В серии последних тестов моего двигателя (152FMH 107cc), я понял что не могу разгоняться в режиме максимальной мощности, которая находится в диапазоне от 9000 до 12000 об/мин. На первой передаче при подходе к 9000 об/мин двигатель резко подхватывает и моментально закидывает на 13000 об/мин, не успеваешь даже понять, когда переключиться на вторую, а ограничение оборотов даже не чувствуется, слишком быстро все происходит. Переключаемся на вторую, приближаемся к 9000 об/мин, чувствуем приток свежей силы, начинается неимоверное ускорение и на те вдруг 10000 об/мин, "лошадь резко застонала, спотыкнулась и упала"))), привет отсечка по оборотам, мопед перестает ехать, начинает дергаться, пердеть, чихать и хлопать. Все - мы не можем выжать все соки с нашего оборотистого двигателя.
Раньше у меня таких проблем не было, потому что двигатель просто физически не мог раскручиваться до таких оборотов, при разгоне чтобы перевалить стрелку тахометра с 8000 на 9000 об/мин, нужно было прям выжидать этот момент, а разгон до 8000 был вполне уверенным.
В стоке мой мопед был укомплектован AC CDI коммутатором с высоковольтной катушкой в генераторе, который меня не удовлетворял своей работой на холостых и малых оборотах, из-за слабого заряда разрядного конденсатора в коммутаторе, и отсутствия изменяемого угла опережения зажигания. В связи с чем двигатель неустойчиво работал и периодически глох на холостых, плохо трогался с места в натяг с малой подгазовкой без раскрутки двигателя.
Было решено купить на Алишке DC CDI коммутатор с изменяемым углом опережения зажигания. Про максимальные обороты я тогда и не думал.
На момент покупки я нашел только такой, китайцы зачем то вывели дополнительный провод. Я попросил схему подключения, но мне не ответили. Методом тыка было решено запитать его на +12В. Покупкой я был вполне доволен, двигатель стал работать как часики, перестал глохнуть на холостых, легко трогался и ехал на малом газу. Все благодаря работе от аккумулятора и меньшему углу опережения зажигания на оборотах ниже 3000 (так говорит нам интернет).
Ну а теперь перейдем к сути, "как подвинуть полку оборотов в большую сторону или полностью избавиться от нее?". Меня очень сильно заинтересовал этот вопрос и я решил досконально во всем разобраться. Бороздя просторы интернета, ответа не нашлось, как и у большинства людей, которые задавались этим вопросом. На форумах, такие вопросы людей заканчиваются ответами: " да ты дурак, да зачем тебе это нужно?". В общем, от этого вопроса пустая дырка в голове. Вариант с покупкой "аля" спортивного коммутатора с Алишки меня не устраивает, порой китайцы сами не знают что продают. Пришлось разбираться с этим вопросом самому, а именно с принципиальными электрическими схемами коммутаторов.
Просмотрев сотни фотографий с электрическими схемами, принял решение разобраться с наиболее часто встречающимся коммутатором и его принципиальной электрической схемой.
Пока разбирался с принципом работы данной схемы, все не мог понять "какого лешего этот транзистор здесь делает?", если он физически работать не может. Поискав еще пачку схем на такой же коммутатор, все таки утвердил, что в этой схеме ошибка и этот транзистор должен стоять развернуто.
По приписке к верхней схеме "max. 10000 RPM", предполагаем что отсечка у этого коммутатора на 10000 об/мин. Почему так и что на это влияет, теперь мы и будем разбираться.
Аббревиатура CDI (Capacitor Discharge Ignition) дословно означает "зажигание от разряда конденсатора", поэтому первым делом нам надо зарядить конденсатор. Основная проблема в том что это не просто конденсатор, а высоковольтный и зарядить его надо до порядка 200В. Откуда же в мопеде взять эти 200В, имея под рукой бортовую сеть напряжением 12В.
