Elektronische Zündung mit Arduino

Hallo,
ich wollte mich mal wieder melden und mich erst mal für die vielen hilfreichen Kommentare und Hinweise bedanken (einen Festspannungsregler hab ich mir schon bestellt). Ich habe in den letzten Tagen noch einige Tests und Verbesserungen am Programmcode gemacht. So ist es jetzt möglich, über eine Konstante zwischen einer Version für einen "echten" Parallel-Twin (360 Grad, Gleichläufer) und einem Gegenläufer umzuschalten (die Gegenläufer-Version ist aber noch nicht ganz fertig). Auch habe ich mal einige Geschwindigkeitstests mit meine "Soundkarten-Oszilloskop" gemacht. Meine Testumgebung besteht nämlich aus einem Soundkarten-Oszilloskop. Das enthält auch einen Signalgenerator, das Signal (Recheck-Signal) gebe ich über den Kopfhöreranschluss des PC's auf den Eingang des Arduino (die Flanken simulieren somit das Signal des Hall-Gebers). Das von Arduino erzeugte Signal, das in der Praxis zum Ansteuern der Zündelektronik dienen soll, gebe ich dann wieder über den Line-In-Eingang des PC in das Oszilloskop-Programm ein und kann es dort darstellen.

Ursprünglich war im Programm bei 10000 U/min Schluss (Drehzahlbegrenzung, will die alte Lady ja nicht scheuchen). Da aber von einigen angezweifelt wurde, ob der Arduino das leistungsmäßig stemmen kann, habe ich nun testweise die Grenze auf 30000 U/min hochgesetzt. Bei den Tests (mit der "Gleichläufer-Version") habe ich folgendes festgestellt:

-Ab ca. 12000 U/min traten regelmäßige Aussetzer im Ausgangssignal auf. Die Ursache war aber schnell gefunden: Die Ausgabe der aktuellen Drehzahl auf dem LCD (einmal pro Sekunde) hatte wohl zu lange gedauert, nachdem das deaktiviert war, lief es wieder gleichmäßig.

-Die nächsten Probleme gab es ab ca. 16000 U/min (schwankt etwas je nach gewählter Zündkurve). Hier stellt sich als Ursache die fest eingestellte "dwell time" (Ladezeit der Spule, auf 1500 µs eingestellt) heraus. Bei hohen Drehzahlen war der fest eingestellte Wert höher als die jeweilige "delay time" (Wartezeit zwischen Hall-Signal und dem Zündzeitpunkt), das Laden der Spule hätte also vor dem Feuern des Hall-Sensors beginnen müssen. Nachdem ich eine dynamische Änderung (auf 1000 µs und ab ca. 24000 U/min auf 500 µs) umgesetzt hatte, waren auch diese Probleme verschwunden. Der folgende Grafik zeigt einen Screenshot bei 27000 U/min, das Signal ist auf dem Oszilloskop absolut stabil.

scope_225Hz_Cam.jpg

Noch ein Hinweis dazu: Die beiden "Berge" sind die Zeiten, in denen die Spulen geladen werden, die Zündung erfolgt beim Abfall des Signales (also z.B. bei knapp 2 ms für den ersten Zylinder). Bitte nicht wundern, dass das Signal für den ersten Zylinder etwas länger ist als beim zweiten. Um die beiden Zylinder bei den Tests unterscheiden zu können, beginnt das Laden der erste Spule nämlich direkt mit dem (simulierten) Hall-Signal (also wenn der Zylinder am unteren Totpunkt ist). Die Dauer des Signales an der ersten Spule ist also "delay time + dwell time" an der zweiten Spule nur die dwell time (500 µs bei 27000 U/min). In der "echten" Version wird das natürlich nicht gemacht.

Eine Umdrehungszahl von 27000 U/min ist natürlich für einen Parallel-Twin jenseits der Realität, es ging mir erst mal darum, den Arduino etwas zu quälen (der das aber stoisch mit sich machen ließ) und um mein Programm zu testen. Bei der "Gegenläufer-Version" (in Arbeit), bei der eine andere Steuerscheibe verwendet werden muss (mit doppelt so vielen Signalen pro Zeiteinheit wie beim Gleichläufer) können aber schon mal Signalfrequenzen (nicht Motorfrequenzen!) von 20000/min auftreten. Nach den Ergebnissen der Tests verkraftet der Arduino das aber problemlos.

Wenn ich neue Erkenntnisse habe, werde ich berichten.

