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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Automatischer OZ-Winkelregler bei K1816BE31. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Mikrocontroller Geräte, die den Zündzeitpunkt (OZ) eines Verbrennungsmotors automatisch auf einem optimalen Niveau halten sollen, sind immer noch recht komplex. Sie können durch den Einsatz von Mikroschaltungen mit hohem Integrationsgrad vereinfacht werden. Ein Beispiel hierfür ist unten dargestellt. Der naheliegendste Weg, die wichtigsten Indikatoren eines Benzin-Verbrennungsmotors zu verbessern, besteht darin, den Fliehkraft-OZ-Winkelregler durch einen elektronischen mit manueller und noch besser automatischer Steuerung zu ersetzen. Ähnliche elektronische Regler wurden bereits in der Zeitschrift [1; 2]. Basierend auf dem Gerät [2] habe ich einen einfacheren automatischen Winkelregler O3 entwickelt. Die Vereinfachung wurde mit dem Mikrocontroller K1816BE31 erreicht. Durch das Vorhandensein von zwei digitalen sechzehnstelligen Timern können Sie die Kurbelwellendrehzahl kontinuierlich und gleichzeitig messen und den OZ-Winkel steuern. Im Gegensatz zum Prototyp bleiben die Unterbrecherkontakte wie bei einem mechanischen Fliehkraftregler in der Position des Anfangswinkels 03, was einen normalen Zündmodus beim Motorstart gewährleistet. Der automatische Regler ist für den Betrieb mit einem Kontaktunterbrecher und einem elektronischen Zündsystem ausgelegt. Die Funkenverzögerung relativ zum Zeitpunkt des Öffnens der Kontakte ist gleich der Differenz zwischen der Funkenperiode (Ti - 1 / fi, wobei fi die Häufigkeit des Öffnens der Unterbrecherkontakte ist) und der Zündvorlaufzeit (entsprechend dem Winkel OZ bei eine bestimmte Kurbelwellendrehzahl des Motors). Die Berechnung des Funkenmoments wird bei jeder halben Kurbelwellenumdrehung wiederholt, wodurch die Trägheit des Reglers praktisch sichergestellt wird. Es sieht auch die Einführung einer vorübergehenden Korrektur durch einen Oktanzahlkorrektor vor, der sowohl den Wert als auch das Vorzeichen der Korrektur festlegt. Abhängig von der Stellung der Drosselklappe des Vergasers und der Motordrehzahl wird das Economizer-Magnetventil nach einem Standardalgorithmus gesteuert. Das schematische Diagramm des digitalen Controllers ist in Abb. dargestellt. 1. Das Gerät besteht aus einer Prozessoreinheit, einem Eingangsformer, einer Ausgangseinheit, einem Oktankorrektor, einer Steuereinheit für das Economizer-Magnetventil, einem Spannungsstabilisator und einem galvanischen Trennkreis von den Mikroschalterkontakten.
Das Hauptelement des Prozessorknotens ist ein Single-Chip-Mikrocontroller DD1, der nach einem typischen Schema mit externem Speicher ausgestattet ist (er speichert Programme). Der Mikrocontroller wird durch den eingebauten Oszillator getaktet, dessen Frequenz durch den Quarzresonator ZQ1 eingestellt wird. Chip DD3 – Latch-Low-Byte-Adresse. Der Shaper, bestehend aus einem Eingangsverstärker an einem Transistor VT1, einem einzelnen Vibrator an den Elementen DD2.1, DD2.4 und einem Trigger DD2.2, DD2.3, ist nach dem Schema aus [2] aufgebaut und ausgelegt um die Folgen des Prellens der Unterbrecherkontakte zu beseitigen und beim Öffnen der Unterbrecherkontakte ein Low-Pegel-Signal an den Eingang P3.2 der Steuerung zu liefern. Der Shaper-Eingang ist mit dem Motorschutzschalter des Fahrzeugs verbunden. Mit dem Schalter SA1 können Sie den automatischen Regler ausschalten und ein Signal vom Unterbrecher direkt an die Zündeinheit senden. Dies ermöglicht insbesondere das Starten des Motors bei stark entladener Batterie, wenn die Spannung des Bordnetzes für den normalen Betrieb der Maschine nicht ausreicht. Der Oktanzahlkorrektor umfasst die Schalter SB1, SA2 und einen