Корректор угла опережения зажигания. Усовершенствование октан-корректора
Эта статья посвящена дальнейшему совершенствованию популярной у автолюбителей конструкции октан-корректора. Предлагаемое дополнительное устройство существенно повышает эффективность его применения.
Электронный октан-корректор В. Сидорчука , доработанный Э. Адигамовым , безусловно, прост, надежен в эксплуатации и обладает отличной совместимостью с различными системами зажигания. К сожалению, у него, как и у других подобных устройств, время задержки импульсов зажигания зависит только от положения ручки установки угла опережения зажигания (УОЗ). Это означает, что установленный угол оптимален, строго говоря, только для одного значения частоты вращения коленчатого вала (или скорости движения автомобиля на той или иной передаче).
Известно, что автомобильный двигатель укомплектован центробежным и вакуумным автоматами, корректирующими УОЗ в зависимости от частоты вращения коленчатого вала и нагрузки двигателя, а также механическим установочным октан-корректором. Фактический УОЗ в каждый момент определен суммарным действием всех этих устройств, а при использовании электронного октан-корректора к полученному результату добавляется еще одно существенное слагаемое.
УОЗ, обеспечиваемый электронным октан-корректором , оз.ок=6Nt, где N - частота вращения коленчатого вала двигателя, мин -1 ; t - задержка момента зажигания, вносимая электронным октан-корректором, с. Предположим, что начальная установка механического октан-корректора соответствует +15 град. и при N = 1500 мин -1 оптимальная задержка момента зажигания, установленная электронным октан-корректором, равна 1 мс, что соответствует 9 град. угла поворота коленчатого вала.
При N = 750 мин -1 время задержки будет соответствовать 4,5 град., а при 3000 мин -1 - 18 град. угла поворота коленчатого вала. При 750 мин -1 результирующий УОЗ равен +10,5 град., при 1500 мин -1 - +6 град., а при 3000 мин -1 - минус 3 град. Причем в момент срабатывания узла выключения задержки зажигания (N = 3000 мин -1) УОЗ резко изменится сразу на 18 град.
Этот пример проиллюстрирован на рис. 1 графиком зависимости УОЗ () от частоты вращения коленчатого вала двигателя. Штриховой линией 1 показана требуемая зависимость, а сплошной ломаной 2 - фактически получаемая. Очевидно, что оптимизировать работу двигателя по углу опережения зажигания этот октан-коррекор способен только при длительном движении автомобиля с неизменной скоростью.
Вместе с тем имеется возможность путем несложной доработки устранить этот недостаток и превратить октанкорректор в устройство, позволяющее поддерживать требуемый УОЗ в широких пределах частоты вращения коленчатого вала. На рис. 2 представлена принципиальная схема узла, которым необходимо дополнить октан-корректор .
Узел работает следующим образом. Импульсы низкого уровня, снимаемые с выхода инвертора DD1.1, через дифференцирующую цепь C1R1VD1 поступают на вход таймера DA1, включенного по схеме одновибратора. Выходные прямоугольные импульсы одновибратора имеют постоянные длительность и амплитуду, а частота пропорциональна частоте вращения коленчатого вала двигателя.
С делителя напряжения R3 эти импульсы поступают на интегрирующую цепь R4C4, преобразующую их в постоянное напряжение, которое прямо пропорционально частоте вращения коленчатого вала. Это напряжение заряжает времязадающий конденсатор С2 октанкорректора.
Таким образом, при увеличении частоты вращения коленчатого вала пропорционально сокращается время зарядки времязадающего конденсатора до напряжения переключения логического элемента DD1.4 и, соответственно, уменьшается время задержки, вносимой электронным октан-корректором. Требуемая зависимость изменения зарядного напряжения от частоты обеспечивается установкой начального напряжения на конденсаторе С4, снимаемого с движка резистора R3, а также регулировкой длительности выходных импульсов одновибратора резистором R2.
Кроме этого, в октан-корректоре сопротивление резистора R4 необходимо увеличить с 6,8 до 22 кОм, а емкость конденсатора С2 уменьшить с 0,05 до 0,033 мкФ. Левый по схеме вывод резистора R6 (Х1) отключают от плюсового провода и подключают к общей точке конденсатора С4 и резистора R4 добавляемого узла. Напряжение питания на октан-корректор подают с параметрического стабилизатора R5VD2 добавочного узла.
Октан-корректор с указанными доработками обеспечивает регулировку задержки момента зажигания, эквивалентную изменению УОЗ в пределах 0...-10 град. относительно значения, установленного механическим октанкорректором. Характеристика работы устройства при тех же начальных условиях, что и в приведенном выше примере, представлена на рис. 1 кривой 3.
При максимальном времени задержки момента зажигания погрешность поддержания УОЗ в интервале частоты вращения коленчатого вала 1200...3000 мин -1 практически отсутствует, при 900 мин -1 не превышает 0,5 град., а в режиме холостого хода - не более 1,5...2 град. Задержка не зависит от изменения напряжения бортовой сети автомобиля в пределах 9...15 В.
Доработанный октан-корректор сохраняет способность обеспечивать искрообразование при снижении питающего напряжения до 6 В. Если требуется расширить диапазон регулирования УОЗ, рекомендуется увеличить сопротивление переменного резистора R6.
Предлагаемое устройство отличает от подобных, описанных в , схемная простота, надежность работы, а также возможность сопряжения практически с любой системой зажигания.
В добавочном узле использованы постоянные резисторы МЛТ, подстроечные резисторы R2, R3 - CП5-2, конденсаторы С1-C3 - КМ-5, КМ-6, С4 - К52-1Б. Стабилитрон VD2 необходимо подобрать с напряжением стабилизации 7,5...7,7 В.
Детали узла размещены на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1...1,5 мм. Чертеж платы показан на рис. 3.
Плата узла прикреплена к плате октан-корректора. Все устройство в сборе лучше всего смонтировать в отдельном прочном кожухе, укрепляемом вблизи блока зажигания. Необходимо позаботиться о защите октан-корректора от влаги и пыли. Его можно выполнить в виде легкосъемного блока, устанавливаемого в салоне автомобиля, например, на боковой стенке внизу, слева от места водителя. В этом случае, при снятом октан-корректоре, электрическая цепь зажигания окажется разомкнутой, что, по крайней мере, сильно затруднит запуск двигателя посторонним лицом. Таким образом, октан-корректор дополнительно будет выполнять функцию противоугонного устройства. С этой же целью целесообразно применить регулировочный переменный резистор СП3-30 (R6) с выключателем, размыкающим электрическую цепь этого резистора.
Для налаживания устройства потребуется источник питания напряжением 12...15 В, любой низкочастотный осциллограф, вольтметр и генератор импульсов, который можно выполнить так, как указано в . Сначала временно отключают входную цепь таймера DA1, а движок резистора R3 устанавливают в нижнее (по схеме) положение.
На вход октан-корректора подают импульсы частотой 40 Гц и, подключив осциллограф к его выходу, резистором R3 постепенно увеличивают напряжение на конденсаторе С4 до появления выходных импульсов. Затем восстанавливают входную цепь таймера, подключают осциллограф к его выводу 3 и резистором R2 устанавливают длительность выходных импульсов одновибратора равной 7,5...8 мс.
Снова подключают осциллограф, переведенный в режим внешней синхронизации со ждущей разверткой, запускаемой входными импульсами (лучше всего использовать простейший двуканальный коммутатор), к выходу октанкорректора и резистором R6 устанавливают время задержки выходного импульса 1 мс. Увеличивают частоту генератора до 80 Гц и резистором R2 устанавливают время задержки 0,5 мс.
Проверив после этого длительность задержки импульсов на частоте 40 Гц, регулировку при необходимости повторяют до тех пор, пока длительность на частоте 80 Гц не будет точно в два раза меньше, чем на частоте 40 Гц. При этом следует иметь в виду, что для обеспечения стабильной работы одновибратора до частоты срабатывания узла выключения задержки момента зажигания (100 Гц) длительность его выходных импульсов не должна превышать 9,5 мс. Фактически в налаженном устройстве она не превышает 8 мс.
Затем частоту генератора уменьшают до 20 Гц и измеряют получаемую при этой частоте задержку входного импульса. Если она не менее 1,6...1,7 мс, то налаживание заканчивают, регулировочные винты подстроечных резисторов фиксируют краской, а плату, со стороны печатных проводников, покрывают нитролаком. В противном случае резистором R3 немного уменьшают начальное напряжение на конденсаторе С4, увеличивая время задержки до указанной величины, после чего проверяют и, если необходимо, снова выполняют регулировку на частоте 40 и 80 Гц.
