Автомат-регулятор кута ОЗ на К1816ВЕ31

Безкоштовна технічна бібліотека

ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ
Безкоштовна бібліотека / Схеми радіоелектронних та електротехнічних пристроїв

Автомат-регулятор кута ОЗ на К1816ВЕ31. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Безкоштовна технічна бібліотека

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Мікроконтролери

Коментарі до статті

Пристрої, призначені для автоматичної підтримки кута випередження запалення (ОЗ) двигуна внутрішнього згоряння на оптимальному рівні, поки що досить складні. Спростити їх вдається застосуванням мікросхем підвищеного ступеня інтеграції. Один із прикладів тому представлений нижче.

Найбільш очевидний спосіб поліпшення найважливіших показників бензинового двигуна внутрішнього згоряння – заміна відцентрового регулятора кута ОЗ електронним з ручним, а ще краще – з автоматичним керуванням. Подібні електронні регулятори вже були описані у журналі [1; 2].

Взявши за основу пристрій [2], я розробив простіший автоматичний регулятор кута O3. Спрощення досягнуто використанням мікроконтролера К1816ВЕ31. Наявність у ньому двох цифрових шістнадцятирозрядних таймерів дозволяє безперервно та одночасно вимірювати частоту обертання колінчастого валу та керувати кутом ОЗ. На відміну від прототипу, контакти переривника залишаються в положенні початкового кута 03, як і для відцентрового механічного регулятора, що забезпечує нормальний режим запалювання в процесі запуску двигуна.

Автомат-регулятор призначений для роботи з контактним переривником та системою електронного запалення. Затримка іскри щодо моменту розмикання контактів дорівнює різниці періоду іскроутворення (Ті - 1/fі, де fі - частота розмикання контактів переривника) та часу випередження запалення (відповідного куту OЗ при конкретній частоті обертання колінчастого валу двигуна).

Розрахунок моменту іскроутворення повторюється кожні півоберта колінчастого валу, що практично забезпечує безінерційність регулятора. Передбачено також запровадження тимчасової поправки октан-коректором, який задає як значення, і знак корекції. Залежно від положення дросельної заслінки карбюратора та частоти обертання колінчастого валу двигуна відбувається керування електроклапаном економайзера за типовим алгоритмом.

Принципова схема цифрового регулятора зображено на рис. 1. Пристрій складається з процесорного вузла, вхідного формувача, вихідного вузла, октан-коректора, вузла управління електроклапаном економайзера, стабілізатора напруги та ланцюга гальванічної розв'язки від контактів мікроперемикача.

(Натисніть для збільшення)

Основний елемент процесорного вузла - однокристальний мікроконтролер DD1, включений за типовою схемою із зовнішньою пам'яттю (вона зберігає програми). Мікроконтролер тактований вбудованим генератором, частота якого задана кварцовим резонатором ZQ1. Мікросхема DD3 - регістр-клацанка молодшого байта адреси.

Формувач, що складається з вхідного підсилювача на транзисторі VT1, одновібратора на елементах DD2.1, DD2.4 та тригера DD2.2, DD2.3, зібраний за схемою з [2] і призначений для усунення наслідків брязкоту контактів переривника та подачі сигналу низького рівня на вхід Р3.2 контролера при розмиканні контактів переривника. Вхід формувача з'єднують із переривником двигуна автомобіля.

Перемикач SA1 дозволяє відключати автомат-регулятор і подавати сигнал із переривника одразу на блок запалювання. Це, зокрема, дає можливість запускати двигун із сильно розрядженою акумуляторною батареєю, коли напруга бортової мережі недостатньо для нормальної роботи автомата.

В октан-коректор входять перемикачі SB1, SA2 та шифратор на діодах VD8-VD22. Корекція моменту іскроутворення дискретна з програмно встановленим кроком 0,7 град. Залежно від положення перемикача SA2 сигнал у двійковому інверсному коді через діоди надходить на входи Р1.0-Р1.3 мікроконтролера і задає йому кількість кроків корекції. З перемикача SB1 на вхід контролера Р1.6 надходить сигнал, що визначає знак корекції. Програмно визначено, що розімкнутим контактам цього перемикача відповідають збільшення, а замкнутим - зменшення випередження запалення щодо номінального значення.

