パワーのための配管: 組み合わせに最適なヘッダーを選択する方法

排気流を最大化することは、あらゆる高性能エンジンから最高のパフォーマンスを引き出すための重要な要素です。 93 オクタン価の 400 馬力のファクトリー マッスル カーであっても、ニトロを燃やすトップ フューラー製のマッスル カーであっても、適切に設計されたヘッダー セットは最適な掃気を生み出し、エンジンの潜在能力を最大限に発揮します。

誘導チューニングと同じように、排気チューニングにも科学があります。 一次パイプのサイズと長さ、およびコレクターの設計 (該当する場合は排気システム) により、使用済みガスは最小限の制限でシリンダー ヘッドから流れることができ、エンジンからのポンピング力も最小限に抑えられます。

ヘッダーを見ると、いくつかの重要なオプションに直面することになります。 どのヘッダーを選択するかは、エンジンの種類、ボンネット内の物理的スペース、予算、そして場合によってはクラスの制限によって決まる可能性があります。 ありがたいことに、ボルトインヘッダーからエンジンやシャーシの特定のニーズに合わせて設計、構築された完全カスタムヘッダーまで、あらゆるものを販売しているヘッダーメーカーが数十社あります。 さらに、ヘッダーの材質とコーティングを使用するかどうかを選択する必要があります。

「最適なレーシングヘッダーを選択する際、主に考慮すべきことはエンジンの種類です」とバーンズステンレスのオーナー、ビンス・ローマン氏は語ります。 「また、エンジンはインラインですか、V タイプですか? また、用途は何ですか? 明らかにドラッグ レース エンジンについて話していますが、より重要なのは、ラインを離れてシフトするのにどの rpm を使用するか、そしてどの rpm でエンジンが作動するかということです」フィニッシュラインを越えたときのエンジンの到達距離は？」

同氏は続けて、「排気ヘッダーの設計は、モーターが動作する回転数帯域に大きく依存します。また、どのような改善を求めていますか?下端を改善したいのか、上端の回転数を増やす必要があるのか​​、 ? エンジンの回転帯域は、排気プライマリのプライマリ サイズと長さを決定する際に重要な役割を果たします。また、シリンダ ヘッドについても考慮してください。シリンダ ヘッドが異なれば、取り付けボルトのデザインとポート サイズも異なります。排気プライマリには通常は問題ありません。ただし、プライマリチューブが小さすぎる、またはポートと排気が一致していないなどの障害物が存在しないこと。」

ステンレスヘッダー製造社のスティーブン・ジマーマン氏は、「考慮すべき点は、市販品が本当に必要なレベルで機能するかどうか、それともそれぞれの条件に合わせてカスタム構築されたセットの方が適しているかどうかということです」と付け加えた。レーサーのユニークなエンジン構成。また、設計上の考慮事項では、一次チューブのサイズ、材料の種類、コレクターの合流直径を考慮する必要があります。その後、一次長さ、合流サイズと出口サイズ、段階的なサイジングなど、他の側面/変数に向けた作業を開始します。コレクターまたはメガホンの長さ。」

まずはプライマリチューブのサイズを正しく設定することから始めましょう。 これを正しく行うことで、最大のパワーと最も使いやすいパワーバンドが生まれます。 ここで、車両の重量、トランスミッションの種類、ギアが関係します。 たとえば、軽量スティックシフトストッカーに積まれた 350 シボレーは、高回転で発進する可能性が高く、エンジンがパワーバンドの低域に達することはありません。 この場合、低速トルクの損失を心配することなく、ピーク rpm で最大の馬力を提供する、より大きなヘッダーを選択できます。 対照的に、ステーション ワゴンなどのより重い自動ストッカーに搭載されている同じエンジンでは、より小さなプライマリが必要になる場合があり、さらにはヘッダーに X パイプを追加して、低 rpm でのトルクを増加させる必要がある場合があります。

「一次サイズとコレクターの直径は、エンジンの立方インチ、シリンダー数、ピーク回転数/動作回転数に大きく依存しますが、最も重要なのは馬力レベルです」とジマーマン氏は説明しました。 「馬力はエンジンを通る空気流の直接的な結果であるため、馬力レベルが高くなるほど、空気流に対する要求も大きくなります。もちろん、他の側面、特にターボチャージャー、ブロワー、亜硝酸などの出力追加装置によってサイジングが大幅に変わります。」これに加えて、他の多くの機能に加えて、無数の方程式やアルゴリズムを実行して、ヘッダーのサイズを決定するのに役立つ優れたソフトウェア プログラムが数多くあります。ヘッダーのデザインを毎日扱う私たちにとって、これらのプログラムは非常に便利です。しかし、ワンオフ セットを構築する製造業者にとって、ソフトウェア プログラムの出費はそれだけの価値がないかもしれません。だからこそ、当社では、当社から購入する人か、当社から購入する人であるかにかかわらず、電話をかけてきた人には無料の技術および設計のアドバイスを週 40 時間提供しています。私たちはあらゆる建築業者を支援できる経験と情報を持っています。」

