エンジンチューニング
エンジン性能の最適化
点火時期、点火休止、マニホールド真空、排気ガスをテストできるビンテージエンジンテスト装置

エンジンチューニングとは、内燃機関またはエンジン制御ユニット（ECU）を調整または改造することで、最適な性能を実現し、エンジンの出力、燃費、耐久性を向上させることです。これらの目標は互いに矛盾する場合もあります。例えば、エンジンの出力をデチューンすることで、燃費の向上や、エンジン部品への負荷軽減によるエンジン寿命の延長を図る場合もあります。

チューニングには、キャブレターや点火システムの定期的な調整から、エンジンの大規模なオーバーホールまで、多岐にわたる調整や改造が含まれます。エンジンのパフォーマンスチューニングには、エンジン開発中に行われた設計上の決定の一部を見直すことが含まれる場合があります。

アイドリング速度、空燃比、キャブレターバランス、スパークプラグとディストリビューターポイントのギャップ、点火時期の設定は、古いエンジンの定期的なメンテナンス作業であり、レーシングエンジンのセットアップにおける最終かつ重要なステップです。

電子点火装置と燃料噴射装置を備えた現代のエンジンでは、これらのタスクの一部またはすべてが自動化されていますが、それでも制御の初期キャリブレーションが必要です。これらのタスクはECUによって処理され、エンジンのハードウェアに合わせて適切にキャリブレーションされる必要があります。[1] [2]

エンジン調整

「チューンアップ」という用語は通常、メーカーの仕様を満たすためのエンジンの定期整備を指します。車両が期待通りに動作するために、メーカーの推奨に従って定期的にチューンアップを行う必要があります。現代の自動車エンジンは、通常、約25万キロメートル（16万マイル）の走行、つまり10年間の寿命の間に、数回のチューンアップが必要です。これは、コンピューターによる自動化によって欠陥やエラーが削減された製造プロセスの改善、そして合成エンジンオイルの入手可能性など、消耗品の品質が大幅に向上したことによるものです。

チューンアップには次のようなものが含まれます。

「イタリアン チューンナップ」という用語は、整備士がチューンナップを施して蓄積したカーボンを焼き尽くしながら、 フェラーリなどの高性能車を運転することを意味します。

チップチューニング

現代のエンジンには、エンジン管理システム（EMS）/エンジン制御ユニット（ECU）が搭載されており、様々な設定に調整することで、異なるパフォーマンスレベルを実現できます。メーカーは、より幅広いモデルやプラットフォームで使用される少数のエンジンを生産することがよくあります。これにより、メーカーは、規制の異なる様々な市場で自動車を販売することができ、それぞれの規制に適合する異なるエンジンの開発・設計に費用をかける必要がなくなります。また、特定の購入者の市場に合わせて調整された単一のエンジンを、複数のブランドで使用することも可能です。

再マッピング

リマッピングは、エンジンチューニングの第一段階として最もシンプルな形態です。主に、最新のエンジン制御ユニット（ECU）を搭載したターボチャージャー付き車両で実施されます。ほぼすべての最新車両には、主にBosch社またはDelphi Technologies社製のECUが搭載されています。ECUには、エンジンの動作に関わる様々なパラメータを制御するファームウェアが搭載されています。これらのパラメータには、燃費、出力、トルク、燃料排出量、信頼性、整備間隔の適切なバランスの実現が含まれます。このバランスを実現するために、多くの工場のファームウェアは出力やトルクを優先していません。つまり、ECUのリマッピングによってエンジン性能を向上させることが可能です。

多くのメーカーは、1つのエンジンを製造し、マップと呼ばれる複数のファームウェアバージョンを使用することで、異なる出力レベルを実現し、実質的に同一のエンジンを搭載した車両を差別化しています。これにより、ユーザーは、オンボード診断（ OBD）ポートに接続された専用ツールを使用してECUから工場出荷時のファームウェアを読み取り、編集することで、工場出荷時のソフトウェアにいくつかの変更を加えるだけで、エンジンの出力をさらに引き出すことができます。これらのツールは、あらゆる車両のOBDポートに接続して、 ECUに保存されている工場出荷時のファイルを読み取ることができます。特定の種類の工場出荷時のファイルを読み取るためのソフトウェアも利用可能です。

