KSR用CDI ピックアップ部の検討

    KSR用CDIの続きです。
    ぐるぐる君が完成したというのが前回のお話。

    実験環境が整ってきたので、いよいよ本題のピックアップ部分の検討に入ります。


    ぐるぐる君に磁石2個を取り付けて1200rpmほどで回した際のホール素子の出力が↓の波形。
    磁石2個なので最初の山からひとつ目の山の頂点でクランク180°、次の山の頂点で360°に相当します。
    プーリーユニットセット_磁石_1200prm


    ずいぶん前に確認したKSRの実際のエキサイタコイルの波形がこれ↓。
    こちらも山の頂点~頂点で180°です。
    抵抗分圧していたはずですが、何対1だったのか?すっかり忘れてしまいました( ←おい!)
    IMAG005.jpg


    しかし。。。うーむ。。。かなり違いますねぇ。。。
    原理の検証であれば使えるのかなぁ。。。


    気を取り直して。
    今考えているピックアップ部の方式というか、考え方は下の図の案1と案2のパターン。
    案1の方が本命と思っています。
    ぐるぐる君には丸い磁石をつけているので、波形の頂点が磁石の中心になるんじゃないかと期待しています。

    案2は一応バックアップですね。
    パルスのデューティ比が代わってしまうと案2は成立しないはずですが、アイデアは多い方がよいはずで、ちゃんと検証するまではボツにするのはやめておきます。

    対策案


    今回の環境での検証結果が実際のKSRに応用できるのか?という点で不安なところもありますが、まずはトライですな。
    平日の夜中に実験できるなんてこれまでではあり得ない状況なので、少しは進めたいと思ってます。


    とりあえずこんな感じということで。



    KSR用CDI ぐるぐる君完成

    ここしばらくブログのテンプレートの改造をしていました。
    メニューバーをつけたので少しはわかりやすい構成になったでしょうか?


    それからテンプレートの設定と同時進行でKSRのCDIの実験環境を構築していました。
    これです。タミヤのプーリーユニットセット。
    IMG_20180521_210454.jpg


    見てのとおり、モーターから輪ゴムをベルト代わりにしてプーリーを回すキットでFA-130というモーターが同梱されています。
    このモーターはプラモデルとかミニ4駆とかでよく使われているもので、男子なら誰もが一度はお世話になっていると思います。
    こいつをエンジンに見立てて、自作CDIのテストに使うことにしました。
    名付けて「ぐるぐる君」。


    ついでにCDIの本体部分もこれまでのブレッドボードからユニバーサル基板で評価用のボードを作成。
    やはり回路がFixできたところはちゃんと半田付けした方がよいです。
    IMG_20180621_224438.jpg


    実験装置の全体像はこんな感じ。
    IMG_20180621_224429.jpg


    それでもって、もう一つ秘密兵器を投入。
    実験機材の総合商社であるダ〇ソーでちっこい磁石ををゲット。
    IMG_20180521_211314.jpg


    モーターに取り付けたプーリーに両面テープとホットボンドで固定。
    ホットボンドもダ〇ソーで買ったもの。ダ〇ソー最高。
    IMG_20180621_224501.jpg


    この状態でモーターをぐるぐる回して、ホールセンサで磁界の変化を検出、CDIのPIC24Fに供給するパルス源としています。
    プーリにマジックで書いた「T」がクランクの上死点のイメージです。
    後は適当なタイミングで点火パルスを出力、出力信号でLEDを点灯させています。
    一応、夜、部屋の照明を落とせば、点火タイミングを見ることができるレベルです。

    プーリーユニットセットを買う前にFA-130のスペック(回転数)を調べていたのですが、サイトによって6200rpmとか、7100rpmとかいろいろな表示があり、ちょっと困っていました。
    まあ5000rpmくらいまで模擬できればよいかと思い購入したんですが、試してみると12000rpm以上回っています。


    ちなみに、モータはCDIとは別のPICマイコンのPWM出力で駆動しています。
    モーター駆動用のPICマイコンの端子に可変抵抗を接続して、端子の電圧をAD変換、結果に応じてPWMのデューティ比を設定するようにしています。
    これで停止から最高回転数まで無段階で回転数をコントロールできます。
    FA-130への供給電圧を3Vとして、PWMのデューティを100%としたところ12200rpmで回っていました。


    予想外の結果でラッキー!
    不思議に思って、本家マブチモーターのサイトで調べてみると、何のことはなく、標準品とは別に3Vでの無負荷時回転数が12300rpmの型番が存在していました。


    最初からちゃんと調べろよってことですが、取り合えずシミュレートできそうな感じです。
    流石は天下のタミヤさん。高性能バージョンを標準設定にしているんですかね?


