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2011年09月16日

2JZのシーケンシャル制御とブーコンの取り付けについて

ブーコンの制御について調べてるうちに泥沼にハマってしまい、2JZのシーケンシャル制御の勉強まですることになってしまいました
キッカケはHKS推奨のブーコンの制御配管です
プレッシャータンクってなに?から始まり、もっと簡単に出来ないのかと調べていましたが、HKSの配管に疑問を持ち、答えを求めてネットを徘徊
そして辿り着いたのはクラブアリスト(現クラブレクサス)の過去Voiceのページ
何年前のものかはわかりませんが、OTSIRAさん・TOMさん・701KAZさんという今では大御所が同じ問題を解決するために話し合っている書き込みを発見できました
A4用紙にびっしり6ページにもおよぶ書き込みにて納得できる答えを確認できましたので、忘れないうちに記録しておきたいと思います


なお、今回は図を見ながらでないと分かりにくいと思います
PCやスマホなどフルブラウザで見ることを前提に書かせていただきます




まずはアリストのノーマル制御について解説していきたいと思います

アリストはツインターボですが、シーケンシャルツインターボと呼ばれる制御をしています
低~中回転域まではシングルタービン、中~高回転域はダブルタービンで過給するように電子制御され、またブースト圧についても電気的に管理されています 

上図が2JZのターボ構成です
エンジン左側にタービンが2つありますが、下側がプライマリー(最初に動くほう)、上側がセカンダリー(中回転域から動くほう)といいます
この2つのタービンを丸で囲まれた4つのアクチュエーターで制御します
アクチュエーターは下図の色が塗ってある部分です

構成図でオレンジで囲まれたアクチュエーターはこちらからみるとセカンダリータービンの裏側になるので見えません

アクチュエーターは設定された圧力になるとロッドを押して弁を操作するようになっていますが、バネと圧力(ブースト圧)のバランスで動きますので、圧力がかかり始めると徐々にロッドを押してしまい弁が開き始めてしまいます
これでは正確なコントロールが出来ないので、2JZではVSVと呼ばれる電磁弁を使用し、ブースト圧がかかってもVSVの弁から圧力を逃がしたり送り込んだりして、アクチュエーターの動作をコントロールしています(基本的にはブーコンの動作と同じです)
アリストは4つのアクチュエーターを電気的に制御するため、すべてのアクチュエーターにVSVが取り付けられています
実際VSVには2種類あるのですが、今回の説明では省略させていただきます



まずブースト圧をコントロールしている赤で囲まれたアクチュエーターの説明です
 
設定された圧力になると、動作して排気側にあるウェストゲートを開いて排気をバイパスさせ、タービンの羽に当たる排気ガスを減らしてタービンの回転上昇を抑えブースト圧の上昇を抑えます

通常のツインターボの場合、両方タービンにこのアクチュエーターがそれぞれ付いていて、タービン個別に制御しています
しかし2JZのセカンダリー側を見ると、通常のツインターボのようにアクチュエーターが付いていますが、ウェストゲートではなく排気バイパス弁と書かれています
一見するとブースト圧制御用のアクチュエーターに見えますが、実は2JZの場合はこのアクチュエーター(オレンジで囲まれた部分)はブースト制御用ではありません
ブースト圧のコントロールは赤で囲まれたアクチュエーター1つで行っています
なぜ通常のツインターボのように2つではなく1つで可能かというと

図で比べてもらうと分かると思いますが、エキマニ(排気管)の構成が違います
通常6発のツインターボでは3本ずつまとめて1つのタービンへ送り込むので、個別にアクチュエーターを設けて制御が必要になります
しかし2JZの場合はシーケンシャル制御を行うために、この3本ずつまとめたエキマニがさらに真ん中で繋がっています
このため6本すべての排ガスをプライマリータービンだけに当てることが出来るので、低回転域からタービンを高速で回せるわけです
つまり緑の部分は常にすべて同じ圧力(排ガス)となります

