〜グローエンジンのガソリンエンジン化〜

tit

個人的メモ的記録生成物。

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12800円の草刈り機のエンジンです。
２０ｃｃで乾燥重量が2Kgです。
後ろにプルスターターが付いてます。
　＜草刈り機のエンジン。
ポートタイミング、チャンバー、圧縮率の変更で使えるか？です。

軽量化も出来ます。
ノイズシール材。
同軸ケーブル+網線+抵抗入りプラグ？
ハイオク+高速爆発添加剤+カストロールTTS。
ピックアップ、CDI、イグニッションコイルはバイク用

カバーをハズして見てみると、
ファンを兼ねているフライホイールにマグネットがあり、
コイルがつながってるだけです。
確かに、
一定回転ならタイミングも固定でOKですね。

まあ、
一番軽くするとしたら、
電池を付けてピックアップで検出する半導体回路のCDIが自作出来そうです。
強力マグネット　＜ネオジウム
或いは、光

外した50のグローエンジンを再利用も検討してみるです。
一応ピストンバルブですので、高域に良い性能です。
原付は最高出力が10000〜12000Rpm位に設定されてますので、16000位は行きそうにも感じられます。
調べてみると、8000Rpm位が適当のようです。
50ccバイクの点火角度
24°6000RPM
　＜回転数の指標：15000位？
13000位での進角値の判断。
足りかったら、9〜10Tのギヤに変更が可能です。

　＜Hondaの原付のIGコイル。

無難と思われるNS-1のアナログCDIです。
白のケーブルはKillSWか何かだと思うのですが使わないと思います。
　＜Hondaの原付(NS-1:-'94)のCDI。
現時点、
ピックアップコイルの信号として
高めの信号を送ると、
スパークは起こらず、
イグニッションコイルに導通したままになります。
つまり、
電圧或いは電流が足らない故磁束密度が低く起電力も低いようです。、
動作特性はサイリスタの特性がそのまま出ているようです。

信号は保護されてるようで
サイリスタの動作範囲よりかなり高い電圧信号でONになります。
発電部分のエキサイタコイルが昇圧回路不要の高電圧だったり、
IGコイルとの相性。

本来つなげるはずの電源はACジェネレーターから採取してます。

電源を多少強化して
IGコイルもを変更したり
ギャップを狭くしてもスパークするに電圧が足りないならば、
配線ミスかも？

古いIGコイルを見つけたら
一時側に昇圧回路がない12V使用の
フルトランジスタ方式の回路を設計した方がマシかもです。
大抵トランジスタの付近のE-C間にコンデンサーを付けています。
電源電圧を上げれば火花の電圧も上がりスパークを強く出来ます。

最初は12VにSWを付けただけでチェックできます。
単気筒ですのでディストリビューターは要りません。
　＜wwwで見つけたフルトラの図　＜通常は要コンデンサ
カブやモンゴリ系に有用なのがあるかもです。＜セル無し用？
での図では12Vをそのままトランスで昇圧しているコトになります。

12V電源に10000μFをつなぎ、
プラグギャップを0.4mm位に狭めて
配線の抵抗を少なくして
IGコイルに流したところ、スパークしました。
バイクメーカーや年代によって様々なモノがありそうです。

エンジンのテストベンチ。
クラッチシューが固着してるので浸透潤滑剤で外れるかどうか…、
　＜Hondaの原付のIGコイル。

プラグのギャップと形状
圧縮された上での放電は?
グロープラグに横穴切って針状のモノを通してスパークの電極と出来ないか？等。

ということで、
電池駆動のラジコン用IGコイルとグロー互換プラグを注文しました。
　＜
ヘリだと回転数の変化が少ないので進角用のリンケージは必要ないと思いますが、
バイク用のCDIが使える可能性も高いですのでお得に出来ればと思います。
ガソリンエンジンの安定性に関して
ガバナーの必要性はどうなのでしょうね。

進角に関する部分は、
オクタン価と爆発速度ですね。
高圧縮率でポートタイミングを変える位です。＜燃料添加剤も？
グローのマフラーの特性を考慮すると、
高めの方が高出力になりそうです。

