石油枯渇

Dec 14, 2023

重要なエンジンコンポーネントにオイルが流入しないと、悲惨な結果が生じる可能性があります。エンジンは、オイルサンプ、入口回路、オイルポンプ、圧力リリーフバルブ、オイルフィルター、オイルギャレー、ドレンバックで構成される閉ループ潤滑システムを使用します。この記事のために私たちが話を聞いた専門家によると、オイル枯渇は通常、オイルの逆流またはエンジン内のオイル管理の失敗が原因です。

「あらゆる潤滑システムの基礎は、エンジンのオイル需要です」と、メリングエンジン部品担当アフターマーケット製品担当副社長のマイクオスターハウスは述べています。彼は、エンジンの最も高い特定の要求率 (エンジン 1 回転あたりのガロン) がホットアイドル状態にあると説明します。「オイルポンプは高温アイドル時に適切な流量を供給できるサイズになっており、エンジンはその流れに抵抗を与え、結果的に油圧が発生します。エンジン温度が上昇すると、内部クリアランスが増大し、オイルの粘度が低下します。両方ともこれらの効果によりエンジンの抵抗が減少し、それによってエンジンのオイル需要が増加します。」

オスターハウス氏によると、最近では最新モデルのエンジンでの給油の問題は比較的まれですが、ポンプの位置によってはオイルポンプのプライミングが問題になる可能性があります。「最新モデルのエンジンに関する問題はほとんど聞きません。これは、オイルがサンプに戻るのを改善するように設計されたブロックとヘッドによるものだと考えられます。シリンダーヘッドからサンプに戻る専用のオイル通路と、それをカバーするウィンデージトレイサンプ全体は後期モデルのエンジンに典型的なものです。裏を返せば、古いエンジンではオイル枯渇が起こらないようにオイルの排出を改善するために注意を払う必要があるということです。」

ただし、一部のエンジンは他のエンジンよりもオイル不足になりやすいため、すべての最新モデルのエンジンでオイル供給の問題が明らかになるわけではありません。「後期モデルの用途として思い浮かぶのは、GM LS7 とフォードモジュラー V8 です」とオスターハウス氏は言います。「オリジナルの LS7 オイルパンの設計では、高速コーナリング中にピックアップチューブの端が露出することがあり、オイル不足が発生しました。アフターマーケットのオイルパンはこの問題を修正しました。」

オスターハウス氏は、フォードのモジュラー V8 オイルポンプの裏側には薄いアルミニウムのカバープレートがあり、漏れが発生しやすいと付け加えています。「これにより、高圧オイルの一部がタイミングカバーに向けて排出されます。漏れたオイルが 2 本のオーバーヘッドカムシャフトタイミングチェーンによって吊り下げられたままになるため、飢餓の問題が発生しました。メリングの交換用および高性能フォードモジュラーオイルポンプは鋳鉄製です」この問題を解決するカバープレートです。」

新しいエンジンではオイル枯渇は問題にならないかもしれませんが、ピックアップチューブの長さが長くなり、オイルポンプの位置が変更されたため、オイルポンプのプライミングがより問題になる可能性があります。冷間始動時にオイルポンプがオイル内に留まることはなくなりました。オスターハウスによれば、この設計により、メリング社は後期モデルのポンプ呼び水特性を改善したという。しかし、取り付け業者は、オイルポンプとエンジンを初めて始動するときに必ず適切にプライミングする必要があると同氏は警告する。同氏は、オイルピックアップへの不適切な改造はエアレーションやキャビテーションを引き起こす可能性があると述べた。

Schumann's Sales & Service の社長である Verne Schumann 氏は、LS エンジンにはメーカー側からいくつかの問題が組み込まれていると述べています。「燃費という点では合理化したほうが良いかもしれないが、オイルポンプの機能に関して言えば、最終的にはその目的に悪影響を与えることになる、と彼は言う。」

シューマン氏によると、GM は燃費を向上させるために、ボンネットをできるだけ低くし、パンをできるだけ平らにすることを望んでいます。「エンジンは最終的に非常に長いピックアップチューブを使用する必要があり、オイルポンプはエンジンのカムシャフトのできるだけ高い位置に取り付けられます。オイルポンプが嫌う点の1つは、非常に長い間吸い込むことです。「彼らは垂直リフトを好まないのです。では、GM は何をしているのでしょうか? 彼らはオイルポンプをかなり高いところに設置しています」とシューマンは笑いました。

