緑色壱號のブログ一覧

　水温センサーの取り付け位置が悪くて制御がおかしいトラブルなんかもありましたが、付け直して正常動作する様になり、試験走行なんかもできたので、今の時点での電動ファン化の感想を書いてみます。
　あくまでも2016年2月の冬の時点の話ですので、今後の真夏ですとかの感想はまだ書けません。それについては夏を待つしか無いですね。どうなることやら。




　カップリングファンに補助電動ファンも外して、純正のファンは全て撤去、その後に社外品のファンを搭載してみたわけですが、エンジンをかけて最初に気付いた事は、エンジンの騒音が減ったという事でした。
　純正のメカニカルファンは、ファンクラッチを介して水温によってある程度回転数が変わるとはいえ、ベルト駆動で動く構造ですので、ファンが回る必要が無い時でも常時ファンが回って風切音だのの騒音が出ています。最初からそういうものだと知っていれば気にしない事ですが、いざ無くなってみると結構な騒音が出ていたんだなと気づきます。



　次に気づく事は、冷間スタート等のエンジンがあまり安定していない時の振動が、電動ファン化する前よりも大きく感じる様になりました。考えてみれば、メカニカルファンはファンクラッチとファンがベルトによって回っているので、ある意味ではフライホイールの様に回転を安定させて、回転の不整脈などの振動を抑えていたのかもしれません。今回はそれが無くなったので、全体的な出力やらレスポンスの向上とトレードオフで、振動などの安定性が劣っている印象が少しあります。

　冷間スタートの時にはファンが一切動かないので、電動ファン化する前に比べて水温の上昇が早くなっています。暖機運転が早く終わるという点でメリットですね。


　また、エアコンの内部圧力等で度々駆動していた補助電動ファンも撤去されたので、「カチッ、ブァーン…」と間欠動作する騒音もなくなりました。ファンコントローラーのオーバーライド機能を使って、純正での補助電動ファンの作動条件と変わらない条件で電動ファンが作動するように配線してあります。エアコンの圧力スイッチと水温による作動ですね。コレに関しては取り付ける電動ファンによって騒音が変わりますが、今回のファンは全開にしても元々のファンよりも静かな様で、今までのアイドリング時の補助電動ファンの間欠動作の騒音が気にならなくなりました。凄いぞDerale。じゃなくてファンの供給元のSpal。

　もともとの補助電動ファンがなくなった事に対するエアコンコンデンサーの冷却能力については、電動ファン化による今回のファンでも十分に冷却できている様です。今まではプッシャーでしたが、吸引の際にしっかりと空気を吸い込んでいるので、以前より風量や効率は上がっていると思います

　車両からの強制動作についてはパイロットランプで確認できるようにしてありますが、エアコンなどでちゃんと作動し、圧力スイッチが解除されればちゃんと止まるのを確認しています。肝心のエアコンの効きに関しては、夏場になってみないとなかなか体感できないのかな…。これについては夏場になったらまた触れてみたいと思います。


　動き出してみると、クリープでの力が強くなった気がします。また、出足が若干軽くなり、走行中は以前よりも車が静かに滑らかに走っている感じがします。もともとエンジン補器で抵抗となっていた物が無くなったので、その分の出力向上が体感できます。アイドリングすぐ上でもトルクの増加が分かりますが、2000RPMで巡航中に加速するといった動きでも以前よりも出力向上が感じられます。試験走行中に同乗していた友人と、「なんか高級車っぽくなったぞ！」なんて言いながら走ったりする程度には違いがありました。改造して運転している本人以外に、同乗者も気づいたのでプラシーボというワケではないみたいです。
　で、今回は同時にエアポンプを撤去しているので、その分のエンジン本体軽量化によるレスポンス向上もあると思いますので、何処までの内容がどの程度影響したのかは、ちょっと分かりきらないところがあります。一つ一つ対照実験していないもので…。


