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[カブ] ノックセンサーでエンジン音を聴く

Posted by on 2017/12/21

先日500円の安価な車載用ノックセンサーを入手しました。そこでこのセンサーとボイスレコーダーを使ってエンジン音を録音し、そこからノッキングの兆候が拾えるか試してみることにしました。あわよくば自家製ノッキングメータが作れないかと目論んでいるのですが。。。

 

環境

今回エンジン音をチェックするのは我が愛車プレスカブのエンジンです。50cc->97ccにボアアップしたもののヘッドその他諸々がノーマルのままなため、恐らく普通に走るだけでノッキングを起こしているのでは、と予想しています。

  • 対象のエンジン:プレスカブFI(JBH-AA01)、50cc -> 97ccボアアップ済み
  • ノックセンサー:型番不明
  • レコーダー:Sony IC RECORDER ICD-UX300F

ノックセンサーはAliexpressで購入しました。型番等の刻印が無いので(もしかすると袋に記載あったかも)詳しくは分かりませんが、タイトルからして日産のアルティマやインフィニティで使用可能な互換品のようです。

ノックセンサー

入手したノックセンサーです。500円を割り込んでいるのを見て思わずポチッといってしまいました。

カブ97ccボアアップエンジン

カブ97ccエンジンです。キャブレター仕様シリンダーを改造してFIカブ50にくっつけました。ヘッドは50のまま、おそらくノッキングだらけなこいつのエンジン音を聴いてみます。

 

ノックセンサーをマイクとして使う

今回購入したノックセンサーはワイドバンド(非共振)型です。中に圧電素子が使われていて出力をレコーダー等のマイク端子に接続するとそのまま録音が可能です。コネクタは手元に無かったのでノックセンサーの端子をワニ口クリップで挟んで繋ぎました。手元にあったボイスレコーダーにジャックを差し込んでノックセンサでこんこんと机にたたくとしっかり録音されています。これならいけそうですね。

ステレオジャック

ステレオジャックとワニ口クリップを使ってケーブルを作成します

ノックセンサーとボイスレコーダー

ボイスレコーダーとノックセンサーを繋いできちんと録音できているか確認します。エンジンに載せるときはワニ口クリップが外れないように絶縁テープで巻きます。

 

エンジン音を録音する

エンジンにノックセンサーを取り付ける

うまく録音できそうなので早速カブのエンジンに取り付けます。丁度いい具合に使っていないネジ穴(もともとはレッグシールドの固定用だと思います)があったのでM6ネジを使ってノックセンサーを固定しました。早速ボイスレコーダーに繋いでエンジンを回してみます。再生してみるとばっちりエンジン音が聞こえてきました。

ノックセンサー

こんな感じで左側の空いているネジ穴に固定しました。ただ、この場所はカムチェーンの真横なのでチェーンの音をよく拾います。。。

ノックセンサーとボイスレコーダー

エンジンをかけて確認しているところ。この時はサンプリング周波数のことを完全に失念していて上手く録音出来ず、後ほど高音質設定にして再挑戦しました。

ところで今回使ったボイスレコーダーには録音時の音質設定があります。もともと長時間録音出来るように品質を抑えた設定にしていましたが、ノッキングの兆候を探すには当然ながらノッキング発生時の音を正確に録音する必要があると思います。ノッキング音の周波数は以下の式から求められるようです。

  • ノッキング周波数 ≒ 570000 ÷ ピストン直径mm

私がプレスカブのエンジンはボアアップしてピストン直径が”50mm”です。ですので、

  • 570000 ÷ 50 = 11,400 [Hz]

がノッキング発生時のおおよその周波数となります。録音したデータで最低限この周波数が再生出来ないと意味がありません。標本化定理から最低限として倍のサンプリング周波数が必要で、今回だと11,400 x 2 = 22,800 [Hz]以上の設定で録音する必要があります。このあたり、私は不勉強でとても解説出来ませんので、詳しくはWikipediaの記事をご参照ください。

 

テストコースを走行

ノックセンサーを使ってエンジン音を録音しながらテストコースを走行します。ご近所の松尾山を登るいつものコースで、松尾寺直前には劇坂が控えているため高負荷時にどんな具合か分かるはずです。折角なので自家製の簡易インジェクションコントローラを使って燃料噴射時間等の条件を変えて測定してみることにしました。

  • パターン1(燃料噴射時間x1.5)
  • パターン2(燃料噴射時間x1.6)
  • パターン3(燃料噴射時間x1.7)
  • パターン4(ハイオク、燃料噴射時間x1.5)
  • パターン5(ハイオク、燃料噴射時間x1.6)
インジェクションコントローラ

簡易インジェクションコントローラの設定を変更して燃料噴射時間を変えます。いずれもっと便利な改良版を作りたいですね。

 

