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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Régulateur d'angle OZ automatique sur K1816BE31. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / microcontrôleurs Les dispositifs conçus pour maintenir automatiquement le calage de l'allumage d'un moteur à combustion interne à un niveau optimal sont encore assez complexes. Ils peuvent être simplifiés en utilisant des microcircuits avec un degré d'intégration plus élevé. Un exemple de ceci est présenté ci-dessous. Le moyen le plus évident d'améliorer les indicateurs les plus importants d'un moteur à combustion interne à essence est de remplacer le régulateur d'angle centrifuge par un régulateur électronique à commande manuelle, ou encore mieux, automatique. Des régulateurs électroniques similaires ont déjà été décrits dans la revue [1; 2]. En prenant comme base l'appareil [2], j'ai développé un contrôleur d'angle automatique O3 plus simple. La simplification a été obtenue grâce au microcontrôleur K1816BE31. La présence de deux minuteries numériques de seize bits vous permet de mesurer en continu et simultanément la vitesse de rotation du vilebrequin et de contrôler l'angle de rotation. Contrairement au prototype, les contacts du disjoncteur restent dans la position angulaire initiale 03, comme pour un régulateur centrifuge mécanique, qui assure un mode d'allumage normal lors du démarrage du moteur. Le régulateur automatique est conçu pour fonctionner avec un disjoncteur et un système d'allumage électronique. Le retard de l'étincelle par rapport au moment d'ouverture des contacts est égal à la différence entre la période de formation de l'étincelle (Ti - 1/fi, où fi est la fréquence d'ouverture des contacts du disjoncteur) et le calage de l'allumage (correspondant à l'angle OZ à un régime de vilebrequin moteur spécifique). Le calcul du moment de formation de l'étincelle est répété tous les demi-tours du vilebrequin, ce qui garantit pratiquement un régulateur sans inertie. Il est également possible d'introduire une correction temporaire à l'aide d'un correcteur d'octane, qui fixe à la fois la valeur et le signe de la correction. En fonction de la position du papillon des gaz du carburateur et du régime moteur, l'électrovanne de l'économiseur est pilotée selon un algorithme standard. Le diagramme schématique du contrôleur numérique est présenté sur la Fig. 1. L'appareil se compose d'une unité de processeur, d'un pilote d'entrée, d'une unité de sortie, d'un correcteur d'octane, d'une unité de commande d'électrovanne économiseur, d'un stabilisateur de tension et d'un circuit d'isolation galvanique des contacts du micro-interrupteur.
L'élément principal du nœud processeur est un microcontrôleur monopuce DD1, connecté selon un circuit standard avec une mémoire externe (il stocke les programmes). Le microcontrôleur est cadencé par un oscillateur intégré dont la fréquence est réglée par un résonateur à quartz ZQ1. La puce DD3 est un registre à verrouillage de l'octet de poids faible de l'adresse. Le premier, constitué d'un amplificateur d'entrée basé sur le transistor VT1, d'un vibrateur unique basé sur les éléments DD2.1, DD2.4 et d'un déclencheur DD2.2, DD2.3, est assemblé selon le circuit de [2] et est conçu pour éliminer les conséquences du rebond des contacts du disjoncteur et fournir un signal de faible niveau à l'entrée P3.2 du contrôleur lorsque les contacts du disjoncteur s'ouvrent. L'entrée du conducteur est connectée au disjoncteur moteur de la voiture. L'interrupteur SA1 vous permet d'éteindre le régulateur automatique et d'envoyer un signal du disjoncteur directement à l'unité d'allumage. Ceci permet notamment de démarrer le moteur avec une batterie fortement déchargée, lorsque la tension de bord est insuffisante pour le fonctionnement normal de la machine. Le correcteur d'octane comprend les interrupteurs SB1, SA2 et un encodeur utilisant des diodes VD8-VD22. La correction du moment