Микропроцессорная система зажигания

Материал из Moskvich
Перейти к: навигация, поиск

Содержание

[править] Введение

Тенденции развития современных ДВС связаны с повышением их экономичности, снижением токсичности отработавших газов, уменьшением количества обслуживающих операций. Применяемые на автомобилях "Москвич" контактные системы зажигания имеют ряд существенных недостатков: малая энергия искры, ее зависимость от напряжения питания, изменение параметров системы зажигания и характеристик опережения зажигания при износе механических деталей датчика-распределителя зажигания. Малая энергия искры не позволяет обеспечить устойчивую работу двигателя на обедненных смесях, что ухудшает его потенциальную экономичность. Зависимость энергии искры от напряжения питания значительно ухудшает пусковые характеристики двигателя при низких температурах, так как при пуске при значительно разряженной аккумулятороной батарее помимо снижения оборотов вращения коленчатого вала дополнительно уменьшается энергия искры.

Применение электронных систем зажигания в значительной мере позволяет устранить эти недостатки. Однако и в системах электронного зажигания реализация зависимостей УОЗ от оборотов и нагрузки на двигатель осущетвляется механическими устройствами датчика-распределителя зажигания, которые подвержены износу и изменению параметров в процессе эксплуатации, что требует проведения профилактических регулировок и замены изнашивающихся элементов.

Кроме того, и в классической, и в электронной системах зажигания распределение искры по цилиндрам производится посредством коммутации цепи высокого напряжения на выходе единственной катушки зажигания посредством распределителя зажигания, который является дополнительной механической системой, подверженной износу и вносящей элемент ненадежности в систему зажигания. Нередко через крышку распределителя зажигания происходит утечка тока высокого напряжения, что приводит к нарушению искрообразования или полному отказу системы зажигания. Вероятность утечки значительно повышается в сырую влажную погоду в связи с прониканием влаги в элементы распределителя. Особенно неблагоприятные условия работы датчика-распределителя зажигания на автомобилях "Москвич" с двигателями УЗАМ, на которых датчик-распределитель зажигания расположен в нижней правой передней части двигателя в месте, не защищенном от воздействия грязи и брызг. Зачастую форсирование даже неглубоких луж приводит к заливанию датчика-распределителя водой и полному прекращению искрообразования.

От вышеперечисленных недостатков свободна МикроПроцессорная Система Зажигания (МПСЗ), которая реализует зависимости УОЗ от оборотов коленчатого вала двигателя, нагрузки на двигатель и температуры посредством анализа сигналов входящих в систему датчиков и осуществляет низковольтную коммутацию распределения искры по цилиндрам, т.е. на каждую пару цилиндров используется своя двухвыводная катушка зажигания. При этом искрообразование производится сразу в двух цилиндрах - рабочая искра происходит в цилиндре, в котором происходит такт рабочего хода, а холостая искра - в цилиндре, в котором происходит такт выпуска. В системе нет подвижных механических деталей, она не подвержена износу и старению, характеристики УОЗ определяются Постоянным Запоминающим Устройством (ПЗУ), представляющим собой микросхему, установленную в специальном гнезде-разъеме, которую легко заменить для получения характеристик УОЗ для соответствующего двигателя. В ПЗУ хранятся данные (так называемые "прошивки"), определяющие зависимости УОЗ от режимов работы двигателя. Некоторые модели МПЗС дополнительно имеют октан-корректор - внешний переключатель, позволяющий из салона автомобиля переключать разные "прошивки" для работы, например, с разными начальными УОЗ для компенсации детонации при отклонении октанового числа топлива от заданного, при работе на газе, при использовании динамичного либо экономичного режимов движения и т.д.

Применение МПСЗ позволяет реализовать любые зависимости УОЗ, в том числе комбинации с положительными и отрицательными наклонами характеристик, причем независимо по каждому из параметров - частоте вращению коленчатого вала, нагрузки на двигатель, температуре двигателя, что позволяет в большей степени приблизить характеристики зависимостей УОЗ к оптимальным, а также позволяет реализовать ограничение предельной частоты вращения коленчатого вала, стабилизацию оборотов ХХ и т.д. Использования традиционного датчика зажигания с центробежным и вакуумным автоматами регулировки УОЗ позволяет реализовать характеристики зависимостей УОЗ от оборотов коленчатого вала и нагрузки на двигатель только взаимосвязанно, как сумму этих параметров. Ниже показаны возможности реализации зависимостей УОЗ соответственно для систем с центробежно-вакуумным автоматом и для МикроПроцессорной системы зажигания:

зависимость УОЗ для систем с центробежно-вакуумным автоматом
зависимость УОЗ для МикроПроцессорной Системы Зажигания

Микропроцессорные системы зажигания применяются на автомобилях Москвич-2141 с двигателями УЗАМ. Для работы с МПСЗ на картере сцепления двигателя УЗАМ имеются посадочные места для установки датчиков Начала Отсчета (НО) и Угловых Импульсов (УИ), а в маховик запрессовывается специальный реперный штифт, обеспечивающий индукцию напряжения в датчике НО при прохождении реперного штифта над датчиком в момент ВМТ. На автомобилях "Москвич" с двигателями ВАЗ МПСЗ не устанавливается, т.к. на картере сцепления этих двигателей посадочные места для датчиков НО и УИ отсутствуют.

