クランク角センサー、エラーあり

1/10(土)に取りに来てもらって預けた355は、昨日1/11(日)に早速チェックされました。想像していた通り、クランク角センサーのエラーが残っていたそうです。やはり、エンジンがかからなくなった原因はクランク角センサーで間違いないでしょう。

出先でかからなくなったエンジンは、その後に家ではかかるようになったので、熱害でセンサー信号がドロップするようになったんじゃないかと思います（これは私の想像）。

関連して、1/2のブログを書いたときに、れおん&こまちさんにコメントいただいて、そのときの回答がちょっと不正確だったので、改めてこのセンサーの役割について述べておこうと思います。ちょっと改めて調べました。

F355の前期・中期モデルまで使われていたMotronic 2.7では、点火タイミング(点火進角含む)を決定するための回転角センサーとして、クランク角センサーが２つ使われていました。1/2のブログの回答では、「RPMセンサー（エンジン回転数検出）とタイミングセンサー（点火時期制御）」の2つの役割と書きましたが、これは少し正確ではありませんでした。「RPMセンサー」と「タイミングセンサー」というところまでは誤っていないのですが、最後の括弧書きの説明が正しくありません。

正確には、これら2つのセンサーを両方使って、初めてクランク角度(＋それを基にした点火進角)を求めています。

2つあるうちの1つのRPMセンサー（スピードセンサー）は、クランクシャフトに直結されたフライホイール外周にあるスターターリングギアの歯をカウントしています。もう1つのタイミングセンサーは、スターターリングギアの1箇所に取り付けられたピンの通過をチェックしています。

センサーはこれです。

タイトル画像にも、ネットで見つけた同じ画像を載せていますが、スターターリングギアに向けて2つのセンサーが配置されているのがわかると思います。

スターターリングギアは、355の場合、1周360°を135枚の歯で割っているため、RPMセンサーは、1つの歯が通過する 360 / 135 = 2.66°毎に信号を送ることになります。もう一方のTimingセンサーは、特定の1箇所のピン(突起)を読み取ります。135個のカウントをゼロリセットして「今が0°である」ということを検出するのに使われています。

この配置によって、RPMセンサーにより現在の回転速度(信号頻度)を高分解能に求めることができます(正確に回転変化に追従)が、ギアには基準がないのため絶対的な角度にはできません。逆に、Timingセンサーだけでは1周の間の回転変化がわかりませんから、次の点火のためのクランク角からの進角をまともに求めることができません。

--- ちょっと脇道と言うか前提情報 ---

これらのセンサーは、金属のありなし(電磁誘導による渦電流のありなし)で変わるインピーダンス変化を検出する誘導型の金属近接センサーだと思います。

このタイプの金属近接センサーは、Moddoreでも使いました（https://minkara.carview.co.jp/smart/userid/3409363/blog/47691329/）が、あちこちでよく使われるものだと思います。これが経年劣化してくると、内部に使われているコイルが熱によって切れたり繋がったりするようになるようです。

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それにしても、ギアが物理的に凸凹していると言う特徴を利用して、スターターリングギアの歯をそのまま角度カウントに転用するというやり方は、なかなか面白いアイデアだと思いますね。最初にそれを思い付いた人は、小躍りしてアイデアを実験してみたんじゃないですかね。

なお、このスターターリングギアの歯を使い、センサーを2つ使って角度を求める方式は、BoschのMotronicを使った当時の高性能エンジンに標準的な手法だったようです。

911では、3.2カレラ、964、993の初期モデルまで2センサー方式を採用していたようです。クランクケースのベルハウジング付近に2つのセンサーが並んで刺さっている様が、当時のポルシェエンジンの象徴的な姿の1つだったとか。他にも、BMW E30 M3、E24 M6、E28 M5、アウディの初期のクワトロ等の5気筒ターボエンジンでも採用されていたようです。

