Автомат-регулятор угла ОЗ на К1816ВЕ31. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Микроконтроллеры

 Комментарии к статье

Устройства, предназначенные для автоматического поддержания угла опережения зажигания (ОЗ) двигателя внутреннего сгорания на оптимальном уровне, пока довольно сложны. Упростить их удается применением микросхем повышенной степени интеграции. Один из примеров тому представлен ниже.

Наиболее очевидный способ улучшения важнейших показателей бензинового двигателя внутреннего сгорания - замена центробежного регулятора угла ОЗ электронным с ручным, а еще лучше - с автоматическим управлением. Подобные электронные регуляторы уже были описаны в журнале [1; 2].

Взяв за основу устройство [2], я разработал более простой автоматический регулятор угла O3. Упрощение достигнуто использованием микроконтроллера К1816ВЕ31. Наличие в нем двух цифровых шестнадцатиразрядных таймеров позволяет непрерывно и одновременно измерять частоту вращения коленчатого вала и управлять углом ОЗ. В отличие от прототипа, контакты прерывателя остаются в положении начального угла 03, как и для механического центробежного регулятора, что обеспечивает нормальный режим зажигания в процессе запуска двигателя.

Автомат-регулятор предназначен для работы с контактным прерывателем и системой электронного зажигания. Задержка искры относительно момента размыкания контактов равна разности периода искрообразования (Ти - 1/fи, где fи - частота размыкания контактов прерывателя) и времени опережения зажигания (соответствующего углу OЗ при конкретной частоте вращения коленчатого вала двигателя).

Расчет момента искрообразования повторяется каждые пол-оборота коленчатого вала, что практически обеспечивает безынерционность регулятора. Предусмотрено также введение временной поправки октан-корректором, который задает как значение, так и знак коррекции. В зависимости от положения дроссельной заслонки карбюратора и частоты вращения коленчатого вала двигателя происходит управление электроклапаном экономайзера по типовому алгоритму.

Принципиальная схема цифрового регулятора изображена на рис. 1. Устройство состоит из процессорного узла, входного формирователя, выходного узла, октан-корректора, узла управления электроклапаном экономайзера, стабилизатора напряжения и цепи гальванической развязки от контактов микропереключателя.

(нажмите для увеличения)

Основной элемент процессорного узла - однокристальный микроконтроллер DD1, включенный по типовой схеме с внешней памятью (она хранит программы). Микроконтроллер тактирован встроенным генератором, частота которого задана кварцевым резонатором ZQ1. Микросхема DD3 - регистр-защелка младшего байта адреса.

Формирователь, состоящий из входного усилителя на транзисторе VT1, одновибратора на элементах DD2.1, DD2.4 и триггера DD2.2, DD2.3, собран по схеме из [2] и предназначен для устранения последствий дребезга контактов прерывателя и подачи сигнала низкого уровня на вход Р3.2 контроллера при размыкании контактов прерывателя. Вход формирователя соединяют с прерывателем двигателя автомобиля.

Переключатель SA1 позволяет отключать автомат-регулятор и подавать сигнал с прерывателя сразу на блок зажигания. Это, в частности, дает возможность запускать двигатель с сильно разряженной аккумуляторной батареей, когда напряжение бортовой сети недостаточно для нормальной работы автомата.

В октан-корректор входят переключатели SB1, SA2 и шифратор на диодах VD8-VD22. Коррекция момента искрообразования дискретна, с программно установленным шагом 0,7 град. В зависимости от положения переключателя SA2 сигнал в двоичном инверсном коде через диоды поступает на входы Р1.0- Р1.3 микроконтроллера и задает ему число шагов коррекции. С переключателя SB1 на вход Р1.6 контроллера поступает сигнал, определяющий знак коррекции. Программно определено, что разомкнутым контактам этого переключателя соответствуют увеличение, а замкнутым - уменьшение опережения зажигания относительно номинального значения.

Выходной узел собран на одновибраторе DD4.1, DD4.3 с усилителем на транзисторах VT3, VT5 по схеме из [1] и предназначен для формирования импульсов положительной полярности амплитудой 12 В и длительностью 500 мкс для запуска электронной системы зажигания. Если выход элемента DD4.1 соединить с входами свободного элемента DD4.4 (не показанного на схеме), то с выхода элемента DD4.4 можно снять импульсную последовательность для подачи на электронный тахометр.

Узел управления электроклапаном собран на элементе DD4.2 и транзисторах VT2, VT4 по схеме из [3]. Низкий логический уровень на выходе Р3.5 контроллера после инвертирования элементом DD4.2 открывает транзисторы VT2, VT4. Через открытый транзистор VT4 напряжение 12 В поступает на обмотку электроклапана, который управляет поступлением топлива в карбюратор двигателя.

