TEMAT: TPS vs VOES czyli układy korekcji zapłonu

Myślałem, że otoczenie HSR'a zgłębimy lepiej wspólnymi siłami, by zostało coś dla potomnych, ale Witek strzelił focha na kolor kabelka i tyle po tym. :)

Dla mnie to była bardzo ciekawa lektura. Dzięki
Teraz mogę iść spokojnie spać wiedząc że układ u mnie działa poprawnie ale najpierw wypije jeszcze za Twoje zdrowie
Jakby nie było podłączyłem wszystko według wytycznych Witka ale dzięki Tobie mam potwierdzenie poprawności w dodatku sprawdzone w praktyce.

Przeczytałem wszystko 3x ...dalej 99% nie kumam ale szacun że Ci się chce!

PS: cholera jak Ty zajmujesz się takimi poważnymi kwestiami, to ja dziś całe obejście przetrząsnąłem w poszukiwaniu klucza 32 aby "utwardzić" zawias tylni ...pewnie skończy się na zakupie , bo normalnie diabeł ogonem przykrył

No i po teście. Do układu podpiąłem TPS, ale nie był podłączony do gaźnika i mogłem ręcznie zmieniać (symulować) ruch manetki. Napięcie mierzyłem na przewodzie żółtym, który wcześniej wykazałem, że służy do przekazywania sygnału z TPS'a do modułu zapłonu. Silnik był nagrzany i ustawiony na średnie obroty (na postoju). Wszystkie zmiany jakie zachodziły, wynikały jedynie z ustawienia napięcia na TPS'ie, co przekładało się na zmiany kąta wyprzedzenia zapłonu.

Celem eksperymentu było sprawdzenie jak zmienia się kat wyprzedzenia zapłonu i przy jakim napięciu to następuje.

Okazało się, że zmiana (korekta) wyprzedzenia zapłonu odbywa się stopniowo, a nie skokowo po uzyskaniu jakiegoś poziomu napięcia. Serwisówka podaje, że TPS należy ustawiać przy pomocy omomierza, ustawiając wartość w zakresie 0,56-0,84 kilooma (dla odłączonej kostki TPS). Jeśli przełożyć to na napięcie po podłączeniu kostki i włączeniu stacyjki, otrzymamy wartość ok. 0,55-0,83 Volta. Ma to taki sens praktyczny, że dla tej wartości napięcia uzyskiwano najwyższy wzrost obrotów (przyspieszenie wyprzedzenia zapłonu). Obniżenie tej wartości napięcia powodowało, że obroty spadały i były mniej stabilne. Podnoszenie napięcia (czyli odwijanie manetki) powodowało płynne obniżanie obrotów (zmniejszanie wyprzedzenia zapłonu). Przy czym na początku obroty spadały gwałtowniej, by powyżej 2 V zauważalnie zwolnic zmiany. Powyżej wartości 3V nie zauważyłem żadnych zmian prędkości obrotowej, co uznaję za brak zmian kąta wyprzedzenia. Zatem wartością progową korekty jest podanie z TPS'a napięcia 3V - a nie jak było sugerowane 3,8V.
Dalsze zwiększanie napięcia spowodowało tylko to, że przy wartości 4,45V zapaliła się kontrolka "check engine".

Przekładając to na układ z VOES'em należy go tak skalibrować, by w stanie spoczynkowym (małe podciśnienie) podawał na przewód żółty napięcie większe niż 3 V, ale mniejsze niż 4,45V. Moim zdaniem spokojnie wystarczy wartość z przedziału 3,3-4V. Z czego wartość 3,3V to zmierzone 3 V plus 10% na pewność zadziałania.
Dla VOES w stanie zadziałanym (duże podciśnienie) napięcie to powinno mieć wartość równoważną zalecaną w serwisówce ustawieniu TPS'a - czyli 0,56-0,84V.
Dla powyższego w układzie z rysunku 7 rezystory powinny mieć wartości R1=1100 Omów, R2=3900 Omów, R3=150 Omów. Napięcia wyniosą:
- dla wyłączonego VOES (małe podciśnienie) 3,83V
- dla włączonego VOES ( duże podciśnienie) 0,57V

