ЭБУ инжекторных моторов для авиации

[ikono]

Если рассудить здраво, энергия разряда пропорциональна максимальному току в квадрате (LI^2/2), а ток пропорционален напряжению бортсети и времени U=L(dI/dt) => I=Ut/L. Но если Угол Замкнутых Контактов  (УЗК) прерывателя постоянен, то с ростом оборотов уменьшается время накопления тока в катушке, а следовательно энергия разряда уменьшается в квадрате! То есть, при оборотах 6000 энергия разряда зажигания стареньких жигулей с контактным зажиганием меньше чем на холостых оборотах 800 в целых (6000/800)^2= 56 раз! Как вообще еще хватает энергии поджечь смесь? И стоит ли делать цифровой аналог системы зажигания с постоянным УЗК, или лучше сделать постоянным время накопления, а может быть даже и энегрию накопления?

Позже появится понимание что есть такой параметр как время накопления. А его надо менять в зависимости от напряжения. 

Кое-кто это предвидел  ;D Но меня это не смущает, скорее обнадёживает.

Если оставить постоянным время накопления, то на больших оборотах средний ток через катушки будет пропорционален оборотам, а поскольку они у данного мотора высокие, плюс охлаждение катушек в горячих головках цилиндров затруднено...

Эксперты, кто может поделиться данными о зависимости времени накопления от оборотов у штатного ЭБУ данного двигателя?

 

[shtep-trs]

Беда...  :IMHO
Вот заводская схема управления 4мя индивидуальными катушками с обратной связью от Январь 7.2. Что-то мне подсказывает что современные IGBT разработанные для применения в системах зажигания и оснащенные встроенными стабилитронами на защиту от индуктивки, будут "несколько" предпочтительнее обычных биполярников...

 

[ikono]

А в чём беда-то? Можно поставить и IGBT. Я в своих лекциях рассказываю студентам, что IGBT это совмещенный полевой и биполярный транзисторы, ничего страшного нет. Мы рассматриваем их внутреннее устройство и принцип работы. Схема попроще получается, на ebay аналог BTS2140 IRGS14C40L из Гонконга имеется и стоит копейки. Могли бы чуть раньше меня со схемой познакомить 😉 Впрочем - спасибо! Но дело не столько в компонентах, сколько в принципе работы. Уверен, что прежнее поколение транзисторов тоже вполне надёжное. Судя по пороговому включению компаратора, "обратная связь" это просто защита по току, а может быть даже... Возможно, что Январь открывает ключ и просто ждёт, пока ток не достигнет порогового, заданного компаратором, потом закрывает ключ. Хотя стоп, момент закрытия ключа и искрообразования  связан с циклом двигателя, поэтому всё немножко хитрее, типа если в прошлом цикле компаратор открывался - значит в следующем время накопления этой катушки нужно немного уменьшить. Как-то так. То есть, есть косвенные подозрения, что Январь держит именно энергию разряда постоянной. Но в нашем случае с BMW с охлаждением катушек в головках цилиндров с воздушным охлаждением есть своя специфика... Так что будем бдительны. Желательно было бы посмотреть схему именно Мотроник или БМС-К.

 

[kostiajiv]

Ikono, не стоит заниматься изобретением коммутаторов для зажигания. Либо используйте готовый Бош с холловским датчиком ( как на жигулях ) , либо сделайте конденсаторное  зажигание ( CDI ignition ). Его достоинство- нет необходимости мудрить с временем заряда катушки .С микропроцессором это просто , без него - как на жигулях.
Сейчас занимаюсь конденсаторным зажиганием - могу в личку скинуть пару удачных схем их интернета. Одна из них меня вполне устроила после тестирования ( планируется на 7 - цилиндровый мотор). Если есть интерес - скину ссылки в личку.
Биполярные транзисторы в схемах зажигания уже лет 15 не применяются - либо IGBT , либо MOSFET.

 

[ikono]

Я и не собираюсь изобретать коммутатор, но выбрать из ассортимента схему всё же надо. Те схемы, которые я приводил, это тоже в принципе CDI. Конденсаторное зажигание можно сделать и с высоковольтным магнето в качестве источника и тиристором в качестве ключа, и с низковольтным питанием и конденсатором, накапливающим напряжение самоиндукции на первичке при размыкании транзисторного ключа и растягивающим во времени ток искры. Эта мера экономит мне отдельный высоковольтный БП, питаемый от бортсети в отсутствии штатного магнето. Что касается Января, то там конденсатора в схеме не видно, а он должен быть... Наверное, он в схеме автомобиля, вне января?

