エアフロメーター

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エアフロメーター(: air flow meter)はエンジンを電子制御する際の入力情報としてエンジンへの空気吸入量を計測する装置である。エアフロセンサーとも呼ばれ、省略してエアフロと呼ばれる場合もある。英語圏ではマスフローセンサー(: Mass flow sensor, MAF)と呼ばれる場合がある。

概要[編集]

エアフロメーターは燃料噴射装置の制御が電子化された際に登場した。 アクセルペダルと連動したスロットルバタフライの開度によって、エアクリーナーを通過した吸入空気の量を測定して電気信号に変換し、エンジンコントロールユニットが燃料噴射量を決定するために用いられる重要な部品である。

動作方式によって様々な種類があり、自動車部品メーカーが様々な形式を発表・改良しながら現在に至っている。

吸入空気量測定にエアフロメーターを採用している燃料噴射装置を特にLジェトロニックと呼ぶ。

動作方式[編集]

フラップ式(メジャリングプレート式)[編集]

スロットルバタフライの開閉によって、エアクリーナーを通過した吸入空気がエアフロメーター内に設けられたフラップ(メジャリングプレート)を直接開閉し、その開閉角度を計測することで吸入空気量を測定するタイプ。

フラップにはリターンスプリングが設けられており、吸入空気の速度が変化しなければリターンスプリングの反力でフラップの角度が保持される。この角度をフラップ軸に連動したポテンショメーターで測定し、電気信号に変換することで吸入空気量が測定される。フラップの形状は多くはL字型をしており、L字の片側が吸入空気経路を塞ぐように配置され、もう片側はダンパー室と呼ばれる空洞に収まるようになっている。吸入空気の速度が速い場合でも、ダンパー室がフラップの脈動を押さえることで、安定した空気量計測を可能としている。

初期のLジェトロニックにはこのフラップ式エアフロメーターが多く採用されたが、スロットルバタフライとは別に吸入空気経路を塞ぐフラップの存在が、吸入空気の大きな抵抗になるため、後述のホットワイヤー式の台頭や、電子制御式燃料噴射装置のごく初期に使用されていた圧力センサー(Dジェトロニック)が次第に改良され信頼性が高まってきたことから、現在ではあまり使われないようになった。

熱線式(ホットワイヤー式)[編集]

エアフロメーターの吸気管内に細い白金熱線からなるセンサーを設置したタイプ。

電流を通して加熱した白金熱線を空気が通過する際に熱線から熱が奪われる。 この際に熱線の抵抗が変化することを利用して、熱線を通る電流値の微妙な変化を空気流量の検出に活用するというもの。(空気流速が速い程多くの熱が熱線から奪われ、熱線抵抗が弱まって電流値は増大する。空気流速が遅い程少ない熱が熱線から奪われ、熱線抵抗が強まって電流値は減少する。)熱線に流れる電流の変化とは別に、熱線の手前に温度センサーが設けられており、吸入管内の空気温度を測定することでより正確な空気量測定を行う仕組みとなっている。

フラップ式に比べて空気抵抗がほとんど無いという利点があり、現在では日産自動車系のEGI ( Electronic Gasoline Injection。日産自動車マツダ富士重工業が採用)などに多く用いられている。

ただし白金熱線センサーが小型のため、他の形式に比べてセンサーの汚損に弱いという欠点も存在する。通常、熱線式エアフロメーターのセンサー部前後には汚損防止用のスクリーンが設けられていることが多いが、過大なブローバイの発生や湿式エアクリーナーにおいて吸着オイルを大量に塗布しすぎた場合などに、センサーが汚れて不具合を起こすことがあるため、長期的な維持を行う際には清掃を行うことが望ましい。

カルマン渦流式[編集]

エアフロメーターの吸気管内にカルマン渦を発生させ、渦流の数を超音波で測定するタイプ。

エアフロメーター内部にカルマン渦を発生させるための渦発生柱が設けられ、吸入空気が渦発生柱に衝突することでカルマン渦が発生する。発生したカルマン渦は渦整流板を通して安定化され、この際に渦流に向けて超音波発信器から一定波形の超音波が照射される。空気流速が増してカルマン渦が多く発生していると、超音波の波形が変化し疎密となるため、この波形をパルス変換することで吸入空気量が測定できるのである。

エアフロメーター吸入口にはハニカム構造の整流板が設けられ、渦発生柱のカルマン渦発生をより安定化させている。

熱線式に比べて複雑な計測が必要になり、エアフロメーター本体の価格も高くなるという欠点があるが、空気抵抗が少なく吸入空気量を非常に正確に計測出来るため、三菱自動車工業ECI-MULTI及びECI ( Electronic Controlled Injection-Multi )システムに多用された。三菱は一時期ほとんど全ての車種に自社グループ内で開発したECIシステムとターボチャージャーを搭載し、「フルラインターボ」を謳って、その技術力を誇示していた時期があった。

エアフロメーターの付帯部品[編集]

スロットルポジションセンサー[編集]

スロットルボディに取り付けられ、スロットルバタフライの角度からエンジンがアイドリング状態であるのか、全開状態であるのかまでを検出し、インジェクターの燃料増量および燃料カットを制御するための部品。

スロットルポジションセンサーが全閉状態で、尚かつエンジン回転数が高い場合にはエンジンコントロールユニットは「エンジンブレーキを使用している」と判断し、燃料の噴射を停止する。

近年では原油価格の高騰で消費者のエコカー指向が高まっていることから、スロットルポジションセンサーとその制御方法は急速に進化してきており、燃費性能の向上に寄与している。

吸気温センサー[編集]

吸入空気温度を検出するセンサーで、エアフロメーター内に内蔵される場合と、吸入空気通路に独立して取り付けられている場合とがある。サーミスタを内蔵し、温度変化による抵抗値の変化量から吸気温度を計測する。このセンサーからの信号を元に、吸入空気温度に応じた燃料噴射の増減を行っている。

水温センサー[編集]

エンジン冷却水温を検出するセンサーで、エンジン冷却系統内に設置される。 サーミスタを内蔵し、温度変化による抵抗値の変化量から水温を計測する。このセンサーからの信号を元に、冷間時の燃料噴射の増加を行っている。キャブレター車におけるチョーク弁と似た役割を果たす重要な部品である。

スタートインジェクター・タイムスイッチ[編集]

低温始動時には通常のインジェクターとは別に、コールドスタートインジェクターと呼ばれる補助インジェクターを作動させて始動性を向上させているが、このコールドスタートインジェクターの噴射時間を制御し、プラグのカブりを防止するための装置。

O2センサー[編集]

酸素の濃淡電池の原理を応用した固体電解質センサー。試験管状のジルコニア素子に白金のコーティングを施した構造になっており、排気管の触媒内に設置される。ジルコニア素子は両面に酸素温度差があると起電力を発生する性質があり、この性質を利用して空燃比を計測する。

O2センサーは表面温度が高まると白金の触媒作用により理論空燃比付近を境に起電力が急変する性質を持つため、センサー外面は排気ガスに晒し、センサー内面は大気を導入して空燃比の検出と制御を行っている。

燃料噴射装置が登場した当初は、そのエンジンに対してO2センサー1個で燃焼制御が行われる事が殆どであったが、各シリンダーごとに個別にインジェクターが配置されるマルチポイントインジェクション(MPI)形式が一般化した今日では、各シリンダーに対して1個のO2センサーを装着し、シリンダー単位で高度な燃焼フィードバック制御を行うものも増えてきている。

関連項目[編集]