クーリング革命

「28歳の革命」と「39歳別れの手紙」を見に行った話を後輩にしたら、
「マジっすか～？そんな映画見に行くなんて、アブナイっすよ～」
と言う奴がいました。なんかカチンときたので、
「その年で広く世界を知ろうと思わないお前らのが危ないわ！」
と言っておきました。自分は世界の歴史のことにあまりにも無知なのでお勉強のつもりで見に行ってきました。チェ・ゲバラが英雄なのかどうか、革命とは何なのかは自分には良くわかりません。
それにしても、話題の映画なのに保守的な田舎では両作とも観客はほとんどおらず、大きな劇場に片手で数える程度。先述の後輩のような人が大半なのかも。

ではでは本題。クーリングの話です。
まあ革命ってほどのことではなくて、こんなんできたらいいなーという妄想の話です。

一般的に、エンジンの冷却水はクランクプーリーからベルトを介して機械的に駆動されたウォーターポンプによって圧送され、エンジン内を通ってラジエータで熱交換して冷やされ、またエンジン内へと循環しています。冷却水経路にはサーモスタットが設けられ、始動直後など冷却水が低温の場合はラジエータからの流入を制限します。またラジエータにはファンが設けられ、熱交換を促します。

というシステムをもっと改善できないか？というのがこの妄想の趣旨です。
この「既存のシステム」は自分のクルマを基準に考えていますので、電動ポンプなどすでにこれより進んだシステムが実用化されていることは承知していますが、そういう最先端の話ではなくて、あくまでレトロフィットとしてのクーリング革命なのです(^-^;)


1.電動ファン
これはもう、今どき電動じゃないの？と言う感じですね。
昔は縦置きエンジン車はみんなエンジンに機械的に駆動されたファンがついていました。「ファンベルト」なんて言葉ももう死語ですね。
クーリングは外気温や走行速度によっても要求が異なりますので、温度制御が好ましいと思いますが、これを電動ファンで実現します。
レトロフィットのためには温度制御のセンサやコントローラが必要ですが、これは市販のものもたくさんありますし、簡単なものなら自作もできそうです。
ファンのON-OFFのみならずPWM制御によって回転数を抑えればより細かな制御ができ、不必要なエネルギー消費・騒音ともお別れです。

クルマのカタログといえばエンジンの説明ページがあって、こんなふう←にファンの付いた状態の写真やイラストが載っていたころが懐かしいです。




2.電動ウォーターポンプ
ウォーターポンプは先述のようにエンジンで直接駆動していますので、その回転数はエンジン回転数に比例することになります。回転数が高くなって発生するパワーが大きくなれば高い冷却性能が必要となりますからその点では理にかなっています。
しかし乗用車の場合、様々なシーンで満足なクーリング性能を発揮せねばなりません。たとえば炎天下の渋滞でもオーバーヒートするわけには行きませんし、それなりの高負荷走行もこなさなければならない。
そのため、極端に高回転を多用するとポンプ回転数が高くなりすぎキャビテーションを起こすなどの不具合が起こる場合もあります。そこでポンプ回転数を抑える「アンダードライブプーリー」なんていうパーツもあるわけですが、これでは真夏の渋滞は乗り切れないでしょう。
あるいは、暖気前など、不必要なポンプ駆動にも動力を割いています。

つまり、エンジン回転数とポンプ回転数が比例していることに少し無理があるのです。これは機械式のポンプをベルト駆動する以上そうならざるを得ませんが、これを解決するのが電動ウォーターポンプです。
水温に基づき回転数制御(＝流量制御)を行えば効率よくクーリングできます。また、エンジンが直接ポンプを駆動しないため、出力・レスポンス共に向上する可能性大です。
さらに、走行風を最大限使え、なおかつエンジン回転数の低い巡航時などは大きく燃費性能が向上する可能性もあります。

このようにメリットの大きな電動ポンプは、市販車ではBMWが他メーカーに先んじて1シリーズで実用化したことはご存知の通りです。他メーカーもまもなく相次いで実用化することでしょう。
レトロフィットな製品も、ポンプそのものを置き換える汎用/車種別の製品や、モーターによって既存のポンプを駆動する方式の製品などがあります。
こうした製品のほとんどは海外のものです。
こんな製品を見ていると、海外には我が国と違って古いものに愛着を持って長く使う風習があるように見えます。ちょっとうらやましいです。アメリカのクルマ文化は諸悪の根源のように言われていますが、素敵な面もあると思います。


3.サーモスタット撤去
ポンプの電動化によって可能になる(と思われる)のがサーモスタットの撤去です。
サーモスタットは温度に応じて開閉するバルブですが、その構造上クーラントは狭い流路を通ることになり、ポンプ損失の一部になっています。ポンプの流量制御で適温に保てれば、これを撤去できるのでは？と思います。
走行条件が限られたクルマの場合は問題なさそうですが、普段使いのクルマでどうか…という感じですね。