Wnioski.
TPS lepiej koryguje wyprzedzenie zapłonu dla średnich otwarć przepustnicy, a sposób korekcji jest ukierunkowany na lepsze spalanie przy (prawie) każdych otwarciach przepustnicy i (prawdopodobnie) podyktowany czystością spalin (skutek właściwego spalania) oraz optymalnemu oddawaniu mocy.
VOES (zależnie od numeru określającego czułość załączenia) dokonuje skokowego wyłączenia korekcji, ale wykonuje to według faktycznych wartości podciśnienia w kolektorze dolotowym, a nie hipotetycznym od otwarcia przepustnicy.
Jeżdząc z VOES'em (podłączonym w moim układzie) zauważyłem, że silnik był trochę bardziej narowisty, ale przy niskich prędkościach obrotowych wydech pracował trochę bardziej sucho. Za to miałem wrażenie, że reakcja na ruch manetki była zdecydowanie szybsza. Nie jestem jednak w stanie określić wielkości tych zmian i czy nie była to autosugestia. Jednego jestem pewien - było trochę inaczej i z pewnością nie pojawiły się żadne niepożądane efekty uboczne. Co i jak się zmieniło to może zweryfikować tylko hamownia.
Tak swoją drogą to charakterystykę TPS'a można w dość prosty i tani sposób "zaostrzyć", by szybciej następowało wyłączenie korekcji, ale by nadal miała płynny charakter. Wystarczy dostawić jeden dodatkowy opornik.

Pod poniższym linkiem film z eksperymentu


Jestem elektronikiem, a nie specjalistą motoryzacyjnym. Starałem się zgłębić temat możliwie najdokładniej jak mogłem, w oparciu o literaturę fachową, własne wykształcenie i konsultacje - jeśli jednak ktoś znalazł w powyższych materiałach jakieś nieścisłości, nadużycia lub błędne wnioski, to będę wdzięczny za sprostowanie i polemikę.
Nie wiem czy modele 1600 mają identyczny moduł zapłonowy, ale można z dużym prawdopodobieństwem przyjąć, że powyższe ma do nich także zastosowanie.

Uwaga na koniec. Nie znam schematu wewnętrznego modułu zapłonowego, ale zwieranie do masy wyjść napięciowych (voes między czarnym i niebieskim) raczej nie jest dobrym pomysłem i w dłuższym okresie czasu może doprowadzić do niewielkiego lokalnego przegrzania elementów wewnętrznych, a w konsekwencji do awarii modułu.

Przygotowując powyższe zajrzałem do dwóch pozycji literatury:
1. Elektronika w pojazdach (WKiŁ 1997)
2. Elektrotechnika i elektronika pojazdów samochodowych: podręcznik dla technikum (WSiP 1996)

Omawiana tam jest podciśnieniowa korekcja zapłonu oraz po co ona jest i kiedy ma działać. Zacytuję z drugiej książki:

"Przy niewielkim obciążeniu silnika, gdy otwarcie przepustnicy jest niewielkie, podciśnienie w kolektorze ssącym silnika zwiększa się. Wysokie podciśnienie pogarsza sprawność napełniania cylindra, powodując doprowadzenie niewielkiej ilości mieszanki paliwowo-powietrznej do cylindrów. Powoduje to zmniejszenie prędkości rozprzestrzeniania się płomienia po zapłonie. Gdy obciążenie silnika zwiększy się, wówczas podciśnienie w kolektorze dolotowym zmniejszy się. Wskutek tego sprawność napełniania silnika wzrośnie, co skutkuje zwiększeniem prędkości rozprzestrzeniania się płomienia. Podciśnieniowy regulator kata wyprzedzenie zapłonu przyspiesza zatem zapłon przy niewielkim obciążeniu silnika, zapewniając występowanie maksymalnego ciśnienia spalania zawsze przy 10 st. za Górnym Punktem Zwrotnym."

