Библиотека программ > Резулятор УОЗ на PIC12F675

РЕГУЛЯТОР УГЛА ОПЕРЕЖЕНИЯ ЗАЖИГАНИЯ (УОЗ)
НА МИКРОКОНТРОЛЛЕРЕ PIC12F675

Автор статьи – Владимир Шкильменский, разработчик нескольких устройств подобного класса, написавший о них серию статей, в том числе в журнале «Радио». Здесь представлена улучшенная версия его разработки, испытанная на большом числе автомобилей и имеющая много положительных отзывов.

Статья перепечатана с письменного разрешения автора.

ЗАЧЕМ НУЖЕН РЕГУЛЯТОР УОЗ НА МИКРОКОНТРОЛЛЕРЕ

Несмотря на повсеместное распространение впрысковых (инжекторных) двигателей, где приготовлением топливной смеси и моментом зажигания управляет электроника, карбюраторные двигатели с механическим регулятором опережения зажигания, вероятно, ещё долго будут находиться в эксплуатации.

Как известно, мощность, развиваемая двигателем, во многом зависит от того, насколько угол опережения зажигания, формируемый центробежным и вакуумными регуляторами, соответствует оптимальному углу опережения. Тюфяков А., автор работы «Система зажигания без секретов» (Сборник Автомобилист–86. – М.: ДОСААФ, 1986), считает, что даже при условии нормальной работы центробежного регулятора двигатель теряет 5–10% мощности из-за того, что характеристика центробежного регулятора не соответствует оптимальной. Реально эти потери значительно больше, поскольку необходимо также учесть:

·  различные люфты в приводе датчика-распределителя (трамблёра);

·  износ подшипника, на котором крепится прерыватель (или датчик Холла в бесконтактном варианте системы зажигания);

·  изменение упругости пружин центробежного регулятора в процессе эксплуатации, его инерционность и т. д.;

·  главное – невозможность при помощи простого механического устройства воспроизвести кривую зависимости УОЗ сначала по границе детонации (до 2800 об./мин.), а далее по кривой оптимального УОЗ, т. е. обеспечить наилучшую его работу.

В связи с этим был разработан блок зажигания – регулятор угла опережения зажигания на микроконтроллере.

Применение регулятора угла опережения зажигания на микроконтроллере позволяет:

·  сократить потери мощности двигателя, увеличить мощность на низких оборотах;

·  улучшить динамику разгона двигателя;

·  сократить расход топлива;

·  добиться более «ровной» работы двигателя;

·  улучшить запуск двигателя за счёт применения многоискрового пуска.

Блок зажигания – регулятор угла опережения зажигания – предназначен для замены штатного центробежного и вакуумного регулятора двигателей ВАЗ 2101–2107 электронным аналогом, выполненным на микроконтроллере PIC12F675. Кроме ВАЗ 2101–2107, устройство (в разных вариантах) успешно применялось на карбюраторных двигателях ВАЗ 21213 («Нива»), ВАЗ 2109, ГАЗ-21 (форсированный, АИ-92), Toyota Corolla (1988 г. в., двигатель 2Е объёмом 1.3 куб. дм.), MAZDA-323 и др.

Устройство формирует угол ОЗ в соответствии с рисунком 1 (уточнённая характеристика для двигателя ВАЗ 2103 – на рисунке только 5 графиков УОЗ из 32 возможных).

Рис. 1. Уточнённая характеристика формирования УОЗ.

Новая характеристика, описанная и применённая в этой статье, дополнительно улучшила динамику автомобиля по сравнению с предыдущими версиями программы, ранее приводившимися в других источниках.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ФУНКЦИИ ПРОГРАММЫ

Помимо вышеописанного регулирования угла опережения зажигания, программа имеет ряд дополнительных функций, так или иначе улучшающих работу двигателя.

Оптимизация формирования искр. В программе есть функция отключения катушки – если на входе контроллера GP5 постоянный низкий уровень, через 2–3 секунды на выходе GP1 устанавливается высокий уровень. Если на GP5 постоянный высокий уровень, программа формирует импульсы многоискрового пуска (см. ниже).

