Pulsweitenmodulation PWM

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Die Pulsweitenmodulation oder auch Pulsbreitenmodulation (PWM, engl. Pulse Width Modulation)[Bearbeiten]

Die Pulsweitenmodulation ist auch als Pulsbreitenmodulation oder dem englischen Begriff "Pulse Width Modulation" bekannt und wird in Anlehnung an die englische Schreibweise "PWM" abgekürzt.



High Impedance oder Low Impedance Injectors[Bearbeiten]

Einspritzdüsen werden in hochohmig (high impedance) und niederohmig (low impedance) unterteilt. Hochohmige Düsen haben für gewöhnlich einen Widerstand von etwa 12 – 16 Ohm und können direkt an einen 12V-Gleichspannungsquelle angeschlossen werden, das heißt es ist keine Art von Strombegrenzung notwendig. Niederohmige Düsen liegen mit dem Widerstand im Allgemeinen unter 3 Ohm und benötigen irgendeine Art von Strombegrenzung. Die MegaSquirt ermöglicht die Begrenzung des Stromes mit Widerständen, oder durch die Anwendung von Pulsweitenmodulation, eine softwaretechnische Lösung des Problems, welche in die MS bereits integriert ist.



Das Prinzip der Pulsweitenmodulation[Bearbeiten]

Injector PWM.png


Bei der PWM wird die Masseverbindung von der Einspritzdüse zu der 12V-Spannungsversorgung sehr schnell an- und ausgeschaltet (in etwa 0,000059 Sekunden). Das Verhältnis zwischen den „An“- und den „Aus“-Zeiten bestimmt den Strom der durch die Spulen der Einspritzdüsen fließt. Einfacher gesagt, geben die PWM% prozentual den effektiven Wert der Versorgungsspannung wieder der an den Spulen ankommt: Eine PWM mit 50% bei einer Versorgungsspannung von 14 Volt ergibt effektiv 7 Volt. 28% bei gleicher Versorgungsspannung wären dann effektiv nur noch 4 Volt, usw.



Der Unterschied zwischen Pulsweite und PWM%[Bearbeiten]

Beachten sie das „Pulse Width“ (Pulsweite) und „PWM%“ zwei vollkommen unterschiedliche Sachen darstellen. Pulsweite ist totale Dauer während der die Düse aufgesteuert wird, die PWM% gibt dann das Verhältnis von „An“ zu „Aus“ während dieser Pulsweite. In der Grafik oben zum Beispiel ist die Pulsweite für beide Fälle gleich groß, jedoch beträgt die PWM% im ersten Fall 50% und im zweiten nur 25%.

Die PWM% die sie benutzen können hängt von der Art ihres „Flyback Circuits“ (Rücksprung-Stromkreis?) ab. Die Hardware der Platinen-Version 2.2 verlangt generell etwa 55 bis 75% PWM. Viele Motoren würden mit kleineren Werten laufen, jedoch würde die Spannung für ein erneutes Anlassen nicht ausreichen. Hier sei angemerkt das der embedded Code ab Version 2.986 (Link zum Code: http://www.bgsoflex.com/v2.98/megasquirt.s19) die PWM während des Anlassens deaktiviert, was dann wiederrumetwas geringere PWM% bei laufendem Motor zulässt. Das sogenannte Flyback Board ermöglicht es die PWM% drastisch zu reduzieren, im Allgemeinen auf 30% und weniger. Außerdem hat es den positiven Effekt, dass durch dessen Verwendung die Einspritzdüsen schneller schließen können.



Die Injector Open Time[Bearbeiten]

Mit einer verbesserten Flyback-Steuerung, ist es möglich die Injector Open Time (Vorsicht: Dabei handelt es sich tatsächlich um die Summe der Öffen- und Schließzeit der Düse) zu reduzieren und damit die Dauer des steuerbaren Teil der Pulse Width (d.h. ab Ende der Open Time) zu verlängern.