На реле К1 собран узел, обеспечивающий гальваническую развязку входа микроконтроллера от контактов датчика -микропереключателя, который установлен на карбюраторе и механически связан с дроссельной заслонкой. При открытой заслонке контакты датчика замкнуты и на обмотку реле К1 подано напряжение 12 В. Через замкнутые контакты К1.1 реле низкий логический уровень поступает на вход Р1.7 контроллера, информируя его об открытии дроссельной заслонки.

Автомат-регулятор питается от бортовой сети автомобиля. Через входной фильтр L1C13 напряжение постоянного тока поступает на стабилизатор DA1, с выхода которого напряжение 5 В поступает к микросхемам и другим узлам. Регулятор включается одновременно с включением зажигания автомобиля.

При подаче напряжения питания конденсатор С6 заряжается через резистор R8, формируя сигнал обнуления, по которому контроллер DD1 переходит в исходное состояние и выполняет подготовительные операции. Во-первых, устанавливает низкий уровень на выходе Р3.5, который после инвертирования элементом DD4.2 и усиления транзистором VT2 открывает транзистор VT4, и напряжение бортовой сети поступает на обмотку электроклапана, разрешая тем самым подачу топлива в карбюратор двигателя.

Во-вторых, импульсом низкого уровня на нижнем по схеме входе элемента DD2.2 устанавливает триггер DD2.2, DD2.3 в исходное состояние, при котором на выходе элемента DD2.2 - высокий уровень, а на выходе элемента DD2.3 - низкий. В-третьих, разрешает прерывание по низкому уровню на входе Р3.2.

В-четвертых, устанавливает внутренние таймеры - счетчики ТО и Т1 в 16-битный режим и разрешает прерывание от внутреннего таймера Т1. Таймеры контроллера организуются так, что их состояние увеличивается на 1 через 12 периодов генератора. При тактовой частоте 12 МГц увеличение состояния таймера происходит через 1 мкс, что позволяет измерить период не более 65535 мкс, который соответствует частоте вращения коленчатого вала двигателя не менее 457 мин-1. При переходе таймера из состояния "все единицы" в состояние "все нули" в специальном регистре контроллера устанавливается признак переполнения, по которому при условии разрешения прерывания контроллер выполняет соответствующую подпрограмму, обслуживающую это прерывание.

Далее контроллер обнуляет таймеры, запускает таймер ТО на счет и переходит в режим ожидания поступления низкого уровня на входе Р3.2. Таким образом, цифровой регулятор готов к запуску двигателя.

При первом размыкании контактов прерывателя на выходе одновибратора DD2.1, DD2.4 сформируется импульс длительностью 500 мкс, который после дифференцирования цепью C7R11R12 переключит триггер DD2.2, DD2.3 и на выходе элемента DD2.2 установится низкий уровень. Поступив на вход Р3.2 контроллера, он вызовет соответствующую подпрограмму обработки прерывания, которая останавливает таймер ТО, сохраняет его состояние, выполняет начальную установку и вновь запускает в режиме счета. После этого происходит анализ сохраненного значения таймера ТО.

При запуске двигателя частота вращения коленчатого вала меньше допустимой для измерения, поэтому происходит переполнение таймера ТО. При этом условии контроллер без задержки сформирует на выходе Р3.4 короткий импульс низкого уровня, который запустит одновибратор DD4.1, DD4.3. Импульс низкого уровня длительностью 500 мкс, сформированный на выходе одновибратора, закроет транзисторы VT3, VT5 и запустит систему электронного зажигания двигателя. После этого контроллер импульсом низкого уровня на нижний вход элемента DD2.2 устанавливает триггер DD2.2, DD2.3 в исходное состояние и вновь переходит в режим ожидания очередного переключения триггера.

Когда частота вращения коленчатого вала превысит 457 мин-1, переполнения таймера ТО уже не происходит и контроллер при выполнении подпрограммы обработки прерывания по входу Р3.2 производит анализ периода искрообразования. В соответствии с характеристикой механического регулятора Р147В, изображенной на рис. 2 (N - частота вращения коленчатого вала).

На ее горизонтальном участке от нуля до точки 1 устройство формирует выходные импульсы без задержки, т. е. в момент размыкания контактов прерывателя, на участке 1 - 2 контроллер рассчитывает необходимую задержку формирования импульса зажигания по формуле

tзад = (tизм - φоз·tизм/180) - tрасч ± tкорр,

где tзад - время задержки зажигания, мкс; tизм - время между двумя смежными размыканиями прерывателя, мкс; φоз - значение угла опережения зажигания при конкретной частоте вращения коленчатого вала двигателя, град.; tрасч - время, прошедшее от момента размыкания контактов прерывателя до окончания расчета задержки зажигания, мкс; tкорр - временная поправка (коррекция зажигания), зависящая как от положения переключателя октан-корректора, так и переключателя знака коррекции, мкс.

