Samotné zapojení tedy obsahuje pouze usměrňovací diodu pro jednocestné usměrnění, kterou se nabíjí zapalovací kondenzátor ze zapalovacího pólu, tyristor který spouští zapalovací výboj. A snímací cívky, která snímá pulz, kdy má dojít k zážehu. Zapojení je doplněné o zátěžový odpor, který tlumí výstupní signál snímací cívky tak, aby zážeh nespouštěly i rušivé pulzy z rotoru magnetta. Zátěžový odpor je třeba zkusmo vybrat. Jeho hodnotu ovlivňuje síla budícího magnetu, síla rušení z rotoru zapalování a citlivost tyristoru.
Snímací cívka vznikla z relé RELEH700E24C (www.gme.cz) odstraněním pohyblivých kontaktů. K buzení snímací cívky slouží drobný magnet uchycený na unašeči z nemagnetického matriálu. Vzhledem k rušení od magnetů rotoru (u zapalování s hliníkovým statorem) je vhodné pod snímací cívku umístit stínící plech. Nejlépe ve tvaru kruhové výseče přichycený k hliníkové kleci.
Zapalovací pól je potřeba převinout. Navinutí pólu je nutné volit tak, aby při startu (rychlém sešlápnutí startovací páky bez namontované svíčky), při připojené indukční cívce a kondenzátoru bylo na katodě usměrňovací diody napětí v rozmezí 100 až 150 V. Oba konce navinutého pólu je třeba připojit na vstupní svorkovnici CDI. Pro ty kdo nechtějí zapalovací pól převíjet, nebo vlastní zapalování starších typů, kde převinutí nelze provést (typ 550, 555 a 05), mohou mezi výstup zapalovacího vinutí a vstup CDI zapojit transformátor 230V/6V nejméně o výkonu 10 W. Já použil z dávných zásob transformační žhavení obrazovky tranzistorové černobílé televize československé výroby :-).
Před navíjením doporučuji kostřičku pólu vylepit několika závity izolační pásky, nejlépe do síly izolace kolem 0,8 mm, pečlivě až ke krajům kostry, aby se nemohl protáhnout drát mezi bočnicí kostřičky a izolací až na ocelové jádro pólu. Hrozí pak průraz vinutí napětím, nebo vibracemi. Pól je třeba navinout 2000 až 2500 závity lakovaného měděného drátu o průměru 0,1 mm až 0,15 mm. Při použití drátu 0,15 mm vychází 2000 závitů v podstatě tak že vyplní celý objem kostřičky.
Zapalovací kondenzátor. Lze použít libovolný foliový kondenzátor o kapacitě 470 nF až 2,2 uF nejméně na napětí 630 V. Kondenzátor není umístěn ve skříni motoru, protože teplo produkované motorem by kondenzátoru škodilo. Unašeč je potřeba vyrobit z nemagnetického materiálu (dural, mosaz, bronz, měď). Jako uchycení se osvědčilo na zalomeném konci unašeče vyrobit malý jazýček, magnet o něj opřít a k němu zalaminovat vláknem epoxydové laminovací soupravy. Mechanické upevnění, např. obalením hmotou unašeče přináší zvýšené riziko roztržení unašeče (příliš mnoho rizikových ohybů odkud se šířit trhliny). Pro začátek tedy raději s sebou vozte i náhradní unašeč, protože až čas ukáže, zda vibrace a odstředivé síly unašeč magnetu vydrží.
V zapojení je také dvojice R2 a D2. Ty zajišťují zátěž pólu i v nepracovní půlvlně amplitudy. Pokud by v této půlvlně nebyl pól zatížený, hrozí překročení svorkového napětí nad mez, kdy může dojít k průrazu vinutí pólu. Jedná se tedy o umělou zátěž. Tištěný spoj je navržený tak, aby šel umístit na původní klec hliníkového statoru na distanční sloupky 5 mm vysoké o závitu M3, zespodu klece pojištěné matičkami.
