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 Jtec-R 製品詳細<エンジン制御>
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J-AFC : 空燃比制御装置
はじめに
ガソリン価格の高騰・石油資源枯渇・地球温暖化等、自動車の運転燃費改善は自動車製造者と私たちユーザの責務です。今、地球上を走行している全ての車両が1%だけ燃費向上したら、 その総量は・・・
当社は使用過程車両 (既に販売されて使用中のお車)を対象にして燃料噴射量を最適に制御して燃費を改善するオリジナル電子装置「J-AFC」を開発しています。


自動車メーカ、燃料メーカの技術
自動車メーカでは、新型車を対象にして、ハイブリッド・アイドルストップ・DI(直噴)・リーンバーン等、多くの低燃費技術を投入しています。また、行政・石油元売会社においてもバイオエタノールを3%程度混合したガソリンの実用化を試験中です。これによってガソリン=石油資源の消費量を3%だけ削減することが狙いなのですが・・・この3%という数値の意味はとても重要です。
つまり、僅か数パーセントの石油消費量を削減することも大変重要で困難なのが事実です。
ですから・・・○○○だけで燃費30%向上・・・等の宣伝をしている商品は全て偽物です。

J-AFCとは
ガソリン又はLPGエンジンのエンジン電子制御装置へ接続して燃料噴射量を減少させます。O2フィードバックという本来のエンジン制御システムの機能を維持することが特徴で、これによって排気ガス性能やエンジンへの悪影響の無いまま燃費改善が可能になりました。数々の燃費改良アイテムのある中で、実質的にガソリン噴射量を制御する装置は他にありません(O2フィー ドバックしない類似品にはご注意ください:法令違反となる可能性があります)。

原理を簡単にいうと”通常のエンジンをリーンバーン車と同じ原理で運転すること”です。リーンバーン車両についてご存知無い方はこちらを参考にしてください。
→リーンバーン解説

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J-AFCの作動原理:特許公開番号 2007064194
一般的な自動車のガソリンエンジン・及びLPGエンジンは図1に示すように吸入空気(緑)とガソリン/又はLPG(赤)を混合してエンジン内部に送り込むようになっています。この時の吸入空気量はエアフローメータと呼ばれるセンサーで電気的に測定し、またガソリン量はインジェクター の開閉時間によって計量されて噴射します。つまり、ドライバーがアクセルを踏むと吸入空気量が増加し、それをエアフローメータが検出して、その時の吸入空気量に見合ったガソリン量がインジェクターから噴射されるようになっているのです。それらの制御を高速でリアルタイムに実行するのがエンジン制御装置(ECU)です。
 エンジン制御システム
 図1
ところで、エンジンが最も効率よく運転でき、かつ排出ガス中の有害物質(一酸化炭素・炭化水素・NOX)が最も少なくなる条件として空気の量とガソリンの量との混合比率=空燃比が重要です。理論的にはその比率は14.7(空気重量):1(ガソリン重量)とされており、この場合の比率を「理論空燃比」と言います。ところが、単純にエアフローメータとインジェクターとによって混合比率を決めようとしても、それらの部品は大きな測定誤差を持っており、目標の混合比率=14. 7:1にぴったり一致させることは困難なのです。そこで登場するのがO2センサーという部品です。O2センサーはエンジンの排気管に装着されて、燃焼後の排気ガスを監視して「燃焼前に吸気した空気とガソリンの混合比率」を測定します。このO2センサーは、吸入混合気が理論空燃比=14.7:1で燃えた場合を境にそれより濃い(ガソリンが多い)場合と薄い(空気が多い)場合とで図2のような特性を持っています。
 O2センサー特性 フィードバックシステム 
 図2  図3 
ECUはO2センサーの測定信号を見ながらエアフローメータとインジェクター開閉時間の間で補正を行いながら、常にO2センサーの測定値が14.7になるように制御するのです。図3と図4によってさらに判りやすく説明しましょう。ECUはエアフローメータの測定値Aを基にしてインジェクタの噴射量Yを決定します。
Y=K×A (Kは1/14.7)


 空燃比制御 空燃比対燃費 
 図4  図5
最初に図4のように、エンジンに吸入された空気とガソリンの混合比率はエアフローメータやインジェクターの誤差によってガソリンが多すぎる、とします。するとO2センサーの信号λは高い値になっていますから、ECUはそれを受けてガソリン噴射量を除々に減らします。すると、吸気の空気量は一定ですから次第にガソリン量だけが減少して、空気とガソリンの重量比率が14.7:1以下になった(ガソリンが少ない)時にO2センサーの測定値λが急に低い値になります。そこでECUは、再度ガソリン噴射量を除々に増やすのです。すると、同様に次第にガソリン量が増加して、空気とガソリンの重量比率が14.7:1以上になった(ガソリンが多い)時にO2センサーの測定値λが急に高い値になります。そこでECUは、再度ガソリン噴射量を除々に減少するのです。これを約1秒周期で繰り返すと、結果的にガソリンの噴射重量の平均値はエアフローメー タやインジェクターの誤差に関係なく空気重量に対して1/14.7、つまり理論空燃比に自動制御されるのです。これをフィードバック制御と呼びます。
またこの時ECUは、元々エアフローメータとインジェクタに誤差が無いとして上式のKをK=14.7と設定していましたが、実際にはO2センサーの測定値λを目標にして図4のように燃料噴射量を制御した結果、真のK値は例えばK’=15.1の時に目標とする理論空燃比λ=14.7:1になったとします。