　またメカニカルファンとは違い、走行風での冷却が十分な場合にはファンを完全に停止する事ができます。この為に高速道路などで巡航している場合はファンが殆ど回らないといった事もあります。ファンシュラウド内部の圧力が強まった場合には、フラップから風が逃げていって、抵抗を抑えたりする工夫がしてあります。イマドキの車みたいですね。取り付けるシュラウドの形状次第なので電動ファン化に限らない話ではありますが。



　電動ファン化のデメリットとして一概に言える内容ではないのですが、今回使用しているファンコントローラーのPWM制御のせいなのか、ファン駆動時にノイズ音がするという点があります。オーバーライドで強制動作させた時や、水温が上がってきた時などですが、ファン本体の風音などよりも微弱ではあるものの、「ｷｭｨｲｰ」といった音がしています。

　汎用のPWMファンコントローラーとして売られている製品なので、組み合わせるファンのモーターに合わせてPWMの周波数だとかデューティー比の適正化がされた商品ではありません。その点ではこのノイズに関してはしょうがない点かもしれません。

　また、取り付けるファンモーターや制御方法にも左右されますが、メカニカルファンと違い、ファンの駆動のためにオルタネーターの負荷が大きくなります。そのために、強化品のオルタネーターへの交換か、最低でも純正新品のオルタネーターへの交換が必要じゃないかなと思います。また、オルタネーターの出力を上げたならば関連の配線も引き直す必要がありますね。

　今回使用したファンコントローラーについては、ファンの駆動にリレーを使用しない制御方式ですので、突入電流がどうだのと言った問題も無いものですね。かといってこのファンコントローラーで既存補助電動ファンを使えるかというと、出力が足りなさすぎでうるさすぎですけれども。


　信頼性に関して言えば、オルタネーター、ファンコントローラー、ファンモーターのいずれかが死んでしまうとオーバーヒート一直線です。高速道路で巡航していれば意外と水温は上がりませんけれども、街乗りならすぐに止めないと危険な状態ですね。メカニカルファンは構造がシンプルで、ベルトとクラッチが死ななければ機能しますので、信頼性という意味ではメカニカルファンに劣るかも知れません。
　そのために今回の電動ファン化では、軽量化のメリットを捨ててファンモーターを2基使用しています。


　肝心の水温についてですが、冬の首都圏の話になりますが、
基本的には85～90℃で安定しています。80℃以下の温度を狙うなら、恐らくローテンプサーモなんかが必要になってくると思います。最大冷却能力だけでなく、開弁温度なども関わってくる温度域ですので。



　高速道路なんかで巡航中ですと、殆ど走行風だけで冷却できています。プッシャー側の補助電動ファン関連が丸ごと無くなったので、以前よりも走行風の取り入れが効率よくできるようになっています。また、エンジンアンダーカバーもぶった切って排気口を作ったので、以前よりも効率的に空気を入れて、排出する様になっています。一般的な速度域であれば、巡航状態で85℃あたりを示しています。



　高速走行後の街乗りや、SAでのアイドリングではエンジン熱が一気に回るのか、一時的に95℃あたりまで水温が上昇しますが、すぐにファンコントローラーの方で制御が入って85℃あたりまで冷却されて行きます。冷却能力としては十分な様ですし、手動で強制動作させなくてもちゃんとファンコントローラーにて水温を下げるように機能しています。一安心ですね。よくある2ステージ制御のコントローラーではなく、PWM制御で水温調整を行う為に目標水温付近で行ったり来たりということも少ないようです。



　水温を故意に105℃まで上昇させた後にオーバーライドをかける実験を行った所、すぐに85℃あたりまで冷却できたので、今回の冷却システムの冷却能力は問題なさそうです。オーバーライドなどでファンが強く回っている時にフロントグリル近辺に行くと、グリル前から強力に空気が吸われているのがわかります。補助電動ファンだけの時よりも随分強力なので、300Wファン2基は伊達ではないみたいです。あとは外気温40℃超えの真夏の環境下でも冷却能力があるかが、今後要確認ですね。