シューマンは、おそらく夏に休暇に出かけるであろう LS オーナーの逸話を引用しています。「彼が家に帰って新しいカマロに飛び乗り、クランクを上げると、ポンプに呼び水が入りません。それは、残留オイルが滴り落ちて、空気を吸っています。純正の LS オイルポンプにはポンプとブロックの間に適切なシールがありません。当社では O リングを使用して機械加工しています。」

注意すべき点は、オイルポンプは実際にサンプからオイルを吸い込むわけではないということです。オスターハウス氏は、ポンプが内部に部分真空を作り出し、クランクケース内の周囲圧力によってオイルがピックアップチューブを通ってポンプに押し込まれることに注目しています。「冷たいオイルは流れの抵抗が大きくなるため、温度がこれに影響し、寒い日にはオイルポンプの呼び水にかかる時間が長くなります。」

オスターハウスによれば、オイル中の空気は体積の 7% ～ 8% と推定されており、ポンプの入口圧力が低下すると空気が逃げ、泡が発生します。「ピックアップチューブが適度に制限されている場合、入口回路内でオイルが空気を混入する可能性があります。これにより、ポンプの体積効率が低下します。空気を含んだオイルは膜強度、潤滑性、熱伝達能力を低下させ、オイルは圧縮性になります。これにより、加速が発生する可能性があります」磨耗と不安定なリフター、タイミングテンショナー、カムシャフトフェイザーの動作 (油圧コンポーネント)。エアレーションの次のステップはキャビテーションです。」

オスターハウス氏は、ピックアップチューブが著しく制限されるとキャビテーションが発生すると付け加えた。「その結果、オイルはポンプの入口側のオイル内に蒸気泡を形成するほど十分に低い入口圧力を受けることになります。蒸気泡によってポンプは正しく充填されなくなります。蒸気泡はその後、ポンプに輸送されます。」吐出ポートでは、ポート内の高圧により気泡が破裂し、その際に膨大なエネルギーが放出され、騒音が発生したり、オイルポンプ内部に孔食や表面侵食を引き起こす可能性があります。

クランクシャフトに取り付けられたオイルポンプでは、オイル管理がさらに困難になります。「動作速度を比較すると、古いカムシャフト駆動のオイルポンプはエンジン速度の半分で動作し、オイルサンプ内に収まっています」とオスターハウス氏は説明します。「ピックアップチューブは通常、クランクシャフトの前部に配置されエンジン回転数で作動する後期モデルのクランクシャフト駆動オイルポンプと比較して非常に短いです。後期モデルのクランクシャフト駆動オイルポンプは、組み立てに対応するためにはるかに大型です」古いカムシャフト駆動ポンプは通常、1/2 インチのドライブシャフトを使用していました。ピックアップチューブの長さ、速度、サイズの増加はすべて、新しいクランクシャフト駆動のオイルポンプに不利に作用します。そのため、後期モデルのクランクシャフト駆動オイルポンプを設計・製造する際には、公差、仕上げ、材質、流路などを慎重に考慮する必要があります。」

オスターハウス氏によると、圧力リリーフバルブはオイルポンプの出力を調整する機能があるが、キャビテーションの発生を遅らせるという重要な役割も担っているという。「エアレーションとキャビテーションも高速動作に関連しています。これらは、オイルが内部ポンプチャンバーを満たすことができなくなる点まで速度が上昇すると、どのポンプでも発生します。前述したように、入口圧力が以下の値に低下すると、蒸気点を超えると、油中に油蒸気の泡が形成され、キャビテーションが発生します。」

しかし、圧力リリーフバルブは、出力流の一部をオイルポンプの入口ポートに戻すように設計されているため、役に立ちます。「バイパスされた高圧オイルは局所入口圧力を上昇させ、エアレーションとキャビテーションの発生を押し戻します」とオスターハウス氏は述べています。「これにより入口が過給され、ポンプがより高いエンジン速度で効果的に動作できるようになります。バイパスされたオイルをポンプ入口ではなくサンプに向け直すために行われた変更は、オイルポンプに悪影響を及ぼし、キャビテーションが発生する可能性があることに注意することが重要です」エンジン回転数が低い場合に発生します。」

オイルがサンプに戻るのを妨げないようにするには、オイルを適切に排出することが重要です。「適切なオイル管理により、ピックアップチューブの端をオイルに浸し続けるのに十分な量のオイルがサンプ内に確保されます。」とオスターハウス氏は付け加えます。「オイルがサンプに戻るのが遅いのは、風損、加速、減速、コーナリング、車両の高度によって引き起こされます。これらはすべて、オイルがサンプに戻るまでに必要な時間に影響を与え、入口がオイルピックアップチューブに露出する可能性があります。

