K1816BE31の自動OZ角度レギュレーター

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K1816BE31 の自動 OZ 角度調整器。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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内燃エンジンの点火時期 (OZ) を最適なレベルに自動的に維持するように設計されたデバイスは、依然として非常に複雑です。高度に集積されたマイクロ回路を使用することで簡素化できます。この一例を以下に示します。

ガソリン内燃エンジンの最も重要な指標を改善する最も明白な方法は、遠心式 OZ 角度調整器を手動制御の電子式調整器、さらには自動制御付きの電子式調整器に置き換えることです。同様の電子レギュレータはすでにジャーナルに記載されています [1; 2]。

装置[2]をベースにして、よりシンプルな自動角度コントローラO3を開発しました。 K1816BE31 マイクロコントローラーを使用して簡素化を実現しました。 03 つのデジタル XNUMX 桁タイマーが内蔵されているため、クランクシャフト速度を継続的かつ同時に測定し、OZ 角度を制御できます。プロトタイプとは異なり、機械式遠心レギュレーターと同様に、ブレーカー接点は初期角度 XNUMX の位置に留まり、エンジン始動時の通常の点火モードが保証されます。

自動レギュレータは、接点遮断器および電子点火システムと連動するように設計されています。接点が開く瞬間に対する点火遅れは、点火期間 (Ti - 1 / fi、fi はブレーカー接点が開く頻度) と点火進み時間 (角度 OZ に相当) との差に等しくなります。特定のエンジンのクランクシャフト速度）。

スパークの瞬間の計算はクランクシャフトの半回転ごとに繰り返され、レギュレーターの慣性が実質的に確保されます。また、補正の値と符号の両方を設定するオクタン価補正器による一時的な補正の導入も可能です。キャブレターのスロットルバルブの位置とエンジン回転数に応じて、エコノマイザーソレノイドバルブが標準アルゴリズムに従って制御されます。

デジタルコントローラーの概略図を図に示します。 1. このデバイスは、プロセッサーユニット、入力整形器、出力ユニット、オクタン価補正器、エコノマイザーソレノイドバルブ制御ユニット、電圧安定器、およびマイクロスイッチ接点からのガルバニック絶縁回路で構成されています。

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プロセッサノードの主な要素はシングルチップマイクロコントローラDD1であり、通常のスキームに従って外部メモリ（プログラムを保存する）が組み込まれています。マイクロコントローラーは内蔵発振器によってクロックされ、その周波数は ZQ1 水晶振動子によって設定されます。チップ DD3 - 下位バイトアドレスをラッチします。

トランジスタ VT1 上の入力アンプ、要素 DD2.1、DD2.4 上の単一バイブレータ、およびトリガー DD2.2、DD2.3 で構成されるシェイパーは、[2] のスキームに従って組み立てられ、設計されています。ブレーカー接点のバウンスの影響を排除し、ブレーカー接点が開いたときにコントローラーの入力 P3.2 にローレベル信号を供給します。シェイパー入力は車のエンジンブレーカーに接続されています。

スイッチ SA1 を使用すると、自動レギュレータをオフにして、インタラプタからの信号を点火ユニットに直接送信できます。これにより、特に、車載ネットワークの電圧が機械の通常の動作に不十分な場合に、ひどく放電したバッテリーでエンジンを始動することが可能になります。

オクタン価補正器には、スイッチ SB1、SA2、およびダイオード VD8 ～ VD22 上のエンコーダが含まれています。スパークの瞬間の補正は、ソフトウェアで設定された 0,7 度のステップで個別に行われます。スイッチ SA2 の位置に応じて、ダイオードを介したバイナリ逆コードの信号がマイクロコントローラーの入力 P1.0 ～ P1.3 に入り、補正ステップの数を設定します。スイッチ SB1 からコントローラの入力 P1.6 まで、補正の符号を決定する信号が受信されます。このスイッチの開いた接点は公称値に対する点火タイミングの増加に対応し、閉じた接点は点火タイミングの減少に対応することがソフトウェアによって決定されます。

