ダイレクトIG CDIシステム


ダイレクトIG CDI完成2011/7/2ルーチェに装備
ダイレクトIG CDI用ディストロビューターに改造
ダイレクトIGコイルをCDI用に改造
磁気センサーデスビ改良2号
走行8000k安定してた
耐熱150度使用磁気センサー、デスビ改良3号(2012.3.1)
改良4号はCDIとデスビ(2012.7.12)センサーが壊れやすく実験、5号に改良。
改良5号磁気センサー回路一部変更2012年8月18日ルーチェに付けて試験開始2014/9/1現在順調に稼働中
2016年2月5号の回路と部品で性能と耐久性は実証出来たので改良6号を作る
最終バージョン改良6号で点火時期の微調整が楽できるようにする
CDI内部温度感知でファン冷却

2008年11月3日、卓上で4気筒のダイレクトIG CDIシステムが完成。
左4本ダイレクトIGコイル、ブレッドボードに高圧4回路CDI、
右は模型モーターで磁石を回して4個のホールICで4気筒点火信号を作る。



2008/9/18**以前買ったホールIC-DN6838の動作確認、裏表の解釈を誤り動作するまでに苦労、マーキング面に向かって足下で左から123。電源電圧の約半分の電圧がOUTされ、磁気が近づくと電圧が0.4Vになる。 ルーチェの各気筒の点火時期を4個の磁気センサーで読んで、各気筒に付けたIGコイルをCDI点火する。 ダイレクトIGコイルのCDI点火が最終目的。こんな点火装置は4輪ではないかも、大型2輪の4気筒バイクは有るかもしれない。
動作回路。
ホールICとSCRが直結ではSCRを通してアースに落ちてしまい矩形波にならない。 0.011μFを入れる事で直流カットで矩形波が出るが、波形3枚目の写真の様にマイナスパルスになってしまう。
コイルを入れる事で波形4枚目の写真の様にプラスパルスになりトリガ動作が出来る。 拡大図PDFファイル
ホールIC-DN6838
220μHコイル、プラスのパルスを作る爲にホールIC出力に入れたコイル、これが無いとトリガ掛からない。
モーターの軸に付けた磁石、磁石はテープで包んで固定。 詳しくは以下で。

ホールICを使ったCDIトリガ回路を考えるが動作しない。
ホールIC用トリガ回路は矩形波を加えて動作すればよい事である。 ホールICからは磁界の変化によって、電源電圧と0.4V間の矩形波が出力される、その矩形波でSCRをトリガすればよいのだが、理屈は磁石を近づけてONになると出力は0.4V、遠ざけてOFFで電源電圧12Vの動作、 定数を変えながら試行錯誤、其のうちに近づけると連続放電が出来た、本来は一回の放電が連続になってしまう、どうも発振周波数のノイズの感じが強い。何はともあれ磁界の変化で放電と停止までは出来た。 使用CDIは以前作ったTORY−CDI7の手巻きトランス仕様
連続放電時のホールIC出力、矩形波にノイズが乗っている。


上の黄色波形はホールICの出力波形、無負荷の状態で磁界によりON−OFF
下の青は12V電源波形、ホールIC電源側にチョークコイルを入れる。少なくなった発振によるSCRゲートノイズ。ゲート(G)には信号は入れていない。
下の写真は配線を繋ぎゲートに信号を入れた時、立ち上がりがなまってる。

19**帰宅後昨夜の続き、CDI発振ノイズのホールIC回路への影響をカットする爲、ホールIC電源側にコイルを入れる、見事にノイズが少なくなり電解コンデンが無くても大丈夫。

SCRトリガ回路には矩形波が入ってるが放電はしない、オシロで観測するとSCRのGはマイナスのパルスが観測される、これではトリガが掛からない、プラスのパルスが必要どうする?
抵抗やコンデンサで試すが駄目、

