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:

Не вся растительная пища полезна для психики 10.09.2026

Растительная пища традиционно считается одной из основ здорового рациона, поэтому специалисты по питанию обычно рекомендуют чаще включать в меню овощи, фрукты, цельнозерновые продукты и другие продукты растительного происхождения. Однако важна не только принадлежность пищи к растительной категории, но и способ ее обработки, количество сахара и другие характеристики рациона. Исследование иранских ученых показывает, что разные варианты растительного питания могут по-разному отражаться на психологическом состоянии человека. К такому выводу пришли исследователи из Исфаханского университета медицинских наук. Они изучали взаимосвязь между характером питания и эмоциональным состоянием взрослых людей, уделяя особое внимание симптомам депрессии и тревожности. Результаты работы были опубликованы в научном журнале PLOS One. При этом специалисты не утверждали, что отдельные продукты непосредственно вызывают депрессию: речь шла о статистической связи между определенными пищевыми привычками и сос ...>>

Подвесной робот Stringman для уборки комнаты 10.09.2026

Домашняя робототехника в основном развивается вокруг двух привычных направлений: роботов-пылесосов и многофункциональных гуманоидных машин. Но далеко не все задачи требуют колесной платформы или сложного человекоподобного механизма. Инженер Натаниэль Нифонг (Nathaniel Nifong), основатель стартапа Newfangled, предложил необычную альтернативу - подвесного робота Stringman, способного перемещаться над полом и самостоятельно собирать разбросанные предметы. Вместо того чтобы передвигаться по поверхности помещения, Stringman использует принцип, знакомый по тросовым системам камер Spidercam, применяемым на стадионах. В четырех верхних углах комнаты устанавливаются натяжные блоки, от которых к центральному рабочему модулю идут тонкие, но прочные тросы. Изменяя их натяжение, система может перемещать манипулятор практически в любую точку обслуживаемого пространства. Такое решение позволяет обойти некоторые ограничения традиционных роботов на колесах. Подвесной механизм не сталкивается с пр ...>>

Микрогравитация не ослабляет сердечные клетки 09.09.2026

Продолжительное пребывание в космосе подвергает человеческий организм воздействию условий, с которыми он никогда не сталкивается на Земле. Микрогравитация изменяет распределение жидкостей, способствует потере костной и мышечной массы, а космическое излучение способно повреждать ДНК. Особое значение для будущих длительных экспедиций имеет состояние сердечно-сосудистой системы. Новый эксперимент с мышами на борту Международной космической станции показал, что клетки сердечной мышцы могут сохранять силу сокращения даже после нескольких недель пребывания в микрогравитации. Исследователи давно наблюдают за тем, каким образом отсутствие привычной земной гравитационной нагрузки отражается на организме. В космосе жидкости перераспределяются в сторону верхней части тела, позвоночник немного растягивается, из-за чего рост временно увеличивается, а скелетные мышцы постепенно теряют массу и силу. Однако сердечная мышца работает в несколько иных условиях, поэтому специалисты Чикагского университ ...>>

Случайная новость из Архива Управление порами растений 10.07.2021 Способ дистанционного управления порами на листьях растений с помощью световых импульсов нашли ученые из университета Юлия Максимилиана (JMU) Вюрцбурга. Растения имеют маленькие поры на поверхности своих листьев, называемые устьицами. Они помогают растениям регулировать приток углекислого газа для фотосинтеза. Они также предотвращают потерю слишком большого количества вод и увядание во время засухи. Устьичные поры окружены двумя защитными клетками. Если внутреннее давление этих клеток падает, они ослабевают и закрывают поры. Если давление повышается, клетки раздвигаются и поры расширяются. Таким образом, движения устьиц регулируются защитными клетками. Сигнальные пути в этих клетках настолько сложны, что влиять на их работу напрямую сложно. Однако исследователям удалось сделать это, введя светочувствительный переключатель в защитные клетки табачных растений. Эта технология была заимствована из оптогенетики. Она была успешно использована в клетках животных, но применение ее в клетках растений все еще не реализовано. Ученые использовали светочувствительный белок из водоросли Guillardia theta в качестве выключателя света, а именно анионный канал ACR1 из группы канальродопсинов. В ответ на световые импульсы переключатель воздействует на защитные клетки устьиц, они теряют внутреннее давление, ослабевают, и поры закрываются в течение 15 минут. Получив возможность управлять порами растений, можно выращивать культуры с увеличенным количеством анионных каналов в защитных клетках. Растения, оснащенные таким образом, должны быстрее закрывать свои устьица в ответ на приближающиеся периоды жаркой погоды и, таким образом, лучше справляться с периодами засухи.

Другие интересные новости:

▪ Семейный кроссовер Nissan Pathfinder

▪ Многополый гриб

▪ Ультрабук от ASUS

▪ Новые силовые модули серии SPM

▪ Смартфон заглушает чувство одиночества у человека

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Должностные инструкции. Подборка статей

▪ статья Пойти под оконья, бродить под оконьем. Крылатое выражение

▪ статья Где и когда статую Девы Марии объявили ведьмой и сожгли? Подробный ответ

▪ статья Куропаточья трава. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Усилитель низкой частоты на микросхеме КР174УН23. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Схема, распиновка (распайка) кабеля Alcatel BE-1/3/4/5. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026