また、レーサーはステップヘッダーが必要かどうかをどのように判断すればよいでしょうか? ジマーマン氏はさらに、「段付きヘッダーの設計は通常、亜硝酸エンジンと自然吸気エンジン用に予約されていますが、ブロワーのセットアップでは選ばれた少数の例が見られます。段付きヘッダーは、より小さなチューブ内径を通じてシリンダーでのより高速の排気ガスの利点をもたらします。より大きなチューブ内径により、さらに下流側でより高い流量能力の利点が得られます。排気チューブ内では、適切な流れを維持するためにより大きなスペースが必要となる一方で、排気は依然として熱と燃焼によって膨張しているため、これはドライバーにとって素晴らしいことです。また、ヘッダー チューブでのスリップ ジョイントとその結果としての重ね溶接が可能になるため、製造業者にとっても有益であり、多くの場合、ヘッダー チューブの溶接が容易になり、接合部が強化される可能性があります。チューブの戻り特性 チューブに段差があると、小さなオーバーラップと圧力差が生じ、排気が下流に移動し続け、排気ポートへの逆戻りが防止されます。

「とはいえ、ステップ型ヘッダー設計が常に 100% 有益であるとは限りません。常に追加コストが発生しますし、狭い出力帯域幅内で動作するエンジンでは、より広い帯域幅で動作するエンジンの利点の一部が得られない可能性があります。」これに加えて、大きなチューブは本質的にエンジン ベイ内でより多くのスペースを占有し、コンパクトなアプリケーションではパッケージ化の悪夢となる可能性があります。また、ブーストされたアプリケーション、特にターボ セットアップにも悪影響を与える可能性があります。排気速度の一部が奪われ、ターボラグの増加を引き起こします。

「さらに、2 ステップヘッダーと 3 ステップヘッダーのどちらを選択するかは、パフォーマンスだけでなくパッケージングの問題にも大きく影響します。個々のステップの利点を実際に確認するには、ある程度の長さが必要になります。そして、ビルダーにそれしか余裕がない場合は、たとえば、長さ 20 インチのヘッダー チューブの場合、プライマリ チューブの長さを 33/33/33 に分割すると、各プライマリ ステップの長さは 7 インチ未満になり、50/50 に分割した 2 ステップ システムほど有益ではない可能性があります。各チューブの長さは 10 インチです。確かに、これらはすべて非常に状況に応じてエンジンに依存する変数であり、カムの仕様、ボア/ストローク比、燃料など、より多くのエンジン情報が入手可能なときにそれらの項目のいくつかについて議論するのが最善です。タイプもしばしば必要な要素です。」

Hooker Headers の Mark Emerson 氏は、「最適なプライマリ チューブとコレクタのサイズを決定する最善の方法は、トラックでその特定の組み合わせが最も好ましいものをメモすることです。それが常に最も費用対効果が高いとは限りません。そのため、Pipemax ソフトウェアのようなツールを使用すると、ユーザーは特定の情報を入力して、セットアップに最適なサイズの推奨事項を受け取ります。」 そしてご存知のとおり、優れた連続トラックテストほど優れたものはありません。

ローマン氏は、レーサーに「バーンズ ステンレスのウェブサイトにアクセスして、レース エンジンの仕様フォームに記入してください。バーンズは、レーサーがボア、ストローク、圧縮比、吸気および排気バルブのサイズ、カムシャフトの設計、エンジンの動作回転数範囲 エンジンの回転数帯域はプライマリの長さを決定する最も重要な要素であり、一方、プライマリ チューブの直径を決定するには排気量と出力が重要です。

「さらに、マージコレクターのサイズと設計は、用途、出力、動作回転数の範囲に基づいて決定されます。通常、マフラーを使用しないドラッグレース用途では、リバースコーンメガホンコレクターを使用すると利点が得られます。コレクターアウトレット[またはスロート]のサイズ」出口直径はアプリケーションによって計算されます. Burnsステンレスは独自のX-Designソフトウェアを使用してヘッダーとコレクターのサイズを決定します. コレクターのサイズ決定はボア、ストローク、バルブのサイズ決定、カムシャフトの設計などのエンジンパラメーターに基づいて行われます. ステップ数は決定されます」

設計の話題に留まり、一次チューブの長さが等しいことがどれほど重要なのかを尋ねました。 エマーソン氏は、「一次管の長さが短いほど、ヘッダーを通過する後続のパルスに対する最大の掃気効果を維持するために、一次管がコレクタに入る時点のタイミングを適切に計ることができます。」と述べています。