Вихідний вузол зібраний на одновібраторі DD4.1, DD4.3 з підсилювачем на транзисторах VT3, VT5 за схемою [1] і призначений для формування імпульсів позитивної полярності амплітудою 12 і тривалістю 500 мкс для запуску електронної системи запалювання. Якщо вихід елемента DD4.1 з'єднати з входами вільного елемента DD4.4 (не показаного на схемі), з виходу елемента DD4.4 можна зняти імпульсну послідовність для подачі на електронний тахометр.

Вузол управління електроклапаном зібраний на елементі DD4.2 і транзисторах VT2, VT4 за схемою [3]. Низький логічний рівень на виході Р3.5 контролера після інвертування елементом DD4.2 відкриває транзистори VT2, VT4. Через відкритий транзистор VT4 напруга 12 надходить на обмотку електроклапану, який управляє надходженням палива в карбюратор двигуна.

На реле К1 зібраний вузол, що забезпечує гальванічну розв'язку входу мікроконтролера від контактів датчика-мікроперемикача, який встановлений на карбюраторі і механічно пов'язаний з дросельною заслінкою. При відкритій заслінці контакти датчика замкнуті і на обмотку реле К1 подано напругу 12 Ст. Через замкнуті контакти К1.1 реле низький логічний рівень надходить на вхід Р1.7 контролера, інформуючи його про відкриття дросельної заслінки.

Автомат-регулятор живиться від бортової мережі автомобіля. Через вхідний фільтр L1C13 напруга постійного струму надходить на стабілізатор DA1, з виходу якого напруга 5 надходить до мікросхем та іншим вузлам. Регулятор вмикається одночасно із включенням запалювання автомобіля.

При подачі напруги живлення конденсатор С6 заряджається через резистор R8, формуючи сигнал обнулення, яким контролер DD1 переходить у вихідний стан і виконує підготовчі операції. По-перше, встановлює низький рівень на виході Р3.5, який після інвертування елементом DD4.2 та посилення транзистором VT2 відкриває транзистор VT4, і напруга бортової мережі надходить на обмотку електроклапану, дозволяючи цим подачу палива в карбюратор двигуна.

По-друге, імпульс низького рівня на нижньому за схемою вході елемента DD2.2 встановлює тригер DD2.2, DD2.3 у вихідний стан, при якому на виході елемента DD2.2 - високий рівень, а на виході елемента DD2.3 - низький . По-третє, дозволяє переривання за низьким рівнем на вході Р3.2.

По-четверте, встановлює внутрішні таймери - лічильники ТО та Т1 у 16-бітний режим і дозволяє переривання від внутрішнього таймера Т1. Таймери контролера організуються так, що їхній стан збільшується на 1 через 12 періодів генератора. При тактовій частоті 12 МГц збільшення стану таймера відбувається через 1 мкс, що дозволяє виміряти період не більше 65535 мкс, який відповідає частоті обертання колінчастого валу двигуна не менше ніж 457 хв-1. При переході таймера зі стану "всі одиниці" у стан "всі нулі" у спеціальному регістрі контролера встановлюється ознака переповнення, за яким за умови дозволу переривання контролер виконує відповідну підпрограму, яка обслуговує це переривання.

Далі контролер обнуляє таймери, запускає таймер ТО на рахунок та переходить у режим очікування надходження низького рівня на вході Р3.2. Таким чином, цифровий регулятор готовий до запуску двигуна.

При першому розмиканні контактів переривника на виході одновібратора DD2.1, DD2.4 сформується імпульс тривалістю 500 мкс, який після диференціювання ланцюгом C7R11R12 перемкне тригер DD2.2, DD2.3 і на виході елемента DD2.2 встановиться низький рівень. Вступивши на вхід Р3.2 контролера, він викличе відповідну підпрограму обробки переривання, яка зупиняє таймер ТО, зберігає його стан, виконує початкову установку та знову запускає в режимі рахунку. Після цього відбувається аналіз збереженого значення таймера ТО.

