と呼びます。

そしてエンジンを高出力化するときに欠かせないのは効率の良い吸気排気工程で、いかに効率よく混合気を作り、かつ産み出されたガスを効率よく排出するかがエンジンの性能を決める大きな一つの要素になっていると言えます。エンジンにどんなチューニングをするにしてもまずは吸排気系からチューニングしていくのが第一歩になります。

※本記事ではチューニング難易度の低い吸排気チューニングから順番に紹介していき、記事後半になればなるほど難易度は上がります。

エンジン吸排気行程の基本的な構造と流れ

エンジンが混合気を作り出して爆発燃焼させた後に排気するまでの行程は基本的には以下のようになっています。

外気
ここから吸排気系
エアクリーナー マフラー
スロットルチャンバー 排気パイプ
吸気コレクター 触媒
吸気マニホールド ここまで吸排気系 排気マニホールド
吸気ポート ここからシリンダーヘッド 排気ポート
吸気バルブ ここまでシリンダーヘッド 排気バルブ
燃焼→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→排気

 

最もベーシックなエンジンの基本構造ですので車によって変わることもありますが概ねこのような工程を踏んでいます。つまり最終的な理想の状態としてはこの工程全てのパーツを高効率のものに交換してエンジンとして最高効率を引き出すことができればゴールと言えます。

ただ実際には予算の都合もありますので全てを一気に変えることはできません。ですのでイメージとして「エンジンの吸排気チューニングとはどういう物か」を頭に入れておき一つずつチューニングしていきましょう。

 

吸排気チューニングの方法(自分でできるレベル)

ここからは具体的なエンジン吸排気チューニングの方法を解説していきます。まずは比較的難易度が低く、かつコスパに優れた部分から紹介します。

吸排気効率を最も効率よく上昇させる簡単な方法としては外気に近い部分からチューニングしていくことです。上の表で言うところの外気から空気を吸い込む時に最初に通る「エアクリーナー」と排気ガスが最後に通る「マフラー」です。

 

エアクリーナーを交換してチューニング

吸気を効率的にする為には少しでも流入する経路上の空気抵抗は減らさなければなりません。その為外気に一番最初に触れるエアクリーナーの吸気抵抗を減らすことは最優先で行いたいチューニングの一つです。

純正のエアクリーナーは集塵性能(小さなゴミを集める力)は比較的高い物が使われていますが、その反面吸気抵抗は大きめとなっています。そこでスポーツタイプのエアクリーナーの一つに「キノコ型」と呼ばれる吸気効率の高いエアクリーナーがアフターパーツメーカーから発売されているので交換するのも良いでしょう。

またキノコ型ではなくても純正と同形状のスポーツタイプのエアクリーナーも販売されていますので、「小さいゴミが入り込むような目が荒すぎるエアクリーナーはちょっと…」という人はそういった純正とスポーツタイプとの間くらいに位置するエアクリーナーに交換するのも一つの手です。

 

ただいずれにしても集塵性能と吸気抵抗はトレードオフの関係にありますのでスポーツタイプのエアクリーナーに交換するとどうしても小さいゴミを吸い込んでしまいます。
ですので普段は純正のエアクリーナーを装着して、吸気性能が欲しいシーンでは効率の良いスポーツタイプのエアクリーナーに交換するなどすれば良いでしょう。

 

幸いエアクリーナーの交換自体は器用な人ならば5分程度、どんなに不器用な人でも10分もあればできてしまう簡単な作業ですので交換自体は手間にはなりませんしね。

 

マフラーを交換してチューニング

車のカスタマイズとして人気の高いマフラー交換ですが、車全体のチューニングとして見た場合はあくまで「一つのパーツ」でしかありません。

もちろん外見的にかなり格好良くなりますので拘りたい気持ちはよくわかりますが、音が変わったり見た目が変わるのはあくまでカスタマイズの領域でありチューニングではありません。

チューニングとしてのマフラー交換をする目的はあくまで「排気効率を最高効率にする」という最終目標を達成するための一部です。ですので見た目や音質音量だけに囚われずにマフラーを選ぶ必要があります。

 

例えば一見極太のマフラーに見えてもサイレンサーの中で極端に抵抗が大きくなっていて排気効率が大して改善しない社外マフラーもありますし、逆に純正と見分けがつかないようなマフラーでも構造的に排気効率の事をよく考えられていて驚くほど性能アップする物もあります。

 

また実際に排気効率が高くても「抜けがよすぎる」場合は低速のトルクが細くなりすぎて街乗りがしにくくなるばかりか「サーキットのタイムも思ったほど伸ばせない」何てことにもなります。あくまでチューニングパーツの一つとして考えマフラー単体で考えるのではなく車全体のトータルバランスで選ぶようにしましょう。

個人的にはマフラー交換は外見や音だけ変えたいなら何でもいいので自分で取り付ければいいです。作業も簡単ですし。

しかしチューニングとして考えるならばチューニングショップにてプロの意見を聞きながら交換するのがオススメです。

 

取り外した純正マフラーはどうする?

