Vollelektronischer Zündnachrüstsatz HEYoPLEX

heydikabel · 19. Januar 2018, 18:41

OK, sollte jetzt funktionieren. Danke für den Hinweis.

Klaus · 19. Januar 2018, 18:45

Am Ende des Videos fiel mir auf: Ein kleines Spielkalb bis du auch, oder?

heydikabel · 19. Januar 2018, 18:55

Gehört doch wohl dazu, oder? "Cranking 500!" :rotfl:

Der Pate · 19. Januar 2018, 19:17

heydikabel schrieb:

Inzwischen ist es weiter gegangen mit der Entwicklung der HEYoPLEX-Zündsteuerung. Hier ein Zwischenbericht.

1. Die Platine
ist fertig, mit Anschlüssen für +12V, Masse, Zündspule + und -, Unterdrucksensor, Drehzahlmesser, Stroboskop-LED, Bedientaster bzw. -schalter, Kurbelwellen-Positionssensor (umschaltbar, für digitale und analoge Sensoren), PC-Schnittstelle USB, 4-stellige 7-Segment-Anzeige sowie drei Taster für die Anzeige und Veränderung von Parametern.

P1080568.JPG

2. Die Parameter
der Zündsteuerung können in folgenden Bereichen eingestellt werden:
- 2 Kennlinienpaare mit je 10 Datenpunkten für 1.500, 2.000, ... 5.500 rpm. Jedes Paar besteht aus der normalen Kennlinie und der zugehörigen Unterdruckkennlinie. Zündwinkel von 10° bis 50°
- Auswahl des aktiven Kennlinienpaars: Kennlinie 1, Kennlinie 2 oder umschaltbar über externen Schalter (damit unmittelbarer Vergleich während der Fahrt möglich)
- Drehzahlobergrenze
- Verhalten der Strobe-LED: Nur Zündzeitpunkt, nur Ladebeginn Zündspule, beides
- Zündenergie: Die Bestromungsdauer der Zündspule und damit die Energie des Zündfunkens kann von 1ms bis 4ms eingestellt werden.
- Dynamischer Wechsel auf Unterdruckkennlinie, abhängig von der Motor-Drehzahlbeschleunigung, ohne tatsächlich vorhandenen Unterdrucksensor
- Handauslösung Zündfunken. Mit den Bedientasten können einzelne Zündfunken ausgelöst werden. Hilfreich bei Fehlersuche
- Displayeinstellungen
Alle Parameter werden stromausfallsicher im EEPROM abgespeichert.

3. Die Anzeige
wurde bewusst als einfache 7-Segment-LED-Anzeige ausgeführt, da klein, gut ablesbar und sehr schnell. Im Stillstand ist die Parametereingabe über insgesamt 13 Menüpunkte einstellbar. Bei laufendem Motor wechselt die Anzeige kontinuierlich zwischen Drehzahl und Zündwinkel. Die Platine wurde für ein IP65-Polycarbonatgehäuse mit Klarsichtdeckel ausgelegt, so dass die Anzeige auch in eingebautem Zustand ablesbar ist.

4. Wie geht's weiter
Zurzeit wird zur Erfassung der Kurbelwellenposition ein optischer Sensor verwendet. Dankenswerterweise hat mir Ralf einen Nanoplex-Sensor und ein paar Trigerräder zur Verfügung gestellt und als nächstes sollen Versuche damit gemacht werden. Weiterhin gilt es, ein PC-Programm zur Eingabe der Parameter zu basteln. Und irgendwann wird das Ding dann auch mal ins Auto eingebaut werden müssen. Bin gespannt!

5. Vielen Dank für eure Unterstützung, insbesondere an Fiatos, Paul und Bodensee_Ralf

Grüße aus Braunschweig
Helmut

Schöne Arbeit Helmut,
Da ich in einem meiner Motoren eine Efi Euro 2 habe, wie sieht es denn mit Hitzebeständigkeit der Anlage aus ?
wird man wohl im Innenraum verbauen müssen oder ?
Oder hält sie die Temp im motorraum Stand?
Sind deine Zündkabel abgeschirmt?

heydikabel · 19. Januar 2018, 19:28

Der Pate schrieb:

Da ich in einem meiner Motoren eine Efi Euro 2 habe

Efi Euro 2! Da komm ich natürlich nicht ganz ran. Habe mich eben mehr an der Nanoplex orientiert.