Seřízení základního předstihu je možné tak, že se zastaví válec v požadovaném předstihu a v této poloze se unašeč magnetu nastaví vůči snímací cívce tak, aby se magnet hranou dotýkal kraje jádra snímací cívky buď v náběžné, nebo závěrné straně. Záleží totiž na tom jakým pólem je magnet v unašeči orientován. POZOR!!! Je velmi důležité, jak jsou polarizované magnetické póly magnetu unašeče vůči magnetické ose snímací cívky. Pozor - jedná se o funkční vývojové zařízení.
Varianty zapojení a jejich doplnění
Zapojení varinaty s transformátorem. Zapojení varinaty s převinutým zapalovacím pólem. Regulace napětí je navržena aby byla schopna dodávat jednotné napětí 12V ze tří nesfázovaných vinutí pólů magneta motocyklů Jawa 50/20,21,23, které jsou pro tento účel ve všech pozicích osazeny světelnými póly. Z každého pólu vedou do desky plošných spojů dva přívodní dráty, aby byly galvanicky oddělen od původní kostry, tedy je nutné jeden vývod odletovat od kostřičky pólu.
Deska plošných spojů se umístí na původní kostru statoru na třech distančních sloupcích v místě původního držáku kondenzátoru, který je potřeba odstranit. Samotný modul nemá ochranu proti zkratu, takže je třeba za jeho výstup umístit ochrannou pojistku (6A). Zařízení je schopné nabíjet a udržovat olověný akumulátor, tedy lze jej použít i jako regulaci nabíjení. K tomu je však potřeba na výstup regulace umístit výkonnou diodu, tak aby nedocházelo k vybíjení akumulátoru do obvodů regulace. Pro zapojení vyvážené soustavy je třeba aby příkon veškerých spotřebičů nepřekročil 45W.
Zároveň podmínkou pro správnou funkčnost zařízení je nutné aby magnety rotoru byly dostatečně nabuzené. Jakkoli výše uvedená verze regulace napětí je elegantní ve svém kompaktním provedení, tak trpí jednou nepříznovou okolností … proto jsem se rozhodl pro verzi se čtyřmi póly na desku statoru a umístit pouze graetzovy můstky.
Pro verzi k zabudování do kovové krabičky byla použita hliníková vodotěsná krabička KH104. Ta je k zakoupení v www.ges.cz. U konstrukce do hliníkové krabičky je nutné použít zespodu tranzistoru izolační slídovou podložku a izolační podložky šroubku! Jedná se o celkovou úpravu elektroinstalace s aktivní regulací palubního napětí na 12V rozvod. Ke zvýšení výkonu alternátoru došlo jednoduchou instalací dalšího snímacího pólu, kdy však bylo nutné přistoupit k mechanické úpravě statoru. Po mechanické úpravě statoru bylo potřeba odstranit kladívko, které nadměrně mechanicky namáhalo konstrukci statoru, proto bylo vyvinuto bezkontaktní zapalování.
Úsporná opatření spotřeby elektrické energie rozvodu byla vedena cestou změny zapalovacího systému za kapacitní (někdy označovaného tyristorové) zapalování a sloučením zapalovacího okruhu se světelným. Tím došlo k získání nevyužitých energetických cyklů původního indukčního zapalování ve prospěch využitelného výkonu pro světelný okruh. Další úsporou bylo zapojení LED koncové svítilny. Pro rozvody bylo zvolené palubní napětí 12V. Toto napětí přináší materiální úsporu v regulačních a usměrňovacích obvodech, protože při stejném příkonu spotřebičů jsou namáhány polovičním proudem oproti 6V rozvodu. Poměr ztrát na polovodičích a rozvodu napětí je příznivější při vyšším palubním napětí.
Protože pro obvod regulace napětí byl zvolen MOSFET spínací tranzistor i v jeho případě je vhodnější pokud je řízen vyšším palubním napětím, protože dochází při vyšším ovládacím napětí k účinnějšímu otevření tranzistoru. Pokusná měření ukázala že při vhodné volbě pólů lze získat z alternátoru dostatečné napětí pro využití v 12V rozvodech s vysokou účinností, aniž je třeba póly převíjet. Je to dáno tím, že alternátor s permanentními magnety je v podstatě lineární zdroj elektrické energie.