На автомобилях "Москвич" с двигателями УЗАМ применяют контроллеры отечественного (г. Новополоцк) и зарубежного производства (республика Болгария, г. Пловдив). Контроллеры различаются применяемой элементной базой и схемотехническими решениями, однако в сборе взаимозаменяемы, т.е. один контроллер может быть применен вместо другого в случае необходимости, т.к. тип и разводка разъемов и назначение контактов у них одинакова. Контроллеры отечественного производства для двигателей УЗАМ-331.10 имеют маркировку М331-000 (Я8ИЕ453611.002ТУ 128) выполнены на специализированном процессоре КР1823ВГ1, контроллеры для двигателей УЗАМ-3318 выполнены на однократно программируемом микропроцессоре COP8788. Контроллеры производства республики Болгария МС-4004 выполнены на специализированном процессоре КР1823ВГ1. Необходимо иметь в виду, что контроллеры, выполненные на процессоре КР1823ВГ1 имеют возможность изменения характеристик зависимостей УОЗ от оборотов коленчатого вала и нагрузки на двигатель путем перепрограммирования ПЗУ контроллера, в качестве которых используются ПЗУ с ультрафиолетовым стиранием 2716 - 27512. Эти контроллеры могут работать с любыми типами двигателей, т.к. позволяют заменой ПЗУ установить любую "прошивку", соответствующую заданному типу двигателя и октановому числу применяемого топлива, а также модификации двигателя, например, применения специализированных распределительных валов фирмы "Мастер-Мотор". Может быть произведена необходимая коррекция зависимостей УОЗ в соответствии с требованиями, предъявляемыми к форсированным двигателям. Для оперативной замены ПЗУ обычно ее устанавливают в специальное гнездо, позволяющее быстро заменить ее, а для расширения возможностей контроллера вместо штатной ПЗУ 2716 устанавливают ПЗУ повышенной емкости 2764-27512. Наибольшее распространение получила установка ПЗУ 27128, что позволяет реализовать функцию октан-корректора или переключения типов прошивок, устанавливая внешний переключатель на 8 положений, выдающий позиционный код. Микроконтроллеры МС-4004 и М331-000 имеют сходные схемотехнические решения, но несколько разную конструкцию. Микроконтроллер МС-4004 выполнен с применением большого количества гибридных микросборок. Контроллеры на процессоре COP8788 не могут быть перепрограммированы, поэтому должны применяться с теми типами двигателей, для которых они предназначены.

[править] МикроПроцессорная Системы Зажигания на примере контроллеров с использованием процессора КР1823ВГ1

Ниже рассмотрен пример МикроПроцессорной Системы Зажигания на примере контроллеров с использованием процессора КР1823ВГ1.

Микропроцессорная система зажигания (МПСЗ) на базе контроллеров МС-4004 производства республики Болгария или М331-000 производства России (г. Новополоцк) предназначена для применения в системах зажигания 4-х или 8-цилиндровых двигателей внутреннего сгорания. Система на основе анализа информации, получаемой от датчиков положения коленчатого вала двигателя, датчика температуры, датчика разрежения во впускном коллекторе, датчика положения дроссельной заслонки карбюратора (винт-упор положения холостого хода) на основе информации, хранящейся в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ) вычисляет угол опережения зажигания и осуществляет коммутацию одной или двух катушек зажигания, а также управление электромагнитным клапаном ЭПХХ карбюратора.

При применении контроллера в 4-х-цилиндровых ДВС возможно использовать как низковольтное распределение искры по цилиндрам посредством использования двух двухвыводных катушек зажигания, каждый высоковольтный вывод которой работает на свой цилиндр (в одном из цилиндров происходит рабочий разряд в такте рабочего хода, в другом - холостой разряд в такте выпуска), либо с одной катушкой зажигания и высоковольтным распределителением искры по цилиндрам посредством штатного распределителя зажигания (режим использования катушек программируется либо послредством констант ПЗУ, либо простым объединением управляющих выходов для обеих катушек зажигания на одну катушку.

Датчики положения коленчатого вала двигателя (датчики синхронизации) - 2 индукционных датчика, размещаемых на картере сцепления. Один датчик - начала отсчета (НО) - считывает момент прохождения маркерного штифта начала оборота заданной позиции коленчатого вала вблизи НМТ (реперный штифт изготавливается из магнитной стали и запрессовывается в маховик напротив датчика НО положении позже на 3.5 зуба маховика после маркировки метки II на маховике по ходу вращения коленчатого вала, имеет диаметр 6 мм и длину 20 мм). Второй датчик - угловых импульсов (УИ) - считывает импульсы зубьев маховика для более точного позиционирования положения коленчатого вала. Датчики синхронизации - типа 14.3847 или 141.3847 (отличаются только разъемами), применяются на части автомобилей "Газель" с двигателем ЗМЗ-406, датчик температуры - 19.3828, катушки зажигания - 29.3705, 3012.2705, 3022.2705 или аналогичные, в том числе возможно применение четырехвыводных катушек зажигания BOSCH, объединяющая в одном корпусе две двухвыводные катушки. Датчик разрежения тензометрического типа встроен непосредственно в блок контроллера.