ウェットサンプシステムまたはドライサンプシステムの使用を選択する場合は、用途を検討する必要があります。一部のレースクラスではドライサンプシステムが使用できない場合があります。当社の専門家は、給油のニーズに本格的なドライサンプシステムが必要かどうかを検討する必要があると述べています。車のエンジンを低くするにはオイルパンの高さを下げる必要がありますか? 持続的な高速動作 (8,000 rpm 以上) が必要ですか? その場合は、ウェットサンプよりもドライサンプシステムの方が優先されます。しかし、ほとんどの用途では、適切に設計され実行されたウェットサンプシステムが高馬力用途でも効果的に機能します。ウェットサンプポンプには、軽量化、複雑さ（および故障モード）の軽減、およびコストの削減という利点があります。

「アフターマーケットでは、1,500 馬力以上の用途にウェットサンプ潤滑システムを使用した例が数多くあります」と Osterhaus 氏は述べています。「後期モデルの OE の例は、2020 フォードマスタングシェルビー GT500 用にメリングによって製造されたウェットサンプクランクシャフト駆動のオイルポンプです。これは 5.2L スーパーチャージャー付きプレデターエンジンで、760 馬力と 625 ポンドフィートのトルクを生成します。世界で最もパワーとトルク密度の高いスーパーチャージャー付き量産 V8 エンジンであるという特徴を備えています。」

シューマン氏は、OEM 工場のエンジニアはオイルポンプを容積需要より 30% (±5%) 大きく設計していると説明します。「エンジンが磨耗すると、その 25 ～ 30% が失われ、最終的にポンプの容量は磨耗したエンジンより 10% 多くなります。すると、電話がかかってきます。『油圧が悪い』ということです。」ビッグブロックモーターでは一般的な毎分 10 ガロンを消費するエンジンがあり、5 ステージのドライサンプが毎分 35 ガロンを排出する場合、エンジンは依然として 10 ガロンを必要とします。では、なぜ 3 倍の容積を作る必要があるのでしょうか。適切に設計されたウェットサンプシステムは、最小限のエアレーションで 10 ガロンのオイル流量を生成することができ、ピックアップチューブ、スクリーニング、バルブへの応答時間が速くなります。 4,000 ～ 6,000 ドルのドライサンプポンプと同じ速度です。」

当社の専門家によると、ドライサンプには依然として明らかな利点があり、複数のステージをリンクして必要な仕様に合わせてカスタマイズできるためです。そして、大きなリザーバータンクがありますが、シューマンによれば、それは冷却タンクと対気分離タンクにすぎません。

「実際のところ、ドラッグストリップやオーバルトラックに行く場合、100 台の車をランダムに取り出してボンネットを開けると、90% 以上の車がウェットサンプエンジンを搭載していることがわかります。」指摘している。

シューマンによれば、油圧は単なる基準であり、毎分ガロン (GPM) 流量とはあまり関係がありません。「圧力よりも GPM の方が望ましい特性です。なぜ NASCAR チームは油圧を 15 ポンドまで下げたのでしょうか? 彼らの流量は毎分 30 ガロンだからです。つまり、彼らは実際には流量だけを気にしているのです。」

シューマン氏によると、油圧計はメーカーごとに異なります。「それらは、容積に関係するものを示すものではありません。エアレーションやオイルの汚染を示すものでもありません。エンジンダイナモでモーターを暖機して、まだオイルが滴っている間にドレンプラグを取り外します。次のコマンドでモーターを始動します。」ドレンプラグを外すと、油圧計はほぼ元の位置を示します。ギアには潤滑油が供給され、オイルの供給がないため空気ポンプに変わり、圧力計には「素晴らしい、50 ポンドの圧力があった」と表示されます。空気圧、レースに行きましょう。」

エンジン製造業者が圧力ではなく流量に重点を置くことができるよう、シューマン社は、今年の初め頃に導入される新しいガロン毎分 (GPM) 計量システムのテストの最終段階にあります。シューマン氏によると、重さ約20ポンドのポータブルユニットになるという。エンジンダイナモ、エンジンランスタンド、またはレーストラックで使用できます。

シューマン氏は、工場が年間 25 ～ 50 台の LS エンジンを製造している場合、通常、適切な圧力を得るために何をすべきかは知っていますが、粗利益率についてはまったく知らないと付け加えました。「NASCARの例に戻ります。彼らは15〜20ポンドの油圧を心配していません。彼らはエンジンを通過する30GPMのオイルを心配しています。」

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