Umbau eines 2,8 PS Notstromaggregates

Inhalt

1. Grundlagen
2. Zündung - Elektrische Umbau
2.1 Elektrische Zündung Grundlagen
2.2 Die Schaltung

2.2.1 Platinelayout auf Streifenrasterplatine

2.2.2 Platinenlayout selbst entwickelt

2.2.3 Kühlung MosFETs
2.3 Der Hallsensor

2.3.1 Hallsensor TLE4905

2.3.1.1 Unterschied Hallsensoren Video Teil 1

2.3.2 Hallsensor TLE4935

2.3.2.1 Unterschied Hallsensoren Video Teil 2

2.4 Der Rundmagnet

2.4.1 Normale Magnet für Hallsensor TLE4905

2.4.2 Diametrale Magnet für Hallsensor TLE4935

2.5 Zündspule
2.6 Erste Test der elektrischen Zündung
3. Zündung - Mechanische Umbau
3.1 Verlängern der Generatorachse
3.2 Generatorabdeckung
3.3 Untersetzung aufbauen
3.4 Einbauloch für Hallsensormagnet
3.5 Regelstab
3.6 Hallsensor anbringen

3.7 Zahnräder aufeinander einstellen
4. Ansaugtrakt
5. Ventile
5.1 Ventile einschleifen
5.2 Ventilspiel ändern

1. Grundlagen

Die Informationen zum Umbau eine Notstromaggregates beziehen sich auf das im Video zu sehende Aggregat. Hier nich im Betrieb mit Campinggas zum starten.

Wieso ein Notstromaggregat umbauen?

Bei mir war der Wunsch, wie Stanley Meyer, ein Auto komplett mit Knallgas anzutreiben. Versuche von vielen Forschern haben gezeigt, das durchaus Einsparungen von mehreren Prozent möglich sind, und das der Umbau eines Autos sich in Grenzen hält. Ich kenne Forscher die nicht Ihre Lamdasonde verändern, oder eine komplizierte Regelschaltung eingebaut haben, sondern einfach nur durch zuführen von Knallgas im Ansaugtrakt Einsparungen erreicht haben.

Nachteil des ganzen ist, das die Betriebserlaubnis der Fahrzeuges erlischt und im Schadensfall die Versicherung nicht zahlt. Da lohnt sich auch der Vergleich der diversen KFZ Versicherungen nicht.

Sollte man sein Auto wiederum so umbauen, dass es mit Erdgas fahren würde, muss man das auch seiner Versicherung melden, denn mit derartigen Änderungen gehen auch unterschiedliche Konditionen einher, die wiederum von einer Versicherung zur anderen differieren. So gewähren beispielsweise einige Versicherungen fünf bzw. sogar 20 Prozent Nachlass für Fahrzeuge, die mit Erdgas fahren. Damit ergänzen diese Anbieter ihr bereits bestehendes Portfolio an ökologischen Versicherungen und schaffen so einen zusätzlichen Anreiz für die Autofahrer, auf alternative Kraftstoffe umzusteigen.

Weitere Problem solch einer Anlage, wenn sie im Auto mitgeführt werden sollte, ist das Risiko das Knallgas entweicht und es im Auto zu einer Explosion kommen kann.

Wegen dieser Gründe und dem Ansatz einen Motor nur mit Knallgas anzutreiben, habe ich mich entschieden, ein Notstromaggregat umzubauen. Dies soll zu 100% ohne Benzin auskommen und nur mit Knallgas angetrieben werden. Dazu sind ein paar Änderungen am Aggregat nötig.

Bei einem günstigen 4-Takt Notstromaggregat wird nicht erst bei jedem 4. Takt, sondern bei jedem 2. Takt gezündet. Das hängt mit dem Aufbau zusammen. Die Magnetzündung sitzt ohne Untersetzung auf der Kurbelwelle. Bei Benzinbetrieb ist die 2. Zündung während der Auslassphase unkritisch. Bei Gas hingegen kann es zu Rückschlägen kommen.