Не следует стремиться к строгой линейности частотной зависимости времени задержки на участке ниже 40...30 Гц, поскольку это требует значительного уменьшения начального напряжения на конденсаторе С4, что может привести к пропаданию импульсов зажигания на самых малых оборотах коленчатого вала или неустойчивой работе системы зажигания при запуске двигателя.
Небольшая остаточная погрешность, выраженная в некотором уменьшении времени задержки зажигания на начальном участке (см. кривую 3 на рис.1), оказывает скорее положительное, нежели отрицательное воздействие, поскольку (автолюбители это хорошо знают) на малых оборотах двигатель работает устойчивее при несколько более раннем зажигании.
Наладить устройство с вполне приемлемой точностью можно и без осциллографа. Делают это так. Сначала проверяют работоспособность добавочного узла. Для этого движки резисторов R2 и R3 устанавливают в среднее положение, к конденсатору С4 подключают вольтметр, включают питание устройства и подают на вход октан-корректора импульсы частотой 20...80 Гц. Вращая движок резистора R2, убеждаются в изменении показаний вольтметра.
Затем возвращают движок резистора R2 в среднее положение, а резистор R6 октан-корректора переводят в положение максимального сопротивления. Отключают генератор импульсов, и резистором R3 устанавливают на конденсаторе С4 напряжение 3,7 В. Подают на вход октан-корректора импульсы частотой 80 Гц и резистором R2 устанавливают на этом конденсаторе напряжение 5,7 В.
В заключение снимают показания вольтметра на трех значениях частоты - 0, 20 и 40 Гц. Они должны быть соответственно 3,7, 4,2 и 4,7 В. При необходимости регулировку повторяют.
Подключение доработанного октанкорректора к бортовой системе автомобилей различных марок никаких особенностей по сравнению с описанным в не имеет.
После монтажа октан-корректора на автомобиль, запуска и прогревания двигателя движок резистора R6 перемещают в среднее положение и механическим октан-корректором устанавливают оптимальный УОЗ, как это указано в инструкции по эксплуатации автомобиля, т. е. добиваются незначительной, кратковременной детонации двигателя при резком нажатии на педаль акселератора во время движения машины на прямой передаче со скоростью 30...40 км/ч. На этом все регулировки заканчивают.
Литература
Вообще говоря, изменение установленного угла опережения зажигания нужно рассматривать как меру временную и вынужденную, в частности, при необходимости использовать бензин с октановым числом, не соответствующим паспортным характеристикам двигателя автомобиля. В настоящее время, когда качество горючего, которое мы заливаем в бак своей машины, стало, мягко говоря, непредсказуемым, такой прибор, как электронный октан-корректор, просто необходим.
Как совершенно справедливо замечено в статье К. Куприянова, при введении в действие октан-корректора, описанного в . происходит постоянное по времени запаздывание момента зажигания, пропорциональное в угловом исчислении увеличению частоты вращения коленчатого вала двигателя с последующим скачкообразным увеличением угла ОЗ. Хотя на практике это явление почти незаметно, внутренние резервы исходного устройства позволяют частично устранить упомянутое запаздывание. Для этого в устройство достаточно ввести транзистор VT3, резисторы R8. R9 и конденсатор С6 (см схему на рис. 1).
(нажмите для увеличения)
Алгоритм работы октан-корректора качественно проиллюстрирован графиками, показанными на рис. 2. Моментам размыкания контактов прерывателя соответствуют плюсовые перепады напряжения - от низкого уровня к высокому - на входе октан-корректора (диагр. 1). В эти моменты происходит быстрая разрядка конденсатора С1 почти до нуля через открывающийся транзистор VT1 (диагр. 3). Заряжается конденсатор сравнительно медленно через резистор R3.
Как только напряжение на заряжающемся конденсаторе С1 достигнет порога переключения логического элемента DD1.2. он переходит из единичного состояния в нулевое (диагр. 4), a DD1.3 - в единичное. Открывающийся в этот момент транзистор VT2 быстро разряжает конденсатор С2 (диагр. 5) до уровня, практически определяемого напряжением на базе транзистора VT3. Поскольку задержка переключения элемента DD1.2 не зависит от частоты вращении, среднее напряжение на его выходе увеличивается с увеличением частоты. Конденсатор С6 усредняет это напряжение.
Последующая зарядка конденсатора С2 через резистор R6 начинается именно с указанного уровня в момент закрывания транзистора VT2. Чем ниже начальный уровень, тем дольше будет заряжаться конденсатор до момента переключения элемента DD1.4, а значит, больше задержка искрообразования (диагр. 6).
Получаемая при этом характеристика угла OЗ показана на рис. 3, аналогичном рис. 1 в статье К. Куприянова, в виде кривой 4. При тех же начальных условиях (tзад = 1 мс при N = 1500 мин-1) погрешность регулирования в наиболее часто употребляемом при езде интервале частоты вращения коленчатого вала двигателя от 1200 до 3000 мин-1 не превышает 3 град.
Следует отметить, что работа этого варианта октан-корректора существенно зависит от скважности входных импульсов. Поэтому для его налаживания рекомендуется собрать формирователь импульсов по схеме на рис. 4. Как известно, импульсы с датчика Холла автомобиля ВАЗ-2108 и его модификаций имеют скважность, равную 3, а угол замкнутого состояния контактов φзс контактного прерывателя вазовских автомобилей равен 55 град., т. е. скважность импульсов с прерывателя "шестерки" Q = 90/55= 1,63.
Чтобы можно было применять один и тот же формирователь импульсов для налаживания октан-корректоров разных моделей автомобилей с небольшой лишь корректировкой скважности, для контактной системы зажигания пересчитывают скважность с учетом инвертирования: Qинв = 90/(90 - φзс). или для ВАЗ-2106 Qинв = 90/(90 - 55)=2.57. Подбирая число диодов формирователя и синусоидальное напряжение генератора сигналов, получают необходимую скважность импульсов на входе октан-корректора. В моем практическом варианте для получения скважности 3 понадобилось четыре диода при амплитуде сигнала генератора 5.7 В.
Кроме указанных, для формирователя подойдут диоды серий Д220. Д223, КД521, КД522 и транзистор КТ315 с любым буквенным индексом. Можно применить формирователь импульсов заданной скважности и по другой схеме.
Корректор для автомобиля ВАЗ-2108 (вставлена перемычка Х2.3 на рис. 1) налаживают следующим образом. Вместо делителя R8R9 временно подключают любой переменный резистор группы А сопротивлением 22 кОм (движком к базе транзистора VT3). Сначала движок резистора устанавливают в то крайнее положение, в котором база транзистора "заземлена". К входу корректора подключают формирователь, а к выходу - осциллограф.
Включают питание корректора и устанавливают частоту генератора 120 Гц со скважностью выходных импульсов формирователя, равную 3. Подбирают резистор R3, добиваясь отключения задержки на этой частоте. Затем уменьшают частоту генератора до 50 Гц и, перемещая движок резистора R6 поочередно в оба крайних положения, определяют максимальное время задержки момента зажигания, вносимое октан-корректором (в нашем случае 1 мс). Увеличивают частоту генератора до 100 Гц и находят такое положение движка временного переменного резистора, в котором максимальная задержка момента зажигания, устанавливаемая резистором R6. равна половине максимальной - 0.5 мс.
Теперь целесообразно снять график зависимости времени задержки момента зажигания от частоты генератора при найденном положении движка временного переменного резистора Пересчитывают частоту вращения вала двигателя в мин-1: N = 30f. где f - частота генератора. Гц. Угол ОЗ φоз = 6N·t, где t - время задержки, мс. Результирующий угол φрез оз = 15 - φоз (см. таблицу) наносят на график рис. 3.
По форме полученный график не должен сильно отличаться от кривой 4, хотя числовые значения могут быть и другими в зависимости от максимального времени задержки. Если необходимо, повторно выполняют операцию регулировки.
По завершении налаживания отключают временный переменный резистор и, измерив сопротивление его плеч, впаивают постоянные резисторы с номиналами, ближайшими к измеренным. Необходимо отметить, что характеристику регулирования можно существенно изменять, варьируя номиналы резистора R3 (частоту отключения задержки), делителя R8R9 и конденсатора С6. Начальные условия описанной регулировки выбраны для сравнения с вариантом, выбранным К. Куприяновым: N = 1500 мин-1, t = 1 мс, φмок = +15 град. (φмок - угол, установленный механическим октан-корректором).