Ниже показан внешний вид контроллера М331-000 и вид на монтаж со снятой крышкой:

внешний вид контроллера М331-000
контроллер М331-000 со снятой крышкой

Ниже показан внешний вид контроллера МС-4004:

внешний вид контроллера МС-4004
контроллер МС-4004

Вид микроконтроллера МС-4004 со снятой крышкой и вешний вид датчиков температуры 19.3828 и синхронизации 14.3847 показаны на приведенных ниже рисунках. Хорошо видно, что микроконтроллер МС-4004 выполнен с применением большого количества гибридных микросборок

микроконтроллер МС-4004 со снятой крышкой
вешний вид датчиков температуры 19.3828 и синхронизации 14.3847

Общий вид катушки зажигания 3012.2705 и датчика синхронизации 141.3847 с датчиком температуры 19.3828. Обратите внимание на различия разъемов датчиков положения 14.3847, показанного на предыдущем рисунке, и датчика 141.3847. Катушки зажигания 3022.2705 отличаются от катушек зажигания 3012.2705 наличием крепежных кронштейнов:

катушка зажигания 3012.2705
датчик синхронизации 141.3847 с датчиком температуры 19.3828

1 - корпус, 2 - индукционная катушка, 3 - магнитопровод, 4 - магнит из феррита бария, 5 - пружинное кольцо, 6 - крышка с разъемом, 7 - фланец, 8 - венец маховика, 9 - картер сцепления, 10 - датчик.

Датчик температуры охлаждающей жидкости - линейный, полупроводниковый, типа 19.3828. Напряжение на выводах датчика при питании его постоянным током 1.5 мА численно равно (в милливольтах) температуре охлаждающей жидкости в оК, умноженной на 10: Uдт = 10 • Т, где Uдт - падение напряжения на датчике температуры, мВ; Т - температура охлаждающей жидкости в оК, равная T = t + 273o, где t - температура охлаждающей жидкости в оC. Например, для температуры охлаждающей жидкости 0оС величина падения напряжения на датчике составит: Uдт = 10 • 273 = 2730 мВ = 2,73 В. Очень важным свойством применяемого датчика является высокая степень точности и достоверности измерения, а также повторяемость характеристик датчиков, что позволяет устанавливать датчики без их подбора и регулировки.

Необходимо отметить, что контроллер МС-4004 разрабатывался для автомобилей ВАЗ-2109 с двигателем 1.3 л (эта партия автомобилей имела индекс 21092). При установке на автомобили "Москвич" контроллер, предназначенный для автомобилей ВАЗ-21092 (тип автомобиля, для которого изготовлен контроллер, указан на этикетке контроллера), подвергался некоторым доработкам. Некоторая часть контроллеров подготавливалась для работы не со специализированным высокоточным датчиком температуры 19.3828, а со штатным датчиком указателя температуры двигателя, совмещенным с датчиком указателя температуры комбинации приборов. Такое решение нельзя признать удачным, во-первых, по причине необходимости внесения изменений в конструкцию контроллера для перенастройки аналого-цифрового преобразователя контроллера для работы со штатным датчиком температуры, что реализуется посредством резисторного делителя напряжения, а во-вторых, низкой точностью и большим разбросом параметров датчиков. Во многих случаях доработанный таким образом контроллер не обеспечивал надежного переключения "холодной" и "горячей" частей прошивок, поэтому более целесообразно установить датчик температуры 19.3828. Датчик устанавливается на приливе впускного коллектора. Однако создание прошивок для двигателей УЗАМ производилось для контроллеров, использующих штатный датчик температуры двигателя для указателя комбинации приборов, который имеет обратную зависимость показаний от температуры по отношению к датчику 19.3828 - при большой температуре датчик имеет наименьшее сопротивление и как следствие наименьшее напряжение на выводах. Поэтому в отличии от прошивок для двигателей ВАЗ в прошивках для двигателей УЗАМ "холодная" часть прошивки располагается в младших адресах прошивки, а "горячая" - в старших. При установке датчика 19.3828 необходимо в контроллере МС-4004 установить инвертор на разряде А10 выбора адреса ПЗУ, либо поменять местами "холодную" и "горячую" части прошивок.

Существует также решение для переключения "холодной" и "горячей" частей прошивок посредством внешнего управляющего сигнала. В качестве такого сигнала может быть использован сигнал от датчика положения воздушной заслонки карбюратора - кнопки, установленной на ручке управления воздушной заслонки, зажигающей контрольную лампу воздушной заслонки в комбинации приборов. При вытягивании ручки при прогреве двигателя воздушная заслонка прикрывается, контакты кнопки замыкаются, конрольная лампа зажигается, а на вывод выбора адреса А10 ПЗУ поступает низкий потенциал, обеспечивая выбор младшего адреса. После прогрева двигателя ручка управления воздушной заслонки полностью утапливается, воздушная заслонка открывается, контрольная лампа гаснет, а на адресный вывод А10 ПЗУ поступает высокий потенциал, обеспечивая выбор старшего адреса.