Encoder an den Dioden VD8-VD22. Die Korrektur des Zeitpunkts der Funkenbildung erfolgt diskret in einer per Software einstellbaren Schrittweite von 0,7 Grad. Abhängig von der Stellung des Schalters SA2 gelangt das Signal im binären Umkehrcode über die Dioden in die Eingänge P1.0-P1.3 des Mikrocontrollers und legt für diesen die Anzahl der Korrekturschritte fest. Vom Schalter SB1 zum Eingang P1.6 des Reglers gelangt ein Signal, das das Vorzeichen der Korrektur bestimmt. Per Software wird festgestellt, dass die offenen Kontakte dieses Schalters einer Erhöhung und die geschlossenen Kontakte einer Verringerung des Zündzeitpunkts relativ zum Nennwert entsprechen. Der Ausgangsknoten ist auf einem einzelnen Vibrator DD4.1, DD4.3 mit einem Verstärker basierend auf den Transistoren VT3, VT5 gemäß dem Schema aus [1] aufgebaut und soll Impulse positiver Polarität mit einer Amplitude von 12 V und einer Dauer erzeugen von 500 μs, um das elektronische Zündsystem zu starten. Wenn der Ausgang des Elements DD4.1 mit den Eingängen eines freien Elements DD4.4 (im Diagramm nicht dargestellt) verbunden ist, kann vom Ausgang des Elements DD4.4 eine Impulsfolge zur Einspeisung in einen elektronischen Drehzahlmesser entnommen werden. Die Elektroventil-Steuereinheit ist auf dem Element DD4.2 und den Transistoren VT2, VT4 gemäß dem Schema aus [3] aufgebaut. Ein niedriger Logikpegel am Ausgang P3.5 des Controllers öffnet nach Invertierung durch das Element DD4.2 die Transistoren VT2, VT4. Über den offenen Transistor VT4 wird der Wicklung des Magnetventils eine Spannung von 12 V zugeführt, die den Kraftstofffluss in den Motorvergaser steuert. Am Relais K1 ist ein Knoten montiert, der für eine galvanische Trennung des Mikrocontroller-Eingangs von den Kontakten des Sensor-Mikroschalters sorgt, der am Vergaser installiert und mechanisch mit der Drosselklappe verbunden ist. Bei geöffneter Klappe sind die Sensorkontakte geschlossen und eine Spannung von 1 V liegt an der Relaiswicklung K12 an. Über die geschlossenen Kontakte K1.1 des Relais liegt ein niedriger Logikpegel am Eingang P1.7 des an Controller und informiert ihn über die Öffnung der Drosselklappe. Der automatische Regler wird über das Bordnetz des Fahrzeugs mit Strom versorgt. Über den Eingangsfilter L1C13 wird die Gleichspannung dem DA1-Stabilisator zugeführt, von dessen Ausgang eine Spannung von 5 V an Mikroschaltungen und andere Knoten geliefert wird. Der Regler schaltet sich gleichzeitig mit der Zündung des Fahrzeugs ein. Beim Anlegen der Versorgungsspannung wird der Kondensator C6 über den Widerstand R8 aufgeladen, wodurch ein Reset-Signal erzeugt wird, wonach der Controller DD1 in seinen Ausgangszustand geht und vorbereitende Operationen durchführt. Zunächst wird am Ausgang P3.5 ein Low-Pegel eingestellt, der nach Invertierung durch das DD4.2-Element und Verstärkung durch den Transistor VT2 den Transistor VT4 öffnet und die Spannung des Bordnetzes dem zugeführt wird Magnetventilwicklung, wodurch die Kraftstoffzufuhr zum Motorvergaser ermöglicht wird. Zweitens setzt ein Low-Pegel-Impuls am unteren Eingang des DD2.2-Elements gemäß der Schaltung den Trigger DD2.2, DD2.3 in seinen Anfangszustand, in dem der Ausgang des DD2.2-Elements High ist, und Der Ausgang des DD2.3-Elements ist niedrig. Drittens ermöglicht es einen Low-Level-Interrupt am Eingang P3.2. Viertens: Setzt die internen Timer – TO- und T1-Zähler – auf den 16-Bit-Modus und aktiviert den Interrupt vom internen Timer T1. Die Controller-Timer sind so organisiert, dass ihr Zustand nach 1 Oszillatorzyklen um 12 erhöht wird. Bei einer Taktfrequenz von 12 MHz erhöht sich der Timerzustand nach 1 µs, wodurch eine Zeitspanne von maximal 65535 µs gemessen werden kann, was einer Motorkurbelwellendrehzahl von mindestens 