ブーストを制御するためにはタービンの羽に当たる排気ガスの圧力を下げればいいのですから、緑色部分のガスを抜けばいいことになります
つまりどこから抜いても同じ、わざわざ2カ所から別々に抜く必要がないのです
なのでブースト圧の制御はウェストゲート1つ(プライマリー側だけ)だけで行っています


では外観上まったく同じに見えるセカンダリー側のアクチュエーターは何に使用しているのでしょうか
アクチュエーターの繋がった先をよく見ると「排気バイパス弁」と書いてありますね
排気バイパス弁とは何の仕事をしているかというと、それはシーケンシャルの制御に関係してきます 

もう一度この図を見てください
青で囲まれたアクチュエーターが2つあります
1つはセカンダリーの排気出口を塞いでいる「排気制御弁」に繋がり、1つはセカンダリーの過給出口を塞いでいる「吸気制御弁」に繋がっています
吸気制御弁はプライマリー単体で過給しているときに、セカンダリー側へ過給圧が逃げてしまわないように栓をしています
排気制御弁はプライマリー単体で過給しているときに排気ガスをセカンダリー側へ流さないようにするためのもので、セカンダリータービンのマフラー側で排気管を塞いで排気の流れを止め、すべてをプライマリーへ行くように栓をしています
セカンダリータービンが動く領域まで来ると、両方の弁が開いてフル回転となりダブルで過給をするようになります

セカンダリーは排気制御弁が開くとフル回転を始めるわけですが、それまでは弁が閉じられ排気の流れが堰き止められているのでタービンに排気ガスが当たっていてもほぼ回っていません
しかしほぼ回転していない状態から過給タイミングだからといって排気ガスを通し始めたのではフル回転になるまでにタイムラグ(ターボラグ)が生じてしまいます
そこである程度ブーストが上がってきたら排気バイパス弁を開いてやり、少しだけ排気ガスをプライマリー側の排気管へ流してやります
そうすると排気の流れができるので、フル回転ではありませんがすこしタービンを回してやることができます
あらかじめタービンを回しておく(助走)ことができるので、素早くフル回転に到達できるようになるのです
これが排気バイパスバルブの役目です


プライマリータービンに付いているアクチュエーターからの弁はウェストゲートで、タービン前からタービン後に配管されています
セカンダリータービンに付いているアクチュエーターからの弁はバイパスバルブで、タービン後からプライマリータービンの排気管へと繋がっています
写真の矢印の部分がバイパス管です

この違いを覚えておかないと後の説明で混乱しますので覚えておいてください
2つは同じようなところに付いていますが、全く違う弁なのです




シーケンシャル制御について分かっていただけたでしょうか




いよいよ本題のブーコンの接続についてです


まずはこちらをみてください


HKS推奨のブーコンの配管です
これを先ほどの図に書き直すと  


こんな感じになります


お気づきでしょうか




ここが最大に自分が疑問に思ったところです

HKS推奨配管だとプライマリーのアクチュエーターの配管は当たり前ですが、セカンダリー側にある排気バイパス制御用のアクチュエーターにまで配管されてしまいます
つまりこの配管にすると、排気バイパス制御用の弁をブーストコントロールに使おうとするような接続になります
しかしアクチュエーターの位置は同じでも、バイパスする場所(弁の位置)が違いますからブーストコントロールには使えません
アクチュエーターにはブースト設定圧力になるまでEVCから圧力が来ないため、バイパス弁を開くことが出来ず、セカンダリータービンの助走が出来なくなってしまいます
というよりは殺してしまいます
 
ブーストが設定圧力になってからバイパス弁が開くという動きになるので、このときにはもう排気制御弁は開いていてセカンダリーはフル回転してるわけですし、この動き自体に意味がない感じがします
どうせならそのまま機能を殺しておいたほうがいいように思うのは自分だけでしょうか
本来は排気制御弁をバイパスするものですが、このタイミングで開けると抜けが良くなったり悪くなったりの変化があるんですかねぇ
抜けが良くなるなら余計にオーバーシュートしやすい感じがします
ってことは排気干渉して逆に悪くなる!?