SCRトリガ回路はGーK間に330Ωを入れ、G-に0.1μFを通してホールIC出力の矩形波を供給。動作しない。
ホールIC出力について考える。
磁界が無い時はプラス12V電圧、磁界により電圧は0V近くまで下がるが0ではなく0.4Vが最低、0.4Vから12V間の矩形波では、Gにマイナスのパルスが出てSCRはONしない。
以前ECU対応時に使ったコイルを思い出す、ホールIC出力とSCRトリガ回路の間に220μHのコイルを入れる、すると手で近づけると磁気に反応して確実にパチパチと放電する。やったー。次に玩具用DCモーター軸に磁石を付け回転動作による実験、電圧により回転数を変えて試験、オシロで周波数が97Hz前後、5820回転でも確実に放電してる。回路的にはこれでよし。

ホールICが1個でCDI放電の実用化に目処が付いた、このホールIC4個をいかにデスビ内に組み込むかが今後の課題。

P5.P6波形

G入力0.1μFにコイルを直列に入れコイルを通す事で、Gには綺麗なプラスのパルスが出てSCRはON状態になる。
コイルの動作について考える。理屈は12V電圧がホールIC動作でアースに落ちて、0.1μFの電荷もコイルを通してアースに落ちる、コイルの性質でコンデンサの電荷が無くなっても電流を流そうとし、コイル側のコンデンサ端子をマイナスまで引き下げるので、反対側にプラスのパルスが発生すると考える。
コイルとコンデンサの接続された場所の波形を見ると、ホールICが動作すると、プラス電圧から一気にマイナスになり0.4Vライで水平になった後プラス側になる矩形波が観測された。2現象オシロ波形。黄色がコンデンサ前で青がコンデンサ後のゲート信号。
P5.P6波形
ゲートコンデンサを0.01μFにすると立ち上がりが鋭くなる。
プラス側の電圧は0.4Vに下がりマイナス側が大きくなる。 この写真では、放電はプラスからマイナスになった時に起こっているが、実際は下のようになってた。

上の写真では1本の線に見える立下り線が、20μセコンドでトリガ信号部分を拡大すると、黄色の信号がプラス0.4Vからマイナスに落ち込んだ後、ブラス側に跳ね返えった時にトリガもプラスになり放電が出来てる。一瞬の中でこんな事になってる、上の4ミリセカンド波形では気が付かなかった。マイナス側に落ちた時の線の中でこんな事が起きていたとは。コイルを入れないとこの波形にならない

ダイレクトIGコイルをルーチェに付けるべく実験開始、ホールICに寄る点火信号取得は目星が付いた。デェストロビューターを改造してホールIC4個で4気筒分の点火信号を取り出す。

ディストロビューター模型、ホールIC4個で4気筒の点火信号取得する、中央の回転する磁石がローター軸となる。

新しくブレッドボーデに最新のコイル入CDI回路で組み上げて最初からやり直す。
TORY-CDI7トリガ回路に戻し、低インピーダンスコイルでも最新CDI回路では自作信号発生機での最高回転数13000まで動作する。
配線をホールIC用に変える。

次にホールICに変更トリガが掛からない、プラス側への立ち上がりが悪い波形では駄目か、
そこ2SC1815をエミッター接地で使う事を考える。以前作った信号発生機の1815回路ホールIC入力をTRのベースに入れ、コレクタをアースに落とす信号発生機の2SC1815回路を使い、ホールICで動作させると動作する。 波形を見るとブラス側の立ち上がりが垂直、立ち上がりでトリガ動作してる。やはり立ち上がりでも急激な変化が必要だと分る。 右、黄色はホールIC出力と青SCRのGゲート信号


ホールICからの出力を、負荷を掛けても立ち上がりが急激になるようにすれば、トリガが掛かる事は分った、TRを入れたまま各部にICからの出力を加えて試験、今までトリガが掛からなかったSCR-Gの0.1μFでも動作する?????・なぜ。波形を見ると立ちが上がりが垂直。マスマス??
お、放電したまま接続に関係ない2SC1815を外す、でも動作中、12Vからベースに入ってる2本の抵抗を外す、放電停止。これだ、コイルも必要ない新しい回路を思い付く。 。
注目、上の波形が下のように変化

ホールIC出力に1kΩを通して電源電圧を掛ける、すると立ち上がりで0.1μFへの充電が、ICがOFFすると同時に電源電圧で充電され、結果立ちががりが急激になる、違いは歴然。
動作としては、1kΩを通した電圧をホールIC出力端子で、磁気信号によりアースに落として矩形波を作りSCRに加える事になる