Ниже показан вид на монтаж инвертора для датчика 19.3828 в контроллере МС-4004 и принципиальная схема переключателя "холодной" и "горячей" прошивок от кнопки управления воздушной заслонки карбюратора:

вид на монтаж инвертора для датчика 19.3828 в контроллере МС-4004
Принципиальная схема переключателя "холодной" и "горячей" прошивок от кнопки управления воздушной заслонки карбюратора

В случае применения на автомобиле карбюраторов с полуавтоматом пуска, например, карбюраторов Солекс-21053-62, у которых управление воздушной заслонкой осуществляется автоматически, также возможно переключение "холодной" и "горячей" частей прошивок внешним сигналом, формируемым на основе сигнала положения дроссельной заслонки карбюратора. На непрогретом двигателе после "взвода" пускового устройства при отпускании дроссельной заслонки контакт не касается винта-упора карбюратора, т.к. система рычагов удерживает нижнее положение дроссельной заслонки в соответствии с температурой двигателя. По мере прогрева двигателя упор коррекции оборотов ХХ от температуры через систему рычагов отключается и контакт при отпускании педали касается винта-упора карбюратора. При этом срабатывает реле, блокирующее своими контактами само себя, и сигнал подается на переключение прошивки МПСЗ на "горячую". Блокировка реле снимается при отключении зажигания и при включении стартера, чтобы предотвратить блокировку реле на холодном двигателе на невзведенном полуавтомате пуска.

Контроллеры МС-4004 для автомобилей "Москвич" также отличаются в зависимости от типа применяемого карбюратора - для карбюраторов типа "Солекс" положение ХХ соответствует замкнутому положению контактов датчика ХХ, а для карбюраторов "ОЗОН" - разомкнутому. Для контроллеров, работающих с карбюраторами "ОЗОН", в блоке устанавливается инвертор соответствующего сигнала.

Совместно с МПСЗ используются две двухвыводные катушки зажигания 29.3705, 3012.3705 или 3022.3705. Катушки зажигания размещают обычно либо на правой колесной арке, либо на специальном кронштейне, устанавливаемом на переходных стойках над клапанной крышкой двигателя. Размещение катушек зажигания над клапанной крышкой позволяет до минимума укоротить длину высоковольтных проводов, а также разместить катушки зажигания в наиболее защищееном от влаги и грязи месте. Каждый из высоковольтных выводов катушки зажигания соединяется со свечой зажигания соответствующего цилиндра.

Катушки зажигания 29.3705, 3012.3705 и 3022.3705 не отличаются высокой надежностью. Хорошие результаты можно получить, использую четырехвыводную катушку зажигания BOSCH от автомобиля ГАЗ-3110 с двигателем ЗМЗ-406 вместо двух отдельных катушек отечественного производства. Ниже показано размещение катушек зажигания 3012.3705 над клапанной крышкой и катушки зажигания BOSCH на правом брызговике автомобиля:

размещение катушек зажигания 3012.3705 над клапанной крышкой
размещение катушки зажигания BOSCH на правом брызговике автомобиля

[править] Функции котроллеров

Контроллеры МС-4004 и М331-000 представляют из себя специализированную микро-ЭВМ и выполняет следующие функции:

- по сигналам датчиков измеряет частоту вращения коленчатого вала двигателя, давление во впускном трубопроводе, температуру охлаждающей жидкости, положение дроссельной заслонки карбюратора (открыта или закрыта);

- на основе информации, полученной от датчиков, выбирает из постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) оптимальные углы опережения зажигания и соответствующее состояние (открытое или закрытое) электромагнитного клапана ЭПХХ карбюратора;

- производит интерполяцию углов опережения зажигания и управляет выходными каскадами коммутаторов катушек зажигания, а также электромагнитным клапаном карбюратора (ЭПХХ).

Сигнал управления электромагнитным клапаном карбюратора фактически представляет выходной сигнал напряжением 12В, управляемый на основе прошивки в ПЗУ на основе анализа частоты вращения коленчатого вала, разрежения во впускном трубопроводе, температуры и положения дроссельной заслонки. Совсем необязательно его применения для системы ЭПХХ карбюратора. При изменении прошивки возможно его использование для любых других целей, например, указателя электронного эконометра (индикаторной лампочки), блокировки кондиционера в нагрузочных режимах и т.д. Автором (Ahlen) эта система с успехом применяется для управления электронным экономайзером мощностных режимов карбюратора "Солекс" (электронный клапан-актюатор установлен через переходник на месте штатного экономайзера), что позволяет корректировать параметры экономайзера в зависимости от режиа вождения). Особенно актуально электронное управление экономайзером в системах питания с двумя или несколькими карбюраторами, т.к. электронный привод клапанов-актюаторов обеспечивает их одновременное открывание и закрывание.