Der Pate schrieb:

wie sieht es denn mit Hitzebeständigkeit der Anlage aus ?
wird man wohl im Innenraum verbauen müssen oder ?
Oder hält sie die Temp im motorraum Stand?

Das wird das Nächste sein, wenn ich meinen FiFi im März wieder fahren kann. Habe bislang keine Erfahrung zur Hitzebeständigkeit. Die Bauteile sind in der Regel bis +85°C spezifiziert. Ggf. muss das Teil tatsächlich in den Innenraum. Werde es aber erst einmal im Motorraum testen, am besten wohl in der Nähe des Reglers.

Der Pate schrieb:

Sind deine Zündkabel abgeschirmt?

Nein, das sind ganz normale Zündkabel mit Kohlefaser.

LAN-Opfer · 19. Januar 2018, 21:45

dein Prüfaufbau gefällt mir echt gut.
Bei der Temperaturbeständigkeit musst halt schauen, daß der Elko gut überdimensioniert ist. Dein Zündspulentreiber ist automotive, ich meine der ATMEGA ist es auch. Dann müsste man sich noch das Netzteil anschauen - wenn die USB-Bridge spinnt, wird man es im Fahrbetrieb nicht bemerken.
Hat nicht Klaus mal Temperaturmessungen im Motorraum durchgeführt? Oder war es Günther?
Eine kühlere Stelle suchen und eventuell übers Karosserieblech entwärmen - ich denke, das sollte funktionieren.

Uwe

heydikabel · 19. Januar 2018, 22:21

LAN-Opfer schrieb:

Dann müsste man sich noch das Netzteil anschauen

Gibt's nicht. Es gibt nur einen weit überdimensionierten 2A-Festspannungsregler 78S05, der im wesentlichen die 7-Segment-LEDs treibt und sich dadurch erwärmt. Hatte schon daran gedacht, die Anzeige nach z.B. 5 Minuten Motorlauf generell abzuschalten.

Klaus · 19. Januar 2018, 22:45

heydikabel schrieb:

... der im wesentlichen die 7-Segment-LEDs treibt und sich dadurch erwärmt.

Hast du schon mal so etwas in Erwägung gezogen? ebay 222623639445
Lässt sich einfach ansteuern, kann mehr als nur Zahlen anzeigen, ist billig und braucht kaum Strom.

heydikabel · 19. Januar 2018, 23:22

Ja, solche Displays sind nett. Habe ich in diesem Fall jedoch ganz bewusst nicht genommen, da nach meiner Erfahrung eine I²C-Ansteuerung vom Timing her immer kritisch ist. Wird es nicht genau eingehalten, geht die Übertragung schief. Die Interrupt-Priorität bei der Zündsteuerung muss aber eindeutig auf Seiten der Berechnung der Zündspulenbestromung und der Auslösung des Zündfunkens liegen. Da kann man nicht noch ein paar ms warten, bis die Übertragung zum Display abgeschlossen ist. Die Ansteuerung einer 7-Segment-Anzeige dagegen beruht einzig auf dem Setzen und Rücksetzen von Ports. Wird hier das Timing durch höher priorisierte Interrupts gestört, flackert das Display etwas, was es tatsächlich auch tut, das ist aber völlig unkritisch.

28lani · 20. Januar 2018, 00:32

Hallo Helmut

Habe von Elektronic null Ahnung, aber verfolge deine Arbeit mit grossem Interesse. Ich bewundere Leute wie dich, welche mit so grossem Herzblut eine so tolle Idee umsetzt und vorallem, dass du uns von Anfang, jeden deiner Schritte und Gedanken mitteilst. Grosses Lob und ein riesiges Danke schön.

heydikabel · 20. Januar 2018, 01:51

Danke, 28lani. Sehr nett.

