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A/F(エア/燃料質量比)計測(燃調リセッティング)

遅い梅雨が居座る、とある土砂降りの日。
深澤自動車の金さんの好意により、エアフロ換装に伴う燃調リセッティングのため、我が相棒にA/F計を装着してデータ取りをさせて頂いたのだ。

【注】このエアフロ換装については、深澤自動車の金さんからのアドバイスに基づきGALANT's Cafeが実現したものであるため、詳細を公表できない点を考慮願いたい。
現在は、AFC imp-IIの販売元であるAPR社よりM42エンジン用エアフロコンバータkitも販売されているようなので、エアフロ換装を検討されている方は、kitを利用されると良いと思う。
(親切な金さんのことだから。相談すれば、親身になってアドバイスして頂けると思う。^^;)



M44用ホットフィルムエアフロに換装されたM42エンジン こちらが、切った貼ったの末にM44用ホットフィルムエアフロに換装されたM42エンジン。
換装後、約半年が過ぎたが、大きな不具合は出ていない。

発生した不具合は、温感時のエンジン再始動時にプラグかぶりが発生する場合がある程度。
おそらく、吸気温度とその温度計測(現在はダミー抵抗で済ませている)が、うまく行かないのだろう。
正常に始動すれば、なんら問題はない。
#ノーマルのM42でも、このような事例が発生することがあった。

延べ1000kmを超える高速道路走行を行った後も、自作配管等になんら不具合が発生していない。
ノーマルエアクリの場合、エンジン回転数3000~3500rpm辺りで吸気が共鳴し「も~も~」鳴くが、本エアクリの場合、それが発生せず、巡航時には静かになったぐらいだ。



車体に装着されたエアフロコンバータ APR社製 AFC imp-II このエアフロコンバータのおかげで、吸気抵抗の多いベーンフラップ式エアフロから、吸気抵抗の少ない(そして計測特性に優れる)ホットフィルム式エアフロに換装できたのだ。

が。

この手のデバイスは、装着しただけでは効果が発揮されにくいので、調整(燃調の補正)が必要不可欠なのだ。



深澤自動車ガレージに到着 土砂降りの高速を散々走行し、たどり着いた深澤自動車ガレージ。
#このためだけに信州に行ったわけではなく、“ついでに立ち寄った”だけなのだが^^;


作業開始 早速、作業に取り掛かられる。
車の下に潜らねばならないのは、純正のナローバンドO2センサから、A/F計測に必要不可欠なワイドバンドO2センサに換装するためである。

(解説)旧車に用いられてきたO2センサは、A/F=14.7のみを高精度かつ敏感に計測することは可能であるが、それ以外のレンジを高精度かつ敏感に計測することは出来ない。そのために、ナローバンドO2センサと呼ばれることが多い。
A/F=10~20程度のレンジを高精度かつ敏感に計測することが出来るワイドバンドO2センサは昔からあったのだが、非常に高価(1セット100万円!)であった。
が、近年の環境対策エンジンの制御用にワイドバンドO2センサが用いられることが多くなり、センサが劇的に価格が安くなったことや、計測器の小型化が進んだことで、比較的容易に計測できるようになった。



O2センサの配線を室内に引き込む 高速走行しながら計測するわけなので、しっかりとした配線が必要不可欠。
ボディに傷がつかないように配慮しつつ配線されているところが、さすがプロ!
#写真では分かりにくい工夫が、たくさんされている。


計測器の搭載 グローブボックスを取り外すと、そこにAFC imp-IIの配線が見えるようにしておいた。
ここから、エンジン回転数信号、アクセル開度信号、エアフロ信号を拾う。
今回用いた計測器は、GRIDから販売されているLM-1 空燃比メーターロガー
このロガーに、A/F、エンジン回転数、アクセル開度、エアフロ信号が記録されるのだ。

記録された情報は、後ほど、パソコン上で解析を行い、AFC imp-IIのセッティングを行い、再試走および再計測、そして再セッティングを繰り返す。




ここからは、一部事例のみをご紹介。
#すべてを記述するのが大変なほど、データを取得し、セッティングを施したのだ^^;

参考までに、計測時の状態を記載しておく。

~~計測条件~~
計測日時:2006.7.17
天候:雨
外気温:18度~22度
標高:おおよそ900m程度

エンジン仕様は、エアクリーナおよびエアフロの換装のみ。
(マフラー等、一切変更していない。)

