こんにちは【ちゃまブロ】のちゃまです。
車のエンジンは吸気と排気を行い動いていますが、排気ガスはただ出ているのではなく、排気管に背圧という圧力がかかっています。
この背圧はエンジンにとって大切な要素の1つになるのですが、背圧(以下排圧)によりどのような影響が出てくるのでしょうか？
背圧とは
背圧(排気圧力)とは
背圧（はいあつ、back-pressure）とは、流れの中の物体下流における圧力である。原動機においては排気側の圧力のことを指す。正常動作できる背圧の最大値を臨界背圧と呼び、排気側の圧力がこれを越えると、吸気側への作動流体の逆流などを起こして大惨事になる。
Wikipedia参照
とあるようにマフラー等の配管内部は圧力がかかっています。
排圧が高いと
排圧が高いとどうなるのでしょうか？
先程書いたように背圧が高ければ抵抗が増し、上手く吸気できくなります。
車のエンジンは空気を多く取り入れ無ければパワーは出ません(厳密にはそれに見合った燃料も必要)。
ですので排圧が高いとパワーも出ず、スムーズにエンジンも吹け上がりにくくなります。
排圧が低いと
逆に背圧が低いとどうなるのでしょうか？
排圧が低いと排気ガスを引っ張り出す力が小さくなります。
【マフラーの径が太すぎるとどうなるのか？】
でも解説してあるのですが、マフラーは太いと排圧は低くなりますが、同時に空気の流れが遅くなります。
流速が速ければ、それだけ排気ガスを引っ張り出す力が生まれるので、それにより吸気も上手く吸えるようになります。
ですが、細すぎると排気ガスが詰まり気味になり、排気ガスが出にくいということは空気も吸いづらいという事になります。
NA車の排圧
NA車(以下NA)の排気の流れは基本的に
- エキゾーストマニホールド
- 触媒
- マフラー(中間やリヤ全て含む)
となります。
NAは背圧を下げ過ぎずに、ある程度の流速を与えて吸気をサポートさせてやる必要があります。
NAは高回転まで回るエンジンが多いですが、高回転のみを狙って太い配管にしすぎると低回転時のトルクがかなり落ち気味になります。
またエキゾーストマニホールド(以下エキマニ)の形状により排圧がかなり変わってきます。
「マフラーはノーマルで、エキマニだけ交換した方が乗りやすかった」
と何人かの方が言っていた事もありますので、エキマニによる排気の流れは本当に重要になってくるのでしょう。
ターボ車の排圧
ターボ車(以下ターボ)はタービンが付いているため、どうしてもタービンが抵抗になり排圧が上がり気味です。
ですのでNAよりも太いマフラー径にすることが一般的です。
ターボはタービンにより空気を圧縮しエンジンに取り込みますが、約1.0キロのブーストをかけた時と1.5キロのブーストをかけた時とパワーが変わらない場合があります。
(1つの例なので極端な説明にらなりますが申し訳まりません)
基本的にブースト圧はインマニで計測している事が多いため、インマニ内の圧力が1.5キロとブースト計に表示されていても排圧が高過ぎて排気できないために、エンジンに取り込まれる空気量は1.0キロ分しか入って行かない事があります。
ですのでブーストを上げていってもパワーが頭打ちしてしまうのです。
またターボには【一次排圧】と【二次排圧】が存在します。
一次排圧とは
一次排圧とはエキマニからタービン入口までの圧力の事を言います。
ターボはタービン自体が抵抗になるので、エキマニから出た排気ガスがタービンの抵抗により排圧が上がります。
エキマニを効率の良いタイプに交換するとある程度排圧は下がるのですが、結局タービンがある事で圧力は上がってしまうので、一次排圧を下げるならタービン交換を視野に入れる必要が出てきます。
ちなみに一次排圧を上げると低速のトルクが上がりますが、ブーストが高回転で下がってきてしまいます(タレてくる)。
一次排圧を下げると高回転までパワーが付いてきますが、低速トルクは落ちてきます。
二次排圧とは
二次排圧はタービン出口からマフラー出口までの圧力の事を言います。
タービン出口からマフラー出口までには、触媒やタイコ(消音器)等があり、これらが抵抗になってきます。
二次排圧が高くなりすぎると一次排圧も上がってきてしまいます。
極端ですが、マフラー出口を塞ぐと全ての配管の圧力が上がりますよね？
排気ガスの逃げ場がないので全体の排圧が上がってしまうのです。
なので排圧を下げず、無理にブーストを上げると車が壊れてしまう可能性が高くなります。
対策としてメタルキャタライザー(スポーツ触媒)に交換したり、スポーツマフラーにしたりする事で二次排圧を下げる事ができます。
同時に一次排圧も下がるのでタービンもスムーズに回りパワーが出てきます。
私個人の意見になってしまいますが、スポーツ触媒に交換するだけで、かなり高回転までブーストが下がらずにパワーの出る車になりました。
まとめ
エンジンは吸気と排気を繰り返して動いています。
排気ガスはマフラー等の配管を通り出ていきますが、それが抵抗となり排気圧力が出てしまいます。
ある程度の圧力が無いと低速トルクが落ち込み、乗りにくい車になってしまいますが、高すぎるとエンジンに悪影響を与える事になります。
NAの車ならエキマニが特に重要で、エキマニだけで高回転までしっかりと回る車になる事もあります。
ターボならタービンが回りやすくするために、まずは二次排圧を下げるようなチューニングをしてやるとブーストアップ時のパワーの出かたがかなり変わってきます。
ただ排圧を下げれば良いという訳ではないのも車の難しい所ですよね。
私も色々試して理想の車作りを目指していきます。
本日も最後まで読んでいただきありがとうございました。
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