В настоящее время в продаже можно встретить много разнообразных автомобильных приборов, позволяющих в режиме реального времени контролировать большое количество параметров работы систем двигателя автомобиля (мгновенный и средний расход топлива, прогрев двигателя в холодную погоду и т.д.). Такие приборы называются маршрутными компьютерами (далее МК). Эти МК обладают некоторыми неудобствами, к которым можно отнести наличие маленького индикатора, на котором просматривать параметры довольно сложно, а если это надо осуществлять ещё и во время движения автомобиля, то и опасно. Некоторые фирмы предлагают подобные устройства с возможностью вывода параметров на экран ноутбука или смартфона. Но согласитесь, возить с собой ноутбук это не выход, а размеры индикатора смартфона также не лучший вариант.
Теперь о таком параметре как мгновенный расход топлива, выдаваемом маршрутным компьютером. То, что творится на его экране при движении в городских условиях (сплошное мелькание цифр), вряд ли даёт водителю полноценную информацию об этом важном параметре. Сигнал, снимаемый с управляющего вывода катушки электромагнитной форсунки и далее обрабатываемый МК, не может выдавать достоверную информацию о расходе топлива, ведь сведения о количестве топлива распыляемого форсункой за единицу времени берутся из технических данных на указанный прибор, а это идеальные условия (чистый бензин, новая форсунка). Хотя конструктивно для предотвращения попадания грязи и пыли внутрь форсунки в топливной системе и предусмотрен фильтр тонкой очистки, в процессе эксплуатации на нём и игле форсунки откладывается грязь, что приводит к уменьшению подачи топлива, ухудшению его распыления, а это означает одно – индицируемые показания имеют немалую погрешность. К примеру, в моём случае, реальный средний расход топлива в городских условиях в полтора - два раза превышал показания, выдаваемые МК. Использование в своём автомобиле эконометра - прибора, измеряющего разрежение во впускном коллекторе двигателя, было сразу же отвергнуто по причине конструктивной необходимости заведения в салон специальной резиновой трубки, подсоединяемой к разделённому на три сектора стрелочному индикатору.
В ходе наблюдения за прогревом двигателя (с помощью МК) было замечено следующее, когда температура двигателя достигала величины 30-40 оС, достаточной для начала движения, о чём своевременно информировал маршрутный компьютер, стрелка штатного термометра охлаждающей жидкости ещё не трогалась с места. Следовательно, наличие подобного индикатора в автомобиле полезно и позволяет водителю своевременно получать информацию о готовности автомобиля к движению, что способствует продлению моторесурса двигателя и экономии бензина.
Рассмотрим принцип управления форсунками. Управляющим параметром для электромагнитных форсунок является время открытого состояния. Известны два метода управления такими форсунками. Первый, наиболее часто применяемый метод, когда импульс впрыска осуществляется без регулирования напряжения (подходит для работы с нашим сигнализатором), заключается в следующем. Один конец катушки форсунки подключен к плюсу бортовой сети, другой к блоку управления автомобиля. Импульс отрицательной полярности с ЭБУ поступает на этот вывод катушки, через неё протекает ток, и форсунка на этот период времени открывается. Время управляющего импульса, в зависимости от типа используемых форсунок может составлять от одной до десяти и более миллисекунды. Отключение управляющего импульса вызывает индуктивный выброс напряжения (амплитудой до нескольких десятков вольт) на управляющем выводе катушки электромагнита форсунки, который можно наблюдать с помощью осциллографа .
С целью защиты входных цепей формирователя - ограничителя от этого всплеска напряжения, в сигнализаторе установлен защитный стабилитрон VD1. Из вышесказанного следует, что количество распыляемого топлива строго пропорционально длительности импульса, задаваемой электронным блоком управления (ЭБУ). О втором методе, где импульс впрыска с непрерывным токовым управлением осуществляется в два этапа можно прочитать, например, здесь: http://autodiagnose.narod.ru/injector.HTM.
Учитывая всё выше сказанное, я разработал и изготовил недорогое устройство (далее - сигнализатор), которое по своим возможностям пусть и далеко отстаёт от маршрутного компьютера, но позволяет отслеживать два таких необходимых параметра как, прогрев двигателя и его экономичный режим потребления топлива.
Сигнализатор выполнен на базе микроконтроллера PIC12F683 фирмы «Microchip Technology», изготовляемом по технологии NanoWatt. В него встроен микромощный модуль внутреннего RC-генератора с программно управляемым мультиплексором выбора источника тактовых сигналов. Энергопотребление в таком модуле снижено в несколько раз, он нечувствителен к изменениям температуры и напряжения питания. Схема генератора термокомпенсирована и уход частоты составляет не более ±2 процентов во всем диапазоне рабочих температур и питающих напряжений. Калибровка генератора производится на заводе-изготовителе, чем обеспечивается точность частоты. Указанные достоинства этого микроконтроллера были использованы мной при выборе его конфигурации.
Теперь о самом сигнализаторе. В работе используемого в схеме микроконтроллера задействованы следующие модули: ССР (в режиме захвата), 10-разрядный АЦП и модуль внутреннего RC-генератора с источником тактовых сигналов частотой в 4МГц. В состав сигнализатора, помимо микроконтроллера входит ограничитель – формирователь входного сигнала поступающего от форсунки (R1R2C5VD1VT1), делитель напряжения RТR4 с включенным в нижнее плечо терморезистором RТ (на схеме не показан), сервисная кнопка SB1, предназначенная для записи параметров в EEPROM микроконтроллера и двухцветный светодиод VD2, сигнализирующий о состоянии указанных выше параметров двигателя автомобиля.