d'étincelle est discrète, avec un pas programmé par logiciel de 0,7 degrés. En fonction de la position du commutateur SA2, le signal en code binaire inverse est fourni via des diodes aux entrées P1.0-P1.3 du microcontrôleur et fixe le nombre d'étapes de correction. Depuis le commutateur SB1, un signal est envoyé à l'entrée P1.6 du contrôleur qui détermine le signe de la correction. Il est déterminé par logiciel que les contacts ouverts de cet interrupteur correspondent à une augmentation et que les contacts fermés correspondent à une diminution du calage de l'allumage par rapport à la valeur nominale. L'unité de sortie est assemblée sur un vibrateur unique DD4.1, DD4.3 avec un amplificateur à base de transistors VT3, VT5 selon le circuit de [1] et est conçue pour générer des impulsions de polarité positive d'une amplitude de 12 V et une durée de 500 μs pour démarrer le système d'allumage électronique. Si la sortie de l'élément DD4.1 est connectée aux entrées d'un élément libre DD4.4 (non représenté sur le schéma), alors une séquence d'impulsions peut être retirée de la sortie de l'élément DD4.4 pour être transmise à un tachymètre électronique. . L'unité de commande de l'électrovanne est montée sur l'élément DD4.2 et les transistors VT2, VT4 selon le schéma de [3]. Le niveau logique bas à la sortie P3.5 du contrôleur après inversion par l'élément DD4.2 ouvre les transistors VT2, VT4. Grâce à un transistor ouvert VT4, une tension de 12 V est fournie au bobinage de l'électrovanne, qui contrôle le débit de carburant vers le carburateur du moteur. Une unité est assemblée sur le relais K1 qui assure l'isolation galvanique de l'entrée du microcontrôleur des contacts du capteur du micro-interrupteur, qui est installé sur le carburateur et connecté mécaniquement au papillon des gaz. Lorsque le registre est ouvert, les contacts du capteur sont fermés et une tension de 1 V est appliquée à la bobine du relais K12. Par les contacts fermés K1.1 du relais, un niveau logique bas est fourni à l'entrée P1.7 du contrôleur, l'informant de l'ouverture du papillon des gaz. Le régulateur automatique est alimenté par le réseau de bord du véhicule. Grâce au filtre d'entrée L1C13, la tension continue est fournie au stabilisateur DA1, à partir de la sortie duquel une tension de 5 V est fournie aux microcircuits et autres composants. Le régulateur s'allume simultanément avec le contact de la voiture. Lorsque la tension d'alimentation est appliquée, le condensateur C6 est chargé via la résistance R8, générant un signal de mise à zéro, par lequel le contrôleur DD1 revient à son état initial et effectue les opérations préparatoires. Premièrement, il fixe un niveau bas à la sortie P3.5 qui, après avoir été inversé par l'élément DD4.2 et amplifié par le transistor VT2, ouvre le transistor VT4 et la tension de bord est fournie à l'enroulement de l'électrovanne, ce qui permettant d'alimenter en carburant le carburateur du moteur. Deuxièmement, une impulsion de niveau bas à l'entrée inférieure de l'élément DD2.2 place les déclencheurs DD2.2, DD2.3 à son état initial, dans lequel la sortie de l'élément DD2.2 est haute, et la sortie de l'élément DD2.3. 3.2 est faible. Troisièmement, il permet une interruption de bas niveau à l'entrée PXNUMX. Quatrièmement, il règle les temporisateurs internes - compteurs TO et T1 en mode 16 bits et permet l'interruption du temporisateur interne T1. Les timers du contrôleur sont organisés de manière à ce que leur état augmente de 1 après 12 périodes d'oscillateur. À une fréquence d'horloge de 12 MHz, l'état de la minuterie augmente toutes les 1 μs, ce qui permet de mesurer une période ne dépassant pas 65535 457 μs, ce qui correspond à un régime moteur d'au moins 1 tr/min. Lorsque la minuterie passe de l'état « tous les uns » à l'état « tous les zéros », un signe de débordement est défini dans un registre spécial du contrôleur, selon lequel, si l'interruption est activée, le contrôleur exécute le