YC電子制御化計画 回転数表示とサーボモーター制御の組み合わせと回転数検出方式検討

回転数をLCDに表示できるようになったところまでは紹介していましたがその後中弛みで進捗はゆっくり、テニス再開で忙しくなったのもありますけどね。

ただ何もやっていなかった訳でもなくちょこちょこと進めてはいました。

回転数の算出と表示が出来るようになったのでこれにサーボモーターの制御を組み合わせて設定した回転数（740rpm）以下になったらスロットルを引っ張りそれ以上になったらスロットルを戻すというようにプログラミング、一応それなりに動きますが実際にエンジンと組み合わせたらこんな単純な制御では設定した回転数近くでハンチング（回転が上がったり下がったり一定しない）してしまうのは目に見えています。
制御の定番のPID制御のプログラムを組まなきゃいけませんがとりあえずこれでもエンスト防止はできるはずです。

実際にエンジンのスロットルを動かすにはお勉強セットのサーボモーターでは力不足なのでトルクの大きなサーボモーターを買って繋いでみました。

ま、これも当然ながらちゃんと動くわけでここまで来たら次はダミーのエンジンではなく実際にエンジンの回転数を検出してみることになるんですが　前回オルタネーターの出力から検出しようとして失敗してるので検出方法について再検討、点火プラグのあるガソリンエンジンは放電時の電磁ノイズを拾うことで簡単に計測できるんですが点火プラグが無いディーゼルエンジンではそうはいきません。
で、どんな方式があるのか調べてみました。

1. 光反射式
   回転する部分に反射材を貼り付け照射した光が帰ってくる頻度で回転数検出。
2. 近接スイッチ方式
   光の代わりに磁気を使うもので磁性体を回転している部分に貼り付けて磁気の変化で回転検出、ヤンマーさん純正の回転計はこの方法でフライホイールに刻まれたセルモーターと嚙み合うためのギアの歯をカウントして回転数を出しているようです。
3. 圧電素子（ピエゾ素子）による燃料噴射の検出
   燃料噴射ポンプから噴射ノズルにつながっている燃料噴射パイプ外側に圧電素子を取り付け燃料噴射時の圧力を検出（燃料噴射時に圧力でパイプが膨らみ圧電素子に力が加わり電圧発生）。
   ちなみにガスコンロとかライターでカチンと言う音とともに火花を飛ばしているやつはこの圧電素子です。
   アメリカではTiny Tach Dieselという商品名でこの原理を使った回転計を売っています。
   
4. 発電機（オルタネーター）の漏洩磁束から発電機の回転数を拾う方法
   エンジンの回転を直接拾うのではなく内部で回転しているローター（電磁石です）からの漏れ磁束を拾って回転数を算出します。
   ピックアップコイルは発電機に縛り付けて使います。

本命かなと思って最初に買ってみたのが光反射式光電センサー

これで何処を検出しましょうと言うことで考えますがなかなか取り付けに適した場所が在りません。

唯一ここならと言う場所がこのオルターネーターのカバー部分、ただここも平らでは無いので取り付けは簡単ではありません。

一応プーリーに白いテープを貼り付けエンジンを回してテストしてみましたが最大検出距離が５ｍｍとなっていてプーリーカバーに直接取り付けるとこれよりも距離が大きくなってしまいます。　手で持って近づければちゃんと検出してくれますがそうするには取り付け用の金具を作って取り付けるしかなさそうですが結構面倒です。

次にやっぱり取り付けが簡単なやつがいいよねと言うことで上記検出方式４のオルタネーターに取り付ける磁気検出器を検討、メーカーさんの写真ですがこんな感じでステンレスのストラップで縛って取り付け。

これなら簡単とAmazon.comでほとんど買う気になっていたんですがちょっと頭を冷やして発電機から直接信号を取ることについて再検討。 （前回は失敗していますがその時の記事はこちら）

発電機の回路をじ～っと眺めて、ちょっと見づらいですが

前回はB端子から検出しようとして失敗したんですがチャージランプが繋がっているL端子から検出すれば上手くいきそうな気がします。ここには励磁用のダイオードが繋がっていてしかもバッテリーとかコンデンサは繋がっていないのでしっかり脈流が出て来てるはずですからね。

そうなれば早速テストと言うことでArduinoプログラムの勉強用としてダミーエンジン（はいパルス発生器です）に改造したパルス整形器を元に戻して船に持ち込みました。

検出入力をL端子に繋いでエンジン起動、検出レベルの調整でLEDがそれらしく光り始めました。　テスターでこの周波数を測ります。

テスターの周波数算出アルゴリズムのせいなのか表示が落ち着くまで少し時間が掛かるしなかなか落ち着いた表示になりません。

落ち着いた頃の読みはなんとなく25Hzあたり、回転数を上げると表示も45Hzあたりまで上昇します。

この時の回転数を音から算出すると低回転時は780rpm、高回転時は1640rpm、比例計算すると少し誤差が大きいようですが回転数に応じて数値は変化しています。

この数値を見ると確信は持てませんがオルタネーター１回転毎に１パルス出てるような気がします。

ちゃんと整流された後の脈流を拾っているとするんであればこの６倍近いHz数が表示されなきゃいけないんですけど何拾っているんでしょうね？

この疑問を解決するにはパルス整形器への入力波形と出力のパルスを見比べてみたいところですが残念ながらオシロスコープは持ってません。

やな予感がするのは３相の内（オルタネーターは３相交流発電機です）１相の整流ダイオードが破損していて３相交流の整流リップルよりもっと大きなリップル（電圧低下）が発生していてこれを拾っていること。

これもオシロスコープが無いと確認は出来ません。

ということで今のところはここまで、やはり光反射式光電センサーか漏洩磁束検出型かに戻るしかないんでしょうか。

う～ん、オシロスコープ欲しい。