Контроллер системы зажигания МС-4004 содержит в своем составе микро-ЭВМ на микросхеме КМ1823ВГ1, ПЗУ на микросхеме 2716, несколько гибридных микросборок, мощные ключевых выходные каскады на транзисторах, стабилизатор питания и выполнен в герметичном корпусе с 19-выводным разъемом. Возможна установка ПЗУ повышенной емкости 27128, с которым контроллер позволяет коммутировать для использования одну из 8 хранящихся в ПЗУ прошивок с помощью внешнего переключателя, использующего позиционный код, например, для переключения характеристик для разных характеристик октановых чисел топлива, езды на газе, работе с кондиционером, использовании стандартного, экономичного или спортивного режима вождения и т.д. Посредством отключения по определенному алгоритму клапанов ЭПХХ можно ограничивать максимальные обороты двигателя.

Ниже показана структурная схема микроконтроллера МС-4004 при управлении зажиганием четырехцилиндрового ДВС:

структурная схема микроконтроллера МС-4004 при управлении зажиганием четырехцилиндрового ДВС

Микроконтроллер содержит преобразователь сигнала датчика начала отсчета (НО), формирующий прямоугольные импульсы с логическими уровнями интегральных КМОП схем из квазисинусоидального сигнала индукционного датчика; преобразователи сигнала датчика угловых импульсов (УИ) и сигнала датчика положения дроссельной заслонки; активный датчик разрежения тензорного типа фирмы Motorola, определяющий нагрузку на двигатель по величине разрежения во впускном трубопроводе двигателя и задающий на выходе постоянное напряжение, пропорциональное величине разрежения; преобразователь порогового типа сигнала датчика температуры, устанавливающий сигнал с высоким или низким логическим уровнем в зависимости от напряжения на датчике и температуры охлаждающей жидкости; контроллер КМ1823ВГ1; ПЗУ емкостью 2 или 16 кбайт; коммутаторы первичной цепи катушки зажигания; мощный выходной ключ управления ЭПХХ.

Осциллограммы работы контроллера МС-4004 приведены ниже:

Осциллограммы работы контроллера МС-4004

1- сигнал "момент зажигания", 2 - сигнал "начало отсчета", 3 - сигнал "угловые импульсы", 4 - импульсы тока на выходе 1-го канала, 5 - импульсы тока на выходе 2-го канала, 6 - импульсы напряжения на выходе 1-го канала, 7 - импульсы напряжения на выходе 2-го канала, 8 - импульсы напряжения, 9 - импульсы тока.

[править] Работа микроконтроллера

Микроконтроллер работает следующим образом: в ПЗУ микроконтроллера записана информация об оптимальном угле опережения зажигания в зависимости от частоты вращения коленчатого вала и нагрузки двигателя. Нужная характеристика выбирается по сигналу датчика температуры для холодного (температура охлаждающей жидкости ниже 65оС и прогретого двигателя. Нужная характеристика выбирается по сигналу с датчика температуры, поступающего на соответствующий разряд (A10) адреса ПЗУ. При использовании внешнего октан-корректора также дополнительно используются разряды A11, A12, A13 ПЗУ для выбора нужной характеристики внешним переключателем. Таким образом, процессор одновременно работает с полем памяти (страницами) размерностью 1Кбайт, при этом "холодная" часть прошивки размещается в области младших адресов, т.е. с 000h, а "горячая" - в смежной с ней следующей странице, т.е. со смещением 400h. Стандартный блок МС-4004 содержит только ПЗУ объемом 2К соответственно с "холодной" и "горячей" прошивками. Блоки с октан-корректором дополнительно адресуют ПЗУ объемом 16К со смещениями: 0000h, 0800h, 1000h, 1800h, 2000h, 2800h, 3000h, 3800h для выбора подходящей характеристики, хотя всегда одновременно выбирается только одна страница в 1К.

Процессор формирует сигнал "Старт АЦП", по которому устройства ввода-вывода УВВ запускают преобразователь "напряжение - время" и начинает преобразование напряжения с датчика разрежения в цифровой код. По сигналу "Конец преобразования" в ПЗУ устанавливается адрес, соответствующей строке с текущим значением разрежения, или нагрузки на двигатель. Этот адрес высиавляется на шинах A5-A9 ПЗУ. Начало измерения нагрузки на двигатель и вычисления угла опережения зажигания синхронизированы с импульсом НО. Каждая строка ПЗУ соответствует определенному разрежению и имеет длину 32 байта. Строки последовательно соответствуют разрежению 0, 10, 20, 40, 60 .... 600 мм рт.ст. Самая последняя строка соответствует режиму холостого хода, при котором замкнут концевой выключатель карбюратора.

