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A/F(エア/燃料質量比)計測(燃調リセッティング) 再び!(100300km)

2009.2.7-8

2006.7.17に行ったA/F(エア/燃料質量比)計測(燃調リセッティング

あれから、年月が流れ。
吸気温度センサ(もどき)の復活や、BMW純正M44エンジン用エアフロの故障に伴うメーカ不明M44エンジン用互換エアフロへの交換などを行ってきた。

そのために、無視できない程の燃調の狂いが生じてしまった。
燃調が非常に濃いため、マフラーエンドは煤だらけ。
街乗りですら1km/L、高速走行でも同程度の燃費低下。

とりあえず問題なく走るものの。
トルクが出にくいエンジン回転数領域があったり、燃費の悪化を改善したいもの。

いつか、必ず。
再び、燃調リセッティングを施そうと思っていたのだ。



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、2006年2月に行った、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3年が過ぎたが、大きな不具合は出ていない。
自ら言うのも何だが、こんなに不具合が出ないとは予想していなかった(特に塩ビ吸気管)。

この時には、吸気温度センサのダミーとして、固定抵抗を用いていた。
問題なく乗れるのだが、外気温変化に伴い、抵抗値によって、始動時にかぶったり、始動困難であったり、多少の不具合も発生した(当然なのだけども)。

この後の2006年7月に、A/F計を借用して、燃調をリセッティングした。
このリセッティングの効果は絶大...



追加設置した、吸気温度センサ(もどき) こちら。
2006年11月に追加された、吸気温度センサもどきのサーミスタ。
純正の吸気温度センサ特性にできるだけ近いものを選んだために、大部分の不具合が解消。
(厳密には、気温10度以下と35度以上の特性が合わない。)

しかしながら。
吸気温度センサ(もどき)の追加に伴い、燃調リセッティングを施した時と条件が変わってしまったため、燃調が狂ったはず。
だが、吸気温度の補正に用いる程度なので、大きな不具合にはならなかった(許容範疇)と思われる。



壊れたBMW純正エアフロに代わった、メーカ不明互換エアフロ しばらくの間は、好調に走っていたのだが。
中古品を購入したBMW純正M44エンジン用エアフロが、不調をきたし始めた。
アイドリング時にセンサ出力信号がぶれたり、加速時に正しく計測できないため、燃調がおかしくなってしまい、エンジン不調になるというもの。

この不具合は、エアフロ換装に用いているサブコンピュータ(以下、サブコン)APR社製 AFC imp-IIが示すエアフロ使用率の変化、そしてセンサ出力信号の電圧変化から判断した。

センサには寿命があるため、故障はやむを得ない。
ただ、BMW純正品の国内市販価格は8万円!(@@)
(日本車でも3万円程度するものだが)

あまりの高さに、再度、中古品をいくつか購入したのだが。
最終的には、どれも不具合発生。
やはり、寿命があるもの、中古品を購入すべきではない(破格値で入手したから、まだよかったけど)。

そこで!
2008年1月、メーカ不明のM44エンジン用互換エアフロに交換。
EUエリアでよく見かける代物。

本当は、Bosch社製のOEM品を探していたのだが。
あまりの安さ(一般的なBMW純正中古品と同等価格)に、ためしに購入してみたのだ。



確かにエンジンは安定して動くのだが...。
センサ信号出力特性が似ても似つかず。
燃調は、大幅に狂ってしまい... とりあえず、GALANT's Cafe勘ピュータで補正^^;;;

しかし、勘ピュータは勘ピュータ^^;

燃調が濃いことに代わりはなく、マフラーエンドは煤で真っ黒。
燃費は、街乗り/高速走行とも、最低1km/Lほど低下。
加速フィールも、高回転側は比較的良いのだが、低回転側はもっさり...

とりあえず。
O2センサによるフィードバック制御のおかげで、車検には問題なかったのだが。

絶対、再度、リセッティングしてやるっ!

