Moduł zapłonowy z kątem wyprzedzenia zapłonu - projekt

[madmax]

Witam.

 

Ponieważ mam na stanie silniczek od podkaszarki - postanowiłem stworzyć sobie przez zimę własny moduł zapłonowy. Dlaczego własny - gdyż lubię grzebać w elektronice, człowiek zdobędzie trochę nowej wiedzy i być może uda się się to zrobić taniej niż moduł komercyjny. Bo jak na razie cena gotowych modułów przekracza wartość mojego silnika .

 

Wymyśliłem sobie, że będzie to moduł z kątem wyprzedzenia zapłonu ( to nic nowego na rynku ) - jedkaże samoistnie tworzący sobie mapę zapłonu dla konkretnego silnika.

 

Jak to ma działać ?

 

1. Serwomechnizm podłączamy pod dźwignię gazu i moduł zapłonowy. Serwomechanizm sterowany jest w trybie uczenia się ( od zamknięcia przepustnicy do pełnego otwarcia ) powiedzmy np. w 200 krokach przez moduł.

2. Mamy zadaną wartość startową czasu opóźnienia zapłonu ( znajdujemy punkt montażu czujnika ).

3. Moduł po każdej inkrementacji w górę serwomechanizmu o jeden krok ( czyli dodania "gazu") wykonuje:

- kilka prób zwiększenia i zmniejszenia czasu opóźnienia zapłonu od wartości bierzącej mierząc przy tym obroty ( pamiętamy o opóźnionej reakcji silnika).

- mikroprocesor zapamiętuje czas opóźnienia dla największych obrotów i samą wartość maksymalnych obrotów i i powtarza w kółko punkt 3, aż przejdzie cały zakres przepustnicy.

4. Moduł po takim przebiegu ma w sobie gotową mapę dla danego silnika.

 

Projekt zacząłem od drugiej strony - zaprojektowałem i wykonałem wstępnie płytkę, na której będę mógł sobie testować moduł.

Moduł jest wzorowany na module z forum www.rcuniverse.com/forum, jednakże wprowadziełem kilka zmian oraz cały wsad procesora będzie pisany od nowa.

 

Moje wstępne założenia:

 

1. Zasilenie z pakietu 7,2v lub większego - układ ma stabilizator 5v low drop.

2. Zabezpieczenie przed odwrotnym podłączeniem zasilania - dioda prostownicza w szeregu zasilania.

3. Na tym etapie konieczne będzie użycie cewki 2T od skutera - ale docelowo myślę nad własną cewką zapłonową.

4. Wyzwalanie hallotronem ( włany lub gotowy ze sklepu z uchwytem montażowym )

5. Wyjście do obrotomierza.

6. Sterowanie serwem w trybie nauki.

7. Wejście do stopowania zapłonu - gaszenia silnika.

 

 

Zaczałem trochę od "tyłu" - wykonałem najpierw prototypową płytkę, aby na tym dopiero móc testować swoje oprogramowanie.

Płytka na razie ma wymiary 100mmx40mm - więc jest jeszcze spora w stosunku do komercyjnych rozwiązań - jest kilka elementów w techologii dyskretnej. Jeżeli układ spełni oczekiwania, to spróbuję zmniejszyć główny transformator przetworniczki. Ponadto sam procesor wrzucę w technologię smd. Na razie zdecydowałem się go dać w obudowie DIL w podstawce, gdyż wielokrotnie będę musiał wgrywać program, co wymaga częstego wkładania procesora do programatora.

 

Poniżej wizualizacja płytki ( niestety nie wszystkie elementy udało mi się odwzorować z gotowych bibliotek ).

 

Strona top:

 

 

Strona bottom:

 

 

Z płytkami miałem trochę problem. Po wysłaniu zamówienia na trzy płytki - dotarły do mnie płytki bez soldermaski i cynowania. Jednakże firma naprawiła ten błąd i otrzymałem kolejne płytki już zrobione dokładnie z zamówieniem.

 

Jutro wrzucę zdjęcia płytek oraz serce przetwornicy - transformatorek.

 

Jak na razie średni koszt 1 płytki + części ( części zamawiałem na trzy płytki ) wyszedł mi w granicach 70 zł ( z czego około 10 zł tej ceny stanowią koszty wysyłek - płytki, zakupy w trzech sklepach elektronicznych ).

Do tego dojdzie jeszcze koszt cewki zapłonowej 2T ze skutera - około 15-20 zł, ale jak wspomniałem wyżej - może się uda w kolejnym kroku zrobić własną cewkę.

