Зажигание квадроцикла - тюнинг с ситемой зажигания Mega Spark Ignition

Дорогие друзья, сегодня мы хотим поделиться с вами авторской разработкой Тюнинг зажигания для квадроцикла. Дело в том, что совсем недавно в нашей группе «ВКонтакте» Андрей Бондарчук разместил видео-материал, в котором он тестировал свою микропроцессорную систему зажигания. Нас это очень заинтересовало, и мы попросили Андрея рассказать подробнее нашим читателем о его изобретении, ведь прогнозируемый прирост мощности двигателя при использовании системы зажигания Mega Spark Ignition может быть равен 20% . Автор откликнулся и прислал нам материал, который мы и предлагаем вам.

Микропроцессорная система зажигания IDI вместо стандартного CDI

История от идеи до реализации. Когда я купил свой первый и по сей день имеющийся квадроцикл из бюджетной серии, китайский с 250-кубовым одноцилиндровым четырехтактным двигателем, то был очень рад тому, как он едет, разгоняется. Но со временем мне стало не хватать динамики, наверное, у многих так происходит. И я решил пойти по наименьшему пути сопротивления, как и многие начинающие, то есть по пути тюнинга. Установил прямоточный глушитель, немного «поколдовал» над карбюратором и воздушным фильтром. В результате я получил прирост в динамике. Я бы сказал ощутимый. Но этого всё равно было мало, как водится.

И тут промелькнула «глупая» мысль в голове: «Вот бы чипануть это всё, получить дополнительный прирост за счет увеличения эффективности и настройки хотя бы зажигания». Зная, что тут чипануть собственно нечего. Но почему бы и нет?! В настоящем я программист — электронщик, ранее — несколько лет плотно занимался чип тюнингом заряженных движков в онлайне, от заряженных атмосферников до овощных турбо. Ладно, мы уже не о том. Начал собирать мысли в кучу, формировать техническое задание, параллельно тестировать отдельные узлы будущего устройства. Всё пошло и поехало. В принципе, я мог купить готовую систему, но как ни странно и амбициозно, я посчитал, что могу это сделать лучше, ну, как мне лично видится. О тонкостях и процессах я расскажу далее, а сейчас…

Главный вопрос, мои мото- и квадродрузья, который мне, кстати, часто задают: «Что это дает и зачем это нужно?»

Согласен, что сейчас продается куча всяких мега пупер бустеров, которые, якобы, увеличивают мощность. Лично я устроен так, что всегда люблю понимать процессы досконально, прочёл немало литературы по моторам еще ранее, когда настраивал тюнингованные двигатели. И сейчас не буду сильно вдаваться в тонкости процессов, а приведу один очень понятный и доступный пример. Прямо как Джеймс Мэй (Топ Гир) с кексом про скорость.

Пример этот про велосипед, да, ведь наши ноги — это поршни, педали — это шатуны, и мы не задумываемся, когда и как нам давить на педаль. А если вспомнить, то мы давим на педаль, когда наше колено начинает опускаться вниз после условной верхней мертвой точки, то же происходит и с двигателем. Попробуйте давить на педаль, когда она уже почти внизу — и эффективность упадет в разы, ехать будет неудобно, поэтому суть этого устройства — настроить момент пика давления газов, которые вовремя (10-15градусов после ВМТ) толкнут наш поршень и повысят КПД, увеличат мощность/крутящий момент, ну и топливную эффективность, т.к. топливо будет выполнять больше эффективной работы. Побочно экономичность и экологичность, ведь сегодня это модно. Поэтому теория, которая гласит, что правильный угол опережения зажигания (УОЗ) может дать до 20% прироста крутящего момента, не сказка. Это вам подтвердит любой грамотный чип-тюнер.

Ну а теперь немного тонкостей о том, как горит топливо, именно горит, а не взрывается

В среднем принято, что топливо горит от 2 до 1,5мс. Поэтому с ростом оборотов коленчатого вала необходимо раньше подавать искровой разряд, чтобы пик рабочего давления в цилиндре приходился как раз чуть после прохождения поршнем верхней мертвой (ВМТ) точки (это примерно 10 — 15 градусов после ВМТ). Если подать искру совсем рано, навстречу поршню, то есть до BMT, это приведет к потери мощности и ресурса мотора. Мало того, мотор может моментально выйти из строя, может выбить прокладку головки блока цилиндра, поэтому переборщить с УОЗ опасно.