sous-programme correspondant qui dessert cette interruption. Ensuite, le contrôleur réinitialise les temporisateurs, démarre le temporisateur TO pour compter et passe en mode d'attente pour l'arrivée d'un niveau bas à l'entrée P3.2. Ainsi, le contrôleur numérique est prêt à démarrer le moteur. Lorsque les contacts du disjoncteur s'ouvrent pour la première fois, une impulsion d'une durée de 2.1 μs sera générée à la sortie du one-shot DD2.4, DD500, qui, après différenciation par le circuit C7R11R12, commutera le déclencheur DD2.2, DD2.3. .2.2 et la sortie de l’élément DD3.2 sera réglée à un niveau bas. Arrivé à l'entrée PXNUMX du contrôleur, celui-ci appellera le sous-programme de traitement d'interruption correspondant, qui arrête le temporisateur TO, enregistre son état, effectue le réglage initial et recommence en mode comptage. Ensuite, la valeur enregistrée du temporisateur de maintenance est analysée. Lors du démarrage du moteur, la vitesse de rotation du vilebrequin est inférieure à la valeur admissible pour la mesure, de sorte que le minuteur de maintenance déborde. Dans cette condition, le contrôleur générera sans délai une courte impulsion de bas niveau à la sortie P3.4, qui déclenchera le monostable DD4.1, DD4.3. Une impulsion de bas niveau d'une durée de 500 μs, générée à la sortie du monovibrateur, fermera les transistors VT3, VT5 et démarrera le système d'allumage électronique du moteur. Après cela, le contrôleur, avec une impulsion de bas niveau sur l'entrée inférieure de l'élément DD2.2, met les déclencheurs DD2.2, DD2.3 à son état initial et entre à nouveau en mode d'attente pour la prochaine commutation de déclenchement. Lorsque la vitesse de rotation du vilebrequin dépasse 457 min-1, le temporisateur de maintenance ne déborde plus et le contrôleur, lors de l'exécution du sous-programme de traitement des interruptions à l'entrée P3.2, analyse la période de formation d'étincelles. Conformément aux caractéristiques du régulateur mécanique P147B, illustrées à la Fig. 2 (N - vitesse de rotation du vilebrequin).
Dans sa section horizontale de zéro au point 1, l'appareil génère sans délai des impulsions de sortie, c'est-à-dire au moment où les contacts du disjoncteur s'ouvrent, dans la section 1 - 2, le contrôleur calcule le délai requis dans la formation de l'impulsion d'allumage à l'aide de la formule tset = (tmeas - φoz·tmeas/180) - tcalc ± tcorr, où tset est le temps de retard d'allumage, μs ; tmeas - temps entre deux ouvertures adjacentes du disjoncteur, μs ; φoz - la valeur de l'angle de calage de l'allumage à un régime de vilebrequin moteur spécifique, en degrés ; tcalc est le temps écoulé depuis l'ouverture des contacts du disjoncteur jusqu'à la fin du calcul du retard à l'allumage, μs ; tcorr - correction du temps (correction de l'allumage), en fonction à la fois de la position du commutateur de correcteur d'octane et du commutateur de signe de correction, μs. La valeur de retard résultante est soustraite de 65536, le résultat est enregistré par la minuterie T1, après quoi elle démarre et le contenu de la minuterie commence à augmenter de un toutes les microsecondes. Simultanément à l'achèvement du calcul du retard d'allumage, le contrôleur allume ou éteint l'électrovanne en fonction de la position du papillon des gaz du carburateur et du régime moteur. Lorsque le registre est ouvert, le contrôleur maintient constamment un niveau bas à la sortie P3.5, permettant ainsi au carburant de s'écouler dans le carburateur. Lorsqu'il se ferme, le relais K1 libère l'induit, les contacts K1.1 s'ouvrent et un niveau haut est fourni à l'entrée P10 du contrôleur via la résistance R1.7. Le contrôleur compare la période d'étincelle mesurée avec les seuils de temps définis par le logiciel et ouvre ou ferme la vanne en conséquence. Ces seuils de temps correspondent à ceux réglés dans la centrale économiseur montée sur le véhicule. Une fois la routine de traitement d'interruption terminée à l'entrée