V8 Solenoid Motor

Ik ben een nieuw (tussendoor) project gestart, bijwerking van de Corona lockdown en verdere maatregelen. Beter bouwen als je vervelen ... Daarbij is mijn interesse gewekt door Solenoid motoren, zeg maar cilindermotoren met magneetspoelen als cilinders, en ijzeren/stalen pennen als zuigers.

(Hier geplaatst omdat ik nergens een passender sub-forum kon vinden. Het is tenslotte ook een motor, alleen draait die zonder stoom, benzine of nitro...)

Voorbeeld:



Deze is door een Nederlander gebouwd (Rienk van den Berg, dank voor de inspiratie!), met een crosslink krukas, en arduino-hall sensor gestuurde bekrachtiging van de spoelen. Soortgelijk van opzet aan wat ik voor ogen heb.

Het project heeft zo zijn eigen uitdagingen:

- Ik wil de meeste onderdelen 3D printen. Ik denk dat alles stevig genoeg zal kunnen zijn, alleen de krukas heb ik mijn twijfels over. Die wordt daarom zoveel mogelijk over gedimensioneerd ontworpen, maar wellicht moet daar uiteindelijk iets anders voor bedacht gaan worden.
- Als solenoids wil ik mini exemplaren uit China gebruiken, 12 Volt 300mA exemplaren, 30x13x15mm groot.
- Een setje Hall-sensoren aan een Arduino Nano aangesloten moeten voor de juiste 'ontstekings'- vorgorde en timing gaan zorgen. Ik wil 4 sensoren gebruiken, met 2 magneten die er langs gaan draaien. De sensoren worden van het 'latching'-type, oftewel als er een magneet met de noordpool langs komt schakelt hij aan, als er vervolgens één met de zuidpool langs komt weer uit. Zo zijn alle vier de arbeidsslagen per omwenteling aan en uit te schakelen.
- Ik wil er 4-digit display aan koppelen met de RPM, en één met het stroomverbruik.
- De solenoids schijnen redelijk warm te kunnen worden, het te gebruiken PLA+ vind dat niet fijn. Daarom ga ik de motor. net als in het filmpje. in viertakt cyclus schakelen. Dan is er meer tijd voor ze om af te koelen. Ook hier; kijken hoe het gaat, anders plan B bedenken (Alu steunen oid). Qua programmering van de Arduino is dat dan weer lastiger, maar ach, houd je van de straat ...

Inmiddels zijn de benodigde onderdelen besteld, en is het CAD tekenen begonnen.

 

Wat eerste CAD tekeningen:

Krukaswangen



Met wat copy-paste en 90 / 180 graden verdraaien krijg je dan dit



Eerste idee met de solenoids erbij



Krukasbed met lagerschalen, vliegwiel, sensor- en magneet houder



Bij het vliegwiel een dubbel lager, draait dan wat stabieller en houd trillingen en daarmee slingeringen van eventuele onbalans in het vliegwiel wat weg bij de krukas.

 

Hoppa,nog een V8,
Krukas ziet er goed uit,worden de drijfstangen op de krukken geschoven en dan de segmenten aan elkaar geschroefd?
En wordt dat alleen aan de voor en achterkant gelagerd of ook nog in de tussenstukken

Cool!

 

Eerste geprinte onderdelen



En nadat de lagertjes binnen zijn gekomen is de krukas samengebouwd



Hier heb ik toen een klein deel van het motorblok als test voor geprint, kijken of de krukas spanningsvrij in zijn lagerschalen past



En dat doet hij! Nu zit ik te wachten op de solenoids die al wel met de oosterzon vertrokken zijn, maar volgens de track&trace al twee weken in een vliegtuig liggen .... Maar om verder te kunnen heb ik die nodig om de maten en slag te kunnen controleren, om daar de bevestiging op af te stemmen. Soms zit het mee, soms ook niet!

 

Ach,
Net iets te vroeg gereageerd.
Tussen elk segment lagers.
Lijkt qua samenstelling op de krukas in mijn motor,zelfde idee.

 

Hi Pat,

Dank je!

Tussen elk paar kruktappen zit een lager, geheel wordt dus vijfvoudig gelagerd, plus één extra bij het vliegwiel. Inderdaad drijfstangen er op, en dan de segmenten in elkaar klikken (vierkante passingen) en met een drupje dunne CA borgen.

Ik ben nu bezig met de postings de bouw in te halen, ik liep wat voor. Qua printen en mechanische opbouw zijn de postings nu al wel bij real time aangekomen, met de elektronica ben ik ook al wat aan het frutselen geweest, komt straks.

 

Hier nog twee beelden van de laatste CAD stand





Dat ronde ding rechts is dus de behuizing van de Hall sensoren.

 

Leuk...

 

Fijne en leuke motiverende reactie

 

Leuk hoor zo’n bijzonder project! Ziet er mooi uit. Ik vind die 3D print technieken fascinerend. Weet er eigenlijk maar weinig van. Heb jij je eigen 3D printer, of laat je het printen doen?

Succes, ik zal dit projectje met plezier en interesse volgen

Jeroen

 

Ja, ik heb al langere tijd een printer, een Ender-2. Relatief klein apparaatje in 3D printerland, maar voldoet voor mij nog prima.


Zoals gezegd lopen de postings nog achter bij de actuele bouw, hier wat bijwerken voor wat de elektronica betreft.

