AVO/MoTeC Japanのブログ(News)

電子スロットルとアイドルコントロールバルブ

先日解説したフェラーリ328の電子スロットル化について、たくさんの御質問や御相談があり、説明不足を反省しております。改めて、一般的なワイヤーケーブル式スロットルと電子スロットルの違いについて説明させて頂きます。

　

　

アイドルコントロールバルブは、文字通りアイドリング回転を制御する装置で、電子制御エンジンの多くに採用されています。

冷間始動ではアイドル回転数が上昇し、水温が上がってくると回転が下がる。クラッチを切ってエンジン回転数が一気に落ちても、そのままエンストせずアイドリングする。そして、エアコンをONにすればアイドリング回転が上昇。

この一連の操作を、頑張ればアクセルを踏む右足でやり続けることはできるけれども、できることなら全自動でやって欲しい（そして失敗してエンストも、絶対しないで欲しい）。…そんな夢を叶えたのが、アイドルコントロールバルブです。

雑な図で申し訳ありませんが、左側がアイドルコントロールバルブ付きエンジンです。スロットルバタフライが全閉した状態でも、ECUに設定されたアイドル回転数を保つべく微妙に開閉具合を調整します。

　

アイドルコントロールバルブは、複数の制御が渾然一体となってコントロールしています。

イメージ的には、エンジン回転が下降してきた際に、そのままストンとエンストしないようにコントロールバルブを大きく開き、勢いよく下降するエンジン回転にブレーキを掛ける制御。

例えば、アイドリング回転を800rpmに設定したとします。

アイドリングを800rpmで安定させることがコントロールバルブの役割となりますが、高回転でクラッチを切って、エンジン回転が急降下。800rpmまで下がったところでコントロールバルブが開いても、間に合わずにエンスト（ストール）してしまいます。このため少し早めにバルブを開き、800rpmでピタリと安定させるような、ストール耐性を向上させるセッティングがおこなわれます。ここでエンストしない程度に空気を取り込めるサイズとして、アイドルコントロールバルブは最大でも２cm前後の直径が与えられています。

　

対する電子スロットルは、スロットルそのものを電気的に開閉させているため、アイドルコントロールバルブを廃して、機能を一元化させているのが特徴です。

　

近年、燃費向上や排ガスのクリーン化が重要視されていますが、

●急激にアクセルペダルを踏む＝燃費が落ちる

●急激にアクセルペダルを離す＝排ガスが汚れる

　

この急激に…というのは、全開走行の時だけではなく、普通に街乗りをしている際のアクセルワークも含みます。ドライバーの操作以上にゆっくりバタフライを開閉させ、燃費や排ガスのクリーン化を実現しているのです。

　

このような制御は、スポーツ走行時のアクセルレスポンスを阻害し、リニアなドライビングを楽しませてくれないために、スポーツカーのオーナーの中にはアンチ派が多数存在します。

　

しかし、アイドルコントロールバルブに対して、電子スロットルでのアイドル制御には利点があります。例えば、Z32型フェアレディZのように、エンジンユニットは左右対称に見えるのに、実は制御が左右非対称の場合。アイドルコントロールバルブが片方のサージタンクにしか付いていないため、左右のサージタンクを連結パイプで繋いでいますが、アイドリング時の空燃比が左右バンクでまったく別の数字になるほど変わります。

左右バンクそれぞれにアイドルコントロールバルブを備えれば問題ないような気がしますが、当時は制御システム的に難しかったのです。時が経ち、同じくV6ツインターボのR35型GTRでは、左右のスロットルが電スロ化され、完璧で緻密なアイドルコントロールをおこなえるようになっています。　

　

さらに、アクセルペダル操作に関係なくECUが開閉できるため、ローンチコントロールやアンチラグのような制御が可能となりました。

　

また、アイドルコントロールバルブは「アイドリングさせるための空気を取り込む弁」という大前提から、全開にしても回転数が異常に高くなることはありません。対する電子スロットルは、バタフライを開閉させてアイドルコントロールをしているため、空気を取り込める量の上限が格段に多く、より広範囲なアイドル制御が可能です。

　

　

先日紹介したフェラーリ328のように「アクセルを踏まないクラッチワークだけのゼロスタート」のような制御は、電スロを後付けした車種では今後定番化していくと思います（ECUの制御速度やリミッターの設定を甘く見ると、予期せぬ急発進のリスクが高まります）。

同様に、R35GTRや86/BRZのような「電スロ標準搭載車」では、MoTeC M1制御化することで、単に右足に追従するレスポンスが手に入るだけではなく、純正ECUでは届かない領域の制御が可能となるのです。

　

　

　