なぜこんな制御にしたんでしょうか
セカンダリータービンのアクチュエーターをブーストコントロール用と勘違いしているのでしょうか
それともこのほうがブースト制御の安定がいいのでしょうか


このあたりの検討についてクラブアリストの掲示板でも大御所の方々がいろいろと実験をされ、その結果などが多数書き込まれていました
その一文を掲載させていただきます
ちなみにこの件についてHKSに問い合わせたそうですが、要領を得ない回答だったそうです(笑)

<通常配管は、ノーマル同様セカンダリをしっかり助走させるので、3000回転から4000回転あたりのプライマリとセカンダリの連携をスムーズにし、トルクをわりとフラットに保ちます。ブーストの立ち上がり方はノーマルと同じです>
<HKS配管は、セカンダリの助走を減少させ、3000回転までのオンリプライマリ領域では助走分の排気圧もプライマリをまわすために費やすので、ブースト&トルクの立ち上がり方が極端で、3000回転までは、通常配管より早く立ち上がります。その変わり、セカンダリとの連携ではブーストの谷が顕著となります。また、セカンダリの連携が終わって両タービンがフルにまわってからは通常配管と同じです>

これはTOMさんの感想です
TOMさんは3000回転までのブーストの立ち上がりが早いのでHKS配管にしているそうです。ただし、いつでもワンタッチで通常配管に切り替えられるよう細工をしたそうですよ 

これはTOMさんが載せてたデータです
数値はブースト圧になります

回転数   助走させる   助走させない
2000     0.0       0.0
2500     0.3       0.5
3000     0.6       1.0
3500     0.8       0.8
4000     1.15      1.15


HKS配管が悪いわけではありませんが、純正の機能を殺しているのは間違いないです
この時のクラブアリストの掲示板では助走はなくさない方がいいだろうという結論になっていました
つまりはこういう配管になります  

ブリッツやトラストが推奨している方式ですね 
ブーストコントロール用アクチュエーターから繋がっているVSVへの配管ははずさないと純正のブーストコントロールが介在してしまいます
はずしたところには目くら蓋をしておき、アクチュエーターへの圧力が逃げないようにしておきます
もしくはVSVに入っている青いコネクターを抜いておくだけでも大丈夫です
自分はコネクターをはずしてぶら下げておくのはイヤなので目くら蓋を選択したいと思います



なんとなくでも理解していただけたでしょうか
キッカケがなければおそらく勉強することもなく終わっていたと思いますが、今回のブーコン取付に当たっていろいろと調べてみました
結果として通常のプライマリー側の配管のみでもブーストアップやブーストの安定制御には問題ありません
しかしプライマリーの更なるレスポンスアップを期待するならHKS配管がいいかもしれません
シーケンシャルの段付きを気にするなら通常配管でしょうか

ちなみにKSPではHKS配管をしているそうです
今まで特に不具合はなかったのと、HKSの方がオーバーシュートが少ない感じがするとのことでした
実際に両方試してみないと分かりませんね


どちらを取るかはオーナの選択になるかと思いますが、HKS配管に出てくるプレッシャータンクへの配管は車を持ち上げないと厳しそうです


※ふとHKSオフィシャルのEVC6の説明ブログを見たら、現在のHKS推奨配管は以前と違ってブリッツやトラストと同じになっていましたw
よかったら参考にどうぞ (2014.01.31)
EVC6ってナンダ! 第17話







ぜんぜん関係ありませんが、常時ツインのやり方を詳しく書いたページがありましたので、リンクを貼っておきます
車種もエンジンの世代も違いますが、制御は全く変わらないと思います
http://www.geocities.jp/ace_kazukun/twin.html

図で表すと赤の配管へ変更します
プレッシャータンク(ブースト圧力をワンウェイバルブで溜めておくタンクです)からの圧力を常時アクチュエーターにかけておき、吸気および排気制御弁を開きっぱなしにすることで常時ツイン化します
ワンウェイバルブが壊れてない限り、圧力が抜けることはありません
ただしプレシャータンクの出口側のホースを外すと圧力が抜けてしまうので、最初のエンジンスタート時はタンクが空です
一度ブーストをかけて圧力が溜まってからが常時ツインとなります