Для использования на автомобиле ВАЗ-2106 октан-корректор налаживают аналогично (с перемычкой Х2.3), но импульсы от формирователя должны иметь скважность 2.57. Перед установкой корректора на автомобиль перемычку Х2.3 меняют на Х2.2.
Для доработки октан-корректора его плату извлекают из коммутатора 3620.3734 и навесным монтажом припаивают транзистор VT3 и конденсатор С6 с таким расчетом, чтобы плату можно было установить на старое место. Подобранные резисторы R8 и R9 припаивают на плату. Транзистор V13 и конденсатор С6 следует фиксировать клеем "Момент" или ему подобным.
Вместо КТ3102Б подойдет любой транзистор этой серии. Конденсатор С6 - К53-4 или любой танталовый либо оксиднополупроводниковый, подходящий по размерам и номиналу.
Литература
Способы модернизации:
- Установка на штатную контактную систему зажигания дополнительного блока управления.
- Установка бесконтактной системы зажигания.
- Установка на бесконтактную систему зажигания дополнительного блока управления.
- Установка микропроцессорной системы зажигания.
Контактная система зажигания (КСЗ)
КСЗ штатно устанавливается на большинство авто. Преимуществами этой системы является предельная простота и надежность. Внезапный отказ маловероятен, ремонт не сложен и не займет много времени. Основных недостатков три. Первое - ток подается на первичную обмотку катушки зажигания через контактную группу (КГ). Что накладывает ограничение на величину напряжения на вторичной обмотке катушки (до 1.5 кВ), а значит сильно ограничивает энергию искры.Вторым недостатком является потребность в обслуживании этой системы. Т.е. необходимо периодически следить за зазором в КГ, за углом замкнутого состояния КГ. Контакты КГ надо периодически очищать поскольку они в процессе эксплуатации подгорают. Вал трамблера и кулачек распределителя необходимо после каждых 10 тыс. км. пробега смазывать. Третьим недостатком является низкая эффективность при высоких оборотах двигателя связанная с "дребезгом" контактной группы.
Модернизация этой системы возможна. Заключается она в замене элементов этой системы на более качественные и надежные импортные. Заменить можно крышку трамблера, бегунок, контактную группу, катушку.
Можно модернизировать посредством использования блока зажигания типа "Пульсар" для КСЗ. Но один из недостатков КСЗ устраняется, поскольку ток для формирования высоковольтного напряжения подается на первичную обмотку катушки зажигания через мощные полупроводниковые силовые цепи "Пульсара", а не через КГ. Что позволяет существенно поднять мощность искры. При этом КГ не подгорает. Но чистить ее все равно придется, она начинает окисляться.
Бесконтактная система зажигания (БСЗ, БКСЗ)
БСЗ штатно устанавливается на переднеприводные авто. Эта система может быть поставлена на автомобиль оснащенный КСЗ, такая замена не требует дополнительных переделок. Основных преимуществ у этой системы три.Первое - ток подается на первичную обмотку катушки зажигания через полупроводниковый коммутатор, что позволяет обеспечить гораздо большую энергию искры за счет возможности получения гораздо большего напряжения на вторичной обмотке катушки зажигания (до 10 кВ).
Второе - электромагнитный формирователь импульсов, функционально заменяющий КГ, реализованный с помощью датчика Холла, обеспечивает по сравнению с КГ существенно лучшую форму импульсов и их стабильность, причем во всем диапазоне оборотов двигателя. В результате двигатель оснащенный БСЗ имеет лучшие мощностные характеристики и лучшую топливную экономичность (до 1 л. на 100 км).
Третье преимущество - более низкая по сравнению с КСЗ потребность в обслуживании. Обслуживание системы сводится в смазывании вала трамблера после каждых 10 тыс. км. пробега.
Основным недостатком является более низкая надежность. Коммутаторы отличались низкой надежностью. Часто они выходили из строя после нескольких тысяч пробега. Позже был разработан модифицированный коммутатор. Он имеет несколько лучшую надежность, но она также низка, поскольку его устройство не очень удачное. Поэтому в любом случае в БСЗ не следует применять отечественные коммутаторы, лучше купить импортный. Поскольку система более сложная, то в случае отказа более сложны диагностика и ремонт. Особенно в полевых условиях.
Модернизация БСЗ возможна. Заключается в замене элементов на более качественные и надежные импортные. Заменить можно крышку трамблера, бегунок, датчик Холла, коммутатор, катушку. Кроме того систему можно модернизировать посредством использования блока зажигания типа "Пульсар" или "Октан" для БСЗ.
Недостатком вышерассмотренных систем, является то, что обе не оптимально устанавливают угол опережения зажигания. Начальный уровень опережения зажигания устанавливается вращением трамблера. После этого трамблер жестко фиксируется, а угол соответствует лишь составу рабочей смеси на момент установки этого угла. При изменении параметров топлива, а качество бензина у нас очень не стабильное, при изменении параметров воздуха, например температуры и давления, результирующие параметры рабочей смеси могут меняться, причем существенно. В результате начальный уровень установки зажигания уже не будет соответствовать параметрам этой смеси.
В процессе работы двигателя, для обеспечения оптимального сгорания рабочей смеси, требуется коррекция угла опережения зажигания. Автоматические регуляторы угла опережения зажигания в этих системах, вакуумный и центробежный, достаточно грубые и примитивные устройства не отличающиеся стабильностью работы. Оптимальная настройка этих устройств не простая задача.
Еще одним недостатком КСЗ и БСЗ является наличие электромеханического высоковольтного распределителя бегунок-крышка трамблера реализованного с помощью контактного уголька скользящего по вращающейся разностной пластине. Это накладывает дополнительное ограничение на величину высоковольтного напряжения на свечах зажигания, причем это особенно актуально для БСЗ.
Микропроцессорная система управления зажиганием
Многие недостатки присущие КСЗ и БСЗ отсутствуют в микропроцессорной системе управления зажиганием (двигателем) (МПСЗ, МСУД). Существенными преимуществами МПСЗ является то, что она обеспечивает, или точнее должна обеспечивать, достаточно оптимальное управление зажиганием в зависимости от частоты вращения коленчатого вала, давления в впускном трубопроводе, температуры двигателя, положения дроссельной заслонки карбюратора. В системе отсутствует механический распределитель, поэтому она может иметь обеспечить очень высокую энергию искры.
Недостатками этой системы является низкая надежность, в т.ч. и потому, что в системе присутствует два достаточно сложных электронных блока выпускавшихся и выпускающиеся мелкосерийно (а поэтому полукустарно). В случае отказа очень сложны диагностика и ремонт. Особенно в полевых условиях.
При оценке целесообразности перехода на МПСЗ следует также видимо учитывать и то, что для обеспечения соответствия по оптимальности управления зажиганием уровню даже самых простейших современных инжекторных систем, МПСЗ принципиально не хватает по крайней мере датчика детонации, датчика массового расхода воздуха и датчика состава сгоревшей смеси. Поэтому система эта в любом случае достаточно неполноценная.
Модернизация этой системы по надежности невозможна, поскольку основные узлы уникальные отечественные. Модернизация с целью оптимизации этой системы осуществляется подбором программного обеспечения (прошивок) под свой двигатель.
Блоки управления зажиганием Пульсар и Октан
Блоки управления зажиганием Пульсар, вне зависимости от назначения, т.е. для КСЗ или БСЗ, состоят из самого блока и выносного пульта. Наиболее интересными возможностями этих блоков, по заявлением их изготовителей, является обеспечение функций "октан-коррекции" и т.н. "резервный режим". Функция "октан-коррекции" должна обеспечиваться за счет корректировки начального уровня опережения зажигания (УОЗ) из салона автомобиля с помощью пульта. На самом деле с помощью этого пульта упрощенно регулируется запаздывание сигнала с датчика положения коленвала (контактной группы для КСЗ или датчика Холла для БСЗ).
Запаздывание это в Пульсаре практически никак не связано с оборотами двигателя, т.е. регулировка этого запаздывания вовсе не является регулировкой УОЗ. Благодаря этому польза от такой "октан-коррекции" весьма сомнительна. Ну может за исключением случаев периодического использования бензина с разными октановыми числами. Т.е. если УОЗ начально установлен на 95-ый бензин, то при заправке 76-ым действительно можно с помощью пульта, из салона, убрать детонацию не залезая под капот.