普通の場合、
コンデンサーとスイッチがあり
時間に比例して一次コイルに電流が流れていき
十分に電流が流れて磁気エネルギーを貯めた後
スイッチが切れた瞬間に
自己誘導起電力によってコイルの磁気エネルギーが電流に戻ろうとして昇圧されて、
電流が流れ続けようとします。
その際、
一次コイル高い電圧(200〜300V)が生成し、その急激な電圧上昇が、
二次コイルに更に高電圧を生成させ、スパークさせます。
言い換えると
「磁場を共有している二次コイル」内部の電子に高い力が加わり高電圧が生じて絶縁破壊し、
電流としてスパークが得られます。
インバーターによる昇圧回路やスイッチング電源も
コイルによる磁場としてエネルギーを蓄積し
負荷に受け渡す機能を持っております。

　＜昔の技術家庭の教科書の記述

トランスを用いてウィーンブリッジで発振するのが普通のようです。
シュミットトリガの発振は？


20090506
プラグの到着が遅いので、
既存のを分解して改造してみました。
中心電極の接合に溶けにくくて困る無鉛ハンダを使って見ました。
ただ、外側をツバ状にしないと…、
　＜
プラグは最も熱くなる＃A３のようでした。

思ったのですが、
高速爆発の要素のためアル程度は圧縮率を見積もらないとイケナイのですが、
分解して容積から出すか、実測するか？異常燃焼するまで削るか…、


　＜I.G.コイルの全貌
　＜燃料チューブの交換＜黒ゴムの耐ガソリン性は不明です。
　＜0.1μF200V+バリスタ(200V+150V)+Tr

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　＜とりあえずのパイピング完了

チャンバーには簡易なジョイントが必要そうです。
あと、二次的サイレンサーもあれば静かになって良いと思います。
あと排気が高温になるので、
加圧用のパイプをどうにかしたいです。
　＜目下の問題
500円で「90°アダプタ」があったので注文いたしました。

プロペラを付けたいのですが、
ジョイントがカンタンには抜けないですので、
ヘリのファンを付けるとして、
冷却は、別のFANで行います。＜熱電対で温度を測定しながら。。


オクタン価を上げてエンジンを冷やすとしたら？
バイオエタノールを混ぜたり？？

マフラーも付けました。＜アダプタのネジ穴に加工が必要だったです。
　＜90°アダプタ。


090516
普通の抵抗入りプラグでチェックです。＜かなり汚れてます。
関係ないですがギャップは若干狭く設定されてました。
アルカリ電池2本(3V)でのスパークテスト。

配線をすっきりさせるため、
回路をちょっとシンプルにしてみました。
コイルの低圧側とコンデンサを並列に繋ぎ、
電流を断続させただけです。＜ポイント式やその発展のフルトラの方式。


次は、
CDI(Capacitive Discharge Ignitions)なのですが、
この方式は
まず、コイルに直列に繋がってるコンデンサーに高圧充電がされております。
ゲートにトリガパルスを送ると、サイリスタの絶縁がブレークダウンして導通し、
サイリスタによるショートによってコンデンサーが放電し、コイルに電流を流します。
ここで二次側にプラグギャップの放電(絶縁破壊)に必要な電圧を超えて

Cは点火する電源電力源です。
しかし、
電源による充電レートによってCが決まる部分もあります。
高回転でも十分なレベルが必要です。

問題は、サイリスタのターンOFFって微妙です。＜これがうまくいってないです。
充電電源からの電流がどうなるのか？というのも

ゲートにトリガパルス(最大4V程度)でON(導通状態)になり、電流が0になれば、またOFF(絶縁状態)になるという。

高圧電源からコンデンサーに貯めおきトリガーによって、コイル側へパルス電流を流すというコトも出来ると思います。

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・光センサ
・サイリスタのスパークユニット
・；昇圧回路に加えて(インバーターの流用でもOK)＋バイク用CDIとIGコイルの流用。

サイリスタ関連は、フライホイール（エキサイターコイル）からの交流電源を拾っているらしく、
それ故、ブレークダウン後にゼロクロスポイントで、絶縁が復帰するというコトと、
またフライホイールからの交流電源はすでに200V位の高電圧であることです。

