Motor loopt weer

Geheel volgens traditie heb ik een kort videoclipje gemaakt van de start van de motor met de gereviseerde carburateur van BCC. Het was lekker weer afgelopen dinsdag (Koningsdag 2021).

Eerste start met carburateur van BCC

Loopt meteen als een zonnetje. Wat een verschil met de vorige start ergens in 2019. Alexander van Mullem van BCC had me al voorspeld dat de motor meteen zou lopen. De revisie-carbs worden bij BCC schijnbaar op een lopende motor ingesteld. Volgens Alexander overigens precies hetzelfde type motor als ik zelf in de Burton heb liggen. Daar was dus niets aan overdreven: het was echt klik en start. Het filmpje is van enkele secondes nadat de motor gestart is.

Meteen maar het ventilatorhuis afgewerkt. Kabels van de 123-ontsteking door een plastic tule:

Kabels afgeschermd en bevestigd in het ventilatorhuis.

Het afdekflapje (is dit het juiste woord) bevestigd met nieuwe rvs inbusboutjes:

Dat oude rubber ziet er nog best goed uit.

En als laatste de ventilator geplaatst met een kortere V-snaar:

Begint weer ergens op te lijken!

Die korte V-snaar is bedoeld om de dynamo wat dichter bij het motorblok te krijgen. Zo komt er wat extra ruimte tussen de dynamo en de polyester neus - die nu dus nog niet gemonteerd is. Ik heb een klein deukje in het ventilatorhuis moeten duwen om de V-snaar passend te krijgen. Zie je niets van...

Oh nee, dat was niet het laatste. Ik heb de afdekkap ook maar meteen geplaatst. Ben wel benieuwd of die ook onder de motorkap past. Gaan we later zien:

Dynamo-kapje.

Load dumps en spanningspieken

Het is één ding om elektronica werkend te krijgen op je bureau onder ideale omstandigheden, maar het is wat anders om gevoelige elektronica in de vuile omgeving van een auto stabiel werkend te houden. "Waarom stop je dan elektronica in een Burton?" hoor ik je denken. Tja, da's een goede vraag. Gewoon omdat het kan... maar vooral ook omdat het ook een van mijn - veel te grote verzameling - hobby's is. Dus het gaat gebeuren, hoe dan ook. Een van de grootste uitdagingen is de voedingsspanning van al die kastjes die ik in de Burton stop. De boordspanning van een auto heeft te maken met nogal wat uitdagingen als het gaat om stabiliteit. Zomaar een lijstje:

• Load Dumps. Wanneer de dynamo lekker de accu aan het laden is en de verbinding met de accu verbreekt om wat voor reden plotseling, dan moet de dynamo nog wat vermogen kwijt wat opgeslagen zit in zijn windingen. Dit zorgt voor de zogenaamde Load Dumps die kunnen resulteren in behoorlijk hoge spanningspieken die ook nog eens enkele honderden milliseconden kunnen duren.
• Ontstekingspieken. De bobine is ook zo'n inductieve last die voor de nodige vervuiling zorgt op het boordnet. Elke vonk richting de bougies zorgt ook voor een piek(je) in het laagspanningsdeel van de bobine.
• Starten. De accu krijgt behoorlijk op zijn donder als de motor gestart wordt. Zeker als het koud is. De spanning kan - vooral in de eerste milliseconden - zakken tot onder de zes volt.

Om Load Dumps te verwerken moet het vermogen 'afgevoerd' worden en de spanningspiek afgekapt. Hiervoor kunnen TVS-diodes ingezet worden. TVS staat voor Transient Voltage Suppressor. Google Translate maakt hiervan "voorbijgaande spanningsonderdrukker" en dat is best een prima beschrijving van wat dat ding doet.

TVS-diode

Je hebt bidirectionele en unidirectionele TVS-diodes. Maar wat ik gelezen heb is het niet zo nuttig om de unidirectionele variant te kiezen omdat in een auto nooit sprake is van een negatieve spanning. Er zijn natuurlijk weer honderdduizend verschillende types, maar de variant die ik gekozen heb is 1.5KE22A van Littelfuse. Deze kapt de spanning af net onder de 20 volt. Dat klinkt vrij hoog, maar er moet wat marge zitten tussen de 'normale' laadspanning en het moment dat de TVS-diode gaat geleiden. De laadspanning kan tot net onder de 15 volt oplopen, dus die extra 5 volt is geen overbodige luxe.