フェラーリ328 MoTeCフル電子制御 その３

フル電子制御化にあたり、MoTeC M1でエンジン制御すると同時に電子スロットル化を施しました。

市販車の電子スロットルに対しては、ネガティブなイメージを持っている人が多いと思います。アクセルレスポンスが悪い、ペダル操作と違う動きをする…など、ドライバビリティに悪影響を及ぼすスロットルの動きは、すべて排ガスのクリーン化や燃費向上に必要な制御です。
自動車メーカーは、意地悪でこのような制御をしているのではありません。もはや電スロを使って「ドライバーの意のままにならない」レスポンスにしなければ、排ガス規制をクリアできない領域まで来ているためです。

ただ、今回の電子スロットル化に関して言えば、環境や燃費を優先するための物ではなく、むしろドライバビリティを向上させるために選択しました。
電子スロットルは、基本的にはアクセルペダルに忠実な動作が可能です。競技車の場合は、ローンチコントロールやアンチラグ（ミスファイア）などの制御をおこないますが、今回フェラーリ328では、競技車のようなコントロールは一切おこないません。
それなら「わざわざ電スロ化する意味あるの？」という声が聞こえてきそうですが、この328に手を入れるにあたり、電スロ化こそが「最も注目すべき部分」であり、328を激変させる仕様変更です。
　
電子スロットル化した一番の理由は、ストリートの快適性を絶対的に向上させるためです。
電子スロットルは、アクセルワイヤーを使わずに、サーボモーターの力でスロットルバタフライを開閉させる装置です。旧来のスロットル装着車の場合、アイドリング制御には「アイドルコントロールバルブ」という、超小型の電スロ的な物が使用されていましたが、電スロ装着車の場合には、電スロ自体が自動開閉して最適なアイドリング制御をするため、アイドルコントロールバルブが不要になります。
この、アイドリングを「小型バルブ」から「スロットル」が制御するようになったことが、快適性を激変させるのです。
　
少々回りくどい説明をします。
マニュアルで街乗りをした場合、低速トルクが乏しいエンジンではアクセルとクラッチのコントロールが不可欠で、上り坂などでは余計に神経を使います。対する大トルクエンジンの場合は、アクセルを踏まなくてもクラッチを繋ぐだけでスルスル進み、多少雑なクラッチワークでもエンストしないため、街中の渋滞でも運転が楽になります。
つまりトルクの細い低排気量エンジンは、エンストしやすいため的確な操作が要求され、大トルクエンジンはエンストしにくいため、雑な操作を許容してくれるのです。
　
では、エンストをエンジン制御の面から考えてみましょう。エンジン自体のトルク特性は変えられないとしても、「アイドリングを安定させる装置」であるコントロールバルブのセッティングを頑張れば、アクセルを踏まないクラッチワークだけでスルスルと走り出しそうな気がします。多少雑にクラッチを繋いでも、アイドルコントロールバルブが頑張れば、エンストせずに走れるようになりそうです。
しかし、結果としてこれは不可能。理由は、コントロールバルブの空気を取り入れる穴は非常に小さく、アイドリング＋アルファ程度の空気しか通過できないのです。このため、エンストしないようにアクセルを少し踏み込み、バタフライを開いて空気を取り込む必要があるのです。
　
これが電スロの場合、アイドリングを「900rpm」と設定すれば、アクセルを踏まずにクラッチを繋いでも、それが上り坂だったとしても、900rpmを維持するためにバタフライが自動で大きく開きます。極端なことを言えば、サイドブレーキを引いた状態でクラッチを繋いでも、スロットルを大きく開いてアイドリングを維持させることができます。（実際は危険なので、そこまで極端な開度にならないように設定します）
つまり、電子スロはアイドリング安定度が驚くほど高いのです。
　
設定したアイドリング回転を維持する許容が高いため、発進はブレーキペダルから右足を離すと同時に、クラッチを繋ぐだけ。フェラーリ328は、元々低速トルクが細いわけではありませんが、電子スロを組み合わせることでクラッチミートの際にアクセルを踏まなくても大丈夫な上に、無駄にアクセルを開けないのでクラッチの消耗も最小限。上り坂でも同じように操作するだけでエンストしなくなるため、まったく気構えることなく運転できるようになりました。

