Автор разработки: А.Романчук
Схема принципиальная Октан-корректор на КМОП микросхемах
Интерес радиолюбителей к устройствам электронного регулирования угла опережения зажигания (ЭРУОЗ) не ослабевает по той простой причине, что применение таких устройств значительно улучшает технические и эксплуатационные характеристики двигателя внутреннего сгорания и автомобиля в целом. Это — возможность получения максимальной мощности и приемистости двигателя, снижение токсичности и повышение экономичности на 5 — 10%.
Принцип действия ЭРУОЗ основан на регулировке непосредственно из салона автомобиля задержки включения зажигания на определенное время относительно момента размыкания контактов прерывателя.
Наиболее распространены два способа регулировки задержки:
— изменение постоянной времени цепи заряда-разряда конденсатора;
— формирование времени задержки цифровым способом.
В схеме ЭРУОЗ, выполненной по первому способу, требуется применение высококачественных радиоэлементов времязадающей цепи, но стабильность параметров таких схем, тем не менее, сильно зависит от воздействия внешних факторов — температуры, влажности, запыленности и т.п. При втором способе формирования задержки почти полностью исключается влияние внешних факторов и налаживание схемы не представляет особой трудности.
Предлагаемая схема цифрового регулятора угла 03 — своего рода интерпретация схемы корректора. За счет применения микромощных микросхем удалось значительно облегчить тепловой режим устройства и несколько упростить установку необходимой задержки. Корректор обеспечивает постоянную задержку 10 градусов во всем диапазоне регулировки, имеет 15 позиций с шагом 1,4 градуса. На рис.1 представлена принципиальная схема цифрового корректора. Он состоит из схемы индикации (VD1...VD4, VT1...VT4) и установки (DD1, DD2) угла 03, делителя с переменным коэффициентом деления (ДПДК, DD4, DD6.1), реверсированного счетчика (DD8, DD9, DD10), генератора тактовых импульсов (DD3.1, DD3.2). RS-триггера (DD5.2), мультиплексора (DD6.2), элементов совпадения (DD7.2 и DD7.3), формирователей входного (DD3.3, DD3.4) и выходного (DD7.1, DD6.3) импульсов и усилителя мощности выходного сигнала (VT5).
Работу схемы удобно рассмотреть с момента подачи напряжения питания при замкнутых контактах прерывателя. Сразу после включения питания начинает работать генератор тактовых импульсов. Он выполнен по упрощенной схеме, поскольку стабильность частоты практически не влияет на временные параметры выходного сигнала. Одновременно на выходе входного формирователя (вывод 10, DD3.4) появляется логическая "единица". Импульс высокого уровня, возникающий на конденсаторе С5. устанавливает триггер DD5.2 в единичное состояние. Сигнал прямого выхода триггера запрещает работу ДПДК по входу R (вывод 9, DD4) и разрешает прохождение импульсов с инверсного входа мультиплексора на его выход и на соединенный с ним счетный вход реверсивного счетчика. Реверсивный счетчик работает в режиме "вычитания", так как на его вход плюс-минус 1 (вывод 10) поступает уровень "ноль" с инверсного выхода RS-триггера. Такой режим сохраняется до полного обнуления всех разрядов реверсивного счетчика. При этом на выходах переноса DD8, DD9, DD10 возникает уровень "ноль", а на выходе элемента совпадения DD7.2 (вывод 10) — логическая "единица", которая запустит формирователь выходного импульса и переключит RS-триггер в противоположное состояние. При этом изменяется режим работы реверсного счетчика — теперь он будет работать в режиме "сложение". В этом режиме логическая "единица" на выходах переноса может появиться только при полном заполнении счетчика.
Логический "ноль" прямого выхода RS-триггера переключает мультиплексор DD6.2 таким образом, что прохождение сигналов через него становится невозможным с прямого входа D0 (вывод 2). Частота импульсов заполнения реверсного счетчика станет зависима от коэффициента деления ДПКД, который, в свою очередь, зависит от двоичного кода на входах предустановки кода D1, D2, D4, D8 счетчика DD4. Заполнение реверсного счетчика продолжается до появления низкого уровня напряжения на выходах переноса старших разрядов DD9, DD10. При этом на выходе элемента совпадения DD7.3 появляется логическая "1", которая запрещает счетный режим DD4 по входу ЕС (вывод 5). Такое состояние реверсного счетчика сохраняется до первого размыкания контактов прерывателя.