Итак, каждую страницу можно представить в виде 32 строк по 32 байта в каждой. Каждая строка соответствует углам опережения при некотором значении вакуума, при этом:

Адрес относительно начала страницы, hex 000 020 040 060 080 0A0 0C0 0E0 100 120 140 160 180 1A0 1C0 1E0 200 220 240 260 280 2A0 2C0 2E0 300 320 340 360 380 3A0 3C0
величина разрежения, мм рт.ст. 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480 500 520 540 560 580 режим холостого хода

Первый байт каждой строки ПЗУ либо является управляющим байтом, определяющего режимы работы контроллера (всего для задания режимов работы используется 13 констант), либо нулевой. Второй байт строки определяет начальный угол опережения зажигания, при этом значению 1Eh соответствует момент зажигания, когда реперный штифт находится над датчиком начала отсчета. Большим значениям соответствует более раннее зажигание, меньшим - более позднее. Дискрета изменения угла - ползуба маховика, т.е. для двигателя УЗАМ со 115 зубцами на маховике дискрета равна 1.57о. Последующие 30 байт определяют двухбайтовые участки кривой зависимости УОЗ от оборотов, таким образом, в каждой строке может быть до 15 участков, причем как с положительным, так и с отрицательным наклоном. Процессор просматривает строку, выбирая размещенный во втором байте начальный угол опережения зажигания, далее проходит по участкам кривых зависимости УОЗ от оборотов и останавливается на участке, соответствующем текущей скорости вращения коленчатого вала. Скорость вращения коленчатого вала определяется с точностью 25 об/мин, при переходе с участка на участок дополнительно прибавляется 25 об/мин (т.е.если первый участок кончился при 1000об/мин - второй начинается с 1025 об/мин).

График изменения угла от оборотов является ломаной линией, состоящей не более чем из 15 отрезков. Информация о каждом из этих отрезков закодирована двумя байтами. Будем рассматривать эти два байта как слово, причем старший байт в этом слове лежит по старшему адресу в ПЗУ. Таких слов в строке может быть не более 15 – собственно поэтому и ограничено число этих отрезков. Каждое слово содержит информацию о:

- изменении скорости вращения двигателя на отрезке;

- изменении угла опережения зажигания на отрезке;

- знаке изменения угла опережения – угол может как увеличиваться, так и уменьшаться;

- состоянии клапана системы ЭПХХ – включен, выключен или находится в прежнем состоянии;

Эта информация закодирована в слове следующим образом, начиная с младших бит слова в сторону старших:

- 3 бита – Clap, состояние клапана ЭПХХ

- 5 бит – A, некоторое число

- 1бит – Sign, знак изменения угла

- 2 бита – C, еще одно число

- 5 бит – B, последнее число Изменение скорости вращения на отрезке = (A+1)*B*Дискрета скорости вращения Изменение угла опережения на отрезке = (A+1)*C*Дискрета угла

Знак изменения угла положительный, если Sign=0 и отрицательный, если Sign=1.

Если Clap=0, то клапан ЭПХХ выключен,

Если Clap=1, то клапан ЭПХХ находится в прежнем состоянии,

Если Clap=2, то клапан ЭПХХ включен.

Во всех известных прошивках для двигателей УЗАМ предполагается, что дискрета скорости вращения равна 25 об/мин , а дискрета угла равна ползуба маховика (1.57 градуса).

Конфигурационный байты описывают 13 констант и соотвествующее количество значащих (ненулевых) байт. Они лежат по адресам, считая от начала страницы 0h, 20h, 40h, 60h, 80h, A0h, E0h, 120h, 140h, 160h, 1A0h, 1C0h, 1E0h.

Значение байта по адресу 20h равно N-1, где N – число зубьев на маховике. Экспериментально замечено, что это значение влияет лишь на интервал между искрами в 1-4 и 2-3 цилиндрами. То есть при изменении этого значения в пределах +-4 от номинала соответственно сдвигался момент искрообразования во 2-3 цилиндрах.

Байты по адресу 80h и A0h трактуются как 16-битное значение, старший байт которого лежит по старшему адресу (A0h). Это значение (обозначим его B56) определяет, по-видимому, измерительный интервал для измерения скорости вращения двигателя, или, что то же самое, дискрету скорости вращения Dz, используемую в таблице задания УОЗ. Эта связь описывается следующим выражением:

Dz = 60Fкварца / (16 * В56 * Nзубьев маховика).

Или, что тоже самое:

В56 = 60Fкварца / (16 * Dz * Nзубьев маховика).

Частота кварца должна быть выражена в Герцах. Номинальное значение 4194304Гц.

Управляющие байты также определяют с одной или двумя катушками зажигания будет работать контроллер, с одним или двумя клапанами ЭПХХ, режим корректировки по детонации, и другие. Контроллер МС-4004 использует не все возможности БИС КМ1823ВГ1.

Таким образом, вычисление угла опережения зажигания реализуется процессором по жесткому алгоритму. Когда величина вычисленного угла совпадет с углом поворота коленчатого вала, включается блок управления формированием импульсов зажигания.

