Цифровой прибор для проверки и установки момента зажигания

Разное

Прибор компактен, не содержит дефицитных деталей, не требует налаживания и может быть легко повторён даже начинающим радиолюбителем. Он позволяет измерять частоту вращения коленчатого вала двигателя, угол опережения зажигания (УОЗ), проверять функционирование вакуумного и центробежного регуляторов УОЗ.

ustanovka-zazhiganiya

Как известно, в классической системе зажигания четырёхтактного двигателя поджиг горючей смеси (далее будем использовать термин “искра”) в каждом из его цилиндров производится один раз за рабочий цикл — два оборота коленчатого вала. Измерение частоты вращения коленвала может быть выполнено одним из двух методов:

  1. Подсчётом числа искр в одном цилиндре за единицу времени. Частоту вращения вычисляют как половину числа искр за минуту.
  2. Измерением интервала времени t между двумя последовательными искрами в одном цилиндре. Это длительность рабочего цикла двигателя — двух оборотов коленвала. Частоту вращения коленвала W в оборотах в минуту в этом случае вычисляют по формуле W=120/t.

Недостатком первого метода можно считать большую длительность измерения, ввиду чего результат приходится ждать довольно долго. Второй метод даёт результат измерения за доли секунды, однако его недостаток — существенные флюктуации результата от измерения к измерению. Причин этому немало, например, нестабильная работа регулятора УОЗ и свечей. Разброс результатов, измеренный автором в ходе работы над прибором, достигал ±10…25% среднего значения.

Безусловно, нельзя доверять результатам, полученным с такой погрешностью, да и наблюдать мелькание цифр на индикаторе утомительно. Оптимальным я считаю первый метод с уменьшенной длительностью счёта либо второй метод с усреднением результатов нескольких измерений. По сути, это одно и то же. Рассматриваемый прибор измеряет частоту вращения в оборотах в минуту, подсчитывая число искр в одном цилиндре за 6 с и умножая это число на 20. Результат получается с дискретностью 20 об/мин, что вполне достаточно для правильной установки УОЗ в карбюраторном двигателе.

Все приведённые рассуждения справедливы для системы зажигания классического четырёхтактного двигателя, работающего по принципу одной искры в цилиндре за рабочий цикл (два оборота). Однако в одно и двухцилиндровых двигателях ситуация чаще всего иная — искры в каждом цилиндре формируются на каждом обороте коленвала. Одна из них (рабочая) — в конце такта сжатия, а вторая (холостая) — в конце такта выпуска. Это позволяет отказаться от довольно ненадёжного элемента — высоковольтного распределителя зажигания. Так сделано, например, в системе зажигания автомобиля “Ока”.

Прибор корректно работает с такими системами зажигания, обеспечивая при этом вдвое меньшую дискретность отсчёта (10 об/мин). Это же позволяет ему работать и с двухтактными двигателями. УОЗ — один из важнейших параметров, определяющий экономичность, мощность и экологичность работы двигателя. Для проверки правильности работы вакуумного и центробежного регуляторов УОЗ в приборе предусмотрен стробоскоп.

Запускающие импульсы для него снимают с высоковольтного провода свечи первого цилиндра трансформаторным датчиком тока искрового разряда. Проверка сводится к наблюдению за поведением нанесённых на освещаемый импульсами стробоскопа шкив коленвала меток при изменении положения дроссельной заслонки Полностью методика такой проверки изложена в инструкции по эксплуатации автомобиля.

Схема прибора представлена на сайте. Он построен на микроконтроллере ATmega16820PU, тактируемом от внутреннего RCгенератора частотой 8 МГц. Производитель гарантирует предельное отклонение этой частоты от номинальной не хуже ±3 % во всём рабочем интервале температуры, что более чем достаточно для проводимых измерений. Все функции прибора реализованы программно. Импульсы с датчика (трансформатора) тока Т1. надетого на высоковольтный провод, соединяющий распределитель зажигания с одной из свечей зажигания, поступают на вход усилителя формирователя, состоящего из резисторов R2, R4, R5, R9, конденсатора С2, диодов VD2 и VD3, транзистора VT2.