拡大図。PDF

ダイレクトIGシステムの回路図が出来た、赤枠の高圧部分を4気筒分のCDIを作る事になる。
4個で合計4μFの高圧コンデンサを駆動する事が出来るかが問題。0.47μF4個の合計2μFではダブル放電CDIで駆動確認済み。1個の旧車の開磁型IGコイルでは問題なし。しかし4気筒分はまだ実験中。

後日配線図のSCRにTST06A60を使った場合の安定定数、G入力コンデンサは0.047μF、G−E間は0.47μFと1KΩが一番安定した。

拡大図。PDF

レガシーのダイレクトIGコイルではこのトリガ回路でも放電が出来ない。コイルに組まれたトランジスタは必要ないので外したいが分解は不可能に近い、2端子の古いタイプならトランジスタは無い気がする。安定動作するトリガ回路を求め定数の見直しが続く。有る定数で連続放電までこぎつける。


端子の配線はプラグ側から、電源12V線。中央、アース線。上側、点火信号線。になってる。 配線図的には12V電源>IGコイル>トランジスタコレクタ
エミッタ>アース
ベース>点火信号

動きはベースに入った点火信号で、12V電源からIGコイルを通り、コレクタからエミッタに電流が流れIGコイル2次側のプラグから放電。

普通に繋いで
自作信号発生機のIC555からの矩形波出力を、CDIの点火信号として使って試験。

アースは正常にそのままで、CDI高圧を点火信号線に入れても放電無し。回路図から見ても当たり前
IGコイル内部のトランジスタを壊してコレクタとエミッタ間を導通させる必要がある。
次に12Vに入れると放電した、高圧でトランジスタが壊れて導通。しかし放電音が濁って回転を上げるとタコメーターが異常な動き、散々聞き慣れた放電音からすると素直な放電ではない異常である。IGコイルの発熱も異常に熱い。正常な放電ではない。
トランジスタ破壊後12V端子とアース間は2Ωくらいが正常で、20Ω以上では放電はするが時間経過で放電が止まる

次に12V端子をアースにしてアースに高圧を加える、すると放電音が正常な音に聞える、タコメーターの動きも正常、回転数を変化させても正常放電動作する。
写真はアースにCDIの高圧を繋ぎ12V端子をアースにしてる。

CDIからの高圧接続はアース端子に入れ、12V端子をアースに変更する。信号端子は使わない。
後日内部抵抗が2Ω前後のIGコイルでは、アース端子はアースに12V端子にCDI高圧を入れても正常に放電が出来るようになった。接続方法が正常になる。

拡大図面 1回路分でサイリスタをTST06A60に変更、SCRにTST06A60を使った場合の安定定数、G入力コンデンサは0.047μF、G−E間は0.47μFと1KΩが安定した

IGコイル2回路駆動にするとSCRがターンOFFしなくなり安定しない、TST06A60では感度が良過ぎて回路間の干渉の影響が大きく出て動作不安定。
SCRをF8JZ47に変えてトリガ回路の定数も変更、G入力Cは0.1μF、G-K間は0.1μFと1kΩ並列アースで2回路180度間隔の放電が出来た。
高圧出力コンデンサを1μFから0.47μFにしたらトリガ動作不良でSCRがターンOFFしなくなった。 実験中に片側SCR、F8JZ47が不良になったどうもショックに弱いみたい。 高圧出力コンデンサを1μFに変えSCRもTST06A60に変えてトリガ安定定数を探す。


入力C0.047にしてG-K間0.47μFと470Ω並列で安定。連続放電試験。

トランジスタ内臓型、レガシーダイレクトIGで、時間が経つとSCRがターンOFF出来ないで放電が停止する原因が分った、IGコイル内に有るトランジスタが完全にショートしてIGコイルの12V端子とアース間抵抗が2Ω位ならこの問題は出ない、23Ωとかの抵抗値があるとトランジスタの影響で放電停止になる。
トランジスタの破壊の仕方が問題、前回はなにげなしに破壊、2種類の壊れ方をしてるが破壊方法は覚えていない。