При размыкании контактов срабатывает формирователь DD3.3, DD3.4. Он, так же, как и формирователь, выполненный на элементах DD1.1, DD1.2, служит для подавления дребезга, возникающего при срабатывании механических контактов. Высокий уровень напряжения с выхода формирователя через конденсатор С5 передастся на выход S RS-триггера и устанавливает его прямой выход в единичное состояние. При этом реверсный счетчик устанавливается в режим "вычитания". На выходе DD7.3 появляется логический "ноль", разрешающий работу ДПКД, но поскольку на выходе R DD4 логическая "единица" ДПКД не работает обнуление реверсивного счетчика производится импульсами тактового генератора, прошедшими через триггер DD 5.1. Вход D этого триггера подключен к инверсному выходу, поэтому частота, поступающая на его тактовый вход, делится на два.
С прямого выхода триггера импульсы поступают па инверсный вход мультиплексора и далее, с его выхода, на счетный вход реверсного счетчика. Обнуление реверсивного счетчика продолжается до срабатывания элемента совпадения DD7.2, после чего запускается формирователь DD7.1, DD6.3. Формирователь выходного импульса длительностью 500 мкс выполнен по схеме ждущего мультивибратора (одновибратора). В исходном состоянии одновибратора на его входе (выводы 1,3, DD7.1) и выходе (выводе 9, DD6.3) — логический "ноль". На входе D1 DD6.3 — положительное напряжение, которое поступает через резистор R13. Элемент DD6.3, также, как и DD6.1, включен по схеме инвертора. При подаче логической "единицы" на вход одновибратора. на выходах DD7.1 и DD6.3 напряжение понижается до нуля. На выходе DD6.3 появляется логическая "единица", которая сохраняется на время зарядки конденсатора С8 до напряжения срабатывания логического элемента. Длительность импульса высокого уровня одновибратора определяется постоянной времени R13 С8 и может быть рассчитана по приближенной формуле:
t = 0,7RC
Положительный импульс через резистор R17 поступает на базу транзистора VT5, а с его коллектора — на выход регулятора угла 03 и далее на вход электронной системы зажигания.
Таким образом, время задержки от начала размыкания контактов до начала формирования выходного импульса определяется временем обнуления реверсивного счетчика, которое, в свою очередь, зависит от количества учтенных импульсов при его заполнении. Количество импульсов заполнения реверсивного счетчика зависит от коэффициента деления ДПКД и частоты размыкания контактов прерывателя, причем количество импульсов заполнения строго обратно пропорционально частоте размыкания контактов.
Изменение коэффициента деления ДПКД осуществляется путем изменения двоичного кода на выходах предустановки кода — D1, D2, D4, D8 счетчика DD4. Этот счетчик работает в режиме "вычитание", так как его вход плюс-минус 1 (вывод 10) соединен с общим проводом. При установке счетного режима (на выходе R и входе ЕС — низкий уровень) и установке кода на информационных входах D не равно "нулю", с приходом каждого тактового импульса на вход С (вывод 15) начинается уменьшение состояния счетчика до полного его обнуления. На выходе переноса СР (вывод 7) возникает логический "ноль". Он поступает на инвертор DD6.1. Выход инвертора соединен со входом разрешения записи кода с информационных входов D (вход ESn, вывод 1). Когда на этом входе логическая "единица" — происходит запись кода со входов D микросхемы DD4. Далее следует обнуление и новая запись до тех пор, пока разрешен счетный режим.
Изменение двоичного кода осуществляется схемой, выполненной на счетчике DD2 и микросхеме DD1. На элементах DD1.1, DD1.2 выполнен формирователь, служащий для подавления дребезга контактов SA1 или SA2. Соединение выводов 6 DD1.2 с выходом переноса счетчика DD2 использовано для блокировки счетного режима и скачкообразного изменения кода на выходе счетчика при достижении одного из конечных значений. Одновременно появляющаяся при этом логическая "единица" на счетном входе изменяет режим работы счетчика ("вычитание" или "сложение"). Установка режима осуществляется RS-триггером, выполненным на элементах DD1.3 и DD1.4. Выход этого триггера подключен ко входу выбора режима счетчика DD2. Переключение триггера происходит при замыкании контактов установки кода "+" (SA1) или "-" (SA2).