ところで社外品マフラーに交換した時に困るのが取り外した「純正マフラー」ですよね。家に置いておくと邪魔になるし、今後使う事もないだろうし車屋に手数料払って引き取ってもらう人が多いのではないでしょうか?

しかし純正マフラーは車を廃車にするか売り払うまでは必ず手元に置いておくのがオススメです。保安基準を満たしている社外マフラーでも年数が経つと音量が大きくなって車検に通らなくなることもありますし、車を下取りに出す際も社外品マフラーだとマイナス査定となる場合が殆どです。

ですので純正マフラーは手元に置いておき、車を手放す段階になって初めて処分する事を考えると良いでしょう。

 

 

吸排気チューニングの方法(プロに依頼するレベル)

ここからは吸排気チューニングの中でも難易度が高く専門ショップに依頼しなければできないような物を紹介、解説していきます。

ここからはエアクリーナーやマフラーとは違い一つ変えただけでは効果が実感できないばかりか性能ダウンしてしまう可能性がありますし、エンジンを分解したり加工したりと工賃も余計にかかる作業ばかりです。もしここから先のチューニングを検討される場合はある程度纏めて実施されるのがよろしいかと思います。

ですので予算としても比較的まとまったお金が必要となります。

 

ただ全て実施出来た場合はまさにレーシングエンジンへと変身しますので挑戦する価値は十分にあるでしょう。

 

吸排気マニホールドとは?

インテークマニホールド

 エンジンには4気筒エンジンならば4個、6気筒なら6個といった具合にシリンダーが複数個設計されています。つまり吸気側の入り口は4つないし6つとなるわけです。同様に排気側も4気筒ならば4つ6気筒ならば6つとなります。

しかしエアクリーナーやマフラーなどを見てもわかりますが、入り口も出口も一つしかありませんよね?

ということは複数あるシリンダーに対して吸気ないし排気を分岐させて分割させなければいけないわけです。

 

その役目をしているのが「マニホールド」です。

 

吸気側マニホールドのことを「インテークマニホールド(通称:インマニ)」と呼び排気側マニホールドの事を「エキゾーストマニホールド(通称:エキマニ)」と呼びます。

 

吸気側マニホールド(インテークマニホールド)を交換してチューニング

インテークマニホールド

インテークマニホールドは純正状態ですと実用性を重視した設計がされており、エンジンの性能を最大限発揮するよりは使いやすさを高めることを目的とされています。

そんなインテークマニホールドをレーシング用の高効率なパーツに交換することで同じエンジンでも「高回転型エンジン」に変えることができます。

 

排気側マニホールド(エキゾーストマニホールド)を交換してチューニング

エキゾーストマニホールド

インマニをチューニングするのは非常に効果的ですが、それ単体では意味がありません。単純に考えれば如何に効率よく空気を吸い込んでも出口側で詰まってしまっては意味が無い事はすぐに分かると思います。

そこで吸気側と合わせて必ずチューニングしなければいけないのが排気側のマニホールドです。

インマニ同様エキマニも純正の物はコストカットされていることが多く、非効率的な形状をしていることがあります。また当然日常の使い勝手の良さを重視しているので低回転域での扱いやすさこそ高いのですが高回転域ではエンジンの性能を最大限に活かすことはできていません。

 

またシリンダーの排気ポートから排出されたガスはエキマニを通ってマフラーまで送られるわけですが難点としてシリンダーから出口である排気パイプまでの距離が同じではないことが挙げられます。純正のエキマニは直線的に出口まで繋いだ形状をしている物が多く「排気効率」と言う面で見れば理想的な形とは言えません。

 

そこでスポーツカーなどのモータースポーツのシーンで多く取り入れられるのが更に効率を極めたエキゾーストマニホールドです。「たこ足」と呼ばれる形状をしており、各シリンダーから一つしか無い出口までの距離が全て等長になっており非常に優れた排気効率を得ることができます。(見出し下の画像がたこ足エキマニ)

 

また材質にもよりますが社外品のたこ足エキマニは純正と比べて非常に軽量であることが多く軽量化と言う面でも車の性能アップに寄与してくれます。

 

ターボチャージャーやスーパーチャージャーによるチューニング

ターボキット

車の性能を飛躍的にアップさせるパーツとして有名なのがいわゆる「加給気」と呼ばれるパーツです。もっと身近な呼び名ですと「ターボチャージャー」だとか「スーパーチャージャー」などが耳馴染みがあるでしょうか。

実はこれらも立派な吸排気チューニングの一つなのです。

ターボチャージャーとスーパーチャージャーの違い

ではそもそもターボチャージャーとスーパーチャージャーにはどのような違いがあるのかご存知でしょうか?簡単に言うと以下のような違いがあります。

ターボチャージャーとは?

