СИГНАЛИЗАТОР НЕОПТИМАЛЬНОГО РЕЖИМА РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ

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.

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

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.

Входной сигнал поступает через амплитудный ограничитель R2VD3VD5 на вывод Р32 порта РЗ, 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.

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

Увеличить

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.

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 СЗ 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

1. Резник А. М. Орлов В. П. Электрооборудование автомобилей. — М.: Транспорт, 1981.
2. Гладштейн М. А. Микроконтроллеры семейства Z86 фирмы Ztlog. Руководство программиста. — М.: ДОДЭКА, 1999.

Вернуться к содержанию журнала "Радио" 1 номер 2003 год