このように電子スロットル化は「凄い機能が付いた！」「驚きのパワー！」という物ではなく、「MoTeC制御にしたら乗りやすくなったな」程度にしか感じない部分かもしれません。しかし、古いクルマという物は、いろいろな面で「古い」。一部分をリフレッシュしたり、パワステやエアコンを追加しても、それはエアコンやパワステの付いた古い車であって、現代の自動車と同じような快適さは望めません。　
フルPDM化で電装系をリフレッシュしたお陰で、「出先で故障するかもしれないから遠くに行きたくない」というリスクが大幅に軽減しているのだから、エンジン制御の面でも、「乗るたびに疲れる…」を「乗りやすいから毎日乗っています！」に変えたい。そんな想いを込めた電スロ化です。
　
「エンジン掛けただけで違う」「前より乗りやすくなった」オーナー様から頂いた言葉は、従業員一同本当に感激しました。
　
　
ちなみに、旧車の電気制御を一新したり、電子スロットル化するようなレストアは、まだまだ日本では馴染みがない物です。今回の作業でフェラーリ328は「機械としての性能」を格段に向上させたと自負していますが、「フェラーリ328としての価値」が向上するのかどうかは判りません。このため、純正部品を切ったり穴を開けたりという作業は一切せず、御要望があれば純正配線とKジェトロを使用した「完全ノーマル」に戻せる前提で作業させて頂きました。

　

　

　

フェラーリ328 MoTeCフル電子制御 その２

ガソリンは放置していると腐ります。乗らないクルマにガソリンを入れっぱなしにしておくのは、絶対にやってはいけないことです。
ガソリンタンク内の燃料をすべて抜いているから大丈夫…ではありません。キャブレターやKジェトロは、内部に燃料を貯めておくスペースがあり、ガソリンタンクの燃料を抜き取っても、内部に残った燃料が腐り、キャブやKジェトロに深刻なダメージを与えてしまうのです。
　
フェラーリのようなスーパーカーの旧車となると、どうしても乗らない時間が多くなりやすいため、前述のような理由からKジェトロとの相性は最悪です。
そして、Kジェトロは元々の構造自体が「レスポンスが良いエンジン」を生かし切れない物なので、例え新品だったとしても「スポーツカーのエンジン性能を引き出す」という点で現代のエンジン制御には遠く及びません。
　
Kジェトロを丸ごと撤去してインジェクション化するにあたり、インジェクターカラー、デリバリーパイプ、スロットルポジションセンサーマウントを製作し、アイドルコントロールバルブをサージタンクに取り付けるという作業が必要です。
しかし、今回はMoTeC M1で制御するにあたり、電子スロットルに変更。アイドルコントロールバルブやスロポジセンサーを追加せずに仕上げました。
　
MoTeC M1は、従来のM800系と比較して8倍の処理速度を誇りますが、これは単純にハードウェアのスペックが向上したから達成した数値ではありません。従来のM800の動作を人間の歩きに例えるなら「右足を40cm前に出して地面と接触したら後退させ、同時に左足を浮かせて前に出す」的なプログラムになります。セッティングが上手な人ほど、ロボット的な動きではなく人間のようにスムーズに制御できます。
対するM1は「歩くだけなら特に考えなくても歩けるでしょ、普通。道が凸凹してたら注意するけど。」というほどの差があります。誤解を恐れずに言うなら人工知能に近く、より自然でスムーズなエンジン制御をおこなうのが特徴です。
　
セッティングをおこなったところ、エンジンの左右（前後？）バンクの空燃比が大きくズレていることが判り、タイミングベルト調整が必要と判断。新品ベルトに交換した上で再調整（ボルトが指で回るほど緩んでいるなど、もう少しで大惨事な部分がありました）。
　
無駄な燃料を噴射せず、全域で適正な空燃比にセットしたエンジンは、驚くほど乾いた排気サウンドになります。Kジェトロ時代とはまったく違う、回せば回すほどウットリする「これぞフェラーリ！」なサウンドに、私たちも本当に感動しました。
　
つづく
　
画像1：MoTeC M1でエンジン制御するにあたり、REFはフライホイールから、SYNCはデスビ位置から取得。デスビレス化して点火コイルを新設してあります。

画像2：車体から撤去した純正の配線。

画像3：
センターコンソールの裏側の配線も、すべてMilspecワイヤーで引き直しました。

画像4：
メーター裏の純正配線（右）と、引き直したMilspecワイヤー（左）。配線の太さは見ての通りです。純正コネクターの端子はすべて新品に交換しました。

　

　

　