Powyższe tyczyło się pracy mechanicznego regulatora, ale zasada jest jedna. W naszym przypadku elektronika (czy to TPS czy VOES) mają podać sygnał, że jest duże podciśnienie - VOES robi to wprost, a TPS pośrednio, podając położenie wałka przepustnicy. Podkreślę to jeszcze raz - korekcję tę stosuje się przy niewielkim otwarciu przepustnicy. Spójrzcie rysunek nr 2 i na tabelę pomierzonych napięć przy fabrycznym gaźniku i TPS'ie. Podaje on tym większe napięcie, im bardziej otwarta jest przepustnica. Wychodzi z tej tabeli, że podawane napięcie przełączające krzywą (dające zmianę kąta wyprzedzenia zapłonu) pojawia się przy przepustnicy otwartej ponad 2/3 pełnego otwarcia. Dwie trzecie trudno nazwać natomiast niewielkim otwarciem, bo większość jazdy odbywa się na takim lub mniejszym otwarciu przepustnicy. Trochę nie dawało mi spokoju to zagadnienie, więc wybrałem się do Technikum Samochodowego gdzie pogadałem z jednym z nauczycieli (prowadzi letnie warsztaty dla uczniów). Opisałem mu zagadnienie i usłyszałem, że korekcja (przyspieszenie zapłonu) zwykle zostaje wyłączona przy otwarciu przepustnicy na 1/4. Tylko czasami realizowane jest to później, bo nawet do połowy otwarcia, ale występowało to tylko w silnikach o bardzo niskim sprężaniu.
W tej sytuacji wartość 3,8V, jako napięcie niezbędne do przełączenia wydaje się być wartością bardzo wysoką.
Napisałem do Yamahy, ale pewnie szybko mi nie odpowiedzą, o ile odpowiedzą. Jednak Tomek podsunął mi dość prosty sposób, by to zmierzyć na pracującym silniku, ponieważ zmiana kąta wyprzedzenia jest dość wyraźnie słyszalna. Jeśli tylko pogoda dziś pozwoli, najdalej jutro, to na odpalonym silniku będę ręcznie (bez przepustnicy) obracał TPS'em, mierząc jednocześnie napięcie. Co mi wyjdzie, to opiszę.

Opis odnosi się od układów ze standardowym układem sterowania zapłonem. Jeśli ktoś ma Dynę, to poniższe go nie dotyczy. Poniżej staram się w przystępny sposób przedstawić tytułowe zagadnienie językiem zrozumiałym dla lai... zwykłych użytkowników sprzętu elektronicznego, których zwykle nie obchodzi jakie krasnoludki w środku siedzą.
Przedstawienie tego w sposób fachowy byłoby zdecydowanie krótsze (wystarczyłyby same rysunki i tabele), ale dla większości byłaby to czarna magia - i dobrze, bo świat potrzebuje wielu różnych specjalności zawodowych.


Instalacja zapłonowa RS'ów i pochodynych wykorzystuje układ korekty wyprzedzenia zapłonu w oparciu o czujnik położenia przepustnicy - Throttle Position Sensor (TPS). TPS znajduje się na gaźniku (z tyłu do kierunku jazdy) i jest podpięty do modułu zapłonowego trzema przewodami - czarno-niebieskim, żółtym i niebieskim. Po drodze mamy kostkę połączeniową, która znajduje się w okolicy wspornika mocowania pompy paliwa.
Poniżej wersja uproszczona schematu z serwisówki, kto ma ochotę, to pod poniższym linkiem obejrzy schemat z serwisówki
Schemat podłączenia widoczny poniżej - jest to schemat do RS1700, ale wersje 1600 mają dokładnie tak samo i to samo.Interesujący nas czujnik został ujęty w czerwoną elipsę.
Wszystkie poniższe schematy dostępne w formacie PDF
Poniżej wersja uproszczona schematu z serwisówki.


Moduł zapłonowy został na nim przedstawiony jako "czarna skrzynka", ale faktycznie znajdują się tam elementy, które tak jak elementy podłączone decydują o wartości napięć na przewodach.

TPS to czujnik typu potencjometrycznego, który działa tak jak gałka regulacji głośności w starych radiach czy telewizorach. Schemat sugeruje, że napięcie odniesienia podane jest przewodami niebieskim i czarnoniebieskim, z czego ostatni to masa (jest wyprowadzona do innych czujników, a poza tym wykazuje to pomiar elektryczny). Natomiast przewodem żółtym wraca do układu zapłonowego napięcie sterujące, proporcjonalne do obrotu wałka przepustnicy.