P3.2, le contrôleur met les déclencheurs DD2.2, DD2.3 à son état initial et attend que le signal d'interruption arrive du temporisateur T1. Après un certain temps, le temporisateur T1 déborde et génère une demande de traitement du vecteur d'interruption. Le contrôleur exécute le sous-programme correspondant, arrête le temporisateur T1 et déclenche le monostable DD4.1, DD4.3 avec une impulsion de bas niveau. Le transistor fermé VT4 générera une impulsion de démarrage pour l'unité d'allumage. Après avoir terminé le sous-programme, le contrôleur attend à nouveau qu'un niveau bas arrive à l'entrée P3.2. Étant donné que les contacts du disjoncteur s'ouvrent tous les demi-tours du vilebrequin du moteur, le temps mesuré par le minuteur de maintenance à chaque cycle correspond à 180 degrés. Le temps mesuré est divisé par programme par 256 (un résultat correspondant à 0,7 degrés est obtenu) et multiplié par le code saisi à partir de l'encodeur à l'aide de diodes VD8-VD22. Le résultat est le temps de correction du retard à l'allumage tcorr, qui est pris en compte dans le calcul final du retard à l'allumage avec le signe correspondant. À l'aide du commutateur SA2, l'angle de correction de l'OP peut être modifié de 0 à +6,3 ou de 0 à -6,3 degrés, ce qui correspond aux lignes pointillées supérieure et inférieure de la Fig. 2. L'utilisation d'un code inverse permet de réduire le nombre de diodes dans le codeur. Lors du réglage d'un angle de correction négatif, la caractéristique du contrôleur est limitée par programme afin que l'angle OP résultant ne puisse pas prendre de valeurs négatives. Considérons la formation des caractéristiques d'un régulateur automatique (les mêmes que celles d'un régulateur centrifuge), illustrées à la Fig. 2 (ligne discontinue épaisse). Dans un régulateur centrifuge, cette forme de caractéristique est fixée par deux ressorts de rigidité différente, qui entrent en action l'un après l'autre avec une augmentation de la vitesse de rotation de l'arbre du broyeur. La ligne se compose de quatre sections. Dans la première section depuis l'origine jusqu'au point 1, l'angle 03 est nul. Les trois sections restantes - 1-2, 2-3 et 3-4 - sont approximées par des lignes droites et exprimées par un système de trois équations linéaires pour la dépendance de l'angle O3 sur la vitesse de rotation du vilebrequin, qui est généralement décrite par le formule φoz = K · (N - N0) + φbeginning, où φoz est l'angle actuel de OZ, en degrés ; N - vitesse de rotation actuelle du vilebrequin du moteur, min-1 ; N0 - vitesse de rotation au point de départ du tronçon, min-1 ; K est un coefficient qui prend en compte l'angle d'inclinaison de la section par rapport à l'axe N ; φinit - angle d'angle initial de la section, degrés. En substituant ces trois équations pour chaque section dans la formule du tset et en effectuant des transformations, nous obtenons un système de trois équations linéaires avec la dépendance du temps de retard de l'instant de formation de l'étincelle sur l'intervalle de temps mesuré entre deux ouvertures adjacentes du disjoncteur : tset = (tmeas · K1/256 - B1) - tpasch ± tcorr (pour la section 1-2) ; tset = (tmeas · K2/256 - B2) - tpasch ± tcorr (pour 2-3) ; tset = (tmeas · K3/256 - B3) - tpasch ± tcorr (pour 3-4), où K1, B1, K2, B2, K3, B3 sont les coefficients calculés pour les sections correspondantes de la caractéristique. Pour déterminer ces coefficients, un programme a été écrit (Tableau 1) dans le langage de programmation Q-Basic.
Les paramètres initiaux sont les caractéristiques du régulateur centrifuge du disjoncteur-distributeur R147B de la voiture Moskvich-2140, d'après la description technique [4] - l'angle de rotation et la vitesse de rotation du vilebrequin du moteur (à ne pas confondre avec la vitesse de rotation et l'angle de rotation de l'arbre à cames du disjoncteur, puisque la fréquence de sa rotation est la moitié de celle du vilebrequin) aux points 1, 2, 3 - tableau. 2.