Für den interessierten Laien und für euch Tuning-Freunde noch einmal ein bisschen Theorie. Die Nanoplex hat ja eine Drehzahlbegrenzung bei 6.000 UpM, und das aus gutem Grund. Der Winkel zwischen der ersten Triggermarke und der 10°-Marke beträgt etwa 120°. Für den Fall, dass die Zündspulenbestromung 2,5ms dauern soll (was nach meinen Messungen ein guter Wert ist), muss bei einer Drehzahl von 6.000 UpM und einer Vorzündung von 33° der Zündspulenstrom etwa 123° vor OT eingeschaltet werden. Kann man ausrechnen. Da man vor der Triggermarke aber nicht einschalten kann, sondern nur danach, hat die Sache eben irgendwo ihre Grenze. Daraus folgt: Wenn man einen Tuning Motor mit deutlich höherer Drehzahl als 6.000 UpM einsetzen möchte, muss die erste Triggermarke deutlich weiter nach vorne gesetzt werden: Für 10.000 UpM sind bei 2,5ms Zündspuleneinschaltdauer etwa 190° erforderlich.

Ich habe noch mal ein Video aufgenommen mit folgenden Randbedingungen:
- 120° Abstand der ersten von der dritten Triggermarke
- Zündspuleneinschaltdauer: 2,5ms
- Frühzündung max: 33°
- max-Drehzahl: 6.000 UpM

Die "Riemenscheibe der Kurbelwelle" wird wieder zweimal angeblitzt: Beim Einschalten des Zündspulenstroms und beim Zünden. Im Video sieht man, dass irgendwann ein "A" vor der Zündwinkel-Gradzahl erscheint. Das ist genau der Punkt, wo die 2,5ms Einschaltdauer nicht mehr erreicht werden.

Hier das Video: youtu.be/xFJmkQ-Txck

Der Pate · 20. Januar 2018, 06:41

Sehr schön.
Interessant wären 1.tuningmotor auf einem Motorenprüfstand und da drauf beide prüfen.
1mal rote Nanoplex und einmal deine.
In der Gruppe 2 in Italien sind wir ja Italienischer Bergmeister geworden mit meinem Motor.
Da dürfen wir aber nur Verteiler nutzen.
Ich baue immer die fliehkraftgewichte um
Der dreht ohne Probleme bei 700ccm 8500umdrehungen.
Aber kann dir sagen das ich auch schon Rennmotoren mit Nanoplex auf dem Prüfstand hatte, mit einer vorzündung 0bis 3grad..
Auch da keine Einbrüche zu merken.
Bin auf deine gespannt

Klaus · 20. Januar 2018, 06:57

heydikabel schrieb:

... mit deutlich höherer Drehzahl als 6.000 UpM einsetzen möchte, muss die erste Triggermarke deutlich weiter nach vorne gesetzt werden...

... oder man verkürzt die Einschaltdauer. Der Nanoplex-Nachbau aus Polen kriegt's ja auch irgendwie hin und bei einem mechanischen Verteiler und 78° Schließwinkel kommen bei 6.000 /min 2,2 ms heraus. Bei höheren Drehzahlen, z.B. 7.000 /min sind's dann nur noch 1,9 ms und bei den von @Der Pate angesprochenen Rennmotoren mit 8.500 /min verkürzt sich die Zeit auf 1,5 ms. Auch damit kommen offensichtlich die Zündspulen zurecht.

Alternativ könntest du eine andere Triggermarke verwenden.

heydikabel · 20. Januar 2018, 10:44

Klaus schrieb:

... oder man verkürzt die Einschaltdauer.

Klaus schrieb:

Auch damit kommen offensichtlich die Zündspulen zurecht.