録音データを再生してみる

早速録音したエンジン音を再生してみました。小さい音はほとんど聞こえないのではと思ったのですが、意外なことにバイクにカギを差し込んだ音まで拾っていました。結構感度いいみたいです。ただ、ノックセンサーを取り付けた位置が丁度カムチェーンの真横だったせいか、チェーンの駆動音が大きいです。録音データの周波数を見ると広域にわたって広く分布しており、少なくともパッと見でノッキングを判別できるような状態ではありませんでした。

WavePad 音声編集ソフト

「WavePad 音声編集ソフト」を使ってスペクトログラムを表示してみました。残念ながらひと目でわかるくらいノッキング部分だけヒゲが飛び出したり濃く表示されたり、という展開にはなりませんでした。

 

ノッキングの兆候を探す

ツールを使って邪魔なノイズをカットしてからコース走行時のスペクトログラムを比較してみました。上記で使用したWavePad 音声編集ソフトは無料版だと保存出来ない等の機能制限があったので、オープンソースのAudacityを使用しています。

パターン1(レギュラー、燃料噴射時間x1.5)

レギュラーガソリンかつ燃調薄目という最も条件が悪いであろうパターンです。

 

パターン2(レギュラー、燃料噴射時間x1.6)

O2センサーの出力を見ると、パターン1から若干濃い状態になりました。

 

パターン3(レギュラー、燃料噴射時間x1.7)

さらに濃くしてみました。が、なんかパターン2から悪化したような。。。

後から考えてみるとパターン2->パターン3と連続してやったので、エンジンの上でぶらぶらしている油温センサーが温まって本家ECUの燃料噴射時間が変わった(燃調が薄くなった)のかもしれません。

 

パターン4(ハイオク、燃料噴射時間x1.5)

今度はハイオクを給油してみました。給油量からして”レギュラー:ハイオク=1:1”くらいでしょうか。プチプチがかなり減りました。

 

パターン5(ハイオク、燃料噴射時間x1.6)

ハイオクかつ濃い目の設定です。さらにノッキング音が改善しています。

 

ノッキングの嵐

いや、多分そうだろうなぁとは思っていましたが、実際にエンジン音を録音して並べてみるとノッキングだらけのようです。おそらくプチプチと明瞭に聞こえる部分以外にもノッキングが発生しているのではと思います。ハイオクにするとスペクトログラムの赤い部分が明らかに減っていますし。

やはり排気量が倍になっているのに燃焼室がそのままというのは無理があるようです。テストコースはご近所にある松尾山を登る坂道です。なかなかの急勾配で、平地ではなんともなかったエンジンが坂道を登りきるとマフラーから白煙を噴いていました。今のエンジンを組み上げた直後に同じルートを登った時は笑えるくらい煙が出ていたのを覚えています。オイルを入れ過ぎていたというのもありますが、急坂に差し掛かってエンジン負荷があがりノッキング発生->ピストンリングから排気が漏れてクランクケース内圧増加->ブローバイ増大->オイルをたっぷり含んだブローバイが燃えて白煙、という流れだったのかなと推測しています。

松尾山の劇坂

最初のテスト走行時、この最後にある劇坂でマフラーは煙幕のような白煙を噴きました。これってノッキングが原因だったのか。

 

ハイオクは効果あり

よそ様のブログを拝見していると高圧縮比になるボアアップキットをつけたハイオク仕様カブがありました。我が家のエンジンにもハイオクを使えばノッキングがおさまるかも、ということで試してみました。タンクの燃料計が赤いゾーンに差し掛かったあたりでハイオクを給油、給油量を見ると1.75リットルでした。たしかプレスカブのタンク容量が3リットルだったはずなので、ほぼ半々の割合です(意外と残っていました。もうちょい走って消費すればよかったかも)。

いざ走ってみるとかなり効果があります(パターン4、パターン5を参照)。完全にノッキングを無くすことは出来ませんでしたが、頻度はかなり少なくなりました。エンジン音を聞く限り劇坂以外ではおさまったようにも思えます。

ハイオク

人生初のハイオク給油となりました。しっかり効果あるんですねぇ。。。

 

所感

思い付きからノックセンサーでエンジン音を録音してみましたが、想像以上にノッキングが発生していました。これだとツーリングに使うには無理があるかなと思います。なにせ坂道を登るたびにエンジンオイルを大量に燃やしますし、いつ壊れるか分かりません(汗。ボアアップするときに欲張って97ccをチョイスしましたが、もうちょっと控えめなやつを選んでおけばまた違った結果になったかもしれません。

今度、ヤフオク72ccシリンダーあたりでまた挑戦してみようかな。これなら腰下ばらさなくてもいけるはずですし当初の安くボアアップのコンセプト通り・・・(と、懲りずに目論んでいます)。

 

参考

この記事は以下の内容を参考に記載させていただきました。

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