В диапазоне от 370 до 2000 об./мин. программа формирует время накопления, равное 12 мс; в диапазоне выше 2000 об./мин. – максимально возможное время накопления. Это позволяет получить энергию искры, достаточную для надёжного воспламенения смеси во всех режимах работы двигателя и использовать катушку зажигания Б117А более эффективно. Уменьшается нагрев катушки на малых оборотах, легко достигаются максимальные обороты независимо от зазора в контактах прерывателя.

Многоискровой пуск. В диапазоне от 0 до 370 об./мин. вместо одного импульса зажигания программа формирует серию импульсов со следующими параметрами: 2,3 мс отводится на искру, 12 мс на накопление энергии в катушке. Чем медленнее стартер вращает маховик коленчатого вала (КВ), тем больше искр при каждом размыкании контактов прерывателя (высоком уровне на входе GP5). Многоискровой пуск гарантирует запуск двигателя в сильный мороз, нагаре на свечах и залитых свечах зажигания.

Корректировка УОЗ. В этой версии задействован дополнительный канал АЦП AN0, который можно использовать для сдвига УОЗ на ±10 градусов относительно исходной характеристики (Рис. 1).

Величина коррекции устанавливается потенциометром R4. Вместо R4 на практике удобнее использовать переключаемый делитель напряжения. При изменении напряжения на входе AN0 в пределах от 0 до +5 В график на Рис. 1 смещается от –10 до +10 градусов относительно исходного. При напряжении, равном 1/2 напряжения питания микроконтроллера (+2,3 В), график соответствует Рис. 1. Этот канал можно использовать для регулирования УОЗ на холодном и прогретом двигателе – управление от кнопки воздушной заслонки. Потенциометр R1 сдвигает УОЗ на +5 градусов при вытянутом «подсосе» на холодном двигателе (после настройки R1 лучше заменить двумя постоянными резисторами). Потенциометр R2 позволяет корректировать УОЗ вручную при полностью открытой воздушной заслонке (на прогретом двигателе). Зависимость напряжения на движках потенциометров от угла поворота нелинейная. R2 размещается в салоне автомобиля, что позволяет регулировать УОЗ «на ходу».

Поддержание оборотов ХХ. В данной версии программы имеется функция поддержания оборотов холостого хода (ХХ) 930 об./мин. Для этого на прогретом двигателе (фары должны быть включены) регулировками карбюратора установить обороты ХХ 900–930 об./мин. При отклонении оборотов ХХ от 930 об./мин. программа изменяет УОЗ в диапазоне от 7 до 14 градусов, устанавливая обороты КВ 930 об./мин. (коррекция по каналу AN0 также учитывается и плюсуется к диапазону 7–14 градусов). На практике после соответствующей регулировки обороты остаются постоянными при включении/выключении дальнего света фар, обогрева стекла и других потребителей вместе взятых. Раньше можно отключить «подсос» при прогреве двигателя. Можно получить стабильные обороты холостого хода при бедной топливной смеси. По ровной дороге двигатель «тянет» без дёргания и рывков при отпущенной педали газа на 1-й, 2-й, 3-й и короткое время на 4-й передаче (это облегчает движение в условиях гололёда, в пробках, при езде по ухабам – «езда в натяг»).

Подстройка под датчик разряжения. В программе есть функция автоматической настройки на диапазон изменения разряжения во впускном коллекторе двигателя, что упрощает настройку самодельного датчика разряжения, а также позволяет использовать промышленный датчик абсолютного давления (ДАД 45.3829). Программа самостоятельно определяет тип датчика разряжения (по максимальному напряжению на входе AN2), поэтому, чтобы не вводить программу в заблуждение, не настраивайте самодельный датчик на напряжение больше 2,3 В.

При использовании самодельного индуктивного датчика разряжения настройка сводится к установке максимального напряжения на входе АЦП при отсутствии разряжения и минимального при максимальном разряжении (Рис. 2). Для обеспечения большей точности формирования УОЗ (в соответствии с Рис. 1) следует настроить индуктивный датчик так, чтобы максимальное напряжение на входе АЦП было от 1,5 до 2,3 В, а минимальное равно или меньше 0,9 В.