「ターボチャージャー」はエンジンの排気でタービンを回してその力でコンプレッサーを作動させて空気を圧縮し、エンジンに送り込むことで更なるエンジンパワーを得ることができるようになっています。

スーパーチャージャーとは?

一方でスーパーチャージャーはエンジンの動力と直結していて、その力でコンプレッサーを作動させて空気を圧縮し、エンジンに送り込んで更なるエンジンパワーを発揮させています。

 

コンプレッサーを作動させる方法こそ違いますが、どちらもコンプレッサーを使って吸気効率を劇的に向上させることでエンジンパワーを引き出す事を目的としています。

 

 

ちなみにスーパーチャージャーは使われているシステムの違いなどがあるのでもう少し詳しく説明しようと思ったのですがこの記事の本題とはズレてしまいますので、ここでは簡易的な説明に留めておきます。スーパーチャージャーについてもっと具体的な種類を知りたい方はMOBYさんのこちらの解説記事が分かりやすかったのでおススメです。

現在の車では見かける事の少ない「スーパーチャージャー」搭載車。意識して見かけたり、乗った記憶のない方でも名前だけは聞いたことがあるのではないでしょうか。

ただ、何となく「凄そう」「速そう」等のイメージだけで、詳しく知っている方はあまりいないでしょう。

本記事では、スーパーチャージャーとは何なのかを解説し、スーパーチャージャーを装着するメリットやデメリット、スーパーチャージャーの種類などをご紹介します。

https://car-moby.jp/59209

 

ターボチャージャーを取り付けてチューニング

ターボキット

このように吸気効率を極めて向上させてくれるのがターボチャージャーやスーパーチャージャー(以下纏めて「ターボ」と記載)なわけですがどのようにしてチューニングしていけばいいのでしょうか。

 

まずそもそもターボの取り付けられていないNAエンジンの場合はターボキットを取り付けるというのが最も手っ取り早くエンジンパワーを引き出すことができるでしょう。

 

しかし注意点として一昔前でしたらNAエンジンでも後付けのタービンキット(ボルトオンターボ)を取り付ける方法が多く用いられていましたが、現代ではあまりそのような方法はお勧めしません。

というのも現代の車は制御が非常に緻密(ちみつ)になっているため「ポン」と付けただけのターボではあまり効果を発揮することができないからです。それこそエンジン本体やECUを含めた大幅な改造が必要となっています。

とはいえ最近のショップはそのあたりのケアもバッチリですのでトータルセッティングまで含めた値段でターボキットを販売していたりしますのでNAエンジンの車に乗っている人はそういったショップを頼るといいでしょう。

 

ターボチャージャーの過給圧を上げてチューニング(ブーストアップ)

ブーストコントローラー

ターボチューニングのベーシックなやり方としてターボの過給圧を上げてより多くの空気を送り込んでしまおうという方法が挙げられます。

具体的な方法としてはターボのブーストを制御しているアクチュエーターを強化された社外品に交換したり機械式過給圧コントローラー(VVC)や電気式過給圧コントローラー(EVC)を装着するなどの方法があります。過給圧コントローラーを設置する方がブースト圧を細かく調整できるので、よりセッティングの幅は広がるでしょう。

 

ターボチャージャーのタービン大径化によるチューニング

 

過給圧を上げても物足りない場合はターボチャージャー自体を交換してしまうというのも有効な手の一つです。タービン交換はコストがかかりますが、フィーリングとしてもハッキリと効果が実感できるので満足感も高いチューニングとなるでしょう。

タービン交換をする場合はエンジン内部のチューニングも併せて行う必要があります。より高負荷がかかるわけですから耐久力の高い部品に交換したり吸排気効率を上げたりするなどのタービンに合わせたチューニングをする必要があります。

 

ターボをチューニングしたら必ずECUセッティングをする

ECU

ブーストコントローラーやタービン交換などでターボの力を強化したら必ずしなければいけないのが「ECUセッティング」です。ターボに手を加えているのにノーマルのECUのままだと一定以上の燃料が吹けないままですのでターボをチューニングした意味自体が無くなってしまいます。

