Описываемое в статье устройство предназначено для контроля параметров прерывателя-распределителя системы зажигания и частоты вращения коленвала автомобильного двигателя. При отклонении их от нормы подаются световой и звуковой сигналы, напоминая водителю о необходимости проведения соответствующих регулировок узла прерывателя или перехода на другую передачу для уменьшения расхода горючего.

Большинство отечественных легковых автомобилей ВАЗ, АЗЛК, ГАЗ и ЗАЗ оборудованы классической системой зажигания, центральным узлом которой является прерыватель-распределитель [1]. От его технического состояния и регулировок сильно зависят тяговые характеристики двигателя и, следовательно, расход топлива. Основные параметры этого узла - угол замкнутого состояния контактов (УЗСК) прерывателя и их электрическое сопротивление. Отклонение этих параметров от нормы приводит к падению мощности искры, вызывающей неполное сгорание топлива. Контроль этих параметров довольно сложен, поэтому многие автовладельцы просто пренебрегают им, предпочитая оплачивать перерасход топлива и испытывая определенные трудности с запуском двигателя при низкой температуре окружающего воздуха.

Между тем в процессе работы двигателя электрический сигнал с прерывателя (рис. 1) содержит всю информацию, необходимую не только для измерения названных выше параметров, но и для замера УЗСК всех четырех цилиндров. Это позволяет вычислить отклонения углов от среднего значения и, таким образом, косвенно оценить состояние кулачка прерывателя и степень износа его валика. (Следует отметить, что неисправность может возникнуть не только вследствие износа, например, из-за недостаточной смазки деталей распределителя, но и при ослаблении креплений регулировочных элементов из-за вибрации). Кроме того, сигнал с прерывателя позволяет определить частоту вращения коленчатого вала двигателя. Если она чрезмерно мала при движении с включенной передачей или, наоборот, чрезмерно велика, то двигатель также работает неоптимально и расходует лишнее горючее. Такая ситуация свидетельствует о необходимости перехода на более низкую передачу в первом случае или на более высокую - во втором.

Сигнализатор неоптимального режима работы двигателя

Как видно из рис. 1, сопротивление контактов характеризуется напряжением U0 (оно прямо пропорционально сопротивлению). УЗСК а для каждого из цилиндров можно вычислить (в градусах) по формуле α = 90ti1/(ti1+ti2); а частоту вращения коленвала двигателя F (в оборотах в минуту) - по формуле

Сигнализатор неоптимального режима работы двигателя

где i - номер цилиндра.

Принципиальная схема сигнализатора показана на рис. 2. Его основа - МК Z86E0208PEC (DD1), тактовую частоту задает кварцевый резонатор ZQ1 на частоту 8 МГц. Питается прибор от 12-вольтного аккумулятора автомобиля через параметрический стабилизатор напряжения R1VD1. Для ослабления помех в цепи питания предусмотрены оксидный конденсатор С1 и керамический С2.

Сигнализатор неоптимального режима работы двигателя

Входной сигнал поступает через амплитудный ограничитель R2VD3VD5 на вывод Р32 порта Р3, являющийся неинвертирующим входом одного из двух встроенных компараторов МК [2] На вывод РЗЗ - общий для инвертирующих входов обоих компараторов - подается сигнал с интегрирующей цепи R3C6, обеспечивающей функцию аналого-цифрового преобразования [2].

Результат программной обработки поступивших сигналов выдается на светодиоды HL1, HL2 и звуковой пьезоизлучатель BQ1, подключенный непосредственно к выводам Р26 и Р27 порта Р2.

На основании результатов измерений прибор формирует следующие сигналы:

- зеленый световой сигнал (HL2) при достаточно низком сопротивлении контактов прерывателя и когда величины среднего значения УЗСК прерывателя и его разброса для разных цилиндров находятся в пределах нормы;

- красный световой сигнал (HL1) при отклонении указанных величин от нормы, свидетельствующий о необходимости проведения профилактики или ремонта прерывателя-распределителя;

- звуковой сигнал при слишком низкой или слишком высокой частоте вращения коленчатого вала двигателя, предупреждающий водителя о необходимости переключить передачу (при низкой частоте - низкого тона, при высокой - высокого).

Поскольку МК работает в условиях сильных помех, для предотвращения случайного его перехода в режим программирования ППЗУ в прибор введены (в соответствии с рекомендациями изготовителя) защитные диоды VD2-VD4 и конденсатор С5.

Настройка прибора на работу в том или ином классе автомобилей осуществляется выключателями SA1 и SA2 в соответствии с табл. 1.

Сигнализатор неоптимального режима работы двигателя

Работа устройства поясняется графом переходов, показанным на рис. 3.

Сигнализатор неоптимального режима работы двигателя

Граф включает в себя четыре вершины-состояния, соответствующие режимам:

  • T_MEAS - (MEASURE TIME) - измерение времени;
  • U_MEAS - (MEASURE U) - измерение напряжения;
  • CALCUL - режим вычисления, в котором происходит обработка результатов измерений;
  • DISPLAY - режим отображения результатов вычислений.

