Projekt · Elektronik & Software
Elektronische Zündung
Mikrocontrollerbasierte Zündsteuerung für eine Jöhstadt TS 8/8 – entwickelt für einen zuverlässigen Start, eine drehzahlabhängige Zündverstellung und die Diagnose des Motorbetriebs.
Ausgangssituation
Warum eine neue Zündung?
Die originale Zündung der TS 8/8 arbeitet mit mechanischen Unterbrecherkontakten. Verschleiß und Einstellaufwand können die zeitliche Zündauslösung beeinflussen. Gleichzeitig soll die Pumpe beim manuellen Anreißen möglichst zuverlässig starten.
Die Neuentwicklung ersetzt die mechanische Auslösung durch eine elektronische Steuerung. Dadurch lässt sich der Zündzeitpunkt abhängig von der Motordrehzahl vorgeben und die Funktion des Systems diagnostisch beobachten.
Systemarchitektur
Vom Kurbelwinkel zum Zündfunken
Die Steuerung erfasst die Kurbelwellenbewegung mit einem inkrementellen Drehgeber. Der ESP32-S3 verarbeitet Position und Drehzahl, berechnet die Zündvorgabe und gibt zwei galvanisch getrennte Steuersignale an das externe Zündmodul aus.
Position erfassen
A/B-Signale liefern die relative Winkelinformation, das Z-Signal stellt die Referenz pro Umdrehung her.
Drehzahl bestimmen
Aus den Geberereignissen berechnet die Firmware die aktuelle Bewegung der Kurbelwelle.
Zündvorgabe berechnen
Eine hinterlegte Kennlinie legt abhängig von der Drehzahl die Zielwerte für beide Zündkanäle fest.
Zündung auslösen
Optokoppler und High-Side-Schalter übertragen die Steuersignale an das externe zweikanalige Zündmodul.
Hardware
Eigene Steuerplatine
Die selbst entwickelte Leiterplatte bündelt Signalaufbereitung, Spannungsversorgung, Schutz- und Filtermaßnahmen sowie die Ausgangsstufen zum Zündmodul. Der kompakte Aufbau reduziert Verbindungswege und erleichtert die Integration an der Pumpe.
Mechanische Integration der Steuerung und Komponenten während der Inbetriebnahme.
Firmware
Zündzeitpunkt abhängig von der Drehzahl
Eine feste mechanische Einstellung muss für alle Betriebszustände einen Kompromiss bilden. Die elektronische Steuerung kann dagegen eigene Vorgaben für Start, Hochlauf und Lastbetrieb verwenden.
Schematische Darstellung – keine Wiedergabe konkreter Kennlinienwerte.
Diagnose
Motordaten direkt im Browser
Für Inbetriebnahme und Abstimmung stellt die Steuerung Diagnoseinformationen über eine Weboberfläche bereit. So lässt sich das Betriebsverhalten während des Versuchs unmittelbar beobachten.
Erprobung
Von der Werkbank zur Pumpe
Die Inbetriebnahme erfolgte schrittweise. Zunächst wurden Signalverarbeitung und Zündausgänge messtechnisch geprüft, anschließend die mechanische Zündreferenz kontrolliert und die Kennlinie beim Wasserpumpen unter Last abgestimmt.
Oszilloskopmessung
Kontrolle von Drehgeber- und Zündsignalen sowie der zeitlichen Zuordnung der Ausgänge.
Lastversuch
Abstimmung des Motorverhaltens während realer Wasserförderung und Beurteilung des Hochdrehverhaltens.
Ergebnis
Vom Prototyp zum praktischen Einsatz
Nach der Anpassung von Zündvorgabe und softwareseitigen Freigabebedingungen wurde ein unmittelbares Anspringen des warmen Motors beobachtet. Das entwickelte System ist inzwischen praktisch im Einsatz.
Unmittelbares Anspringen nach der Abstimmung des Systems.
Gesamtsystem ist auf diese Maximaldrehzahlausgelegt
Die elektronische Zündsteuerung wurde in den regulären Betrieb der Pumpe übernommen.
Integration
Kompakt an der Pumpe verbaut
Steuerung, Drehgeber und Zündmodul wurden so angeordnet, dass die Komponenten am Versuchsträger dauerhaft genutzt werden können. Die Elektronik verbindet dabei die ursprüngliche Motormechanik mit moderner Sensorik, Firmware und Diagnose.
- Eigene Leiterplatte und Firmware
- Direkte Erfassung der Kurbelwellenbewegung
- Zwei getrennte Zündkanäle
- Drehzahlabhängige Zündvorgabe
- Webbasierte Diagnose im Betrieb
Weiterentwicklung
Die Plattform bleibt erweiterbar
Der aktuelle Aufbau bildet die Grundlage für zusätzliche Mess- und Regelungsfunktionen. Geplant sind Sensoren, mit denen Motor- und Pumpenbetrieb künftig detaillierter erfasst werden können.
Zylinderkopftemperatur
Kontinuierliche Erfassung der thermischen Belastung.
Eingangsdruck
Messung der Bedingungen auf der Saugseite der Pumpe.
Ausgangsdruck
Beurteilung der Wasserförderung auf der Druckseite.
Klopferkennung
Grundlage für eine spätere Regelung des Zündwinkels nahe der Klopfgrenze.