研究開発に見た遠回りの結論にあきれる -水素エンジンと点火装置-


2012年10月28日日曜日

トラックにもツインクラッチとハイブリッドの組み合わせが登場してきた

三菱ふそう・キャンターエコハイブリッドの試乗会へ参加して気がついたことがある

 

開発・企画で大切なことは「自分の欲しいもの」であって、「これなら売れる」と言う発想で開発すると失敗が多い。ただし、「自分の欲しいもの」と言う考えがまとまるには、趣味や興味が大きなきっかけを作る

 

キャンターエコハイブリッドには、ボルグワーナーの特許に関わらないツインクラッチのシステムと、更に、リチウムイオンバッテリー搭載のモーターによるハイブリッドシステムが組み合わされている。

これが、三菱ふそうで開発された、トラック用のツインクラッチシステムとハイブリッドモーターが組み合わされたミッション。モーターだけでの走行も可能だが、エンジンの停止はしない。それをやるには補機類の駆動を見直す必要が有り、まだ時間がかかる。ツインクラッチなので、乗用車同様2ペダルのATである 

駆動モーターの電池に充電するのは、エンジンの動力ではなく、減速時のモーター/ジェネレーターによる回生ブレーキ発電でのみ。

ディーゼルエンジンなので、エンジンブレーキを強く利かせるため、排気ブレーキも付いているが、その作動開始は実に穏やか。排気ブレーキのバルブが閉ると、回生ブレーキを一瞬少なくし、その後再び、回生率を上げるので、強い減速力が起きず、ドライバーに優しい制御も組み込まれた。

試乗している最中に考え付いたのは、「トラックは積載量によって、走りが大きく違う。空荷のときと積載のときにハイブリッドモーターのアシスト量を変化させたらどうか」というもの。

もちろんモーターのアシスト量は、積載量として500kg増しごとぐらいで段階的に変化させれば十分。リニアな変化である必要はない。

空荷のときにはアシスト0でもいい。積載量が増えるにしたがって、アシスト量も増やしていくことが重要。

この狙いは、最大加速性能を一定として、ドライバーの運転負荷を減らすことが目的。

もちろん、積載量によっては、同じようにはならない(モーターの能力次第だが)だろうが、普通状態に近くなればそれで十分。

500kg増すごとに、最大積載重量までの段階で、アシストの変化が付け難いことはないだろう。この発想は乗用車とは違ったものとなるのだが、総重量が大きく変化するトラックでは十分使えると思う。

キャンターエコハイブリッド仕様。多くの種類を乗ることができた


2012年10月26日金曜日

ポイント式点火装置を勉強する その⑤

ポイント接点のギャップが狭いとどうなるのか

 

正常なポイントギャップの1次波形と2次波形、狭いときの波形を比べると、大きな違いは見当たらない。デジタルオシロなら違いを見つけられるのだろうが、アナログオシロでは無理のようだ。

実際のギャップは、指定された寸法の半分ほど。これで安定した火が飛び続ければそれでもいいのだが、実は、イグニッションコイルへの通電時間が長くなることによって、コイルが発熱し、効率が下がり、プラグへのエネルギーが低下する。

低速運転ほどその傾向が強くなるので、実用上の問題が出るため、やはり指定のポイントギャップが大切と言う話。

ポイントギャップが狭くなることで、ポイントが閉じた瞬間のバウンスはなくなるため、きれいに0Vとなることが分かるが、それならベストと言うわけではない

2次波形は放電時間とエネルギーを計測している。正常なポイントギャップのものと変化は放電時間の僅かな違いだが、それは、シャッタータイミングの違いかもしれない

2012年10月23日火曜日

ポイント式点火装置を勉強する その④

ポイントの接点が完璧でないと、1次電圧が低くなる。荒れることで接点間の抵抗が増え、イグニッションコイルへの通電量が低下するからだ


前回の1次波形を見ると分かるのだが、ポイントが荒れていると電圧の立ち上がりは問題ないとしても(時間設定のゼロ点位置が違うので同じ位置から表示していないが)、電圧は低く、点火エネルギーに影響する状況だった。

正常な状態のポイントを使った1次波形。十分な電圧と鋭い立ち上がりで、イグニッションコイルには確実に電気を送っていることがわかる。縦方向が電圧で一枡20V設定だから、最大80Vと言うことになる 