Stator má funkci mechanické předlohy pro uchycení snímacích pólů alternátoru, zároveň však je nutné zajistit možnost změny hodnoty nastavení předstihu. Praktické testy ukázaly že je nutné pro dostatečný výkon zapojit všechny póly stejné. Testovány byly čtyři verze desky spojů elektroniky statoru. V zapojení je použito Schottkyho usměrňovacích diod, které zajišťují menší ztráty průchozího napětí, které vadí zejména při nízkých otáčkách. Protože měření ukázalo že výstupní napětí nezatížených pólů dosahuje téměř 80V, je třeba volit usměrňovací diody se závěrným napětím nejméně 100V.
První varianta a její charakteristiky
1. varianta - kladívková. Deska plošných spojů obsahuje pouze usměrňovací můstky. Má zalisovaný čep osy kladívka a přiletovanou matku zespodu DPS pro zafixování polohy kladívka. Je tedy po mechanické stránce náročnější na výrobu, protože čep kladívka je třeba vyrobit a nejlépe strojně zalisovat. Další možnost je vyříznutí upevňovací destičky kladívka ze staršího magneta z typu 555, 05 (nebo dynama větších Jaw). Tvarově upravenou destičku lze ke kuprexitové destičce spojů buď přišroubovat nebo přinýtovat.
Výhoda je, že nemusíte nic vyrábět, ale stačí upravit existující prvky.
Druhá varianta - indukční
2. varinata - indukční. Deska obsahuje usměrňovací můsteky a indukční snímač se zesilovačem. Indukční snímač byl vyroben z relé RELEH700E24C (www.gme.cz) u kterého byly odstraněny mechanické kontakty. Buzení indukčního snímače zajišťuje rotující magnet uchycený na unašeči, který je přitažen pod centrální matku vačky. Zapojení bylo realizováno technologií SMD, aby se snížila hmota součástek a zvýšila odolnost vůči vibracím.
Třetí varianta - Hall čidlo
3. varianta - hallovým čidlem. Konečná verze byla řešena pomocí průmyslového čidla pro spalovací motory HME301 (www.imfsoft.cz), které má dostatečné parametry aby odolával vibracím a zejména teplotě v prostoru motoru. Jedná se o konstrukci spínaného zdroje s nábojovou pumpou, kdy pomocí spínacího tranzistoru dochází k cyklickému nabíjení akumulační kapacity, z kterých čerpají veškeré spotřebiče. Napětí na akumulční kapacitě se pohybuje v regulačním cyklu nastaveného hysterezního rozsahu, které hlídá obvod NE555 v netypickém zapojení komparátoru. Obvod nemá ochranu proti zkratu, proto je vhodné na jeho výstup zapojit pojistku, aby nedošlo zkratem, či nadměrným odběrem k jeho poškození. Zajímavostí zapojení je skutečnost že ke své funkci nepotřebuje akumulátor, může tedy pracovat i bez akumulátoru.
CDI zapalování bylo zvoleno vzhledem k jeho technickým vlastnostem a nízké spotřebě oproti indukčnímu zapalování. Vzniklo několik verzí CDI, analogové a řízené procesorem. Všechny verze jsou navržené tak, aby je bylo možné připojit jak ke klasickému kladívku (s odpojeným kondenzátorem), tak i k bezkontaktnímu snímači. Koncové světlo LED bylo z volenou v souladu s požadavkem na snížení spotřeby spotřebičů. Praktickými zkouškami se ukázalo že je vhodnější použít větší množství LED, tak aby vznikl dojem rozptylu světla, tak jak to vytváří Fresnelova čočka plastového krytu se světlem originální sufitové žárovky. Světlo pak svítí zdánlivě v celé ploše zadní lampy. Proto byla zvolena kompromisní varianta s větším množstvím nízkoodběrových červených LED. Dvě bílé LED osvětlují SPZ. Existuje více variant zapojení elektroinstalace, uvedu však pouze dvě.