出力ノードは、[4.1] のスキームに従って、トランジスタ VT4.3、VT3 に基づくアンプを備えた単一のバイブレータ DD5、DD1 上に組み立てられ、振幅 12 V および持続時間の正極性パルスを生成するように設計されています。電子点火システムを開始するには 500 μs かかります。要素 DD4.1 の出力が自由要素 DD4.4 (図示せず) の入力に接続されている場合、電子タコメータに供給するために要素 DD4.4 の出力からパルスシーケンスを除去できます。

電磁弁制御ユニットは、[4.2] のスキームに従って、要素 DD2 とトランジスタ VT4、VT3 に組み立てられます。コントローラの出力Ｐ３．５における低論理レベルは、要素ＤＤ４．２によって反転された後、トランジスタＶＴ２、ＶＴ４を開く。開いたトランジスタ VT3.5 を通じて、4.2 V の電圧がソレノイドバルブの巻線に供給され、エンジンキャブレターへの燃料の流れを制御します。

ノードはリレー K1 に組み込まれており、キャブレターに取り付けられスロットルに機械的に接続されているセンサーマイクロスイッチの接点からマイクロコントローラー入力をガルバニック絶縁します。ダンパーが開くと、センサーの接点が閉じ、リレー巻線 K1 に 12 V の電圧が印加され、リレーの閉じた接点 K1.1 を介して、ロー論理レベルがリレーの入力 P1.7 に印加されます。コントローラーにスロットルの開度を知らせます。

オートレギュレーターは、車載ネットワークから電力を供給されます。入力フィルタ L1C13 を介して、DC 電圧が DA1 スタビライザに供給され、その出力から 5 V の電圧がマイクロ回路および他のノードに供給されます。車のイグニッションと同時にレギュレーターがオンになります。

電源電圧が印加されると、抵抗Ｒ８を介してコンデンサＣ６が充電され、リセット信号が生成され、コントローラＤＤ１は初期状態となり準備動作を行う。まず、出力 P6 をローレベルに設定します。出力 P8 は、DD1 素子によって反転され、トランジスタ VT3.5 によって増幅された後、トランジスタ VT4.2 を開き、オンボードネットワークの電圧が電源に供給されます。ソレノイドバルブが巻き上げられ、それによって燃料がエンジンキャブレターに供給されるようになります。

第二に、回路による DD2.2 素子の下側入力のローレベルパルスは、トリガー DD2.2、DD2.3 を初期状態に設定します。この初期状態では、DD2.2 素子の出力は High になります。 DD2.3 エレメントの出力は Low です。 3.2 番目に、入力 PXNUMX でのローレベル割り込みを有効にします。

1 番目に、内部タイマ TO および T16 カウンタを 1 ビットモードに設定し、内部タイマ T1 からの割り込みを有効にします。コントローラータイマーは、12 オシレーターサイクル後に状態が 12 ずつ増加するように構成されています。 1 MHz のクロック周波数では、タイマー状態は 65535 μs 後に増加します。これにより、少なくとも 457 min-1 のエンジンクランクシャフト速度に相当する XNUMX μs 以下の期間を測定できます。タイマーが「すべて XNUMX」状態から「すべて XNUMX」状態に移行すると、コントローラーの特殊レジスターにオーバーフローフラグが設定されます。それに応じて、割り込みが有効な場合、コントローラーはこれを処理する対応するサブルーチンを実行します。割り込み。

次に、コントローラはタイマーをリセットし、タイマー TO カウントを開始し、入力 P3.2 の Low レベルの待機モードに入ります。したがって、デジタルコントローラーはエンジンを始動する準備が整います。

