酸素センサーと調整

Apr 27, 2023

酸素センサーまたはラムダセンサーは、最新の燃料噴射システムの最も重要なコンポーネントの 1 つですが、最も誤解されているコンポーネントの 1 つです。 高性能エンジンやレーシング エンジンのチューニングを成功させるには、センサーの仕組みとその出力の解釈方法についての基本的な理解が不可欠です。 これに電力加算器を投入すると、O2 センサーの重要性がさらに高まります。 私たちの目的のために、センサーの化学的および電気的特性にはあまり関心がありません。さらに詳しく知りたければ、その情報は広く入手可能です。代わりに、最終目標の達成に役立つ実用的な情報に焦点を当てます。エンジンから最大限のパワーを安全に取り出すため。

あなたが目にする可能性のある O2 センサーには主に 2 つのタイプがあります。 狭帯域 O2 センサーは通常、量産車両に搭載されており、ガソリンの 14.3:1 ～ 15.1:1 の範囲で空燃比 (AFR) を正確に測定するために使用できます。 私が空燃比を測定するのではなく決定すると言っていることに注意してください。 これは重要な違いですので、後ほど説明します。 エンジン、特にレースエンジンをチューニングしている場合は、他のタイプのラムダセンサー、つまり広帯域酸素センサーを使用する可能性がはるかに高くなります。 より速い応答時間、排気ガスの酸素含有量を直接測定できる機能、および約 10.2:1 ～ 15.5:1 の使用可能な空燃比 (ガソリンの場合) を備えた広帯域ラムダ センサーは、重要な情報を提供します。エンジンから大量のパワーを安全に取り出すために使用されます。

広帯域酸素センサーの使用方法を詳しく説明する前に、実際に何を測定しているのかを理解することが重要です。 酸素センサーというと、おそらく最初に思い浮かぶのは AFR です。 実際には、酸素センサーはどれだけの燃料や空気がエンジンに供給されているかを知りません。 むしろ、排気ガスの酸素含有量を測定します。 これだけでは AFR を判断するには十分な情報ではありません。 エンジンが動作するように設計されている燃料の化学量論値 (完全燃焼が発生する AFR として定義) を知ることで、エンジンが動作している AFR を計算できます。

しかし、燃料の種類を変更したり、混合物に亜硝酸を加えたりしたらどうなるでしょうか? 燃料の種類が異なると、完全燃焼を達成するために必要な空燃比も異なります。 亜硝酸を噴射するには、スプレーによって運ばれる余分な酸素を収容するために燃料を追加する必要があります。 この時点では、それはもはや空気/燃料混合物ではなく、むしろ空気/燃料/亜硝酸混合物です。 これらのことは、エンジンに供給される実際に必要な AFR を劇的に変化させます。 ただし、エンジンに何を入れても、完全燃焼は酸素センサーにはまったく同じに見えます。

燃料の種類を考慮する前の、広帯域酸素センサーによって提供されるこのデータは、「ラムダ」として知られています。 ラムダ値「1」は完全燃焼を表します。 これは、ポンプ ガスに対して約 14.6:1 に相当します。 1 より大きい値はリーン状態を示し、1 未満の値はリッチ状態を示します。 ラムダ値を使用したチューニングは、エンジンに何を供給するかに関係なく、最高のパフォーマンスを実現するラムダ値が基本的に同じであるため、さまざまな種類の燃料や出力加算器を使用する場合に非常に役立ちます。

ほとんどのチューナーは、安全マージンとしてブーストまたは亜窒素が低い場合に、よりリッチなターゲット ラムダを実行しますが、私の経験では、リッチから始めて、最適なパフォーマンスが得られるまで段階的にリーンなチューニングを行うと、ほとんどの場合、ラムダ値 0.9 かそれよりわずかに下回る結果になります。 。

酸素センサーによって提供されるデータの重要性を知るということは、酸素センサーを適切に取り付ける方法と、いつ交換する必要があるかを判断する方法を理解する必要があることを意味します。 酸素センサーの配置はセットアップによって異なります。 使用するセンサーの数やターボチャージャーの有無などを考慮する必要があります。 酸素センサーの角度と位置に関しては、使用するデータロガーまたは ECU の指示に従ってください。 これは、現在市場にある無数の閉ループ EFI システムを調整する場合に特に重要です。 選択できるオプションは数多くありますが、使用されているシステムに関係なく、広帯域酸素センサーを調整するときに私が参考にする特定の戦略があります。

