|
Otsikko: Silver Bullet - Johtotehtäviä Kirjoitti: MMAF Puheenjohtaja - 01 Tammikuu 2008, 16:15:40 Sähkö on sinistä, se sattuu, eikä siihen saa koskea. Tämäntyyppisellä ajattelutavalla pärjää elämässään melko hyvin aina siihen saakka, kunnes ryhtyy omavalmisteisen chopperin rakennukseen. Moottoripyörässä – monien mielestä ikävä kyllä – tarvitaan sähköä. Sen lisäksi, että sähkö ei ole tavalliselle ihmisjärjelle ymmärrettävissä oleva asia, chopperinrakennuksesta tulee haasteellista myös siitä syystä, että moottoripyörän sähköjärjestelmää koskee joukko lakisääteisiä teknisiä vaatimuksia, joiden ymmärtäminen edellyttää hyvää sponsorisopimusta jonkin särkylääkevalmistajan kanssa. Tässä artikkelissa koetan valaista moottoripyörän sähköjärjestelmän toimintaa siten, että omavalmistechopperinrakentajan ei tarvitsisi rämpiä syvällä Brysselin viemäriverkoston pohjaliejuissa.
MMAF selvitti sähköjärjestelmää koskevia vaatimuksia yhteistyössä Helsingin STADIA-ammattikorkeakoulun kanssa. Auto- ja kuljetustekniikan lehtori Heikki Parviaisen kanssa käydyt keskustelut johtivat siihen, että oppilaitoksesta löytyi asiasta innostunut opiskelija, Pasi Kovanen, tutkimaan insinöörityön muodossa moottoripyörän sähköjärjestelmän laatimista ja sen lakisääteisten vaatimusten toteennäyttämistä. Pasin työnohjaajana toimi STADIA:n sähkötekniikan yliopettaja Esa Häkkinen. Aineistona Pasin insinöörityössä toimivat MMAF:n omavalmistechopperit, Silver Bullet ja Police Special. Työ valmistui keväällä 2007, ja Pasi valmistui insinööriksi korkeimman mahdollisen loppuarvosanan kera! MMAF onnittelee ja välittää lämpimät kiitoksensa Pasille hänen harrastajakunnan hyväksi tekemästään työstä. Kiitos projektin edistymisestä kuuluu myös yhteistyöhön erittäin positiivisesti suhtautuneille STADIA:n opettajille, Heikki Parviaiselle ja Esa Häkkiselle. Säteileekö? Tällä hetkellä omavalmisteisen moottoripyörän rekisteröinti Suomeen edellyttää todistusta siitä, että moottoripyörä täyttää direktiivissä 97/24/ETY säädetyt vaatimukset sähkömagneettisen yhteensopivuuden (electro-magnetic compatibility, EMC) osalta. Ongelmalliseksi asian tekee se, että todistuksen saaminen edellyttää sähkömagneettisen säteilyn mittausta ns. akkreditoidussa tutkimuslaitoksessa, jollaisia Suomessa on rajallinen määrä ja mittauksen hinta liikkuu useissa tuhansissa euroissa. Hinta on maksettava riippumatta siitä, meneekö testi läpi vai ei. Suuria, kaupallisesti toimivia sarjavalmistajia silmällä pitäen vaatimus ei ole ongelmallinen, sillä tyyppihyväksynnässä testataan vain yksi mallisarjan yksilö, jolloin testauskulut per valmistettu ajoneuvo ovat vähäiset. Sen sijaan yksittäiskappaleina tai piensarjoina valmistettujen prätkien osalta vaatimus tuntuu kerrassaan suhteettomalta.