　理想を言えば、急激な水温上昇に対して即座に適正な出力で対応して、殆ど水温が変化しないというのが望ましいのですが、汎用品のファンコントローラーと汎用品のファンの組み合わせでは中々難しいと思います。
　今回使用したファンは市販品の中では強力なファンではありますが、ブラシレスファンではないのがちょっと残念な点かもしれません。大出力のブラシレスファンを、車両に合わせて適切なチューニングをしたコントローラーで制御するというのが良いんでしょうか。頑張ってファンコントローラーを自作して、PIDとかのチューニングをするのも楽しそうですが、いっそフルコン化なんかに合わせて後付ECUにまとめて制御させるのも良いかもしれません。冷却水の循環も合わせて考えると、行き着く先は電動ウォーターポンプになるんですかね。この手は言い出したらキリがないですね。


　電動ファン化についてはもちろんデメリットもありますが、メリットも大きいものです。とは言え、元々電動ファンではなかったクルマを電動ファン化するという事で、それなりにお金に時間と労力が必要となります。今回自分が使った部品は日本国内で正規販売されていない物を個人輸入でアメリカから買ってきましたし、保証だ信頼性だというと中々難しいですね。
　そもそも電動ファン化しないと水温が高くて乗っていられない様なクルマではなく、適切にメンテナンスされていれば神経質になる必要もないので、電動ファン化するしないについては趣味の話になるかとおもいます。寝板でクルマの下に潜り込むのが楽しい人なんかは良いネタになるかもしれませんよ？ちなみに新年のお隣さんへの挨拶が車の下からコンニチワでした。そういう人以外はお財布を握りしめてプロに頼むか、変なことはしないで普通にメンテナンスするのが良いとおもます。


　長々と書いてしまいましたが、電動ファン化をやってみた感想としてはひとまずこんなところでしょうか。
　電動ファン化について、取り付け作業と動作確認は一通り落ち着いたので、今後はフロントグリル廻りのエアスクープ廻りの検討と、夏場の性能確認あたりかなと思っています。
　ファンの出力計代わりにアナログ直流電圧計なんかを付けてもいいですね。PWM制御だとデジタル表示の相性が良くないので…。

　今回の電動ファン化について、やった事が多いのでまとめてみました。
　まずはもともとの冷却システムですが、ベルトでプーリーを動かして、ファンクラッチを介してからファンを回しているメカニカルファンとか、カップリングファンとか呼ばれるタイプです。ボールペン一発描きなので、概念図が下手クソなのは許してください。
　ラジエーターの後ろにエンジンの動力で動くメカニカルファン、ラジエーターの前方にエアコンのコンデンサー、その前方に補助電動ファンが2基ついています。
　補助電動ファンはエアコンガスの圧力上昇時とか、水温が上がりすぎた場合等に作動する様になっています。（たしか…）よくあるお手軽水温対策は、この補助電動ファンの作動の為の水温センサーに抵抗なんかを入れて、ECUを騙して補助電動ファンを早回しするという物ですね。あくまでも電動ファンは補助であって、メインのファンはあくまでもエンジン駆動のファンになります。



今回は、付いているメカニカルファン及びそのシュラウド、補助電動ファン及びそのシュラウドと、冷却システムを丸ごと電動ファンに替えるという内容になっています。


　今回の改造に至った理由に、メカニカルファンのファンクラッチが非常に高額で、電動ファン化の費用と見比べて悩むような値段だったというのがあります。
　といっても口実の一つであって、電動ファン化によるエンジンのレスポンス向上、冷却システムの高効率化やらが気になってしょうがないというのが大きい理由です。その次の理由は、「自分でクルマ弄りがやりたい」という理由ですが。