При запуску двигуна частота обертання колінчастого валу менша за допустиму для вимірювання, тому відбувається переповнення таймера ТО. При цьому контролер без затримки сформує на виході Р3.4 короткий імпульс низького рівня, який запустить одновібратор DD4.1, DD4.3. Імпульс низького рівня тривалістю 500 мкс, сформований на виході одновібратора, закриє транзистори VT3, VT5 та запустить систему електронного запалення двигуна. Після цього контролер імпульсом низького рівня нижній вхід елемента DD2.2 встановлює тригер DD2.2, DD2.3 у вихідний стан і знову переходить в режим очікування чергового перемикання тригера.

Коли частота обертання колінчастого валу перевищить 457 хв-1, переповнення таймера ТО вже не відбувається і контролер при виконанні підпрограми обробки переривання входу Р3.2 проводить аналіз періоду іскроутворення. Відповідно до характеристики механічного регулятора Р147В, зображеної на рис. 2 (N - частота обертання колінчастого валу).

Автомат-регулятор кута ОЗ на К1816ВЕ31

На її горизонтальній ділянці від нуля до точки 1 пристрій формує вихідні імпульси без затримки, тобто в момент розмикання контактів переривника на ділянці 1 - 2 контролер розраховує необхідну затримку формування імпульсу запалювання за формулою

tзад = (tізм - φоз·tізм/180) - tрасч ± tкор,

де tзад - час затримки запалювання, мкс; tізм - час між двома суміжними розмиканнями переривника, мкс; φоз - значення кута випередження запалення при конкретній частоті обертання колінчастого валу двигуна, град.; tрасч - час, що минув від моменту розмикання контактів переривника до закінчення розрахунку затримки запалювання, мкс; tкорр - тимчасова поправка (корекція запалювання), що залежить від положення перемикача октан-коректора, і перемикача знака корекції, мкс.

Отримане значення затримки віднімається з 65536 результат фіксує таймер Т1, після чого відбувається його запуск і вміст таймера починає збільшуватися на одиницю через кожну мікросекунду.

Одночасно з завершенням розрахунку затримки запалення контролер включає або вимикає електроклапан в залежності від положення дросельної заслінки карбюратора та частоти обертання валу двигуна. При відкритій заслінці контролер постійно підтримує низький рівень на виході Р3.5, дозволяючи цим подачу палива в карбюратор.

При її закриванні реле К1 відпускає якір, контакти К1.1 розмикаються і через резистор R10 вхід Р1.7 контролера надходить високий рівень. Контролер порівнює виміряний період іскроутворення з програмно встановленими тимчасовими порогами і відкриває або закриває клапан. Ці часові пороги відповідають заданим у блоці керування економайзером, який було змонтовано на автомобілі.

Після завершення підпрограми обробки переривання на вході Р3.2 контролер встановлює тригер DD2.2, DD2.3 у вихідний стан і очікує надходження сигналу переривання від таймера Т1.

Через певний час відбувається переповнення таймера Т1 і він формує запит на обробку вектора переривання. Контролер виконує відповідну підпрограму, зупиняє таймер Т1, імпульсом низького рівня запускає одновібратор DD4.1, DD4.3. Транзистор VT4, що закрився, сформує пусковий імпульс для блоку запалювання. Завершивши підпрограму, контролер знову очікує надходження низького рівня на вхід Р3.2.

Оскільки контакти переривника розмикаються кожні півоберта колінчастого валу двигуна, і час, виміряне таймером ТО у кожному циклі, відповідає 180 град. Виміряний час програмно ділиться на 256 (виходить результат, що відповідає 0,7 град.) і множиться на код, введений із шифратора на діодах VD8-VD22. В результаті виходить час корекції затримки запалення tкор, яке враховується при остаточному розрахунку затримки запалення з відповідним знаком. Перемикачем SA2 кут корекції ОЗ можна змінювати в межах від 0 до +6,3 або від 0 до -6,3 град., чому відповідають верхня та нижня ламані штрихові лінії на рис. 2.

Використання інверсного коду дозволяє зменшити кількість діодів у шифраторі. При встановленні мінусового кута корекції характеристика регулятора програмно обмежується так, що результуючий кут ОЗ не може набувати негативних значень.