 

[SMotors]

Эксперты, кто может поделиться данными о зависимости времени накопления от оборотов у штатного ЭБУ данного двигателя?

Для конкретного мотора не знаю, но типичная, для небольших индивидуальных катушек:
5.0    ,6.0    ,7.0    ,8.0    ,9.0    ,10.0   ,11.0   ,12.0   ,13.0   ,14.0   ,15.0                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                     
8.1    ,7.6    ,7.0    ,6.2    ,4.7    ,3.2    ,2.7    ,2.4    ,2.1    ,1.8    ,1.6

 

[ikono]

SMotors, спасибо, можно уточнить единицы измерения в верхней и нижней строчках? Или хотя бы какая строка обороты, а какая - время?

Как ожидалось, принципиальные схемы Мотроника и БМС-К - это военная тайна 🙂 Кое-кто даже пытался ее разгадать:
http://forums.pelicanparts.com/porsche-924-944-968-technical-forum/625987-help-reverse-engineering-bosch-motronic-v3-1-dme.html

Я просто не ожидал обнаружить схему Января, потому и не искал. Вообще соблазн перейти на IGBT, пусть даже впоследствии, есть: современная электронная база, упрощение и облегчение схемы, уменьшение числа компонентов и отсюда повышение надёжности. Но в связи со схемой Января возникает один принципиальный вопрос: где в штатной схеме мотоцикла БМВ всё-таки этот конденсатор (то самое "С" в сокращении CDI)? В схеме проводки мотоцикла его нет. Значит, возможны 3 варианта: 1) он в ЭБУ 2) он в каждой катушке 3) его нет вообще, хотя это вряд-ли. И ответ на этот вопрос будет мне сейчас поважнее того, какой транзистор поставить.

 

[ikono]

Чтой-то какая-то несвязуха. Либо схема Января держит постоянной энергию искры, как я описал выше, но тогда она не может одновременно пользоваться прошитыми данными времени накопления. Если же она пользуется прошивкой, то компаратор в схеме только для защиты на случай чего. Странно, поскольку порог компаратора может переставляется логическим элементом, а это нужно только если срабатывание компаратора используется в штатной работе двигателя и иногда нужно увеличить энергию искры, например, при холодном старте. Может, есть два режима, прошивочный и саморегулируемый? Но почему тогда различие между ними по времени накопления в разы, как ни интерпретируй таблицу SMotors... При постоянном напряжении бортсети и постоянной энергии искры время накопления тоже будет постоянным... SMotors, может верхняя строчка это напряжение бортсети в вольтах...?

 

[kostiajiv]

В Январе реализовано зажигание с накоплением энергии в индуктивности . Конденсатора там не предусмотрено. Накопление энергии индуктивностью определяется только временем накопления до достижения насыщения. Обороты здесь абсолютно не при чем.
CDI-это аббревиатура  capacitor discharge ignition . По - простому это и есть тиристорное зажигание. Его достоинство - нет необходимости управлять зарядом катушки перед созданием искры. Если вам лень делать преобразователь для заряда конденсатора - возьмите небольшой готовый преобразователь 12-220. Искра будет не особо мощной , но вполне работоспособной.

 

[SMotors]

SMotors, спасибо, можно уточнить единицы измерения в верхней и нижней строчках? Или хотя бы какая строка обороты, а какая - время?

Напряжение питания
Время накопления в милисекундах

 

[ikono]

Да, спасибо, я как-раз уже сам догадался. Какова бы ни была конкретная схема CDI, общее всегда то, что конденсатор разряжается на импеданс первички. При этом длительность разряда определяется ёмкостью и (индуктивностью вместе с сопротивлением) первички. Поэтому эта длительность, если и не совсем постоянна, то уж совсем неконтролируема при постоянной ёмкости. Отсюда и моя непонятка выше. Если убрать из схемы конденсатор, то, закрыв транзистор, можно поджечь искру, а снова открыв - погасить. При этом действительно есть возможность регулировать длительность разряда, есть только одна проблема: "перелив" катушки. Если ток в катушке за время между искрами возрастает больше, чем убывает за время горения разряда, то в среднем он будет всё время расти. Но эту проблему можно подправить регулировкой напряжения питания, приложенной к другому концу катушки, сигналом для уменьшения напряжения будет срабатывание компаратора, сигнализирующее, что катушка "наполнилась до краёв". Мдя, сделать такую аналоговую систему было бы очень непросто, а CDI лишает нас онлайн-контроля над одним из параметров-длительностью искры свечей. Впрочем, как всегда я тут говорю: для авиадвигателя это нестрашно, почему: обороты в круизе почти постоянны! Значит, надо подобрать конденсатор в CDI достаточный для выхода на "полочку" по мощности двигателя в круизе, и всё.