Есть два метода решения этой задачи:
1) установить высоковольтную катушку рядом с катушкой генератора. Эта катушка примечательна тем что на нее намотан очень тонкий провод и огромное количество витков. В результате мы получим переменное напряжение достаточной величины, которое остается просто выпрямить и пустить на зарядку конденсатора. Но оно очень сильно зависит от оборотов двигателя, на холостых его значение может быть ниже оптимального, а на высоких превышать оптимальное в несколько раз, что чревато межвитковым пробоем катушки (особенно если двигатель крутить сверх расчетных значений, как в моем случае). Благо в коммутаторах AC CDI стоят стабилизаторы напряжения, не дающие ему подняться выше заданного значения. С заниженным напряжением вопрос в данном случае никак не решить. Но есть более продвинутый и цивилизованный вариант заряда разрядного конденсатора.
2) собрать электрическую схему, повышающую напряжение бортовой сети с 12В до требуемых нам 200В. За это в DC CDI коммутаторах отвечает "блок питания разрядного конденсатора", собранный на повышающем трансформаторе и компонентах управляющих им.
Схема до боли проста, но при этом очень эффективна. Вся она собрана только ради того чтобы зарядить разрядный конденсатор С6 и поддерживать этот заряд на должном уровне. Схема слабо зависит от питающего напряжения. Даже если питающее напряжение +12В будет уходить в большую или меньшую сторону на несколько вольт, напряжение на конденсаторе всегда будет иметь заданное значение в районе 200В.
Стабильный заряд конденсатора мы себе обеспечили. Теперь нам надо его как-то разрядить, чтобы получить искру. За это отвечает вторая половина - "схема управления коммутатором":
За разряд конденсатора С6 отвечает тиристор Q9, именно его надо открыть чтобы получить искру в нужный момент. От скорости открытия тиристора зависит скорость разряда конденсатора, а следовательно и качество искры. Для улучшения быстродействия в схему интегрирована микросхема IC1, состоящая из двух операционных усилителей. На базе этой микросхемы собрана логическая схема, которая может иметь на выводе (1) только два состояния: "0" или "1". Переход между состояниями происходит практически мгновенно, что гарантирует нам быстрое открытие тиристора, можно сказать что скорость открытия тиристора, теперь зависит только от быстродействия самого тиристора. За управление микросхемой отвечает вывод (3), при подаче на него напряжения +5В, она переходит из состояния "0" в состояние "1", при его отсутствии она возвращается в состояние "0". В состоянии "0" идет заряд конденсатора, в состоянии "1" идет разряд, мы получаем искру. Во время состояния "1" параллельно с отпиранием тиристора Q9, подается питание на транзистор обратной связи Q6 в блоке питания разрядного конденсатора, через диод D8. В результате блок питания выключается и перестает заряжать разрядный конденсатор С6 в момент его разряда, что положительно сказывается на скорости его разряда и на качестве искры. При переходе микросхемы в состояние "0" тиристор Q9 запирается, блок питания включается, начинается новый цикл заряда конденсатора C6 и мы снова готовы дать искру. С этой частью схемы мы разобрались, сделано все очень грамотно (мне нравится), работает достаточно шустро.
Для управления коммутатором в двигателе установлен магнитно индукционный датчик (будим называть его датчик Холла), а на роторе генератора присутствует прирост который проходя мимо датчика генерирует в нем ток (напряжение) в виде двух коротких синусоидальных импульсов. Первый импульс - при подходе нароста к датчику и второй импульс - когда прирост полностью прошел мимо датчика, но уже противоположной полярности. Величина напряжения импульса напрямую зависит от оборотов двигателя, чем выше обороты- тем выше напряжение, которое может достигать десятков вольт. Во избежание пробоя P-N переходов транзисторов, на входе коммутатора стоят стабилитроны Z1 и Z2, ограничивающие уровень входного сигнала в пределах 4,7В. Порядок поступления положительного и отрицательного импульса имеет ключевую роль в работе нашего коммутатора, особенно рассматриваемого мной в этой статье.
На фотографии выше, осциллограмма с датчика Холла при 3500об/мин.
Как видим сигнал имеет сперва положительный импульс, а потом отрицательный. Амплитуда сигнала 6,9В.
А это осциллограмма при 8200об/мин, двигатель успел сделать три полных оборота, в результате мы получили три одинаковых сигнала, но при этом возросла амплитуда сигнала до 22,15В.