Рис. 2. Настройка самодельного индуктивного датчика разрежения.

Настройка датчика производится подбором C3 и R10 до установки блока на автомобиль. Разряжение имитируется перемещением штока вакуумной камеры от одного крайнего положения до другого.

ПРИМЕНЕНИЕ С КОНТАКТНОЙ СИСТЕМОЙ ЗАЖИГАНИЯ

Если на автомобиле контактная система зажигания (прерыватель и катушка Б117А), блок зажигания собирается по схеме Рис. 3.

Рис. 3. Схема устройства для контактной системы зажигания.

В качестве датчика ВМТ используется прерыватель, датчик разряжения самодельный индуктивный (этот вариант подробно описан в журнале «Радио», №11 за 2008 год, стр. 36), но может быть применён и ДАД 45.3829 (подключение см. на Рис. 4а, Рис. 4б).

ПРИМЕНЕНИЕ С БЕСКОНТАКТНОЙ СИСТЕМОЙ ЗАЖИГАНИЯ

Данную версию программы можно использовать для работы с бесконтактной системой зажигания (вместо прерывателя – датчик Холла). Формирователь угла ОЗ собирается по схеме Рис. 4а (для катушки зажигания 27.3705) или Рис. 4б (для катушки Б117А). При необходимости можно использовать самодельный индуктивный датчик разряжения (подключается также как на Рис. 3).

Рис. 4a. Схема устройства для бесконтактной системы зажигания (катушка 27.3705).

Рис. 4б. Схема устройства для бесконтактной системы зажигания (катушка Б117А).

Работа формирователя проверена на автомобилях ВАЗ 2109 и ВАЗ 21213 («Нива»).

ВАЖНОЕ ОТЛИЧИЕ ОТ ПРЕДЫДУЩИХ ВЕРСИЙ ПРОГРАММЫ

Ниже приведена таблица формирования времени замыкания ключа. Красным цветом в таблице обозначено время накопления, недостаточное для надёжного поджига смеси. Под «МК не нормир.» подразумевается время накопления, формируемое версиями программ с QRZ.RU (03.2008 г.) и FTP журнала «Радио» (11.2008 г.).

Эффект формирования времени замыкания ключа.

Из таблицы видно, что старые версии с прерывателем в качестве датчика ВМТ и катушкой Б117А могут формировать искру с достаточной энергией только при Угле Замкнутого Состояния (УЗС) контактов прерывателя, равном 65 градусов.

ДИАГРАММЫ РАБОТЫ УСТРОЙСТВА В РАЗНЫХ РЕЖИМАХ

На Рис. 5, Рис. 6, Рис. 7 показаны формы импульсов на входе GP5 и выходе GP1 микроконтроллера на различной частоте вращения коленчатого вала двигателя.

Рис. 5. Формирование искр при пуске двигателя.

Рис. 6. Формирование искр при 900 об./мин. (холостой ход).

Рис. 7. Формирование искр при 3300 об./мин. (рабочий режим).

УСТАНОВКА УСТРОЙСТВА НА АВТОМОБИЛЬ

При установке устройства на автомобиль блокируется работа центробежного и вакуумного регуляторов: грузы центробежного регулятора должны быть зафиксированы при помощи скобок из проволоки вместо штатных пружин. Обойма подшипника, на которой крепится контактная группа прерывателя или датчик Холла в бесконтактном варианте, фиксируется металлической пластиной, связывающей штифт обоймы и корпус трамблёра. Шланг отбора разрежения для регулятора угла ОЗ на микроконтроллере соединён с патрубком отбора разряжения на карбюраторе или впускном коллекторе.

Любой вариант можно применять в упрощённом виде, т. е. без регулировки по разряжению. Штатный вакуумный регулятор в этом случае не блокируется, вход AN2 соединяется с +5 В через резистор 10 кОм. Эффективность устройства в упрощённом варианте уменьшиться. Если вход AN0 не используется, на него нужно подать напряжение, равное 1/2 питания микроконтроллера (+2,3 В) с делителя через резистор 10 кОм.