Y=K'×A (K'は1/15.1)

するとECUはこの新たなK’=15.1を正しい値として学習し記憶します。そして、それ以降はこの学習されたK’値を真の値として燃料噴射量を計算しますから、O2センサーが機能しない特殊な領域(水温が低い時や加速時など)でもしばらくの間は理論空燃比での運転を可能とするのです。
これを学習制御と呼びます。学習制御は、最もエンジンが安定した運転状態(例えばアイドリン グ)のときに適宜更新を続けます。そして、エアフローメータやインジェクターの誤差が温度変化・ 経年変化・劣化等によって刻々と変化したとしても、この学習制御を随時更新することによって何時でも正確に14.7:1の、空気と燃料の混合比率を実現しているのです。
(実際には、さらに多くの補正要素/例えば過渡補正・始動時補正・高負荷補正・水温補正・減速時補正、等/を行っていますが、J−AFCの目的:機能と関係が無いため説明を省略します。 興味のある方はお問い合わせください) 。
ここまでの様にエンジンの吸入混合気比率は、空気対ガソリンで14.7:1が効率上理想とされています。ところが実際の自動車運転燃費は理論空燃比よりも若干少なめのガソリン噴射量と したときに一番燃費が良い状態となるのです。図5のグラフをご覧ください!実際にエンジンの吸 入空気量とガソリンの噴射量の比率は燃費やエンジンの発生トルクと大きなかかわりがあるのが判ります。
このグラフから判るように空燃比(空気とガソリンの比率、空気が多くガソリンが少ない時数値が大きくなります)が小さい、つまり混合気が濃いときにエンジンの発生トルクが増加しますが、この時燃料消費量は多くなります。逆に空燃比が大きい時、つまり混合気が薄いときにエンジンの発生トルクが小さくなりますが、同時に燃料消費量が小さくなります。このように、一般的には混合気が薄い状態でエンジンを運転する方が燃費が良くなります。しかし、無限に薄い方が燃費が良くなる訳ではなく、一般的に作られたエンジンでは空燃比16:1前後が理想状態と言えます。
J−AFCは既市販車を対象に、エンジンの運転空燃比を自由に、かつ排出ガスへの悪影響等の問題がなく可変できるようにした最新の電子制御装置です。具体的には図6のようにO2セン サーとECUの間に接続し、O2センサーの測定値中心での空気とガソリンの混合比率を14.7 に固定することなく、ユーザの設定した任意の値(例14〜15.4)で可変設定することができる世界初の装置です。
 空燃比補正装置
 図6
また、殆どの自動車のエンジン制御システムは、当然ながら理論上の理想空燃比と完全に一致して制御出来ている訳では無くある程度の誤差を持っています。もし、あなたの運転する自動車の空燃比が本来設計された値よりも1%濃い方向に誤差を持っているとすると、この1%を修正してあげることによって運行燃費は確実に1%改善されます。また詳細は説明を省略しますが同時に、排出ガスもクリーンな方向へ修正されます。
さらに興味深い事実として、O2センサーは経年使用による劣化で、検出空燃比が薄い方向へ変化します(例えば新車では14.7:1で作動していた物が10年後には14.9:1で作動する)ので、自動車の開発時にはこれを見こして予め濃い目の空燃比に設定される場合があります。 従って、J−AFCを使用すると定期的にお車の排出ガスを確認した上で限界まで薄い空燃比を保つ事で、燃費優先の調整状態を維持することができます。

製品バリエーション・価格
1)適用車種:ガソリンエンジン又はLPGエンジンの車両、燃料噴射式ガソリンエンジンのオートバイ
2)お車の年式・車種によって装着可能な製品のタイプが異なります。お客様のお車にどのタイプの製品が装着可能か、についてはシステム別適合解説のページにてご確認ください
3)返金に関しては会社情報のページから「特定商取法に基づく表示」を参照してください
4)車両側の電線&コネクター付き。但し、”ワンタッチコネクター”ではありませんので、お客様にて取り扱い説明書に従った配線の加工接続が必要です。
5)ご注文前に必ず取り扱い説明書を読んで取り付け方法をご確認ください。
6)J-AFCと、お客様のお車との適合(装着可否)を判断するにはエンジンコントロールユニット周りの配線図を確認する必要があります。原則として配線図の準備はお客様にてお願い致します(ディーラでCopyできます)が、入手が困難な場合は当社までお問い合わせください。
コピー頂いた配線図の画像若しくはスキャンしたデータをお送り頂きましたら配線箇所をご説明させて頂きます。