Ná de TVS-diode komt een DC-DC-converter die een groot bereik aan ingangsspanningen accepteert en hier een nette 12 volt van maakt. Deze moet dus om kunnen gaan met een ingangsspanning van 20 volt. 

DC-DC-converter

8..40V ingang, 10A, 12V uitgang.

120 Watt zou voldoende moeten zijn om alle elektronica te voeden. De bovengrens wordt dus netjes beveiligd door de TVS-diode, de ondergrens van 8 volt is misschien nog wat hoog bij een koude start. Daar zou de accuspanning onder kunnen zakken. Of dit in de praktijk echt een probleem is, vraag ik mij af. Waarschijnlijk rijd ik altijd als het lekker weer is en de accu zal tussendoor aan een druppellader liggen en blijft dus mooi in conditie. De stabiele uitgang van 12 volt wordt trouwens nog teruggebracht naar 5 volt als voeding voor de microcontrollers en de CAN-bus. Een soort van tweetrapsraket.

Galvanisch gescheiden DC-DC-converter.

De DC-DC-blokjes scheiden de ingaande en de uitgaande spanning galvanisch. Zo zal de voeding van de microcontrollers en de CAN-bus geïsoleerd worden van het boordnet. De uitgangen van de microcontrollers worden al beveiligd met optocouplers, zie eerdere berichten.

Door vóór zo'n blokje een diode en een dikke condensator te plaatsen kan de spanning trouwens wel even op pijl gehouden worden. Sowieso wel een goed idee om ook een dikke diode in te zetten om het geheel te beschermen tegen het verkeerdom aansluiten van de voedingsspanning.

Dikke diode in TO220 behuizing

We zullen zien of het gaat lukken. Tot nu toe is het allemaal nog theorie. Binnenkort maar eens wat testjes doen. Mocht het niet werken, dan lossen we het gewoon op hè. Net als met alle andere dingen van de Burton.

RIO, maar dan niet in Brazilië

Langzamerhand beginnen de onderdelen van de elektrische installatie vorm te krijgen. Eerder al het multifunctionele display, in dit bericht de RIO. Hier niet een badplaats in Brazilië, maar een afkorting die in het vakgebied Industriële Automatisering gebruikt wordt voor Remote I/O. Vaak een input/output-module die op een veldbus aangesloten zit en op afstand van een centrale besturingscomputer geplaatst wordt. In de automobielindustrie wordt ook uitgebreid gebruik gemaakt van veldbussen met op afstand geplaatste modules voor bediening en aansturing. De de-facto veldbus in auto's is de CAN-bus, hoewel er nieuwe ontwikkelingen zijn.

In de Burton komen enkele RIO-boxjes die allemaal op de CAN-bus aangesloten worden. Hieronder een overzicht van het geheel:

CAN-bus layout

De verschillende afkortingen staan voor:

• LV: linksvoor
• RV: rechtsvoor
• MK: (onder de) motorkap
• MD: multifunctioneel display
• DB: dashboard
• LA: linksachter
• RA: rechtsachter

De LV, RV, LA en RA-boxjes zijn bedoeld om de lampen in de hoeken van de auto aan te sturen en krijgen precies dezelfde opzet. Vier mosfet-schakelingen voor de aansturing van deze relatief grote stroomverbruikers. De schakeling uit het vorige bericht wordt in elk boxje dus vier keer uitgevoerd. De boxjes zijn van het type 1590B, aluminium behuizingen die meestal gebruikt worden voor effectapparaatjes van elektrische gitaren (stompbox). De gesloten metalen behuizing zorgt voor een goede afscherming van stoorsignalen. Ze zijn niet heel groot, dus het wordt een uitdaging om alles er ingeprakt te krijgen. Met alles bedoel ik:

De onderdelen van de RIO

De microcontroller - niet onbelangrijk - staat nog niet eens op de foto. Ook de bedrading voor de voeding en de vier uitgangen (lampen) staat er hierboven niet bij. Het doosje waar dit alles in moet heeft een buitenafmeting van 112mm x 60.5mm x 31mm.