Розглянемо формування характеристики автомата-регулятора (такий, як і відцентрового регулятора), показаної на рис. 2 (жирна ламана лінія). У відцентровому регуляторі таку форму характеристики задають дві пружини різної жорсткості, які входять у дію одна одною зі збільшенням частоти обертання валу переривника. Лінія складається із чотирьох ділянок.

На першій ділянці від початку координат до точки 1 кут 03 дорівнює нулю. Інші три ділянки - 1-2, 2-3 і 3-4 - апроксимовані прямими лініями та виражені системою трьох лінійних рівнянь залежності кута O3 від частоти обертання колінчастого валу, яку в загальному вигляді описує формула φоз = К · (N - N0) + φпоч, де φоз - поточний кут ОЗ, град.; N - поточна частота обертання колінчастого валу двигуна, хв-1; N0 - частота обертання початковій точці ділянки, хв-1; К - коефіцієнт, що враховує кут нахилу ділянки до осі N; φпоч - початковий кут ОЗ для ділянки, град.

Підставивши ці три рівняння для кожної ділянки у формулу для tзад і виконавши перетворення, отримаємо систему трьох лінійних рівнянь із залежністю часу затримки моменту іскроутворення від виміряного відрізка часу між двома суміжними розмиканнями переривника:

tзад = (tізм · K1/256 - В1) - tpaсч ± tкор (для ділянки 1-2);

tзад = (tізм · K2/256 - В2) - tpaсч ± tкор (для 2-3);

tзад = (tізм · K3/256 - В3) - tpaсч ± tкор (для 3-4),

де K1, В1, K2, В2, K3, В3 – розрахункові коефіцієнти для відповідних ділянок характеристики.

Для визначення цих коефіцієнтів написано програму (табл. 1) мовою програмування Q-Basic.

Автомат-регулятор кута ОЗ на К1816ВЕ31

Вихідними для неї служать параметри характеристики відцентрового регулятора переривника-розподільника Р147В автомобіля "Москвич-2140", з технічного опису [4] - кут ОЗ і частота обертання колінчастого валу двигуна (не плутати з частотою обертання та кутом ОЗ валу кулачка переривника, його обертання вдвічі менше, ніж колінчастого валу) у точках 1, 2, 3 - табл. 2.

Автомат-регулятор кута ОЗ на К1816ВЕ31

У табл. 3 зведено результати розрахунку за зазначеною програмою. За максимальне умовно прийнято значення частоти обертання колінчастого валу 6000 хв-1, оскільки ділянка від точки 3 горизонтальна. Для спрощення керуючої програми контролера значення періоду іскроутворення на початку ділянок характеристики прийняті рівними найближчим кратним 256.

Автомат-регулятор кута ОЗ на К1816ВЕ31

У табл. 4 представлені коди програми, яку розміщують у ПЗП DS1; вона забезпечує роботу контролера DD1.

Автомат-регулятор кута ОЗ на К1816ВЕ31

З цією програмою автомат-регулятор за характеристикою аналогічний переривнику-розподільнику Р147В та блоку управління економайзером 252.3761 двигуна автомобіля "Москвич-2140", розрахованого на використання бензину А-76. Пороги включення та вимкнення електроклапану за частотою обертання колінчастого валу прийняті рівними відповідно 1245 хв-1 та 1500 хв-1 [5]. Адреси програми, до яких занесено інформацію, що визначає характеристику регулятора, вказані в табл. 5 та 6.

Автомат-регулятор кута ОЗ на К1816ВЕ31

Зміст у програму записують у двобайтному шістнадцятковому коді, за винятком періоду іскроутворення на початку відповідних ділянок (Т1, Т2, Т3), які представляють лише старшим байтом. Пороги перемикання електроклапану з частотного в часовий вигляд (табл. 6) перераховують за формулою tпop = 3 · 107/Nпop, де tпop - час мкс; Nпop - частота обертання хв-1.

Для використання автомата з іншими відцентровими регуляторами та блоками управління економайзером у розрахунок підставляють їх характеристики.