Dans le tableau Le tableau 3 résume les résultats du calcul à l'aide du programme spécifié. La vitesse maximale de rotation du vilebrequin est classiquement prise à 6000 min-1, puisque la section à partir du point 3 est horizontale. Pour simplifier le programme de contrôle du contrôleur, les valeurs de la période de formation d'étincelles au début des sections caractéristiques sont prises égales au multiple le plus proche de 256.
Dans le tableau 4 montre les codes de programme qui sont placés dans la ROM DS1 ; il assure le fonctionnement du contrôleur DD1.
Avec ce programme, le régulateur automatique présente des caractéristiques similaires au disjoncteur-distributeur P147B et à l'unité de commande économiseur 252.3761 du moteur de voiture Moskvich-2140, conçu pour utiliser de l'essence A-76. Les seuils d'ouverture et de fermeture de l'électrovanne en fonction de la vitesse de rotation du vilebrequin sont pris respectivement 1245 min-1 et 1500 min-1 [5]. Les adresses du programme, qui contiennent des informations déterminant les caractéristiques du régulateur, sont indiquées dans le tableau. 5 et 6.
Le contenu du programme est écrit en code hexadécimal sur deux octets, à l'exception de la période d'étincelle au début des sections correspondantes (T1, T2, T3), qui sont représentées uniquement par l'octet de poids fort. Les seuils de commutation d'une électrovanne de la forme fréquence à la forme temps (tableau 6) sont recalculés à l'aide de la formule tпop = 3·107/ Nпop, où tпop est le temps en μs ; Npop - vitesse de rotation en min-1. Pour utiliser la machine avec d'autres régulateurs centrifuges et unités de contrôle économiseur, leurs caractéristiques sont prises en compte. L'automate est assemblé sur une carte technologique mesurant 130x85 mm. Les connexions se font avec du fil MGTF. Les interrupteurs SA1, SA2, SB1 sont installés sur le panneau avant du régulateur. Si vous n'avez pas besoin de contrôler l'électrovanne, les éléments R13-R15, R18, R19, VT2, VT4, VD6, VD7, K1 n'ont pas besoin d'être installés. Une vue de l'appareil avec le boîtier retiré est présentée sur la Fig. 3.
Tout microcircuit de la famille Intel51 (180x31, 180x51, 180x52) ou leurs analogues domestiques (K1816BE51, par exemple) convient comme microcontrôleur. Le régulateur, fabriqué à partir de pièces réparables et sans erreurs, ne nécessite aucun réglage. Les recommandations pour le remplacement des éléments et la vérification de la fonctionnalité sont présentées dans [1-3]. Les limites de réglage pour la correction de l'angle OC peuvent, si vous le souhaitez, être augmentées jusqu'à ±10,5 degrés en utilisant le commutateur SA2 à 16 positions et en ajoutant le nombre correspondant de diodes à l'encodeur. Il est également possible d'utiliser un codeur sous forme d'interrupteur à 4 directions et 10 ou 16 positions, comme dans [1]. Le régulateur est monté sur le tableau de bord du véhicule et connecté à un disjoncteur, une unité d'allumage, une électrovanne et un capteur sur le carburateur à l'aide d'un câble blindé. Avant d'installer le régulateur électronique, les écrous du régulateur centrifuge doivent être fixés dans leur position d'origine. Le moment d'ouverture des contacts du disjoncteur doit correspondre à l'angle initial de l'OZ. Le condensateur du disjoncteur doit être déconnecté. Lors de l'installation d'un régulateur automatique sur des voitures équipées d'un capteur à vis installé sur le carburateur (ses contacts sont fermés lorsque le papillon des gaz est fermé), il est nécessaire de connecter la résistance R10 aux contacts fermés du relais K1. Bien que l'appareil soit conçu pour fonctionner avec un disjoncteur de contact et un système d'allumage électronique, avec une modification appropriée du pilote d'entrée et de l'unité de sortie, il est capable de fonctionner avec un disjoncteur sans contact et d'autres types d'unité d'allumage. Texte source du programme pour K1816BE31 littérature
Auteur : A. Obukhov, Perm
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