Varianta A je zapojená tak, aby akumulátor energeticky zálohoval pouze zapalování (v době nízkého výkonu alternátoru - nízké otáčky). U této verze je vhodnější instalovat žárovku o příkonu 12V - 35W/35W. V nízkých otáčkách se méně viditelně projevuje poblikávání vlivem malého výkonu alternátoru. Lze použít i 12V - 40W/45W ale tam již dochází k výraznému blikání světla za volnoběhu. Při zapnutí pouze obrysové žárovky však u ní dochází k poblikávání a to vlivem nedostatečně zatížené regulace napětí, kdy se rytmicky mění napětí v rozmezí hysterezní smyčky a při tak pomalé frekvenci je již opticky viditelné.
Varianta B zálohuje akumulátorem veškerou elektrovýzbroj motocyklu. Stejně tak lze svítit i při vypnutém motoru. Zde je vyhovující použít žárovku o příkonu 12V - 40W/45W. Veškeré publikované části byly provozně testované a vykazují spolehlivost.
Také je potřeba si uvědomit že uvedené úpravy mají smysl pouze tehdy pokud je rotor v pořádku a nemá vyšeptalé magnety. Protože v elektroinstalaci motocyklu vedle sebe vedou kabely 15 a KL, tak se ze zapalování do vstupu kladívka indukují rušivé pulzy, které jsou schopné po čase zničit výstupní tranzistor (či Hall) statoru. Proto je třeba výstup statoru zablokovat varistorem ERZC07DK270 proti GND. Regulátor napětí oproti původní verzi zpracovává takové proudy, že je již nezbytné účinné chlazení. Tedy je nutné spínací tranzistor upevnit na chladič. Současné provedení se nedokáže uchladit a dochází k akumulaci neodváděného tepla a tavení cínu ze spodní strany tranzistoru. Řešením bylo umístění Regulace dobíjení do voděodolné krabičky ze slitiny hliníku.
Magnet se nakonec neosvědčilo letovat. Dochází k demagnetizaci magnetu vlivem tepla a v případě letování pistolovou pájkou i k demagnetizaci střídavým magnetickým polem pájecí smyčky. Jediné řešení je mechanické uchycení k unašeči s ohledem na teploty jako u magnetta. Tedy např. Výroba několika verzí ukázala že zapojení je citlivé na vhodně navrženou desku spojů. Je třeba aby transformátor nebyl v těsné blízkosti integrovaného obvodu měniče. Dále viz. Analogové CDI je citlivé na přepětí, tj 14V a více. Velmi spolehlivě však pracuje od 7,5V.
Přepětí způsobuje zákmity měniče a dojde k omezení max. možných otáček. Proto je důležité aby regulace dobíjení pracovala spolehlivě - závada odstraněna zrušením kondenzátoru 68n ze zpětné vazby komparátoru. Testem parametrů nyní analogová verze dosahuje parametrů: 210V nabíjecí napětí, bez omezení nabíjecího napětí jsou max.
Existuje více druhů karterů motocyklů Jawa 50/20,21 a 23. V případě že skříň magneta neobsahuje nálitky pro zvětšení místa pólům, nelze do jejich místa vložit zapalovací póly. Ikdyž se je podaří ustavit, po čase vibracemi dojde ke zkratu proti kostře. Je možné použít originální zapojení a usadit na jejich místo seriově zapojený pár pólů z 30W verze magnetta, jehož společné vývody se zapojí pouze do jednoho Graetzova můstku.
V přední části statoru není dostatek místa pro přívodní dráty k pólům. Hallovo čidlo TLE4905 se v provozních testech ukázalo jako nevhodné kvůli teplotní závislosti citlivosti a rušení. Rušení funkce CDI a zejména zablokovaná spínaná tyristorová část souvisí s rušením po GND. Nejdříve se zapojí všechny součástky okolo integrovaného obvodu měniče, transformátor, usměrňovací diody a kondenzátor bez optronů, tyristoru a tranzistoru budícím tyristor.
Nejčastější závady a doporučené kroky k jejich odstranění jsou uvedeny v literatuře a v popisech jednotlivých variant. Nezahrnuje se v textu detailní návody k výrobě či náhradním dílům, ale lze sledovat obecné principy jak funguje bezkontaktní zapalování, jaké typy senzorů se používají a jaké mají výhody či omezení.