これも先述のBMW1シリーズでは電子制御サーモスタットを搭載することで既存のサーモスタットの問題点に対する回答を出しています。
これを既存のクルマに搭載する場合、汎用の電磁弁を使えば可能でしょうか…？





4.クーラントヒーター？
冬の朝、エンジンをかけても水温はすぐには上がらず、水温が上がらないからヒーターもデフロスタも効かず、仕方ないから水をかけて…なんていう方も居ると思います。エンジンスタータで長時間暖機運転するから平気！なんて言う方もいるかも知れません。

一般に暖機前の低温状態では、始動の安定化や暖機を早めようと燃調に補正が入り燃料を増量します。それでもアイドリングでは発生熱量も少ないですから、暖機までに時間がかかることになり、環境面・経済面からもあまり良いことではありません。

また、冬季などたとえば0℃付近から安定水温である80℃付近まで温度が変化するとなるとエンジン自体の寸法変化もかなり起こるはずです。
そのような状況下でエンジンを運転することはエンジンにとっても大きな負担となるはずです。

つまり、理想を言えばエンジンを温めてから始動するのがエンジンのためにも、環境のためにも、そしてユーザーのためにも良いと思うのです。

そこで考えたのがホットスタートデバイスたるクーラントヒーターです。
クーラントのヒーターって、なんとも矛盾したネーミングですね(笑)
考え方はものすごく単純で、エンジン始動前にヒーターで冷却水を温めてしまおうというものです。冷却水経路の一部にヒーターを設けて加熱するわけですが、ここで上記の電動ポンプが生きてきます。自然対流では全体が温まるのにかなり時間がかかるでしょうから適宜ポンプで循環させてやる必要があります。
始動前にある程度水温が上がっていれば上述の問題はすべてクリアできるはずです。

ここでエンジン始動前の電力が問題になると思います。
数Lもある冷却水を数十度も上昇させるエネルギは相当なものです。ましてや冬の朝ですから、バッテリからでは到底まかなえないでしょう。

そこで、プラグイン・ホットスタートなんてのはどうだろう？と思っています。
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冬の寒い夕暮れ時、愛車にプラグをつなぎガレージを後にする。
とびきりよく冷えた翌朝はコーヒーを飲みながら家の中のコントローラでスイッチを入れ、プラグからの電源供給でヒーター及びポンプを駆動してプレヒーティングを行う。
コントローラの水温表示を見て、適温になったところで「そろそろ行くか」。
プラグを外していつもの通りスタータを回せば、温められたエンジンはすぐに目覚め、アイドリングも安定、暖房もすぐに温風を吹き出す。今日も快調。

プラグにつながれた間はバッテリ電圧の監視を行い、必要があれば補充電を行っているのでバッテリ上がりなんてトラブルも皆無。

一通りメーター類を確認したら、ギアを入れてさあ出発。
おっと、エンジンは暖機してても、ミッションはまだだから、焦りは禁物。
ゆっくりクルマと対話しながら出かけていくとしよう。
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なーんて、夢のような(？)生活が実現するかもしれないわけです(語り口調は謎)。


5.まとめ
以上の項目を満たせば
・冷機時の排ガス問題解消(エンジン始動時から暖機状態)
・燃費・エンジンレスポンスの向上(ポンプ及びファンの損失低減)
・長時間の暖機運転の燃費・騒音問題の解消(暖機状態、暖房もすぐ効く)
・バッテリ上がりトラブルの解消(プラグ接続時に点検、充電)

など多くの性能向上の可能性を秘めています(と思っています)。
もちろんプラグをいちいち挿すなんて面倒だ、という人もいるでしょう。
でも、これは古いクルマを快適に、かつ環境問題など時代にマッチさせながら乗る案ですから、これからの時代に古いクルマにわざわざ乗ろうという人はそれくらいの苦労はいとわないはずです。
時代が変われば人間も変わらければならない部分があります。機械も同じことですが、残念ながら機械は自分では変われません。でも我々が変えてゆくことはできるのです。我々とクルマのより良い関係のために！今こそクーリング革命を起こそうではありませんか！


…とかなんとか偉そうなこといって、現状ではまだファンの電動化くらいしか目途が立っていませんが(笑)
ほとんどBMWのまねじゃないか！という意見もあるでしょうが、そうです。良いものなんだからまねすれば良いと思っています。それに、これをレトロフィットすること、また、普通の人ならめんどくさがってできないこと(プラグイン)をすることに意味があるのです。
こんなことができるのは、我々クルマ好きだけなのです。多くの人にできないことは、効果があったとしてもメーカーからは提案できないからです。


…妄想の駄文に最後まで付き合ってくれた方がもしいたら、ありがとうございましたm(-_-)m自分なりぼちぼちやってみたいと思います。