内燃機関超基礎講座 | レーシングエンジンの熱交換器。設計製造は「非常識」との戦い
コスト削減に向けた動きが強まる昨今では、レーシングエンジンにも、高い耐久性と信頼性が要求される。それらを確保する上で、高性能な熱交換器は不可欠ともいえる存在だ。レース用熱交換器ならではの課題とは何か？ その解決のため、設計者は何を考え、どのような手法を採るのだろうか？
TEXT：松田勇治（MATSUDA Yuji）
熱交換器は、エンジンが作動する上で利用している各種の流体を通過させ、その過程で流体が持つ熱を大気中に放出することで、温度を低下させる装置である。量産車エンジン用でも、レーシングエンジン用でも、装置としての役割はまったく同じだ。また、現在では熱交換に関する基礎的な技術が相当高度なレベルに達していることもあり、レーシング・エンジン用であっても、基本的な構造面は量産用とそう大きくは違わないという。
しかし、レーシング・マシンに特有の事情から、量産用とは異なる要件も存在する。たとえば、設計要件には「寿命」の検討が必要になる。量産車の場合、熱交換器そのものの経時による性能劣化は無視できるレベルだから、新車製造工程で装着されたものは、クルマの生涯を通じて無交換が基本だ。対してレーシング・マシン用の熱交換器は、コース上を周回するうちにフィンが飛石で潰れたり、タイヤかすが詰まってしまうことが避けられない。
そのような状態になったフィンが生じたチューブは、通風抵抗を減らすために列ごと折りたたむ。当然、その量が増えるにしたがって、熱交換性能は低下していく。スーパーGT用を例にあげると、だいたい3000kmの走行で30%性能が低下するという。
昨今はレース界でも経費削減の風潮が強まっており、定められた寸法、重量、コストの中で、いかに性能低下分のマージンを織り込んでおけるかが、設計者の腕の見せどころのひとつになるわけだ。
量産用とレース用で大きく異なる場合があるのは、その形状だ。特に純レーシング・マシン用では、空力面の要求から特殊な形状が求められることが珍しくない。対応のためには、製造技術に加えてシミュレーション技術などの面も重要となってくる。
レーシング・マシンの場合、インテークダクトの絞りや、内部で起こる渦流などの影響で、コアが本来持つ能力を100%発揮させることはできない。その点をふまえ、要求通りの形状を実現した上で、冷却性能に悪影響を与えないことが必要だからだ。