В случае пробоя изоляции высоковольтного провода есть вероятность попадания высокого напряжения во входную цепь прибора. Для защиты элементов этой цепи от повреждений применён газовый разрядник F1 с напряжением пробоя 90 В. Положительная полуволна сигнала с датчика открывает транзистор VT2. Спадающий перепад напряжения на его коллекторе инициирует запрос прерывания INTO или INT1 (в зависимости от режима работы прибора). По запросу вызывается программная процедура, реализующая установленный режим.

Для измерения УОЗ прибор оснащён стробоскопом — импульсным источником световых импульсов на светодиоде EL1 (EDEW1LS6 мощностью 1 Вт). Микроконтроллер управляет им с помощью электронного ключа на транзисторе VT1. Для сужения светового луча на светодиод надета коллиматорная линза EDOLAA10M15. Она сужает луч до 10 град., что существенно увеличивает яркость светового пятна. Резистор R8 ограничивает амплитуду импульса тока светодиода. Результаты измерений прибор отображает на четырёхразрядном семиэлементном светодиодном индикаторе с общими катодами разрядов HG1 (FYQ3641AG11).

Аноды элементов индикатора подключены к выходам РВО—РВ6 микроконтроллера через резисторы R12—R18, ограничивающие импульсный ток элементов до 12… 13 мА. Уровнями напряжения на катодах разрядов индикатора микроконтроллер управляет через ключи на транзисторах VT3—VT6, так как нагрузочная способность выходов микроконтроллера недостаточна для непосредственного управления ими. Органы управления прибора — кнопки SB 1 и SB2, которые используют при измерении УОЗ, и переключатель режимов работы SA1. Перемычка S1 предназначена для установки типа проверяемой системы зажигания.

При искре на каждом обороте коленвала она должна быть установлена, а при одной искре на два оборота снята. Все узлы прибора питают стабилизированным напряжением +5 В. Первичное питание — бортсеть автомобиля с номинальным напряжением 12 В. Прибор сохраняет работоспособность при напряжении в бортсети от 7 до 16 В Диод VD1 предохраняет прибор от подачи питания в неправильной полярности. Прибор может работать в двух режимах: стробоскопатахометра (“Ч”) и измерения УОЗ (“У”).

В режиме “Ч” (переключатель SA1 в нижнем по схеме положении) прибор по информации с датчика фиксирует искры в цилиндре и в момент каждой из них формирует на выходе PD7 импульс высокого логического уровня длительностью около 900 мкс. Этот импульс открывает транзистор VT1, и мощный светодиод EL1 излучает световой импульс той же длительности. Параллельно с этим микроконтроллер ведёт подсчёт искр и через каждые 6 с вычисляет частоту вращения коленвала, после чего выводит результат расчёта на индикатор HG1.

programma-dlya-diagrammПроиллюстрировать логику работы микроконтроллера в этом режиме с помощью линейного алгоритма сложно, потому что в его программе широко используются прерывания, процедуры обработки которых асинхронно вклиниваются в главный цикл программы. Он начинается после старта программы (рис. 2) и повторяется многократно до выключения питания прибора. В этом цикле микроконтроллер читает переменную N, хранящую измеренное значение частоты вращения коленвала, и отображает его на индикаторе.

В начале своей работы программа присваивает этой переменной значение 1234, которое и отображается на индикаторе до получения результата первого измерения, что происходит лишь по окончании формируемого Таймером 1 интервала счёта длительностью 6 с. С началом интервала счёта программа разблокирует внешнее прерывание INTO и обрабатывает каждую искру, как показано на рис. 3. Поступивший с датчика искры импульс генерирует запрос прерывания INTO. Процедура его обработки запрещает реакцию на следующие запросы этого прерывания, формирует сигнал включения светодиода EL1, запускает Таймер 2, инкрементирует значение переменной, хранящей число зафиксированных искр.into

Запрет прерываний INTO, запросы которых могут поступить через небольшие промежутки времени после первого, необходим для обеспечения работоспособности прибора при проверке систем зажигания с “длинной” искрой и многоискровых, а также для устранения влияния колебательных переходных процессов, возникающих в высоковольтных узлах системы зажигания по окончании искрового разряда. Продолжительность запрета — 10 мс с момента начала обработки принятого запроса.

