tada0finalistのブログ一覧

燃料制御において何を指針として使うかについて考察する、その2。

当ページで記載する情報の正確性については一切保障しないことをここに宣言する。

前回の結論としては「燃料制御はAFセンサを目標値に合わせ込むフィードバック制御が一番」だったけど、世の中はMAF使っていたり、MAP使っていたり、O2センサ使っていたり、燃料マップで決め打ちで燃料入れていたり、で、上記結論ではすまされない事情があるに違いない、というところまで検討した。
まあ、そもそもAFセンサは高そうだし、過去は信頼性の問題があるということを聞いているから、信頼性が必要とされる量産車において、AFセンサのみの燃料制御は非現実的なのであろう。
その他、AFセンサによるフィードバック制御での最大の問題は始動時の燃料量が決まらないからエンジンがかからない、というところにあるのは間違いないかと考えられる。
前回、AFセンサの応答特性について検討しているが、新たにデンソーのWEBページでAFセンサの技術文書を見つけた。素晴らしい。
これによると応答特性仕様はRich->Lean/Lean->Rich共に<=200msecとある。3000rpmで1回転200msecだから応答が遅い。積極的には使いたくないな。
また、アイドリング付近は回転数が遅いから燃料を入れてからAFの結果が得られるまでの時間がかかるため、アイドリング制御がとても難しそうで、このあたりを補うために、その他センサが必要になりそうだ。

では、各種センサによる制御方法のメリット/デメリットについて考察していこう。
ところで、世の中ではDジェトロやＬジェトロとかいった単語があるけど、どうもこれ、エンジン制御の歴史の中で使われてきた通称で、歴史を知らない素人にとっては覚える必要性を感じないからすっぱり無視することにする。実際、LINK内ではこの手の単語が出てこないし。

MAFによる制御：
電気油圧制御システム設計において、油の流量をフィードバック制御に使う例はほとんどやってない。少なくとも僕はやってない。電気ではモーター制御に電流を使うけど、これは電流を使わざるとえないので使っているにすぎない。そもそも流量を測定するには直列系で測定する必要があり、測定箇所でなんらしかのエネルギー損失が発生する。エネルギー損失を少なくするためには測定レンジを最適化(すなわち狭くする)必要がでてくる。感覚的には迂遠であるのだ。そして、電流はさておき油の流量測定は可動するメカが必要になってきて、信頼性に欠ける。圧力なら半導体センサで測定できるからメカに比べて圧倒的な信頼性がある。
空気流量も油と同じ流体の流量測定のため、その測定は迂遠に感じるし、信頼性にも疑問を感じる。
CAR BOY的チューニングではエアフロ流用をよく見ており憧れを感じていた。実際、僕のS15はエアフロの径が小さいようで、初期セッティング時にとりあえずエアフロ外してパイプをつないだらトルクが1kgほど増したとのことだった。ただしこれ、とりあえずの実験で今後のオプションとして現在はノーマルエアフロが付いている(でも使ってないけど）。
こういったところがチューニングの余地になるんだろうけど、下手に他車種のセンサを流用したら、前述の測定レンジや分解能やそもそも流量におけるセンサ出力の特性が違ってくるだろうから、設計者的にはあまりいいアイデアとは思えない。例えばRB26DETTのエアフロをSR20DEに流用する場合を考えると、そもそも流量のレンジが6気筒ターボと4気筒NAで全然違うから無謀としか思えない。
ということで、MAFによる制御はエアフロセンサを使う時点でどうなんだろう、と疑問を感じる。

MAPによる制御：
エンジン制御での制御目標は、ドライバーの意思を示すスロットルポジション(以下、TP)である。スロットルはエンジンに入る空気量を調整する。エンジンが吸いたい分だけ酸素を入れて、その酸素に見合うだけの燃料を加えて点火してやると、負荷(走行負荷と各種フリクション)に打ち勝つだけのトルクが出力されるようにエンジン設計がされていると考えられる。スロットルを絞って、エンジンに入る酸素量を抑えれば、出力されるパワーが抑えられる。しかし、TP=吸入酸素量とはならないようである。LINKで取得したスポーツ走行時のログデータ(図1)にてTPとMAPを同じグラフで見てみると、青のTPグラフが上昇のときは赤のMAPも上昇、下降の時は下降と符合は一致しておりTPとMAPの時間遅れはほぼ見られない。しかし、数式に落とし込めるような関係性は見られない。