シングルバイブレータ DD2.1、DD2.4 の出力にあるブレーカ接点が最初に開くと、持続時間 500 μs のパルスが生成され、C7R11R12 回路による微分の後、トリガ DD2.2 が切り替わります。２、ＤＤ２．３、および低レベルが要素ＤＤ２．２の出力に設定される。コントローラの入力 P2.3 を入力すると、適切な割り込みサービスルーチンが呼び出され、TO タイマーが停止し、その状態が保存され、初期設定が実行され、カウントモードで再起動されます。その後、保持されているメンテナンスタイマーの値が解析されます。

エンジン始動時、クランクシャフト回転数が計測可能な回転数を下回っているため、メンテナンスタイマーがオーバーフローします。この条件下では、コントローラは遅延なく短いローレベルパルスを出力 P3.4 に生成し、単一バイブレータ DD4.1、DD4.3 を起動します。単一のバイブレータの出力で生成される持続時間 500 μs の低レベルパルスは、トランジスタ VT3、VT5 を閉じ、電子エンジン点火システムを開始します。その後、要素 DD2.2 の下側入力にローレベルのパルスが入力されたコントローラは、トリガ DD2.2、DD2.3 を元の状態に設定し、次のトリガスイッチングのために再びスタンバイモードに入ります。

クランクシャフト速度が 457 min-1 を超えると、メンテナンスタイマのオーバーフローは発生しなくなり、コントローラは入力 P3.2 の割り込み処理ルーチンを実行するときに点火期間を分析します。図に示すメカニカルレギュレータ P147B の特性に従って、 2 (N - クランクシャフト速度)。

K1816BE31の自動OZ角度レギュレーター

ゼロからポイント 1 までの水平セクションでは、デバイスは遅延なく出力パルスを生成します。つまり、セクション 1 ～ 2 でブレーカーの接点が開いた瞬間に、コントローラーは点火パルスの形成に必要な遅延を計算します。方式

tset = (tmeas - φoz tmeas/180) - tcalc ± tcorr、

ここで、tzad - 点火遅延時間、μs; tmeas - ブレーカーの XNUMX つの隣接する開口部間の時間、μs; φoz - 特定のエンジンクランクシャフト速度における点火進角の値 (度)。 tcalc - 遮断器の接点を開いた瞬間から点火遅れの計算の終了までの経過時間、μs。 tcorr - オクタン価補正スイッチと補正符号スイッチの両方の位置に応じた時間補正 (点火補正)、μs。

結果の遅延値が 65536 から減算され、その結果によってタイマー T1 が固定され、その後タイマーが開始され、タイマーの内容がマイクロ秒ごとに XNUMX ずつ増加し始めます。

着火遅れの計算完了と同時に、コントローラはキャブレターのスロットルバルブの位置とエンジンシャフトの回転数に応じてソレノイドバルブをオンまたはオフにします。スロットルが開いているとき、コントローラーは常に P3.5 出力の低レベルを維持し、それによってキャブレターに燃料が供給されるようにします。

リレー K1 が閉じると、アーマチュアが解放され、接点 K1.1 が開き、抵抗 R10 を介してコントローラの入力 P1.7 にハイレベルが印加されます。コントローラーは、測定されたスパーク期間をソフトウェアで定義された時間しきい値と比較し、それに応じてバルブを開閉します。これらの時間閾値は、車両に搭載されたエコノマイザ制御ユニットに設定された時間閾値に対応します。

入力 P3.2 での割り込みルーチンの完了後、コントローラはトリガ DD2.2、DD2.3 を初期状態に設定し、タイマ T1 からの割り込み信号を待ちます。

一定時間が経過すると、タイマ T1 がオーバーフローし、割り込みベクタの処理要求が発生します。コントローラは対応するサブルーチンを実行し、タイマ T1 を停止し、単一バイブレータ DD4.1、DD4.3 をローレベルパルスで起動します。閉じたトランジスタ VT4 は点火ユニットの始動パルスを生成します。サブルーチンが完了した後、コントローラは再びローレベルが P3.2 に入るのを待ちます。