2012.05.14
ブーストコントローラーの制御圧力取出し位置を、インタークーラー前から後に変更しました

プレッシャータンク充填のための圧力取出し位置も、こちらにしようか検討中です
ブログ一覧 | 考察 | 日記
Posted at 2011/09/16 18:06:26

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この記事へのコメント

2011/09/16 20:43:17
詳細な説明、ご苦労様です。

おいらも疑問に思ってました。
同じく、CAの記事を見てなるへそ♪って感じです。(笑)

ブリッツの配管説明はプライマリーの制御だけでしたね。

純正の制御の理論は整備解説書や新型車解説書に詳しく書かれていますね。

今はEVCⅢSIlver改(謎)を付けてますが、未だアクチュエータの配管が出来てません。
もちろん、配管はプライマリーにのみで行う予定です。

なぜ未完って・・
暑いから・(笑)

涼しくなったら実行に移します。

セッティングは1.1K予定。
吸排気は純正のまま、ECUはTECⅡに交換済みです。
コメントへの返答
2011/09/16 21:00:53
整備解説書や新型車解説書には書いてあったんですね(^^;)
やはりそろそろ買わないといけませんか

今回17年落ちのDBCが出てきたので調べることとなりました
HKS配管の謎が解けて、今夜はグッスリ眠れそうです(笑)

夜は涼しくなってきましたが、まだまだ蒸し暑いですね
EVC入れたらブーストが安定して350オーバーでしょうか
インプレッションお待ちしています

自分もEVC付けてしっかりブーストが1kまで上がるようにしたいです
でもこないだ配管を弄り間違えてプレッシャータンクの圧力が上がらずシングルターボになったままです(笑)
まずはそこから直さないとですね
2011/09/17 01:48:14
こんばんは。

自分もこのへんの事に延々と悩まされました。
RB26や1JZの常時ツインターボと違って複雑なシーケンシャル制御は配管が多数あり面倒です…。
結局、プライマリタービンのみをブーストコントローラーで制御する方法で落ち着いていますが…両タービンを同じ圧力で制御できたほうがよりパワーを出せますよね。

とりあえずの片タービンブーストアップ仕様ですが、結構速いので満足&妥協してしまってそのままになりそうです(笑)
コメントへの返答
2011/09/17 11:24:25
どーもです

2JZはプライマリーにあるアクチュエーター1つをコントロールするだけで、両タービンを同じ圧力で制御できる構造ですよ
なので片タービンのみブーストアップとはなりませんので安心して乗っててOKです!(^^)!

自分もいろいろ悩まされました
でも調べがついたのでとりあえず納得です
ほんとメーカーがいろいろと考え抜いて作ったシステムなんでしょうね
2011/09/17 07:33:21
クラアリとは懐かしい…
自分も千番台の先頭側の番号だった気がする。
コメントへの返答
2011/09/17 11:25:40
はい、懐かしいです(;´▽`A``
自分は4千か6千番台だったと思います

今回はページがそのまま残ってたおかげで助かりました
2011/09/17 09:35:35
EVC付ける前に 解りやすい解説で勉強になりました(^O^)/
後は取り付けてからのブースト圧の設定に悩まされそうですf^_^;
コメントへの返答
2011/09/17 13:25:44
半分以上は自分のためのブログです
忘れっぽいんで(笑)

ノーマルECUなら1kぐらいで抑えておいたほうがいいかもしれませんね
もしかしたらウチのチームのある人がeマネ売るとか言うかもしれませんよ
2011/09/17 09:52:33
うちのはHKS配管なので、他の配管方法と比較できるかもしれないですね?
コメントへの返答
2011/09/17 13:38:39
フロントパイプ装着の違いはありますが、助走ありとなしの違いは体感できるかもしれませんね

でももしかしたら気になるほどではないのかもしれません
2011/09/17 12:57:59
解説ありがとうございます(^^)

もう少し質問よろしいでしょうか?