3速走行による計測(本当は高負荷時の計測が望ましいので、5速走行が良いが、公道では無理!)
~~~~~~~~

以下のグラフは、横軸が時間(秒)、縦軸が各種計測値(ピンク:A/F(比率),黒:エンジン回転数(rpm),赤:アクセル開度(%),緑:エアフロ出力信号(V))である。


■今までのセッティングにおけるアクセル全開時のエアフロ換装A/F計測


グラフ画像をクリックすると、別ウィンドウに拡大表示(要サイズ調整)できます。


まずは、今までのセッティング(GALANT's Cafe流テケトー^^;)による、アクセル全開時のA/F計測。
ノーマルのM42によるアクセル全開時のA/Fは非常に薄いとのことであった。
が、本仕様では、高回転が濃すぎる^^;;;
4800rpm前後でのA/Fのぶれは、DISA(DIfferenzierte SAuganlageの略。共鳴過給吸気システムのことであり、吸気管に装着されたバルブによる切替で、吸気管の長さを可変させたのと等価な効果を得る)の作動によるものだと類推された。


■アクセル全開時におけるエアフロ換装燃調リセッティング中とノーマルM42のA/F比較


グラフ画像をクリックすると、別ウィンドウに拡大表示(要サイズ調整)できます。


(実線はGALANT's Cafe号,点線はノーマルM42(深澤Tis号のもの))

何度かA/F計測とりセッティングを繰り返したのちに、計測されたデータ(実線)。
先ほど計測されたA/F(上図)と比較すると、全域において随分とA/F=13.5近辺に落ち着いてきたのが分かるだろうか?
#時間の都合で、計測することはできなかったが、最終的には、さらにリセッティングを施した。

点線は、比較のために頂いた、深澤Tis号(エアクリとマフラー交換およびMTに換装したTi)における、燃調を取り直す前のデータ。

車種が異なることや走行条件が不明なため、きちんとした比較は出来ないが、Tiよりも重いisに関わらず、2500rpm→6500rpmの加速時において、エアフロ換装燃調リセッティング中のGALANT's Cafe号はノーマルM42よりも1.64秒ほどの短縮を実現した(レブリミッタが作動する6800rpmまで比較すれば、差がより大きくなるだろう)。

2つのエンジン回転数を見比べると、エアフロ換装燃調リセッティング中のエンジンの方が中回転域からの伸びが良いことが一目瞭然だ。


■アクセル全開時におけるエアフロ換装燃調リセッティング中とベーンフラップ式エアフロ燃調セッティング済みM42のA/F比較


グラフ画像をクリックすると、別ウィンドウに拡大表示(要サイズ調整)できます。


(実線はGALANT's Cafe号,点線はベーンフラップ式エアフロ燃調セッティング済みM42(深澤Tis号のもの))

今度は、燃調を取り直した深澤Tis号(エアクリとマフラー交換およびMTに換装したTi)(点線)との比較。

先ほどと同じで、車種が異なることや走行条件が不明なため、きちんとした比較は出来ないが、Tiよりも重いisに関わらず、2500rpm→6500rpmの加速時において、エアフロ換装燃調リセッティング中のGALANT's Cafe号は燃調セッティング済みM42よりも0.5秒ほどの短縮を実現した(レブリミッタが作動する6800rpmまで比較すれば、差がより大きくなるだろう)。

2つのエンジン回転数を見比べると、エアフロ換装燃調リセッティング中のエンジンの方が中高回転域からの伸びが良いことが一目瞭然だ。
中高回転域では、両エンジンのA/Fは似ているにも関わらず、エアフロ出力信号(吸気量が多いほど、出力電圧が高くなる)は、エアフロ換装M42の方が多い。
無論、エアフロの構造の違いによる吸気量-出力電圧の特性の違いもあるのだが、エンジン回転数に対するエアフロ出力電圧のグラフの伸び方は似たようなものであることから、やはり、ベーンフラップ式エアフロよりもホットフィルム式エアフロの方がよりエアを吸いやすいと言えるだろう。


■ハーフスロットル時におけるエアフロ換装燃調リセッティング中のA/F計測


グラフ画像をクリックすると、別ウィンドウに拡大表示(要サイズ調整)できます。


最後に、ハーフスロットル時におけるエアフロ換装燃調リセッティング中のA/Fを示す。
グラフがインパルス状に乱れているのは、計測信号の欠落等による描画の乱れのためと思われる。
こちらは、全体的にまだ薄めだ(ハーフスロットルと言いながら、45%程度しか開いてないし^^;)。
#全開走行時とは走行場所が異なる(全開は登り坂、ハーフは下り坂)ため、レスポンスタイムの比較は無意味である。

時間の都合で、計測することはできなかったが、最終的には、さらにリセッティングを施した。


これらの結果をご覧頂いた読者の皆様は、どのように思われるだろう?
最高性能だけを考えると、大した効果はないように見える。
エンジン排気量が変わったわけでもなく、ターボが装着されたわけでもないので、やはり、大幅なタイム改善を期待することはできない。

しかしながら。
街乗りにおいても、走行中のかったるさは大幅に改善され、特に発進加速が随分と楽になった。その様子は、最新式E90 320i(2L NAエンジン(N42))の如し。
その上、高回転域は、M42の良さがより良くなった。

性能改善に最も良い手法 とは、思わないが(燃調補正のみと考えても、AFC imp-IIでは、すべてのアクセル開度およびエンジン回転数において細かく補正することは出来ない。ましてや、元々の燃料MAPが荒いDME1.7であるから、サブコンピュータによる補正には限界がある)。

これだけの効果を10万円で十分お釣が得られる程度のコスト(まぁ、中古部品の活用と、自らの労力に寄るのだが^^; 企画から検証に至るその過程を、GALANT's Cafe自らが堪能したのだから良しとしよう)で実現できたのだから、最もコストパフォーマンスに優れる方法ではないか?
#しつこいが、GALANT's Cafe号はマフラーすら換えていないのだ!

GALANT's Cafeとしては、大満足である(無論、これからも燃調を追求する試行錯誤は続く)。
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早いもので、E36型318isに乗って、10年になりました。

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