"Резервный режим" предназначен для обеспечения работы двигателя при выходе из строя датчика положения коленвала. Обеспечивается он с помощью простейшего генератора импульсов. Т.е. фактически в этом режиме непрерывно генерируются кратковременные импульсы которые обеспечивают формирование множественных высоковольтных импульсов (искр) на той свече, на которую повернут бегунок. Один из этих импульсов скорее всего действительно с высокой степенью вероятности обеспечит воспламенение смеси в соответствующем цилиндре, но даже о минимальной стабильности работы двигателя в этом режиме говорить трудно.
Конструктивно Пульсары выполнены достаточно неудачно, корпус громоздкий и имеет несколько больших отверстий снизу. Благодаря этому под корпус будет попадать влага и грязь, а плата не защищена внутри ничем, что не позволяет надеяться на нормальную надежность и долговечность этого устройства.
Развитием Пульсара является "Силыч". Он оснащен датчиком детонации, который должен обеспечивать корректировку УОЗ. Но к сожалению принцип коррекции УОЗ подобен тому, что используется в Пульсаре, т.е. он практически не зависит от оборотов. Поэтому корректировка УОЗ будет далеко не оптимальна. Конструктивно "Силыч" подобен Пульсару, т.е. надеяться на нормальную надежность и долговечность не стоит. Правда встречаются "Силычи" с импортными элементами, что должно положительно сказаться на их надежности.
В. Петик, В. Чемерис, г.Энергодар, Запорожская обл.
В настоящее время многие автолюбители проявляют повышенный интерес к устройствам электронного регулирования угла опережения зажигания (УОЗ) или октан-корректорам (ОК), которые позволяют на 5-10% экономить топливо и адаптировать двигатель к топливу различного качества, повышают максимальную мощность и снижают токсичность выхлопа. Существующие схемные решения имеют некоторые недостатки:
– задержка УОЗ производится на фиксированный период времени, что при разных оборотах вала двигателя соответствует разному УОЗ ;
– при построении схем задержки фиксированного УОЗ значительно возрастает их сложность .
С учетом вышесказанного авторы разработали простой и эффективный ОК, в котором при любых оборотах вала двигателя УОЗ остается постоянным. Структурная схема ОК показана на рис.1. Принцип его роботы основан на пропорциональности задержки УОЗ от периода вращения вала. Последовательность импульсов, в
которой в некоторых пределах необходимо задержать положительный фронт, формируется прерывателем и поступает на вход схемы. При этом длительность паузы используется как опорная величина, которая фиксируется генератором опорной частоты G1 и реверсивным счетчиком СТ, работающим в режиме стека, т.е. при низком уровне на входе ±1 он работает на увеличение счета (накапливание информации), а при наличии на том же входе высокого уровня он работает на уменьшение (считывание накопленной информации). В первом случае работает генератор G1, а во втором – генератор G2, а G1 блокируется,
частоту которого можно изменять. При равенстве частот G1 и G2 задержка УОЗ составит 90 град., поэтому для обеспечения задержки до 30 град. необходимо, чтобы частота G2 было в 3 и более раза выше частоты G1. По окончании счета, когда счетчик отдал всю накопленную информацию, на его выходе Р формируется сигнал, который устанавливает на выходе RS-триггера высокий уровень, блокирует работу счетчика и является задержанным выходным сигналом. В исходное состояние схема возвращается при приходе на ее вход низкого уровня, который сбрасывает RS-триггер, и цикл повторяется.
Принципиальная схема OK и диаграммы ее работы показаны на рис.2 и рис.3 соответственно. На входе схемы установлен фильтр низкой частоты R3-C3, который совместно с ячейками DD1.1, DD1.4, содержащими на входе триггеры Шмитта, исключает влияние дребезга контактов прерывателя на работу схемы. Генератор G1 собран на DD1.3, DD1.2, R7, С2 и для исключения переполнения счетчиков DD2, DD3 при низких оборотах вала двигателя настроен на частоту 1 кГц. Генератор G2 собран на DD1.1, DD1.2, R4, R5, С1. Переменным резистором R4 можно изменять его частоту от 3 до 90 кГц, что обеспечивает регулировку У03 от 30 до 1 град. соответственно. Счетчики DD2, DD3 включены каскодно, что позволяет увеличить их общую емкость до 256 бит. Счетчики сначала накапливают информацию о длительности замкнутого состояния контактов прерывателя, а после их размыкания считывают ее. При полном считывании накопленной информации на выводе 7 счетчика DD3 появляется кратковременный отрицательный импульс, который через ячейку D04.3 переключает RS-триггер, собранный на ячейках DD4.2 н DD4.4, с инверсного выхода которого формируется сигнал блокировки счетчика DD2 и через DD4.1, R6, VT -выходной задержанный сигнал.
Детали. Микросхему К561ТЛ1 можно заменить на К561ЛА7, но при этом после фильтра НЧ необходимо установить триггер Шмитта, собранный по любой известной схеме. Стабилитрон VD любой на напряжение 5-9 В. Транзистор КТ972 можно заменить парой КТ3102, КТ815 (КТ817). Конденсаторы С1 и С2 необходимо выбрать однотипными или с одинаковым ТКЕ, как можно
ближе к нулевому значению. То же касается и резисторов R5, R7. Параллельно каждой микросхеме, по шинам питания желательно установить керамический конденсатор емкостью 0,1 мкФ, а параллельно VD – танталовый электролитический конденсатор.
Настройка. Для настройки генераторов необходимо установить щуп частотомера на вывод 4 микросхемы DD1.2, после этого на вход схемы подать низкий логический уровень и подобрать резистор R7 так, чтобы частота генератора составила 1 кГц. Далее установить ползунок резистора R4 в нижнее по схеме положение, подать на вход высокий логический уровень и подобрать резистор R5 ток, чтобы показания частотомера равнялись 90 кГц, что будет соответствовать задержке У03 в 1 град.
В верхнем положении ползунка R5 частота генератора должна быть около 3 кГц, что соответствует задержке У03 в 30 град. При желании эту величину можно изменять в большую или меньшую сторону, меняя номинал R4, который устанавливается на панели управления. Провода желательно экранировать. Литература
1. Ковальский А., Фропол А. Приставка октан-корректор //Радио.-1989.-№6.-С.31.
2. Сидорчук В. Электронный октан-корректор // Радио. -1991.-№11.-C.25.
3. Беспалое В. Корректор угла ОЗ // Радио.- 1988.-№5.-с.17.
4. Архипов Ю. Цифровой регулятор угла опережения зажигания // Радиоежегодник.-1991.-С.129.
5. Романчук А. Октан-корректор на КМОП микросхемах // Радиоежегодник.-1994. -И5.-С.25.
Для установки начального угла опережения или для корректировки угла опережения зажигания в зависимости от октанового числа топлива корпус большинства распределителей делается подвижным и снабжается установочным винтом и шкалой с делениями. В зависимости от октанового числа бензина корпус распределителя закрепляют в нужном положении. Это устройство называют октан–корректором.
У октан–корректора прерывателя–распределителя Р4–Д (рис. 4.27) верхняя пластина 5 прикреплена болтом 6 к корпусу 9 прерывателя– распределителя. Нижняя пластина 7 при помощи болта, входящего в паз 2, крепится к блоку цилиндров. Тяга 3, шарнирно укрепленная на нижней пластине, при помощи гаек 4 соединена с верхней пластиной 5. Свободно сидящая заклепка 8 соединяет между собой обе пластины октан–корректора.
При установке начального угла опережения зажигания его можно изменять в пределах ±12° (по углу поворота коленчатого вала) при помощи гаек 4. Так как нижняя пластина остается неподвижной, то при вращении гаек 4 происходит смещение верхней пластины 5, а вместе с ней и корпуса 9 прерывателя–распределителя в пределах овального прореза для заклепки 8. При перемещении корпуса прерывателя–распределителя на одно деление шкалы октан–корректора угол опережения зажигания изменяется на 2° по углу поворота коленчатого вала. После регулировки обе гайки 4 должны быть плотно затянуты.
Начальный угол опережения зажигания для двигателя ЗМЗ–53 равен 4°, а для двигателя ЗИЛ–130 - 9°. Колпачковой масленкой 1 обеспечивается подача смазки к подшипнику вала привода кулачка.