Автомат-регулятор зібраний на технологічній платі розміром 130x85 мм. З'єднання виконані дротом МГТФ. На лицьовій панелі регулятора встановлені перемикачі SA1, SA2, SB1. Якщо керувати електроклапаном не потрібно, елементи R13-R15, R18, R19, VT2, VT4, VD6, VD7, К1 не можна встановлювати. Вигляд пристрою зі знятим кожухом показано на рис. 3.

Автомат-регулятор кута ОЗ на К1816ВЕ31

Як мікроконтролер підійде будь-яка мікросхема з сімейства Intel51 (180x31, 180x51, 180x52) або їх вітчизняні аналоги (К1816ВЕ51, наприклад).

Виготовлений із справних деталей і без помилок регулятор налагодження не потребує. Рекомендації щодо заміни елементів та перевірки працездатності викладені у [1-3]. Межі регулювання корекції кута ОЗ можна за бажання збільшити до ±10,5 град, використанням перемикача SA2 на 16 положень із додаванням відповідного числа діодів в шифратор. Можливе також застосування шифратора у вигляді перемикача на 4 напрямки та 10 або 16 положень, як у [1].

Регулятор монтують на панелі приладів автомобіля і з'єднують із переривником, блоком запалювання, електроклапаном та датчиком на карбюраторі екранованим кабелем.

Перед встановленням електронного регулятора слід зафіксувати сухарі відцентрового регулятора у вихідному положенні. Момент розмикання контактів переривника має відповідати початковому куту ОЗ. Конденсатор переривника необхідно вимкнути.

При установці автомата-регулятора на автомобілі, на карбюраторі яких встановлено датчик-гвинт (його контакти при закритій дросельній заслінці замкнуті), необхідно резистор R10 підключити до замкнутих контактів реле К1.

Хоча пристрій розрахований на спільну роботу з контактним переривником і системою електронного запалювання, при відповідному доопрацюванні вхідного формувача і вихідного вузла він здатний працювати з безконтактним переривником і з іншими видами блоку запалювання.

Вихідний текст програми для К1816ВЕ31

література

Бірюков А. Цифровий октан-коректор. - Радіо, 1987 №10, с. 34-37.
Бірюков А. Цифровий автомат-регулятор кута ОЗ. - Радіо, 1999 №1, с. 46-48; №2, с. 40,41.
Банніков В. Удосконалений блок управління економайзером. – Радіо, 1991, № 8, с. 28-31.
Горєлов Н. С. та ін. Автомобілі "Москвич" моделей 2140, 2138: Ремонт. - М: Транспорт, 1993, с. 234.
Банніков В. Заміна блоків керування економайзером. - Радіо, 1989 №8, с. 30.

Автор: О.Обухів, м.Перм

Дивіться інші статті розділу Мікроконтролери.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Новий спосіб управління та маніпулювання оптичними сигналами 05.05.2024

Сучасний світ науки та технологій стрімко розвивається, і з кожним днем з'являються нові методи та технології, які відкривають перед нами нові перспективи у різних галузях. Однією з таких інновацій є розробка німецькими вченими нового способу керування оптичними сигналами, що може призвести до значного прогресу фотоніки. Нещодавні дослідження дозволили німецьким ученим створити регульовану хвильову пластину всередині хвилеводу із плавленого кремнезему. Цей метод, заснований на використанні рідкокристалічного шару, дозволяє ефективно змінювати поляризацію світла через хвилевід. Цей технологічний прорив відкриває нові перспективи розробки компактних і ефективних фотонних пристроїв, здатних обробляти великі обсяги даних. Електрооптичний контроль поляризації, що надається новим методом, може стати основою створення нового класу інтегрованих фотонних пристроїв. Це відкриває широкі можливості для застосування. ...>>

