Электронный трамблер для 4-х цилиндрового ДВС

Или электронный модуль управления двухканальный - ЭМУ-2К

Предназначен для работы как с внешними устройствами искрообразования (коммутатор, блок зажигания), так и непосредственно с катушками зажигания посредством встроенных высоковольтных коммутаторов.  Разработан для 4-х цилиндрового ДВС.

Принципиальная схема устройства изображена на рис.1 и содержит универсальный вход "DH" для подключения датчика Холла или контакта прерывателя. Входной узел выполнен на микросхеме U2, нормирующей входные импульсы по длительности, что снижает вероятность ложных срабатываний от дребезга и прочих помех на входном сигнале. На выходе микросхемы образуются импульсы ТТЛ-формата определенной длительности (параметр настраивается с помощью потенциометра PR2). Вход для работы с индуктивным датчиком "IND" выполнен на транзисторе Q1, сигнал с коллектора которого так же обрабатывается микросхемой U2. Индикация работы U2 выполнена на светодиоде HL4. Сформированные микросхемой U2 импульсы поступают на счетный вход триггера микросхемы U6.2. С уменьшенной вдвое частотой импульсы (меандр) вновь поступают на входы формирователей (микросхемы U4, U5) с помощью которых формируются импульсы определенной длительности, обеспечивающие стабильность работы ДВС в широком диапазоне оборотов. С выходов формирователей (микросхемы U4, U5) импульсы подаются на входы драйверов (микросхемы U7, U8),  управляющих непосредственно MOSFET/IGBT-транзисторами, которые, в свою очередь, коммутируют первичные обмотки катушек зажигания. Индикация работы драйверов выполнена на светодиодах HL6, HL7. Эти же драйверы могут успешно работать и с биполярными мощными транзисторами различных типов (одиночных или составных). Кроме того, сигнал с выходов формирователей (микросхемы U4, U5) управляет так же и транзисторами Q12, Q13, имитирующих работу контактов прерывателя для взаимодействия с внешними коммутаторами или блоками зажигания. Длительность импульсов на выходах формирователей регулируется с помощью потенциометра PR3.

Кроме описанных выше узлов, устройство содержит генератор, имитирующий работу датчиков и способный в некоторых аварийных ситуациях их заменить. Частота работы генератора варьируется от 20 до 200Гц, что соответствует 600-6000 об/мин 4-х цилиндрового ДВС. С помощью этого генератора производится и настройка устройства в целом. Генератор подключается к устройству вместо входа "DH" с помощью переключателя S1. Позиции переключателя индицирутся светодиодами HL2 (подключен вход DH) и HL3 (подключен генератор).

Схема управления устройства запитана напряжением +5В от стабилизатора U3, драйверы транзисторов запитаны непосредственно от бортовой сети автомобиля через защитный резистор R8. От переполюсовки и превышения напряжения устройство защищено посредством установки стабилитронов VZ2, VZ3 параллельно входному напряжению в классическом включении (через R8). Питание +5В индицируется светодиодом HL5.

Характеристики устройства:

• напряжение питания 9-19В (без защитных компонентов VZ2, VZ3);  
•  ток, потребляемый ЭМУ в диапазоне рабочих напряжений питания без нагрузки не более 40мА;
•  частота встроенного генератора импульсов 20-200Гц;
•  длительность выходных импульсов (время протекания тока через КЗ) не менее 5,5мс, не более 7мс при оборотах двигателя 800-6000 об/м;
• допустимый ток нагрузки для каждого ключа до  20А (с применением указанных транзисторов)
• сигналы управления входом DH - TTL (0...+5В) или последовательность замыканий с общим проводом;
• сигнал управления входом IND - переменное напряжение синусоидальной формы до 30В;
• сигналы на выходах OUT A, OUT B, - последовательность замыканий входа управляемого устройства (коммутатора) на общий провод с частотой коммутации каналов (имитация работы контакта прерывателя) с током до 200мА;

Работа ЭМУ-2К осуществляется следующим образом

При подаче питающего напряжения на соответствующие клеммы (на плате имеются дублирующие - с одноименными обозначениями - площадки с металлизированными отверстиями для подпайки проводов), на плате зажжется светодиод индикации питания HL5. Одновременно с ним зажжется HL4 (индикатор формирователя импульсов) и один из индикаторов HL2 /HL3 - в зависимости от состояния (нажат - отжат) двухпозиционного переключателя S1 "генератор-вход". Если включен режим генератора, то индикаторы HL6, HL7 будут мерцать с частотой коммутации каналов. В режиме "вход" эти индикаторы погашены до подачи на вход ЭМУ последовательности сигналов (т.е., - в режиме выключенного зажигания). При работе двигателя эти индикаторы так же будут мерцать с частотой коммутации канала (равной 1/2 от частоты входного сигнала). Для этого соответствующий вход ЭМУ необходимо подключить к датчику частоты вращения коленвала (датчик Холла, контактный прерыватель, индуктивный датчик). Импульсы, поступающие на любой из входов ЭМУ, обрабатываются входной схемой (устраняется возможный дребезг контактов прерывателя, нормирование импульсов для нормальной работы схемы распределения). Схемой распределения частота входной последовательности импульсов уменьшается вдвое, длительности импульсов нормируются и образуются два пушпульных канала с противофазной последовательностью импульсов на выходе каждого из каналов. Нормирование длительности выходных импульсов необходимо для 1. сокращения избыточного времени протекания тока через первичную обмотку катушки зажигания (КЗ) и силовой ключ, что исключает перегрев этих компонентов при работе на малых оборотах; 2. увеличения времени протекания тока через первичную обмотку КЗ при высоких оборотах, когда входной импульс может оказаться слишком коротким для образования нормальной искры.