Сигнал управления на вывод (3) микросхемы IC1 поступает от усилителя входного сигнала, собранного на транзисторах Q1, Q2,Q3,Q4 и Q7, подключенных каскадом Q2-Q3 и Q1-Q4, через транзистор Q7. При поступлении положительного импульса от датчика Холла на вход коммутатора, заряжается входной конденсатор С2 и открывает каскад усилителя Q2-Q3. В точке "В" напряжение поднимается до +5В, конденсатор C7 заряжается до +5В, открывается транзистор Q7 и подает питание на вывод (3) микросхемы IC1. В свою очередь она переходит из состояния "0" в состояние "1", подается питание на управляющий вывод тиристора Q9, он открывается и разряжает разрядный конденсатор С6, в итоге мы получаем искру. Сигнал с датчика кратковременный, в виде короткого всплеска, для перестраховки стоит конденсатор C7 и транзистор Q7, которые поддерживают питание на выводе (3) микросхемы на небольшой промежуток времени, даже после окончания положительного импульса с датчика Холла. Этого времени вполне достаточно чтобы разрядный конденсатор С6 успел полностью разрядиться. Микросхема IC1 переходит в режим ожидания, разрядный конденсатор С6 снова начинает заряжаться.
Вслед за положительным импульсом через очень небольшой промежуток времени приходит отрицательный импульс. Но есть небольшой нюанс в работе каскада усилителя на транзисторах Q1-Q4, который открывается отрицательным импульсом. При малых оборотах двигателя, величина напряжения импульса невелика и не может задействовать данный каскад из-за особенности электрической схемы, в результате он бездействует до определенного момента. С ростом оборотов сила импульса растет, а вместе с ним и уровень входного сигнала, каскад усилителя на транзисторах Q1-Q4 начинает открываться. В результате напряжение на выводе (5) микросхемы IC1 стремится к нулю через резистор R6, тем самым выводя микросхему из состояния покоя и напряжение на управляющем выводе (1) микросхемы IC1 снова становится +5В, что вызывает второй разряд разрядного конденсатора С6 спустя очень небольшой промежуток времени после первого разряда, если конечно он успел зарядиться.
Момент, когда отрицательный импульс начинает задействовать каскад усилителя на транзисторах Q1-Q4, напрямую зависит от чувствительности датчика и величины оборотов двигателя. Этот момент в среднем находится в диапазоне от 2000об/мин до 4000об/мин, которым можно варьировать изменяя номинал входного резистора R1. Увеличивая номинал резистора R1 например с 330Ом на 390Ом мы сместим начало работы входного каскада усилителя на транзисторах Q1-Q4 от отрицательного импульса в сторону большего числа оборотов, например с 2500об/мин на 3000об/мин. Данное изменение номинала резистора слабо влияет на работу каскада усилителя на транзисторах Q2-Q3-Q7 от положительного импульса, но влияние также оказывает. Например искра начнет появляться не на 500об/мин, а только при 600об/мин. Если вы заводите с кикстартера - вероятно пинать придется поусердней, но также это зависит и от чувствительности датчика Холла, вероятнее всего вы не заметите никаких изменений.
С основными нюансами работы системы зажигания мы разобрались. Но теперь встает вопрос: зачем нам две искры в одном такте сжатия, первая с опережением 30' и вторая с опережением 15', но с задержкой по оборотам двигателя (условно - только когда обороты двигателя выше 3000об/мин).
Возвращаемся к началу статьи и вспоминаем типы коммутаторов AC и DC.
Рассматривая принципиальную электрическую схему самого бюджетного AC CDI коммутатора видно, что управляющий сигнал от датчика Холла поступает на тиристор Q1 через диод D4, тем самым пропуская только положительный импульс от датчика, отрицательный импульс пройти не может и даже если б мог, он все равно не сможет открыть тиристор. Из-за особенности данной схемы производитель устанавливает такие датчики Холла, которые сперва генерируют положительный импульс на опережении +30', о потом отрицательный импульс на опережении +15'. Таким образом мы имеем постоянное зажигание с опережением в +30', с которым двигатель очень плохо работает на малых оборотах, но все же работает и неплохо работает в основном рабочем диапазоне оборотов двигателя.