ブリッジの発振はデバイス依存性が高すぎるため、
RCトリガー回路による発振にて
トランジスタをドライブする回路が良いと思いました。

プラグが到着しました。
ギャップは0.63mmくらいに見えます。
　

二つの障害。
トリガーしてからスパークせず、しかも、ONになりっぱなしなる現象を連発してます。
コンデンサーの容量。
充電レートの低さ＜電源電圧の低さ

サイリスタがターンOFFする現象を細かく考えてみると、
コンデンサーからの放電は一瞬で終わりますので、
その後、コイルによる起電力でサイリスタに逆方向に電位が生じて電流を遮断することであるかとも。

電池等回路内部でには内部抵抗がありますのでロスします。
　

雰囲気的に作ってみました。
　
電流制限用コンデンサーは0.01μF位が良いのですが、0.047程度しか持ってません。＜抵抗にするとロスしてしまうので、
充電用のコンデンサーは少なめに0.22〜0.47μFで行こうかと

これに必要な電源の消費電力。
0.33μFで330Vとすると電荷は0.33mC貯まり、
19800Rpmだと330Hz→電流は110mA→片方の山を使ってるので220mA
10:1のトランスで11Vでは2.2Aと思われるが、
エネルギーの計算として電源は11V3.3A或いは6V6A
0.1μFに絞れれば電流が30％
電源の両波が使えれば電流が50％
15％になる。→6Vで0.9A
IGコイルを低電圧用(150〜200V)にすれば0.5A程度に。


バイク用にはCを付けること。インバーターの整流回路。

090526
ブレッドボードで発振回路のチェックです。
発振していることはコイルの振動音は聞こえるのですが電圧が低すぎです。
FETにダイオードが付いてるのが問題のようです。
　
FETの入力には左で6Vppがかかってます、
右図のFET出力はトランスが付いているのですが
5V/DIVで17Vppくらいかかっています。
　

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とりあえず、
軽量でロスが多いわけでもないフルトラにしたいと思います。
パルス時間幅と電圧の関係。Irmsの測定。
回転だけ電源を導通させる機構を付けると楽そうです。
進角の切り替え。
ローター回転数1500RPM+ガバナー

IGコイル一次は0.65Ω
3V3Aで十分火花が散る。(1.5V電池の並列な使用法もありました。)

4.8V充電BATT


　
　


センサーは反射光で見るフォトインタラプタにしようと思います。
　



090609
フルトラ方式でTEST



ギヤ比の30％程度変更の必要性。
9T→11T削ってかぶせる。
こちらはメインギヤとして無難に使えそうです。結構高価すが。
　＜ナイロン製
　＜鉄製   焼き入れ可
60クラスのエルゴZ230のギヤ比は、6.77：1です。
50のGPは9.78：1ですから1.44倍の回転が出ます。
エンジンメーカーには回転数が10000RPMに調整するように記載されてましたので、
60でのローター回転数は1500RPMくらいになると思われます。

090611

　＜発振回路＜時定数RCで決まって
昇圧回路の発振波形です。
横軸：0.1mSec/Div
　＜発振波形
6Vでやっても160V程度は生成されます。
かなり小さめに0.1μFに充電してみても一応スパークします。
電圧を上げてコンデンサの容量を上げてもスパークは強くはないですが悪条件でも安定してる気がします。

普通にやると重すぎです。
IGコイルはRC用、トランスも軽量化出来そうです。
ゴツイCDIユニットが問題です。削りだしたりすれば軽量化は可能です。
電子進角回路を自作すれば良いとも思いますが、さすがに荷が重いです。
　＜407g
トランスを小型化：170g→60g

中古のガバナーを見つけたので購入しました。
　＜

090612
6Vのトランスに交換してチェックです。
　＜

この規模のエンジンで進角し過ぎてノッキングは不味いのかすら不明です。

理論的にはクランク角上死点後10度が最も理想的な爆発地点らしいのですが、
行程的にはデトネーション気味ですよね。
フツウ爆発には時間がかかるので進角するハズなのですが、
昔から2Stは回転数と共に進角していき、超高回転になると遅角していくと聞きます。
　＜