Czemu służy napięcie odniesienia? W instalacji motocykla napięcie jest zależne do prędkości obrotowej wału (wydatek alternatora), ilości włączonych odbiorników prądu oraz stanu naładowania akumulatora. Napięcie to nie jest stałe, zmienia się w pewnych granicach. Gdyby czujniki korzystały z tak niestabilnego napięcia, to ich wskazania zmieniałyby się nie tylko w zależności od położenia, ale także od napięcia w instalacji. Dlatego układ zapłonowy wytwarza własne, stabilniejsze źródło napięcia, które wykorzystuje do pomiarów. Takie też napięcie występuje na przewodzie niebieskim.
Może tak jednak nie jest, może to działa inaczej, jak zasugerowano w wątku o gaźniku HSR. Najprostszym sposobem jest wykonać pomiary, które wraz ze schematem pomiarowym przedstawiam niżej.

Układ pomiarowy z fabrycznym gaźnikiem i skalibrowanym ustawieniem spoczynkowym TPS wg serwisówki.
Jak widać na powyższym, napięcia na przewodach niebieskim i czarno-niebieskim są stałe. Natomiast ulega zmianie napięcie na przewodzie żółtym i to w zależności od położenia przepustnicy (obrotu manetki).
Jeśli wierzyć Witkowi (nie mam podstaw by nie) to napięciem aktywującym korektę kąta wyprzedzenia zapłonu jest wartość 3,8 volta. Jak widać z powyższego, napięcie takie pojawia się dopiero, gdy przepustnica jest otwarta więcej niż 2/3 (faktycznie to ok.4/5).
Tak dla ciekowości ten sam układ pomiarowy zamontowany na HSR42.

Jak widać napięcie przy pełnym otwarciu jest troszkę niższe niż przy standardowym. Wynika to z tego, że wałek przepustnicy w HSR obraca się trochę mniej niż w fabrycznym gaźniku. O konsekwencjach i zaradzeniu temu trochę później, bo to inne zagadnienie.

Czujnik TPS ma oporność ok. 5500 Omów patrząc między przewodami czarno-niebieskim i niebieskim (TPS wypięty z kostki). Zrobiłem kilka prób z innymi potencjometrami i wychodzi na to, że układ zapłonowy sprawdza co ma podpięte do tych przewodów i test ten odbywa się zaraz po przekręceniu kluczyka w stacyjce. Wpięcie potencjometrów większych niż 10000 Omów i mniejszych niż 4000 Omów powoduje miganie lampki "Check engine" w rytmie sygnalizującym kod błędu. Wrócę jeszcze do tego później.

Powyższe badanie miało określić gdzie i jak w układzie fabrycznym przekazywana jest informacja o położeniu przepustnicy. Jeśli wymienimy czujnik na inny (o tym niżej) to musi on być dopasowany do tego jak pracuje moduł zapłonu, który pozostaje niezmieniony.

Innym sposobem sterowania korekcją kąta zapłonu jest wykorzystanie czujnika podciśnieniowego, najczęściej jako styku (włącz-wyłącz). Taki sposób wykorzystywany jest w silnikach HD. Czujnik nazywa się VOES (Vacuum Operated Electrical Switch), a modele różnią się zwykle wartością podciśnienia, które je aktywuje. W stanie spoczynkowym - czyli przy normalnym ciśnieniu styk voes'a jest rozwarty (przerwa/izolacja). Po pojawieniu się określonej wartości podciśnienia styki ulegają zwarciu.
Zmontowałem układy pomiarowe dla różnych sposobów podłączenia, opisanych W TYM WĄTKU (w okolicy połowy strony).
Układ I - VOES wpięty między przewody żółty i czarno-niebieski, niebieski luzem. Stan spoczynkowy - tj. bez podciśnienia (odpowiednik pełnego lub prawie pełnego otwarcia przepustnicy w układzie z TPS).