正常なポイントの1次波形を見るとバッテリー電圧の12Vではなく、瞬間は最大80~100Vであることが分かる(流れている電流は遮断した瞬間に高電圧が発生するので)。つまり、点火コイルには、ポイントが開いた瞬間この電圧が一瞬かかり、その衝撃によって点火コイルの2次側に溜まっている電流が放出され、点火プラグにスパークが起きる。

正常なポイントによる2次波形。しっかりときれいな放電波形が見える

2012年10月15日月曜日

ポイント式点火装置を勉強する その③

ポイントが正常でなければ波形も変化する


ポイント接点の状態とポイントギャップが重要。もちろん点火時期や進角装置が正しく作動していなければならないのは当然のこと


 進角装置にはふたつ組み込まれているのが一般的。ガバナ進角とバキューム進角。ガバナ進角は、エンジン回転数上昇に合わせてある回転まで点火時期を進める装置。バキューム進角は、基本的にエンジンの負荷によって点火時期を変化させるのだが、排気ガス規制が出来たことで、少し目的が変わってしまった、と言うより機能が追加された。

 バキューム進角は、スロットルバルブに作用するバキューム圧(スロットルバルブとスロットルボア間に発生する)を利用するのだが、スロットルバルブが完全に閉じている場合に、少しでも燃焼条件を良くするため、アイドル時だけの進角を行ったり、軽い負荷が加わったとき、遅角(点火時期を遅らせる。NOx対策)も行う機構が組み込まれているものもある。

 これらの装置が正しく作動しているとして、話を進める。

 ポイント式点火装置の波形を見ることで、しっかりと点火エネルギーが出ているかどうかの判断が出来るのだが、それを見るためには、点火装置のデモ機を造る必要があるのだが、それは前回のレポートのように何とか完成した。

 当初は100Vから電気を取り・・・と考えていたが、それよりもバッテリーを2個使用し、点火装置用、モーター用としたほうがよさそうだと言うことが分かった。と言うよりその方が造りやすいのだ。

 波形測定には数十年前に購入したアナログのオシログラフを使う。2現象だが、同時に(といっても代わり番になるが)測定すると、波形がややこしくなるのでプローブはそれぞれ繋いだ状態にして、別々に測定する。
波形測定に使用したオシログラフ。今じゃ骨董品。デジタルオシロが欲しいけれど・・・表示のボルトを設定するダイアルは、1次波形は2Vで、2次波形は0.2Vとした

 1次波形はコイルのマイナス側から取り、2次波形は点火プラグのアース側とデモ装置のグランドの間に、特別に製造してもらったアダプターを入れ、電流値を電圧に変換したものを測定し、エネルギーの比較を行う。電圧の波形を取ることも可能だが、比較が難しそうなのでやめた。
これが電流値と電圧値を計測するためのアダプター。エネルギーは電流であらわされるので、それを計測する

アダプターは点火プラグのアースとデモ機のグランド間に入れ、プローブは点火コイル側にプラスを繋ぎ、アースはデモ機のグランド側にする

 また、当初、回転数を可変にするということで、可変抵抗などを組み合わせたが、これは間違いだった。それは、回転数が変化すると波形も変化するからだ。そのため、最初にテストしたときの波形は使えないので、改めて配線をやり直し、可変抵抗器を取り去り、ダイレクトに12Vを加え、最高回転数での波形だけに止めた。
回転数は7000RPMを目標としたが、ポイントの状態もあって少々表示は上下する

 結果として、ポイントが荒れた状態を再現できなかったので(磨いてしまったので)、ポイントが荒れたときの波形は、その後に見る波形と状態が少し違っている。ただし、ファンクションダイヤルの位置は変更していないので、荒れた状態のポイントによる1次波形は、違いがしっかりと分かる。また、そのときの2次波形も取り忘れた。
装置としての状態も、実際に使用する上では重要な部分。たまには分解してガバナの作動や、バキューム進角の作動チェックをしたい