フェラーリ328 MoTeCフル電子制御 その１

中央電装様からの御相談で、328の「見えない部分の完全リフレッシュ」をお手伝いさせて頂きました。
エンジンやミッションのオーバーホールや、足回りのリフレッシュ、ボディの鈑金装など、旧車のレストアにはさまざまな項目がありますが、私たちがお手伝いするのは電気配線と制御の部分です。
　
　
フェラーリだけの話ではありませんが、古い自動車はエアコンの不調に始まり、電装関係のトラブルや燃料漏れは「起きて当たり前」です。
　
特にこの328の場合、外装はピカピカに見えても中身は30年もの。そして、基本の基本のそのまた基本である電気関係の設計部分は、50年以上前にデビューしたディーノと大きく変わっていません。ダメとは言いませんが、部分的には「電源を絶対に入れないならば、このままでも良いのでは？」と感じるほどです。
クラシックカーで起きる車両火災の大半は、ガソリン漏れやオイル漏れによるものよりも、電装系のショートが原因なのですが、これは「具体的にこの部品がショートしやすい」という物ではなく、すべての配線と接点が疑わしいという状態です。
つまり、配線をすべて引き直すことで、車両火災の可能性を大幅に引き下げることができるのです。もちろん、単に同じ線で引き直すだけでは「設計上の同じリスク」を再現するだけになる部分があるため、最新のシステムでリフレッシュさせます。
MoTeC PDMを使用してリレーとヒューズを完全撤去しつつ、配線を完全に引き直しますが、交換するのと同時に、接点である端子もすべて新品に交換。さらに、リレーやヒューズBOXを中継する必要がなくなるお陰で、接点の数が減る＝接点不良のリスク低減という効果もあります。
今回はメーター裏の細かい部分も含め、あらゆる純正配線を完全に引き直しました。純正の配線は、「え、この細さまずいんじゃない？」や、「5A（アンペア）くらいしか流さないのに、何故かうどんみたいに太い線が付いてるんですけど…」という、滅茶苦茶な部分が多々ありましたが、ミルスペックの配線に引き直したことと、純正の鈍重なヒューズ/リレーBOXを撤去したことで、キロ単位で軽く仕上がりました。

ここまでやることで、配線の加熱や接点のスパークが解消されるため、電気系からの火災のリスクは大幅に低減させることができます。
　
もちろん、電気配線をリフレッシュしただけでは片手落ち。「すべての配線をリフレッシュ」という御依頼には、エンジン配線のリフレッシュも含まれています。純正のKジェトロニックを撤去して、MoTeC M1を使用したインジェクション化を、同時に施しました。
　
つづく

　

　

　

WTAC 2018

先週末にオーストラリアで開催されたワールド タイム アタック チャレンジ（WTAC）。
チームエスコートとファイヤー安藤選手が、このタイムアタックに賭ける情熱とエネルギーは並々ならぬ物があり、去年初参戦した経験を生かし、マシンの熟成から事前の準備に至るまで万全の体制での渡豪でした。
しかし、台風の影響で船の到着が遅れ、走行がぶっつけ本番となってしまった上に、路面がウエット。降ったりやんだりの天候な上に、降って少ししてから路面に雨水が流れ出す場所があるなど、最悪のコンディション。準備もそこそこに到着したマシンをそのまま走らせることになってしまい、ファイヤー安藤選手は31秒台を記録。
翌日の走行に向けて、そこからようやく準備開始だったのですが、ファイヤー安藤選手自身が諸事情により走行できなくなってしまいました。
2日目は出走こそできなくなってしまいましたが、プロクラスに出場する選手は現地ではヒーロー。レーシングスーツを着てサイン会の長蛇の列を捌くなど、ファイヤー安藤選手は走らなくても忙しい状態。そしてもう1人、現地で大人気のアンダー鈴木選手も、今回はマシンの製作が間に合いませんでしたが、サイン会のために会場に来ていました。
ファイヤー安藤選手がアンダー鈴木選手に、軽く「代わりに乗ってよ」という話をもちかけた際に、大会関係者がそれを耳にしたことが発端となり、気が付くと話が大きくなって、アンダー鈴木選手がファイヤー安藤選手の代わりにドライブすることとなりました。アンダー鈴木選手にしてみれば、シートポジションから何から違う他人のマシンで、いきなりの全開走行。快諾してくださったことに、本当に感謝しかありません。
来場者の多くは、7年連続で日本から遠征してプロクラスに出場しているアンダー鈴木選手の大ファン。そのリスペクトっぷりは、出走と同時に大歓声が上がるほど。彼のドライブが見れる事が判ると、会場は猛烈な盛り上がりです！

しかし、晴れていたハズの天気が、アンダー鈴木選手が走り出した瞬間から大雨。そんな中、初めて乗るチームエスコートのマシンにも関わらず、アンダー鈴木選手は果敢にアタックをおこない、マシンの挙動を掴むと、2本目にはウエットながら27秒55を記録。昨年ファイヤー安藤選手がドライ路面で記録した27秒32に迫るタイムです。

このタイムから、別格に進化したダウンフォースをはじめ、圧倒的に戦闘力が向上していることが証明されました。
今年の挑戦は結果として好条件に恵まれませんでしたが、不利な条件は遠征チームの常であり、そこで記録を出す事こそが「井の中の蛙」ではなく世界と戦うという事なのです。ファイヤー安藤選手とチームエスコートは、来年も世界に挑み、前だけを向いて戦い続けます！