Теперь насчёт транзисторов. В CDI  не стоит использовать транзисторы для IDI, какими бы современными они ни были. Требования к транзистору в CDI строже, потому что через него должен быстро разрядитьтся этот самый конденсатор! То есть транзистор для CDI это вообще чудо, он должен быть высоковольтным и высокотоковым одновременно, то есть должен иметь большую импульсную мощность рассеяния! Из-за очень большого импульсного тока коллектора приходится драйверу пропускать большой ток базы, рассеивать мощность, и т. п., см. выше. Через транзистор же в IDI никогда не течёт ток больший тока в катушке. Так что возвращаюсь к TIP162.

Конечно, наличие в транзисторе импульсного тока разряда конденсатора не продлит транзистору жизнь, а скорее предопределит его ограниченный срок службы и внезапный отказ. Что нам для авиа-ЭБУ как-бы совсем некстати. Но дублирование системы зажигания не позволит привести к отказу СУ из-за пробоя одного транзистора. Можно использовать тиристор, который будет гораздо надёжнее, но самым ненадёжным станет тогда высоковольтный БП.

 

[kostiajiv]

Современные CDI системы делают именно на MOSFET или IGBT транзисторах. При напряжениях 700-1000в  они запросто дают ток в коротком импульсе до 100-150А. Этого вполне достаточно. Времена КТ848  и КУ202 Н так же как и 133 серии  ушли навсегда. 
По поводу работы системы зажигания у вас , как мне показалось , сложилось не совсем корректное представление.
Длительность искры - параметр который невозможно регулировать. На классическом зажигании длительность искры -1мс. На CDI -100мкс . Единственная возможность увеличить длительность - делать многоискровой режим. Например , знаменитая MSD- это тоже аббревиатура: multispark discharge system. Плазмы - это экзотика.

 

[ikono]

Я не писал о IGBT вообще, я имел в виду транзисторы для IDI, такие как вышеупомянутый IRGS14C40L из Января: ток коллектора 20А, пиковый - без спецификации.

Выяснилось тем временем, что импульсный ток коллектора больше только у КТ898А1 (30A), а TIP162 с импульсным током 15 А вообще в пролёте 🙂 Постепенно склоняюсь к тому чтобы вставить в вышеупомянутую мною проверенную схему из "Радио" TIP162 до лучших времён.

 

[ikono]

Длительность искры - параметр который невозможно регулировать. На классическом зажигании длительность искры -1мс. На CDI -100мкс . Единственная возможность увеличить длительность - делать многоискровой режим. Например , знаменитая MSD- это тоже аббревиатура: multispark discharge system. Плазмы - это экзотика. 

Спасибо, учту. При давлении порядка атмосферного искра, которая длится долго, называется иначе - дуга. Но до неё, видимо, дело не доходит. А плазма есть в любом разряде, иначе с чего бы это газ вдруг начал проводить ток 🙂
Не могли бы Вы объяснить, чем принципиально CDI отличается от классического зажигания, существенной частью которого, как известно, является конденсатор?

 

[ikono]

Созреваю к покупке родной проводки, 

давай адрес. пришлю распоторошённую проводку, срежешь разъёмы бесплатно.

Что-то я уже заждался, придётся обнаглеть настолько чтобы осторожно напомнить... 🙂

Либо используйте готовый Бош с холловским датчиком ( как на жигулях )

Ну BOSCH у нас тут рядом есть, в смысле завод, но Бош от жигулей - где его здесь искать... И чует что-то моё сердце, что Бош от Мерседеса или Фольксвагена не прокатит 🙂 Так что будет пока Бош от журнала "Радио"  ;D

 

[kostiajiv]

Сердце ваше чует не верно - Бош от жигулей это Бош от Фольксвагена с холловским датчиком. Любой Гольф-2 или Пассат середины 80-х ,начала 90-х -то что вам нужно. На Меринах и Бэхах тех времен были индукционные датчики. Пример: BOSCH     0 227 100 137.
Почитайте ликбез Квадратова на этом форуме. Там по зажиганиям очень много информации.

