さまざまな方式

　エンジンを制御するコンピューターの主な役割が、吸入した空気量と目的の出力に合わせた燃料噴射と、最適なタイミングで点火する点火時期、どんな条件でも１発でエンジンが始動してアイドリングを安定させるアイドリング制御であることを分かってもらおうと書いたのが前回(最近ではもっと複雑になっているらしいが)。今回は、どうやって燃料噴射と点火時期を決めるのか、ECUによって方式が違うことをちょいと紹介して、ノーマルECUとFreedomとの違いを分かってもらおうという趣旨。

　そもそも、現代の車に標準装備のインジェクションとは、吸った空気に向けてガソリンを噴射して気化させる仕組み。昔の車やチューニングカーに多いキャブレターは、ストローでガソリンを吸うのに似ている。ガソリンに圧力をかけて噴射するのがインジェクターなら通り過ぎる空気をベンチュリーという狭い通路に通し、大気圧より気圧を下げる「負圧」を作り出してガソリンを吸い上げるのがキャブレターの仕組み。霧吹きと同じ原理。

　どちらも圧力を利用しているのだから、気化させるメカニズムは同じようなもの。キャブレターであれば、ジェットの交換などによるチューニングによって、排気量アップや高回転化にも対応できるが、インジェクションの場合、噴射量を変更するには外からは見えないブラックボックスであるコンピューターの内部をいじらなければならないから、その分ハードルが高い。

　しかし、インジェクションは、吸気温度の違いや高度差など、さまざまに条件が変わっても細やかな制御が可能だ。一度、セッティングしてしまえば、エンジン内部をいじらない限り、調整は不要かつ、とっても精度が高い。内部をいじることができれば、こちらを使わない手はない。

右がNA6CEのエアフロ、左がなぜか家に転がっていたNA8Cのエアフロ。NA6CEのものの方が大きく、コストもかかっていそう。左に出っ張っているのは、Ｌ字型をしているフラップが開いたときの格納場所である。

　NA6CEの場合、吸気管の途中にふた(フラップ)を設けて、どれだけ押されたかで吸った空気の体積(L/sec)を実際に計測するのだと前回に書いた。吸った空気量を実際に計測するのは、Lジェトロニック(＝Ｌジェトロ　L-jetronic)と呼ばれる方式。ドイツのボッシュ社が作って、ドイツ語の「luft(空気)」と噴射を意味する造語「jetronic」をつないだ商標だ。吸入空気量センサーにエアフローメーターを使うのが特徴。

　同じＬジェトロでも空気の量を測るのに、フラップでなくて、熱線（ホットワイヤー）を使うものがある。ロードスターではNA8Cから採用されて、NBシリーズまで使われている方式である。これは、空気が流れる経路に電気ストーブのような白金製の熱線を配置して、一定の温度に保つように電流を流す。同じ温度に保つには、流れた空気量によって電流の量を変える必要があるので、この電流の量を調べて、空気量を調べる方式。フラップ式に比べて吸入抵抗が小さいとされる。この方式では、質量流量(g/sec)が計測できるので、大気圧や外気温に左右されない特徴を持つ。補正の必要がないらしい。

　NA6CEのフラップ式エアフロ制御の欠点は、外気圧に左右されてしまうこと。体積しか測らないから、気圧によって空気の密度に差が出ても対応できないのだ。実際、海抜０メートルで空燃比12.5になるようにセッティングしたとすると、標高600メートルの松本では11.7あたりを指す。標高1500mに行くと、10.5あたりまで濃くなってしまう。これは、看過できないずれである。本来なら外気圧センサーを追加して補正する必要があるのだが、コスト抑制のためか、そこまで厳密に制御していない。だから、NA6CEで標高の高いところに住んでいる人は、かなり濃い空燃比でエンジンを回していることになる。松本に住んでいたから、標高が変わるたびに空燃比が変わるのに閉口していた。

左がNA6CEのフラップを後ろから指で開けているところ。右側がNA8Cのホットワイヤ式を入り口から見たところ。中央にある吸気経路の中央奥に２本のワイヤが見える。

　このほか、空気量を計測するLジェトロには、ホットワイヤ式をもう少し進化させたホットフィルム式やカルマン渦式エアフローセンサーがある。カルマン渦式は、川に造られた橋の橋脚を想像してもらうとわかりやすい。橋脚にぶち当たった水が、下流で渦を巻いているのを見たことがあると思う。同じ現象が空気でもあり、吸気経路に小さな突起を設けて、その下流に現れる渦の数を、超音波を使って測る方式。三菱車に多いらしい。

　空気が流れた量を実際に測ってしまうＬジェトロに対し、吸気管内の圧力を測って吸入空気量を「予測」するのがＤジェトロニック(＝Ｄジェトロ　D-jetronic)だ。こちらもボッシュ社の商標。「D」は圧力を表すドイツ語「druck」が語源らしい。FreedomはDジェトロを採用している。

　これは、回転数やアクセル開度などによって、さまざまに変化する吸気管内の圧力変化をあらかじめ覚えておき、その数値に従って燃料を噴射する方式だ。吸気管内にセンサーを置かないで済むため、吸気抵抗がないというメリットがある半面、すべての条件をあらかじめインプットしなくてはならないのでセッティングに手間がかかる点と、エアクリーナーの交換や大きな作用角のカムシャフトに交換しただけでコンピューターが対応できなくなってセッティングをやり直さなければならない点がLジェトロとは違う。複雑なエアフローメーターが不要だから、コストの面では優れている。

　歴史的に見れば、Dジェトロが先に開発されて、Lジェトロが登場。排ガス規制に伴い、より精度が高いLジェトロの採用が増えた後、最近は再びDジェトロが増えているらしい。コスト削減と、コンピューターや触媒の高性能化が背景なのかな。

　チューニングを進めていくと、負圧センサーさえじゃまに思えてくる人もいる。そんな人はスロットルポジションセンサーの信号とエンジン回転だけで噴射量を求めるスロットルスピード方式を採用する。Freedomはこの方式でも制御できるようになっている。アクセル開度だけで燃料を決めるのだから、かなりアバウトなようにも思えるが、実際はそれほど大きな狂いはないらしい。アクセルをどれだけ開いているのかを正確に出力できるリニア式スロットルポジションセンサーが必要。NA6CEは、踏んでいないアイドル状態か、踏んでいるか、全開かの３つの状態しか分からないスイッチ式が採用されているので、AT車用のセンサーを探してこない限り、この方式は採用できない。

　「ファインチューン」と言われる範囲のチューニングにはLジェトロ、すなわちノーマルコンピューターのROMチューンが最適。ノーマルのままでも264度くらいのカムまでなら対応できるし、エアクリを変えた程度ではそれほど狂わないから。

　しかし、ハードなチューニングをやろうと思うと、Dジェトロの方が都合が良くなる。セッティングさえ自由になれば、４連スロットルにしようがターボにしようが、吸気の取り回しを自由にできる。Lジェトロの場合、吸い込む空気をすべてエアフロに通さなければならないので、エアフロの容量以上の空気は吸い込むことができない。インマニのようなものを製作すれば、４連スロットルでもLジェトロで制御できるものの、ある程度の吸気管が必要になるため、豪快な吸気音がスポイルされてしまう。チューニング野郎にとって豪快な吸気音は重要なのである。

　次回はブラックボックスの中でどんなことをやっているのか、のぞいちゃおう。