後日内部抵抗23Ωくらいの半分壊れた??IGコイルTR破壊を再びする、先ず12V端子とアース間に15VのACアダプターから電圧を加える、5A電流計が徐々に上がり振り切れる、そのままトランジスタが触れないほど熱くなったので止め、CDIから高圧を加えて暫らくプラグより放電させる。 完全に冷えてから計ると2Ω前後になって破壊に成功、IGコイル一次側の抵抗値か。
4本を確認すると何れも2〜2.8Ωになっている。 これで4本が同じ規格になって4回路CDIへ一歩前進。

CDIで使うなら旧タイプのトランジスタの無い、配線端子2本タイプのIGコイルが良いと分るが手に入るかが問題。
同じ壊れ方(12Vアース間2Ω)をしたダイレクトIGコイルで2気筒分の放電が出来た、高速1時間のテストでも放電停止は無し。高圧も1μF×2で370Vを維持してる。

抵抗値が大体揃った4本のIGコイルで3気筒目を組んで放電試験、難なく放電開始。最初の苦労はなんだったか。IGコイルの問題だけだったようだ。
4気筒放電5000回転、出力コンデンサ1μF×4本で消費電流2.5A、電圧280Vの結果です。
11/4、人は部屋から出て連続5時間の放電試験も異常なく終わる。IGコイルは多少暖かいだけで発熱もなし。

ダイレクトIG CDIシステム完成ルーチェに実装2011年7月2日
磁気センサーデスビ改良2号2011年10月20日
拡大図面
CDIから始まり2008年着想から試行錯誤で3年、上の回路で作り2011年7月ルーチェに実装。
回路変更。インバーター中点のコイル3A100μHコイルは、0.7ミリ線5ターンに変更で効果有り。
安全の為2系列に組んで2気筒を駆動、片方が壊れても多少移動できるようにする。
出力電圧500Vの高圧を1μFコンデンサーを通して放電、高回転でも300V以上。
拡大図面
ホールIC DN6852を磁気センサーに使い、ディストロビューターに組み込んだ回路。
2012.2月冬季エンジン始動性が悪く共通電源抵抗150Ωを57Ωに変更、11Vツェナーを12V2Wに変更
カムの位置検出にローター回転軸に永久磁石1個を付け、90度間隔に配置した磁気センサーでカム位置を検出、点火信号を作る。
点火時期調整に苦労する。センサーを動かしてると、センサーの足が折れた。改良2号を作る
デスビ改良版2号

センサーを90度間隔に配置するが、磁気センサーの感度が違う為微調整が必要。

デスビ内部で、4個の磁気センサーを個々にスライドして、点火時期の微調整を楽に出来るように改良する。

ダイレクトIGでの点火時期の合わせ方は、 4気筒エンジンでは180度毎に点火するので、現在のプーリー点火時期マーク反対側180度の所に、マークを新規に付ける必要がある。
4気筒の点火時期をプーリーの点火時期マーク付近で、エンジンの振動が一番少ない位置に調整。
1-4番は同じマーク、2-3番は新規マーク、 点火順序は1342で、左上が1番気筒180度反対側が4番となる。

以下に作り方を簡単に説明
センサー基盤を取り付けるために新しく台を取り付けた
ネジの頭がデスビへの固定ネジ。(ポイント固定用ネジ穴を利用して取り付け)

軸芯と2本の固定ネジが直線上になるように固定。 長いネジはセンサー基盤固定用でナットの厚みに間隔が開く

ショート防止に絶縁用紙を挟みセンサー基盤を取り付ける。

薄い鉄板を加工する、中央の切り込みは穴あき基盤に通す為に、両端は短くカット、基盤の穴は金具に合わせ広げる。
鉄板で作った基盤取り付け金具に2ミリのネジを通し、ネジ中央に銅版で作ったセンサー固定金具に入れる
外周の丸はデスビの内径、中央の丸はローター軸の外形、後で切り抜く。

