2013年02月26日

クランクシャフト決定!

話が一度飛んでしまいましたが・・・
今年使用するクランクシャフトの選択で悩み、ZX12R のA型クランクシャフトのカウンター形状が何であんな変な形状をしているのか?という部分が気になって気になって気付けば・・・
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こんな感じにカットしてしまった件ですが、もしかしたらメーカーが悪ノリで設計したとんでもないチャレンジ仕様なのか? それともあの設計は他に理由があって、そこまで良い仕様ではないのかな。。。ということで、昨年までの仕様を4年前に制作する際にはその部分が定かでは無かったので安牌でB型のクランクを採用していたのですが、今年の仕様からは勉強の為にも逆に出来るだけ多くのことを試したいからなぁ・・・とA型採用計画を実行しようとしたのですが、やっぱり久々に実物を取り出して見るとこの形状は非常に気になるんですよね。。。

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で、何が気になるんだよ?って話なのですが、このA型クランクに対して自分の中で問題になっているのが画像左の#1の青い矢印部分のカウンターウェイトと赤丸で囲った部分のウェブ形状なのですが、他のスローには赤い矢印で印したバランスウェイトの役目をするカウンター部分が存在するのですが、#1については一見するとウェイトの役目となるカウンターが存在しているかのようにみえますが、
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角度を変えてみるとご覧のとおり、他のスローに比べて#1だけウェイトの役目を担えるほどの面積を有していないように思えます。

で、話がへんな方向に行く前にこのクランクに設けられたウェイトの話で「このウェイトの遠心力によってエンジンを回転させて圧縮燃焼を起こしている」という認識を持った方がいますが、正確には・・・

レシプロエンジンはクランクシャフトを用いるために、質量を持つクランクピンが回転することによる振動が発生する。この振動はバランスウェイトをクランクピンと反対方向に付けることによって解消される。しかしながら、これだけではピストンとコネクティングロッドが往復運動することによって発生する振動を消すことは出来ない。そこでさらにバランスウェイトを追加する。
By wikiさん


ということで、そのバランスを取る事によって引っ張られる力からクランクシャフトの歪みを抑制してメタルへの片当たりを防いだり各気筒間での振動を軽減してフリクションを減らしたりといった要素があるのですが、
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それらを踏まえた上でもう一度先ほどの画像を見て考えると、#1 を除く#2 〜#4 には赤矢印で示したカウンターとなるウェイトを備えているのですが、#1 だけ青矢印の部分が小さくどうしてもカウンターとなるウエイトが無いように見えるんですよね・・・。
で、その割に赤丸で囲ったジャーナル連結部分のウェブがやけに小さくて、これで強度が足りるものなのかな?と。。。
でも当然相手は凄い設備と開発知識を持ったメーカーさんですから適当な設計のハズも無く、コンピューター上で計算された何らかの狙いがあっての設計だと思うんですよね。
しかも当時はZZ-R1100で打ち出していた世界最速の称号を出たてのスズキのGSX-R1300 に奪われて最速の称号奪還を目指し300km オーバーを目標に設計された訳ですから振動に対しても当然高回転を意識した設計だと思いますし・・・。
だとしたら高速で往復運動をするピストンの慣性に対するウェイトが無い時点でねじれが発生しそうなのに、何でそこに連結するウェブ形状がこんなに小さいんだ?この程度の剛性で耐えられる振動しか出ないって計算なのか・・・?というのが気になって、わざわざカウンターウェイトを設けなかった理由というか、全体的にどうゆうバランスの作りになっているのか調べてみれば意外な結果が得られるのかも。。。ということで勉強の為にカットしてみた次第です。

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で、今回の12R のA型クランクは重量が全体で11kg ほどありまして、ウェブ単体では(ジャーナルとピンを約半分ずつ含む)大体一箇所1kg 弱の重量がありますが、

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実際にカウンターウェイトとして作用する質量は凄く単純に計る形としてジャーナルセンターで吊るした状態でジャーナルセンターとカウンター端のちょうど真ん中にマークをして、そこに支軸を置いて重量を量るこんな感じで行なわせていただきましたが、本来ならこの部分などは専門書に書かれているように形状を詳しく寸法出しして計算して中心点を求めなくてはいけないのでしょうけど、A4ノート1ページを要しそうなあの複雑で難解な計算式を解くのは正直、バカな自分には無理ですw
とりあえず今回は通常の場合と違って他のスローを気にしなくても済む形にカットして完全な単体で量れますし、この計測方法でも誤差10%くらいに落ち着くんじゃないかな?と、とりあえず出来ればベストを尽くしたいところですが、個人的な取り組みで限られた部分も存在しますのでそこまでの精度は求めずに進めます。

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で、各スローでのバランス率を計算するために必要なピストン+ピン+リングの全体的な重量を量り・・・

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回転するクランクシャフトに繋がるコンロッドの大端部分は回転運動、ピストンピンと繋がる小端部分は往復運動ですのでコンロッドの小端部の重量はピストン側の重量に加算してバランス率を計算しますが、今回はあえて純正部品をもって計算してみたところ、#2 〜#4 のバランス率は60%〜80%前後と先ほどの計測誤差が10%あったとしてもここまでは一般的に「大体このくらい」と言われる平均的なバランス率に収まっていたのですが、例の#1のバランスについては・・・

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カウンターウェイトよりもピン側の方が重いようで、ジャーナルのセンターに治具を挿してぶら下げてみたところ、カウンターとは逆の方向にクルっと回ってしまい、やはり予想通り慣性に対抗させるウェイトとしての役目は果たしていない模様です。。。
※ 番号の振り分けを逆にしてしまいウェブに書かれている番号が#4となっていますが正確には#1です。

