Kart mal anders

Die trijekt, das Motormanagementgerät für die Einspritzanlage, stellte sich inzwischen als ein Prototyp heraus. Das ist kein Manko, denn grundsätzlich sind alle Funktionen gegeben, die ich benutzen möchte. Jedoch stellte sich nach dem ersten richtigen Einsatz in Rothenburg 2010 heraus, dass einer der internen Treiber für die Einspritzdüsen den Hitzetod gestorben war. Nun hatte ich die trijekt schon ein paar Mal auf und auch selbst schon einen Widerstand nachgelötet, um den zweiten internen Zündtreiber zu aktivieren, aber einen SMD-Baustein mit 20 beinchen zu ersetzten, das traute ich mir nun doch nicht zu. Zumal auf der Leiterkarte auch einige Lackdrahtbrücken zu finden sind und ein paar absichtliche Leiterbahnenunterbrechungen. Ein Prototyp eben. Sollte ich da nun einen dieser Drähte unabsichtlich entfernen oder abreißen, dann weiß ich nicht, wo der nun hingehört. das ist mir zu heiß und ich schicke die trijekt zum Ersatz des abgerauchten Treibers zum Hersteller ein.

Die Jungs sind gut drauf und machen das perfekt, spielen mir auch noch die aktuelle firmware drauf. Eine Sache können sie allerdings nicht gleich miterledigen: diese Leiterkartenversion erlaubt es nicht, dass die trijekt selbstgelernte a/n-Kennfeldveränderungen selbstätig nach Abschalten der Zündung in den eigenen Permanentspeicher speichert. Das erfordert immer den Anschluß eines Laptop/PC auf dem man dann F2 drückt. Schade - aber es gibt weißgott schlimmeres :-)

Mit dem Reparaturbericht bekomme ich den dringenden Hinweis, externe Zündtreiber zu verwenden, da dieser trijekt-Prototyp einen für meine Anwendung zu kleinen Kühlkörper hat. Aha - deshalb also der Hitzetod des E-Ventiltreibers. Das Thema reizt mich nun. Ich plane einfach, sämtliche Hitzeerzeugenden Funktionen aus der trijekt in eine eigene Box zu verlegen. Das sind die Zündtreiber und die E-Ventiltreiber. Es gibt noch weitere Schalter, aber die stellen sich als MOSFETs heraus, die eh keine wahrnehmbare Wärme produzieren. Um's genau zu nehmen, die E-Ventiltreiber sind auch Mosfets, aber da die E-Ventile immerhin nur 12Ohm haben, fließt da auch rund 1A Strom. Die anderen Schalter schalten weitaus geringere Ströme)

Meine Powerbox-Schaltung ist schnell gemacht. 6 Leistungs-Mosfets (IRFI1010N) als Leistungsschalter. Wie ansteuern? Einfach: die trijekt schaltet gegen Masse durch, wenn die E-Ventile eingeschaltet werden. Diese Ventile liegen gemeinsam alle an Zündplus. Die o.g. Mosfets schalten durch, wenn das Gate mehr als so um 1,2V gegen Masse sieht. Also einen Transistor davor, der als Signalinverter fungiert. Dazu noch einen pull-up der Basis gegen 12V, um ein eindeutiges Potential zu generieren, denn die(se) trijekt hat intern keine pull-ups an den Schaltausgängen. Die ventile und die Zündspulen sind ja nun... Spulen. Diese ahben die Eigenschaft, bei Abschalten der anliegenden Spannung die gespeicherte Energie wieder abzugeben. Und das machen sie, indem sie eine zur Ladespannung invertierte Spannung an den Polen erzeugen. Das nennt man i.a. fly-back und wird am einfachsten mit einer Diode in Sperrichtung zur Ladepolarität gegen 12V abgefangen. Da die Ladung der Ventilspulen mit rund 1A geschieht, ist zu erwarten, daß auch der fly-back ordentlich Energie produziert. Nun kann ich das nicht berechnen (bin auch zu faul, mir das zu ergooglen) und setzt mal eine 1N4007 ein. Das ist ein ziemlich dicker Brummer. Wenn der so ne Stunde durchhält, wird die Dimensionierung wohl ausreichend sein. Bei der Zündung mach ich das auch so. Die Zündspulen haben einen Primärwicklungswiderstand von nur 3Ohm und laden also auch mit max. 4A. Ich probier hier auch die 1N4007. Die o.g. Mosfets haben sogar ein vollgekapseltes Gehäuse, so daß ich sie zwecks Kühlung (was ich nicht erwarte) und Befestigung direkt ans Powerboxgehäuse schrauben kann. Fertig?