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 マニュアル  マニュアル
  取り扱い説明書 Type-05B  取り扱い説明書 Type-06A
 製品
タイプ
 仕様  価格(送料・代引き手数料別)
Type01A No-picture 標準空燃比から薄い方向と濃い方向の両方の調整タイプ、 本体と調整ダイアル・モニターLED別体。 O2センサー1個のシステム専用です。   21,000円
Type03A 03A 標準空燃比から薄い方向と濃い方向の両方の調整タイプ、 本体と調整ダイアル・モニターLED一体。 O2センサー1個のシステム専用です。  18,334円
Type05B 05B 標準空燃比から薄い方向への調整機能のみ=燃費制御 専用品
本体と調整ダイアル・モニターLED一体タイプ。O2センサー1個のシステム専用です。 燃費改善だけで比較するとType01A,Type03A,Type05Bともに変わりありません。
5,974円
Type06A 06A クウネンヒセンサー(リニアO2センサー)を装着した最新車両 に適合する製品です。 Type01A,Type03A,Type05Bとの互換性はありません。
11,845円
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燃費改善効果
J-AFC Type-05B (O2センサータイプの車両用・・・比較的旧年式車に多い

ハイエース
試験車両:ハイエースレジアス(1997年式、3RZ)
44000Kmの試験距離で約15%の燃費改善がありました。下図のEPMSは当社別製品同時装着時のデータです。
詳細データではJ-AFCの調整状態を変えたときの燃費変化をご覧いただけます(試験距離に差がありますので下記グラフとは多少の数値差があります)。
注)このデータは弊社試験条件での限定的な値ですので、実際にお客様がご使用される走行条件・車種による効果は±の両方向にばらつきがあります。
→詳細データを見る
 燃費データ
 
 J-AFC Type-06A (クウネンヒセンサータイプの車両用・・・比較的高年式車に多い)
 クラウン 燃費表示
試験車両:GSR18系クラウン(2007年式、4GR-FSE)
試験区間:山陽自動車道、広島東→福山西(約100Km:高速燃費計測区間として採用の標準 コースで、多くのUP-DOWNがあります)/渋滞無しで試験区間は高速道路のみ、85Km/hセッ トでクルーズコントロール、ノンストップ連続走行。
未装着時の同区間最高記録は平均燃費計表示で15.1Km/Lでしたので、この区間での装着後平均燃費17.2Km/Lは13.9%UPとなります。
参考までにクラウンの平均燃費表示は満タン毎の自動リセットであり、手動リセットができません。また、満タン法と比較した平均燃費表示誤差は約+10%です。


(満タン法計測による4ヶ月間の実測燃費データ)
装着前平均値:9.95Km/L
装着後平均値:10.55Km/L
燃費改善効果:+6.1%

(最終的にデータ量が増えれば+7%程度となる見込みです、その根拠については、詳細データPDFをご覧ください、また別製品Micro_HS同時装着のためJ-AFC06A単独データの更新は2011年12月をもちまして中止となりますのでご了承願います)
注)このデータは弊社試験条件での限定的な値ですので、実際にお客様がご使用される走行条件・車種による効果は±の両方向にばらつきがあります。
→詳細データを見る
 燃費データ
 
重要な注意事項
保安基準によって定められる排出ガス基準を超えての使用は違法となります。
以下の注意事項を良く読んで、正しくご使用ください。

1)装着後、取り扱い説明書に従った調整を行い、その後必ず排出ガス濃度を測定して基準以下であることを確認してください。
 ■測定対象排出ガス成分
  ・HC(炭化水素)
  ・CO(一酸化炭素)
  ・NOX(窒素酸化物)
 ■測定方法
  ・5成分測定器を保有している民間車検工場のご利用をお勧めします。
民間車検工場(自動車販売店を含む)の一部は2成分(HC、CO)測定器しか保有していない場合がありますのでご注意ください。

2)ご自身のお車の排出ガス規制値を確認してください
車検証の備考欄に**年規制適合と記載してありますので、該等年度の値がご自身のお車の排出ガス規制値です。
 排ガス規制値
測定はCOとHCについてはアイドリング時の排出ガス濃度として測定し、NOXについては持ち込まれた整備工場の指示に従ってください。

3)基準値以上の排出ガス成分が確認された場合は取り扱い説明書に従って再調整してくださ い。



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