    さて、ピックアップ部分の回路を真面目に考えてみますか。


    とりあえずこんな感じということで。




    KSR CDI 課題その2

    現在の課題についてもう少し書き残しておくことにします。

    といっても、↓の図が全てかな。
    かなり誇張していますが、説明用ということで。110°とか20°も適当な値です。

    一番上の青とオレンジの線がエキサイタコイルの波形。
    青が低回転時の波形で回転数が上がると電圧も上がり、オレンジの線になるイメージ。
    現在の自作CDIはこの波形を抵抗分割して基準パルスを作っています。
    スライスレベルを超えたタイミングで方形波をつくり、PICに入力します。
    この方形波の立ち上がりエッジを点火時期の基準としています。

    青が1200rpm、オレンジが9000rpmの波形でもクランク一周は360°なので、周期が変わっても位相は変わらないところがポイント。
    オレンジの波形ではパルスの波高値が上がることで基準パルスの位相が早くなってしまうのです。
    この結果、同じ位相だけ遅延させたつもりでも結果として点火時期が早くなります。

    結局、波形進角の原理そのままです。

    波形進角2

    ピックアップコイルがあるオートバイでその信号を基準パルスに使って特に補正など必要ない場合、この問題が対策できている、またはそもそも問題になっていない、ということなんだと思います。

    ということで、どうやったら回転数によらず安定した基準パルスを作れるか?
    前回エントリの秘密兵器で検討していくつもり。
    これが上手くいかないとこの自作CDIは成立しないかもしれないですね~

    ま、ボチボチ悩みます。



    KSR CDI 課題と秘密兵器投入

    ずっと放置だったKSRのCDI。


    もともとKSRにはピックアップコイル/ピックアップ信号がありません。
    KSR-2の純正イグニッションコイルは点火時期をコントロールする回路とコンデンサが内蔵されています。
    (KSR-1は速度リミッタの関係でCDIユニットが別になっていますが、基本の構成は同じです)
    中身はブラックボックスで詳細不明ですが、エキサイタコイルの出力をイグニッションコイル内部でコンデンサにチャージすると同時に点火時期の制御も行っています。

    このコンデンサへの充電と点火時期の制御一つの波形で賄うという点で苦戦しています。
    ピックアップコイルがあって点火時期(クランク位相)が別信号で供給される方式であればそこを基準に点火タイミングを計算をするればよいのですが、現状はエキサイタコイルの波形を分圧した信号を基準パルスにしています。
    エキサイタコイルの波形はエンジン回転数が上昇とともに電圧が上がります。
    上がった分=進角分で、クランク位置の基準信号としては致命的な訳です。

    現在はプログラムの方で1000回転刻みでオフセット値を設定することで基準信号のずれを補正していますが、ここを解決しないと根本的に精度がでません。

    つまり、本質的な課題はこの基準信号をどうするか、です。
    それから、付随する問題として、検討するためにはエンジンをかけて空ぶかしをしないといけないこと。
    アイドリングくらいならともかく、自宅で5000回転とか6000回転を維持しながら波形を読み取るというのが大変だし、そもそも近所迷惑。

    プログラムは机上でのテストが可能なのでなんとなくできているのですが、ピックアップ信号から点火までのトータルのシステムとして検討が不足している状態です。


    というわけで秘密兵器を購入しました。

    IMG_20180521_210454.jpg

    現在組立は完了してセットアップ中です。
    シミュレートできるようになると少しは進むんですけどね~


    とりあえずこんな感じということで。

    V11 サブコンセッティング

    K&Nのエアクリーナーでのサブコンのセッティングを進めています。


    某日某所でのログ。

    スロットル開度と回転数。
    横軸:時間[秒]  左軸:回転数[rpm]、右軸:スロットル開度[%]
    赤い線の部分は2000rpm、開度8%あたりから全開加速を始めてレッドゾーン入り口の8000回転までのデータ。
    水色の線はそこからスロットルを戻してシフトアップ、さらに全開で加速。

    TPS_RPM2.jpg


    同じログデータで空燃比とスロットル開度の結果。
    横軸:時間[秒]  左軸:スロットル開度[%]、右軸:AFR
    50秒付近で濃くなっているのと53.9~54.4秒あたりで濃くなってから薄くなっているのが気になります。

    TPS_AFR2.jpg


    ラピッドバイクの開度-回転数マップに空燃比のデータを重ねると↓の感じ。

    AFR2.jpg

    ①の赤い線の開度95%以上/2103-2778rpmは濃いということなので、マイナスの補正をして噴射量を減らした方が良いようです。

    問題は②~③の部分の54.2秒の薄い山で、データでは開度100% 6331rpmで空燃比が15を超えるまで薄くなっています。
    52.5秒あたりも同様の開度、回転数ですが、こちらは12.9とほぼ出力空燃比になっていますので、54.2秒の薄い山を削ろうと+補正をかけると52.5秒の時の条件では濃くなってしまいます。

    どうも54.2秒のところはキャブレターでいうところの急開リーンってやつっぽいですね。
    V11はマレリのコンピュータですが、加速ポンプのような制御は入っていないのかもしれません。

    とにかくシフトアップの急開後、データ的には薄く出るのは間違いないみたい。
    よくわからないのは①の急開と③の急開は条件が違うってことなんでしょうね…
    シフトアップという条件なのか、ギアポジションで噴射量が違うのか…
    いや、たぶんギアポジションは関係ないな。何しろ古いモデルだしね。


    僕が使っているラピッドバイクには加速ポンプ補正の機能がありますが、今現在オフにしてあります。
    この手の補正機能はオリジナルの素性を把握してから設定すべきなので。
    ここのところ何度が全開加速のログを取っていますが、どうも加速ポンプを使った方がよさそうな感じですね。

    ただ、シフトアップ後の空燃比が15から13になって良くなるのかどうなのか・・・
    数値を合わせても効果が感じられなかったらどうしよう・・・


    それにしても、ようやく加速ポンプ補正の設定を始められるところまで来たようです。
    ラピッドバイクを取り付けてからはや6年。
    どんだけ時間かけてんだよって感じです。


    とりあえずこんな感じということで。