Канал сравнения А Таймера 2 настроен на отсчёт интервала времени 900 мкс. По его истечении он генерирует запрос прерывания, обработка которого гасит светодиод ELI. Таймер продолжает счёт до генерации запроса прерывания каналом сравнения В, настроенным на отсчёт интервала 10 мс. Процедура обработки этого прерывания останавливает и обнуляет Таймер 2, снимает флаги внешних прерываний и разрешает прерывание INTO. С этого момента микроконтроллер готов к приёму и обработке сигнала следующей искры.

Описанные действия выполняются на фоне главного цикла программы, в котором происходят чтение и отображение на индикаторе измеренной частоты вращения коленвала двигателя. Через
6 с после запуска канал сравнения В Таймера 1 формируем запрос прерывания, процедура обработки которого рассчитывает частоту вращения и присваивает её значение переменной N. Сам Таймер 1 будет обнулён и перезапущен — начнётся следующий интервал счёта искр и последующего расчёта частоты вращения коленвала.

Только при следующем повторении главного цикла программы рассчитанное значение частоты вращения будет прочитано из переменной N и отображено на индикаторе. Учтите, что на время обработки запросов прерывания выполнение главного цикла приостанавливается. На рис. 2 это не показано, чтобы не усложнять его. Для точного измерения УОЗ с дискретностью 1 град, при любой заранее установленной частоте вращения предназначен режим “У” (переключатель SA1 в верхнем по схеме положении). В этом режиме микроконтроллер, имея информацию о частоте вращения коленвала, предварительно рассчитывает время At, за которое коленвал поворачивается на 1 град., затем начинает фиксировать искры в цилиндре и формировать на каждую из них импульс стробоскопа.

izmereniya-kolenvalaОднако, в отличие от режима Ч, имеется возможность задерживать вспышку относительно искры. Длительность этой задержки можно изменять шагами по At, увеличивая её нажатиями на кнопку SB1 и уменьшая нажатиями на кнопку SB2. Методику измерения поясняет рис. 4. На нём схематично представлен шкив коленвала, на котором нанесена подвижная метка. Совмещение этой метки с неподвижной меткой на блоке цилиндров означает, что поршень первого цилиндра находится в ВМТ. Но если вращающийся шкив коленвала работающего двигателя осветить импульсами стробоскопа, которые совпадают по времени с искрами в первом цилиндре, подвижная метка будет видна на некотором угловом расстоянии от неподвижной (рис. 4,а), равном текущему значению УОЗ.

Если теперь нажать на кнопку SB1 и этим ввести задержку формирования импульсов стробоскопа относительно искры на время, за которое коленвал повернётся на один градус, подвижная метка визуально переместится на градус ближе к неподвижной (рис. 4, б). Продолжая нажатия на кнопку SB 1, можно добиться совмещения этих меток (рис. 4,в). “Перебор” компенсируют нажатиями на кнопку SB2. Прибор показывает на индикаторе введённую задержку в градусах. Когда метки совмещены, число на индикаторе равно УОЗ.

В начале работы в режиме “У” программа рассчитывает задержку на градус на основании preryvaniya-intoзначения частоты вращения коленвала, полученного перед этим в режиме “Ч”. Затем она разрешает обработку прерываний INT1 и выполняет главный цикл, в котором отображает на индикаторе значение, хранящееся в переменной n. Реакция на искру в этом режиме — запрос прерывания INT1, процедура обработки которого, показанная на рис. 5, блокирует дальнейший приём запросов этого прерывания с той же целью, с какой блокировались запросы прерывания INTO в режиме Ч. и запускает Таймер 1.

Содержимое регистра ОС1А канала А Таймера 1 пользователь может изменять шагами, равными длительности поворота коленвала на один градус. Через заданный таким образом интервал времени таймер генерирует запрос прерывания. Процедура его обработки запустит генерацию импульса стробоскопа аналогично тому, как было описано при рассмотрении режима “Ч”. Разница лишь в том, что будут разблокированы запросы прерывания от INT1, а не от INTO. В режиме “У” прибор частоту вращения коленвала не измеряет. Поэтому её необходимо измерить в режиме “Ч”, а затем перевести прибор в режим “У”.