Полученное значение задержки вычитается из 65536, результат фиксирует таймер Т1, после чего происходит его запуск и содержимое таймера начинает увеличиваться на единицу через каждую микросекунду.

Одновременно с завершением расчета задержки зажигания контроллер включает или выключает электроклапан в зависимости от положения дроссельной заслонки карбюратора и частоты вращения вала двигателя. При открытой заслонке контроллер постоянно поддерживает низкий уровень на выходе Р3.5, разрешая тем самым подачу топлива в карбюратор.

При ее закрывании реле К1 отпускает якорь, контакты К1.1 размыкаются и через резистор R10 на вход Р1.7 контроллера поступает высокий уровень. Контроллер сравнивает измеренный период искрообразования с программно установленными временными порогами и соответственно открывает или закрывает клапан. Эти временные пороги соответствуют заданным в блоке управления экономайзером, который был смонтирован на автомобиле.

После завершения подпрограммы обработки прерывания по входу Р3.2 контроллер устанавливает триггер DD2.2, DD2.3 в исходное состояние и ожидает поступления сигнала прерывания от таймера Т1.

Через определенное время происходит переполнение таймера Т1, и он формирует запрос на обработку вектора прерывания. Контроллер исполняет соответствующую подпрограмму, останавливает таймер Т1, импульсом низкого уровня запускает одновибратор DD4.1, DD4.3. Закрывшийся транзистор VT4 сформирует пусковой импульс для блока зажигания. Завершив подпрограмму, контроллер снова ожидает поступления низкого уровня на вход Р3.2.

Поскольку контакты прерывателя размыкаются каждые пол-оборота коленчатого вала двигателя, то и время, измеренное таймером ТО в каждом цикле, соответствует 180 град. Измеренное время программно делится на 256 (получается результат, соответствующий 0,7 град.) и умножается на код, введенный с шифратора на диодах VD8-VD22. В результате получается время коррекции задержки зажигания tкорр, которое учитывается при окончательном расчете задержки зажигания с соответствующим знаком. Переключателем SA2 угол коррекции ОЗ можно изменять в пределах от 0 до +6,3 или от 0 до -6,3 град., чему соответствуют верхняя и нижняя штриховые ломаные линии на рис. 2.

Использование инверсного кода позволяет уменьшить число диодов в шифраторе. При установке минусового угла коррекции характеристика регулятора программно ограничивается так, что результирующий угол ОЗ не может принимать отрицательных значений.

Рассмотрим формирование характеристики автомата-регулятора (такой же, как у центробежного регулятора), показанной на рис. 2 (жирная ломаная линия). В центробежном регуляторе такую форму характеристики задают две пружины разной жесткости, которые вступают в действие одна за другой с увеличением частоты вращения вала прерывателя. Линия состоит из четырех участков.

На первом участке от начала координат до точки 1 угол 03 равен нулю. Остальные три участка - 1-2, 2-3 и 3- 4 - аппроксимированы прямыми линиями и выражены системой трех линейных уравнений зависимости угла O3 от частоты вращения коленчатого вала, которую в общем виде описывает формула φоз = К · (N - N0) + φнач, где φоз - текущий угол ОЗ, град.; N - текущая частота вращения коленчатого вала двигателя, мин-1; N0 - частота вращения в начальной точке участка, мин-1; К - коэффициент, учитывающий угол наклона участка к оси N; φнач - начальный угол ОЗ для участка, град.

Подставив эти три уравнения для каждого участка в формулу для tзад и выполнив преобразования, получим систему трех линейных уравнений с зависимостью времени задержки момента искрообразования от измеренного отрезка времени между двумя смежными размыканиями прерывателя:

tзад = (tизм · K1/256 - В1) - tpaсч ± tкорр (для участка 1-2);

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

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

где K1, В1, K2, В2, K3, В3 - расчетные коэффициенты для соответствующих участков характеристики.

Для определения этих коэффициентов написана программа (табл. 1) на языке программирования Q-Basic.

Исходными для нее служат параметры характеристики центробежного регулятора прерывателя-распределителя Р147В автомобиля "Москвич-2140", из технического описания [4] - угол ОЗ и частота вращения коленчатого вала двигателя (не путать с частотой вращения и углом ОЗ вала кулачка прерывателя, так как частота его вращения в два раза меньше, чем коленчатого вала) в точках 1, 2, 3 - табл. 2.