Hallo,

ich will mal einige Fragen beantworten. Dazu habe ich mal ein paar Screenshots von meine Oszillografen-Programm gemacht, an denen ich das Prinzip erklären möchte.
honda-board.de/index.php?attachment/126031/
Das erste Bild zeigt einen (simulierten) 360°-Twin bei 6000 Upm. In diesem Fall wäre auf der Nockenwelle ein halbmondförmige Steuerscheibe montiert, die einen Magnetfluss zwischen Halbgeber und Magnet (beide in einer Einheit, siehe z.B. http://www.hallsensors.de/Hall-Vane.htm) entweder ermöglicht oder sperrt. Die Steuerscheibe wird so montiert, dass der Halbmond gerade anfängt sich über den Sensor zu schieben, wenn sich der erste Zylinder im unteren Totpunkt befindet. Die grüne Kurve ist das vom Hallgeber empfangene Signal, d.h. das abfallende Signal kurz hinter 0 Sek. liefert dem Arduino die Information "1. Zylinder im UT". In meinem theotischen Test wird das Signal (noch) nicht von einem Hallgeber, sondern einem separaten Funktionsgenerator-Programm erzeugt, mit dem unterschiedliche Signalformen auf den Lautsprecherkanal des PC (der dann in den Arduino eingespeist wird) erzeugt werden können.

Wenn die abfallende Flanke erkannt wird, aktiviert das Programm einen Timer, dessen "Laufzeit" so berechnet ist, dass er zu einem bestimmten Zeipunkt den mit der betreffenden Zündspule verbundenen Arduino-Pin auf HIGH schaltet (was dem Schließen der Zündkontakte entspricht), das ist der Anstieg der roten Kurve=Ausgabekanal bei ca. 2,6 ms. Dieser "bestimmte Zeitpunkt" hängt von dem aus der Zündkurve interpolierten Zündwinkel zu der momentanen Umdrehungszahl ab. Genauer gesagt wird intern die Zeit gemessen, die für eine halbe Umdrehung der Nockenwelle benötigt wird (anhand der Zeitabstände zwischen den Flanken der grünen Kurve). Nach einer (wieder von einem Timer gesteuerten) Ladezeit (dwell time) wird der Ausgabe-Pin wieder auf LOW gesetzt (was dem Öffnen der Zündkontakte entspricht), was wiederum über die Zündelektronik dafür sorgt, dass an der Zündkerze zum richtigen Zeitpunkt ein Funken entsteht (also bei ca. 4 ms).

Wenn dann der zweite Zylinder im UT steht, kann wieder ein Magnetfeld am Hallsensor gemessen werden (ansteigende Flanke bei ca. 10 ms) und das ganze läuft dann für den zweiten Zylinder genauso ab.

Der Grafik überlagert ist ein Fenster eines separaten PC-Programmes, das ich mir geschrieben habe, um kontrollieren zu können, ob der Arduino das auch richtig macht.

Die zweite Grafik zeigt das gleiche bei 9000 Upm:
honda-board.de/index.php?attachment/126032/
Man sieht, dass die steigende Flanke der roten Kurve ("Spulensignal") jetzt näher an die Flanke der grünen Kurve gewandert ist. Das kommt daher, dass (wegen der höheren Umdrehungszahl bei gleichem Zündwinkel) die "delay time" kürzer werden muss, damit zum richtigen Zeitpunkt gezündet wird. Bei noch höheren Drehzahlen muss daher die Ladezeit der Spulen verkürzt werden, da andernfalls die "rote Flanke" eigentlich vor der grünen liegen müsste (was aber nicht geht). Bei meiner Honda wäre das aber erst dann der Fall, wenn der Drehzahlmesser schon im roten Bereich ist.

Hier noch ein Beispiel für einen 180°-Twin bei 9000 Upm:
honda-board.de/index.php?attachment/126033/
Hier muss eine andere, "viertelmondförmige" Steuerscheibe auf der Nockenwelle zum Einsatz kommen, um der asymetrischen Zündcharakteristik Rechnung zu tragen. Entsprechend musste für den Test auch ein Rechtecksignal im Verhältnis 3:1 eingespeist werden.