 

P.S. Kolejne zdjęcia wrzucę po zlutowaniu płytki.

[madmax]

Zgodnie z obietnicą zdjęcia płytek oraz transformatorków.

 

Najpierw zdjęcia płytek z pierwszej dostawy - jak dla mnie istna porażka. Niezgodne z zamówieniem. Ponadto napisy złażą z płytek.

 

 

 

 

Kolejne dostawa płytek po reklamacji - teroretycznie już zgodnie z zamówieniem. Jest soldermaska, jest cynowanie. Napisy trochę lepiej wyglądają - aczkolwiek nie mam przekonania, czy się za moment nie powycierają.

Niestety dopiero jak dziś zacząłem oglądać płytki to okazuje się, że jest kolejny kaczan. Zobaczcie na napisy. Na jednej płytce jest np, napis STOP, na drugiej STOP1, na trzeciej STOP2.

Również opisy elementów sa przenumerowane.

Może coś źle zrobiłem - ale do produkcji przesłałem plik z Eagla z pojedynczą płytką. Widocznie w firmie poklonowali płytkę w Eaglu nie zwracając uwagi na to, że automatycznie zmieniają się kolejne numeracje elementów.

W każdym bądź razie - na prototyp wystarczy. Jednakże na pewno przy następnych płytkach i innym trwającym projekcie ( telemetria ) raczej nie skorzystam z usług tej firmy.

 

 

 

 

 

 

No i serce przetwornicy. Dla porówniania mometa 1zł. 3 transformatorki zamówiłem gotowe na zlecenie - bo nie miałem odpowiednie drutu do nawinięcia. Obok rdzeń, na którym będzie kolejna próba - tutaj spróbuję sam nawinąć do testów, aby zobaczyć, czy na tej wielkości rdzenia układ zadziała.

 

 

 

Kolejne zdjęcia umieszczę po zlutowaniu płytki.

[madmax]

Jak ten czas leci. Człowiek się ledwo obejrzał - a tu 1,5 miesiąca zleciało.

 

Wracając do meritum. Płytka jest już zlutowana. Oczywiście nie obyło się bez kłopotów.

Okazało się, że na początku za żadne skarby cyna nie łapała płytki. Po mocniejszym przygrzaniu punkty lutownicze zaczęły prawie odpadać. Ki diabeł myślę. Żaden topnik nie dawał radę - nawet kalafonia. Pierwszą płytkę przeznaczyłem na straty i naukę.

Szybkie przewertowałem internet - okazało się, że moje problemy wynikają z cynowania płytki metodą chemiczną. Powierzchnia po kilku dniach utlenia się i nie ma możliwości normalego lutowania. Faktycznie - odsłonięte pola były matowe - nie błyszczały. Dorwałem więc kawałek gąbki polerskiej i zacząłem delikatnie polerować płytkę uważając, aby nie uszkodzić soldermaski. Uff - zadziałało. Następnym razem zamówię sobie cynowanie galwaniczne.

Kolejny krok - to lutowanie smd. Oczy nie te - ręka się trzęsie. Ale jakoś dałem radę. Między czasie stwierdziłem, że muszę wymienić swój zdezolowany czasem sprzęt lutowniczy i zaopatrzyć się w jakąś dużą lupę.

 

Docelowo płytka będzie w przeźroczystej koszulce termokurczliwej. Podejrzewam, że będę miał jeszcze problem z zakłóceniami - więc może się okazać, że trzeba ( a raczej na pewno ) będzie całość ekranować. Ale to zmartwienie na później.

 

Muszę również wymyśleć jakąś podstawkę pod rdzeń. Znalazłem gotowe - ale do rdzeni pozycji pionowej. Jak nic się innego nie znajdzie - spróbuję taką podstawkę przerobić lub zaadaptować z czegoś innego.

 

Poniżej zdjęcia zlutowanej płytki ( wiem, że nie jest doskonała, ale dla mnie amatora jest wystarczająca - więc prosze się nie śmiać - ale wszelkie uwagi konstruktywne jak najbardziej mile widziane ).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Między czasie od kolegi z forum Mirosława ( grafitxt) otrzymałem do sekcji zwłok uszkodzony moduł zapłonowy EMZ1 TI - za co mu bardzo dziękuję.

 

 

 

 

 

 

 

 

Między czasie sprawdziłem zasilanie i przetwornicę. Za mostkiem prostowniczym - przy zasilaniu pakietm 2S 600mAh - otrzymałem napięcie powyżej 300V.