1590B stompbox

Het printje heeft doorgemetaliseerde gaatjes. Erg fijn om mee te werken. De microcontroller DevKit heeft twee rijen pins en wordt gemonteerd op pin headers.

De ESP32 DevKit met pin header

De pin headers worden als eerste geplaatst zodat de plek van de uC vast ligt. De rest van de componenten is afhankelijk van die positie.

Pin headers gesoldeerd

De optocouplers

Pull-up en -down weerstanden voor WhoAmI

Elke microcontroller krijgt hetzelfde softwareprogramma en detecteert op basis van drie digitale ingangen wat zijn functie is. Met drie ingangen kun je 8 verschillende combinaties van nullen en enen bedenken. De drie weerstanden op bovenstaand plaatje bepalen deze combinatie. Ze zijn hier trouwens nog niet aan nul of 3,3 volt verbonden. De identificatiecode op deze drie ingangen wordt het enige verschil tussen de vier RIO-boxjes.

1k weerstanden tussen uC en optocoupler

Nog vier weerstanden vormen de verbinding tussen de outputs van de microcontroller en de ingangen van vier optocouplers. De andere kant van de ingangen van de optocouplers worden gezamenlijk aan de digitale ground gesoldeerd:

Digitale ground

De vier optocouplers vormen de galvanische scheiding tussen de schone 5 volt voeding van de microcontroller en de 'vuile' 12 volt voeding (accu) van de lampen.

De 10k-weerstanden zijn geplaatst.

De 200 ohm weerstanden naar de gate van de mosfet

De mosfets zitten op bovenstaande foto tijdelijk bevestigd met boutjes door het koellichaam. Het koellichaam van de mosfet zit intern verbonden met de drain. Da's mooi, want dan is er een mooi groot metalen vlak waaraan de bedrading naar de lamp bevestigd kan worden. De mosfets zelf zitten aan de onderkant van de print. Dat komt vanwege de beperkte ruimte in de behuizing beter uit.

De bedrading zit gesoldeerd.

Aan de bovenkant van de print zit de source van elke mosfet verbonden met de nul van de accuspanning. Aangezien hier de stroom van alle vier de mosfets verzameld wordt, volstaat een dun printspoortje niet. Een stukje massief koperdraad van 2,5mm² is hier een beter idee.

Stukje koperdraad als bus bar.

De CAN-bus I/O moet nog omgezet worden van de RX-TX-signalen van de microcontroller (0..3,3 volt) naar de elektrische spanningen op de CAN-bus zelf; de zogenaamde CAN-High en CAN-Low-signalen. Hiervoor wordt een klein interface-bordje gebruikt gebaseerd op de CAN-bus transceiver chip TJA1050 van NXP.

CAN-bus interface met en...

Op dit bordje zit standaard een 120 ohm weerstand gesoldeerd (rechtsboven op de foto) om de CAN-bus af te sluiten. Alleen op de eind-nodes (LV en RA) van de CAN-bus moeten deze aanwezig zijn. Voor alle tussenliggende nodes moet deze weerstand verwijderd worden. Zo dus:

...zonder afsluitweerstand.

Het transceiver-bordje werkt op 5 volt. De microcontroller-I/O werkt echter op 3,3 volt. Het bordje werkt prima met een 3,3 volt-signaal op de TX-ingang. Echter de microcontroller vindt 5 volt op zijn RX-ingang niet zo fijn. Met een spanningsdeler bestaande uit twee weerstanden is dit probleem op te lossen.

Bijna klaar.

Linksboven op de print zit nog een aansluiting voor een blauwe led waarmee communicatiesignalen op de CAN-bus getoond worden. Dit ledje zal aan de buitenkant van de behuizing zichtbaar zijn. Onder op de print zit een printkroonsteen voor de verbinding met de CAN-bus-kabel die door de auto loopt.

Alles op zijn plek.

In een volgende post komt het aluminium kastje zelf aan bod.