Das Wichtige an dieser Injector Open Time ist die Tatsache, dass sie die Grenzen für die eigentliche Pulsweite runtersetzt (ungeachtet dessen ob die PWM aktiv ist usw.). Wenn sie also eine Injector Open Time von 1,7ms haben, können sie keine Pulsweiten von 1,6ms erreichen, selbst wenn VE = 0 wäre. Die MegaSquirt geht davon aus, dass während dieser Injector Open Time kein Kraftstoff eingespritzt wird, aber in Wirklichkeit passiert das. Jedoch kann man kaum berechnen wie viel. Je länger die Zeit zum Öffnen ist, desto mehr Kraftstoff wird währenddessen eingespritzt. Mit einer kürzeren Open Time (erreicht durch Zuschalten der vollen Betriebsspannung; also ohne PWM) kann die Injector open Time verkürzt werden.

Ihr Motor benötigt wenn er auf Betriebstemperatur ist eine bestimmte Menge an Kraftstoffe um sauber im Leerlauf zu drehen. Erfordert diese Menge Pulsweiten die unter die Injector Open Time sinken, werden sie in diesem Zustand immer ein zu fettes Gemisch und keine Chancen es weiter abzumagern (mal abgesehen von der Absenkung des Kraftstoff-Drucks).



Allgemeines über die PWM, Low Impedance Injectors und dem Flyback-Schaltkreis[Bearbeiten]

Hier sei nochmal gesagt, dass die PWM ab Code v2.986 während des Anlassens deaktiviert ist; die Spulen erhalten die volle Spannung. Das verhindert, dass die `rauen´ Bedingungen beim Anlassen (niedrigere Batterie-Spannung usw.) die Düsen veranlassen sich gar nicht erst zu öffnen. Mit Widerständen wäre so etwas nicht möglich, es sei denn sie lassen sich einen Weg einfallen, um die Widerstände während des Anlassens zu umgehen (wie es bei älteren Autos bei der Zündspule gemacht wurde).

Wollen sie niederohmige Einspritzdüsen - auch Peak & Hold Injectors (P&H) genannt – einsetzen, so müssen sie diese parallel anschließen. Die Verkabelung ist bei P&H- und gesättigten (hochohmigen) Einspritzdüsen dieselbe.

Wollen sie mehr als die empfohlenen Anzahlen von Einspritzdüsen (siehe unten) verbauen, so muss jeder Einspritzdüse ein Widerstand vorgeschaltet werden oder Modifikationen am Flyback Setupdurchgeführt werden.



Leitfaden für die richtige Wahl der Strombegrenzung[Bearbeiten]

Die folgende Tabelle stellt einen Leitfaden für die Entscheidung dar, ob sie mit Widerständen oder mit dem Flyback Board arbeiten sollten:

Injector Impedance.png



Der sogennante Flyback-Fehler[Bearbeiten]

Wenn sie einen Flyback-Fehler vorliegen haben, können sie den Standard Flyback-Stromkreis der V2.2 nicht mehr benutzen. So ein Fehler taucht häufiger nach Passagen mit hohen Drehzahlen und hoher Last, als beim erstmaligen Starten des Motors. So eine Fehlfunktion des Flyback-Schaltkreises werden sie mit dem Stimulator nicht bemerken; er zeigt sich dann erst am Fahrzeug.

Anzeichen eines bevorstehenden Flyback-Fehlers:

  • Oftmals sind mit der Zeit immer höhere PWM% nötig
  • Der Motor beginnt eventuell ungleichmäßig zu laufen, besonders unter hohen Drehzahlen und Lasten
  • Die Einspritzdüsen bleiben eventuell in der Offen-Stellung hängen und fluten den Motor

Wenn der Flyback-Schaltkreis ausfällt, zeigt sich das manchmal am Q1 (den TIP32 auf der Rückseite der Platine); er ist dann sehr spröde oder gar verbrannt. Jedoch sieht er manchmal auch aus wie neu.