「これはヘッダー業界では非常に物議を醸すテーマです」とジマーマン氏は付け加えた。 「私の経験では、等しい長さのヘッダーがパフォーマンスに悪影響を与える例はほとんどありません。しかし、それが常に有益であるという意味ではありません。等しい長さのヘッダーは、より高い回転数で最大の効果を発揮するようです N/A [ 「自然吸気] エンジンと rpm に敏感なターボチャージのビルド。これは、パルス波伝播と流体力学の両方を含む数学と理論の世界全体に関係します。また、燃料の種類を変更したり、プライマリ チューブを大幅に増やしたりすると、費用対効果の比率も大きく変わります。一部のビルドでは、同じ長さから得られる利益が非常にわずかであるため、製造業者の時間のコストや最小限の利益のためにエンジン ベイのスペースを犠牲にする価値はありません。私たちの経験では、ヘッダーの設計と構築は実行されます。重要性の階層は、プライマリ チューブのサイズから始まり、次にコレクタ マージ サイズ、段付きヘッダーまたは単管サイズの必要性、そして最後に等長チューブと続きます。それは世界中の何千人ものレーサーや製造業者によって証明されていますが、私たちはそのデザインによって生きるか死ぬかということもありません。 これは主にエンジンに依存するソリューションであり、カスタム ヘッダーの設計や構築において最も重要な要素ではありません。」

続けてジマーマン氏は、「一次管のサイズ、（段付きヘッダーを構築する場合の）階段状のサイズ、およびコレクタのサイズは、一次長さよりも優先度の高い要素です。しかし、これらの他の要素を調整したと仮定すると、管の長さは間違いなく次の要素になるでしょう」と述べました。複雑になりすぎずに、チューブの長さは、動作エンジンの回転数またはピーク馬力の回転数、エンジン全体の排気量、ピーク馬力、燃料の種類、そして車両自体の用途に基づいて決定されます。オーバルダートトラックカーの -Y セットアップでは、耐久レースカーで使用されている同じ小さなブロックとはヘッダーの長さの要求が大きく異なります。世の中には、以下に基づいてプライマリパイプの長さを大幅に見積もることができる優れたプログラムがいくつかあります。さまざまなエンジンとカムシャフトのパラメーター。もちろん、本当のテストは常にダイナモチューニングと 400 分の 1 マイルの走行です。60 フィート、最高速度、その他の変化に注目することが最も重要です。非常に一般的なルールとして、親指 [特に該当なし]、短いチューブ ヘッダーは高回転用途に適しており、長いチューブ ヘッダーは通常、より低いトルク値に適しています。 一方、ターボシステムは通常、チューブの長さが短いとスプール時間が短縮され、同じ直径の長いヘッダーチューブと比較して排気速度が増加するため、利点が得られます。

「しかし、場合によっては、チューブのサイジングは、製造者が最初に考えているよりも間接的な場合があります。一般に、チューブのサイジングは馬力に基づいており、これは、rpm とエンジン体積効率 [VE] によって決定される空気流の直接的な結果です。ですから、そうです。」 , 回転数は、使用する最適なチューブ サイズに影響します。通常、高回転エンジンは、低回転エンジンよりも短いプライマリ チューブ長ヘッダーの方がよく反応します。これは、全体的な排気流と圧力波の結果です。高回転エンジン低回転数のシステムに比べて、排気バルブの開閉速度が速いため、排気パルスの周波数が高くなります。これらのパルスが排気システムを通じて反響すると、干渉し始め、排気が滞留する時間が長くなるにつれてチューブ内に乱流を引き起こす可能性があります。大気圏に抜ける前に。

「これは、より低い rpm エンジンが長いプライマリ チューブで良好に動作する正確な理由でもあります。排気パルスのレートが低いということは、パルスの振幅を下げ、システム内の根本的に乱流の流体運動の量を減らすのに役立つ排気に、より長い長さが必要であることを意味します。本当の層流はおそらく排気システムには存在しませんが、乱流が少ないほど、排気はシステムから出やすくなります。] この排気パルスの統合は、エンジンと同様に、長いチューブヘッダーの低速トルクを向上させるのに役立ちます。排気を強制的に排出するのに必要な労力が少なくなり、より多くの燃焼力を利用してより効率的なパワーを生成できます。」

コレクター

ご想像のとおり、ヘッダー コレクターには「最適な」スタイル/タイプはありません。 「理論的には、V-8 は通常、適切に最適化された Tri-Y 設計に最もよく反応します」とローマン氏は述べています。 「ただし、Tri-Y 設計はレースやエンジン設計の種類に合わせて最適化する必要があり、多くの場合、かなりのテストと最適化が必要になります。一方、マージ コレクターを備えた 4-into-1 設計は、X-Design を使用して最適に構成でき、通常は最良の結果が得られます」箱から出して。」

