Motorensteuerung

Eine MCU im Verbrennungsmotor – So springt der Funke über

| Autor / Redakteur: Ashutosh Tiwari, Shailendra Vengurlekar und Namrata Dalvi * / Sebastian Gerstl

Die PIC6-Mikrocontrollerfamilie verfügt über Peripherien, die unabhängig vom Kern der MCU arbeiten können. Auf diese Weise lassen sich etwa Moterensteuerungen umsetzen, in denen die Peripherie Funktionen übernimmt, ohne Rechenzeit vom CPU-Kern abzuzweigen.
Die PIC6-Mikrocontrollerfamilie verfügt über Peripherien, die unabhängig vom Kern der MCU arbeiten können. Auf diese Weise lassen sich etwa Moterensteuerungen umsetzen, in denen die Peripherie Funktionen übernimmt, ohne Rechenzeit vom CPU-Kern abzuzweigen. (Bild: Microchip)

Wie der Angular Timer eines Mikrocontrollers dabei hilft, eine Kondensator-Entladungszündung (CDI; Capacitor Discharge Ignition) in Verbrennungsmotoren umzusetzen.

Die Kondensator-Entladungszündung (CDI; Capacitor Discharge Ignition) in Verbrennungsmotoren kann über einzelne Zündungsprofil-Aufnehmer (PIP; Profile Ignition Pickup) mit Standardperipherie auf einem 8-Bit-Mikrocontroller umgesetzt werden. Dabei sind aber auch einige Herausforderungen zu beachten.

Bild 1: Funktionsweise eines Viertakt-Hubkolbenmotors
Bild 1: Funktionsweise eines Viertakt-Hubkolbenmotors (Bild: Microchip)

In einem Verbrennungsmotor wird ein Luft-Kraftstoff-Gemisch gezündet. Die dabei entstehende extreme Hitze dehnt die Abgase aus, was eine Bewegung des Zylinderkolbens erzwingt. Diese Kraft wird auf die Welle übertragen, was kinetische Energie erzeugt. Diese kinetische Energie wird in das Fahrzeuggetriebe übertragen, wo die Drehbewegung über die Achsen und Reifen des Fahrzeugs schließlich in eine lineare Bewegung umgewandelt wird.

Ein Viertaktmotor benötigt vier verschiedene Kolbenhübe – Ansaugen, Verdichten/Zünden, Arbeiten und Ausstoßen – um einen Betriebszyklus zu durchlaufen (Bild 1). Der obere Totpunkt ist die höchste Position des Kolbens in der Nähe der Zündkerze. Der untere Totpunkt ist die niedrigste Position des Kolbens in der Nähe der Welle.

Nachdem die Zündkerze einen Funken kurz nach dem Verdichtungshub abgibt, benötigt das Luft-Kraftstoff-Gemisch etwas Zeit, um vollständig zu verbrennen. Dieser Verbrennungsprozess ist progressiv, d.h. er setzt sich von oben nach unten fort. Das Gemisch im oberen Bereich des Zylinders verbrennt zuerst, und der Verbrennungsvorgang breitet sich schnell nach unten aus.

Um das Luft-Kraftstoff-Gemisch vollständig zu verbrennen und maximalen Druck zu erzeugen, muss die Zündkerze genau in dem Moment zünden, bevor der Kolben den oberen Totpunkt erreicht – bei einem Winkel, der über die Kolbengeschwindigkeit bestimmt wird. Weitere Faktoren wie die Temperatur und die Drosselklappenstellung bestimmen ebenfalls den Zündwinkel. Um den Zündfunken richtig und genau zu erzeugen, kommt ein separates Modul zum Einsatz: die Zündsteuerung.

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