Das stimmt. Die Zündspule spielt mit. Und die Einschaltdauer verkürzt sich bei der HEYoPLEX - und das wird bei der Nanoplex auch nicht anders sein - automatisch. In dem Moment, wo die Steuerung feststellt, dass der Bestromungsbeginn eigentlich vor der Triggermarke liegen müsste, schaltet sie eben genau mit der Triggermarke. Der Unterschied zwischen den beiden Zündsteuerungen besteht nur darin, dass die HEYoPLEX diesen Zustand auch anzeigt: In dem Fall wird das "A" vor der Frühzündungsgradzahl angezeigt.

Bodensee_Ralf · 20. Januar 2018, 11:13

Ja aber für die Zündenergie ist doch eine längere Ladedauer der Spule besser.
Also macht es Sinn eine andere Triggerscheibe zu verwenden.
Was ich nicht verstehe, warum nicht einfach OT mit einer Triggermarke verwendet wird und der Rest die Programierung übernimmt.
Die Drehzahl ist ja bekannt.
Natürlich kannst du auch ein 36-1 Triggerrad oder andere verwenden.
Das Prinzip bleibt ja gleich.
Auch mit der Nanoplex Triggerfolge kann ja doch frei programiert werden wann sich die Spule aufläd.
dann zählt der eben auf drei und macht davon 190 grad vorher den Kontakt zu und bei 33 Grad wieder auf.
Wo ist das Problem.
Der nichtwissende frägt

Klaus · 20. Januar 2018, 11:41

Bodensee_Ralf schrieb:

... warum nicht einfach OT mit einer Triggermarke verwendet wird und der Rest die Programierung übernimmt.

(...)
Wo ist das Problem.

Das habe ich mich auch schon gefragt, wozu man drei Marken braucht. Ich denke auch, dass man mit einer auskommt, wo auch immer die liegen mag.

heydikabel · 20. Januar 2018, 12:20

Klaus schrieb:

Das habe ich mich auch schon gefragt, wozu man drei Marken braucht. Ich denke auch, dass man mit einer auskommt ...

Ja genau! Davon bin ich zuerst auch ausgegangen. Meine ersten Triggerräder hatten genau eine Marke. Keep it simple! Und dann beobachtet man etwas ganz erstaunliches. Beim Beschleunigen verändert sich der Zündzeitpunkt in Richtung spät und beim Verzögern in Richtung früh. Und das nicht nur ein bisschen sondern in erheblichem Maße. Ursache hierfür ist, dass man ja nur die Drehzahl kennt, die zum Zeitpunkt des Durchlaufs der Triggermarke aktuell ist. Von dieser ausgehend wird der Zündzeitpunkt (und der Bestromungsbeginn) berechnet. Verändert sich nun die Winkelgeschwindigkeit über die nächste Umdrehung, dann verrutschen auch die Auslösezeitpunkte.

Na gut, dachte ich mir. Dann eben auch noch eine zweite Triggermarke. Aber auch das bringt noch erhebliche Dynamikprobleme mit sich. Schlussendlich sollte die erste Marke bei 10° liegen, bzw. da, wo im Leerlauf gezündet werden soll. Die zweite Marke bestimmt sich aus der maximal beabsichtigten Frühzündung plus der Zeit, die der Controller für die Berechnung benötigt: 50° bis 60° scheinen mir hier OK zu sein (und ich frage mich, warum beim Nanoplex-Triggerrad diese Marke so weit von der 10°-Marke entfernt liegt. Ist der verwendete Controller so langsam?). Die dritte Marke bestimmt den Einschaltzeitpunkt für den Zündspulenstrom. Hier sind 120° für den normalen Gebrauch OK. Für hochdrehende Tuningmotoren sollte ein größerer Abstand gewählt werden.

Bei einem großen Abstand der der dritten Triggermarke tritt der Effekt des "Verrutschens" des Einschaltens der Zündspulenbestromung natürlich auch auf. Insbesondere bei geringen Drehzahlen kommt es - ohne regelungsdynamische Gegenmaßnahmen - zwangsläufig dazu, dass sich beim Beschleunigen der Bestromungsbeginn so weit nach hinten verschiebt, dass er hinter den Zündzeitpunkt fällt - und dann funkt's eben nicht mehr.