荒れた状態のポイント。導通常件が悪くなればコイルに加わる電圧に影響を及ぼす。結果として、プラグに飛ぶ火が弱くなる

荒れた状態のポイントによる1次波形。これだけ見たのでは、違いが分からない。コイルの1時側に加わる瞬間最大電圧は約40V。本来はもっと上のボルトになる。正常なポイントの波形は次回に。なお、説明したように2次波形は取り忘れた

2012年9月20日木曜日

専用ハーネスがない後付け電装用品は取り付けないほうが懸命だ

取り付けるべきではない、と断言したくなるトラブルも出ている。それは、配線ミスによるクルマの火災だ


火災にはならなかったが、自身にも経験がある、それは、ある用品開発メーカーから「空燃比計を取り付けてあげますので、会社までクルマを持ってきてください」「A/Fセンサーとの調整も必要ですから4~5日預かります」と言うので持参、出来上がりを待つ。

期限通りに空燃比計が取り付いて、如何に燃料が無駄に消費されているか理解できたまではよかったが、その年の夏、夕方、スモールライトを点灯させようとスイッチをひねった瞬間、変な音がしてイルミネーションとテールやスモールライトが消えた。

他人が電装用品の取り付けをやって、それが原因であるかどうか分からないトラブルを解決させる。これはかなり大変で、時間がかかるだろうと予測。イルミネーション関係のフューズが切れるのが、取り付けた用品が原因であるのか、別の原因なのか分からないからだ。

取り付けた用品にミスがあるかもしれない、と言う判断の元に、ダッシューボード周りを取り外していくと、ありました原因が、イルミネーションとしての電源を取る追加の配線が、ダッシューボードとボディの間に挟まれ、数ヶ月たったその年の夏、暖められた配線ビニールの被覆が切れ、ボディと接触、ショートしたのだ。

この電装用品にはもちろん専用ハーネスとしてはあるが、それでも取り付け方や配線のやり方によってトラブルが起きると言うこと。電気の取り方が間違っていれば、フューズが飛ばずにコードが燃え、火災に発展する。クルマの火災は(特に電気の場合)まず消火するのは難しい。

電装用品にもいろいろあるが、単純なアナログ電流計や電圧計などであるなら、配線ミスでのトラブルは少ないだろうし、専用ハーネスなどと言うものもないので、これらの用品は除外してもいいだろうが、どちらにしても注意は必要である。

また、中古品やオークションで競り落としたとき、専用ハーネスが付属していない場合に問題となるのだが、カーショップで販売されている中にも、この専用ハーネス(車種別と言うことだけではない)を付属させていないものもあるようで、その場合には、適当なものを使い、指示通りに接続配線(ハーネス)を、自分で造るよう指示されている。このような場合、これを見よう見まねで配線する、ということはリスクが大きいし、最近のクルマでは別のトラブル(キャン通信を使った電気系統が正常でなくなる)も出てくる。

他社製品のハーネスを利用する、なんていう、とんでもない情報も出ているようだが、これは絶対にダメ。途中で設計変更されていることだってあるわけで、それが伝わっていなければ、当然トラブルが引き起こされる。

クルマの火災を招きたくないなら、多少高価でもしっかりと部品・用品が揃った確実なものを選ぶべきだ。

2012年9月11日火曜日

ポイント式点火装置を勉強するためのデモ機を作る②

どのように造っていくか、完成予想を頭に入れながら現物合わせとする

 

ディストリビューターと駆動用のモーターをどのように配置するかは重要なこと。それは、モーターからの回転駆動を、プーリーで取り出すか、ダイレクトに何かで繋げるかということ。

装置を造る前にディストリビューターを分解して、作動の点検を行う。なお、ポイントの接点は点検も磨きもしない。それをやるのは実験の最後だ

ディストリビューターの横にモーターを持ってくれば、確かにコンパクトにまとめられそうだが、駆動方法が難しそうで、セルモーターに装備しているスプロケットを使うにしても、同様なものを手に入れて、それをディストリビューターのシャフトに取り付けるのが大変そう。

そこで、直列配置を考えてみた。セルモーターの駆動シャフトとディストリビューターのシャフトは同じぐらいの太さ。その間をフレキシブルジョイントで繋げばいい。

何がジョイントとして向いているのか、考えた結果、エアコンプレッサーのホースを使うことにした。無理やり押し込める太さなので、スリップせず都合がいい。ディストリビューター側のシャフトは研磨されているので、回転砥石で縦方向の擦り傷を作ることで対策。