GALANT's Cafeの手元にやって来た、データロギング機能付きA/F計 Innovate社製 LM-2 2008年晩秋に始まった、世界大恐慌。
そのあおりを受けて、世界通貨と日本円の為替がとんでもないことに!
円高のおかげで、輸入する側は幸いだ。

というわけではないのだが。

あれ?
アメリカから、GALANT's Cafeの手元に、データロギング機能付きA/F計 Innovate社製 LM-2が届きましたYO!

前から、A/F計を購入しようか?と考えていたのだが。
個人が多用するものでは無いし。

と思いながらも、以前用いたデータロギング機能付きA/F計 Innovate社 LM-1の新版としてLM-2が登場した。
今回の売りは、SDカードにデータが記録される点。パソコンとの親和性が進化したということか。

決して安いものではないのだが、個人のホビーとして用いるには十二分の代物だ。



車体側から、各種信号の取り出し 早速、作業に取り掛かろう。

燃調リセッテイングを目的としたA/F計測に必要な信号は、

1.エンジン回転数
2.アクセル開度
3.A/F

の3つ。
この3つに加えて、エアフロ使用率(エアフロ出力信号)も取得しておくと、何かと好都合だ。

本来は、車側ハーネスから取得するのが筋だが。
GALANT's Cafeの場合、エアフロコンバータとして用いているサブコンAPR社製 AFC imp-IIに繋がる線の途中から分岐している。



触媒前に付く純正O2センサ さて。
A/Fを計測するには、排気ガス中に含まれる酸素濃度を計測する必要がある。
排気ガス浄化システムを備えたコンピュータ制御のエンジン車であれば、触媒の前にO2センサが付けられている。
ここから信号を拾えば済む...と言いたいのだが。

昨今の燃費/環境対策重視車でもない限り、このO2センサはA/F=14.7かどうかしか判別できない(ナローバンドO2センサと呼ばれることが多い)タイプ。

これでは、どうしようもないので...



装着された計測用ワイドバンドO2センサ A/F計LM-2に付属してきたO2センサ(ワイドバンドO2センサと呼ばれることが多い)に交換する。
Innovate社の取り扱い説明書を読むと、VW社の純正採用品を応用しているようだ。

そう。
この手のA/F計が一桁万円で購入できるのは、ワイドバンドO2センサを自動車メーカが採用するようになったからだ。
大量生産万歳!



O2センサからの信号線は、ドアから引き込んだ 常設するわけではないので、ドアから引き込んだ。
全開加速しながら計測する必要があるので、ケーブル類が暴れないように、固定はしっかりと!



準備が整ったデータロギング機能付きA/F計 Innovate社製LM-2は、計測用0-5V電圧アナログ入力が4つ、0-5V電圧アナログ出力が2つ、これにエンジン回転数入力とA/F入力がある。
このうち、アナログ入力を2つ用いて、アクセル開度、エアフロ使用率を計測し、合わせてエンジン回転数、A/Fをデータロギングする。

これらの微弱信号を正確に収集するためには、入力信号のアース線を正しく設置することが重要(どこにでもアースを取れば良いというものではない)。
今回も、アクセル信号の電圧が低く計測されたり、エアフロ信号の電圧がリニアに計測できないと言った不具合に直面した(泣)

これらの問題は、アース線の設置方法に問題があるだけでなく、A/F計LM-2のセンシングタイミング(計測間隔)が遅い?ことも影響しているように思われる。
が、ホビーとして用いる分には、創意工夫で乗り切れる。
モノは使いようさ(・3・)~♪

本体動作用の電源は、シガープラグから取得可能。


書き忘れたが。
この手のデバイスは、きちんと初期セットアップする必要がある(キャリブレーションと言います)。

O2センサについては、マニュアルに従って、排気管に装着する前に空気中にてキャリブレーションを行う。
難しいことは何も無い。

アクセル開度については、開度0%と100%時の出力電圧が正しく取得されているか、確認しておこう。
出力電圧については、電気用テスターで計測し、比較するのが確実。
GALANT's Cafeの場合、サブコンAPR社製 AFC imp-IIにて把握された各種センサの出力信号電圧とも比較した(計測間隔のせいか、AFCの方が正確に出るようだ)。