爆発伝搬速度より、ケミカルな部分なのかも知れないのですが、
チャンバーからの反射流の速度管理にガスの温度が関わっているためのようです。

小型ですので燃焼室が狭いから爆燃の燃焼が伝搬する速度というモノはかなり無視できる故、
進角は少なくなると思ったら、あまり排気量に依存してないのですが、
原付では、
16〜18°/アイドリング時
20°/2000rpm
28〜33°/4800〜8000rpm　＜ここらが最大のようです。(フル進角)

始動時：アイドリング用、
最大進角は使うバンドではないため、回転の加速段階でムリせず回ってればOK
そして、ホバリング以上です。
大雑把に2段階切り替えにしたいです。
でもって、多少はギヤUPを使うのにしても、
13000〜15000rpmは高回転です。可能だとは思います。
ただ、2Stガソリンエンジン自体が10000rpmあたりで回すべき特性かも？

ランニングコストパフォーマンスを最優先させると、
オクタン価を上げてコンプレッションを上げ、
高速燃焼のためのニトロ系添加剤などでメタノール＋ニトロメタンと同等のコトが出来るといいのですが…、

この2Stのファクターを外すと、
4Stの進角値が参考になりそうですが、車などを見ると、最大33°とかあります。

参考ブツ
　＜参考ブツ：進角、グラフ、で検索して見つけました。

何故か10000〜10500rpmから大きく変わってますね。

http://www.geocities.jp/bequemereise/index.html

回転が上がると燃焼速度も速くなると言うウワサも。

単刀直入に「進角ゼロ」でも良いかも？？
赤熱化した白金触媒で発火するアルコールエンジンとココまで違うとは驚きです。
パワーゲージや音質で最低限のチェックで、

大幅にギヤを変えるのは、テールユニットの共用から避けたいのですが、
エンジンのピニオンならどうにか12Tにモールドして、その代わり、メインを85Tにすれば…、

取り付けました。　(フルトラ方式)
　＜
ピックアップ部分です。
クーリングファンに白い紙が張り付いていて、切れ目が検知できるのです。
　＜

フルトラ方式を実装したらのばしたセンサーのケーブルにノイズが入り込むようで発振状態です。
動画  
タンク自体ガソリンに非対応のようで、変形が…、

火花は結構に強く飛びます。
しかしながら手で回してもシリンダ内部でのスパーク音がするだけで始動しません。

ベルトがあればスターターモーターで回し続けられるのですが、
プーリーにセロテープ等でヒモを付けてPULLスターターにしてやってみようと思います。＜FANかプーリーにひっかけのヨコ穴を付ける？
一応、スズランテープをワンターンで交差させて回せば巻き取っていきまして、
引っ張ればカンタンに回りますが始動しない状態です。

新情報：進角にはコイルの特性を含むらしいです。
というか、進角回路無しで固定でもそんなに悪いコトもないらしいです。

　＜
　＜動画  


で、
ベルトを介してスタータで回してたらパスッという音がたまにするくらいでした。
プラグの碍子を通して光ってるのが見えます。
キャブレターを弄りながらタイミングを見たら反転に近い状態になってて、
治してやってると、
今度はキャブレターから排気がでましたので、
見たら、またずれてました。　＜ついでにカブってました。
軸とクラッチホイールの間で滑ってました。
ココはネジを付けないとダメだったですです。
あと、
キャブ設定の指標を探してみます。
　＜動画  

　＜
　＜引き起こし


排気温度計。
10Tギヤ
12500〜13500rpm







　＜100円のレンチを流用
　＜ネジを彫ってスターターシャフト固定

質量比
比重は軽い。
グローの設定だと濃い　　＜とまり、燃費がよい。
ガソリン：1.4〜7.6vol%
グロー：6.7〜36.5vol%
とりあえず、ニードルは1/4〜1回転程度で様子見の予定。

点火タイミング：進角方向に5°程度に設定してみる。
スロットルレバーの固定
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火花の強度UP
　＜12V電源、1μF