В табл. 3 сведены результаты расчета по указанной программе. За максимальное условно принято значение частоты вращения коленчатого вала 6000 мин-1, так как участок от точки 3 горизонтален. Для упрощения управляющей программы контроллера значения периода искрообразования в начале участков характеристики приняты равными ближайшим кратным 256.

В табл. 4 представлены коды программы, которую размещают в ПЗУ DS1; она обеспечивает работу контроллера DD1.

С этой программой автомат-регулятор по характеристике аналогичен прерывателю-распределителю Р147В и блоку управления экономайзером 252.3761 двигателя автомобиля "Москвич-2140", рассчитанного на использование бензина А-76. Пороги включения и выключения электроклапана по частоте вращения коленчатого вала приняты равными соответственно 1245 мин-1 и 1500 мин-1 [5]. Адреса программы, в которые занесена информация, определяющая характеристику регулятора, указаны в табл. 5 и 6.

Содержание в программу записывают в двубайтном шестнадцатиричном коде, за исключением периода искрообразования в начале соответствующих участков (Т1, Т2, Т3), которые представляют только старшим байтом. Пороги переключения электроклапана из частотного во временной вид (табл. 6) пересчитывают по формуле tпop = 3·107/ Nпop, где tпop - время в мкс; Nпop - частота вращения в мин-1.

Для использования автомата с другими центробежными регуляторами и блоками управления экономайзером в расчет подставляют их характеристики.

Автомат-регулятор собран на технологической плате размерами 130x85 мм. Соединения выполнены проводом МГТФ. На лицевой панели регулятора установлены переключатели SA1, SA2, SB1. Если управлять электроклапаном не нужно, элементы R13-R15, R18, R19, VT2, VT4, VD6, VD7, К1 можно не устанавливать. Вид устройства со снятым кожухом показан на рис. 3.

В качестве микроконтроллера подойдет любая микросхема из семейства Intel51 (180x31, 180x51, 180x52) либо их отечественные аналоги (К1816ВЕ51, например).

Изготовленный из исправных деталей и без ошибок регулятор в налаживании не нуждается. Рекомендации по замене элементов и проверке работоспособности изложены в [1-3]. Пределы регулировки коррекции угла ОЗ можно при желании увеличить до ±10,5 град, использованием переключателя SA2 на 16 положений с добавлением соответствующего числа диодов в шифратор. Возможно также применение шифратора в виде переключателя на 4 направления и 10 или 16 положений, как в [1].

Регулятор монтируют на панели приборов автомобиля и соединяют с прерывателем, блоком зажигания, электроклапаном и датчиком на карбюраторе экранированным кабелем.

Перед установкой электронного регулятора следует зафиксировать сухари центробежного регулятора в исходном положении. Момент размыкания контактов прерывателя должен соответствовать начальному углу ОЗ. Конденсатор прерывателя необходимо отключить.

При установке автомата-регулятора на автомобили, на карбюраторе которых установлен датчик-винт (его контакты при закрытой дроссельной заслонке замкнуты), необходимо резистор R10 подключить к замкнутым контактам реле К1.

Хотя устройство рассчитано на совместную работу с контактным прерывателем и системой электронного зажигания, при соответствующей доработке входного формирователя и выходного узла он способен работать и с бесконтактным прерывателем и с другими видами блока зажигания.

Исходный текст программы для К1816ВЕ31

Литература

1. Бирюков А. Цифровой октан-корректор. - Радио, 1987, №10, с. 34-37.
2. Бирюков А. Цифровой автомат-регулятор угла ОЗ. - Радио, 1999, №1, с. 46-48; № 2, с. 40,41.
3. Банников В. Усовершенствованный блок управления экономайзером. - Радио, 1991, № 8, с. 28-31.
4. Горелов Н. С. и др. Автомобили "Москвич" моделей 2140, 2138: Ремонт. - М.: Транспорт, 1993, с. 234.
5. Банников В. Замена блоков управления экономайзером. - Радио, 1989, №8, с. 30.