457 min-1 entspricht. Wenn der Timer vom Zustand „Alle Einsen“ in den Zustand „Alle Nullen“ übergeht, wird in einem Sonderregister des Controllers ein Überlaufflag gesetzt, wonach der Controller bei aktiviertem Interrupt die entsprechende Unterroutine ausführt, die diesen bedient unterbrechen. Anschließend setzt der Controller die Timer zurück, startet den Timer-TO-Zähler und geht in den Wartemodus auf einen Low-Pegel am Eingang P3.2. Somit ist der digitale Controller bereit, den Motor zu starten. Beim ersten Öffnen der Unterbrecherkontakte am Ausgang des Einzelvibrators DD2.1, DD2.4 wird ein Impuls mit einer Dauer von 500 μs erzeugt, der nach Differenzierung durch die C7R11R12-Schaltung den Auslöser DD2.2 schaltet. 2.3, DD2.2 und am Ausgang des Elements DD3.2 wird ein Low-Pegel eingestellt. Durch Eingabe des Eingangs PXNUMX des Controllers ruft dieser die entsprechende Interrupt-Serviceroutine auf, die den TO-Timer stoppt, seinen Zustand speichert, die Anfangseinstellung durchführt und im Zählmodus neu startet. Anschließend wird der gespeicherte Wert des Wartungstimers analysiert. Beim Starten des Motors ist die Kurbelwellendrehzahl geringer als für die Messung zulässig, daher läuft der Wartungstimer über. Unter dieser Bedingung erzeugt die Steuerung ohne Verzögerung einen kurzen Low-Pegel-Impuls am Ausgang P3.4, der den Einzelvibrator DD4.1, DD4.3 startet. Ein Impuls mit niedrigem Pegel und einer Dauer von 500 μs, der am Ausgang eines einzelnen Vibrators erzeugt wird, schließt die Transistoren VT3, VT5 und startet das elektronische Motorzündsystem. Danach setzt der Controller mit einem Low-Pegel-Impuls am unteren Eingang des Elements DD2.2 den Trigger DD2.2, DD2.3 in seinen ursprünglichen Zustand und geht wieder in den Standby-Modus für die nächste Triggerumschaltung. Wenn die Kurbelwellendrehzahl 457 min-1 überschreitet, tritt kein Überlauf des Wartungstimers mehr auf und die Steuerung analysiert die Funkenperiode, wenn sie die Interrupt-Verarbeitungsroutine am Eingang P3.2 ausführt. Entsprechend den Eigenschaften des mechanischen Reglers P147B, dargestellt in Abb. 2 (N – Kurbelwellendrehzahl).
Auf seinem horizontalen Abschnitt von Null bis Punkt 1 erzeugt das Gerät Ausgangsimpulse ohne Verzögerung, d Formel tset = (tmeas - φoz tmeas/180) - tcalc ± tcorr, wo tzad - Zündverzögerungszeit, μs; tmeas – Zeit zwischen zwei benachbarten Öffnungen des Leistungsschalters, µs; φoz – der Wert des Zündvoreilwinkels bei einer bestimmten Motorkurbelwellendrehzahl, Grad; tcalc – die Zeit, die vom Öffnen der Kontakte des Unterbrechers bis zum Ende der Berechnung der Zündverzögerung verstrichen ist, μs; tcorr – Zeitkorrektur (Zündkorrektur), abhängig sowohl von der Position des Oktanzahlkorrekturschalters als auch des Korrekturvorzeichenschalters, μs. Der resultierende Verzögerungswert wird von 65536 subtrahiert, das Ergebnis legt den Timer T1 fest, danach startet er und der Inhalt des Timers beginnt sich jede Mikrosekunde um eins zu erhöhen. Gleichzeitig mit dem Abschluss der Berechnung der Zündverzögerung schaltet die Steuerung das Magnetventil abhängig von der Stellung der Drosselklappe des Vergasers und der Drehzahl der Motorwelle ein oder aus. Bei geöffneter Drosselklappe hält der Regler am P3.5-Ausgang konstant einen niedrigen Pegel aufrecht und ermöglicht so die Kraftstoffzufuhr zum Vergaser. Im geschlossenen Zustand gibt das Relais K1 den Anker frei, die Kontakte K1.1 öffnen und über den Widerstand R10 wird ein High-Pegel an den Eingang P1.7 des Reglers gelegt. Der Controller vergleicht die gemessene Funkendauer mit softwaredefinierten Zeitschwellen und öffnet oder schließt das Ventil entsprechend. Diese Zeitschwellen entsprechen denen, die im Economizer-Steuergerät eingestellt sind, das am Fahrzeug montiert