Зазор между контактами прерывателя устанавливается минимально возможный (для уменьшения износа кулачка прерывателя), но обеспечивающий чёткое размыкание и замыкание контактов. После этого устанавливается начальный угол ОЗ: он должен быть равен нулю по отношению к ВМТ и установлен по меткам на шкиве коленчатого вала и блоке цилиндров при неработающем двигателе.

Переход к системе зажигания на микроконтроллере можно осуществлять поэтапно. Предварительно нужно наметить для себя эти этапы, чтобы впоследствии было меньше переделок схемы.

·  Сначала собирается блок по схеме на Рис. 3 (для контактной системы зажигания) или по Рис. 4а/4б (для бесконтактной системы зажигания). Отключаются неиспользуемые входы АЦП (см. выше).

·  Затем плата устанавливается на автомобиль, при этом фиксируются грузики ЦР трамблёра. Всё, можно ездить в своё удовольствие!

·  Если в дальнейшем Вы собираетесь подключить самодельный датчик разрежения, используйте корпус несколько большего размера, для того чтобы потом разместить в нём датчик (если планируете подключить ДАД 45.3829, установите в схему 5-вольтовый стабилизатор для питания ДАД, лучше на стабилитроне и резисторе – так надежнёй).

На рисунке ниже показан пример конструкции блока зажигания с самодельным датчиком разряжения

Конечно, не следует ждать чуда от этого устройства. «Жигули» не превратятся в «Феррари», но ездить будут очень даже прилично и при этом заметно меньше расходовать бензина.

Подразумевается, что двигатель в исправном состоянии, карбюратор отрегулирован в соответствии с заводскими требованиями.

Если Вас постигла неудача при повторении устройства, не стоит ругать автора статьи и его программу: прочитайте внимательно текст на странице, и найдёте причину неудачи.

Автор не советует вносить изменения в схемы: кроме ухудшения работы и надёжности (а иногда и полной неработоспособности), ничего добиться не получится (особенно это касается замены КС147 на 7805 или ЕН5). Внешние устройства (самодельный тахометр) к портам микроконтроллера следует подключать через резисторы 3–10 кОм, причём резисторы должны находиться на плате блока зажигания – формирователя (формирователь будет работать даже при замыкании соединительных проводов тахометра на корпус). Нельзя оставлять «в воздухе» (т. е. неподключенными) запрограммированные, но не используемые входы микроконтроллера.

Опционально. Существенно снизить погрешность формирования УОЗ на низких оборотах можно, установив датчик ВМТ на шкиве коленчатого вала. Два варианта реализации этой опции рассматриваются в оригинале авторской статьи. Их реализация является достаточно трудоёмкой и не является обязательной при использовании регулятора на микроконтроллере, поэтому здесь они не приводятся. Желающие могут ознакомиться с ними самостоятельно.

ПРОШИВКА ДЛЯ МИКРОКОНТРОЛЛЕРА И ПЕЧАТНАЯ ПЛАТА

Печатная плата (рисунки справа) универсальная и пригодна для изготовления любого варианта устройства. Элементы устанавливаются в зависимости от варианта применения. Плата рассчитана на применение SMD резисторов, но при необходимости можно применить резисторы МЛТ-0,125.

Все детали расположены со стороны проводников, фольга на противоположной стороне платы служит общим проводом и экраном. В местах соединения выводов деталей с общим проводом просверлены отверстия. Транзистор КТ898А закреплён на радиаторе (металлическом корпусе) через прокладку из слюды или фторопласта.