Свечи зажигания
Свеча зажигания предназначена для воспламенения топливо–воздушной смеси в цилиндре двигателя внутреннего сгорания. При подаче высокого напряжения на электроды свечи возникает искровой разряд, воспламеняющий топливо–воздушную смесь. Свеча является важнейшим элементом системы зажигания двигателей внутреннего сгорания с принудительным воспламенением рабочей смеси. По своему исполнению свечи зажигания бывают экранированные и неэкранированные (отрытого исполнения); по принципу работы – с воздушным искровым промежутком, со скользящей искрой, полупроводниковые, эрозийные, многоискровые (конденсаторные) и комбинированные.
Наибольшее распространение на автомобилях получили свечи зажигания с воздушным искровым промежутком. Это объясняется тем, что они удовлетворительно работают на современных двигателях, наиболее просты по конструкции и технологичны. В последние годы для специальных двигателей (например, роторно–поршневых и газотурбинных) применяют комбинированные свечи, где искровой разряд проходит частично по воздуху, а частично по поверхности изолятора.
Датчики системы управления двигателем
Датчики позволяют контроллеру определять, что происходит с двигателем и автомобилем в целом в данный момент времени. По сигналам датчиков контроллер производит сложные расчеты, после чего выдает управляющие сигналы на исполнительные механизмы. Без ДПКВ ВАЗовская система управления не будет работать в принципе, так как его сигнал используется для синхронизации работы двигателя и исполнительных механизмов, управляемых контроллером. Зная частоту вращения коленвала (по сигналу ДПКВ) и нагрузку двигателя (по сигналу ДМРВ), контроллер рассчитывает базовый угол опережения зажигания (УОЗ) и длительность впрыска топлива, которая при идеальных условиях (прогретый двигатель, стационарный режим работы, нулевая высота над уровнем моря, номинальное напряжение бортсети и т.д.) обеспечивает стехиометрический состав топливовоздушной смеси (коэффициент избытка воздуха λ=1).
Теперь рассмотрим датчики, чьи сигналы используются для коррекции состава топливовоздушной смеси и УОЗ.
Ю. Архипов
Известно, что оптимально заданная и воспроизводимая зависимость угла опережения зажигания (ОЗ) во всем диапазоне условий и режимов работы двигателя внутреннего сгорания способствует не только наиболее эффективному сгоранию рабочей смеси, получению максимальной мощности и приемистости двигателя, повышению его экономичности и снижению токсичности, но и достижению равномерности работы (плавности хода) и как следствие - увеличению ресурса двигателя. В современной практике автомобилестроения угол ОЗ на конкретном типе двигателя ставится в зависимость чаще всего от пяти следующих факторов:
октан-характеристик бензина;
частоты вращения коленчатого вала двигателя N;
разрежения в задроссельном пространстве карбюратора, характеризующего нагрузку на двигатель;
температуры охлаждающей жидкости;
влажности входящего в карбюратор воздуха.
Последовательность их перечисления полностью отражает историю совершенствования систем зажигания, а фактически - степень влияния этих факторов на качественный уровень двигателестроения. Исключение составляют два последних, которые следовало бы поменять местами. Однако учет влияния влажности воздуха до настоящего времени остается технически трудноразрешимой задачей и поэтому на практике реализуется редко. Причина - отсутствие компактных дешевых датчиков с приемлемыми характеристиками. А то, что это желательно, внимательный автомобилист отмечает всякий раз, сопоставляя «мягкую» ритмичную работу двигателя в сырую погоду со «звонкой» неровной - в сухую.
Перечисленные факторы можно разделить на быстроменяющиеся, зависящие от режима работы двигателя (частота вращения и нагрузка) и относительно долговременно действующие (все остальные). Поэтому первые из них должны учитываться автоматически, что на отечественных автомобильных двигателях осуществляется раздельно центробежным автоматом и вакуум-корректором (если он есть). Вторые же, если не учитываются автоматически, ввиду их инерционности можно было бы регулировать и вручную, тем более что корректировать (сдвигать или видоизменять) надо целиком всю кривую «угол ОЗ - частота вращения коленвала», т. е. ф(N) (в тексте это буква фи(N) прим. Крылова П.В), являющуюся характеристикой центробежного автомата.
Подавляющее большинство автомобилистов, вспоминая об этом автомате, задаются обычно двумя вопросами: какой должна быть наивыгоднейшая регулировочная кривая «его» экземпляра двигателя и в какой степени ей соответствует реально воспроизводящаяся. На первый вопрос ответ дан в , на с. 39: «Для каждого типа двигателя существуют свои оптимальные характеристики изменения угла опережения зажигания от частоты вращения и нагрузки. При использовании рекомендованного инструкцией топлива они практически не изменяются от одного экземпляра к другому». Далее на с. 40: «...характеристика центробежных регуляторов большинства современных двигателей при низкой частоте вращения коленчатого вала лежит значительно ниже оптимальной, что влечет за собой, естественно, потерю мощности на этом режиме (иногда до 5... 10 %)».
В подтверждение этого на с. 42 приведены три графика детонационных зависимостей и один - максимальной мощности, относящиеся к двигателю ВАЗ, которые представлены на рис. 1 без изменений.
Рис. 1. Регулировка угла опережения зажигания по границе детонации (на примере двигателя ВАЗ)
Как и в первоисточнике, на рис. 1 приведена также «заводская» характеристика распределителя зажигания типа 30.3706 при начальном (установочном) угле ОЗ фн= 7°. Как видно, она далека от ближайшего к ней графика 2 не только и не столько при N - 500... 1500 об/мин, сколько в диапазоне 2700...4700, т. е. как раз в области наиболее употребительной частоты вращения, соответствующей к тому же максимальным крутящим моментам. Теоретически такое рассогласование нетрудно в значительной мере исправить, если подогнуть кронштейн второй (жесткой) пружинки центробежного автомата так, чтобы она вступала в работу после N=3300 об/мин, продлив тем самым до этого же предела интервал работы первой (слабой) пружинки и, кроме того, заменить вторую пружинку более жесткой. Однако и после этого на участке 2700...3200 об/мин отклонение будет около 5°, а на малых частотах вращения остается прежним.
Практически это хотя и простая, но очень трудоемкая работа, для которой требуется как минимум стробоскоп и специально изготовленный сектор с угловой разметкой. Но главное в том, что в процессе регулировки из-за нестабильности работы центробежного автомата, случайных ошибок при размыкании контактов прерывателя да и ввиду неточной установки частоты вращения ошибиться можно до ±5...7°. В этих же пределах мельтешит и метка стробоскопа (при N более 2500 об/мин), характеризуя разброс воспроизводимых углов ОЗ. На станции технического обслуживания же в лучшем случае выставят «заводскую» кривую (или скажут, что выставили) с заводскими же пределами допусков.
Описываемый цифровой регулятор угла ОЗ (ЦифРУОЗ) представляет собой синтезатор функции ф(N) на основе ППЗУ и вспомогательный корректор. Регулятор предназначен для использования вместо центробежного (механического) автомата совместно с автоматизированным блоком электронного зажигания (АБЭЗ) или любой другой электронной системой зажигания при условии согласования ее управляющего входа с выходом синтезатора по фазе, амплитуде напряжения и мощности импульса.
Погрешность представления исходных характеристик ОЗ определяется ступенчатой оцифровкой их значений, и при N более 615 об/мин не превышает ±0,3°. На меньшей частоте вращения устанавливается угол ОЗ, равный начальному. Максимальное число записанных в память характеристик и точность их аппроксимации ограничены только емкостью ППЗУ. Примененная ИМС К556РТ7 (или К556РТ18) позволяет записать две или четыре характеристики с отклонениями от исходных соответственно до ±0,3° и ±0,5°, а например, ИМС К556РТ5 - только одну и с наибольшим из этих отклонений. Имеется возможность записанные зависимости «переключать» вручную согласно октан-характеристикам применяемых марок бензина и каждую из них плавно сдвигать по оси частоты вращения двигателя, а с помощью корректора, кроме того, регулировать наклон и изменять начальный угол ОЗ.
Синтезатор рассчитан на работу в основном с бесконтактным датчиком сигналов зажигания. Причем для записанных в память программ предполагается, что на каждом полуобороте коленчатого вала (четырехтактного четырехцилиндрового двигателя) датчик дает отношение сигнал/пауза 135°/45° . Если оно будет иным, то придется изменить таблицу программирования ППЗУ. Выбор указанного отношения обусловлен только более высокой точностью аппроксимации исходных характеристик. Синтезатор можно использовать и с прерывателем, для чего в составе регулятора имеется преобразователь управляющего сигнала к виду сигнал/пауза 135°/45°. Одновременно он выполняет и функции упомянутого корректора.
Принципиальная схема регулятора представлена на рис. 2, а временные диаграммы работы - на рис. 3.