燃料噴射、ブースト圧、レール圧、燃料ポンプ圧、点火時期といった工場出荷時のパラメータは、専門家によって設定された安全限界値に調整されています。これにより、ロック解除されたパフォーマンスが車両の信頼性、燃費、排出量の安全レベルを損なうことはありません。マップは、市街地走行、サーキット走行、あるいは全帯域にわたって直線的にパワーを発揮する全体マップなど、カスタマイズ可能です。調整後、編集されたファイルは、最初の読み込みに使用したのと同じツールでECUに書き戻されます。その後、エンジンのパフォーマンス、スモークレベル、その他の問題がないかテストされます。フィードバックに基づいて微調整が行われ、より高性能で効率的なエンジンが生み出されます。

再マッピングを行うと排気ガスの温度が上昇する可能性があります。

パフォーマンスチューニング

パフォーマンスチューニングとは、モータースポーツ用にエンジンを調整することです。こうした自動車の多くは、決して競技には出場せず、ショーやレジャー走行用に製造されています。この場合、エンジンの出力（馬力など）、トルク、応答性は非常に重要ですが、信頼性と燃費も関係します。レースでは、エンジンは追加のストレスに耐えられるほど強力である必要があり、自動車は十分な燃料を搭載する必要があるため、ベースとなる大量生産の設計よりもはるかに強力で、高性能であることがよくあります。トランスミッション、ドライブシャフト、その他の荷重伝達パワートレイン部品は、増加したパワーによる負荷に耐えられるように変更する必要がある場合があります。

エンジンの出力や効率を向上させる技術は数多く存在します。具体的には、エンジンに吸入される混合気の調整、エンジンの静的または動的圧縮比の調整、使用燃料の変更（例：オクタン価の高い燃料、燃料の種類や化学組成の変更）、水またはメタノールの噴射、点火時期と燃焼室の休止期間の調整、吸入空気の圧縮などが挙げられます。空燃比計は、混合気中の燃料量を正確に測定するために使用されます。燃料の重量は車の性能に影響を与えるため、燃費（ひいては効率）は競争上の優位性となります。

パワーを高める方法は次のとおりです。

  • エンジンの排気量を増やすには、 「ボーリング」 -シリンダーとピストンの直径を大きくする、「ストローク」 - ストロークの大きいクランクシャフトを使用する、という 2 つの方法のどちらか、または両方を使用します。
  • 標準のスロットルボディを、より大きなスロットルボディ（ボアサイズが大きいため空気の流れが増加するため[3]）、空気の流れに早くアクセスできる電子スロットルボディ（スロットルレスポンスが向上する）、またはその両方の組み合わせに交換します。
  • より大型または複数のキャブレターを使用することで、より制御性の高い混合気を作り出し、燃焼をスムーズにエンジンに送り込むことができます。燃料噴射は現代のエンジンでより多く採用されており、同様の方法で改造されることもあります。
  • エンジン内のポペットバルブのサイズを大きくすることで、シリンダーに入る混合気とシリンダーから出る排気ガスの経路における制約を軽減します。シリンダーごとに複数のバルブを使用することで同様の効果が得られますが、必要なバルブギアの都合上、複数の小さなバルブを取り付ける方が、大きな単一のバルブを取り付けるよりも難しい場合が多くあります。また、吸気側に1つの大きなバルブ、排気側に1つの大きなバルブを取り付けるスペースを確保するのが難しい場合もあり、大きな排気バルブと2つの小さな吸気バルブが取り付けられることもあります。
  • より大口径で、より滑らかで、より曲がりの少ない吸気マニホールドと排気マニホールドを使用することで、ガス流速を維持するのに役立ちます。シリンダーヘッドのポートも、それに合わせて拡大・平滑化することができます。これはシリンダーヘッドポート加工と呼ばれます。燃料は空気よりも密度が高いため、急カーブのマニホールドでは、高速域で空気と燃料の混合気が分離しやすくなります。
  • より大きなボアは、大口径のパイプと低背圧マフラーを使用した排気システム、そして大口径のエアボックスと高流量・高効率エアフィルターを使用した吸気システムまで伸びる場合があります。マフラーの改造はエンジン音を変え、通常は音量が大きくなります。
  • カムシャフト上のカムのプロファイル、またはオーバーヘッド バルブ(OHV) エンジンのバルブ ロッカーのレバー(リフト) 比、またはオーバーヘッド カム(OHC) エンジンのカムフォロワーを変更して、バルブの開口高さ (リフト) を増加させます。
  • 燃焼効率を向上させるためにバルブタイミングを最適化すること。通常、これは特定の回転数域での出力を増大させる一方で、他の回転数域での出力を低下させるという悪影響を及ぼします。これは通常、異なるプロファイルのカムシャフトを取り付けることで実現できます。
  • 燃焼室のサイズを縮小することで圧縮比を高め、発生したシリンダー圧力をより効率的に利用し、圧縮高の高いピストンや薄いヘッドガスケット、あるいはフライス盤でシリンダーヘッドを「削る」ことで燃料の燃焼速度を向上させます。高オクタン価燃料を使用しない限り、高圧縮比はエンジンノッキングを引き起こす可能性があります。
  • 強制吸気。ターボチャージャーまたはスーパーチャージャーを追加すること。シリンダーに入る空気と燃料の混合比は、空気を圧縮することで増加します。圧縮された吸入空気を空冷式または空冷水式インタークーラーで冷却することで、さらなる燃費向上が期待できます（圧縮すると吸入空気の温度が上昇します）。
  • エネルギー含有量の高い燃料を使用し、亜酸化窒素などの酸化剤を添加する。
  • ノック抑制特性に優れた燃料 (レース用燃料、E85、メタノール、アルコール) を使用してタイミングの進み具合を増やします。
  • 可動部品の公差を製造上の許容範囲よりも小さく加工するか、部品を交換することで、摩擦損失を低減します。オーバーヘッドバルブエンジンでは、バルブステムと接触するローラーにローラーベアリングを組み込んだ交換用ロッカーアームに交換することで実現します。
  • クランクシャフト、コネクティングロッド、ピストン、フライホイールで構成される回転質量を軽減し、回転慣性の低下によりスロットル応答を改善し、鋼鉄ではなく合金製の部品を使用することで車両の重量を軽減します。
  • EMSのファームウェアを変更することで、チューニング特性を電子的に変更します。このチップチューニングは、現代のエンジンが要求以上の出力を発揮するように設計されているため、多くの場合効果を発揮します。EMSは、より広い回転数範囲でスムーズに動作し、排出量を低減するために、出力を低減します。これはデチューニングと呼ばれ、エンジンの長寿命化と、フェイスリフトモデルへの出力向上を可能にします。近年、排出量削減がデチューニングの大きな要因となっており、税制上の理由から、特定の炭素排出量を実現するためにエンジンがデチューニングされることがよくあります。
  • ボンネット下の温度を下げることでエンジンの吸気温度を下げ、出力を向上させます。これは、排気マニホールド上または周囲に断熱材 （通常はヒートシールド、遮熱コーティング、またはその他の排気熱管理装置）を設置することで実現されます 。これにより、ボンネット下からより多くの熱が排出されます。
  • 吸気口の位置を変更し、排気システムやラジエーターシステムから離すことで吸気温度を下げることができます。吸気口を空気力学的効果により気圧の高い場所に移動することで、強制吸気と同様の効果が得られます。

