Описуване у статті пристрій призначений для контролю параметрів переривника-розподільника системи запалювання і частоти обертання коленвала автомобільного двигуна. При відхиленні їх від норми подаються світловий і звуковий сигнали, нагадуючи водієві про необхідність проведення відповідних регулювань вузла переривника або переходу на іншу передачу для зменшення витрати пального.
Більшість вітчизняних легкових автомобілів ВАЗ, АЗЛК, ГАЗ і ЗАЗ обладнані класичною системою запалювання, центральним вузлом якої є переривач-розподільник [1]. Від його технічного стану і регулювань сильно залежать тягові характеристики двигуна і, отже, витрата палива. Основні параметри цього вузла - кут замкнутого стану контактів (УЗСК) переривника і їх електричний опір. Відхилення цих параметрів від норми призводить до падіння потужності іскри, що викликає неповне згоряння палива. Контроль цих параметрів досить складний, тому багато автовласників просто нехтують ним, вважаючи за краще оплачувати перевитрата палива і випробовуючи певні труднощі із запуском двигуна при низькій температурі навколишнього повітря.
Між тим в процесі роботи двигуна електричний сигнал з переривника (рис. 1) містить всю інформацію, необхідну не тільки для вимірювання названих вище параметрів, але і для виміру УЗСК всіх чотирьох циліндрів. Це дозволяє обчислити відхилення кутів від середнього значення і, таким чином, побічно оцінити стан кулачка переривника і ступінь зносу його валика. (Слід зазначити, що несправність може виникнути не тільки внаслідок зносу, наприклад, з-за недостатньою змащення деталей розподільника, але і при ослабленні кріплень регулювальних елементів із-за вібрації). Крім того, сигнал з переривника дозволяє визначити частоту обертання колінчастого вала двигуна. Якщо вона надмірно мала при русі з включеною передачею або, навпаки, надмірно велика, то двигун також працює неоптимально і витрачає зайве пальне. Така ситуація свідчить про необхідність переходу на більш низьку передачу у першому випадку або на більш високу - у другому.
Як видно з рис. 1, опір контактів характеризується напругою U0 (воно прямо пропорційно опору). УЗСК а для кожного з циліндрів можна обчислити (в градусах) за формулою α = 90ti1/(ti1+ti2); а частоту обертання коленвала двигуна F (в оборотах в хвилину) - за формулою
де i - номер циліндра.
Принципова схема сигналізатора показана на рис. 2. Його основа - МК Z86E0208PEC (DD1), тактову частоту задає кварцовий резонатор ZQ1 на частоту 8 МГц. Живиться прилад від 12-вольтна акумулятора автомобіля через параметричний стабілізатор напруги R1VD1. Для ослаблення перешкод у ланцюзі харчування передбачені оксидний конденсатор С1 і керамічний С2.
Вхідний сигнал надходить через амплітудний обмежувач R2VD3VD5 на висновок Р32 порту Р3, є неинвертирующим входом одного з двох вбудованих компараторів МК [2] На висновок РЗЗ - загальний для інвертуючих обох входів компараторів - подається сигнал з інтегруючої ланцюга R3C6, що забезпечує функцію аналого-цифрового перетворення [2].
Результат програмної обробки надійшли сигналів видається на світлодіоди HL1, HL2 і звуковий пьезоизлучатель BQ1, підключений безпосередньо до висновків Р26 і Р27 порту Р2.
На підставі результатів вимірювань прилад формує наступні сигнали:
- зелений світловий сигнал (HL2) при досить низькому опорі контактів переривника і коли величини середнього значення УЗСК переривника і його розкиду для різних циліндрів знаходяться в межах норми;
- червоний світловий сигнал (HL1) при відхиленні вказаних величин від норми, що свідчить про необхідність проведення профілактики або ремонту переривника-розподільника;
- звуковий сигнал при занадто низькою або занадто високій частоті обертання колінчастого валу двигуна, що попереджає водія про необхідність перемкнути передачу (при низькій частоті - низького тону, при високій - високого).
Оскільки МК працює в умовах сильних перешкод, для запобігання випадкового його переходу в режим програмування ППЗУ в прилад введені (відповідно до рекомендаціями виробника) захисні діоди VD2-VD4 і конденсатор С5.
Налаштування приладу на роботу в тому чи іншому класі автомобілів здійснюється вимикача SA1 і SA2 у відповідності з табл. 1.
Робота пристрою пояснюється графом переходів, показаним на рис. 3.