　ボンネットを開けて、目立つのが補助電動ファンですね。間欠動作でブオーンと言ったり言わなかったりする原因がこのファンです。



　実際に取り外して並べてみると、こういうパーツ達で構成されています。どれも交換履歴不明なので、どれがいつ死んでもおかしくないですね。



　ラジエーターよりエアコンコンデンサーのが小さいので、補助電動ファンシュラウドもその分しかありません。とはいえプッシャー側なので、パーツの主な目的はシュラウドではなくてフィンガーガードなのでコレでいいとは思いますが。こうして重ねてみると、補助電動ファンのシュラウドが吸い込みの抵抗になっていそうな雰囲気がありますね。



　今回は全て外すので、撤去したあとのラジエーター廻りがこうなります。エアコンコンデンサ前の補助電動ファンが無くなってスッキリです。シュラウドも丸ごと消えたので、空気吸い込みの効率は上がっていると思います。メカニカルファンを外して、この補助電動ファンだけで冷却というのは、出力が低すぎるのでちょっと現実的ではないですね。



　新しく取り付けるファンとシュラウドについてはDerale社のキットを使用しました。
Part No.16842 High Output Dual 12" Electric RAD Fan/Aluminum Shroud Kit という製品です。モノとしては300Wの12インチファンが2つの、合計で4000CFMの流量を誇るという奴みたいです。出力優先のファンなのか、薄型ファンとかの類ではなく、厚みはそれなりにあります。ファン2基の製品を選んだのは、シングルファンよりも信頼性があるだろうという保険の意味ですね。シュラウドのサイズについては他にも複数ラインナップされていますが、純正のシュラウドのサイズを見ながら、一番サイズの近い物を選びました。



　シュラウドの厚さや、ファンの位置を調整したりする必要があるので、加工無しでそのままポン付けとは行きません。



　取り付けもラジエーターのアッパーホースだのATF配管だのファンベルトのプーリーだのあーだのこーだのと、干渉するものが非常に多い為に、ファンシュラウドを上から付けてから、今度はバラバラにしたファンユニットを車体の下から入れたりと、思い返せばそれなりに面倒でした。



　合計最大出力50A程になるファンの為に、オルタネーターも強化品に替える必要があります。コレに関しては既存のオルタネーターの交換履歴が不明なので、そもそもいつか交換の必要アリだったので、ちょうどいい機会でした。
　今回はADVANCEの130Aタイプを使用しています。



　純正オルタネーターに合わせて作られている配線も同じく交換です。エンジンの熱やら負荷の加熱やらで、安全率を～なんてやってたら1AWGのごん太な配線になってしまいました。悪い癖ですね。



　冷却システムを弄り、更にオルタネーターも交換するならついでにやってしまえという事で、EGRのエアポンプも撤去です。



　元々マグネットクラッチの配線は外してありましたが、今回ので丸ごと撤去してしまいました。エコだの環境を気にするなら、今乗ってる車捨ててテスラに乗ってますから…。アレはアレで怒涛の加速で面白い車ですけれど。エキマニについているチェックバルブの撤去の際に、手持ちの工具がうまく入らずに、薄型の27mmスパナを買うためだけにホームセンターに行く羽目になりました。



　バキュームの分配器なんかもまとめて撤去して、エアポンプレスキットを組み込んで随分とスッキリしました。インマニのEGRも撤去したかったのですが、手を付けると今回の作業が終わらなくなりそうなので、バキュームホースに蓋をするだけでお茶を濁しています。



　ファンコントローラーについては今回はアメリカのDerale社のPWMファンコントローラーを使ってみました。Derale PartNo.16795という奴ですね。
　純正は抵抗器を通して電圧を下げたLowモードと、抵抗器を避けて12VがそのままはいるHighモードの2ステージで動いてますが、PWM制御なので0-100％の出力で自在に制御できるのがウリです。spal社のPWMコントーラーはいつの間にか販売終了していたようですが、この製品は市場に出てから販売終了せず、マウント違いの製品なんかを追加で出すくらいなので、それなりに成功している製品なんだろうと思って採用しました。この製品の他に、マウント違いと、ファンシュラウドキットに埋め込んである一体化の製品もあるようです。どれも日本国内では正規販売されていないようですけれども。


