車の空気量を知る：可動プレート式エアフローメーター

車の空気量を知る：可動プレート式エアフローメーター

空気の流れを測る仕組み

車は動かすために、空気と燃料を混ぜて燃焼させる必要があります。その際、空気の量を正確に知ることが、燃費を良くしたり、排気ガスをきれいにしたりするためにとても重要です。空気の量を測る部品の一つに、可動羽根式空気流量計というものがあります。

この部品は、空気の通り道に薄い板状の羽根が設置されています。この羽根は、空気の流れによって動くようになっています。羽根は片方の端が固定されていて、もう片方の端は自由に動くようになっています。空気が流れると、羽根は空気の力によって押し動かされます。この羽根の動きの角度を測ることで、空気の流量を計算しているのです。空気の流れが強いほど、羽根の回転角度は大きくなります。

羽根の動きは、ばねによって調整されています。空気の流れが強いと羽根は大きく動きますが、ばねの力によって動きすぎないように調整されます。空気の流れが止まると、ばねの力によって羽根は元の位置に戻ります。この羽根の回転角度を電気信号に変換することで、エンジンの制御装置は空気の量を正確に把握することができます。

エンジン制御装置は、空気の量に合わせて最適な燃料の量を計算し、燃料噴射装置に指示を出します。これにより、エンジンは常に最適な状態で燃焼を行うことができ、燃費の向上や排気ガスの浄化に繋がります。また、近年の自動車では、より精密な制御を行うために、空気の温度や圧力も同時に測定し、空気の密度を計算することで、さらに正確な空気量を把握しています。これにより、様々な運転状況下でも、常に最適な燃焼状態を維持することが可能になっています。

かつての主流

かつて、自動車のエンジンにどれだけの空気が入っていくかを正確に測ることは、とても重要な技術でした。燃料噴射装置が電子制御になるにつれて、空気の量をきちんと把握することで、より効率の良い燃焼、つまり燃費の向上や排気ガスの減少につながるからです。その空気量を測る装置として、最初は吸気管の中の圧力を測る方法が主流でした。吸気管とは、エンジンに空気を送り込むための管のことです。この方法は、空気が少ないと圧力が低くなるという単純な仕組みを利用したものでした。しかし、排気ガスの一部を再びエンジンに戻す排気ガス還流装置（ＥＧＲ）が普及し始めると、状況が変わりました。ＥＧＲは排気ガスに含まれる有害物質を減らすための優れた技術でしたが、吸気管の中の圧力を複雑に変化させてしまうという問題がありました。圧力の変化が複雑になると、空気の量を正確に測ることが難しくなってしまいます。

そこで登場したのが、可動式の板を使って空気の量を測る「可動板式空気流量計」です。この方式は、ＥＧＲの影響を受けにくく、空気の量をより正確に測ることができました。そのため、一時期は主流の座を獲得し、多くの自動車に搭載されるようになりました。しかし、可動板式にも弱点がありました。車の振動で板が正しく動かなかったり、長期間の使用で壊れやすいという問題です。自動車は常に振動にさらされる過酷な環境で使用されるため、これらの欠点は大きな課題となりました。そして、これらの欠点を克服するために、熱線式やカルマン渦式といった新しい空気量測定方式が開発され、現在では主流となっています。可動板式は、技術の進歩の中で、主流の座を譲ることになったのです。時代と共に技術は常に進化し、より良い方法が求め続けられることを示す一例と言えるでしょう。

振動と耐久性の課題

車が走る時、どうしても揺れは避けられません。路面の凸凹や段差の衝撃など、様々な揺れの影響を受けます。この揺れは、車の部品にとっても大きな負担となります。特に、空気の量を測るための可動板式空気流量計は、この揺れに弱い部品でした。

可動板式空気流量計は、空気の流れによって薄い板が動き、その動きで空気の量を測る仕組みです。ところが、車が揺れると、この薄い板も一緒に揺れてしまいます。板が正しく動かないと、空気の量を正確に測ることができません。平らな道を走る時であれば問題ありませんが、デコボコ道や段差のある道を走ると、この揺れの影響が大きくなり、空気の量の測定が大きく狂ってしまうのです。