Ist also alles nicht ganz trivial.

Bodensee_Ralf · 20. Januar 2018, 12:59

Aber das Problem müsste ja dann bei der üblichen 36-1 Scheibe weg sein,
dann zählt die Elektronik doch unabhängig von den Schaltpunkten ständig die Drehzahl, bzw weis wo er gerade sich an der Kurbelwelle sich befindet.
Oder gibt es da auch dynamische Verschiebungen bei der Beschleunigung.
btw. wenn jemand eine leichte Schwungmasse verbaut sind die Drehzahlschwankung innerhalb einer Umdrehung nicht zu unterschätzen.
Auf jeden Fall ist es nicht so einfach da was vernünftiges zu bauen.

Klaus · 20. Januar 2018, 14:59

heydikabel schrieb:

Beim Beschleunigen verändert sich der Zündzeitpunkt in Richtung spät und beim Verzögern in Richtung früh. Und das nicht nur ein bisschen sondern in erheblichem Maße. Ursache hierfür ist, dass man ja nur die Drehzahl kennt, die zum Zeitpunkt des Durchlaufs der Triggermarke aktuell ist.

Ja, das ist schon klar, dass man mit einer um max. eine Umdrehung "veralteten" Drehzahl rechnet. Aber macht das in der Praxis wirklich so viel aus?
Geht man mal davon aus, dass zum Beschleunigen von 1.000 auf 7.000 /min ca. 3 Sekunden notwendig sind. Dann beträgt die Drehzahländerung 2.000 pro Sekunde. Der Verzögerungseffekt müsste ja bei niedrigen Drehzahlen am größten sein, weil eine Umdrehung am längsten dauert. Bei 1.000 /min dauert eine Umdrehung 60 ms. In diesen 60 ms erhöht sich die Drehzahl um 120 /min. Man rechnet also bei 1.120 /min (eine Umdrehung dauert da 54 ms) mit einer Drehzahl von 1.000 /min (eine Umdrehung dauert 60 ms). Sitzt jetzt die Triggermarke z.B. auf UT, dann müsste es bei 1.120 bis zum Zündzeitpunkt (10° vor OT) 25,5 ms dauern, man rechnet aber mit dem falschen Wert und wartet 28 ms. OK, das ist einzusehen. Bei 28 ms liegt der Zündzeitpunkt weit hinter OT, das ist etwas viel Fehler.

heydikabel · 20. Januar 2018, 15:09

Bodensee_Ralf schrieb:

Aber das Problem müsste ja dann bei der üblichen 36-1 Scheibe weg sein,
dann zählt die Elektronik doch unabhängig von den Schaltpunkten ständig die Drehzahl, bzw weis wo er gerade sich an der Kurbelwelle sich befindet.

Ja, das sehe ich auch so. Wobei man den Zündzeitpunkt auch mit dem 3-Marken-Triggerrad prima im Griff hat. Außerdem ist es so, dass die Bestromungsdauer bei weitem nicht so entscheidend ist, wie der richtige Zündzeitpunkt. Hier mal zwei Bilder zum Bestromungsverlauf:

P1080524_gedreht.jpg P1080533_gedreht.JPG

Dargestellt ist jeweils unten das Triggersignal (aufsteigende Flanke Beginn, abfallende Flanke Ende der Bestromung) und oben die "Zündspulensättigung". Zeitbasis ist jeweils 1ms pro Kästchen.
Das linke Bild zeigt eine Bestromungsdauer von ca. 7ms. Hier sieht man, dass die "Energiespeicherung" im wesentlichen in den ersten 4 ms stattfindet. Wird die Bestromungsdauer auf 2ms halbiert, so halbiert sich nicht gleichzeitig die in der Zündspule gespeicherte Energie, sondern sie reduziert sich um vielleicht 10%. Aber bei Werten um 1ms ist man eher bei 50%. Damit wird es dann vielleicht schon kritisch.