Wenn Knallgas ohne Zündungsumbau über den Ansaugtrakt geführt wird, kann es sein, das etwas Gas in den Auspuff strömt und dann dort explodiert. Meine Erfahrung hierzu, sehr laut, und es hat den Abgasschlauch der am Auspuff befestigt war, direkt an die gegenüberliegende Wand befördert! Wie der Umbau der Zündung geht, wird hier naschfolgend im Kapitel 2. und 3. beschrieben.

Für den Umbau wird der Tank und Vergaser abgebaut, der Ansaugtrakt umgebaut und die Ventile angepasst werden.

Hinweis. Alle nachfolgend beschriebenen Informationen sollten nur von einem Fachmann durchgeführt werden. Alle umbauten geschehen auf Eigenes Risiko. Es sollte klar sein, das die Garantie für das Aggregat bei diesen Umbauten erlischt.

2. Zündung - Elektrische Umbau

2.1 Elektrische Zündung Grundlagen
Für den hier gezeigen Umbau der Zündung wird eine elektrische Zündung benötigt. Es gibt entweder die Möglichkeit eine fertige Zündung samt Hallsensor aus einem Auto auszubauen, oder eine eigene Zündung aufzubauen.

2.2 Die Schaltung
Nachfolgend ein Schaltplan einer elektrischen Zündung. Sie basiert auf den Informationen im Overunityforum und funktioniert gut.

Eine Bauteileliste, den Schaltplan mit mehr Details finden Sie hier im Downloadbereich. Das Dokument heisst "Zündung Notstromaggregat"

2.2.1 Platinenlayout auf Streifenrasterplatine

Eine mögliche Anordnung auf einer Streifenrasterplatine könnte so aussehen, wie auf den folgenden Bildern zu sehen. Wenn Sie die Zündung aufbauen wollen, bitte ich Sie noch etwas zu warten. Ich prüfe gerade die Platine aus Kap. 2.2.2. Wenn die Platine fertig entwickelt ist, können Sie die komplette Zündung (Platine mit allen Bauteilen) als Bausatz kaufen, und müssen keine Streifenrasterplatine bearbeiten. Der Aufbau auf Streifenraster funktioniert auch, ist Elektronikeinsteigern jedoch nicht zu empfehlen.

Die beiden FET's werden über Kabel an den Lötnägeln angeschlossen.
Bei meinem Aufbau wurden Sie aus dem Gehöuse rausgeführt und gegeneinander mit Kühlkörpern angeordnet. Die Anschlüsse auf der Platine sind so ausgelegt das die Kabel der FET's so später nicht gekreuzt werden.

2.2.2 Platinenlayout selbst entwickelt

2.2.3 Kühlung MosFETs

Wichtig ist bei den beiden FET's auf gute Kühlung zu achten. Da diese im Betrieb sehr warm werden können. Achten Sie darauf das beide MosFETs nicht an derselben Kühlfläche angeschraubt werden. An der Fläche der MosFETs, die am Kühlkörper angeschraubt wird, ist "Drain" angeschlossen. Das heisst das beim IRF-840 ca. 12V anliegen und beim SPP20N60S bis zu 300V. Daher nehmen Sie entweder 2 getrennte Kühlkörper, oder isolieren die anzuschraubende Fläche des IRF-840 mit einer Glimmerscheibe und einer Isolierhülse.

Die Schaltung wird noch an einer Zündspule angeschlossen.

2.3 Der Hallsensor
Der Hallsensor hat die Aufgabe Änderungen im Magnetfeld zu erkennen, und als Signal weiterzuleiten. Dies wird hier genutzt um je Umdrehung des grossen Zahnrades mit einem Rundmagneten in der Kunststoffscheibe die Zündung im richtigen Moment anzusteuern. Als Hallsensor kann der TLE4905 oder der TLE4935 verwendet werden.

Für einen einfachen Aufbau empfehle ich den TLE4905.

Der Hallsensor TLE4905 und der hierfür benötigte Magnet werden im

Kap. 2.3.1 und Kap. 2.4.1 erklärt

Der Hallsensor TLE4935 und der hierfür benötigte Magnet werden im

Kap. 2.3.2 und Kap. 2.4.2 erklärt

2.3.1 Hallsensor TLE4905

Der TLE4905 ist so ausgelegt, das es reicht den Südpol eines Rundmagneten an ihm vorbeizuführen. Dann erzeugt der Hallsensor ein Signal für die Transistorzündung, die den Funken an der Zündspule auslöst.