さらに、可動板式空気流量計には、薄い板やそれを支える軸などの動く部品が使われています。これらの部品は、常に動き続けるため、摩擦や劣化によって壊れやすいという問題がありました。長く使っていると、板の動きが悪くなったり、板の回転角度を測る部品が壊れたりする可能性がありました。

車の部品は、高い信頼性と耐久性が求められます。空気の量を正確に測ることは、エンジンの性能を保つ上で非常に重要です。可動板式空気流量計は、揺れに弱く壊れやすいという欠点があり、自動車部品としては大きな問題でした。そこで、より信頼性が高く、長く使える、新しい空気流量計の開発が必要になったのです。

主流は熱線式へ

自動車の心臓部であるエンジンには、空気と燃料を適切な割合で混ぜ合わせる装置が不可欠です。その混合気に必要な空気量を正確に測るための重要な部品が、空気流量計です。かつては、可動式の板を使った「可動板式空気流量計」が主流でした。これは、空気の流れによって板が動き、その動き具合から空気量を計測する仕組みです。しかし、この方式には、振動に弱い、部品が摩耗し劣化しやすいといった課題がありました。

そこで登場したのが「熱線式空気流量計」です。この方式は、空気の流れの中に細い電熱線を置き、その電熱線が空気で冷やされることで電気抵抗値が変化することを利用して空気量を計測します。空気の流れが速ければ速いほど電熱線は冷やされ、抵抗値は下がります。逆に流れが遅ければ抵抗値は上がります。この抵抗値の変化を計測することで、精密な空気量を測定することができるのです。

熱線式空気流量計の最大の利点は、可動部品がないことです。そのため、振動による影響を受けにくく、耐久性が高いという特徴があります。自動車は走行中に常に振動にさらされているため、この特徴は非常に重要です。また、可動板式に比べて小型軽量であることも大きなメリットです。近年の自動車は、電子制御装置など多くの部品をエンジンルームに搭載する必要があり、部品の小型化は限られたスペースを有効活用する上で重要な要素となります。

さらに、応答性も高いため、エンジン制御装置はより正確な空気量情報を得られるようになりました。これにより、より精密な燃料噴射制御が可能となり、燃費の向上や排気ガスの低減にも貢献しています。これらの優れた点から、現在では多くの車に熱線式空気流量計が採用されています。

技術の進歩

自動車の技術は、常に進歩を続けています。まるで生き物のように、古い技術が新しい技術に置き換わることで、自動車はより快適に、より安全に、そしてより環境に優しく進化してきました。かつて燃料をエンジンに送り込む空気の量を測る装置として、可動式の板を使った「可動プレート式エアフローメーター」が広く使われていました。これは、空気の流れによって板が動き、その動きに合わせて燃料の量を調整する仕組みです。ちょうど、風の強さで旗がはためく様子を想像してみてください。風の流れが強いほど旗は大きくはためきますよね。これと同じように、空気の流れが強いほど板の動きも大きくなり、それに合わせて燃料の量を増やすことで、エンジンの出力を調整していました。

この可動プレート式エアフローメーターは、電子制御で燃料を噴射する装置が使われ始めた時代に、とても重要な役割を果たしました。しかし、技術の進歩は止まりません。やがて、より正確で、より耐久性があり、より小型軽量な空気量測定方式が登場しました。例えば、空気の流れによって発生する熱の変化を利用して空気量を測る「熱線式エアフローメーター」や、空気の流れによって生じる圧力の変化を検知する「カルマン渦式エアフローメーター」などです。これらの新しい方式は、可動プレート式に比べて様々な利点があり、次第に主流となっていきました。

とはいえ、可動プレート式エアフローメーターが自動車技術の発展に大きく貢献したことは間違いありません。その経験と技術は、後のより高度な方式の開発にも活かされています。現在では、コンピューター制御によってエンジンの状態を細かく管理し、燃料の噴射量や点火時期などを最適に調整することで、燃費の向上や排気ガスの浄化、運転性能の向上を実現しています。そして、この技術の進歩はこれからも続きます。電気自動車や燃料電池自動車、自動運転技術など、未来の自動車は、さらに環境に優しく、さらに安全で、さらに快適なものになるでしょう。私たちは、この素晴らしい技術の進歩を、これからも見守り続けていく必要があります。