Граф включає в себе чотири вершини-стану, що відповідають режимам:
- T_MEAS - (MEASURE TIME) - вимірювання часу;
- U_MEAS - (MEASURE U) - вимірювання напруги;
- CALCUL - режим обчислення, у якому відбувається обробка результатів вимірювань;
- DISPLAY - режим відображення результатів обчислень.
Переходи між станами, показані ребрами графа, викликаються наступними подіями:
- TI - (TIMER INTERRUPT) - переривання від таймера МК;
- Fl - (FALLING INTERRUPT) - переривання по спаду вхідного сигналу;
- CI - (COMPARE INTERRUPT) - переривання від вбудованого в МК компаратора;
- ТІ, UE, РЄ, DE - закінчення процесів вимірювання часу, напруги, обчислення і відображення відповідно.
Після ввімкнення живлення відбувається автосброс МК і ініціалізується стан TMEAS. Спочатку дозволяється переривання тільки по спаду вхідного сигналу (див. рис. 1), і при наявності спаду МК "захоплює" його і починає вимірювати часові інтервали. Потім дозволяються переривання від таймера. Шляхом підрахунку їх числа обчислюється тривалість першого часового інтервалу. При надходженні на вхід МК фронту сигналу значення рахунки запам'ятовується і починається наступного вимірювання інтервалу. Подібним чином вимірюється тривалість усіх восьми інтервалів, після чого МК переходить в стан вимірювання напруги U0(U_MEAS).
У цьому стані МК формує на виході Р00 потенціал лог. 1, завдяки чому починається формування квазілінійного наростаючої напруги на вході з РЗЗ допомогою ланцюга R3C6. Одночасно запускається таймер МК на час, відповідне рівнем U0 = 0,2 В. Дозволяються переривання від таймера і компаратора. Якщо першим надходить переривання від компаратора, то фіксується факт нормального стану контактів, а якщо від таймера, то стан контактів незадовільний.
Далі пристрій переходить в режим CALCUL, коли обчислюються частота обертання коленвала, середнє значення УЗСК і величина її відхилення від цього значення. Причому останні два параметри розраховуються тільки в тому випадку, якщо розрахункова частота не перевищує 1000 хв-1 (номінальне значення УЗСК вимірюється тільки на холостому ходу). По закінченні розрахунків програма переходить у режим DISPLAY
У цьому режимі зчитується встановлений вимикача SA1, SA2 код типу автомобіля, порівнюються обчислені значення УЗСК і нерівномірності УЗСК з відповідними константами, "зашитими" в ППЗУ, і за результатами порівняння видається сигнал запалювання того чи іншого світлодіода. Потім перевіряється "потрапляння" поточної частоти обертання коленвала у певні межі і, якщо вона виявляється за межами встановлених значень, включається звук відповідного тону. Далі весь робочий цикл повторюється.
Роздруківка завантажувального модуля програми наведена в табл. 2. Обсяг програмного коду - 504 байта.
(натисніть для збільшення)
Деталі пристрої розміщують на друкованій платі, виготовленої за кресленням, зображеному на рис. 4. Плата розрахована на установку резисторів МЛТ, конденсаторів К50-35 (С1) і КМ (решта), перемикачів ПД9-2 (SA1, SA2), трехгнездной колодки КСК1.5-3. Для підключення мікроконтролера використана 18-гніздова панель.
Налагодження пристрою починають з перевірки напруги живлення. Для цього, не встановлюючи на місце мікроконтролер, що включають харчування і вимірюють напругу на контакті 5 панелі. Воно повинно бути не менше 4,5 В, в іншому випадку стабілітрон VD1 необхідно замінити іншим, з потрібним напругою стабілізації. Потім перевіряють справність світлодіодів (для цього по черзі з'єднують відрізком дроти контакт 5 панелі МК з її контактами 12 і 13).
Далі при відключеному живленні встановлюють в панель запрограмований МК і з'єднують пристрій з клемою переривника. Якщо при включенні живлення прилад не запрацює, до висновку 6 мікросхеми DD1 під'єднують осцилограф (з вхідною опором не менше 10 МОм) і перевіряють, збуджується тактовий генератор МК. Відсутність коливань синусоїдальної форми частотою 8 МГц свідчить про тому, що генератор не працює. В цьому випадку потрібно перевірити кварцовий резонатор ZQ1 і конденсатори C3 і С4.
В автомобілі пристрій розміщують на передній панелі в полі зору водія.
Функції пристрою можна істотно розширити, застосувавши замість Z86E0208PEC модифікації МК з індексами 04, 08, сумісні з висновками і мають великі ресурси пам'яті програм і даних.
Література
Автори: М. Гладштейн, М. Пудів, Рибінськ р.