war. Nach Abschluss der Interrupt-Routine am Eingang P3.2 setzt der Controller den Trigger DD2.2, DD2.3 in seinen Ausgangszustand und wartet auf das Interrupt-Signal vom Timer T1. Nach einer bestimmten Zeit läuft der Timer T1 über und es wird eine Anforderung zur Verarbeitung des Interrupt-Vektors generiert. Die Steuerung führt das entsprechende Unterprogramm aus, stoppt den Timer T1, startet den Einzelvibrator DD4.1, DD4.3 mit einem Low-Pegel-Impuls. Der geschlossene Transistor VT4 erzeugt einen Startimpuls für die Zündeinheit. Nach Abschluss des Unterprogramms wartet die Steuerung erneut auf einen niedrigen Pegel, um in P3.2 einzutreten. Da die Unterbrecherkontakte bei jeder halben Umdrehung der Motorkurbelwelle geöffnet werden, entspricht die vom TO-Timer in jedem Zyklus gemessene Zeit 180 Grad. Die gemessene Zeit wird programmgesteuert durch 256 geteilt (es wird ein Ergebnis entsprechend 0,7 Grad erhalten) und mit dem vom Encoder eingegebenen Code auf VD8-VD22-Dioden multipliziert. Als Ergebnis erhält man die Zündverzugskorrekturzeit tcorr, die bei der endgültigen Berechnung des Zündverzugs mit entsprechendem Vorzeichen berücksichtigt wird. Der Korrekturwinkel OZ des Schalters SA2 kann im Bereich von 0 bis +6,3 oder von 0 bis -6,3 Grad geändert werden, was den oberen und unteren gestrichelten Linien in Abb. entspricht. 2. Durch den Einsatz des Inverscodes lässt sich die Anzahl der Dioden im Encoder reduzieren. Bei der Einstellung eines Minus-Korrekturwinkels wird die Reglerkennlinie per Software begrenzt, so dass der resultierende OC-Winkel keine negativen Werte annehmen kann. Betrachten wir die Bildung der Eigenschaften des Automatenreglers (die gleichen wie die des Fliehkraftreglers), dargestellt in Abb. 2 (dicke gestrichelte Linie). Bei einem Fliehkraftregler wird diese Kennlinienform durch zwei unterschiedlich steife Federn eingestellt, die nacheinander mit zunehmender Drehfrequenz der Häckselwelle in Aktion treten. Die Linie besteht aus vier Abschnitten. Auf dem ersten Abschnitt vom Ursprung bis zum Punkt 1 ist der Winkel 03 gleich Null. Die übrigen drei Abschnitte – 1-2, 2-3 und 3-4 – werden durch Geraden angenähert und durch ein System aus drei linearen Gleichungen für die Abhängigkeit des Winkels O3 von der Kurbelwellendrehzahl ausgedrückt, das allgemein durch beschrieben wird Formel φoz = K (N - N0) + φbegin, wobei φoz der aktuelle Winkel des OZ in Grad ist; N – aktuelle Drehzahl der Motorkurbelwelle, min-1; N0 - Rotationsfrequenz am Startpunkt des Abschnitts, min-1; K - Koeffizient unter Berücksichtigung des Neigungswinkels des Standorts zur N-Achse; φbegin – der anfängliche Winkel der OZ für den Standort, Grad. Wenn wir diese drei Gleichungen für jeden Abschnitt in die Formel für tset einsetzen und Transformationen durchführen, erhalten wir ein System aus drei linearen Gleichungen mit der Abhängigkeit der Verzögerungszeit des Funkenzeitpunkts vom gemessenen Zeitintervall zwischen zwei benachbarten Öffnungen des Unterbrechers: tset = (tmeas K1/256 – B1) – tpasch ± tcorr (für Abschnitt 1-2); tset = (tmeas K2/256 – B2) – tpasch ± tcorr (für 2–3); tset = (tmeas K3/256 - B3) - tpasch ± tcorr (für 3-4), wobei K1, B1, K2, B2, K3, B3 die berechneten Koeffizienten für die entsprechenden Abschnitte der Kennlinie sind. Um diese Koeffizienten zu bestimmen, wurde ein Programm (Tabelle 1) in der Programmiersprache Q-Basic geschrieben.
Die Ausgangsparameter dafür sind die Eigenschaften des Fliehkraftreglers des Leistungsschalter-Verteilers R147V des Fahrzeugs Moskvich-2140 aus der technischen Beschreibung [4] – der Drehwinkel und die Drehzahl der Motorkurbelwelle (nicht zu verwechseln). mit der Drehzahl und seine Drehung ist halb so groß wie die der Kurbelwelle) an den Punkten 1, 2, 3 - Tabelle. 2.