Zimmerman 氏はさらに、「すべてのエンジン アプリケーションには、独自の「最適な」スタイルのコレクタがあります。たとえば、N/A アプリケーションは、たとえば 3.5 インチのマージと円錐形の拡張がある真のマージ コレクタから大きな恩恵を受けるでしょう。 4 インチまたは 4.5 インチのコレクターに排出されます。合流点でのこの「ピンチ」はベンチュリとして機能し、コレクター内に低圧ゾーンを作成します。この圧力降下により、排気速度が増加し、4 インチのコレクターと相まって排気速度が増加します。すべてのチューブが同時に合流するため、シリンダーの掃気が大幅に向上します。

エマーソン氏はさらに、「選択するコレクターのタイプは組み合わせによって異なりますが、私たちはマージ スピアを追加した 4-into-1 マージ スタイルのコレクターを好みます。「4-1 スタイル」コレクターでは、コレクター全体を短くすることができます。必要に応じて、マージ スピアはコレクターに入る排気パルスの遷移を滑らかにしてパルス速度を維持するのに役立ちます。」

ヘッダーの材質とコーティング

ヘッダーを構築するときに一般的に使用されるいくつかの異なる材料があり、それらは性能と耐久性に影響を与える可能性があります。 簡単に言うと、これは支払った金額に見合った価値が確実に得られる分野の 1 つです。

「レーシングヘッダーに使用される最も一般的な材料は軟鋼とステンレス鋼です」とローマン氏は言います。 「インコネルやチタンも使用されていますが、ほとんどの自動車ドラッグレース用途にはチタンは推奨しません。軟鋼は最も安価なオプションであり、最も簡単に入手できます。軟鋼の欠点は腐食です。これは寿命を制限するだけでなく、ヘッダー、大きなオーバーラップカムを備えた極端なエンジンの場合、錆びたヘッダーからの酸化鉄粒子が復帰中にシリンダー内に取り込まれ、シリンダー壁やリングの損傷を引き起こす可能性があります。セラミックコーティングを使用すると腐食を最小限に抑えることができます。内部とコーティングをコーティングすることをお勧めします。排気ヘッダーの外側。

「ヘッダーに使用される一般的なステンレス鋼は 3 種類あります。その中で、409 は最も安価なステンレス合金です。クロムとニッケルを含むフェライト系合金ですが、鉄の含有量が比較的多く、錆びやすいです。アルミメッキよりも優れています。」鋼は鋼ですが、最終的には錆び、高温耐性も限られています。次は、主力ステンレス合金である 304 ステンレス鋼です。これは、鉄含有量が少ないオーステナイト系材料であり、優れた腐食特性を備えています。304 ステンレス鋼には、優れた腐食特性があることに注意してください。溶接性と成形性に優れているため、排気ヘッダーに最適です。409 と 304、またはその他のオーステナイト系ステンレス鋼の違いを簡単に見分ける方法は、磁石を使用することです。304 には磁石はくっつきません。

「次に排気に使用される一般的なステンレス合金は 321 ステンレス鋼です。これは基本的に 304 であり、少量のチタンまたはニオブで安定化され、高温での強度が向上します。バーンズ ステンレスは、排気温度が華氏 1,400 度を超える場合には 321SS の使用を推奨しています。多くのターボ過給アプリケーションで簡単に到達できます。また、追加の安全マージンを提供する薄肉ヘッダーには 321 が良い選択になる可能性があります。」

同氏は続けて、「レースヘッダーに最適な素材はインコネル合金です。これらの高ニッケル/クロム合金は数十年にわたりF1レースで使用されてきました。最も一般的な合金は625であり、優れた高温特性があり、エキゾーストに推奨されています」と述べた。そうすると、排気ガスの温度は華氏1,800度を超えるでしょう。」

すべてのレーサーは、素材に加えて、ヘッダーのコーティングも考慮する必要があります。 ローマン氏によると、「セラミックヘッダーコーティングには主に 2 つの目的があります。1 つは排気エネルギーを排気チューブ内に保持し、燃焼室の掃気を助けること、もう 1 つはボンネット内の熱を管理し、電子機器やその他の敏感なコンポーネントを保護することです。」

バーンズステンレス949.631.5120Burnsstainless.comフッカーヘッダー1.866.464.6553Holley.com/brands/hookerレモンヘッダー805.239.8998Lemonsheaders.comプロ製造のヘッダーとエキゾースト704.795.7563Profabrication.comステンレスヘッダー製造株式会社800.290.3920Stainlessheaders.comTAパフォーマンス480.922.6807Taperformance.com