まず、センサーが良好な状態にあることを確認してください。 よくわからない場合は、新品のセンサーを使用してください。 センサーの故障の兆候には、応答時間の遅延や測定範囲の減少などがあります。 この種の問題は経験がないと発見するのが難しいため、疑わしい場合は交換するのが最善です。 寿命に関して言えば、有鉛レース用燃料を使用している場合、ラムダセンサーからは通常 40 ～ 60 時間使用できます。 過剰な EGT が発生すると、この数値は劇的に低下します。 酸素センサーが不良であると、閉ループ EFI システムではすぐに動作上の問題が発生したり、さらに悪化する可能性があります。 これは、システムが広い AFR 補正範囲で構成されている場合に特に当てはまります。

最新の EFI システムは、閉ループ機能が優れています。 ECU は、酸素センサーからのデータに迅速に応答し、エンジンを必要なラムダ値で非常に効果的に稼働し続けることができます。 これはチューニングには非常に役立ちますが、依存しすぎると問題が発生する可能性もあります。 ECU は不正な酸素センサー データに反応することに注意してください。 排気管に亀裂があるのか​​、センサーが摩耗または損傷しているのかを知る方法はありません。 ブーストが 30 psi 未満でエンジンを実行している閉ループ システムに不適切なデータを入力すると、悪いことが発生する可能性があります。 このような大惨事が起こらないように、私はクローズドループにできるだけ依存しないようにしています。

私のチューニング戦略は通常、エンジンを始動する前に、まずベース マップを手動で開発することです。 次に、+/- 20% の補正を許可する閉ループ設定で、データのログを作成し、マップを調整します。 基本マップが +/-2% 以内で正しくなるまでこのプロセスを繰り返し、その後、閉ループを +/-5% に設定してトラックに進みます。 これにより、閉ループ システムがさまざまな周囲条件に合わせて微調整できるようになり、不正な酸素センサー データに起因する劇的な変化を防ぐことができます。

トラックにいる間、ベースマップの改良を続けます。 基本マップは一度運用開始されても常に進化し続けるため、エンジンが寿命を迎えるにつれて変化する要件に適応しながら、可能な限り少ない閉ループ補正で動作することができます。 極端な高度の変化や、燃料要件が 5% を超えて変化するその他の場合は、調整を戻すために複数のパスが必要になるため、最初のパスの前に手動で対処する必要があることに注意することが重要です。 言い換えれば、前回のレースが海抜ゼロメートルで行われ、次のレースがロッキー山脈で行われる場合、トラックに入る前に燃料調整を行う必要があるということです。

酸素センサーとそれを利用する閉ループ EFI システムは、ほんの数年前には前例のないレベルのパフォーマンスを実現できる素晴らしいツールです。 ただし、他のツールと同様に、その良さはそれを扱う人によって決まります。 これらを使用するには、酸素センサーが何を測定しているのか、ECU がそのデータをどのように使用するのか、データがどのように侵害される可能性があるのか​​、そしてこの欠陥のあるデータに対して ECU が過剰に反応することによる影響を理解する必要があります。

他のショップが作成した、オープンループではまったく実行されない曲を複数回遭遇しました。 酸素センサーのプラグが抜かれていると、エンジンはアイドリングすらできなくなります。 これは、ECU の閉ループ機能に過度に依存しています。 このようにシステムが構成されている場合、酸素センサーに何らかの障害が発生すると、走行が著しく悪化し、エンジンが損傷する可能性があります。 基本マップが正しい場合、エンジンは閉ループと同様に開ループでも動作するはずです。 閉ループ補正は、周囲条件の変化や燃料品質のわずかな変化などに適応するための微調整にのみ依存する必要があります。

ただし、チューニング プロセスでは、広帯域 O2 センサーと閉ループ制御を活用して、競技に備えた洗練されたベース マップを迅速に開発できます。 このようにして、このテクノロジーが引き起こす可能性のある落とし穴のいくつかを回避しながら、このテクノロジーを最大限に活用することができます。EB