Программы для создания и изменения прошивок ПЗУ для МПСЗ контроллера МС-4004 можно получить в разделе "Программы для работы с прошивками МПСЗ", а собственно прошивки для различных типов двигателей УЗАМ - в разделе "Прошивки МПСЗ для двигателей УЗАМ".


Огромная благодарность Алексею (Alvo), предоставившему информацию о структуре прошивки ПЗУ для контроллера МС-4004 на базе микросхемы КМ1823ВГ1.


Схема подключения МПСЗ на основе контроллера МС-4004 приведена ниже:

Схема подключения МПСЗ на основе контроллера МС-4004

Здесь 1 - свечи зажигания, 2 - катушка зажигания 2 и 3 цилиндров, 3 - катушка зажигания 1 и 4 цилиндров, 4 - колодка диагностики, 5 - выключатель зажигания, 6 - монтажный блок, 7 - концевой выключатель положения дроссельной заслонки карбюратора, 8 - электромагнитный клапан карбюратора, 9 - контроллер, 10 - датчик температуры, 11 - датчик сигнала УИ, 12 - датчик сигнала НО.

Назначение выводов контроллера МС-4004 приведено ниже:

Номер вывода Назначение
1 электромагнитный клапан карбюратора
2 адрес 1" переключателя октан-корректора
3 выход сигнала на тахометр
4 выход аналогового сигнала с датчика абсолютного давления
5 вход сигнала от концевого выключателя карбюратора
6 выход сигнала УИ для контроля
7 вход сигнала датчика температуры
8 вход НО1 сигнала датчика НО
9 вход УИ1 сигнала датчика УИ
10 выход на первичную оботку катушки зажигания 1 и 4 цилиндров
11 корпус
12 выход на первичную обмотку катушки зажигания 3 и 4 цилиндров
13 напряжение питаня +12В
14 выход сигнала НО для контроля
15 корпус
16 адрес 2" переключателя октан-корректора
17 адрес 4" переключателя октан-корректора
18 вход УИ2 сигнала датчика УИ
19 вход НО2 сигнала датчика НО

Принципиальная электрическая схема контроллера М331-000 нарисована с готового контроллера. Схему подготовил Алексей (Alvo). В связи с невозможностью идентифицировать все элементы схемы возможны отдельные неточности.

Ниже рассмотрена БИС контроллера системы зажигания КМ1823ВГ1, предназначенная для построения систем управления автомобильными бензиновыми двигателями внутреннего сгорания (ДВС). Микросхема выполнена на основе КМОП-технологии с самосовмещенным поликремниевым затвором в 40-выводном металлокерамическом корпусе 2123.40-6.

БИС контроллера системы зажигания КМ1823ВГ1

БИС содержит на кристалле следующие функциональные блоки: генератор тактовых импульсов (G) — формирует сигналы синхронизации работы узлов и блоков контроллера; аналого-цифровой преобразователь (АЦП) — преобразует аналоговый сигнал на входе К1 в код, составляющий старшую часть (А5...А10) кода адреса внешнего ПЗУ; счетчик адреса (СА) — устанавливает младшую часть (А0...А4) кода адреса при выполнении вычислительных операций; мультиплексор (МТ) — обеспечивает коммутацию на адресную шину контроллера кода адреса, поступающего с выходов АЦП и счетчика адреса или из блока управления; блок управления (БУ) — формирует сигналы управления узлами и блоками контроллера в соответствии с алгоритмом работы, а также адреса внешнего ПЗУ в режиме программирования БИС и выбора служебных констант; блок вычисления угла опережения зажигания (БУОЗ) — определяет величину углазажигания в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя (КВД) и на основе данных, считываемых из внешнего ПЗУ; блок вычисления угла поворота коленчатого вала двигателя (БКВД) — отслеживает текущее положение КВД независимо от работы остальной части схемы БИС; схему сравнения — вычисленное значение угла опережения зажигания (УОЗ) сравнивается с текущим углом поворота КВД (в результате сравнения формируется импульс, определяющий момент зажигания); регулятор времени накопления энергии в катушке зажигания (РВКЗ) автоматически контролирует длительность протекания тока в первичной цепи катушки зажигания (КЗ), обеспечивает оптимальный ток разрыва на всех режимах работы двигателя; блок управления (БУ) экономайзером принудительного холостого хода (ЭПХХ) — формирует сигналы управления одним или двумя электромагнитными клапанами и сигнал FL3, указывающий режим работы двигателя, при котором возможно детонационное сгорание топлива; блок температурной коррекции (ВТК) — обрабатывает три пороговых входных сигнала и формирует сигналы модификации двух старших разрядов адреса; блок внешней коррекции (БВК) УОЗ—принимает внешние сигналы коррекции величины УОЗ.