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で、とりあえずピン側にどれくらいの荷重が掛かっているのか量ってみたところ約60g と、カウンターとしての役割を果たすウェイトが存在しないという結果にますますこのクランクの設計の奥深さに驚きです^^:
このような形状のクランクシャフトでも専用の測定器に掛けて回転させたら狙った回転数ではビシッっと一体でバランスが出るのでしょうけど、これに正確に重量合わせなどをしたピストンなどを組んだところでピストンなどの往復質量を打ち消すウェイトの重さがバラバラなのですからその時点で更にバランス率が狂うわけですよね^^:
メーカーがこのような設計をする時に一体どのようなシチュエーションを踏まえたシミュレーションしたのか知りたいですよねぇ・・・。
多分、何かこの形状で上手くいく答えがあったから採用したんじゃないのか?と期待もしたのですが、各カウンター容量は均等にするのが望ましいみたいなセオリーがある中でのこのクランク形状はどこでどう帳尻がとれるのか奥が深すぎてポジティブな部分が一つも見つかりません・・・。

で、別の詮索として、この12Rが出る前までカワサキのフラッグシップというか、高出力だったZZ-R1100やGPZ系の蒲鉾型をしたクランク形状とは全く違うので「新設計=意味がある」という考えだったのですが、ちょくちょく12Rをイジっていると後期型のB型との部品の改良され具合の差に「開発に時間が無かったのかな?」っていう見切り発車的な部分があったりで、もしかしてこのクランクの設計自体も一からの開発というよりは何か他からの流用か?といろいろカワサキのクランクを調べていたらそれっぽいの発見しますた。

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これはカワサキが12Rを世に出す前に存在したマシンで、レースシーンでのレーサーとしての資質が高かったZX-7R用のクランクをネットで探したものですが、ウェブの並びが逆パターンですが今回の12Rの仕様とほぼ同じウェブの配列パターンで、当時最速奪還の為に12Rに320度もの作用角を持ったカムシャフトを組んでくるあたりからも、一から設計するというよりはレーサー志向として開発されたこのクランクシャフトの設計を元に打ち込む係数などを変更して応用したんじゃなかろうか・・・というネガティブな読みが発生・・・。
というか、後にも先にもこの形状のクランクって7R のこれしか無かったので多分、急にあの形状を設計し直したというよりは流用したというこの読みの方が理にかなっている気がします。

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ということは性能的に良いってことか?って話ですが、個人的にはこの後世代交代したZX10Rでは採用されていないところを見ると良くないと見た方が良いかも・・。というか、ZX-7RR では通常のウェブを持ったクランクが採用されてますし、本当に性能が良い物であれば無駄に開発費用を掛けずにB型でも採用してただろ?って話なんですよね。だから4年前にもB型を採用したわけで・・・。でもそれを言っちゃっちゃぁ元も子も無くなってしまうのでそこは気付いてないフリで話を進めましょうw
とか思ったらもう結果が出たので話が終わってしまいましたw



ということで、



今年はA型のクランクで行きます!!

あ、あぢゃぁ・・やっぱりB型のクランクで行きますw



一本しかないA型のクランク切っちゃったよオイ・・・あぁ残念。て、確信犯ですみませんw






akane380 at 02:53│Comments(6)TrackBack(0)DRAG RACE 製作記 

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この記事へのコメント

1. Posted by K   2013年02月26日 17:27
ああああぁー
なんてこった‼
ヤラれましたねーカワサキに!

この記事が更新されてないか、しょっちゅう覗きに来てましたが結果として
がちょーん ←死語
です!

しかし、よく調べましたね!すごいです。(カワサキの適当さもすごい?)
非常に勉強になりました。

来季はB型クランクでいくみたいですが耐久性やエンジンの回り方が分かりやすく違ったらイヤですね。あ、メデタイ事でした。


やっぱハヤブサ買ったほうが良かったかな (ボソッ
2. Posted by oneoff   2013年02月27日 16:25
きっちり最初から最後まで読みましたが..........
変態というか........8割くらい分からんすwww

何事もこれくらいビシっとやらんといけんってことですね...........バイク屋じゃないのが不思議ですw

SV1000S買って、外装はカフェレーサーみたいなクラシックにしたいんすよねぇw

悩むなぁ............
3. Posted by 元初期型乗り   2013年02月27日 21:22
ZX12Rファイルって4000円くらいする本に設計の元になったのはZX-R系って開発者の話として書かれていましたよ!
調べた読みは正しかったと思いますよ
4. Posted by Gabu   2013年02月28日 03:04
>Kさん

そうですね!今回は結果的にがちょーん!でしたw
でも長いこといろいろ想像していた事に対して一つの答えを出せたので、その面では良かったというか、一安心が出来ました^^

ちなみに今までの仕様でもB型クランクを使用していたので今年もクランクは変わらずという感じです^^
4年前にエンジンを組む際にA型クランクの異変に気付いてB型に交換していましたのでw

ハヤブサいいですよねぇ・・・w
5. Posted by Gabu   2013年02月28日 03:07
>one offさん

SV1000Sのカフェ仕様っていうのを想像してみたのですが、想像が付きませんでした^^:

SV1000Sって結構レーシーなマシンですよね・・・w
今回の件もそうですが、自分はもっと想像力を豊かにしないといけないのかもしれません。。。w
6. Posted by Gabu   2013年02月28日 03:14
>元初期型乗りさん

はじめまして^^
貴重な情報をありがとう御座います!
ZX12Rファイルは自分も12Rを買った当時に高いお金出して購入したハズなのですが、コメントを貰って早速探してみようにもモノだらけのガレージ内の何処かに行ってしまったようで発見できませんでした^^:

でもお陰でZX-R系であることに間違い無かったことが再確認出来てホッとしました^^
本当にありがとう御座います!

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