改造の種類は、希望する性能向上の程度、予算、そして改造するエンジンの特性によって異なります。吸気系、排気系、チップのアップグレードは、最も安価で、比較的一般的な改善効果が得られるため、通常、最初に行われる改造の一つです。例えば、カムシャフトの交換は、低回転域でのスムーズさと高回転域での改善のバランスを取る必要があります。

定義

オーバーホール

オーバーホール済みエンジンとは、工場整備マニュアルに定められた手順に従って、取り外し、分解、洗浄、点検、必要に応じて修理、試験が行われたエンジンです。この手順には通常、ホーニング、ピストンリング、ベアリング、ガスケット、オイルシールの交換が含まれます。エンジンは、中古部品、新品OEM部品、または新品アフターマーケット部品を使用して、「新規限界」または「サービス限界」、あるいはその両方までオーバーホールされます。エンジンの過去の運転履歴は維持され、メジャーオーバーホール以降の運転時間はゼロで返却されます。

アフターマーケット部品メーカーは、大手エンジンメーカーへのOEM部品サプライヤーであることが多い。[4]

「トップオーバーホール」は、バルブやロッカーアームの交換など、エンジンを車両から取り外さずにシリンダーヘッド内部の部品を交換する作業です。「バルブジョブ」が含まれる場合もあります。「メジャーオーバーホール」はエンジンアセンブリ全体を交換することから成り、エンジンを車両から取り外してエンジンスタンドに移設する必要があります。メジャーオーバーホールはトップオーバーホールよりも費用がかかります。

「新限界値」とは、工場サービスマニュアルで承認された、新しいエンジンの製造における嵌合許容値と公差のことです。これは、「標準」または承認された「小さめ」および「大きめ」の公差を使用することで達成できます。「サービス限界値」とは、工場サービスマニュアルで許容される摩耗嵌合許容値と公差のことで、新限界値部品が劣化しても使用可能な部品となることが示されています。これも、「標準」および承認された「小さめ」および「大きめ」の公差を使用することで達成できます。[4]