Hier auch noch einige Anmerkungen zu dem verwendeten Soundkarten-Oszillograf (https://www.zeitnitz.eu/scope_de):
So minimalistisch finde ich das gar nicht. Die Soundkarte kann ja Frequenzen bis in den mittleren 5stelligen Hz-Bereich verarbeiten, dagegen sind die von einem (simulierten) Motorrad-Motor erzeugten Frequenzen ein Klacks. Ich stimme allerdings zu, dass man etwas aufpassen muss, damit die Soundkarte nicht abraucht, insbesondere was die Eingangssignale betrifft. Ich habe mir daher für die Tests einen kleinen Spannungsteiler gebaut, der die vom Arduino erzeugte Spannung von 5 V auf max. 2 V runterregelt (was wohl das max. Eingangssignal für eine Soundkarte ist). Umgekehrt liefert mir die Soundkarte (über den Funktionsgenerator) auch nur max. 2 V, was für den Arduino aber wieder zu wenig ist, um das Signal als HIGH zu erkennen. Das erzeugte Signal wird daher über eine kleine Transistorschaltung entsprechend verstärkt.

In der Zwischenzeit habe ich das Programm auch so umgeschrieben, dass die modell-abhängigen Einstellung (1-Zylinder, 360°- oder 180°-Twin, Zündcharakteristik usw.) in einer separaten Datei gespechert werden, so dass eine Anpassung an ein anderes Modell ziemlich schnell geht. Auch habe ich das Programm testweise auf einen Sparkfun (nomen est omen) Pro Micro Controller installiert, der ist erheblich kleiner als der UNO (ca. 1/3 Streichholzschachtel gegenüber ca. Zigarettenschachtel beim UNO). Hat einwandfrei funktioniert (allerdings derzeit noch ohne LCD-Ausgabe, kommt aber auch noch).

Als nächstes wird dann der Funktionsgenerator durch einen echten Hallgeber (mit Steuerscheibe auf Bohrmaschine) ersetzt und danach die Zündelektronik mit Zündspule und Zündkerze angeschlossen.

Noch mal mit Grafiken (gibt es keine nachträgliche Bearbeitungsmöglichkeit eines Beitrages?)

Hallo,

ich will mal einige Fragen beantworten. Dazu habe ich mal ein paar Screenshots von meine Oszillografen-Programm gemacht, an denen ich das Prinzip erklären möchte.
360_Grad_Twin_6000_rpm.png
Das erste Bild zeigt einen (simulierten) 360°-Twin bei 6000 Upm. In diesem Fall wäre auf der Nockenwelle ein halbmondförmige Steuerscheibe montiert, die einen Magnetfluss zwischen Halbgeber und Magnet (beide in einer Einheit, siehe z.B. http://www.hallsensors.de/Hall-Vane.htm) entweder ermöglicht oder sperrt. Die Steuerscheibe wird so montiert, dass der Halbmond gerade anfängt sich über den Sensor zu schieben, wenn sich der erste Zylinder im unteren Totpunkt befindet. Die grüne Kurve ist das vom Hallgeber empfangene Signal, d.h. das abfallende Signal kurz hinter 0 Sek. liefert dem Arduino die Information "1. Zylinder im UT". In meinem theotischen Test wird das Signal (noch) nicht von einem Hallgeber, sondern einem separaten Funktionsgenerator-Programm erzeugt, mit dem unterschiedliche Signalformen auf den Lautsprecherkanal des PC (der dann in den Arduino eingespeist wird) erzeugt werden können.

Wenn die abfallende Flanke erkannt wird, aktiviert das Programm einen Timer, dessen "Laufzeit" so berechnet ist, dass er zu einem bestimmten Zeipunkt den mit der betreffenden Zündspule verbundenen Arduino-Pin auf HIGH schaltet (was dem Schließen der Zündkontakte entspricht), das ist der Anstieg der roten Kurve=Ausgabekanal bei ca. 2,6 ms. Dieser "bestimmte Zeitpunkt" hängt von dem aus der Zündkurve interpolierten Zündwinkel zu der momentanen Umdrehungszahl ab. Genauer gesagt wird intern die Zeit gemessen, die für eine halbe Umdrehung der Nockenwelle benötigt wird (anhand der Zeitabstände zwischen den Flanken der grünen Kurve). Nach einer (wieder von einem Timer gesteuerten) Ladezeit (dwell time) wird der Ausgabe-Pin wieder auf LOW gesetzt (was dem Öffnen der Zündkontakte entspricht), was wiederum über die Zündelektronik dafür sorgt, dass an der Zündkerze zum richtigen Zeitpunkt ein Funken entsteht (also bei ca. 4 ms).

Wenn dann der zweite Zylinder im UT steht, kann wieder ein Magnetfeld am Hallsensor gemessen werden (ansteigende Flanke bei ca. 10 ms) und das ganze läuft dann für den zweiten Zylinder genauso ab.