Информация о частоте будет передана в процедуру измерения УОЗ автоматически. Так как в режиме “У” программа считает частоту вращения постоянной, любое её изменение в ходе измерения УОЗ приводит к ошибке. Относительная погрешность измерения УОЗ равна относительному отклонению фактической частоты в момент измерения от образцовой, измеренной в режиме “Ч”. Опрос состояния кнопок происходит с частотой около 1 Гц, поэтому нажимать на них чаще не имеет смысла. Допустимо удерживать нужную кнопку нажатой. Её действие будет повторяться с частотой опроса в течение всего времени удержания.

tri-pechatnyh-platyПрибор смонтирован на трёх печатных платах. Чертёж первой из них (основной) показан на рис. 6. Чертёж платы управления (находящиеся на ней две кнопки, переключатель и два резистора обведены штрихпунктириой рамкой в левом нижнем углу рис. 1) изображён на рис. 7. Справа на рис. 1 также в штрих пунктирной рамке находятся детали, размещённые на плате индикации. Её чертёж — на рис. 8. Контактные площадки плат, помеченные одинаковыми буквами, должны быть соединены между собой отрезками плоского кабеля. Столь сложная конструкция обусловлена стремлением автора уместить прибор в корпусе размерами 90x50x30 мм.pechatnaya-plata-pribora-momenta-zazhiganiya

Платы размещены в нём, как показано на рис. 9. Если такой необходимости нет, прибор можно собрать и на одной плате. В приборе использованы в основном компоненты для поверхностного монтажа типоразмера 1206 (конденсатор СЗ типоразмера 1210). Исключение — микроконтроллер DD1, интегральный стабилизатор DA1, индикатор HG1, конденсатор С2 и газовый разрядник F1. Конденсатор С2 должен иметь номинальное напряжение не ниже 100 В. Кнопки SB1, SB2 — тактовые, переключатель SA1 — движковый на два положения.

regulirovka-zazhiganiya-pechatnaya-plataДля микроконтроллера на плате установлена панель, из которой удалено гнездо 3. Микроконтроллер ATmega16820PU может быть заменён на Atmega88 или Atmega328 с такими же буквенными индексами без изменения топологии печатной платы. Замена потребует, однако, перекомпиляции программы под соответствующий микроконтроллер. Конфигурацию микроконтроллера программируют в соответствии с рис. 10. Транзистор ВС847С можно заменить любым кремниевым структуры прп с коэффициентом передачи тока базы не ниже 50. Вместо транзисторов IRLML0040 подойдут любые полевые с изолированным затвором, каналом nтипа и допустимым током стока не менее 1 А.

korpus-pribora-zazhiganiyaВывод 3 светодиодного индикатора FYG3641AG11, для которого на соответствующей плате нет отверстия, загнут параллельно плате. Упомянутый индикатор может быть заменён любым аналогичным с общими катодами разрядов и обеспечивающим достаточную яркость свечения при токе элемента не более 20 мА. Интегральный стабилизатор снабжён ребристым теплоотводом с площадью охлаждающей поверхности 20 см:. Светодиод ELI укреплен на предназначенном для него теплоотводе “звезда” диаметром 19 мм.

Датчик трансформатор тока Т1 изготовлен из П-образного ферритового магнитолровода с магнитном проницаемостью 2000.3000 Размер магнитопровода особого значения не имеет.Главное, чтобы в его окно можно было пропустить высоковольтный провод, соединяющий распределитель зажигания со свечой (это первичная обмотка), и осталось бы место для вторичной обмотки из 120 витков лакированного провода диаметром 0,15 мм. Эскиз конструкции трансформатора показан на рис. 11. Половины магнитопровода не склеены, а сжаты прищепкой, сделанной из обрезков стеклотекстолита (рис. 12). Это позволяет легко надевать трансформатор на провод свечи и снимать его.mikrokontroller-programmiruetsya