Приміальна клавіатура Seneca 05.05.2024

Клавіатури – невід'ємна частина нашої повсякденної роботи за комп'ютером. Однак однією з головних проблем, з якою стикаються користувачі, є шум, особливо у випадку преміальних моделей. Але з появою нової клавіатури Seneca від Norbauer & Co може змінитися. Seneca – це не просто клавіатура, це результат п'ятирічної роботи розробників над створенням ідеального пристрою. Кожен аспект цієї клавіатури, починаючи від акустичних властивостей до механічних характеристик, був ретельно продуманий і збалансований. Однією з ключових особливостей Seneca є безшумні стабілізатори, які вирішують проблему шуму, характерну для багатьох клавіатур. Крім того, клавіатура підтримує різні варіанти ширини клавіш, що робить її зручною для будь-якого користувача. І хоча Seneca поки не доступна для покупки, її реліз запланований на кінець літа. Seneca від Norbauer & Co є втіленням нових стандартів у клавіатурному дизайні. Її ...>>

Запрацювала найвища у світі астрономічна обсерваторія 04.05.2024

Дослідження космосу та її таємниць - це завдання, яка привертає увагу астрономів з усього світу. У свіжому повітрі високих гір, далеко від міських світлових забруднень, зірки та планети розкривають свої секрети з більшою ясністю. Відкривається нова сторінка в історії астрономії із відкриттям найвищої у світі астрономічної обсерваторії – Атакамської обсерваторії Токійського університету. Атакамська обсерваторія, розташована на висоті 5640 метрів над рівнем моря, відкриває нові можливості для астрономів у вивченні космосу. Це місце стало найвищим для розміщення наземного телескопа, надаючи дослідникам унікальний інструмент вивчення інфрачервоних хвиль у Всесвіті. Хоча висотне розташування забезпечує більш чисте небо та менший вплив атмосфери на спостереження, будівництво обсерваторії на високій горі є величезними труднощами та викликами. Однак, незважаючи на складнощі, нова обсерваторія відкриває перед астрономами широкі перспективи для дослідження. ...>>

Випадкова новина з Архіву

Спирт із повітря 19.10.2016

Фізики зі США створили особливі "наноігли" з графену та міді, які використовують енергію електричного струму для перетворення вуглекислого газу (СО2) на молекули етанолу - звичайного спирту.

В останні роки вчені активно намагаються знайти спосіб перетворення атмосферного СО2 на біопаливо та інші корисні речовини. Наприклад, у липні цього року фізики з Чикаго представили незвичайну сонячну батарею з наноматеріалів, яка безпосередньо використовує енергію світла для розщеплення молекул вуглекислоти та виробництва чадного газу та водню, з яких можна отримувати метан, етанол та інші види біопалива.

Рондинон та його колеги довели цей процес до логічного кінця, намагаючись знайти нові, більш ефективні способи розщеплення СО2 на чадний газ і кисень, не породжуючи при цьому інших побічних продуктів реакції, які не є корисними або навіть заважають отриманню біопалива з вуглекислого газу.
Як головний матеріал для цього каталізатора вчені обрали мідь, чиї електрохімічні властивості ідеально підходять для відновлення СО2 у чадний газ та інші види молекул.

Проблема полягає в тому, що мідні наночастинки і пластинки перетворюють СО2 не в одну речовину, а відразу в кілька десятків молекул, присутність і концентрації яких залежать від напруги струму, який пропускається через каталізатор. Це унеможливлює промислове використання подібних розщеплювачів СО2.

Фізики з Оак-Ріджа вирішили цю проблему за допомогою іншого перспективного наноматеріалу – графена. Зім'явши листи графена у своєрідні "гармошки", вчені засіяли їх складки наночастинками міді, що призвело до того, що молекули СО2 розщеплювалися в строго відведених місцях - на вершинах графенових "наноігл".

Це дозволило американським дослідникам гнучко керувати тим, що відбувається в ході цього розщеплення, і змусити СО2 перетворюватися майже завжди на звичайний етиловий спирт - в середньому близько 60% молекул вуглекислоти перетворюється на етанол.

Інші цікаві новини:

▪ Етруски та їх корови

▪ Штучний м'яз на основі природних білків

▪ Вогневі випробування теплоізоляції SpaceX Starship

▪ Реактор на розплаві солей та швидких нейтронах

▪ Новий сенс POLYLED

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Гірлянди. Добірка статей

▪ стаття Хьюго Гернсбек. Знамениті афоризми

▪ стаття Що таке колір? Детальна відповідь

▪ стаття Черешня ацеролу. Легенди, вирощування, способи застосування