ガレージの中を散らかし放題で作業。西日が当たるようになると室温が高くなるので注意。2日間、延べ4時間ほどの作業を行った

ベースのフレームは、ホームセンターで購入しておいた木の板。適当な長さに切り、左右を繋いで幅を2倍にする。そこに、まずディストリビューターを直角に取り付ける。

木の板にはホールソー(20mm)を使ってディストリビューター・ハウジングが通る穴を開ける。その板をベースにしっかりと取り付けて、ディストリビューターをセットし、固定すると確実に取り付けが終了。

駆動用のモーターは、当初アルミ板を使ってブラケットを造ろうと思ったが、取り付け剛性のことを考えると、やはり木の板が有利であるとの判断から、トレースゲージを使ってモーターの逃げを写し取り、その部分をカットしてから、高さをあわせ、これもベースに取り付けて、モーターを固定。もちろんその前に、ジョイントとなるホースは押し込んでおく。

取り付けが出来たところで、バッテリーから電気を取り回してみる。振れもなく、調子よく回るので、とりあえず安心。後は電源をどうするかであるが、前回書いたNゲージ用に自作したパワーパックは、容量が10Aあるものの、そのほかのコードや可変抵抗器の容量が不足しているので、バッテリーから直に取ることにした。

駆動用モーターの電源は、当初、数十年前に息子が集めたNゲージ用に自作したパワーパック(100Vから12Vにするトランス、整流用のダイオード・共に容量は10A、などの他、可変抵抗器)を使用する予定だったが、可変抵抗器と内部の配線が細いので、これの使用をしないことにする

バッテリーと可変抵抗の容量が大きなものを探した。抵抗は20Ωなので少し大きすぎるが、微妙な回転調整は必要ないので、これでやれそうだ

木の板でベースを作り、モーターとディストリビューターを直列で取り付ける。ジョイントはエア用のホース。試しに回してみたが、バランスよく出来たことを確認した

2012年9月3日月曜日

ポイント式点火装置のメンテナンス重要度を勉強する

そのため、ポイント式点火装置のデモ機を作る①


クラシックカーやクラシックバイクでもなければ、今の点火装置にポイントは使われていない。回転信号とエンジンの負荷を検出し、ベストな(燃費・排ガスなどを)燃焼をさせるプログラムをECUに組み込んでおり、そこから信号を取って、点火のタイミングとしているからだ。

数十年前なら、永井電子(ウルトラ)には当時発売されたばかりの、電子式エンジン回転計のデモ用として、ポイント式の点火装置と電源部(回転を可変させる必要もある)、回転計をセットにしたものを、販売店などに貸し付けていたのだが、今となってはそのデモ機もない。なければ造る、これしかない。

とはいっても、ポイント式の点火装置など、ましてディストリビューターとのセットとなると、持ち合わせがない。知り合いのポンコツ屋さんを当てにするしかないのだ。

電話をしてみると、「昨日550ccの軽トラックをバラシタので、あれはたぶんポイント式、だけど3気筒だよ」というのだが、もちろん4気筒でなければならないことはない。ディストリビューター(デモ機を作る上での構造的なものが必要)とポイントならそれでいいのだ。

早速出かけてみると、ありましたポイント式のディスビが。イグニッションコイルは手元にある。ディスビを回すモーターは、これも手元にあるスーパーカブ用のセルモーターが使えそう。回転可変装置は可変抵抗器を使うか、容量が合えば自作したNゲージ用のパワーパック。それと、容量の大きなバッテリーを組み合わせれば、何とかなるのではないかと思う。
以下次号

ポンコツ屋さんからいただいてきたポイント式のディストリビューター。軽トラック用で3気筒だというが、贅沢は言っていられない。これを回せばとりあえず何とかなる

ディストリビューターを回すモーターは、ある程度トルクがあって、回転数も高くないといけない。当初は、ラジエターの電動ファンも考えたが、自宅にあったスーパーカブ用のセルモーターを使ってみることにした


点火コイルは、数年前、永井電子から頂戴してきた丸型のものを使う。これらをセットし、電源部を調達すれば、デモ機が出来そうだ