　Derale社のファンとかは国内でも使用されているようですが、日本国内でコレを使っている事例をなかなか見ないです。まさか自分が初めてってわけじゃないですよね…？目立たないだけで誰か使ってますよね？

　目標温度設定に対してファン出力を可変するコントローラーですが、エアコンの圧力スイッチなんかにも対応できるように、オーバーライドの機能もあります。今回はエアコンの圧力スイッチと、手動の強制作動のスイッチを繋げてあります。オーバーライドが入ると、出力60％になり、水温が低下しない場合は出力を上げていくという動作をするみたいです。制御方式については、P制御なのかPI制御なのかPID制御なのかはどこにも記述がありませんので、不明なのがちょっとモヤッとします。

　セットの中身としては配線や固定に必要な物は一通り入っています。サーキットブレーカーもついてくるのでヒューズは不要ですし、PWMコントローラーなのでリレーなんかも不要です。ファンとの防水コネクタなんかは入ってないので、コネクターを使用する場合は自前で用意する必要があります。



　説明書の通りに配線すればいいわけですが、今回は説明書の通りにバッテリーに直結は出来ませんでしたので、説明書によれば保証範囲外の使用方法になります。正規代理店とかがない製品を海外から買ってるので、そもそも保証なんかアテにしていませんけれど。



　ファンコントローラーの近くに防水ケースを付けていて、その中にサーキットブレーカーと電流計の為のシャント抵抗が入っています。普通の直流電流計はPWM制御の出力測定には本来不適切なのですが、手持ちの電子部品の山から出てきたのがコレなので、暫定的に取り付けしてあります。一度はオシロスコープで真面目にデューティー比なんかを観測してみたいところです。



　取り付けについては、ウォッシャータンクの撤去跡地にステーを作って取り付けです。



　何か作業するのに毎度邪魔臭かった純正ウォッシャータンクは、今回は汎用品に取って代わられました。自分の場合はウォッシャーの使用頻度は高くないので、汎用品で十分です。配線と配管をチョイチョイと替えるだけなので、簡単です。使用したのはトラストの汎用カンガルータイプです。ステーを2液接着剤でクーラントタンクに固定しています。熱膨張の差とかでタンクに亀裂が入らないと良いんですが、取り付けてから気づいたので、割れたらその時また考えましょう。



　空気の吸い込みを改善したので、ついでに空気の出口も改善しようという事で、エンジンのアンダーカバーも加工を行いました。シュラウドの後ろくらいから直ぐ下に排気できるのと、その他補器だのオイルパンだのの下からも空気が抜けたらいいなという目的です。



　ノーマルに比べて随分とスパルタンな見た目になりましたが、普通は誰も腹下なんて見ないので問題ありません。腹下に排気口が出来たので、停車時でも電動ファンの排気で運転席足元あたりに熱風がきたりします。空気が抜けてる証拠ですね。多分。ダウンフォース的にはまっ平らの方が良いんでしょうが、その代わりにボンネットをサメエラまみれにする必要があるので、今回は見送りです。



　改めて見てみると、結構やった事が多いですね…。やっている時はハイになっているのか、真面目に振り返らない状態になっているのか、そんな認識は無かったんですが。楽しくクルマの下で作業しておりました。

　次回あたりは、電動ファン化で変わった事、メリット・デメリットや気がついた点なんかが書ければと思います。

　休みをみつけてはチマチマと進めていた電動ファン化ですが、この土曜日にやっとこさ作業を完了しました。本来なら長期休みとかでじっくり腰据えてやるべきだったかもしれないです。今更の話ではありますが。







　ファン付きシュラウドもつけたので、配線作業を行っていきます。



　冷却システムを監視するために、電圧電流計の配線が地味に面倒です。



　エンジンルームの配線が終わりました。今度は電圧電流計や、エアコンシステムからのオーバライド、手動のオーバライドの為のスイッチやパイロットランプを車内に配線しないといけません。