金具の巾に合わせネジの先にナットを付け接着、ネジが抜けないようにする。

銅版に不良センサーを入れ型取りし曲げて加工、
 L 字型に作る
2ミリのナットを銅版に半田付けして加工、ネジを回すと左右に移動し点火時期の調整が出来る
仮の4気筒分の配置が終わる、各センサの距離は中心点から同じに配置、中央の十字線は90度間隔の記し、 配置が決まったら仮付けの金具を外して、中心に回転ローターの穴を開ける。
センサー部分の拡大、磁気センサーは足を上にして取り付け、左右に移動出来るようにする、エンジンに取り付けて微調整後接着剤で固定、センサー基盤の下に取り付け台がある
改良3号、耐熱150度、耐電圧28Vセンサー(US1881LUA)を使う

拡大図
改良3号でデスビ抵抗値を変更する
大きな変更は磁気センサーの特性がN極S極を使う為、デスビローター軸の磁石の取り付け方が変わった。

拡大図
改良3号でデスビの抵抗値を変更する。
耐電圧が最大28Vまであるのでツェナーを外す。
電流制限抵抗を100Ωにする。
プルアップ抵抗を150オームにする。
磁気センサーの足は90度捻り一線上並べローター回転方向に曲げ易くした。
点火時期の微調整は、写真では前後に動かす事で出来る、ローターは右回りなので、前に倒せば進角、後ろに倒せば遅角。
磁気センサーUS1881LUAは裏側をローター面にセット。抵抗は150Ω コンデンサは0.1μF
磁気センサーUS1881LUAは、両極磁界で動作するので磁石の付け方はこのように付ける、回転方向にNが先にSは後になるように。
完成した改良3号基盤。
基盤裏の配線、センサからの配線は、各センサーからはプラスとアースは一点配線にする
デスビへ取り付け4気筒の点火時期を合わせて完了、回転が滑らか。
ある程度の走行で点火時期にバラツキなど変化がなければ充填材でセンサーを固定する
改良4号 共通電源回路変更と磁気センサー保護回路追加12.7.12 このセンサー取り付け構造は失敗アイデア倒れ。

共通電源回路の変更。抵抗値を47Ωにし、点火信号によるリップル軽減目的で220μ電解を追加し、センサー保護回路として12Vツェナーを追加。
各気筒センサーOUTに0.01マイクロFのコンデンサを追加する
センサー保持金具など変更。

波形写真など拡大PDFファイルはこちら

点火信号リップル波形、小さな波形は他の気筒の点火信号、共通電源から回り込んでるが、点火には影響なしだが、共通電源回路を変更してリップルを軽減する。
改良5号ではセンサー電源を150オーム抵抗4本で個別にする
220マイクロ電解コンデンサを入れて軽減した波形、電源のリップルは1V以下に下がる。
改良5号では個別にした12V電源波形はこの波形になる
改良5号は3号の基盤使い改良12.8.18 ルーチェで試験開始
CDIと磁気センサーデスビ拡大配線図1組分、pdfファイル
2012.10.17・低温時エンジンの掛かりが悪くセンサー電流制限抵抗300Ωを150Ωに変更
2016.1.20マイナス10度でエンジン掛からず、制限抵抗を47Ωに変更。


写真は4気筒エンジン用ダイレクトイグニッションCDIの内部
1個のインバーターで2個のCDIが働くのを、2個組み込んでる。
左側は1番と4番エンジン用、右側は2番3番エンジン用、
上のトランス部分はDC-ACインバーター、下の黄色のコンデンサは1μF高圧放電コンデンサー。
写真は3号基盤で右の配線図の内容に変更。赤線の100Ωは外し、代わりに150Ωを各センサー12VとVCC間に入れる。 磁気センサー電流制限抵抗を150Ωにすると、イグニッションスイッチONで41mA、エンジンスタートで10mAになり、最大50mAは超えない。
点火時期微調整後センサーは、発砲断熱材で充填断熱処理。
2012.10.17・低温時エンジンの掛かりが悪くセンサー電流制限抵抗300Ωを150Ωに変更。
2016.1.20マイナス7度でエンジン掛からず、12Vからの150Ω制限抵抗を47Ωに変更。

CDIと磁気センサーデスビ拡大配線図pdfファイル
2012.10.17・低温時エンジンの掛かりが悪くセンサー電流制限抵抗300Ωを150Ωに変更
2016.1.20マイナス7度でエンジン掛からず、12Vからの150Ω制限抵抗を47Ωに変更。