MMAF:n tavoitteena EMC:tä koskevassa tutkimuksessa oli selvittää ensinnäkin se, millaisia häiriönlähteitä moottoripyörät todellisuudessa ovat. Pasin lopputyötä varten mitatut Silver Bullet ja Police Special nimittäin alittivat direktiivissä säädetyt raja-arvot selvästi, jolloin saimme aiheen tutkia, onko koko vaatimus mittaustuloksista lainkaan mielekäs. Tätä tavoitetta silmällä pitäen pyysimme kesällä Pasia mittaamaan vanhempaa kalustoa ajalta kauan ennen direktiivin voimaantuloa. Mittauksen tulos osoitti, että mikä tahansa laite ei raja-arvoista mene läpi. Vanhat, tasavirtalaturilla ja katkojan kärjillä tai magneetolla varustetut moottoripyörät, esimerkiksi Rysty- ja Pannupäät eivät läpäisseet testiä, joskaan Pannupää ei ollut kaukana raja-arvoista. Sen sijaan Evoluutio läpäisi testin kärkisytkälläkin. Emme osaa ottaa kantaa siihen, kuinka suuresta yhteiskunnallisesta ongelmasta EMC:ssä lopultakaan on kyse, mutta jotain asian vakavuudesta kertoo kuitenkin se, että ennen direktiivin voimaantuloa valmistetuilla ajoneuvoilla, jotka eivät läpäise testiä, saa edelleenkin ajaa liikenteessä. Joka tapauksessa tutkimustulos osoittaa sen, että emme voi omavalmisteita koskevaa lainsäädäntöä kehitettäessä kuitata EMC-vaatimusta noin vain. Seuraava tutkimuskysymyksemme liittyi vaatimuksen toteennäyttämisen kustannusten keventämiseen: miten saada luotettava selvitys EMC:stä ilman, että jokainen omavalmisteen rakentaja joutuu maksamaan selvityksestä monta tuhatta euroa? Pasin työn perusteella syntynyt ratkaisuehdotuksemme liittyy komponenttikokonaisuuksien mittaamiseen: jos mittaamme määrätyn komponenttikokonaisuuden jossakin pyörässä, voimme käyttää samaa mittaustulosta kaikissa sellaisissa pyörissä, joissa on käytetty samoja komponentteja rakenteellisesti samalla tavoin. Pasin työn tulosten perusteella tämä vaihtoehto osoittautui järkeväksi. Sähkömagneettisen säteilyn mittauksen kannalta lataus- ja sytytysjärjestelmä on suurin häiriöiden aiheuttaja, valaisimet, katkaisijat ja sen sellaiset eivät käytännössä aiheuta raja-arvot ylittäviä häiriöitä. Jos ehdotuksemme hyväksytään, harrastajalle riittää jatkossa se, että hän käyttää kertaalleen MMAF:n toimesta mitattua komponenttikokonaisuutta pyörässään. Pyrimme järjestämään tarpeen mukaan lisää mittauksia erilaisille komponenttikokonaisuuksille yhteistyössä STADIA:n tai jonkin muun yhteistyökumppanin kanssa. Ainakin uustuotantopannupään saattaminen EMC-yhteensopivaksi vaikuttaa kiinnostavalta omavalmisteen rakennusta silmällä pitäen. Toistaiseksi olemme saaneet hyväksytyn tuloksen Evolution-mallisarjan H-D-moottoreille seuraavilla komponenteilla:
Sähköjärjestelmä – lyhyt oppimäärä Amerikkalaistyyppisellä V2-moottorilla varustettu chopper edellyttää jo toimiakseen yhtä sun toista sähkökikkaretta. Myös itse ajamisen kannalta vähemmän välttämättömiä, mutta lain mukaan pakollisia sähköllä toimivia varusteita on omavalmistechopperiinkin asennettava. Aivan täydelliseen nihilismiin omavalmistechopperinrakentaja ei siis voi pyrkiä, jos tahtoo pyöränsä joskus Suomessa rekisteröidä. Kaiken kaikkiaan Silver Bulletissa käytetyt sähkökomponentit voidaan luetteloida seuraavasti:
Silver Bulletin suunnittelijan Jupi Tannisen johtoajatuksena sähköjärjestelmää suunniteltaessa oli pitää järjestelmä mahdollisimman yksinkertaisena niissä rajoissa, jotka lainsäädäntö tarjoaa. Tavoitteena oli käyttää vain yleisesti laadukkaiksi koettuja komponentteja. Chopperinrakentaja tulee usein hillinneeksi pyöränsä aiheuttamaa sähkömagneettista häiriösäteilyä ikään kuin luonnostaan. Tehokas tapa häiriöiden ehkäisemiseksi on nimittäin koteloida sähkölaitteet aukottomaan metallikuoreen. Runkoputkien sisällä vedetyissä johdoissa näin tapahtuu. Samoin esimerkiksi Evolution-moottorissa laturi ja sytytyksenohjausyksikkö ovat jo moottorin rakenteen puolesta metallin ympäröimiä. Viimeistelyvaiheessa myös Bulletin johdotukset pyritään vetämään kaikilta osin runkoputkien tai muiden rakenteiden sisään katseilta piiloon. Tätä tehtävää edesauttaa Custom Electronicsin releohjaimen, ”mustan laatikon”, käyttäminen. Se yksinkertaistaa sähköjärjestelmän rakennetta. Laatikon sisältäessä releet voidaan myös käyttää ohuita ohjausvirtajohtimia. Silver Bulletin sähköjärjestelmä noudattaa pääsääntöisesti oheista releohjaimen mukana tulleesta kytkentäkaaviosta muokattua suunnitelmaa (http://www.mmaf.fi/forum/index.php?action=dlattach;topic=293.0;attach=97;image), jota voidaan helposti hyödyntää myös muissa vastaavissa projekteissa joissa käytetään tällaista ohjainyksikköä. Releohjaimen alkuperäiseen kytkentäkaavioon on jouduttu lisäämään mm. starttirele sekä jarruvalo/sytytyslaitteistokytkennät. Kokonaisuutena releohjaimella toteutettu sähköjärjestelmä on yksinkertainen sekä pienikokoinen – rakennettaessa näyttelytasoista moottoripyörää sähköjärjestelmän piilottaminen on yksi haastavimpia töitä ja koko järjestelmän aivojen pakkaaminen tällaiseen kompaktiin yksikköön helpottaa huolitellun lopputuloksen saavuttamista. Yksinkertaisuudella on myös varjopuolensa. Elektroninen sytytyksenohjausyksikkö on erittäin helppo asentaa, samoin releohjain. Vauriotilanteissa ne eivät kuitenkaan ole tien päällä – tai ylipäänsä – korjauskelpoisia rakenteita, mutta niin kauan kuin toimivat, ovat hyviä. Muunnelluissa moottoripyörissä näkeekin usein alusta lähtien itse tehtyjä sähköjärjestelmiä. Käytännössä ne toimivat täysin samalla tavalla kuin edellä mainittu releohjain, mutta sen sijaan että kaikki komponentit olisivat umpeen valetussa laatikossa, käytetään käsin tehdyssä sähköjärjestelmässä normaaleja autotarvikkeena saatavia releitä, sulakkeita ja katkaisijoita. Tällaisen järjestelmän hyviin puoliin voidaan laskea sen yksilöllisyys ja muunneltavuus, järjestelmään otetaan mukaan ainoastaan ne osat, joita pyörässä tarvitaan. Sulakesuojaus ja maadoittaminen Yksilöllisen sähköjärjestelmän rakentaminen vaatii perustiedot sähkön toiminnasta. Tämä tieto on jokaisen helposti saatavilla, eikä vaadi sen kummempaa koulutusta alalle. Tärkeintä on muistaa sulakesuojauksen tärkeys. Nyrkkisääntönä sanotaankin, että sulakesuojaamattoman johtimen pituus tulisi pitää niin lyhyenä kuin mahdollista. Moottoripyörässä on käytännössä ainoastaan kaksi johdinta, joita ei voi suojata sulakkeella. Käynnistinmoottori vie jopa satoja ampeereja sähkövirtaa, joten sitä ei voi järkevästi suojata. Samoin akun positiivisesta navasta pääsulakkeelle kulkeva johdin on luonnollisesti suojaamaton. Suojaamattomien johtimien minimointi on perusteltua koska mikäli tällainen johdin menee oikosulkuun, purkautuu akku räjähdysmäisellä voimalla aiheuttaen mahdollisesti koko moottoripyörän tuhoutumisen. Kenties yleisin virhe sulakkeiden käytössä tehdään, kun jännitteensäätimeltä tuleva latausjohdin