そして、今では2センサー方式は使われていません。今はざっくり言うと、60個くらいの歯があって2個欠けているような角度計測専用の小さなホイール(60-2)と1つのセンサーとを組み合わせたようなセンサーユニットが使われていて、ECUによって内挿・外挿(予測)計算することで角度を求める方式に変わっています。欠けを使って絶対的角度を決め、粗い歯数(角度分解能)を内挿・外挿によって高分解能化していると言うことです。

昔のECUでは（355で言えばMotronic 2.7までは）演算能力が不足していたようで、特にエンジンの高回転時の急激な回転変化への追従が難しかったようです。そもそもECUに頼った内挿計算をするよりも、直接的物理量を計測する方がロバストなのは間違いないと思うので、2センサー方式は理に適っている方法だと思います。問題は、2個あれば壊れる確率が上がりますし、コストもかかるので、演算能力の向上と共に1個の方式に淘汰されたのでしょう。

それから、1/2に「カムシャフト側にフェーズセンサーが追加されたのは5.2からで、クランクプーリー付近のセンサーが一つになった代わりに追加されたものだと理解しています。」と書いたのも正しくないですね。

何気筒エンジンであれ、ある気筒に着目したときの4サイクルエンジンの圧縮上死点は、クランク2回転に1回です。言い換えると、クランクが上死点になるときというのは、混合気を圧縮したときの圧縮上死点と、燃焼ガスを排気した後の排気上死点の2種があります。

これをクランク角だけで判別するというのは、簡単ではない（と言うか確実ではない）ので、2.7にもカムシャフト側にフェーズセンサー(位相センサー)が付いていました。左バンクに1個だけのようです。正確な点火進角を求めるようなことをするわけじゃなくて、どちらの上死点であるのかを判定するために使われているのでしょう。それならば、シビアなタイミングは要求されませんから。

でもね、進角を求めるだけなのに、センサー使いすぎだと思いますね。壊れる確率とコストは確実に上がるわけですから。

設計思想を紐解くに、フェラーリとボッシュは、点火時期（クランク角からの進角）というエンジンの根幹に関わる数値については、ベルト越しでやや不正確なカムシャフトからではなく、クランクシャフトから直接、物理的なピンで「今が0度だ!」と確定させたかったようです。当時のポルシェやMなんかもそうなんでしょう。

そして、Motronic 2.7オーナーからすると、この「わざわざクランクに2つもセンサーを付けて精度を追い込んだ」という設計こそが、当時のフェラーリの「高回転・高出力への執念」の現れとして、語り草になっている部分でもあるようです。（私はそんなことを語ったことないけど）

5.2からは、十分に実用的な精度が出せるとして、進角は内挿・合成演算をして算出するようになって、クランク角センサーは1個に減らされていますからね。良くも悪くも普通にと言うか、合理的で妥当な設計になったということでしょう。

【後日追記】

355乗りのみんともさんに、センサーで読み取っているギアは、エンジン後ろ側のフライホイール外周のスターターリングギアではなく、エンジン前側のクランクプーリー一体型のパルス板だと教えていただきました。確かにちっちゃいよなぁと思いつつも、Geminiの言うことを真に受けてそのまま書いてしまいました。

ただし、2センサーを使う方式自体の説明とその目的は間違っていないと思います。355においては、元々スターターリングギアを使っていた2センサー方式を専用の歯車を使うようにしたもののようです。

そして、ポルシェにおいて2センサー方式を採用していたのは、カレラ3.2(1984–89年)までで、964では60-2の欠歯を使った1センサー方式に変わっていました。カレラ3.2ではスターターリングギアを読み取る方式だったみたいですね。

Geminiの言うことをあまり真に受け過ぎず、ファクトチェックをしないといけませんね。

と言うことは、964に見られるように、355の頃には、2センサー方式を採用しなくても実用に耐える1センサー方式がすでにあったのに、敢えてより確実な2センサー方式を採用したと言うことのようですね。8500RPMと言う高回転エンジンのため、極々微妙な進角の揺らぎも許容したくなかったのかな。

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