また点火タイミングも変わってきますので総合的な調整が必要となります。整備環境や知識の無い素人では中々手を出しにくい部分ですので専門ショップへ依頼しましょう。

 

ターボチャージャーのタービンは消耗品

実はターボチャージャーのタービンはモータースポーツをしていると良く壊れるパーツの一つです。というのも高温の排気ガスに長時間晒され続けるタービンはどうしても耐久性が低くなりがちなのです。

ですので「タービンとは壊れる物だ」という認識を常に持っておけば実際に壊れた時に動揺しなくて済みますし、素早く対処することができます。

 

とはいえ安い物ではありませんので、少しでも長持ちさせるために定期的に良質なエンジンオイルの交換をしたりサーキット以外ではできるだけブースト圧をかけない乗り方を意識するなどタービンを労わる走り方を心がけましょう。

 

ターボと合わせて必要なインタークーラーとは?

インタークーラー

ターボチューニングと合わせて忘れずにやらなければならないチューニングが「インタークーラー」の性能アップです。

ターボのコンプレッサーによって作り出された空気は「ギュギュッ」っと圧縮されていて非常に高密度です。しかし空気というのは圧縮すると熱を帯びる性質を持っています。

熱い空気というのはエンジンにとって非常に都合が悪くシリンダー内の空気が薄くなってしまって充填効率が下がったり、温度が上がることによって異常燃焼によるノッキングの原因にもなってしまいます。

そこでシリンダーに圧縮空気を送り込む前に一度冷やす必要があります。その役割を担っているのが「インタークーラー」です。

 

形状としてはラジエーターのような形状をしており車の前方に設置して走行風で冷やすのが一般的です。

 

ターボと合わせてインタークーラーも交換してチューニング

インタークーラーの性能を上げる手っ取り早い方法が「走行風をより多く当てる」ことです。つまり大型化するのが一般的です。

ただ繰り返すようで申し訳ありませんが「車のチューニングはトータルバランスが大事」ですのでインタークーラーもとにかくデカければいいってもんでもありません。

 

例えばブーストアップもタービン交換もしていない車にインタークーラーだけ大型のものを設置しても何の意味もありませんし、インタークーラーが大型化することで中を通る空気の抵抗が増えてタービンを回す速度が遅くなりレスポンスの悪化を招いたりもします。

ですのでインタークーラーはあくまで「ターボをチューニングした後で圧縮空気の冷却性能が足りなくなるから交換する物」だということを理解しておきましょう。

 

また設置場所の関係もあります。

 

車の前方にはラジエーターがありますのでそもそも大型化するようなスペースが取れない場合もあります。特にラジエーターを大型化していたりすると余計に設置場所には工夫が必要です。

場合によってはフロントバンパーやグリルの加工が必要になります。

 

ちなみに予算の目安としては10万円~15万円程度と割と高額になります。加工が必要となる場合が多いので時間がかかれば工賃もその分上乗せされます。交換を依頼される場合は余裕をもった予算を用意しておくと良いでしょう。

 

タービンとインタークーラーを繋ぐインテークパイプを交換してチューニング

サクションパイプ

ここまで散々空気抵抗の話をしてきましたので当然ターボとインタークーラーやインタークーラーとエンジンを繋ぐ「インテークパイプ」も重要となってきます。

純正状態のインテークパイプは樹脂やゴムでできていますので吸気行程でパイプ内が負圧となった時に圧力に負けて凹んでしまいます。空気の通り道であるインテークパイプが凹むということはそれだけ空気抵抗が上がってしまいタービンの圧縮空気を送り込む効果も薄くなってしまうのです。

そこでインテークパイプを圧力に強いアルミ製のものやシリコン製の物に交換すると負圧によって空気抵抗が増える事が減りますのでよりターボチューニングの効果を発揮しやすくなります。

 

エンジン吸排気チューニングのまとめ

エンジンの吸排気チューニングは非常に難しくコストもかかることばかりです。ぶっちゃけこの領域にゴールは無く専門ショップですらデモカーを用いて日夜研究を続けています。それほど難しく難解なチューニングですが上手くいった時には市販車とは別物の車となっていることでしょう。

ただそう考えるとやはり個人的な意見として優先順位は低めになるのかなぁと思います。

予算の都合もありますから吸排気系のチューニングはエアクリーナーやマフラー交換程度に抑えておいて、残りの吸排気系チューニングは他の部位が完成してから手を付けるくらいの気持ちで取り掛かった方がよさそうです。

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