В состав синтезатора входят генератор тактовых импульсов (ТИ) постоянной частоты, счетчик импульсов, количество которых характеризует период вращения коленчатого вала (Т) (иначе счетчик периода (СчТ), счетчик импульсов для формирования управляющего сигнала (иначе счетчик управления (СчУ), ППЗУ, устройство сравнения и триггер фиксации совпадения кодов, формирователь импульсов обнуления счетчиков, выходной каскад для формирования сигнала зажигания. Кроме того, в синтезаторе имеются индикатор его исправной работы и устройство импульсного питания ИМС ППЗУ. Корректор (он же преобразователь сигнала) состоит из RS-триггера, интегратора дифференциального типа и триггера Шмитта на операционных усилителях (ОУ), источника их двухполярного питания.
Генератор ТИ собран на двух логических элементах DD7.3 и DD7.4 (первый включен повторителем, второй - инвертором) по схеме, обладающей высокой термостабильностью частоты - 0,05...0,07 % на °С. Для ее улучшения еще в 2-3 раза в качестве С2 использован термокомпенсирующий конденсатор. И поскольку реальный температурный диапазон работы регулятора не превышает 60°, то максимальный уход частоты генератора ТИ вызывает сдвиг угла 03 не более 0,5°. Причем с увеличением частоты угол уменьшается, что следует признать благоприятным обстоятельством, так как установленный, например, под капотом регулятор будет реагировать на повышение температуры двигателя в желательном направлении. Длительность ТИ определяется времязадающей цепью R7C2 и равна 1,8...2,2 мкс, а частота - цепью R5R6R8C2, которая в зависимости от подробности записи характеристики в память может быть равна 28 или 14 кГц (соответственно R5 - 39 к и 75 к). Точное значение частоты устанавливается резистором R6, а ее оперативное изменение с целью сдвига характеристик по оси осуществляется резистором R8.
Счетчик длительности периода 10-разрядный, а счетчик управления 8-разрядный. Первый выполнен на ИМС DD1 и DD2.1, а второй - на ИМС DD3. Выходной код счетчика периода является адресным кодом ППЗУ (DD4).
Примененная ИМС (2048X8 разр.) позволяет записать, как отмечалось, две или четыре характеристики ОЗ. Показанный на рис. 2 вариант соответствует двум характеристикам, которые можно переключать с помощью SA1, подавая на вход 21 старшего разряда адреса лог. «0» или «1». В случае записи четырех характеристик коммутировать надо еще и вывод 22- 10-й разряд адреса, отсоединив его от счетчика периода.
Устройство сравнения представляет собой восемь элементов «исключающее ИЛИ» - DD5 и DD6. К их входам поразрядными парами подключены выходы ППЗУ и СчУ, а к выходам - диодная сборка VD3 - VD10 с нагрузочным резистором R9. К выходу сборки подключен триггер фиксации совпадения кодов, в качестве которого использован счетчик DD2.2. Он управляет работой выходного каскада, собранного на элементе DD7.2 и транзисторе VT1. Диод VD12 и резистор R12 обеспечивают надежное закрывание транзистора при лог. «0» на выходе DD7.2, которому соответствует напряжение 0,3...0,5 В. При работе синтезатора совместно с АБЭЗ они не нужны, но эмиттер транзистора следует подключить к точке Uпит 2. Необходимость в триггере фиксации совпадения кодов обусловлена задачей получения на коллекторе VT1 такого же по форме сигнала, как и на коллекторе VT5 АБЭЗ. Без него сигнал совпадения кодов существовал бы только в течение ТИ, поскольку ППЗУ имеет импульсное питание.
С началом положительного импульса в сигнале бесконтактного датчика (БД) F, т. е. измерительного интервала, которому соответствует 135°-й сектор поворота коленчатого вала (рис. 3, а), с помощью дифференцирующей цепи R1C1 и триггера Шмитта на элементе DD7.1 формируется положительный импульс длительностью 3...5 мкс для обнуления всех счетчиков, включая и DD2.2.
Одновременно на входах CN DD3 (выводы 1 и 9) устанавливается уровень лог. «1», исключающий воздействие ТИ на входы CP (выводы 2 и 10). С помощью инвертированного сигнала датчика F (рис. 3,б) на входах CN DD1 и DD2.1 устанавливается уровень лог. «0», разрешающий счет импульсов (рис., 3,г). Кстати, оба сигнала датчика, прямой и инвертированный, это напряжения на коллекторах соответственно VT5 и VT4 АБЭЗ. Триггеры примененных в синтезаторе счетчиков переключаются в моменты спада положительных импульсов на входах СР. Первый ТИ, возникающий одновременно с импульсом обнуления (рис. 3,в), счетчиком СчТ не учитывается, поскольку вход R - преобладающий .
По окончании измерительного интервала логические уровни на входах CN изменяются на противоположные, СчТ останавливается, а СчУ начинает счет тактовых импульсов. Когда его выходной код станет одинаковым с выходным кодом ППЗУ, на всех выходах схемы сравнения установятся «0», а на резисторе R9 возникнет спад положительного импульса (рис. 3,д), который переведет младший выходной разряд DD2.2 в «1» (рис. 3,е). После этого на выходе элемента DD7.2 установится лог. «0» (рис. 3,ж), поскольку на обоих его входах лог. «1», транзистор VT1 закроется и на коллекторе возникнет положительный импульс, являющийся сигналом зажигания (рис. 3,з). При работе с АБЭЗ к выходу синтезатора нужно подключить конденсатор С6, отключив его от коллектора VT5 (АБЭЗ). Удобнее всего вывести его на штырь разъема с двумя гнездами: к одному присоединить коллектор VT5 АБЭЗ, а к другому - коллектор VT1 синтезатора.
С помощью диодов VD1, VD11 на ГТИ подаются положительные потенциалы, вызывающие срыв генерации (останов ГТИ).
Это необходимо при переполнении СчТ, которое возможно на малых частотах вращения, а также при срабатывании устройства сравнения. В первом случае, не будь останова ГТИ, после переполнения счетчика СчТ код адреса ППЗУ, а вместе с ним и выходной код стали бы повторяться. После окончания измерительного интервала работа СчУ неизбежно привела бы к ложному, т. е. не соответствующему закону регулирования срабатыванию схемы сравнения и выходного каскада. Причем значение угла ОЗ могло бы оказаться любым, от начального до максимального, а должно быть равно именно начальному. Чтобы исключить это, возникающий при переполнении СчТ положительный импульс на выводе 5 DD2.1 принудительно устанавливает на выводе 8 DD7.3 («выходе 1») ГТИ уровень лог. «1». При этом на выводе 11 DD2.2 остается уровень лог. «0» и выходной каскад срабатывает по спаду положительного импульса в инвертированном сигнале БД, а это значит, что воспроизводимый угол 03 равен только начальному фн, который определяется установкой БД. Такой прием (останов ГТИ) предпочтительнее всех других потому, что с началом каждого нового измерительного интервала генерация тактовых импульсов начинается с одной и той же фазой. Это достоинство важно и во втором случае, особенно на частотах вращения 2500...3200 об/мин, для которых двум отличающимся на единицу адресам соответствует максимальное изменение угла ОЗ.
В синтезаторе применено импульсное питание ППЗУ, потому что при имеющейся большой скважности ТИ (15...40) это проще схемотехнически и конструктивно, экономичнее и выгоднее по тепловому режиму ИМС. Устройство представляет собой двухкаскадный усилитель мощности на транзисторах VT2, VT3. Управляющие сигналы на него подаются с «выхода 2» ГТИ (вывод 11 DD7.4), которые противофазны ТИ. Поскольку задержка переключения счетчиков (100...200 нс) значительно больше времени выхода ППЗУ после включения на рабочий режим (30...60 нс) , то фактически оно работает с адресными кодами как и при постоянном напряжении питания, что исключает ложное срабатывание устройства сравнения по неустановившимся кодам на выходе ППЗУ.
В составе синтезатора имеется индикатор отказа, включающий в себя VT4, VT5, R17 - R20, С3 и светодиод HL1. Транзистор VT4 и интегрирующая цепь R18C3 составляют пиковый детектор, a VT5 - усилитель мощности. Контролируемыми сигналами являются положительные импульсы на выходе DD2.2. С уменьшением их скважности, что соответствует увеличению частоты вращения и (или) угла ОЗ, яркость сведения светодиода возрастает.