Например, при нажатии на кнопку "+" на выходе триггера (вывод 11 DD1.3) появится логическая "единица", которая установит счетчик в режим прямого счета. Поэтому после каждого нажатия на кнопку "+" срабатывает формирователь (его вход черед резистор R5 и VD5 соединен со входом триггера), а выходной код счетчика увеличивается на единицу. После заполнения счетчика и установки его выходов в единичное состояние, на выходе переноса СР возникает логический "ноль", а на выходе DD1.2 — "единица". Последующие нажатия на кнопку "+" никак не изменяют выходной код. Изменение кода в этом случае возможно только при нажатии на кнопку "-". При этом RS-триггер переключается в противоположное состояние. На его выходе и входе установки режима счетчика DD2 появляется логический "ноль". Счетчик установится в режим "вычитание". На выходе СР появится "единица", которая разрешает работу формирователя. Поэтому после нажатия на кнопку "-" выходной код счетчика уменьшается на единицу до обнуления, после чего на выходе СР вновь появляется логический "ноль", запрещающий счетный режим.
Индикация состояния выходов счетчика или, что то же самое, величина задержки осуществляется при помощи светодиодов VD1...VD4 в двоичном коде. Светодиоды подключены к выходам счетчика через согласующие транзисторы VT1...VT4. Питание на аноды светодиодов поступает с токоограничивающего резистора R15. Величина задержки подсчитывается по сумме "весов" зажженных светодиодов. Например, если горят VD1 и VD3, общая сумма равна пяти. Чтобы определить задержку, необходимо 5 умножить на 1,4 градуса (шаг задержки). Задержка — семь градусов относительно установленного начального угла опережения зажигания. Одновременно горящие светодиоды служат индикаторами включения питания регулятора. Питание на регулятор подается через выключатель SB1. Переключатель SA3 служит для подключения выхода регулятора ко входу электронного зажигания. Конденсатор С4 служит для подавления помех, R11 ограничивает входной ток DD3.3, a VD8 — напряжение. Стабилизатор напряжения питания регулятора выполнен на стабилитроне VD7. Конденсаторы С6, С7 — фильтрующие. Резистор R18 включается последовательно с механическими контактами прерывателя. Он служит для предотвращения короткого замыкания источника питания автомобиля на корпус.
В регуляторе применены КМОП микросхемы. Возможна замена транзисторов на KT315Б и KT815 (КТ817). Вместо блока выбора и индикации кода можно применить четырехплатный или одноплатный, с дешифратором на диодах, переключатель, соединив входы D1, D2, D4, DD4 с питанием через резисторы 100к.
Конструктивно регулятор выполнен на двух платах из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. На одной из них установлены резистор R18, переключатели и элементы схемы установки и индикации задержки. На другой — остальные детали регулятора. Платы скреплены между собой стойками и помещены в корпус, на лицевую сторону которого вынесены кнопки переключателей и светодиоды. Для наглядности светодиоды устанавливаются но одной линии, вертикально, в порядке увеличения веса разряда.
Налаживание регулятора начинают с установки частоты работы тактового генератора подбором номиналов С2R9. Для этого вход частотомера подключают к прямому или инверсному выходу триггера DD5.1. На выходе триггера импульсы имеют крутые фронты, а частота их в два раза меньше. Частоту тактового генератора устанавливают равной 640 кГц при заданном шаге — 1,4 градуса. Затем, подключив вход частотомера к выходу формирователя выходного импульса, устанавливают длительность генерируемого импульса — 500 мкс, уточняя номиналы С8 и R13. Установку длительности можно произвести без подачи сигналов на вход регулятора. Для этого вход реверсивного счетчика (выводы 15DD8...DD10) подключают непосредственно к выходу триггера DD5.1 или тактового генератора (вывод 3 DD3.2). При этом реверсивный счетчик периодически переполняется и логическая "единица" с выхода элемента совпадения DD7.2 запускает выходной формирователь. По окончании установки длительности необходимо восстановить соединение согласно схеме. После этого, подав на схему питание и подключив ко входу корректора контакты прерывателя, а к выходу — вход блока электронного зажигания, запускают двигатель на минимальных оборотах. Включая и выключая SA3 убеждаются, что такое переключение не оказывает влияния на работу двигателя. При этом должен быть установлен минимальный код деления ДПКД (горит светодиод VD1). Затем, увеличивая код (угол задержки), убеждаются, что частота вращения вала двигателя уменьшилась, т.к. зажигание стало более поздним. После этого, установив механическим корректором определенный угол опережения зажигания, электронным корректором подбирают такую задержку угла, чтобы при резком нажатии на "газ" на скорости 50 км/час детонационный стук исчезал почти сразу после нажатия на акселератор. Выбор определенной задержки для различных марок бензина и нагрузки двигателя достаточно просто осуществляется в процессе использования цифрового корректора.
Источник: А.Романчук, журнал "Радиолюбитель". Схемы и статьи публикуются с разрешения редакции журнала.
Похожие материалы:
|