Bei Verwendung des TLE4905 ist nur darauf zu achten, das der Rundmagnet mit dem Südpol hin zum Hallsensor im Zahnrad eingebaut wird.

2.3.1.1 Unterschied Hallsensoren Video Teil 1

Wo der Unterschied zwischen dem TLE4905 und 4935 liegt können Sie im folgenden Video sehen. In Teil 1 wird auf den TLE4905 eingegangen:

2.3.2 Hallsensor TLE4935

Der TLE4935 ist so ausgelegt, das ein neuer Impuls erst ausgelöst wird, wenn  erst der Nord- und danach der Südpol an ihm vorbeigeführt werden.

Wenn der Rundmagnet an ihm vorbeigeführt wird, erzeugt er ein Signal für die Transistorzündung die den Funken an der Zündspule auslöst.

Bei Verwendung des TLE4935 ist auf den genauen Einbau des Rundmagneten zu achten. Mehr siehe Kapitel 2.4.2. 

2.3.2.1 Unterschied Hallsensoren Video Teil 2

Eine Funktionserklärung des TLE4935 können Sie im folgenden Video Teil 2 sehen:

2.4 Der Rundmagnet

Als Magnet habe ich mich für einen Rundmagneten mit 10mm Durchmesser und 5mm Höhe entschieden. Dieser passt gut in das Kunststoff-Zahnrad.

2.4.1 Normale Magnet für Hallsensor TLE4905

Für den Hallsensor TLE4905 wird ein Rundmagnet 10mm mit "normaler" Magnetisierung verwendet. Je Fläche hat dieser Magnet einen Magnetpol. Es ist darauf zu achten, das beim Einbau des Magneten in das Zahnrad, der Südpol des Magneten in Richtung des Hallsensors zeigt. Die beiden folgenden Bilder veranschaulichen dies.

2.4.2 Diametrale Magnet für Hallsensor TLE4935

Wieso ein diametral magnetisierter Rundmagnet?

Bei dem ersten Aufbau der Schaltung wurde ein TLE4935 verwendet. Dieser gibt nur einen weiteren Zündfunken ab, wenn erst ein Plus- und dann ein Minuspol eines Magneten am Hallsensor vorbeigeführt wurde.

Meist werden Rundmagnete so magnetisiert, das jede Seite einen Magnetpol hat. Bei einem diametral magnetisierten Rundmagneten sitzt der eine Pol auf der oberen Rundung und der Gegenpol auf der unteren Rundung. Wenn der Magnet nun richtig ausgerichtet eingesetzt ist, wird bei einem Umlauf genau einmal der Plus- und danach der Minuspol des Magneten am Hallsensor vorbeigeführt. Dadurch zündet die Zündung bei jeder Drehung, wie es sein sollte.

2.5 Zündspule
Die elektrische Zündung erzeugt nur die Initialspannung für eine Zündspule. Ohne diese kein Zündfunke. Ich habe als Zündspule eine genommen die noch in alten Autos verwendet wird die noch einen mechanischen Zündverteiler haben. Hier eine Zundspule für einen VW-Polo älteren Baujahres.

2.6 Erste Test der elektrischen Zündung.
Hierfür wird benötigt :

• 12V Batterie
• Zündkerze
• Zündspule
• Erdungskabel
• Magnet

Alles wird miteinander verbunden und die Zündkerze über das Erdungskabel und das Zündkabel angeschlossen.

Nun die Betriebsspannung anklemmen und mit dem Magneten am Hallsensor vorbeigehen. Wenn die Zündkerze funkt, ist alles korrekt aufgebaut. Wenn nicht, muss die Schaltung noch einmal geprüft werden. Zum Beispiel ob der Hallsensor und die FET's richtig angeschlossen sind.

3. Zündung - Mechanische Umbau
Für eine 2:1-Untersetzung und anbringen der Zahnräder muss das Aggregat mechanisch umgebaut werden. Wie genau, wird nachfolgend beschrieben.

