コンロッド技術：企業と顧客のコラボレーション

なぜテクノロジーはこんなにも興味深いのでしょうか? 私の場合、それは常に変化するからです。それが何であれ、そして私たちが何かを作ったとしても、私たちは常にそれをより良くするために努力します。テストによって実証されたテクノロジーもありますが、より重要なのは、実際の使用と乱用です。その一例がコンロッドです。

コネクティングロッドが他のエンジンコンポーネントと比べて多かれ少なかれ酷使に耐えられるかどうかはわかりませんが、それは明らかに異なる方法です。コネクティングロッドに作用する力を簡単に調べてみると、エンジンのコンポーネントについて学ぶというよりも、高度な科学数学に入っているような気分になりましたが、それがすべて科学と数学に関するものであることを理解するのに十分な知識を持っていたので、驚きはしませんでした。

それを理解しようとするよりも、テクノロジーで生計を立てている人々の視点を取得し、コンロッド設計の最新の側面を垣間見る方が簡単だと思いました。情報探求の最初の段階で私は CP-Carrillo にたどり着きました。

Carrillo Industries は 1963 年の設立以来、高性能コンロッドで知られていましたが、2008 年に CP ピストンズに買収され、それ以来 CP Carrillo として知られています。彼らの豊かなレースの歴史とその名前は、エンジンビルダーにとってよく知られたものです。

Christoph Wachmann 氏は、コンロッド開発についての概要を教えてくれました。ドラッグレース用のコンロッド技術における最新の進歩は、新しい高強度アルミニウム合金、熱処理、およびプロセスルートです。さまざまな鋼製コンロッドの用途では、高張力鋼合金、熱処理、軽量設計が最新の新開発の 1 つです。「そして最後に重要なことは、ピストンとコネクティングロッドのアセンブリとしてシステムを最適化するための新しい設計アプローチです」とワハマン氏は付け加えた。

歴史的に見て、最も一般的な故障はボルト/組立プロセスの欠陥に関連しており、その結果、ボルトクランプの負荷が不十分でした。また、ノッキングやタイミングの問題の結果、シリンダーのピーク圧力の上昇によるビームの故障も確認しています。

新しいロッドの技術をエンジニアリングする場合、設計から始まり、テストルーチンには有限要素シミュレーション、パルステスト、エンジンテストが含まれ、必要に応じて何度も繰り返されます。「パルス試験は、潜在的な構造上の問題について非常に良いフィードバックを与えることができます」とワッハマン氏は言います。「潜在的な動的問題や接触面とベアリングの摩耗を検証するには、エンジンのテストがまだ必要です。」

コネクティングロッド設計の最大の課題は、軽量、耐久性、ピストンとクランクシャフトアセンブリのシステムパフォーマンスの最適な妥協点を見つけ、限られた利用可能なスペースの中でその妥協点を見つけようとすることである、とワハマン氏は説明しました。

コネクティングロッドの設計には、重量や強度などの多くの要素が含まれます。ワッハマン氏は、大端部の楕円化やベアリングの摩耗を防ぐためには、特定の領域の剛性が非常に重要であり、動的挙動 (共振周波数) も重要であり、これらが重要な設計側面であると指摘しました。

ワッハマン氏は、彼らが取り組んでいる最も要求の厳しいパフォーマンスセグメントは、スプリントカー、マイクロスプリントカー、NHRAトップフューエルであると語った。コネクティングロッドの設計に影響を与えるフィードバックのかなりの部分は、カウンターウェイト、オイルジェット、ピストンクラウンなどの他のコンポーネントの影響を受けるエンジン内の利用可能なスペースに集中しています。

「エンジン製造業者に目立つために、CP-Carrillo は完璧な品質、再現可能な耐久性、軽量に重点を置いています」とワハマン氏は言います。

ワッハマンから学んだことで、複雑な数式を使うよりもはるかに、コンロッド開発の世界をよく理解することができました。また、これからの旅の新たな一歩も得られました。

この件については、Manley Performance Products の Trip Manley からいくつかの洞察を得ることができました。レース業界の代名詞であるマンリーパフォーマンスは、1966 年にハンクマンリーによって設立されました。彼らのビジネスの最初の数十年間は、ドンガーリッツ、ボーロウズ、ジョーモンデロ、ビルジェンキンス、「ジャングルジム」リバーマンなどの顧客との関係によって特徴づけられました。

Trip 氏は、製造業が彼らにとって重点を置いている分野であり、ダイナミックフライス加工を含む製造プロセスの大幅な改善が行われたと説明しました。長年にわたり、彼らは、コンロッドの故障の大部分は、ファスナーの不適切な取り付けとベアリングの回転が原因であると考えてきました。

Manley Performance は、コンロッドの研究開発計画を構築するために、顧客からのフィードバックに依存しています。「私たちは、これらのエンジンやコンポーネントの限界を押し広げようとしている熱心な顧客ベースに耳を傾け、そこから学びます」とトリップ氏は言います。

マンリーパフォーマンスでは、コンロッド設計のテストは多面的な作業です。「有限要素解析 (FEA) は確かに便利ですが、FEA の鍵となるのは、すべての入力データとパラメーターが正確であることを確認することです」とトリップ氏は言います。私がダイナモテストは有益なのか、それとも彼らが使用する一般的な方法があるのか尋ねると、トリップ氏はテストプロセスはロッド自体とその用途によって異なる可能性があると説明しました。

「これは、『1 つの靴ですべてに適合する』プロセスではありません」と彼は言います。「これまでの経験と設計は絶対に役に立ち、高ストレスの重要な領域を知っています。ダイノテストは役に立ちますが、最終的にはトラックで真のパフォーマンスが測定されます。」

新しい素材ではありませんが、Manley は 15 ～ 20% の強度向上が必要な場合にコンロッドに 300M 合金鋼を使用していますが、重量と強度はコンロッドの 2 つの重要な要素であるとして、製作者は重量を抑える必要があります。しかし、最終的には信頼性が最も重要です。

300M 合金鋼は、真空アーク再溶解 (VAR) と呼ばれるプロセスを使用して製造されます。簡単に言えば、非常に高品質の金属が生成されます。金属を開放炉で溶解すると、液体にガスが溶解します。これにより金属内に不純物が生成され、強度に影響を与える可能性があります。 VAR を使用すると、金属が真空中で溶解され、この真空下で液体金属からガスが逃げて不純物が防止され、非常に強い材料が得られます。もちろん、これは高価なプロセスですが、アプリケーションが要求する場合には価値があります。

マンリー・パフォーマンスは、業界のあらゆる面にコネクティングロッドを提供しており、克服すべきスペースやクリアランスの制約がある面を除けば、これより大きな課題を抱えている面はないと述べています。

「エンジン製造業者に目立つために、私たちは適切な強度重量比、宝石のような加工、厳しい公差、そして最終的には信頼性に重点を置いています」とトリップ氏は言います。「顧客はマンリーコンロッドが信頼できることを知っています。」

業界の多くの側面と同様に、エンジン製造会社と Manley や CP-Carrillo などの企業は、性能を発揮する製品を開発するために協力しています。コンロッド技術の開発において、人間の側が最も重要な部分になる可能性があるようです。EB