Teraz w następnym kroku posprawdzam pozostałe bloki układu i zacznę najłatwiejszą ( najprzyjemniejszą ) dla mnie część - oprogramowanie procesora.

Za jakiś czas się odezwę.

[madmax]

Pierwsze próbne uruchomienie i testy mam już za sobą.

 

Oto filmik z pracy modułu części zapłonowej:

 

http://youtu.be/Xxn2ywbGisQ

 

Na tym filmie widać zaś energię iskry:

 

http://youtu.be/De3l-ZVODMY

 

 

 

Do procesora została tylko wprowadzona w pętli sekwencja wywołania zapłonu odpowiadająca prędkości 2000 RPM, aby sprawdzć czy moduł w ogóle działa.

Zmierzony pobór prądu podczas pracy - 130mA dla pakietu 2S 620mAh.

 

Między czasie okazało się, że wyszło kilka problemów do rozwiązania:

 

1. Po odłączeniu zasilania na kondensatorze wysokiego napięcia pozostaje około 290V - które może "kopnąć". Już z kilka razy zapomniałem rozładować kondensator i dostałem po paluchach.

Rozwiązanie: Równolegle z kondensatorem wysokiego napięcie muszę wstawić rezystor. Uwzględnię to w kolejnej wersji płytki.

 

2. Układ okazał się zabójcą dla kondensatorów 470nF/400V. Po podłączeniu zasilania moduł popracował ze 2 minuty, po czym iskra zaczynała maleć aż do zaniknięcia. Po pomiarach okazało się z 470nF pojemności zostało niecały 1nF. Podejrzewam, że mimo miernikiem nie zmierzyłem napięcia wyższego niż 300V - pojawiają się impulsy o dużo większych wartościach, które powodują zniszczenie kondensatora. Chyba, że ktoś ma inny pomysł ? Może te kondensatory, które kupiłem nie nadają się do takiej pracy ?

Po wstawienia kondensatora, który miałem pod ręką WIMA MKP4 100nF/1000V - zjawisko już nie wystąpiło.

 

Rozwiązanie: Muszę kupić kondensatory 470nF na większe napięcie i różnego typu i je przetestować.

[madmax]

Między czasie wymontowałem z obudowy uszkodzoną płytkę kupnego zapłonu.

 

Doszedłem do wniosku, że do testów wykorzystam gotowy transformator HV z uszkodzonego zapłonu.

Po wylutowaniu transformatora okazało się, że na uzwojeniu wtórnym jest przerwa. Po wnikliwym obejrzeniu okazało się, że upalony jest jeden koniec uzwojenia.

Po zmostkowaniu przerwy podłączyłem trafo do modułu. I kolejny zonk. Trafo miało straszne przebicia. Iskry przeskakiwały po bocznej powierzchni wtórnego uzwojenia. Zalałem więc tą część klejem. Po wyschnięciu kleju udało się wykonać kolejny test.

 

Tak to wyglądało:

 

http://www.youtube.com/watch?v=822PPDx1cpg

 

Niestety transformator popracował ze trzy minuty i odmówił posłuszeństwa. Podejrzewam, że gdzieś w środku nastąpiło całkowite przebicie. Zresztą podczas tej próby pojawiła się niestabilność iskry na świecy - co jakiś czas następował zanik iskry Być może w tym momencie pojawiały się przebicia na uzwojeniu ?

 

 

Po tych pierwszych testach naszło mnie jeszcze jedno pytanie, czy jeden koniec uzwojenia wtórnego powinien być podłączony do masy układu modułu, czy też powinna być całkowita separacja ? Jak uważacie ?

[PK999]

Trafa/cewki wn zapłonu cdi pracują z wyładowaniem ok 100v na pierwotne.

Ty dajesz 3 razy tyle. Stąd te problemy z przebijaniem strony wtórnej po obudowie i uszkodzenie trafa.

Dlatego też iskra słaba bo o za dużym napięciu ale małej energii.

 

 

W fabrycznych układach zapłonowych jeden koniec wtórnego uzwojenia jest na masie.

Zresztą nie widzę powodów dla których miałoby być inaczej.

[madmax]

Trafa/cewki wn zapłonu cdi pracują z wyładowaniem ok 100v na pierwotne.

Ty dajesz 3 razy tyle. Stąd te problemy z przebijaniem strony wtórnej po obudowie i uszkodzenie trafa.

Dlatego też iskra słaba bo o za dużym napięciu ale małej energii.

 

To rzeczywiście wyjaśnia przebicia na cewce z modułu RC - dzięki za informacje.