再生品

再生エンジンとは、メーカーの仕様に近いものに再生された中古エンジンです。[5]

新品と中古部品を組み合わせて使用​​しますが、少なくともシリンダーブロックはリサイクルされます。通常、シリンダーブロックは脱脂・蒸気洗浄、冷却水通路、オイルギャラリーおよびオイル通路の洗浄、ひび割れなどの欠陥の検査を経てリサイクルされます。高品質なリビルドには、シリンダーホーニングに加え、必要に応じてベアリング、リング、その他の摩耗しやすい部品を若干大きめに取り付け、バルブスプリングとガイドを新品に交換し、バルブシートをラッピングするなど、標準的な摩耗調整を行い、エンジンをメーカー仕様に近づけます。さらに、再生では、ピストンを新品に交換し、摩耗したクランクシャフトとカムシャフトのボアをラインボーリング加工して、より大きなブッシングを取り付ける場合もあります。

青写真

エンジンの設計図を作成するということは、OEM エンジニアが作成した正確な設計仕様、制限、許容範囲に従ってエンジンを構築することを意味します。

この定義にもかかわらず、この用語は口語的には、工場出荷時の許容誤差や性能よりも優れた、場合によってはカスタム仕様（レース用など）を追求するために使用されることがよくあります。

一般的な目標としては、メーカーの設計に基づく定格出力を達成するためのエンジンの再生や、メーカーの厳格な仕様を遵守または上回ることでエンジンの性能を最適化するための再構築などがあります。設計図に基づいて作成された部品により、往復部品と回転アセンブリのより正確なバランス調整が可能になり、過度のエンジン振動やその他の機械的な非効率性による出力損失を軽減できます。

ファクトリースポンサーのレースチームのように、可能な場合は、生産ラインから取り出された部品に対して、通常のバランス調整と仕上げの前にブループリントを作成します。過剰加工、鋳造不足、製造不良の部品は不採用となり、仕様に完全に適合しているか、余分な材料を除去できる部品のみが選別されます。アフターマーケットや個人投資家は、同じガイドラインに従い、既存の部品で作業するか、仕様に適合する適切な代替品を探す必要があります。

歴史

表示管と外箱が欠落した「イグニスコープ」点火試験機

現代のエンジンチューニングは、レースの進歩、戦後の実践的なホットロッド運動、そして第二次世界大戦中に開発された当時の先進的な電子機器と技術の組み合わせによって生まれました。

ツール

「イグニスコープ」電子点火試験器は、1940年代にイングリッシュ・エレクトリック社によって製造され、当初は第二次世界大戦中の軍事用に「UED型」と呼ばれていました。[6]戦後の「ZWA型」電子点火試験器は、「全く新しい技術を採用した、この種の試験器としては初めてのもの」と宣伝されました。[7]

イグニスコープはブラウン管を使用し、完全に視覚的な診断方法を提供しました。これは、イングリッシュ・エレクトリックの子会社であるD・ネイピア・アンド・サン社によって発明されました。 [8]イグニスコープは、コイル点火システムとマグネトー点火システムの両方における潜在的な故障と実際の故障を診断することができました。診断対象には、バッテリー電源の接触不良、ポイントとコンデンサーの故障、ディストリビューターの故障、スパークプラグのギャップなどがありました。[9]潜在的な故障をより目に見えるようにする「ローディング」制御も特徴の一つでした。

UEDマニュアルには、イギリス軍が使用する戦車や車の点火プラグの点火順序が記載されている。 [10]

参照

参考文献

  1. ^ CarTechBooks. 「エンジンマネジメント：高度なチューニング」. CarTechBooks . 2023年9月18日閲覧。
  2. ^ CarTechBooks. 「高性能燃料噴射システムの設計とチューニング」CarTechBooks . 2025年2月12日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2023年9月18日閲覧。
  3. ^ 「スロットルボディを大きくすると馬力は上がるのか？」2019年8月8日。
  4. ^ ab MR, MR. 「エンジンオーバーホールの用語と基準」Mattituck Services, Inc. 2011年8月20日閲覧。
  5. ^ 「再生ガスエンジンに関するFAQ | Jasper Engines」www.jasperengines.com . 2019年4月29日閲覧。
  6. ^ The English Electric Company Ltd.、Industrial Electronics Department、Stafford が発行した取扱説明書。
  7. ^ 広告パンフレット、2ページ
  8. ^ JBロバーツ氏による1948年5月の編集、モデルZWAのパンフレットの7ページの注記
  9. ^ 初期の軍事用および後期の商用の取扱説明書
  10. ^ 「Igniscope」UEDテスターのマニュアル、付録1
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