Рассмотрим работу устройства. Сигнал с делителя напряжения RТR4 поступает на вход микроконтроллера, настроенный как вход АЦП. Программно происходит сравнение входного напряжения с величиной, ранее записанной пользователем в EEPROM микроконтроллера. Если температура двигателя выше заданной, то микроконтроллер выключает красный светодиод и наоборот, если ниже - включает. В случае обрыва или замыкания цепи датчика температуры, при каждом включении зажигания будет трижды кратковременно включаться красный кристалл светодиода, предупреждая водителя об аварийном состоянии сигнализатора.
Импульсная последовательность от ЭБУ автомобиля через ограничитель – формирователь поступает на вход микроконтроллера, где в модуле ССР производится измерение длительности импульса, управляющего открытием форсунки, затем программное сравнение с занесённой пользователем в EEPROM МК константой и соответственно включение или выключение зелёного кристалла светодиода VD2. Если температура двигателя, ниже заданной величины, о чём свидетельствует включение красного кристалла светодиода, индикация экономичного режима работы двигателя (зелёный кристалл светодиода) заблокирована.
Теперь о налаживании сигнализатора. Для записи порогового величины потребляемого топлива (времени открытого состояния форсунки) в память микроконтроллера предлагается два варианта записи. Перед проведением этой процедуры необходимо отключить датчик температуры от сигнализатора (в этом случае, при включении зажигания, как указывалось выше, красный кристалл светодиода мигнёт три раза). Теперь надо выбрать один из двух возможных вариантов записи.
В первом варианте (перемычка S1 установлена) производится запись этой величины в момент нажатия сервисной кнопки пользователем. Во втором варианте (перемычка S1 снята), уже известная пользователю из других источников (тех. характеристик на форсунки, замеров на специальных стендах, параметров считанных с ЭБУ автомобиля и т.д.) величина длительности импульса, в пределах от 2 до 5 мс с шагом в 0,1мс, заносится в память микроконтроллера всё так же с помощью нажатия сервисной кнопки, расположенной на плате сигнализатора. По умолчанию в программу микроконтроллера занесена константа равная 2мс. При нажатии сервисной кнопки SB1 подсчёт необходимого количества импульсов подтверждается миганием зелёного светодиода, например, один импульс -2,1 мс, пять импульсов – 2, 5 мс, тридцать импульсов – 5 мс, тридцать один (по кольцу) - 2 мс. Необходимо помнить, что при любой попытке записи в EEPROM микроконтроллера нового значения, предыдущее автоматически стирается. Пороговое значение температуры двигателя автомобиля записывается в память данных микроконтроллера при любом положении перемычки S1. В этом случае, датчик температуры должен быть подключен. По умолчанию в программу микроконтроллера записана величина в 2,5 в. Если запись любого из перечисленных выше параметров осуществилась без ошибок, светодиод VD2 подтвердит это тройным попеременным миганием красного и зелёного цвета.
Определить величину длительности отрицательного импульса, управляющего электромагнитом форсунки можно с помощью прибора, собранного на базе дешёвого и легкодоступного микроконтроллера PIC16F628A .
Индикаторы в устройстве могут быть любые семисегментные с общим анодом. При наладке устройства, возможно, потребуется подборка токоограничительных резисторов в цепях катодов сегментов индикаторов. Диапазон измеряемой величины прибора 0,5 - 60,0 мс. В память МК прибора перед включением необходимо записать программу (f_628a.hex). Для измерения длительности импульса к контакту 1 разъёма ХР1 необходимо подключить измеряемый сигнал. Питание прибора осуществляется от бортовой сети автомобиля (выв.2,3 разъёма ХР1). Прибор собран на макетной плате, все соединения выполнены проводом МГТФ 0,4.
Работу сигнализатора очень просто проверить в домашних условиях, используя в качестве источника тепла для датчика температуры собственное тело. Сымитировать импульсную последовательность, поступающую с блока ЭБУ автомобиля можно подключив к контакту ХР4 самодельный генератор с регулируемой скважностью (рис.5). Частота его импульсов составляет около 90 Гц, а длительность импульса отрицательной полярности с помощью R3 изменяется в пределах примерно от 1мс (подвижный контакт R3 в верхнем положении) до 6мс (подвижный контакт R3 в нижнем положении).
В заключении о деталях и монтаже. В качестве датчика температуры, устанавливаемого на подходящей нагревающейся детали двигателя автомобиля (с максимально допустимой температурой 150 оС) использован кремниевый датчик температуры с положительным ТКС - KTY81/250. Стабилитрон VD1 заменим на отечественный КС133А. Транзистор VT1 – BC547, КТ503 (с любой буквой).
Контакт ХР1 для питания сигнализатора подключается к выводу 30 замка зажигания, ХР2 к минусу питания (корпусу) автомобиля. Один вывод терморезистора подключается к контакту ХР3 сигнализатора, второй к корпусу автомобиля. Сигнал для управления любой из форсунок, поступающий с ЭБУ автомобиля подключается к контакту ХР4. Сигнализатор необходимо поместить в подходящий по размеру влагозащищённый пластмассовый корпус, закрепив его под панелью в салоне. Светодиод устанавливается в любом удобном для обозрения водителя месте.
Схема, рисунки и программы в приложении.