Проверка прошивок в симуляторах – пустая трата времени, ничего умного они (симуляторы) Вам не сообщат. Если желаете убедиться в работоспособности, проверяйте на макете с применением двухканального осциллографа и генератора на PICе. Без приборов работоспособность микроконтроллерной системы зажигания можно проверить следующим образом: подключите к высоковольтному проводу катушки свечу, разомкните контакты прерывателя (Рис. 3) и включите зажигание. Программа будет работать в режиме многоискрового пуска. Для схемы Рис. 4а, Рис. 4б отключите датчик и замкните вход формирователя на землю (вход МК напрямую на землю замыкать нельзя – не исключена вероятность, что в этот момент он настроен как выход, и это может привести к повреждению микроконтроллера). Этот режим можно использовать для прожига нагара и сушки свечей, но, как правило, с функцией многоискрового пуска потребности в этом нет – двигатель надёжно запускается даже с сильным нагаром на свечах и при залитых свечах.

Скачать рисунок печатной платы: F675OK.BAK

Скачать прошивку для PIC12F675: F675OK.HEX

Для скачивания нажмите на ссылке правой кнопкой мыши и выберите «Сохранить объект как...».

Приобрести чистый контроллер PIC12F675 можно в розничной торговой сети. Прошить программу в микроконтроллер можно с помощью промышленного или самодельного устройства-программатора, самостоятельно или на заказ.

ВНИМАНИЕ! У нас Вы можете приобрести микроконтроллер PIC12F675 с уже прошитой программой F675OK.HEX по фиксированной цене – 450 рублей!

При заказе более 5 штук цена снижается.

Примечание. Мы не продаём данное программное обеспечение. Мы оказываем услугу по прошивке и поставке микросхем. Программа распространяется бесплатно с разрешения автора.

ОФОРМЛЕНИЕ ЗАКАЗА

Используйте форму ниже для отправки заказа на микроконтроллер с указанной выше прошивкой F675OK.HEX. Пожалуйста, заполните её как можно более полно.

Любые подробности или вопросы можно написать в поле «Примечания». При нажатии кнопки «Отправить» Ваш заказ будет отправлен нашему специалисту, после чего он свяжется с Вами.

Нажимая кнопку «Отправить», Вы даёте согласие на обработку своих персональных данных в соответствии с политикой обработки персональных данных.

ОТВЕТЫ НА ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ (FAQ)

Есть ли у Вас программа для двухтактных либо для двухцилиндровых двигателей (автомобиль «Ока», лодочные моторы и т. п.)?

Нет, данная программа написана и подходит только для четырёхтактных четырёхцилиндровых двигателей. Если Ваш двигатель двухтактный, либо имеет число цилиндров, отличное от четырёх (2, 3, 5 и т. д.), то эта программа Вам не подойдёт.

Можете ли Вы изменить или доработать программу под мои пожелания или особенности моего двигателя?

Нет, так как это программа не нашей разработки. В данном случае мы только оказываем услугу по прошивке и поставке микросхем.

Для большинства четырёхтактных четырёхцилиндровых двигателей программа не нуждается в доработке. Однако если модификация программы Вам всё же необходима, связывайтесь, пожалуйста, с её автором (указан в начале статьи). После этого (либо если у Вас уже есть модифицированная программа) Вы можете оформить заказ, пользуясь общей формой заказа на прошивку микросхем. Цена будет та же.

Продаёте ли Вы печатные платы и электронные компоненты, необходимые для сборки этого устройства?

Нет. Это решение для радиолюбителей, поэтому изготовить платы и собрать устройство предлагается им самим. Все необходимые компоненты имеются в свободной продаже в любом магазине радиодеталей, в них нет ничего особенного. Печатную плату можно либо изготовить самому, либо собрать устройство на макетной плате.

Есть ли у Вас подробное описание по установке, схемы подключения, инструкция по эксплуатации в картинках или фотографиях?

Нет. Вся имеющаяся информация, предоставленная автором, уже представлена в статье. Однако судя по тому, что это устройство уже было установлено и используется многими автолюбителями, этой информации вполне достаточно.

Можете ли Вы отправить изделие на Украину и другие страны ближнего зарубежья?

Да, мы можем отправить заказ в другие страны Почтой РФ, но доставка может стоить очень дорого (подробнее см. «Доставка заказов»). Если Вы готовы оплачивать дорогостоящую доставку, оформите заявку с сайта обычным путём (через форму выше), указав страну и город. Мы рассчитаем и сообщим Вам её точную стоимость.