確かに2つのタービンは1つのインテークマニホールドに接続されていますのでマニホールド内の圧力は同一になるのですが、プライマリタービンのみを制御する場合、ブーストコントローラーとプライマリタービンのアクチュエーターのみが制御の対象となり、セカンダリータービンはECUによる制御でノーマルの圧力でアクチュエーターバルブが開いてしまうように思われるのですがそのあたりはどうなのでしょうか?

ノーマルの配管は追っていくと通常時VSV開-設定圧力に達するとVSVを閉じてアクチュエーターに空気を送る仕組みのようです。
HKSの説明書ではアクチュエーター用のVSVのカプラーを抜くように指示があるので、VSVを開かないように強制的に変更するものと思われます。
HKSタイプの配管は、シーケンシャルの機能を残したまま圧力制御のみ1JZツインターボのような常時ツインターボ制御と同じように変更するものと自分は解釈しています。(間違っていたらすみません(^^;))

自分は排気制御弁と吸気制御弁のVSVをバイパスして常時ツインターボに変更しているので、そのへんにずっとモヤモヤしています(^^;
コメントへの返答
2011/09/18 00:51:52
セカンダリータービンにあるアクチュエーターはブースト制御用ではなく、セカンダリータービンを助走させるためのバルブです
ですのでセカンダリーにある排気バイパス弁はシーケンシャルの切り替わりポイント以外では閉じることがありません(ただしセカンダリーのアクチュエーターにある程度圧力がかかっていない低ブースト領域は除きます)

上から3枚目の図(ツインターボ比較)をじっくり見てもらいたいのですが、ウェストゲートはタービン前から後ろにバイパスします
しかし2JZのセカンダリーはタービンの後からプライマリーの排気管へバイパスします
つまりセカンダリーのアクチュエーターはブーストのコントロール(排気ガス逃がし)は出来ません

HKSの配管は通常のツインターボを前提とした配管で、2JZではただ単にセカンダリーの助走を殺すだけの配管です
そういう意味では全く意味のない配管を追加していると思います
前述のとおりブーストコントロールはプライマリーのアクチュエーターでしか出来ませんから、そこへEVCを接続して制御するしかありません
ただしセカンダリーの助走をやめる、または排気ガスを100%プライマリーへ送りたいなどの意図した意味がある場合は別です

VSVの制御については合ってますよ

こんな説明で分かりますか?
わからなかったらいくらでも質問どーぞ(笑)
2011/09/17 16:18:22
詳しい解説ありがとうございます。m(__)m

なるほど、仕組みが理解できました(^^)
排気制御弁が閉じた状態でセカンダリーのタービンを助走させる為の排気バイパスアクチュエーターだったんですね。
タービン+マニ単体の状態ではJZX90やJZA70のものしか見た事が無かった為構造がどうなっているのか理解していませんでした(^^;

勉強になりましたm(__)m

これでイジらないといけない(と思っていた)場所が一つ減りました(笑)
コメントへの返答
2011/09/18 00:38:54
いえいえ冷や汗
自分も理解するまで散々さ迷いました
TwoWayTwinTurboという制御が特殊すぎるんだと思います

基本的には通常の配管で大丈夫だと思いますが、HKS配管のほうがオーバーシュートが少ないとの意見もいただきました
またセカンダリーのバイパスをかけないほうが排気ガスを100%プライマリーにかけらるので、低~中回転域までのレスポンスが良くなるとの意見もあります
そう考えるとHKSが間違い、というわけではないのかもしれません

どちらを選ぶかは、やはりオーナーの判断ということになるのでしょうね
両方試して自分の感覚に合うほうを選択する、というのが一番なんだと思いますがなかなか難しいとこです
2011/09/18 09:24:43
丁寧で、詳細なご説明ありがとうございます。

詳細に書いて頂いたのに、理解するまで頭が回りませんでした(;´Д`A
コメントへの返答
2011/09/18 13:50:54
説明というよりは、自分の覚え書きですね冷や汗
最初まったくわからず、理解するまでかなり時間かかりましたよ
せっかく理解出来たので書き留めたところです

まったく興味のない部分でしたが、17年落ちのブーコンが出てきたことで勉強することになってしまいました(笑)
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