　車内への引き込みに関しては、ヒューズボックスの下がグロメットもなにもなく、そのまま車内に繋がっているので難しくはありません。



　そしてやる度に憂鬱になる、車内の配線作業です。



　センターコンソールの小物入れに電圧電流計を設置しています。



　電圧電流計については、冷却ファンシステムがサーキットブレーカーやなにかで電源を喪失したりしても、車の中から状況を把握をするためについています。
　電流計については、普通ならばファンの出力を測定できるのですが、今回使用しているファンコントローラーはPWM制御を使用している事から、出力のデューティー比によっては普通の直流用電流計では拾えない事がおきます。とはいえ、正確な出力把握の為にオシロスコープをクルマに積むわけにもいかないので、「出力が上がってくると電流に変化が出てくる」のが把握できる程度となります。積分回路つくるのも面倒だし…。


　強制ファン動作スイッチ、同パイロットランプ、エアコン圧力センサによる強制動作のパイロットランプも不安になるので付けております。後ろの配線については今後の試験で動作異常なんかが無かった後に、改めて綺麗にまとめる予定です。



　そんなこんなで、どうにか電動ファン化の作業が終了です。
もともとエアクリボックスの断熱加工が目立っているので、それに比べるとあまり変わった感じは少ないです。



　一番大きい外見上の変化といえば、補助電動ファンが無くなったことでしょうか。



　覗き込むとプラスチックのシュラウドとメカニカルファンがアルミ製シュラウドとファンになっているのがわかります。取り付けまでに色々悩みましたが、無事に付いて良かったです。



　ファンコントローラーはウォッシャータンクを汎用品に交換し、できた隙間にアルミ板でステーを立てて取り付けています。



　ステーについたままでもファンコントローラーの目標水温を調整をできるようにして取り付けてあります。と言っても、蓋を外して内部のポテンショメーターを調整するだけですけれども。



　こんな表を見ながら温度の設定を行いますが、温度設定に関しては、夏場になってからまた煮詰めないと行けないと思います。なにせまだ取り付けたばかりなので、色々走ってみないとわかりませんね。


　今後は電動ファン化してみて、どう変わったかがメインになりそうです。

　まとまった休みがなかったり、半日休みだったり、休みが取れたかと思えば悪天候だったりと思ったように作業が進みませんが、できる所からチマチマやっています。










　今回の電動ファン化では、エアコンの圧力スイッチに連動するオーバーライドがあるので、その信号を取るためにファンレジスターの配線をバラしてみたり



　コントロールユニットなども、やはりそのままポン付けというわけにはいかないので、アルミ板を加工してステーを作ったり



　コントロールユニットとか、電圧電流計の為のジャンクションボックスを取り付ける為に、ウォッシャータンクをちょっとどかしてみたり



　室内でもできる配線作業とか、配線作業の準備とかをやっています。気分は電気屋さんです。



　加工したファンシュラウドに、固定用のステーやら電動ファンを取り付けていきます。漏電してファン機能が死ぬと、オーバーヒート一直線ですので、防水コネクタとか防水ジャンクションボックスとかを使って防水に気をつけたりしてます。



　シュラウドの厚さを薄くした分、高ナットでファンの位置を調整、冷却効率が落ちると困るので、出来た隙間はアルミテープやエプトシーラーで潰してあります。



　ファン廻りも完成し、後は車に取り付けて配線作業をすれば完成です。加工する前に比べてなんか見た目が厳つくなった気がします。

　一つ一つはつまらない作業ですが、こんな作業でもやっていると時間がとられますね。長期休みでもないので、時間を見つけてはちまちまやっていくしかないです。


　準備もしたので、あとは車に取り付けて配線作業すれば完了ですが、配線作業も運転席廻りの内装を外して、ファンの強制起動のスイッチと電圧電流計を取り付けたりするので、地味に面倒くさい予感です。地道に完成には近づいているのが救いです。