Cewka do skutera jest na napięcie wejściowe od 300 - 600V, więc tej nie powinienem upalić przy dalszych testach.

 

Przemek - orientujesz się może, jakiego rzędu napięcie wyjściowe na świecę jest w gotowych modelarskich modułach zapłonowych ?

Spróbuję na podobnym rdzeniu ( jak oryginał ) zrobić sobie swoją cewkę HV - ale muszę obliczyć przełożenie i dobrać średnicę drutu.

Jeżeli koszty wyjdą nie większe niż kupna cewka - to jeżeli gabaryty będą mniejsze, to będzie mi się opłacało ją zrobić.

[PK999]

Nie wiem skąd masz informację o cewkach zapłonowych motocyklowych/skuterowych ale w rzeczywistości pracują one na 80-120V.

Przy wyższym napięciu zasilania będzie problem z dużo wyższymi napięciami samoindukcji no i mniejszą energią iskry bo prąd rozładowania kondensatora z modułu będzie płynął krócej.

Napięcie wyjściowe jest podawane na ok. 12-15kV.

 

Jednak wykonanie pewnie działającej cewki wn będzie bardzo bardzo trudne.

Ile może kosztować zgaśnięcie silnika to wiadomo a fabrycznie produkty tanie jak barszcz i praktycznie bezawaryjne.

Z wagą też nie ma co szaleć bo kilkanaście gramów w modelu z silnikiem benzynowym 30ccm lub więcej to mała różnica.

 

Idea własnego zapłonu jest ok. Mniej mnie przekonuje to żyłowanie silnika 2t kątem zapłonu.

Ale cewkę radzę dobrać fabryczną niż nawijać te tysiące zwojów, izolować każdą warstwę i myśleć czy gdzieś kiedyś nie przebije.

[madmax]

Z tego co wiem magneto w motorach do układów zapłonowych AC-CDI daje napięcie od 100 - 300V zmiennego.

Możliwe, że podane wartości przeze mnie dotyczyły maksymalnego napięcia wejściowego, gdy nastąpi uszkodzenie cewki - ale takie wartości mi utkwiły w pamięci.

O np. tutaj: http://www.skuterowo.com/skuter-i-technika-uklad-zaplonowy/ - oczywiście wszystkich informacji z internetu nie traktuję jako wyroczni , dlatego też dla mnie każda dodatkowa potwierdzona informacja jest bezcenna.

 

Faktycznie - bawienie się z cewką home-made nie będzie miało sensu przy dzisiejszej cenie gotowców. Jakiś czas temu kupowałem cewkę za 35 zł. Teraz widzę, że chodzą najtańsze już po 9 zł.

 

Jeżeli chodzi o zmienny kąt zapłonu - benzynki nie tylko są wykorzystywane w modelach latających lecz również np. w modelach zawodniczych FSRVHO. Tam silnik przez 70-80 % czasu chodzi na pełnych obrotach, zaś po zwolnieniu na zakręcie przy bojce lub prawie do zera ( biegu jałowego ) przed zderzeniem z inną łódką lub łodzią wyławiającą musi ponownie gwałtownie prześpieszyć do maksymalnych obrotów, aby nadrobić stracony czas.

 

P.S. W gotowych modułach RC również jest zaszyta stała mapa kąta wyprzedzenia zapłonu ( czasami uproszczona kilku-punktowa ).

[PK999]

Cieszę się, że przekonałem co do cewki.

Z jakim napięciem ładowania modułu będzie najlepiej trzeba sprawdzić doświadczalnie.

Znaczenie ma też pojemność kondensatora w stosunku do indukcyjności uzwojenia pierwotnego.

 

Z chęcią zobaczę jak będzie realizowane to automatyczne strojenie układu jeśli będziesz udostępniał jakieś źródła.

Życzę powodzenia i obserwuję. W razie czego służę pomocą.

[Major]

A to ja zapytam bardziej od strony silnika. jak dobierzesz podziałkę względem obrotów do zapłonu ? Rozumiem ze exprymentujesz, ale może warto by było zastosowac czujnik GMP i analizować całość pracy obrotów, bo raczej czujnika ze spalaniem stukowym tam nie wsadzisz a było by jeszcze lepiej.

[PK999]

Jako, że naszła mnie potrzeba zrobienia jakiegoś układu zapłonowego, pozwoliłem sobie odgrzać temat.

Do Piotra wysłałem wiadomość, może jeszcze tu zajrzy.

 

Oczywiście gdyby ktoś miał w dorobku takie układy i zechciał się podzielić wiedzą - zapraszam do wypowiedzi.