可変バルブタイミング機構について考えるVVT制御とデューティ比の関係 | RED POINT/レッドポイント

可変バルブタイミング機構について考える
VVT制御とデューティ比の関係

2020年05月11日

「可変バルブタイミング機構」
様々な車に装着されている、エンジンの燃焼効率・出力・トルク様々な要素と密接な関係のある機構です。

エンジン内部の部品には無限の組み合わせがあり、エンジン製作者の思いが込められています。
内部パーツの構成やＥＣＵプログラム次第で出力側に振ったり、燃費側に振ったり、様々です。
現代は殆どが、燃費を重視した構成になっているのは間違いありません。

今回検証を行うのは、ルーテシア3RS 2.0L 自然吸気 200馬力ルノースポール最後のＦ４系ユニットを搭載しています。
Ｆ４とは、クリオ２RSより採用されているエンジンでして当初は１７２馬力だったものが、改良を各部に加えて最終的に２００馬力まで出力を高めた、いわばルノースポールの名機です。

このＦ４エンジンは、非常にマージンを多く残した設計でして、クリオ２をフルコンにし、セッティングを煮詰めると
メカニカルチューンを行わずとも２２０馬力まで向上すると言うことも実証済です。
１７２馬力が２２０馬力。。とんでもない出力型エンジンです。

今回は、あまり突っ込んで検証した事の無いことを実証しようと思います。
Ｆ４エンジンに限らず、Ｋ４Ｍ（カングーやメガーヌの1.6DOHC）メガーヌRSにもＶＶＴ機構が備わります。
ＶＶＴ機構とは、可変バルブタイミング機構の事です。
エンジン負荷・アクセル開度・エンジン回転に合せてバルブタイミングを可変させ、吸入空気の体積効率に働きかける機構です。

カムシャフトを進角させたり、遅角させたりする機構ですね。

カムの開き初めを早くするのか
カムの閉じ終わりを遅くするのか
これにより、その時最もエンジン出力を出せるベストポイントが有ると言う事です。

チューニングパーツに「ハイカム」という物があります。
これは、バルブリフト量を大きくし、更には開き始めを早くし、閉じ終わりを遅くする。そんな特性を持っています。
ただし、常時その様な特性のパーツを組むと、燃費悪化に響いたり、排出ガスに影響が出たり、トルク低下やアイドリングの不安定さ。
色々と犠牲も伴います。
その代わりに中回転から高回転にむけてのパワーバンドの立ち上がりは鋭くなります。
トルクと出力をどんどん高回転側に寄せていくパーツがハイカムです。

純正の特性はあくまで、万人受けし、乗りやすいことが大切ですのでマイルドな仕様の物が装着されています。

それを使いながら、美味しい所取りをするのがVVT機構と言う事になります。

自身もどのような制御で作動するのかが知りたかったので検証することに。
必要となる設備は、シャーシダイナモ・ＥＣＵ診断機・オシロスコープです。

ＶＶＴ機構をコントロールするのは、エンジン上部に装着される油圧アクチュエータです。
この部分に、ＥＣＵからの信号によるデューティ制御でコントロールされます。

通常通り、5速ギヤで1100回転あたりからアクセルを全開にし、測定しました。

採取データがこちら。

ＶＶＴ最大進角は2000回転から5500回転まで。
5500回転以降は、中間域に保持され、レブリミット以降しばらくはその状態を維持します。
最大トルク発生に最も進角されているものと思われます。

予想とは異なる結果でした。
当初の予想では、ある一定のＶＶＴ作動タイミングを越えると、その後は最大を維持したままであると思っていたのですが
回転数により最適な所を維持するように設計されています。

こちらは測定時の動画です。

こちらは、オシロスコープによるデューティ比を表示した物です。

もうひとつ気になったのが、スロットル開度です。

ダイナモ測定時のグラフなのですが、室内では1000回転からアクセルはベタ踏みにもかかわらず、スロットルバルブが
本当の全開域に達するのは、最高回転付近に達してからでした。

いかがでしょうか。ものすごく面白いデータ採りができました。
純正ECUの制御は、とても賢いですね。

そして、今回ＶＶＴの作動に問題があったのでそこも修正を加えています。

黒色の低いラインは、ＶＶＴが正常作動していない状態
黒の高いラインは水温が少し低い状態でＶＶＴが正常作動している状態
赤いラインは水温が最適な状態での、ＶＶＴ作動が正しい状態
ＶＶＴの効果がものすごく大きいのがよく分かります。
全回転域に渡り、変化が出てくるのですね。