ブレーカー接点はエンジンのクランクシャフトの半回転ごとに開くため、各サイクルで TO タイマーによって測定される時間は 180 度に相当します。測定された時間はプログラム的に 256 で除算され (0,7 度に相当する結果が得られます)、エンコーダから VD8 ～ VD22 ダイオードに入力されたコードを掛けられます。その結果、着火遅れ補正時間 tcorr が得られ、これは対応する符号を使用した着火遅れの最終計算で考慮されます。スイッチ SA2 の補正角度 OZ は、図の上下の破線に相当する 0 ～ +6,3 度または 0 ～ -6,3 度の範囲で変更できます。 2.

逆コードを使用すると、エンコーダ内のダイオードの数を減らすことができます。マイナスの補正角を設定した場合、OC角がマイナスの値にならないようにコントローラの特性がソフトウェアで制限されます。

図に示すオートマトンレギュレータ（遠心レギュレータと同じ）の特性の形成を考えてみましょう。２（太い破線）。遠心レギュレーターでは、この形式の特性は、チョッパーシャフトの回転周波数の増加に伴って順番に動作する、剛性の異なる 2 つのスプリングによって設定されます。この路線は XNUMX つのセクションで構成されています。

原点から点 1 までの最初のセクションでは、角度 03 はゼロに等しくなります。残りの 1 つのセクション (2-2、3-3、および 4-3) は直線で近似され、クランクシャフト速度に対する角度 O0 の依存性を表す 1 つの一次方程式で表されます。これは一般に次のように記述されます。式 φoz = K (N - N0) + φbegin、ここで φoz は OZ の現在の角度、度です。 N - エンジンのクランクシャフトの現在の回転周波数、min-1; NXNUMX - セクションの開始点での回転周波数、min-XNUMX; K - N 軸に対するサイトの傾斜角を考慮した係数。 φbegin - サイトの OZ の初期角度 (度)。

各セクションのこれら XNUMX つの方程式を tset の公式に代入し、変換を実行すると、スパークの瞬間の遅延時間が遮断器の XNUMX つの隣接する開口部間の測定時間間隔に依存する XNUMX つの一次方程式系が得られます。

tset = (tmeas K1/256 - B1) - tpasch ± tcorr (セクション 1-2 の場合);

tset = (tmeas K2/256 - B2) - tpasch ± tcorr (2-3 の場合);

tset = (tmeas K3/256 - B3) - tpasch ± tcorr (3-4 の場合)、

ここで、K1、B1、K2、B2、K3、B3 は、特性の対応するセクションに対して計算された係数です。

これらの係数を決定するために、プログラム (表 1) が Q-Basic プログラミング言語で作成されました。

K1816BE31の自動OZ角度レギュレーター

その初期パラメータは、技術説明[147]からのMoskvich-2140車のブレーカーディストリビューターR4Vの遠心レギュレーターの特性です - エンジンのクランクシャフトの回転角度と回転速度（混同しないでください）回転速度とその回転はクランクシャフトの半分です）ポイント1、2、3 - 表。 2.

K1816BE31の自動OZ角度レギュレーター

テーブル内。図 3 は、指定されたプログラムの計算結果をまとめたものです。点 6000 からのセクションは水平であるため、クランクシャフト速度の値 1 min-3 が条件付きで最大値として採用されます。コントローラーの制御プログラムを簡素化するために、特性セクションの開始時のスパーク期間の値は、256 の最も近い倍数に等しくなります。