Автор: А.Обухов, г.Пермь

Смотрите другие статьи раздела Микроконтроллеры.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Особенности почек помогают легче переносить высоту 18.01.2025

Высокогорные регионы всегда привлекали внимание исследователей, изучающих, как человек адаптируется к жизни в условиях разреженного воздуха. Недавнее исследование группы ученых из Университета Маунт-Ройал в Канаде, возглавляемое доктором Тревором Деем, проливает свет на важную роль почек в акклиматизации к большим высотам. Работы канадских ученых объясняют, почему представители народности шерпа, которые веками живут в высокогорных районах Тибета, значительно лучше переносят высокогорье. В своем исследовании ученые наблюдали за дыханием и составом крови участников во время их подъема на высоту 4300 метров в Гималаях, в Непале. Эксперимент проводился с участием двух групп: одна состояла из жителей низменностей, не привыкших к горной среде, а другая - из шерпов, чей организм приспособлен к жизни на большой высоте. Основное различие между этими группами было в том, как их организмы реагировали на дефицит кислорода в воздухе. У шерпов наблюдалась более быстрая и масштабная адаптация к ...>>

Производство электричества с помощью термоядерного синтеза 18.01.2025

Американская компания Commonwealth Fusion Systems (CFS) нацелена на создание первой в мире термоядерной электростанции, способной подключаться к электрической сети. Этот амбициозный проект, известный как ARC (Affordable, Robust, Compact), будет построен вблизи города Ричмонд, штат Вирджиния. В соответствии с планами, новая электростанция сможет производить до 400 мегаватт чистой энергии, что вполне хватит для обеспечения электричеством 150 тысяч домохозяйств. Прогнозируется, что станция начнет работу в 2030-х годах. Принцип работы термоядерной электростанции основан на процессе термоядерного синтеза, который происходит в ядре звезд. В отличие от традиционной атомной энергетики, где используется деление ядер атомов с образованием радиоактивных отходов, термоядерный синтез создает в качестве побочного продукта безопасный гелий. Для того чтобы удерживать плазму с температурой свыше 100 миллионов градусов Цельсия, установка будет использовать мощные магнитные поля. Тем не менее, н ...>>

Экологическая защита для овощей и фруктов 17.01.2025

Исследователи из женского колледжа Шри Нараяна в Колламе, Керала, Индия, разработали инновационный способ продления свежести фруктов и овощей. Группа под руководством Пурнимы Виджаян предложила использовать съедобное покрытие, созданное на основе целлюлозных нановолокон (CNF), полученных из луковой шелухи. Этот подход не только продлевает срок хранения продуктов, но и способствует их безопасности благодаря включению нанокуркумина, известного своими антимикробными свойствами. Основным компонентом покрытия являются CNF, полученные из переработанных отходов лука. Эти нановолокна соединяются с синтетическим биополимером, который улучшает структуру покрытия, устраняя проблемы с водостойкостью и термической стабильностью, ранее свойственные материалам на основе CNF. Кроме того, добавление нанокуркумина усиливает антимикробные свойства покрытия, делая его особенно эффективным для предотвращения порчи. Для проверки эффективности этой разработки ученые провели эксперимент с апельсинами. П ...>>

Случайная новость из Архива Оптоволокно для квантового интернета 19.08.2021 Ученые из Технического университета Дании (DTU) создали уникальное коммуникационное решение, которое предназначено для соединения интерфейса квантового компьютера с обычной оптоволоконной сетью. Характерной особенностью разработки является то, что она позволяет наладить коммуникацию без существенного увеличения температуры, которое обычно сопровождает работу квантовых ЭВМ. Принцип новой системы заключается в особой организации коммуникационной среды, за счет чего увеличивается пропускная способность вычислительных операций, производимых кубитами компьютера. "Любой произвольный алгоритм может быть реализован на нашей платформе при наличии правильных входных данных, а именно оптических кубитов. Компьютер полностью программируется", - объяснил руководитель проекта Миккель Вилсбелл Ларсен. Один из инженеров также добавил, что данная разработка значительно превосходит традиционные системы на основе суперпроводников, так как в них используется ограниченное количество кубитов, в то время как оптическая система DTU позволяет задействовать для решения задач практически неограниченное количество кубитов. При этом комплекс не требуется оснащать мощной охлаждающей установкой, работа может проводиться даже при комнатной температуре.

Другие интересные новости:

▪ Драйвер вибромотора TI DRV2605L

▪ Онлайн-обучение эффективнее традиционного

▪ Выращивание древесины без дерева

▪ 2,5" 3 ТБ портативные накопители Toshiba

▪ Суперпозиция электронного состояния изменила свойства тормозного излучения

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Акустические системы. Подборка статей

▪ статья Биологические ЧС. Основы безопасной жизнедеятельности

▪ статья Почему только в английском языке местоимение я пишется с заглавной буквы? Подробный ответ

▪ статья Вшивое семя. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Миниатюрный осциллографический пробник. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Нормы испытаний электрооборудования и аппаратов электроустановок потребителей. Максимально допустимые зазоры в подшипниках скольжения электродвигателей. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025