Вполне допустимо вместо Побразного магнитопровода применить ферритовое кольцо, расколов его на две приблизительно равные части. Грани магнитопровода перед намоткой следует притупить, а место расположения вторичной обмотки покрыть изолирующей плёнкой. Готовую обмотку необходимо защитить изоляционным лаком. Её подключают к входу усилителя-формирователя экранированным проводом длиной 50… 100 см. Кроме индуктивного датчика, с прибором можно использовать и гораздо более простой по конструкции, ёмкостный. В общем случае он представляет собой металлическую пластину, плотно прижатую к проводу свечи. Пластина и провод образуют конденсатор, через который импульсы поступают на вход прибора. От пластины датчика экранированный провод должен идти к точке соединения разрядника F1, резистора R2 и конденсатора С2.

eskiz-konstrukcii-transformatoraЭкран соединяют с общим проводом только со стороны прибора. Плата за простоту конструкции ёмкостного датчика — его весьма низкая помехоустойчивость. Трансформатор тока реагирует практически только на изменение тока в проводе, который проходит через окно его магнито провода, остальные электромагнитные явления, которых в моторном отсеке автомобиля более чем достаточно, его “не интересуют”. Ёмкостный же датчик охотно реагирует на изменения напряжения не только в проводе, на который он установлен, но и в других цепях
Поэтому каждый экземпляр такого датчика требует индивидуальной подборки элементов входной цепи усилителя-формирователя.

В частности, постоянный резистор R2 следует заменить подстроечным сопротивлением 100… 120 кОм, включённым по схеме реостата. Вращая его движок, добейтесь устойчивой работы прибора, после чего замените подстроечный резистор постоянным ближайшего номинала. Автор испытывал прибор с ёмкостным датчиком, сделанным из обычного зажима “крокодил”, зубцы на губках которого были загнуты внутрь, а пружина ослаблена, чтобы исключить повреждение изоляции провода свечи. Результаты в целом удовлетворительные, однако датчик довольно капризен и реагирует, например, на расстояние до проводов других свечей и до корпуса двигателя.

magnitoprovod-steklotekstolitПравильно собранный из исправных деталей прибор не требует налаживания (за исключением варианта с ёмкостным датчиком, о чём было сказано выше). Проверить правильность сборки и функционирования прибора несложно. Для этого следует включить режим “Ч” и подключить прибор к источнику питания с напряжением 7… 16 В (датчик к проводу свечи не подключать, чтобы исключить поступление импульсов на вход прибора). После включения прибора светодиод EL1 вспыхивать не должен. Первые 6 с на индикаторе должно отображаться число 1234. Если цифры следуют в другом порядке, то разряды индикатора перепутаны.

При искажённом начертании цифр следует искать ошибки в подключении элементов индикатора к микроконтроллеру. По истечении 6 с в младших разрядах индикатора должны появиться три нуля — этим проверяется гашение незначащего нуля в старшем разряде. Далее следует перевести прибор в режим “У”. Индикатор должен показать минус ноль градусов, а кнопки SB1 и SB2 должны быть заблокированы. На этом проверка закончена.

Работают с прибором в следующем порядке:

  1. Провода питания подключают к зажимам аккумулятора.
  2. Датчик искры устанавливают на провод свечи первого цилиндра. Это следует делать при заглушенном двигателе.
  3. Запускают двигатель. Если измеренная частота
    вращения при неизменном режиме работы двигателя существенно изменяется от измерения к измерению, то индуктивный датчик (трансформатор тока) следует снять с провода свечи и установить обратно, повернув на 180°.

Если необходимо измерить УОЗ, то прибором в режиме “Ч” предварительно измеряют частоту вращения коленвала, а затем переключают прибор в режим “У” и измеряют УОЗ по методике, описанной выше. Следует помнить, что в режиме измерения УОЗ погрешность практически полностью определяется стабильностью частоты вращения коленвала двигателя.

Приемлемой максимальной погрешностью следует считать 8…10%, поэтому и стабильность поддержания оборотов двигателя не должна быть хуже этого значения. Если системы двигателя не обеспечивают достаточно точного поддержания частоты его вращения. их следует проверить, а при необходимости отремонтировать.

Оцените статью
radiochipi.ru
Добавить комментарий

Нажимая на кнопку "Отправить комментарий", я принимаю политику конфиденциальности.

Adblock
detector