So. Nee so nich. Mein Kartkumpel Olli stellt den Kontakt zu einem seiner Kumpels her, der an seiner MZ eine eigenentwickelte Zündanlage fährt. Harald ist Elektroniker und hat mächtig Erfahrung. Er empfieht für die Zündstufe einen IGBT (insulated gate bipolar transistor). Äh. OK. Gibt's ja sogar zu kaufen und ist anscheinend auch etwas ganz normales. Nun... mein Feinwerktechnikstudium ist auch schon etwas her und sowas hatten wir da nicht (oder ich hab wiedermal nicht aufgepaßt). Das Ding ist für größe Ströme geeignet und auch resistent gegen hohe Spannungsspitzen. Also ideal für Zündspulen. Trotzdem empfieht harabd eine Suppressordiode zur Begrenzung der Spannungsspitzen über der Schalterstrecke. Und zwar einen 400V Typ, der in beiden Richtungen begrenzt. Den Transistor, der nur 45V verträgt, soll das nicht stören, die Suppressordiode ist schnell genug und soll so dicht, wie möglich am IGBT plaziert werden. Ok.

Der IGBT wird aber warm. Sehr warm. deshalb benötigt das Ding auch Kühlung. Den Typ, den ich kaufbar für Normalos finde, hat eine metallische Kühlfläche, die nun auch noch intern gegen Drain/Kollektor verbunden ist. Mist, da muß eine Isolierung gegen das Massepotentiel des Gehäuses her. Ich versuch's mit Silikonmatte plus Wärmeleitpaste, aber das ist nixt stabil genug. Die matte ist schnell durchs Anschrauben verdrückt und so gibt's masseschluß zum Drain/Kollekter mit dem Ergebnis, dass die angeschlossene Spule nicht mehr zündet. Glimmerscheiben sind besser. Fertig?

Ich probiere die Schaltung an EVO-4 aus. Die E-Düsen tun ihren Dienst, aber die Zündung will nicht so recht. Ich lege die rausgeschraubten, an die Zündspulen angeschlossenen Zündkerzen an Motormasse und betätige den Starter. Tolle Funken. Hmmm. Also wird das Oszi angeschlossen. Es ist nur ein 2-Kanaltyp und so zeichne ich die Signale des 1. E-ventils und der 1. Zündspule auf. Die Berechnung der Zeitabstände stimmt mit dem Intervall, das das Oszi zeigt überein. Komisch. ich gebe meine Untersuchungen nach einiger Zeit auf und mails an trijekts. Der Tobi kennt mich und meine trijekt inzwischen und weiß aber auch keinen Rat. Ich schick ihm sogar mein setup und er simuliert in seinem Labor, dass alles ok ist. In einem nebensatz erwähnt er, dass die trijektinternen Zündtreiber genau andersrum schalten, wie die Mosfetausgänge der trijekt. Die Zündtreiber schalten auf high, wenn gezündet wird, die Mosfets schalten aber low. Klar, denn die Zündtreiber schalten die Spulen ja direkt, die Mosfets schalten externe Zündtreiber, die anscheinend wirklich nur reine IGBTs intern besitzen. Das bedeutet natürlich, dass meine Schaltung keine invertierenden Transistoren benötigt. Ahaaa.

Und, da ich nun schon wieder an der Schaltung rumoptimier, mach ich's auch gleich richtig und realisiere die zwei Dinge, die auch schon auf dem zettel stehen:

1. Die Mosfets benötigen anscheinend einen mindeststrom über der Schaltstrecke von mehr, als 45mA. So lese ich das zumindest aus meinen letzten Oszi-Aufzeichnungen heraus. Damit baue ich einen pull-up an den Eingangsanschlüssen von 270Ohm/2W ein.

2. Matthias, mein Kumpel, der auch so mgern bastelt und den ich immer für die kleinen Elektronikdinge befrage gibt mir den Tip, daß der invertierende Transistor nur sauber öffnet, wenn die Basisspanmnung unter 0.7V liegt. Ich nehme mir mal die gesamten Kabel- und Steckverbindungen vor und komme auf einen möglichen Spannungsabfall von um 0.5V. Sollte nun mal eine Masseverbindung oder eine Steckverbindung ganz leicht korrodieren, kommen sicher schnell noch ein paar Millivolt dazu. Dann steht zu erwarten, dass der Transistor nicht mehr sauber öffnet. Dies zu verbessern gelingt mit einer Z-Diode vor der Basis. Ich nehme mal eine mit 2.7V Durchbruchspannung. Mehr als 7,5V sollten esjedenfalls nicht sein, denn beim Starten bricht die Batteriespannung sowieso bis nahe 9V ein und dann hätten wir den anderen Fall, dass der Transistor nicht mehr sauber schließen kann. Fertig? Jetzt?