Ik heb de Arduino sketch in basis draaiend. De Hall sensoren worden opgepikt zoals beoogd, en er loopt een teller mee om te bepalen of de viertakt cyclus in de eerste of tweede omwenteling zit. Daarmee kunnen de uitgaande pulsen voor de bekrachtiging nu aangestuurd worden. 'Aan' is dan in ODP, 'uit' in BDP. Ja, dat loopt verkeerdom, de solenoids moeten namelijk aan de krukas trekken ipv duwen, er kan alleen kracht geleverd worden bij de ingaande slag. Video van de testopstelling hiervoor:



Maar daarmee kan alleen volgas gedraaid worden, dat is natuurlijk niet de bedoeling. Ik ben nu bezig hier een variatie op te maken waarbij de solenoids aan gaan in ODP, maar dan slechts voor een beperkt deel van de slag bekrachtigd blijven. Dan kan daarmee gas gegeven worden.

Elke solenoid krijgt een eigen MOSFET voor het schakelen van de hoofdstroom. Dit komt op een klein printje bij de 'cilinderkop', met ook een indicatie LED er op. Dan is de ontstekingsvolgorde en -duur ook optisch te volgen. Eerste test exemplaar:





En de daarop volgende serie-productie



Als laatste ben ik vanochtend (ja, we lopen nu dus real time!) bezig geweest met de randapparatuur: een paneeltje met 2 LED displays, één voor het toerental, de andere voor stroomverbruik. Of dat laatste lukt weet ik nog niet zeker, anders kan ook de ontstekingsduur iod aangegeven worden.



Rechts zit een 'gaspedaal' waarmee het toerental straks geregeld moet gaan worden



de binnenkant:



Om nu verder te gaan heb ik eigenlijk de solenoids nodig, maar die zitten nog ergens in een vliegtuig, vrachtwagen of busje ... hopen dat het pakketje nu snel komt!

 

laatste stand in de CAD



Onder de motor komt de Arduino en stroomverdeling

 

Een eerste probleempje heeft zich aangekondigd. Ik heb de sketch nu grotendeels klaar. OK, nog niet getest op de (nog niet bestaande) motor, maar veel meer code zal het niet worden. De doorlooptijd van één cyclus sensor inlezen en solenoid bekrachtigen is nu rond 2 milliseconden. Dat is boven verwachting snel, alleen ..... als ik de 2 displays erbij zet stijgt dat tot 48 milliseconden. Dat is te langzaam om de motor straks boven 1000 of 1500 RPM te kunnen laten gaan lopen. Kan zijn dat ik mijn functie wensenlijstje iets te hoog heb ingestoken...

Maar waarschijnlijk is er een oplossing: de displays krijgen hun eigen Arduino voor de weergave. Dan hoeven er vanuit de 'master' alleen 2 of 3 schakelpinnen aan- of uit gezet te worden om de 'slave' te vertellen wat hij aan moet gaan geven op de displays. Dat is niet merkbaar in de doorlooptijd. De data voor die weergave krijgt de slave dan parallel aan de master van de Hall-sensoren en direct van de AMP-sensor. Daarmee blijft de master rond die 2 milliseconden draaien, dat de slave meer tijd nodig heeft is voor de data weergave niet belangrijk, en het beïnvloed de motorloop ook niet.

Verder maar met de programmering .... het is inmiddels niet alleen een solenoid- , maar ook een Arduino project geworden!

 

De master-Arduino en stroomverdeel printje voor onder de krukas zijn zover klaar.



Het printje tussen de connector rijen van de Nano is de Ampère sensor.

 

Programma voor het aansturen van de motor laten werken op interrupt-basis? Dan heeft de aansturing van de displays geen invloed op de werking van de motor.

 

Zou misschien ook kunnen. Al worden het dan wel veel interrupt's met relatief lange routines. Het wordt ook geen simpel aan-uit schakelen van de solenoids, maar dit wordt tijdgestuurd onder invloed van de hoeveelheid gas, en het ook toerental.

 

Beetje gerommeld met de beide sketches. De V8 aansturing werkt nu ook met gas regeling. Betergezegd, de inschakelduur van de solenoids afhankelijk van stand gaspedaal en toerental van de krukas. Zichtbaar aan het langer branden van de individuele LEDs in het looplicht als het gas ingedrukt wordt.

De tweede sketch voor de display's werkt nu ook, met wat 'spielerei' erbij: Motor in wachtstand = lopende puntjes. Dan starten met blauw cirkel-looplicht. Normaal lopen met RPM aanduiding en AMP aanduiding (nu de sensortijd als test). Na een x aantal seconden het gaspadaal niet aan te raken schakelt de motor uit met een naar beneden gerichte cascade van streepjes.



De solenoids schijnen in NL aangekomen te zijn ..... graag vaart er in, meneer PostNL!

 

Ik kan weer verder.... pakketje met de solenoids is binnen!

 

Dit zijn ze dan, meteen maar gedemonteerd...



De gaffel-aansluitingen naar de drijfstang zijn met Chinese 'precisie' gefabriceerd. Daar heb ik een andere oplossing voor bedacht met een geprinte kunststof gaffel. Daarmee kan de solenoid dan ook korter op de krukas gemonteerd worden.

Vanochtend dan de uitsparingen voor de solenoid in het motorblok definitief op maat getekend, en de printer aan het werk gezet.



In de tussentijd dan de 'zuigerpennen' aan de drijfstangen vast gemaakt. De krukas is zo klaar voor montage.

 

Nadat de printer klaar was met het 'motorblok' heb ik de krukas en solenoids gemonteerd.



Alles past volgens plan, alleen draait de krukas met enkele zwaarloop punten. Ook het vliegwiel is er niet zuiver op te monteren. Ik was al niet zeker over de geheel geprinte krukas, lukt zo dus niet.

Dan plan 2; een andere krukas. Deze nog wel met geprinte wangen, maar messing als centrale as en kruktappen, wat er dan in geperst wordt. Ik heb al twee wangen geprint, zo is strakker te werken, en ik hoop dat dit wel een goede krukas oplevert. Nog wel even wachten (alweer .. ) op nieuwe, kleinere lagertjes.