Ist der Q1 offensichtlich defekt, ist das ein sicheres Zeichen für einen Flyback-Fehler.

Um den Fehler zu beheben, müssen sie entweder ein flyback board verwenden oder Widerstände verbauen (injector resistors).

Wenn sie ein Flyback Board verwenden wollen, müssen einige der originalen Flyback-Komponenten der V2.2 stillgelegt werden, also tauschen sie lieber keinen Komponenten aus, bevor sie nicht das Flyback-Board installiert haben.

Wenn sie jedoch den Flyback-Schaltkreis der V2.2 reparieren und Widerstände (Link hierzu: http://www.megamanual.com/v22manual/minj.htm#injresist) verwenden wollen, müssen sie folgende Komponenten erneuern:

  • Q1 (497-2629-5ND; ca. 98ct.)
  • U7, der 34151 FET Treiber-IC (IXDI404PI-ND, ca. 4,12$)
  • Q2 und Q7, die FETs (IRFIZ34G-ND, 2x für ca. 1,43$ das Stück)

Wenn sie die Reparatur-Arbeiten durchführen, sollten sie vielleicht gleich einen Sockel für den FET Treiber verbauen (AE7208-ND, ca. 35ct.), damit der FET die Hitze vom Löten nicht abbekommt. Ebenso wird ein zukünftiger Austausch vereinfacht.

Die Widerstände und Dioden des Flyback-Schaltkreises der V2.2 scheinen den Fehler generell zu überstehen, trotzdem sollten sie diese Teile auch mit ordern und ersetzen (diese Teile sind sehr preiswert):

  • R12 und R17 (22QBK-ND, ca. 28ct. Für 5 Stück)
  • R32 (270H-ND, ca. 27ct. Für 5 Stück)
  • D20, D22 und D23 (1N4001DICT-ND, ca. 26ct. pro Stück)
  • D21 (1N4753ADICT-ND, ca. 36ct. Pro Stück)

Um zukünftig Flyback-Fehler zu vermeiden, können sie entweder das Flyback-Board verwenden oder Widerstände für die Einspritzdüsen verbauen.

Das Flyback-Board:

  • Ermöglicht den Düsen sich etwas schneller zu öffnen als bei der Verwendung von Widerständen, was den dynamischen Bereich der Düsen vergrößert (mit Widerständen verlängert sich die Öffen-Zeit der Düsen um ca. 1,0ms)
  • Gibt während dem Anlassen volle Spannung auf die Düsen (kann bei großer Kälte und grenzwertiger Batteriespannung hilfreich sein)
  • Macht es möglich den Strom durch die Spulen der Einspritzdüsen durch das Abstimmen zu minimieren. Theoretisch kann das die Lebensdauer der Düsen erhöhen, da diese sich weniger erhitzen
  • Ist in manchen Fällen günstiger als die notwendigen Widerstände (abhängig natürlich von der Anzahl die sie benötigen)

Die Widerstände dagegen:

  • Sind einfacher
  • Haben keine aktiven Komponenten, die ausfallen können
  • Benötigen weniger Verkabelungsaufwand
  • Haben sich in Millionen OEM-Anwendungen Mitte der 80er bewährt

Beispiel: Der Widerstand 825F7R5-ND für Einspritzventile kostet pro Stück 4,66$. Das Flyback-Board kostet 12$, die Komponenten 6,86$, gesamt also 18,86$. Also würde sich finanziell gesehen ab mehr als vier Düsen der Einsatz des Boards lohnen (mal abgesehen vom Versand usw.). Wenn sie Widerstände vom Schrottplatz bekommen können, oder ihr Fahrzeug bereits welche verbaut hat, schaut die Rechnung natürlich anders aus.


Quelle: MegaManual unter http://www.megamanual.com/index.html