Переходы между состояниями, показанные ребрами графа, вызываются следующими событиями:

  • TI - (TIMER INTERRUPT) - прерывание от таймера МК;
  • Fl - (FALLING INTERRUPT) - прерывание по спаду входного сигнала;
  • CI - (COMPARE INTERRUPT) - прерывание от встроенного в МК компаратора;
  • ТЕ, UE, СЕ, DE - окончание процессов измерения времени, напряжения, вычисления и отображения соответственно.

После включения питания происходит автосброс МК и инициализируется состояние TMEAS. Вначале разрешается прерывание только по спаду входного сигнала (см. рис. 1), и при наличии спада МК "захватывает" его и начинает измерять временные интервалы. Затем разрешаются прерывания от таймера. Путем подсчета их числа вычисляется длительность первого временного интервала. При поступлении на вход МК фронта сигнала значение счета запоминается и начинается измерение следующего интервала. Подобным образом измеряется длительность всех восьми интервалов, после чего МК переходит в состояние измерения напряжения U0(U_MEAS).

В этом состоянии МК формирует на выходе Р00 потенциал лог. 1, благодаря чему начинается формирование квазилинейного нарастающего напряжения на входе РЗЗ с помощью цепи R3C6. Одновременно запускается таймер МК на время, соответствующее уровню U0 = 0,2 В. Разрешаются прерывания от таймера и компаратора. Если первым поступает прерывание от компаратора, то фиксируется факт нормального состояния контактов, а если от таймера, то состояние контактов неудовлетворительное.

Далее устройство переходит в режим CALCUL, когда вычисляются частота вращения коленвала, среднее значение УЗСК и величина его отклонения от этого значения. Причем последние два параметра рассчитываются только в том случае, если расчетная частота не превышает 1000 мин-1 (номинальное значение УЗСК измеряется только на холостом ходу). По окончании расчетов программа переходит в режим DISPLAY

В этом режиме считывается установленный выключателями SA1, SA2 код типа автомобиля, сравниваются вычисленные значения УЗСК и неравномерности УЗСК с соответствующими константами, "зашитыми" в ППЗУ, и по результатам сравнения выдается сигнал зажигания того или иного светодиода. Затем проверяется "попадание" текущей частоты вращения коленвала в выбранные границы и, если она оказывается за пределами установленных значений, включается звук соответствующего тона. Далее весь рабочий цикл повторяется.

Распечатка загрузочного модуля программы приведена в табл. 2. Объем программного кода - 504 байта.

Сигнализатор неоптимального режима работы двигателя

(нажмите для увеличения)

Детали устройства размещают на печатной плате, изготовленной по чертежу, изображенному на рис. 4. Плата рассчитана на установку резисторов МЛТ, конденсаторов К50-35 (С1) и КМ (остальные), переключателей ПД9-2 (SA1, SA2), трехгнездной колодки КСК1.5-3. Для подключения микроконтроллера использована 18-гнездная панель.

Сигнализатор неоптимального режима работы двигателя

Налаживание устройства начинают с проверки напряжения питания. Для этого, не устанавливая на место микроконтроллер, включают питание и измеряют напряжение на контакте 5 его панели. Оно должно быть не менее 4,5 В, в противном случае стабилитрон VD1 необходимо заменить другим, с нужным напряжением стабилизации. Затем проверяют исправность светодиодов (для этого поочередно соединяют отрезком провода контакт 5 панели МК с ее контактами 12 и 13).

Далее при отключенном питании устанавливают в панель запрограммированный МК и соединяют устройство с клеммой прерывателя. Если при включении питания прибор не заработает, к выводу 6 микросхемы DD1 подсоединяют осциллограф (с входным сопротивлением не менее 10 МОм) и проверяют, возбуждается ли тактовый генератор МК. Отсутствие колебаний синусоидальной формы частотой 8 МГц свидетельствует о том, что генератор не работает. В этом случае нужно проверить кварцевый резонатор ZQ1 и конденсаторы C3 и С4.

В автомобиле устройство размещают на передней панели в поле зрения водителя.

Функции устройства можно существенно расширить, применив вместо Z86E0208PEC модификации МК с индексами 04, 08, совместимые по выводам и имеющие большие ресурсы памяти программ и данных.

Литература

  • Резник А. М. Орлов В. П. Электрооборудование автомобилей. - М.: Транспорт, 1981.
  • Гладштейн М. А. Микроконтроллеры семейства Z86 фирмы Ztlog. Руководство программиста. - М.: ДОДЭКА, 1999.
  • Авторы: М.Гладштейн, М.Пудов, г.Рыбинск

    Добавить комментарий

    Защитный код
    Обновить

    Навигация

    Инструкции по эксплуатации

    Copyright © 2017 Электрические принципиальные схемы.