 

[ikono]

Понял, это уже конкретнее, когда номера пошли. Пошёл читать.

... там 22 страницы... Но с интересом почитал первые пару страниц. Потом подошёл к следующему:

Я  недолюбливаю  всё  что  собрано  на  процессорах  -  просто  микросхемах  и  в  более  общем  виде  всё  что  относится  к  тонкой  электронике  -  по  причине  того что  тонкая  электроника  часто  подвержена  глюкам  из  за  нестабильного  питания  -  электромагнитных  и  электростатических   наводок  и  просто  от  косого  взгляда....  Системы  с  датчиком  холла  -  относятся  тоже  к  этой  категории.  И  все  оптические  датчики  -  тоже.  Оптические -  вобще  -  часто  показывают  фортели.  В  оптическом  диапазоне  из  за  загрязнения.  Инфракрасные  -  глючат  при  нагреве  мотора.  Холл  -  глючит  если  стоит  рядом  с  маховичным  генератором  на  постоянных  магнитах....
С  процессорами  -  часто  встречаются  глюки  из  за  различных  помех  и  наводок.  Вспомните  -  сколько  времени  бились  с  блоками  зажигания  от  ВАЗ 2108  -  а  они  горели  в  самый  неподходящий  момент.  Вы  уверены  что  самоделка  на  процессоре  не  заглючит  на  взлёте ?

... и понял что на правильном пути. Ну да не будем снова об этом.

Посмотрел "Бош от жигулей" по номеру. Цена на него замечательная, особеннно б/у. Маленький, распространённый, видимо зверски надёжный по причине тиража. Очень желательно было бы иметь к нему какое-то подробное описание, а то чёрный ящик, непонятно что он делает и главное что может вытворить. Я не говорю про внутреннюю схему (хотя было бы отлично), но хотя бы вход сигнала от датчика Холла - стандарт ТТЛ или КМОП или что-то третье? Максимально допустимые токи/напряжения, номинальное сопротивление катушки, короче - даташит. Есть ли опережение зажигания в зависимости от оборотов, или только ключ. Потому что в авиации как-то боязно полагаться на "похоже, подходит", в отличие от мотоцикла у нас потеря 20-30 % оборотов СУ равносильна вынужденной посадке 😉 С дискретными элементами проще, по крайней мере есть даташиты и известно примерно что от них можно ожидать и когда им уже становится больно.

 

[dttdmitry]

Единственная возможность увеличить длительность - делать многоискровой режим.

Многоисковой режим это многократное увеличение нагрузки на систему зажигания, работает только при пуске, используем это в Январе.

Например , знаменитая MSD- это тоже аббревиатура: multispark discharge system.

Это давно просто торговая марка, торгующая низкосортным ширпотребом в красивой обёртке.

 

[ikono]

CDI-это аббревиатура capacitor discharge ignition . По - простому это и есть тиристорное зажигание. Его достоинство - нет необходимости управлять зарядом катушки перед созданием искры.

Я потихоньку начинаю понимать в чём проблема сделать постоянной длительность приложения напряжения питания к катушке: момент окончания накопления (момент зажигания) зависит от оборотов и заранее неизвестен. То есть легко сделать постоянной паузу после момента зажигания до начала накопления, но это не то: на больших оборотах она будет слишком длинной, а на маленьких-короткой. Так что похоже простых вариантов действительно два: либо длительность накопления - всегда одинаковая доля такта и определяется УЗК (как вы писали - классика), либо СDI c постоянной энергией импульса, определяемой энергией заряженного конденсатора. В Авиа-ЭБУ постоянный УЗК уже реализован, но нужна цепь защиты катушки при остановке коленвала, которую я что-то никак не могу родить.

 

[ikono]

Вобщем, как-то так. Пока поступают импульсы от датчика коленвала, они выпрямляются, заряжают конденсатор и открывают нижний транзистор. Через несколько десятых с после прекращения поступления импульсов конденсатор разряжается, нижний транзистор закрывается и открывается следующий, который блокирует коммутатор и спасает подкапотное пространство от задымления. Прошу критиковать.