Напомню, что именно такой коммутатор стоял на моем мопеде и вот такой датчик Холла с которого я снимал осциллограммы.
Данный датчик имеет всего один плюсовой вывод, масса датчика находится на корпусе -металлическая пластина посредством который датчик крепится на двигателе.
Подитог: если на вашем мопеде изначально стоял AC CDI коммутатор, он питался от высоковольтной катушки генератора и стоит датчик, который выдает сперва положительный импульс, а потом отрицательный.
Ваш коммутатор не ограничивает максимальные обороты двигателя и имеет постоянный угол опережения зажигания, равный 30'. Максимальные обороты двигателя ограничены лишь технической возможность развивать те или иные обороты. Если вас устраивает работа двигателя на малых оборотах, "сидите на попе ровно", но можете призадуматься о тюнинге технической составляющей двигателя.
Что будет если мы купим DC CDI коммутатор, схему которого я рассмотрел выше, но при этом датчик Холла останется прежним и будет выдавать сперва положительный импульс, а потом отрицательный? В работе вашего двигателя ровным счетом ничего не изменится, максимальные обороты он также не ограничивает, хоть и сказано 10000об/мин.
Так как же быть с этим DC CDI коммутатором? Для его правильной работы датчик Холла должен сперва выдавать отрицательный импульс, а после него положительный.
Осциллограмма этого датчика должна выглядеть примерно вот так. Реального фото не было, я просто отзеркалил имеющееся, но суть в принципе должна быть понятна. При такой последовательности импульсов на малых оборотах из-за "слабости отрицательного импульса" разрядный конденсатор разряжаться не будет, а разрядится только после прихода положительного импульса. Опережение зажигания в данном случае будет +15'. С ростом числа оборотов отрицательный импульс "набирает силу" и ориентировочно с 3000об/мин начинает разряжать разрядный конденсатор, угол опережения зажигания становится +30'.
Имея такой DC CDI коммутатор и правильную последовательность входных импульсов от датчика, мы получим отличную работу двигателя на малых оборотах и требуемый угол опережения зажигания на повышенных.
При оборотах двигателя выше 3000об/мин если разрядный конденсатор успеет зарядиться, мы получим две искры: первую на угле +30' и вторую на угле +15', на работу двигателя это никак не влияет и этим можно пренебречь.
Как точно выбрать такой датчик Холла я сказать не могу, но я себе купил датчик с двумя проводами. Катушка этого датчика изолирована от корпуса и последовательность импульсов можно менять просто меняя подключаемые провода местами.
Об этом нюансе я догадался недавно, я ездил со старым "неправильным" датчиком и коммутатором с изменяемым углом опережения зажигания, фото которого я выкладывал выше, и при этом все как-то работало. Пока я разбирался в этом вопросе мой коммутатор приказал долго жить и я пустил его под нож.
На верхнем фото видно собранный блок питания для разрядного конденсатора на повышающем трансформаторе и транзисторе, на нижнем фото - микросхема с 14ю ножками, которая управляет коммутатором. Часть элементов по входной линии я уже выпаял, в основном резисторы и конденсаторы. Красный провод был припаян к плате +12В, на разъеме ножка питания была отрезана. Как выяснилось блок питания разрядного конденсатора исправно работает , а вот микросхема вышла из строя. Мануала на микросхему я не нашел (SX195), поэтому я не могу сказать как она работает и какие функции в нее заложены. Судя по тому что и как подключено к ее выводам, это явно не 4 операционных усилителя в одном корпусе. Но одно я могу сказать точно: изменение угла опережения зажигания работает даже с неправильным датчиком Холла, по поводу отсечки пока не уверен, нужно провести повторные тесты.