K1816BE31の自動OZ角度レギュレーター

テーブル内。ＲＯＭＤＳ１に配置されるプログラムのコードを示す。コントローラ DD4 の動作を保証します。

K1816BE31の自動OZ角度レギュレーター

このプログラムを使用すると、自動調整器は、A-147 ガソリンを使用するように設計された Moskvich-252.3761 車のエンジンの R2140V ブレーカーディストリビューターおよびエコノマイザーコントロールユニット 76 と特性が似ています。クランクシャフトの回転周波数に応じて電磁弁のスイッチをオンおよびオフにするためのしきい値は、それぞれ 1245 min-1 および 1500 min-1 とされています [5]。レギュレータの特性を決定する情報が入力されるプログラムのアドレスを表に示します。 5と6。

K1816BE31の自動OZ角度レギュレーター

プログラムの内容は、対応するセクション（T1、T2、T3）の先頭のスパーク期間を除き、上位バイトのみで表され、6 バイトの 3 進数コードで記述されます。電磁弁を周波数から時間形式に切り替えるためのしきい値 (表 107) は、式 tpor = 1×XNUMX/Npor に従って再計算されます。ここで、tpor は時間 (μs) です。 Npor - min-XNUMX の速度。

他の遠心レギュレーターやエコノマイザーコントロールユニットと組み合わせて使用する場合は、それらの特性を代入して計算します。

自動レギュレーターは、寸法 130x85 mm の技術ボード上に組み立てられています。接続はMGTFワイヤーで行われます。スイッチSA1、SA2、SB1はレギュレータの前面パネルに設置されています。ソレノイドバルブを制御する必要がない場合には、要素Ｒ１３～Ｒ１５、Ｒ１８、Ｒ１９、ＶＴ２、ＶＴ４、ＶＤ６、ＶＤ７、Ｋ１を省略することができる。カバーを取り外したデバイスの図を図に示します。 13.

K1816BE31の自動OZ角度レギュレーター

マイクロコントローラーとしては、Intel51 ファミリ (180x31、180x51、180x52) または国内の同等品 (K1816BE51 など) のマイクロ回路が適しています。

保守可能な部品で作られており、エラーがないレギュレーターは調整する必要がありません。要素の交換と性能のチェックに関する推奨事項は [1-3] に記載されています。必要に応じて、エンコーダに適切な数のダイオードを追加し、10,5 ポジションの SA2 スイッチを使用することにより、OZ 角度の補正の調整限界を ± 16 度まで増やすことができます。 [4] のように、10 方向、16 または 1 ポジションのスイッチ形式のエンコーダを使用することも可能です。

レギュレーターは車のダッシュボードに取り付けられ、ブレーカー、点火ユニット、ソレノイドバルブ、キャブレターのセンサーにシールドケーブルで接続されています。

電子レギュレーターを取り付ける前に、遠心レギュレーターのクラッカーを元の位置に固定してください。ブレーカーの接点が開く瞬間は、OZ の初期角度に対応している必要があります。ブレーカーのコンデンサーを切り離す必要があります。

キャブレターにネジセンサーが取り付けられている車（スロットルを閉じると接点が閉じる）にオートレギュレーターを取り付ける場合は、リレーK10の閉接点に抵抗R1を接続する必要があります。

このデバイスは、接点ブレーカーと電子点火システムで動作するように設計されていますが、入力ドライバーと出力ユニットを適切に改良することで、非接触ブレーカーや他のタイプの点火ユニットで動作することができます。

K1816BE31用プログラムのソーステキスト

文学

Biryukov A. デジタルオクタンコレクター。 - ラジオ、1987 年、No. 10、p。 34-37。
ビリュコフ A. OZ 角度のデジタル自動調整装置。 - ラジオ、1999 年、No. 1、p. 46-48; No.2、p. 40,41。
Bannikov V. 改良されたエコノマイザー制御ユニット。 - ラジオ、1991 年、第 8 号、p. 28-31。
Gorelov N. S. et al. 自動車「モスクヴィッチ」モデル 2140、2138: 修理。 - M.: 交通機関、1993 年、p. 234.
Bannikov V. エコノマイザ制御ユニットの交換。 - ラジオ、1989 年、No. 8、p. 30。

著者: A. オブホフ、パーマ

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