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　＜動画  　スターターで回したトコ

　＜動画  　プラグ内部での漏電？

現在の問題。
デコンプ始動の必要性アリ?
高回転での充電やスパーク状態の改善。C=0.25μF　(0.15〜0.33μF)、インバーターの並列化
プラグ内部での漏電？。
75L05




ココで割れてました。
絶縁用リングはめて焼成系の耐熱接着剤で補修可？
絶縁ニスにシリコーンは？
　＜

折れる材質なのでギャップ調整はムリです。

　＜

ダイヤモンドで横穴作るです。
　＜

高温めのハンダで…
　＜
絶縁ニスの上からシリコーンでモールド
　＜

その後、
ツバをつくって絶縁ニスの予定。


が、
さておきとりあえず、
試してみました。

かかりました。
　＜動画  　スターターで回したトコ

セッティング
　＜ニードル:運転時
　＜ニードル:全閉
つまり、9〜10ノッチしか開いてません。

今後は、
アイドリング調整
高回転を実現するため、
インバーターの周期を速めて　＜10kHz以上
6V電源にてコンデンサー容量を小さくして。＜0.33μF以下
IGコイルの変更
進角の調整、＜3〜6°の予定
OILや燃料添加剤。
フライホイールを付けてガバナー
と言う感じです。


新しいプラグ。
進角10°程度。
　＜動画  　スターターで回したトコ

セッティング
　＜ニードル:運転時


0.25μF
　＜動画  　スターターで回したトコ


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エルゴ60には4サイクルの120とZ230が乗り、5.7Kgです。
まず、Z230が22cc1.5psであるとすると、
50エンジンは
50SX-H：8.17cc1.8ps/17,000r.p.m
61SX-H：9.95cc2.2ps/16,000r.p.m.

50をガソリンで動かすと単純計算で0.56psとなります。
エルゴ50とエルゴ30は殆ど同じ部品と質量です。
グローでの50の機体は、自重も合わせて、8Kg程度は持ち上がるはずです。
マフラーとギヤのセッティングが合えば、
回転数を上げてムリヤリやれば浮くと思います。

エンジンの出力は排気量に比例するところがあるかとも思いますが、
エンジンの軸のトルクは、ピストンの面積に比例するので、
ボアアップはトルクのアップになります。＜大抵ピストンが重くなります。
４ストロークではストロークアップもクランクの半径が変われば同様です。

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違う形の点火系統の回路も模索。

　＜RC発振からトランス駆動用は、ダーリントン接続。。


サイリスタをフツウにターンOFFするには、さほど難しい付加回路でもなくて可能そうですが、
ターンOFF可能なFET　Di付き
パワーＭＯＳ−ＦＥＴ　２ＳＫ３２３４（５００Ｖ　８Ａ）低オン抵抗：ＲＤＳ＝０．６５Ω

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　＜ガバナーのセンサー取り付け。

点火のセンサーは黒をトリガーに使うのも良いかも。

テストベンチのセンサーをそのままガバナーのセンサーに接着しました。
偶然ですがマグネットの位置が上死点に合っております。
　＜フォトインタラプタはガバナーのセンサーに取り付け。

白い部分でトリガですコントラストは十分ありそうです。
黒い部分は黒染めしてラッカーが適当なのですが、マジックで塗りました。
　＜FANを黒く塗って、タイミング部分に白いシールを貼りました。



マフラーの取り付けネジ。


091106
エンジンを機体にマウントし、マフラーを付けました
5V電源で動作させているのですが、回転が上がると失火気味のようです。
そこでとりあえずコンデンサー容量を0.47μFとして6Vまで上げると改善されるのですが、
まだ、不十分です。
コンデンサを若干小さく0.22〜0.33μFにして
電源電圧を上げるか、インバーターの周波数を高くするか？
という感じです。

とりあえず、電圧を上げてみました。
あとは、進角とかキャブとかイロイロありそうです。
　＜動画  

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模型エンジンで、燃料の流入を調節する針状のニードルバルブを調整すること。
時計回りの方向に閉めていくことをニードルを絞るという。
エンジンの最高回転のピーク位置から通常は20〜30度程開いた（もどした）位置が、飛行に適した実用上のニードルバルブの位置となる。