Для составления таблицы программирования по представленным на рис. 1 графикам можно воспользоваться множеством способов. Наиболее рациональным оказалось заменить характеристики ОЗ совокупностями полиномов невысокого порядка, проще всего - квадратичными параболами вида
Поэтому он должен быть минимальным из всех записываемых в память характеристик ОЗ при N=Nмин (в синтезаторе фн=6°). Примеры и порядок записи результатов вычислений по формулам (1) - (4) для ряда характерных точек зависимости ф(N), составленной из графиков 2 (для бензина Аи-93) и 4, приведены в табл. 1. В ней имеются соответствующие данные и на случай записи ф(N) при девятиразрядном адресе ППЗУ.
В табл. 1:
Смещение графика ф(N) показано на рис. 4.
Как видно, при изменении частоты ГТИ изменяется и вид графика, однако преобладающей тенденцией является сдвиг. Кстати, видоизменение получается благоприятным: при сдвиге характеристики ОЗ вправо (с увеличением частоты) крутизна ее детонации графика 2 становится меньше, а при сдвиге влево - больше. Верхняя же часть (график 4) остается фактически неизменной.
При работе синтезатора с бесконтактным датчиком в других регулировках практической необходимости не возникает. Имея 2-4 «переключаемые» зависимости ф(N) и возможность изменения частоты ГТИ на ±7...5 %, можно с указанной выше точностью перекрыть всю область детонационных характеристик, соответствующих маркам бензина АИ-98 (95), АИ-93, А-76 и их суррогатам. Выбранный же при составлении таблицы программирования ППЗУ и единожды установленный начальный угол ОЗ в процессе эксплуатации двигателя, очевидно, регулировать не понадобится, ибо обычно БД не содержат изнашивающих деталей, влияющих на фн. Максимальную точность синтезатора (при 10-разрядном адресе ППЗУ) можно реализовать лишь с датчиком, который управляется непосредственно от коленчатого вала (конструктивно - чаще всего от маховика). Традиционный же привод датчика от вала распределителя зажигания вносит случайную ошибку угла ОЗ до 0,5... 1°. В этом случае рационально будет ограничиться 9-разрядным адресом, что позволит сократить необходимый объем памяти либо удвоить число записанных характеристик ОЗ.
Синтезатор можно использовать и с обычным прерывателем, если его дополнить преобразователем управляющих сигналов к требуемому виду (см. рис. 3,а). Принципиальная схема и временные диаграммы работы такого устройства представлены на рис. 5 и 6.
Функционирует оно так.
При размыкании контактов прерывателя (рис. 6,а) на Q-выходе RS-триггера, собранного на логических элементах DD8.1 и DD8.2, устанавливается уровень «1» (рис. 6,б). Соответствующее ему напряжение воздействует на неинвертирующий вход интегратора DA1.1, а на инвертирующий - «0» с Q-выхода этого триггера. Выходное напряжение интегратора равно
Поэтому вслед за переключением RS-триггера напряжение на входе триггера Шмитта - неинвертирующем входе ОУ DA1.2 - будет линейно возрастать (рис. 6,в). Когда оно достигнет порога переключения триггера, на катоде диода VD4 возникнет положительный перепад напряжения, т. е. уровень лог. «1», который переключит RS-триггер в противоположное состояние. После этого Uвых1 начнет линейно убывать до момента очередного размыкания контактов прерывателя либо до минимально возможного на выходе ОУ DA1.1 напряжения, если частота размыканий соответствует 400...500 об/мин. В начале нисходящей ветви графика Uвых1 триггер Шмитта вернется в исходное состояние. Таким образом на его выходе при переключениях образуются короткие положительные импульсы (рис. 6,г), длительность которых определяется соотношением сопротивлений резисторов R8, R9 и величиной t1. При указанных на схеме значениях она равна примерно 0,5 мс, а ширина петли гистерезиса триггера Шмитта около 0,3 В. Порог срабатывания триггера равен напряжению на стабилитроне VD3, а термостабильность порога обусловлена суммарным ТКН этого стабилитрона и диода VD4.
Очевидно, длительность положительного импульса на Q-выходе RS-триггера соответствует измерительному интервалу в сигнале бесконтактного датчика, а пауза - интервалу управления. Соотношение между ними в пределах стабильности устройства и границ выходного напряжения интегратора не зависит от частоты размыканий прерывателя. С помощью резистора R3 его можно установить равным 135°/45° согласно записанной в ППЗУ программе. Характерно, что уменьшение (или увеличение) этого соотношения эквивалентно увеличению (или уменьшению) начального угла ОЗ при одновременном незначительном изменении крутизны зависимости ф(N), как это следует из формулы (4).
Если, например, отношение сигнал/пауза сделать равным 130°/50°, то запрограммированная зависимость будет воспроизводиться синтезатором как ф(N) с начальным углом не 6°, а 11° и увеличенной крутизной, как в случае уменьшения частоты ГТИ на (135° - 130°)/135°=3,7 %, ибо на такую же величину уменьшится код адреса ППЗУ. Если же отношение сигнал/пауза будет больше нормы, допустим 140°/40°, то все сдвинется в другую сторону. В сопоставлении с вышеприведенным примером для 10 % увеличения частоты, к которому относятся графики на рис. 4, здесь изменение крутизны малозаметно.
Например, в точке излома характеристики (при 2820 об/мин) угол ОЗ уменьшится не на 4,2°, что было максимальным значением, а только на 1,5°, в то время как за счет уменьшения начального угла вся характеристика сдвинется на 5°. Эта особенность описанного преобразователя сигнала создает благотворную возможность электронным путем (с помощью резистора R3) корректировать начальный угол ОЗ в случае работы синтезатора от прерывателя по крайней мере на ±5...7° при практически неизменном виде зависимости ф(N).
Помимо коррекции угла ОЗ это устройство позволяет регулировать и наклон характеристик ОЗ, но только в сторону уменьшения крутизны. Для этого предназначена интегрирующая цепь R2C1, обеспечивающая независимую от величины N временную задержку переключения RS-триггера относительно момента размыкания контактов прерывателя. Диапазон времени задержки tз=0...0,7*R2*C1, а угол задержки фз = 180°tзN/30. При указанных значениях R2, С1 это составляет до 1,1° на 800 об/мин, до 3,9° на 2820 об/мин и до 8,2° на 6000 об/мин. Возможность введения фз вместе с корректировкой фн при незначительном изменении крутизны характеристики ОЗ подводят к выводу о том, что при работе с прерывателем предпочтительнее устанавливать поворотом распределителя зажигания начальный угол менее 6°, чем наоборот. Тогда корректировка фн с помощью R3 в сторону увеличения приведет к увеличению и крутизны характеристики, а ее можно уменьшить за счет введения задержки. За ненадобностью цепь временной задержки можно изъять, подключив R1 непосредственно к выводу 6 элемента DD8.2
Неизбежным неприятным следствием применения ОУ является необходимость в двухполярном источнике питания. Пример схемы такого автономного устройства приведен на рис. 7.
Рис. 8. Принципиальная схема общего источника электропитания автоматизированного блока электронного зажигания (АБЭЗ) и цифрового регулятора угла опережения зажигания
На элементах DD8.3, DD8.4 собран RС-генератор импульсов типа меандр с частотой 20...40 кГц. Он управляет транзисторными ключами VT1, VT2, к эмиттерам которых подключены двухзвенные умножители напряжения по каждой полярности. Стабилизация напряжений осуществляется с помощью резисторов R16, R17 и стабилитронов VD9, VD10.
Если ЦифРУОЗ предполагается использовать совместно с АБЭЗ, то целесообразно изготовить общий источник электропитания по схеме, изображенной на рис. 8.
В скобках указаны обозначения элементов, имеющихся в АБЭЗ, а подчеркнутые - в синтезаторе. Его достоинства основываются на перекомпенсированной стабилизации выходных напряжений блокинг-генератора, в состав которого входит и трансформатор T1 (АБЭЗ) с дополнительными обмотками V и V1. Благодаря перекомпенсации даже нет необходимости стабилизировать напряжение U4 и U5. Все указанные номиналы напряжений обеспечиваются при изменении напряжения бортовой сети автомобиля Еа от 6 до 18 В (реально этот диапазон еще шире в обе стороны).