Назначение выводов микросхемы КМ1823ВГ1 приведено ниже:

Вывод Обозначение Назначение Тип
1 SA состояние концевого выключателя карбюратора вход
2 BG импульсы начала отсчета вход
3 SYN угловые импульсы синхронизации вход
4, 5 K2, K1 компараторы инвертированный и неинвертированный вход
6 RC подключение корректирующей цепи вход
7 MD модулятор АЦП вход
8 +1 увеличение угла опережения зажигания вход
9 FL3 флаг детонационной зоны выход
10, 11 CO2, CO1 управление ЭПХХ2, ЭПХХ1 выход
12, 13 COSW2, COSW1 управление ключами каналов зажигания 2, 1 выход
14 DE блокировка регулятора накопления энергии вход
15 SR начальный сброс вход
16...19 D7-D4 шина данных вход
20 OB общий --
21...24 D3-D0 шина данных вход
25...35 A0-A10 шина адреса выход
36, 37 GN2, GN1 внутренний генератор вход
38, 39 FL2, FL1 флаги температурной коррекции вход
40 Ucc напряжение питания +12В --






Микросхема рассчитана на управление 4- и 8- цилиндровыми ДВС и выполняет следующие функции: вычисление величины угла опережения зажигания как функции частоты вращения коленчатого вала двигателя, величины напряжения на входе АЦП и состояния пороговых сигналов на входах ВТК; автоматическое регулирование времени накопления энергии в КЗ и формирование сигналов управления коммутатором первичной цепи КЗ; управление одним или двумя электроклапанами ЭЦХХ; формирование сигнала для электронного тахометра; индикация детонациоино-опасных ре' жимов работы двигателя.

Под различные типы двигателей и режимы работы контроллер программируется посредством 13 констант, хранимых во внешнем ПЗУ и выбираемых контроллером по мере необходимости в соответствии с алгоритмом работы. В этом же ПЗУ хранится информация, определяющая зависимость изменения угла опережения зажигания от упоминавшихся выше переменных, а также данные, описывающие закон управления ЭПХХ. В контроллере организована независимая работа таких основных узлов, как АЦП, БВУОЗ, БКВД,РВКЗ.

Величина напряжения на входе АЦП измеряется автоматически, результат переписывается в буферный регистр по сигналу блока управления в начале каждого цикла вычисления УОЗ. Начало вычисления УОЗ синхронизировано с сигналом начала отсчета ВО. Этим же сигналом синхронизируется работа БКВД, который постоянно отслеживает угловое положение КВД. Благодаря тому что процессы вычисления УОЗ и угла поворота КВД протекают одновременно, значительно повышается динамика работы контроллера. Для повышения точности вычисления УОЗ и угла поворота КВД удваивается частота угловых импульсов 8УМ. Точность вычисления УОЗ и плавность его изменения в зависимости от изменения частоты вращения КВД повышается благодаря введению линейной интерполяции. Время Накопления анергии в КЗ регулируется МОД управлением сигнала РЕ, подаваемого на вход контроллера при нарастании тока в первичной цепи КЗ до заданного значения, которое обычно выбирается равным или несколько большим половины требуемого тока разрыва.

БУЭПХХ может работать в двух режимах: раздельного управления двумя клапанами ЭПХХ, управления одним клапаном ЭПХХ и формирования по выходу СО2 сигнала управления электронным тахометром (ТАХ).

Алгоритм работы контродлера построен таким образом, что при случайных сбоях нормальный режим восстанавливается автоматически в течение не более одного оборота КВД. Для повышения помехоустойчивости контроллер снабжен устройством временной селекции сигнала BG и триггером Шмитта на входе DE. При отсутствии (в результате неисправности) сигнала DE, когда невозможно управлять временем накопления энергии в КЗ, контроллер автоматически переходит в аварийный режим и накопление энергии регулируется по жесткому алгоритму, предусмотренному специально для этого случая.

Напряжение питания микросхемы 5 В, потребляемая мощность 55 мВт, рабочая частота 4,2 МГц, время цикла обращения к ЗУ 1.9 мкс, . диапазон рабочих температур -60 ... 4-100°С.


Применение БИС контроллера системы зажигания


Основная схема включения БИС контроллера в составе аппаратуры приведена ниже:

Основная схема включения БИС контроллера в составе аппаратуры

В состав этой схемы, кроме контроллера КМ1823ВГ1, входит ПЗУ КМ1823РЕ1, резистивная матрица К1034НР2А и другие радиокомпоненты. Резистивная матрица обеспечивает нагрузку выходных каскадов ПЗУ, выполненных по схеме с открытым коллектором. Конденсаторы СЗ и С6, резисторы К2 и К4 и резонатор BQ1 составляют генератор тактовых импульсов. КС-цепь, выполненная на элементах К1 и С2, формирует сигнал начальной установки контроллера по включению питания. Резистор RЗ и конденсатор С4 являются элементами цепи внешней коррекции компаратора АЦП. На элементах С5, К5...К8 выполнен интегратор АЦП.


В приведенном примере показаны не все возможности БИС КМ1823ВГ1. Наличие блока внешней коррекции позволяет построить системы, управляющие УОЗ в зависимости от других параметров, например от детонационного сгорания топлива.

Материал любезно предоставлен Ahlen, сайт: www.ahlen-auto.narod.ru

Персональные инструменты
Пространства имён

Варианты
Действия
Навигация
Реклама
Поделиться
Инструменты