Jak widać z tabeli zmianie ulega napięcie na przewodzie żółtym, ale zakres tych napięć jest niewłaściwy - przy małym podciśnieniu (duże otwarcie przepustnicy) napięcie osiąga jedynie ok. 2,8V, co jest zbyt niskim (choć czasem może zadziałać - niestety nigdzie Yamaha nie podaje zakresu napięć akceptowalnych przez moduł. Zgodnie z informacją Witka o tym, że ma być 3,8V przyjmuję, że ten układ nie zadziała.

Układ II - VOES wpięty między niebieski i żółty, czarny luzem.

Jak widać z tabeli napięcie zmienia się tylko na żółtym, ale nie dość, że wartości są niewłaściwe, to w dodatku zmiana napięcia odbywa się dokładnie na odwrót - wystąpienie podciśnienia (zamknięta przepustnica) wywołuje napięcie na żółtym przewodzie, tak jak w układzie z TPS'em sygnalizowane jest pełne otwarcie przepustnicy. Moim zdaniem ta sytuacja jest nie tylko niewłaściwa, ale i niebezpieczna dla silnika.

Układ III - VOES wpięty między niebieski i czarno-niebieski, żółty luzem.

Jak widać z tabeli napięcie zmienia się na niebieskim i wygląda nawet na właściwy zakres. Niestety, zmiana wynika po prostu z tego, że VOES zwarł wyjście napięcia odniesienia do masy. Podobnie mamy w sytuacji gdy weźmiemy słaba baterię - na woltomierzu jeszcze coś tam pokazuje, ale podłączenie żaróweczki powoduje silny spadek napięcia.
Czemu uważam, że zmiany napięcia na przewodzie niebieskim nic nie dadzą? Bo w fabrycznym układzie na niebieskim nie było zmian napięcia, a układ korekcji działa. Były natomiast zmiany na żółtym i to ten przewód jest właściwym przewodem do sygnalizowania stanu przepustnicy wprost przez TPS, lub pośrednio przez VOES'a.

Jeszcze jeden powód, by powyższe rozwiązania uznać za błędne - w każdym przypadku świeciła się kontrolka "Check engine", zatem silnik i tak był sterowany w trybie awaryjnym (dojazdowym).


Trochę prostych obliczeń i poniżej przedstawiam rozwiązanie, które jest prawidłowe. Nie dlatego, że jest moim pomysłem, ale dlatego, że daje właściwe poziomy napięć, nie ingeruje w system elektryczny i wykorzystuje VOES'a. Nie uaktywnia także kontrolki "Check engine". Najważniejsze jednak w tym jest to, że jako jedyne z powyższych rozwiązań (pomijam fabrycznyego TPS'a) działa, to czuć na kole i słychać. Choć instalacja prowizoryczna, to mieści się w dużej osłonce podwójnego złącza bolcowego i leży sobie spokojnie przypięta na wsporniku pompy paliwa (ten duży detal spinający górę cylindrów). Przejechały dziś prawie 150 km i jest OK, choć dobór elementów może mógłby być lepszy.



OK. a teraz po co to, na co to i czemu nie może być po staremu?
Montując gaźnik HSR musimy przenieść instalację czujnika TPS, co wiąże się robótkami ręcznymi i majsterkowaniem. Potem trzeba to będzie to skalibrować. Jest przy tym trochę roboty, choć nie trzeba grzebać w kablach. Niestety, jest szansa, że układ nie będzie działać - co widać na rysunku 3 i co okazało się, że u mnie wystąpiło. Instalacja VOES'a, choć trzeba go dokupić za dwie stówki, jest dużo prostsza i (stosując zaprezentowany adapter) działa bez strojeń i kalibracji. Co by się stało, gdyby jeździć ze "starym" TPS? Po pierwsze włącza on korekcję kąta wyprzedzenia zapłonu dużo później, praktycznie przy pełnym otwarciu przepustnicy. Po drugie może nie udać się zawsze dobrze skalibrować i sygnał nie zostanie przekazany. Co w tym drugim przypadku? No niby nic.

Dopisano
Tekst w kolorze niebieskim nie do końca odpowiada prawdzie, a eksperyment z TPS'em jest opisany trochę niżej w tym wątku.