Лично я не рекомендую использовать углы больше 32 градусов, просто для того, чтобы обезопасить себя от ненужного ремонта двигателя. А теперь вопрос: так сколько же 2 мили секунды или 1,5?. Ответ таков — время горения топливовоздушной смеси (ТВС) сильно зависит от нескольких основных параметров. Первое — само топливо. Второе — турбулентность потока, а турбулентность зависит от оборотов: чем выше обороты, тем больше турбулентность, и быстрее горит смесь. Третье — качество смеси (соотношение воздух/топливо (Air fuel ratio)) на карбюраторе обычно 12 к 1, а то и 11 (богатая смесь горит дольше).

Не буду ударяться в полную теорию и приводить еще множество параметров таких, как температура ТВС и разряжение во впускном коллекторе, это нам ни к чему. Для понимания нам будет достаточно трех параметров.

Вывод: если у нас фиксированный УОЗ, как в случае с CDI (стоковое зажигание), то с ростом оборотов эффективное давление всё позже и позже приходится после ВМТ, следовательно падает эффективность, а уж мощность тем более. Большая часть топлива сгорает в выхлопном коллекторе. Теперь, надеюсь, я Вас убедил, что с ростом оборотов необходимо увеличивать УОЗ.

А теперь поговорим о самом устройстве

Данное устройство полностью заменяет CDI зажигание, CDI можно полностью демонтировать. Устройство состоит из печатной платы процессора и элементов. В основе устройства быстродействующий 8-битный микроконтроллер, операционный усилитель, опторазвязка, полевой мощный транзистор. На текущем этапе испытаний и отладки, плата огромна, все радиоэлементы выполнены в DIP корпусах. В планарных SMD корпусах плата будет в разы меньше.

Особенности

Из-за того, что мотоциклетный датчик положения коленчатого вала за один оборот выдает один импульс, появляются некоторые проблемы. Для примера, в инжекторных авто датчик положения коленчатого вала выдает 58 импульсов за оборот, что дает возможность проще синхронизировать коленчатый вал в моменты разгона и торможения. С другой стороны, на мотоцикле, где было CDI, будет меньше нагружаться процессор прерываниями от датчика коленчатого вала. Можно сделать много других полезных операций.

Поэтому было решено выполнять все вычисления в процессе каждого оборота коленчатого вала. Для того, чтобы уменьшить издержки и потерю времени на вычислениях, было решено увеличить производительность микроконтроллера за счет небольшого увеличения тактовой частоты до 20 MHz, вместо 16 MHz. Это примерно 20 MIPS производительности для данного микроконтроллера, что весьма неплохо. Учитывая скоростной алгоритм выборки и вычисления УОЗ, можно пренебречь потерями времени на вычисления. График УОЗ ступенчатый с квантизацией 250 оборотов. Этого вполне достаточно. Для настройки вычислительного блока был запланирован выход UART микросхемы. Данный выход позволяет настроить блок управления при помощи моей настроечной панели. В планах изготовить переходник, USB->UART, для более доскональной настройки при помощи компьютера.

Пока настроечная панель позволяет на работающем двигателе менять несколько параметров:

1. УОЗ холостого хода.
2. Смешение УОЗ основного графика.
3. Позволят в реальном времени наблюдать изменение УОЗ.

Эта статья достаточно общего характера. Думаю, не стоит говорить, что сейчас идет процесс активной доработки и переработки устройства, вплоть до рассмотрения новых концепций. Полностью могут измениться алгоритмы вычислений. Рассматривается удешевленный вариант устройства, и более быстродействующий. Ждите новой информации. Спрашивайте, обращайтесь.

Отдельная благодарность Денису Майданюку. Благодарю моего друга и коллегу Антона Зуева, который помогал мне изготавливать печатную плату, а также консультировал по разводке самой платы неоднократно.