In der Tabelle. 3 fasst die Ergebnisse der Berechnung für das angegebene Programm zusammen. Als Maximum wird bedingt der Wert der Kurbelwellendrehzahl von 6000 min-1 angenommen, da der Abschnitt ab Punkt 3 horizontal verläuft. Um das Steuerprogramm des Reglers zu vereinfachen, werden die Werte der Funkenperiode zu Beginn der Abschnitte der Kennlinie gleich dem nächsten Vielfachen von 256 angenommen.
In der Tabelle. 4 zeigt die Codes des Programms, das im ROM DS1 platziert ist; Es stellt den Betrieb des Controllers DD1 sicher.
Mit diesem Programm ähnelt der automatische Regler in seinen Eigenschaften dem R147V-Leistungsschalter-Verteiler und dem Economizer-Steuergerät 252.3761 des Motors des Moskwitsch-2140-Wagens, der für die Verwendung von A-76-Benzin ausgelegt ist. Die Schwellenwerte für das Ein- und Ausschalten des Elektroventils entsprechend der Drehzahl der Kurbelwelle werden mit 1245 min-1 bzw. 1500 min-1 angenommen [5]. Die Adressen des Programms, in das Informationen eingegeben werden, die die Eigenschaften des Reglers bestimmen, sind in der Tabelle angegeben. 5 und 6.
Der Inhalt des Programms ist in einem Zwei-Byte-Hexadezimalcode geschrieben, mit Ausnahme der Funkenperiode am Anfang der entsprechenden Abschnitte (T1, T2, T3), die nur durch das High-Byte dargestellt werden. Die Schwellenwerte für das Umschalten des Elektroventils von der Frequenz- auf die Zeitform (Tabelle 6) werden gemäß der Formel tpor = 3 · 107/Npor neu berechnet, wobei tpor die Zeit in µs ist; Npor – Geschwindigkeit in min-1. Um die Maschine mit anderen Zentrifugalreglern und Economizer-Steuergeräten zu verwenden, werden deren Eigenschaften in die Berechnung einbezogen. Der automatische Regler ist auf einer Technologieplatine mit den Abmessungen 130x85 mm montiert. Die Verbindungen werden mit MGTF-Draht hergestellt. Die Schalter SA1, SA2, SB1 sind auf der Frontplatte des Reglers installiert. Ist eine Ansteuerung des Magnetventils nicht erforderlich, können die Elemente R13-R15, R18, R19, VT2, VT4, VD6, VD7, K1 entfallen. Die Ansicht des Gerätes mit abgenommener Abdeckung ist in Abb. dargestellt. 3.
Als Mikrocontroller eignet sich jede Mikroschaltung der Intel51-Familie (180x31, 180x51, 180x52) oder deren heimische Gegenstücke (z. B. K1816BE51). Ein Regler, der aus brauchbaren Teilen besteht und fehlerfrei ist, muss nicht angepasst werden. Empfehlungen zum Austausch von Elementen und zur Überprüfung der Leistung sind in [1-3] aufgeführt. Die Einstellgrenzen für die Korrektur des OZ-Winkels können bei Bedarf durch Verwendung des SA10,5-Schalters für 2 Positionen und Hinzufügen der entsprechenden Anzahl von Dioden zum Encoder auf ± 16 Grad erhöht werden. Es ist auch möglich, wie in [4] einen Encoder in Form eines Schalters für 10 Richtungen und 16 oder 1 Positionen zu verwenden. Der Regler wird am Armaturenbrett des Autos montiert und über ein abgeschirmtes Kabel mit dem Unterbrecher, der Zündeinheit, dem Magnetventil und dem Sensor am Vergaser verbunden. Befestigen Sie vor dem Einbau des elektronischen Reglers die Cracker des Fliehkraftreglers in ihrer ursprünglichen Position. Der Moment des Öffnens der Kontakte des Leistungsschalters muss dem Anfangswinkel des OZ entsprechen. Der Leistungsschalterkondensator muss abgeklemmt werden. Beim Einbau des automatischen Reglers in Fahrzeuge mit am Vergaser montiertem Schraubensensor (seine Kontakte sind bei geschlossener Drosselklappe geschlossen) muss der Widerstand R10 an die geschlossenen Kontakte des Relais K1 angeschlossen werden. Obwohl das Gerät für den Betrieb mit einem Kontaktunterbrecher und einem elektronischen Zündsystem ausgelegt ist, ist es bei entsprechender Verfeinerung des Eingangstreibers und der Ausgangseinheit in der Lage, mit einem kontaktlosen Unterbrecher und anderen Arten von Zündeinheiten zu arbeiten. Der Quelltext des Programms für K1816BE31 Literatur
Autor: A. Obukhov, Perm
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