Таким образом, нормирование длительности импульса позволяет обеспечить стабильное искрообразование в широком диапазоне оборотов ДВС. Для большинства КЗ время прохождения тока через ее первичную обмотку должно быть не менее 2,4мс. Для ЭМУ-2К время импульса "заряда" индуктивности КЗ выбрано в диапазоне 6-7,5мс. Каждый из каналов ЭМУ имеет драйвер с высокой нагрузочной способностью, способный управлять парой мощных силовых ключей. В качестве ключей возможно использование мощных транзисторов MOSFET-, IGBT-, или составных транзисторов (Дарлингтон) биполярной структуры n-p-n. Параметры транзисторов должны быть не хуже, чем 15А (по току) и 350В (по напряжению). Для Дарлингтон-транзисторов

коэффициент усиления по току должен быть не ниже 400. Транзисторы, используемые в качестве ключей при испытании ЭМУ-2К: IRF460, 2SK4108 (MOSFET), RHJ3047, GT30J124 (IGBT), BU931ZP (Darlington), КТ834А. Каких-то особых различий при работе устройства с применением данных транзисторов замечено не было, хотя в реальной работе эта разница может быть заметной. 

В ЭМУ-2К исключено прохождение тока через любую из КЗ при отсутствии входных импульсов (при выключенном зажигании), что исключает разогрев КЗ при выключенном зажигании и отбора мощности от бортовой сети.

Article2

Для безопасной эксплуатации:

1. плату ЭМУ необходимо разместить в герметичном влагозащитном корпусе (кожух), имеющим минимальную площадь теплоотводящей поверхности 200см ;  

2. монтажная сторона платы ЭМУ не должна иметь никаких электрических соединений кроме общего провода (GND) с поверхностью корпуса; 

3. корпуса выходных транзисторов необходимо закрепить на внутренней поверхности корпуса через специальные теплопроводные (силиконовые или слюдяные) прокладки (как на рис 6, рис 7); 

4. несмотря на защиту схемы ЭМУ от переполюсовки питающего напряжения, переполюсовка - запрещена; 

5. запрещено подключение-отключение КЗ от / к ЭМУ в процессе эксплуатации; 

6. запрещена регулировка (изменение настроек) формирователей импульсов при отсутствии опыта и осциллографа; при работающем в связке с ЭМУ ДВС; 

7. запрещено касание компонентов на плате ЭМУ при работе; 

8. запрещено изъятие установленных в панельки компонентов при работе; 

9. запрещено изъятие установленных в панельки компонентов без антистатической защиты (при наличии панелек).

Перед эксплуатацией ЭМУ-2К следует убедиться в ее работоспособности по приведенным осциллограммам и светодиодной индикации. При существенных отличиях импульсов от приведенных на осциллограммах или их отсутствии, следует выяснить причину нарушения режимов работы (отсутствие или недостаточное напряжение питания, отсутствие входных импульсов или импульсов генератора, неисправность внешних компонентов) - до изменения регулировок или вмешательства в конструктив ЭМУ-2К. При установке ЭМУ-2К в корпус (кожух) необходимо убедиться в отсутствии замыкания соединений схемы на корпус (только общий провод), закрепить транзисторы на корпусе через изолирующие прокладки и так же убедиться в отсутствии замыкания фланцев транзисторов на поверхность корпуса. При установке мощных транзисторов на радиатор или на металлический кожух необходимо использовать диэлектрические теплопроводящие прокладки. Несмотря на малый нагрев при лабораторном тестировании, работа в реальных условиях подкапотной температуры в течении длительного времени будет провоцировать прирост температуры кристаллов мощных транзисторов.

Провода с платы ЭМУ необходимо вывести на разъем, установленный на корпусе.

Регулировочные элементы PR1, PR2, PR3, - являются многооборотными. Не подлежащие регулировке

штифты регулировочных элементов следует защитить от случайного доступа и прочих внешних воздействий (вибрации) путем фиксации каплей клея или лака.

На рис.2 изображена плата ЭМУ-2К с монтированными компонентами, с указанием назначения точек подключения, назначением индикации. На рис.3 изображены осциллограммы сигналов на выходе узлов устройства. На рис.4 приведена осциллограмма управляющих импульсов на выходах драйверов при различных оборотах коленвала. На рис.5 - изображение печатных плат устройства.

Теги:

• Коммутатор
• Sprint-Layout