エンジン回転数についても、同様。
気筒数をLM-2に入力すると、正しいエンジン回転数が記録されるらしいのだが。
こちらも計測間隔のせいか、若干ばらつく(AFCの方が正確に出る)。

正しくセットアップされたLM-2の使い方は簡単で。
赤いRecodeボタンを押すだけ。
これで、SDカードにログが残る。
後は、解析ソフトウェアを組み込んだWindowsパソコンにて、記録されたログを解析するのみ。

Windowsパソコン上での解析イメージ Windowsパソコン上で動作する専用解析ソフトウェアLogWorksにて、解析中の画面。
現行バージョンは3。
GALANT's Cafeは2.0の時代から利用しているが、こちらも進化しており、使い方と使う目的をきちんと把握できれば、非常に便利だ。



ここからは、一部事例をご紹介。
#すべてを記述するのが大変なほど、データを取得し、セッティングを繰り返した。

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:2009.2.7-8
天候:晴
外気温:5度~10度
標高:おおよそ0m程度

エンジン仕様は、エアクリーナおよびエアフロ(BMW純正互換のメーカ不明品!)の換装のみ。
(マフラー等、一切変更していない。)
~~~~~~~~

調整前と調整後の、GALANT's Cafeによる通常の街乗り時のA/F。
ちなみに、エンジンコンピュータにはO2センサが繋がっていないため、フィードバック制御が無効。
(実際の走行では、ナローバンドO2センサによるフィードバック制御が有効になるため、軽負荷走行(アクセル一定による定速走行時と思ってほしい)時には、A/F=14.7に制御される。


以下のグラフは、横軸がエンジン回転数、縦軸がアクセル開度(%)、表の中の値及び色はA/Fを示す。


■セッティング前の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。


やはり!
無茶苦茶濃いA/F設定^^;
酷いところでは、A/Fが10.0を割っている!

これでは、燃費が悪いはずだ...(泣)

(ちなみに、アクセル開度0%のところで、A/Fが20.0以上になっているのは、エンジンブレーキ作用時の燃料カット制御が有効になっているためである(正常動作)。)


■セッティング後の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。


残念ながら。
セッテイング前と同じ道を走行したわけではないため、完全に比較可能な計測結果が得られていない。

セッテイング前と比較して、パワー空燃比であるA/F=12.5~13.5のあたりに調整されたことが分かる。

残念ながら。
サブコンAPR社製 AFC imp-IIは、この表の一マス一マスを細かく制御するほどの能力はない。
そのために、完全に調整しきれてはいない。

GALANT's Cafeの調整ポイントとしては、上り坂3速全開及びハーフスロットル時のA/Fをパワー空燃比に合うよう、サブコンAPR社製 AFC imp-IIにセッテイングを施した。
この表には、その部分が示されていない。

実際の街乗り走行フィールでも、1500rpm~2500rpm辺りのもっさりとした加速感は消え(そりゃ、こんなに濃ければ、不完全燃焼してしまうよね^^;)、レスポンス良く滑らかに加速するようになった。

また、燃費的にも改善した模様で、瞬間燃費計上ではさほど変化が見られないのだが、ガソリン残量計の減りが遅くなった。

サブコン、しかも点火時期もいじれず、燃料マップを細かく最適化できないサブコンを、ハナから馬鹿にする方も居られるが。
モノは、目的と使いようだ。
古い(特に制御系システムが超古い!)ノーマルエンジンの最適化であれば、この程度のサブコンでも、十二分に役目を果たす。

無論。
最新鋭の制御系システムを搭載し、最適化が図られているような(例えば、E92型M3のような)エンジンのために、この手のデバイスを用いるのは愚かな手法と推測される。


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(APR社製 AFC imp-II)のおかげで、センサ特性が無茶苦茶なメーカ不詳なエアフロセンサでも、最適なA/Fを得ることが出来た。

GALANT's Cafeの経験として、メーカ不詳のエアフロセンサは用いないほうが良いと断言する。
使って使えないことはないが、あまりにもセンサ特性がBMW純正と異なりすぎた(特に、エア流通量の少ないエンジン低回転側で多いめに計量されるため、燃費の悪化や煤の発生が酷い)。



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