Характерно, что при Еа менее 8...9 В ток в катушки L1 и (L3) поступает через диод VD25 (VD24 закрыт), так как амплитуда импульсов (обратного хода блокинг-генератора) на обмотке V выше этого значения, а при большем напряжении Еа - через диод VD24 (VD25 закрыт). Попутно диод VD24 отсекает возможные в бортовой сети импульсы напряжения помех отрицательной полярности. При использовании общего источника питания в АБЭЗ можно изъять диод VD21 и резистор R38, подключив эмиттер VT12 к Uпит 2(+0,7 В). Кроме того, желательно общие точки резисторов R11 с R12 и эмиттера VT5 с конденсатором С3 синтезатора подключить к Uпит1. В этом случае токи потребления будут таковы:
по цепи Uпит1(+ 7,7 В) менее 10 мА (без учета токопотребления светодиода синтезатора, которое может быть 0...12 мА);
по цепи Uпит2(+0,7 В) менее 3 мА;
по цепи U3(+ 6,2 В) менее 10 мА;
по цепи U4(-15 В) до 5 мА;
по цепи U5(+15 В) 13...15 мА.
Цифровой регулятор конструктивно объединен с автоматизированным блоком электронного зажигания. Все его детали размещены на отдельной печатной плате (рис. 9)
Из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм, имеющей такие же размеры, что и платы упомянутого блока. На несущей пластине корпуса блока она установлена вместе с двумя другими платами ребром и также крепится винтами с помощью уголковых скобок. Корпуса микросхем приклеены к плате через тканевые прокладки толщиной около 1 мм выводами наружу, т. е. от поверхности платы. Соединения сделаны проводом ПЭЛ-1 0,12 непосредственно «с ножки на ножку», причем диоды с их проволочными выводами тоже использованы в качестве связующих элементов. Фольговыми проводниками выполнены только шины питания и «земля». Соответствующие выводы ИМС припаяны к ним посредством стоек из проволоки диаметром 0,5...0,7 мм. Для остальных деталей - транзисторов, диодов, конденсаторов и резисторов - печатный монтаж обычный.
Нагрузочные резисторы ППЗУ (DD4) Rн1-Rн8 (по 15 к) установлены со стороны фольги. Для изоляции от нее использованы кусочки ватмана, выводы резисторов пропущены парами в четыре отверстия диаметром 1,5 мм, которые просверлены между корпусами DD2 и DD4. Если вывод 9 ИМС DD2.2 подключить к выводу 10 DD7, то сравнение выходных кодов СчУ и ППЗУ и срабатывание DD2.2 будут стробированы тактовыми импульсами.
Конденсаторы С1 - С3, С5 любые типа К10-7В, КЛС, КМ. Все резисторы - МЛТ или МТ. В качестве транзисторов VT1, VT2, VT4 можно применить любые КТ315, КТ342, КТ3102 и подобные им, VT5 - КТ361, КТ209, КТ3107 и аналогичные с любыми буквенными индексами. На месте VT3 необходим средне- или высокочастотный транзистор с допустимым импульсным током коллектора не менее 200 мА. Кроме любых КТ209, подойдут КТ208 (наилучший вариант), КТ502, КТ3107 и др. Диоды -любые из серий КД520, КД521, КД522, но можно применить и КД503, КД509.
Катушка L1, как и в блоке зажигания, должна иметь индуктивность 5... 15 мГ и сопротивление 40...80 Ом. Если предполагается работа синтезатора вместе с АБЭЗ, то лучше будет установить светодиод HL1 с зеленым свечением, поскольку в блоке зажигания уже имеются желтый, оранжевый и красный.
Наиболее желательными микросхемами для синтезатора являются ИМС серии К564, ибо по всем электрическим и эксплуатационным параметрам они превосходят ИМС серии К561, а по диапазону допустимых температур (-60...+125 °С) они самые подходящие (для ИМС серии К561 всего -45... + 85 °С). Правда, применение ИМС серии К564 прибавит трудностей в монтаже - у них очень тонкие мягкие выводы, а интервал между ними вдвое меньше, чем у ИМС серии К561.
ИМС программируемого ПЗУ можно взять любые из серии КР556, в том числе и с 4-разрядным выходом , подбирая их состав таким, чтобы для записи одной характеристики ОЗ имелось 512 слов X 8 разрядов (или 1024X8). Однако бессмысленно создавать объем памяти более чем на 4 характеристики, учитывая возможность их сдвига по оси N, а при наличии преобразователя-корректора (см. рис. 5) - и по оси углов ОЗ. Вместо этих ПЗУ можно применить и репрограммируемые типа ЛИЗМОП напр., К573РФ2 (2048X8), которые лучше согласуются с КМОП-структурами ИМС серии К564 и К561.
Но с ними есть опасность, что из-за самостирания информации через 3-5 лет появятся непредсказуемые изменения в записанной программе.
В преобразователе-корректоре вместо указанного сдвоенного операционного усилителя К140УД20 лучше даже применить более теплостойкую микросхему КМ551УД2А (Б) или неплохо себя зарекомендовавшую в системе зажигания ВАЗ-2108 (-09) К140УД1. Однако приемлемы и многие другие варианты, например два ОУ К140УД7 и даже КР140УД1. RS-триггер и RS-генератор (см. рис. 5 и 7) можно собрать, конечно, не только на элементах с логикой «2 ИЛИ-НЕ». Пригодны «2 И-НЕ» и ряд других. Но в предложенном варианте все минимально необходимые элементы составляют один корпус, чего не получается в другом исполнении.
Следует особо отметить, что при монтаже ИМС серий К561 или К564 обязательно нужно неукоснительно соблюдать предписанные ТУ требования, чтобы исключить возможность пробоя их входных цепей электростатическим напряжением.
В синтезаторе надо настраивать только частоту ГТИ. Делается это переменным резистором R6 при среднем положении движка потенциометра R8. Все остальное непременно будет нормально работать, если элементы исправны и правильно распаяны. Тем не менее после сборки и проверки монтажа надо проконтролировать номиналы питающих напряжений и работоспособность транзисторов по принципу «открыт-закрыт». Работа счетчиков (обнуление, счет), соответствие выходных кодов ППЗУ таблице программирования и все остальные переключения хоть и долго, но просто проверяются способом пошагового счета. Для этого нужно шины сигнала F, F и «выхода 1» ГТИ зашунтировать на «землю» через резисторы сопротивлением 10...30 к. После этого отключить две первые от транзисторов АБЭЗ, а третью - от вывода 10 DD7.3. Затем с помощью одного двухпозиционного-тумблера подключить напряжение U3 либо к шине F, либо к F, а через кнопку (или другой тумблер) это же напряжение подать на шину «выход 1».
Далее, установив на шине F напряжение U3, что будет соответствовать измерительному интервалу, при включении-выключении кнопки можно проверить работу счетчика СчТ, а переключив тумблер в противоположное состояние,- работу СчУ. Установив таким образом какие-либо коды на выходах счетчиков, можно проверить работу ППЗУ и записанную программу, имитируя импульсное питание ИМС DD4 кратковременным (до 1 с) замыканием коллектора VT2 на «землю». Контролировать совпадение выходных кодов ППЗУ и СчУ можно по напряжению на резисторе R9, на выводе 11 DD2.2 и на коллекторе VT1.
«Переключатель характеристик» ОЗ SA1 и потенциометр R8 крепятся вместе с SA1 и SA2 АБЭЗ на рулевой колонке. Чтобы легко можно было на ощупь оценить положение движка потенциометра, т. е. примерное значение частоты ГТИ и, стало быть, сдвиг характеристики ОЗ, на его ось насажена ручка-«клювик». Регулировочные элементы корректора - R3 и R2 расположены под кожухом блока, а оси этих резисторов выведены «под шлиц». Балансировочные потенциометры фактически заменены парами постоянных резисторов, в которых одно подбирается при настройке.
Светодиодный индикатор исправности ЦифРУОЗ подбором цепи R18C3 настраивается на редкое, но хорошо заметное вспыхивание при 1500...2000 об/мин.
В помощь радиолюбителю1991 год
Литература
1. Тюфяков А. Система зажигания без секретов: Сб. Автомобилист-86.- М.: ДОСААФ, 1986.
2. Алексеев С. Формирователи и генераторы на микросхемах структуры КМОП.- Радио, 1985, № 8, с. 31.
3. Алексеев С. Применение микросхемы серии К561.- Радио, 1986, № 11,
с. 3. № 12, с. 42.
4. Воробьева Н. Однократно программируемые ПЗУ серии КР556. Микропроцессорные средства и системы.-М.: ГКВТИ, 1987, №№ 1, 2, 3.
5. Щербаков В., Грездов Г. Электронные схемы на операционных усилителях. Справочник.- Киев, «Техника», 1983.
[email protected]