3.1 Verlängern der Generatorachse
Für die 2:1-Untersetzung mit Zahnräder muss die Achse des Generators verlängert werden. Dazu wird die zuerst Abdeckung an der Generatorseite abgeschraubt

Zu sehen ist die Schraube in der Mitte. Um diese rausdrehen zu können, muss der Motor mit Generator festgehalten werden. Das einfachste ist, dafür auf der anderen Generatorseite den Seilzugstarte abzuschrauben. Wenn er abmontiert wurde, kann mit einem Schraubenzieher oder anderen Metallstange verhindert werden, das sich der Generator mitdreht.

Jetzt kann die Schraube die den Generator mit dem Motor innen verbinden abgeschraubt werden. Beim ersten abschrauben sitzt diese sehr fest.

Nachdem die Schraube entfernt wurde, wird statt dessen eine passende Gewindestange eingeschraubt. Hierbei darauf achten, das die Gewindestange lang genug ist, damit später das Zahnrad weit genug raus steht.

Damit die Gewindestange genauso fest im Motor sitzt wie vorher die Schraube, sollte die Gewindestange mit 2 Kontermuttern eingeschraubt werden. Darauf achten das eine Unterlegscheibe zwischen Muttern und Generator sitzt.

Wenn die Gewindestange fest sitzt, können die Kontermutten gelöst werden und mit einer der Muttern der Generator nun festgeschraubt werden. Die Unterlegscheibe dient als Schutz Mutter/Kugellager.

3.2 Generatorabdeckung
Einige Forscher betreiben den Generator ohne die Abdeckung an der Seite wieder aufzuschrauben. Aus Sicherheitsgründen wurde bei meinem Aufbau die Abdeckung mittig durchbohr, mit weiteren Löchern für die Halterung versehen und dann wieder aufgeschraubt.

3.3 Untersetzung aufbauen
Es bleibt jedem Selbst überlassen nun irgendwie das 2. Zahnrad am Generator so anzubringen, das es im richtigen Abstand zum Generatorzahnrad steht. Ein paar Bespiele finden Sie ei einer Recherche in meinem Youtube-Favoritenkanal

Bei dem hier gezeigten Aufbau wurde eine Makrolonplatte mit 4 Schrauben an der Generatorabdeckung festgeschraubt. Der Stab an dem der Hallsensor sitzt ist mit Kugellager auf der oberen Zahnradachse aufgeschoben.

Als Zahnräder für die Untersetzung wurden folgende verwendet:

Stirnzahnrad 120 Zähne
Stirnzahnrad 60 Zähne

3.4 Einbauloch für Hallsensormagnet
Damit die elektronische Zündung später funktioniert, muss im größeren Zahnrad ein Loch für einen Rundmagneten gebohrt werden. In meinem Fall war es ein 10mm Loch. Bitte beim einsetzen des Magneten auf die Magnetisierung des Magneten achten (Siehe Kapitel 2.4)

3.5 Regelstab
Der Stab am dem der Hallsensor abgebracht wird, dient später auch dazu, den Zündzeitpunkt zu verstellen. Bei Verwendung von Knallgas kann es sein, das der Zündzeitpunkt etwas vor o.T. (o.T. = obere Totpunkt) eingestellt werden muss.

3.6 Hallsensor anbringen
Der Hallsensor wird an einem Stab so angebracht, das er mit ein paar Millimetern Abstand am Magneten vorbeigeführt wird.

In den folgenden Bildern sind Details vom Aufbau, wie der Sensor und der Stab für die Zeitpüunktverstellung zu sehen.

3.7 Zahnräder aufeinander einstellen

Wenn wir davon ausgehen das der Regelstab nach oben zeigen soll, wenn der Zündfunke kommt, müssen die beiden Zahnräder noch aufeinander eingestellt werden.  

Der einfachste Weg ist der, die Zündkerze rauszuschrauben und die Ventildeckelabdeckung abschrauben. von Vorteil ist auch, wenn noch der Seilzugstarter abgeschraubt ist.