市街地渋滞でエンジンルーム温度上昇60度くらいで、アイドリング時エンジンが止まる。
磁気センサーを断熱材で包み、磁気センサー温度上昇を防ぐ為発砲剤で包む。
試験的な処置なので見た目は悪いが、エンジンルーム70度でもエンスト無し、効果があるようで試験継続中。
上手くいけばやり直し綺麗に整形
改良6号点火時期調整が楽に出来るようにする2016.2.20
20ミリ×10ミリの基盤に組み上げる
2ミリのネジでメイン基盤に止め、左右に首を振るように出来、点火時期の調整は楽に出来る。
4気筒分を90度間隔で取り付ける
4気筒分取り付け完了、微調整はエンジンに取り付けてから
ローターは右回りに動く、上が1番3番4番2番の点火順序
デストリビューターに組み込み配線
CDIとダイレクトイグニッションコイルにセットして手回しで放電テスト
CDI内部温度が50度以上になるとクールファンが回るようにする
CDIのケース内温度が上がるとクルーファンが回るように回路を組む。
温度センサーTC2622EPAを使い外部抵抗140kΩで50度前後でスイッチが入る、見える2本の抵抗で約140kを作る、ダイオードは逆接防止用、 ファン制御スイッチには2SC2120を使う。
12Vファンを温度センサーで50度付近でONにし2度下がるとOFF
ディストロビューターをダイレクトIGCDI用に改造。この後改良2号を作る

ポイント式ディストロビューターの改造に入る。

ポイントセットを外す。

ポイントを外すと台が出る、この台がバキューム進角装置で動く、回転が上がると軸を中心に左に回転して、ポイントが切れるのが早くなり進角する
ポイント軸穴に4ミリネジを切り、センサー基盤取り付け台用ネジに利用

ポイント取り付け台に4ミリビスを加工して基盤受けようのネジを付ける。ネジがローター軸中心線上に無い為後で点火時期の微調整に苦労する。 デスビ改良2号では取り外し、センサー基盤取り付け台に利用

センサー基盤は90度間隔に線を引き磁気センサーの中心を合わせる、
ローター軸に付ける加工した塩ビ管。暖めて軟らかくして軸に差込固まったら抜き、ローター軸切り込み中心になる所に5ミリ永久磁石を付ける
改良2号では3ミリビスを新たに90度の位置に付け、センサー取り付け台になる。

20センチくらいの長い16ミリ塩ビ管の先を暖めローター軸に押し込んで型取り、ローター軸切り込み中央に合わせ5ミリ永久磁石を4.5ミリ穴に圧入後、高さを調整しカット完成したカム検出用ローター軸磁石
ディストロビューターの蓋はツナ缶がピッタリ、8番線の針金を半田付け加工し後で塗装 磁気センサーカム角度検出ディストロビューターが組みあがってエンジンに装着。丸い磁石がセンサーを通り過ぎた瞬間に放電。
気筒単位の時期調整が出来ず、基盤の構造を改良2号に変更。
レガシーダイレクトIGコイルをCDI用に改造
ダイレクトIGコイルは、内部のトランジスタ不要の為、充填材を削り足を出す、左から2本の溝削る。 溝削り作業、5ミリくらいのドリルの刃先を平らに加工し、細心の注意でトランジスタ足の金属を出す
上は金属が見えるまで削り出した、下のコイルは削り出し完成、中のトランジスタ2本の金属を半田を流し込んで半田付けで短絡する。穴はホットメルトで埋める 正常に短絡が出来れば、12V端子とアース端子間はコイル一次側の抵抗値約0.7オーム前後になる。
これでダイレクトIGコイルの改造は終わり。
レガシーのプラグキャップが短くて収まりが悪く改造、デミオのプラグコード先を切り使う 内部の金具を取り出してデミオのプラグに挿入
これでダイレクトIGコイルの改造は終わり。
レガシーダイレクトIGコイル取り付け用金具製作
鉄のアングルを使いプレス機を作る、二本ネジを締めれば簡単に折る事が出来る 取り付け角度に合わせ曲げる
プラグの位置に合わせ穴あけ加工 こんな形でエンジンに固定