図1

ちなみに本グラフの回転数は図2である。

図2

エンジンに入る空気量は圧力×吸入抵抗を吸入工程の時間分で積分すれば得られる。吸入抵抗はメカ設計で決まる固定要素であるため吸入工程の時間を回転数から割り出せば、エンジンに入る空気量を算出できる。
よって、TPに対して遅れ要素がない測定信頼性の高いMAPはなかなか理にかなった選択と考える。

TPによる制御：
ターボやスーパーチャージャー等の過給機付きエンジンはTP位置一定でも過給圧により入る空気が増減するからTPのみの制御は使えない。NAではある程度ありかと思えるが、前述の図1のようにTPと空気量は一致しないから選択肢としては疑問がある。

ということで、燃料制御においてMAPを使うのが適切である、というのが結論といえそうだ。実際、聞いたところによるとレースの世界ではほぼMAPをメインに使っているとのことである。

今回は、燃料制御において何を指針として使うかについて考察する。

MAP=Manifold Air Fowでいわいるエアフロ、
MAP=Manifold Absolute Pressureでインマニの圧力のこと。

当ページで記載する情報の正確性については一切保障しないことをここに宣言する。

でもその話に行く前に、そもそも空燃比を測定することに対して疑問がある。
AFセンサの測定原理はよくわからないのというのが前回の悲しい結論だったが、O2センサについては排気ガス中の酸素量を測定するセンサで、これを測定すれば空燃比が得られるということだった。しかし、同じ燃料と同じ酸素量でも、良く燃えて酸素を使いつくした場合と、あまり燃えなくて酸素が残った場合では、排気ガスに残る酸素量が前者では少なく後者では多いということになり、正しく酸素と燃料の比率を測定していないのではないだろうか。
…よく燃えなかった場合が発生する要因は何だろう？と想像してみると、例えば燃料の気化がうまいことできなくて酸素も燃料も余ったとか、点火がうまくいかなくて酸素も燃料も余ったとかいうことだろうか。これらの要素はエンジンに燃料を入れる経路や点火システムの問題と想像できる。あるいはさまざまに変化する環境条件に影響されることも想像できる。前者はエンジン自体の設計である程度解決する要素と考えられるが、後者はエンジン設計で対応しきれるものではない。
･･･となると、
…そうか！エンジン制御の目的は環境変化に合わせて最適な燃焼することであると考えれば、変動要素をひっくるめた燃焼の結果を得る手段として排気ガス中の残量酸素量を測定するのは理にかなってるな！現実のエンジン制御においては、燃料と酸素の比率は副次的なもので、排気ガス中の残量酸素量が重要な結果だと信じ込もう。

ということで、燃料制御に関しては、排気ガス中の残量酸素量を目的の値に合わせ込む制御をするというのが一番正しい制御方法であると考えられる。というわけで「燃料制御はAFセンサを目標値に合わせ込むフィードバック制御が一番」であるのが結論である！

実際、小耳にはさんだ話では、最近の車ではMAP/MAF等のセンサは搭載しておらず、AFセンサで制御している事例があるそう。

でも、世の中はMAF使っていたり、MAP使っていたり、O2センサ使っていたり、燃料マップで決め打ちで燃料入れていたり、で、上記結論ではすまされない事情があるに違いない。
…この回長くなったから、この話題はその2以降引き続こう。

2日目は朝からホテルのプールで遊んで、帰宅ルートへ。

帰りがけに福井の永平寺を参拝。

曹洞宗の大本山である永平寺、前から行きたかったところだったが、こんなに素晴らしいところとは知らなかった。

仏教と禅の世界の有様は心に響くものがあった。

今年は珍しく日曜日まで会社が休業のため、小松あたりに旅行に行ってきた。
例年だと、土曜日出勤日に充てるのがうちの会社。ようやく改心したのか。

まずは日本自動車博物館。前田館長の思いあふれた素晴らしい施設でした。


トヨタ2000GTはかっこいい。この手のクラシックカーの中ではその生い立ちも含めて一番好き。


やはりAE86は伝説の車であるのです。


わが青春のEP71T！
ホットハッチが熱い、いい時代でした。
今の若者はこの手の車が無くてほんと気の毒。


続いて小松空港前にある石川航空プラザに。
入場無料でなかなか充実した施設。

館内には日本で唯一のドルニエが！


富士T3はエンジンサービスパネルを開けた状態での展示。

航空機は全てのネジが赤丸付けたように緩み止め処置をしてある。
さらに電線も遊びないように処置。
これをするから高いんです。

白山が神々しい！

2019年初のシルビアドライブは柳谷観音　楊谷寺。



天気もよくて(寒いけど)気持ち良いドライブでした！