kytketään suoraan akun positiiviseen napaan – näin meneteltäessä koko latausjärjestelmä jää vaille sulakesuojausta, puhumattakaan edellä mainitusta akun oikosulkemisen vaarasta. Latausjohdin tuleekin kytkeä aina pääsulakkeen taakse. Toinen tärkeä asia sähköjärjestelmän rakentamisessa on kunnolliset maadoituspisteet ja riittävän kokoisten maadoitusjohtimien käyttö. Akun maadoitusjohtimen tulisikin olla vähintään yhtä paksu kuin akulta starttimoottorille menevä johdin. Monesti näkee sähköjärjestelmiä, joissa etuhaarukassa olevat sähkölaitteet (ajovalo, vilkut) on maadoitettu laitteiden runkoon, mutta rakentaja on unohtanut maadoittaa etuhaarukan moottoripyörän runkoon. Sähkölaitteet kyllä toimivat, mutta maadoitus tapahtuu tällöin ohjauslaakereiden kautta, mikä nopeuttaa laakeripintojen syöpymistä, eikä laakeripinta ole maadoituksen kannalta muutenkaan kovin hyvä vaihtoehto. Etuhaarukan maadoittaminen onnistuu huomaamattomasti, kun maadoitusjohdin vedetään etuvalaisimelle menevien johtimien mukana muun johtosarjan sekaan. Myös kumiripusteinen ohjaustanko vaatii erillisen maadoituksen etuhaarukkaan, mikäli ohjaustangossa on kiinni sähkölaitteita, joissa ei ole erillistä maadoitusjohdinta. Täytyy myös muistaa, että H-D Softail-tyyppisten runkojen takahaarukan laakerointi ei johda sähköä. Jos haarukkaan kiinnitetään esimerkiksi takavilkut, joilla ei ole omaa maadoitusta, pitää haarukka maadoittaa runkoon erillisellä johtimella. Huolella suoritettu maadoittaminen on myös omiaan ehkäisemään sähkömagneettisen häiriösäteilyn muodostumista. Nykyisissä aftermarket-katkaisijoissa näkee usein käytettävän mikrokytkimiä. Tällaiset katkaisijat eivät kestä esimerkiksi ajovalon kuluttamaa virtaa, joten niiden kytkentä tulee aina suorittaa releen kautta. Relekytkennässä on yksinkertaistettuna kyse yhden virtapiirin jakamisesta kahtia. Katkaisijan kautta kulkee tällöin ainoastaan releen sähkömagneetin vaatima hyvin pieni sähkövirta, ja käytettävän sähkölaitteen tarvitsema virta kulkee releen läpi. Nykyiset autotarvikereleet kestävät yleensä 20-25A sähkövirtaa, mikä riittää mainiosti kaikkien moottoripyörässä käytettävien sähkölaitteiden ohjaamiseen. Esimerkkinä voidaan mainita suurin virrankuluttaja, etuvalo: 60W H4 polttimo kuluttaa 5A. Teoriassa 1 mm² vahvuiset johtimet riittävät akun johtimia lukuun ottamatta melkein kaikkialle muualle, mutta suosittelemme käyttämään vahvempaa johdinta etulyhdylle, latausvirralle ja käynnistinmoottorin herätevirralle. Ohessa (http://www.mmaf.fi/forum/index.php?action=dlattach;topic=293.0;attach=95;image) on erääseen muunneltuun moottoripyörään tehdyn yksilöllisen sähköjärjestelmän kytkentäkaavio. Kyseisessä pyörässä käytettiin edellä mainittuja mikrokytkimiä vilkkukatkaisijoina, niiden releohjaus havainnollistuu kuvan keskivaiheilla. Järjestelmässä on myös muita toimintaa parantavia kytkentöjä, esimerkiksi painettaessa käynnistyskatkaisinta sammuttaa virtapiirissä oleva vaihtorele kaikki muut virrankuluttajat, paitsi starttireleen ja sytytysjärjestelmän. Näin kaikki käytettävissä oleva voima jää käynnistyslaitteiston käyttöön. Tällaista kytkentäkaaviota muokkaamalla voidaan rakentaa juuri omaan laitteeseen sopiva sähköjärjestelmä. Samuel Heikkinen, Teemu S. Lindfors MMAF:n hallitus Otsikko: Vs: Silver Bullet - Johtotehtäviä Kirjoitti: MMAF Puheenjohtaja - 01 Tammikuu 2008, 16:19:30
|