Nun solange am Motor drehen, bis der Kolben am oberen Wendepunkt zu sehen ist. Das kann gut über das Zündkerzenloch geprüft werden. Weiterhin muss kurz vor dem oberen Wendepunkt des Kolbens das Einlassventil geschlossen sein. Das Ausslassventil muss ebenfalls geschlossen sein. Wenn all Dies zutrifft, kann nun am Zahnrad-Untersetzeraufbau in dem die beiden Zahnräder sind, das größere Zahnrad so gegen das kleinere Zahnrad eingerastet werden, das der Magnet im großen Zahnrad gerade ganz oben am Hallsensor vorbeiführt.

Wenn Sie noch weiter auf Nummer sicher gehen wollen, können Sie noch die seitliche Seilzugabdeckung am Motor entfernen und prüfen ob der Magnet an der intern verbauten Zündspule vorbeiläuft. Ich habe die beiden Zahnräder ohne diese Prüfung aufeinander eingestellt.

4. Ansaugtrakt
Zuerst wird der Vergaser mit Luftfilter abgebaut. Dabei wird die Vergaserregelung über den oberen Hebel und Federn, vorsichtig ausgehängt. Bei Bedarf kann Diese später wieder zurückgebaut werden.

Bisherige Erfahrungen haben gezeigt, das es wichtig ist über einen Zugang das Knallgas und einen weiteren Luft zuzuführen. Wenn zum starten noch Campinggas verwendet wird, wären es 3 Zugänge, die in den Ansaugsutzen führen sollten. Es ist auch möglich nur einen Schlauchanschluß anzubringen und dann über T-Stücke die weiteren Anschlüsse zu realisieren.

Um das Gas in den Motor zu leitet bieten sich nun 2 Möglichkeiten an.

1.) Es wird der schwarze Kunststoffstutzen verwendet der locker zwischen Motor un Vergaser sitzt. Bei diesem wird am Eingangsloch ein Schlauchanschluß eingeschraubt, nachdem ein passendes Gewinde reingeschnitten wurde (Klären 1/4, 3/8 oder 1/2")

2.) Aus Hartgummi oder hitzebeständigen Kunststoff wird ein neuer Ansaugstutzen angefertigt. Hier zu sehen das hier 2 Eingänge direkt reingeführt wurden. Über den Anschluß mit dem langen Kupferrohr wird das Knallgas nahe an das Einlaßventil herangeführt.

Der andere Anschluss dient dazu Frischluft von außen und das Campingas zuzuführen.

5. Ventile
Es gibt Forscher die an den Ventilen ihrer Aggregate nicht geändert haben, und bei denen es nicht zu einer Rückzündung in den Ansaugtrakt kam. Bei mir war das nicht der Fall. Es kam immer wieder zu Rückschlägen in den Ansaugtrakt und bis zum Flammenarrestor.

Nachfolgend ein paar Hinweise zu den Ventilen und möglichen Anpassungen, falls es zum Rückschlag in den Ansaugtrakt kommt.

5.1 Ventile einschleifen
Bei einigen günstigen Notstromaggregaten sind die Ventile nicht besonders dicht. Im normalen Benzinbetrieb stört das nicht. Da  besondern Knallgas sehr reaktionsfreudig ist, müssen die Ventile dicht sein.

Dazu wird der Zylinderkopf und die Ventilstößel abgeschraubt. Die Ventile mit dem Zylinderkopf können dann von einem Mechaniker eingeschliffen werden Nach dem einschleifen wird der Zylinderkopf wieder eingebaut.

5.2 Ventilspiel ändern
Wenn das alleine nicht reicht kann es helfen, das Spiel des Einlassventils zu vergrößern. Dadurch öffnet das Einlassventil kürzer und ist vor der Zündung somit schneller wieder zu. Für das einstellen gibt es an jedem Ventilhebel eine Einstellschraube mit Kontermutter. Hier ist es sinnvoll wenn ein Mechaniker mit dabei ist, der sich mit Motoren auskennt.

Der Motor klackert danach mehr, da die Ventilstößel mehr Spiel haben. Wenn dadurch ein Rückschlag in den Ansaugtrakt verhindert wird, ist das ein vernachlässigbares Übel.