Der Grafik überlagert ist ein Fenster eines separaten PC-Programmes, das ich mir geschrieben habe, um kontrollieren zu können, ob der Arduino das auch richtig macht.

Die zweite Grafik zeigt das gleiche bei 9000 Upm:
360_Grad_Twin_9000_rpm.png
Man sieht, dass die steigende Flanke der roten Kurve ("Spulensignal") jetzt näher an die Flanke der grünen Kurve gewandert ist. Das kommt daher, dass (wegen der höheren Umdrehungszahl bei gleichem Zündwinkel) die "delay time" kürzer werden muss, damit zum richtigen Zeitpunkt gezündet wird. Bei noch höheren Drehzahlen muss daher die Ladezeit der Spulen verkürzt werden, da andernfalls die "rote Flanke" eigentlich vor der grünen liegen müsste (was aber nicht geht). Bei meiner Honda wäre das aber erst dann der Fall, wenn der Drehzahlmesser schon im roten Bereich ist.

Hier noch ein Beispiel für einen 180°-Twin bei 9000 Upm:
180_Grad_Twin_9000_rpm.png
Hier muss eine andere, "viertelmondförmige" Steuerscheibe auf der Nockenwelle zum Einsatz kommen, um der asymetrischen Zündcharakteristik Rechnung zu tragen. Entsprechend musste für den Test auch ein Rechtecksignal im Verhältnis 3:1 eingespeist werden.

">>> wer schon mal in den Ansaugtakt gezündet hat, weiß wie schön das knallen kann (nicht immer, aber oft genug). Das einige Membranen in den Vergasern und die LuFis das nicht mögen, sollte klar sein."

Das hat sich erledigt, bei Verwendung einer "Viertelmond-Steuerscheibe" und Anpassung des Codes ist die "Leerzündung" nicht mehr notwendig (siehe Beispiel für 180°-Twin im vorherigen Kommentar).

">>> wenn es sich um 1° handeln würde, hätte ich es nicht geschrieben. Dieses Grad Versatz hast Du schon allein durch die Drehungleichförmigkeiten des Wechselhubers.
Ich meine, wir fahren Mopped, weil die so schön beschleunigen. Das heißt: große Drehzahländerung besonders in kleinen Gängen. Das wiederum heißt späte Zündung und damit Leistungsverlust.
Für den ersten Zylinder mag das noch angehen, aber der zweite Zylinder ist dann definitiv zu spät."

Es gibt ja auch mehrere kommerzielle Anbieter von nachträglich einbaubaren elektronischen Zündungen. Nachdem was ich im Internet darüber gesehen habe, werden da auch die Kontakte und der Fliehkraftregler durch eine Steuerscheibe und irgendwelche Sensoren ersetzt. Das heißt, die machen das ähnlich wie von mir geplant. Scheint ja aber zu funktionieren (gehe ich mal von aus).

Zitat von sepp2gl

Hallo Emil,
kann leider die Anhänge aus Deinem Beitrag von 18:05 nicht öffnen.
LG, sepp2gl

Hab den kompletten Beitrag nochmal wiederholt, sollte jetzt klappen.

Zitat von sepp2gl

Hallo Emil,
Was für eine Zündspule willst Du verwenden?
Die originale oder eine moderne niederohmige?
LG, sepp2gl

Ich muss gestehen, da hab ich mir noch keine Gedanken drum gemacht. Ich habe mir für die "Zündelektronik" jetzt sowas bestellt:
http://www.velleman.eu/product…ountry=es&lang=de&id=8946
Kann man sich sicher auch selbst bauen (z.B. http://www.fiatforum.com/panda…plifier-details-mods.html), hab aber genug andere Sachn zu tun, deshalb der fertige Bausatz (den man nur noch zusammenlöten muss).

Die Elektronik des Bausatzes wird nach der Beschreibung durch die Zündkontakte gesteuert, ich will die aber durch einen Schalttransistor ersetzen, der vom 5-V-Signal des Arduinos gesteuert wird.

Zitat von BeKoMz

Hallo,

es gibt einen speziellen IGBT zum Laden von Zündspulen von International Rectifier.
Dieser kann mit einem 5 Volt Controller direkt angesteuert weden.
Suche mal nach IRGS14C40L (SMD) oder IRGB14C40L (bedrahtet) bei Con*ad.

Ja, das ist der, der auch hier verbaut ist:
http://www.fiatforum.com/panda…plifier-details-mods.html