Теперь я ищу хороший коммутатор с изменяемым углом опережения зажигания, без отсечки по оборотам двигателя. Можно купить коммутатор который я разобрал в этой статье, вполне достойный вариант, фишку только придется поменять на мопеде под коммутатор. Либо купить аля тюнинговый, вот наиболее продвинутый вариант:
Судя по электронным компонентам которые монтированы на плате, очень продуманная электрическая схема. На алишке очень много подобных вариантов в желтом корпусе с прозрачным компаундом, но если присмотреться в саму суть там намного слабее архитектура, чем в представленном мною варианте. И заметьте, тут также присутствует микросхема с 14ю ножками, возможно такая же как и в моем коммутаторе, а может это операционный усилитель и начинка вполне может оказаться как в коммутаторе, который я разобрал в этой статье. Из того что я вижу через компаунд: есть входной резистор R1 (если смотреть по схеме оригинала в самом верху статьи), стоят два стабилитрона Z1 и Z2, резистор R2, конденсатор C1, транзисторы Q1 и Q2, резисторы R3 и R4, конденсаторы C2 и С3. В общем собран входной каскад на транзисторах для положительного и отрицательного импульса, что уже говорит о том, что изменение угла опережения зажигания будет работать если у вас установлен правильный датчик. А по поводу регулируемого угла опережения зажигания с помощью подстроечного резистора, мне кажется это баловство. Лично мой двигатель тарабанит на холостых, либо крутится заведомо выше 5000об/мин. Очень редко я попадаю в пробки и приходится ползти как дохлая лошадь, в таком случае может можно накрутить что-нибудь интересное.
Как итог этой статьи: для ограничения максимальных оборотов двигателя нужна дополнительная электрическая схема, которую нужно собрать и поместить в корпусе, что усложняет изделие и приводит к повышению его стоимости, что совсем ни к чему для дешевого скутера. Либо устанавливается универсальная микросхема, как в моем случае, в которую изначально заложены необходимые функции. В двигателях с AC CDI коммутаторами ограничение максимальных оборотов двигателя реализовать в разы сложнее, что опять никому не нужно.
В реалии раскрутить двигатель до больших оборотов под нагрузкой (не на стоячей технике) это целая сложная задача, которую нужно реализовать, которая требует особых технических решений, что очень далеко от двигателей китайских скутеров. Если вы имеете в своем владении инжекторный автомобиль попробуйте стоя на месте выжать педаль газа в пол и держите ее в таком положении, вы сразу почувствуете отсечку по максимальным оборотам, причем это делается программно, очень нежно и мягко во избежание повреждения двигателя.
На карбюраторных двигателях, если такая функция заложена в коммутатор, она выполнена технически: 10001об/мин нет искры, 9999об/мин есть искра. Двигатель будет колошматить не по детски и вы это сразу заметите.
Если вы разгоняетесь в полный газ например на 2-ой передаче и двигатель просто перестает набирать обороты, начинает тупо выть, в таком случае вы уперлись в техническую возможность дальнейшего набора оборотов и коммутатор здесь не причем.
В дополнении к теме коммутаторов.
Коммутаторы собранные на микросхеме с 14ю ножками типа микропроцессорные, работают с любым типом датчиков и дают нормальный угол опережения зажигания. Если на микросхеме с 8ю ножками, то это ОУ как в схеме которую я разбирал, работает только с датчиком обратной полярности, коммутатор не стандартный поэтому его тяжело встретить в продаже. Также нашел аналоговый коммутатор с изменяем УЗО без отсечки по оборотам, работает только с датчиком прямой полярности, купил в местном магазине мототехники, коммутатор из серии самых дешевых.
По датчикам: все датчики изготавливаются с прямой полярностью, даже тот что у меня с двумя проводами. Поэтому все производители рассчитывают работу коммутаторов под датчики прямой полярности.
И опять дополнение: в ходе проведенных тестов коммутатора на микропроцессоре выяснилось что он не имеет отсечки по оборотам. По крайней мере мой двигатель под нагрузкой раскручивается до 11000-12000 об/мин, при этом нет ни намека на пропуски зажигания. Как оказалось проблема в отсечке на 10000об/мин была в новом распредвале от LF150, не рекомендую к покупке. Кому интересна тема распредвала - читайте мою статью про спортивный распредвал.
PS: Всем удачи)))