В помощь автолюбителям

Автомобильный стробоскоп своими руками

Момент зажигания горючей смеси в автомобильном двигателе внутреннего сгорания существенно влияет на максимальную мощность, КПД, температурный режим и ресурс двигателя. Поэтому крайне важно, что бы воспламенение горючей смеси происходило в нужный момент времени. Обычно воспламеняют смесь за несколько градусов до прихода поршня в верхнюю точку, и этот угол называется Угол опережения зажигания. Для контроля и установки угла опережения зажигания применяется прибор, который называется Стробоскоп. При увеличении оборотов двигателя угол опережения зажигания должен увеличиваться по заданной кривой. Поэтому угол опережения зажигания выставляется в режиме работы двигателя на холостом ходу и контролируется во всем диапазоне изменения его оборотов, вплоть до 5000.

Автомобильный стробоскоп, общий вид.

Радиолюбителям разработано много схем стробоскопов, начиная от самых простейших на лампах импульсного света ИФК-120, и кончая современными схемами, с использованием микроконтроллеров, полевых транзисторов и сверх ярких светодиодов. Но такая комплектация дорогая, да и редко кто имеет программатор, чтобы программировать контроллеры. Более десяти лет назад я собрал свой вариант схемы стробоскопа, который публикую.

Электрическая принципиальная схема стробоскопа

Отличительная особенность схемы представленного стробоскопа, это простейшая комплектация и возможность контроля угла опережения зажигания в автомобильном двигателе вплоть до 5000 оборотов в минуту.

Автомобильный стробоскоп, схема электрическая принципиальная.

Структурно схема состоит из нескольких функциональных узлов. Преобразователя напряжения, импульсной световой лампы, блока поджига и индуктивного датчика момента искрообразования.

Принцип работы схемы стробоскопа

Преобразователь служит для преобразования напряжения аккумулятора 12 В в необходимое для питания импульсной световой лампы ИСШ-15 напряжение 300 В. Выполнен преобразователь на микросхеме TL494, транзисторах VT1,2 и трансформатора Т1. Блок поджога световой лампы состоит из повышающего трансформатора Т2, конденсатора С6 и тиристора VD8. Индуктивный датчика момента искрообразования состоит из катушки индуктивности L1 и транзистора VT3.

Благодаря применению в преобразователе ШИМ-контроллера TL494 (отечественный аналог 11114ЕУ4), схема преобразователя получилась простой и сохраняющая работоспособность при изменении питающего напряжения от 7 до 15 В. Микросхема TL494 применяется практически во всех компьютерных блоках питания, выходит из строя редко, поэтому ее можно для изготовления стробоскопа выпаять из не подлежащего ремонту блока. С выводов микросхемы 9 и 10 выходят прямоугольные противофазные импульсы с частотой около 20 кГц, заданной номиналом конденсатора С1 и резистора R1, и через токоограничивающие резисторы R4,5 номиналом 1 кОм поступают на базы ключевых транзисторов VT1,2. С2,3 нужны для улучшения передних фронтов импульсов, VD1,2 защищают транзисторы от пробоя обратным напряжением. Если поставить полевые транзисторы, например IRFZ44N, то резисторы R4,5 и конденсаторы С2,3 нужно исключить, а емкость конденсатора С1 уменьшить до 1000 пф. Тогда частота работы преобразователя увеличится до 200 кГц, что позволит измерять угол опережения зажигания при оборотах двигателя до 10000 об/мин.

Открываясь по очереди, транзисторы обеспечивают протекание тока по первичным обмоткам трансформатора Т1, благодаря чему во вторичной обмотке возникает высокое напряжение, которое поступает на диодный мост и уже выпрямленное заряжает конденсатор С5 до величины 400 В. Это напряжение подводится к 5 выводу лампы EL1 и еще через токоограничивающий резистор R5 и первичную обмотку трансформатора Т2 заряжает конденсатор узла поджига С6.

Датчик момента искрообразования собран на катушке индуктивности L1, транзисторе VT3, и тиристоре VD8. Через кольцо трансформатора продевается высоковольтный провод, идущий к свече. В момент появления высокого напряжения, в катушке наводится ЭДС, которая через конденсатор С7 поступает на базу транзистора VT3. Транзистор закрывается и на управляющий электрод тиристора VD8 поступает через резистор R7 положительное напряжение. Тиристор открывается и конденсатор С6 через него разряжается. При этом ток разряда проходит через первичную обмотку трансформатора Т2. Во вторичной обмотке наводится высокое напряжение поджига лампы, которое подается на ее вывод 7. Конденсатор С5, подключенный к выводам лампы 1 и 5, полностью через нее разряжается. Величина емкости конденсатора определяет яркость вспышки.

Применяемый тиристор VD8 имеет максимально допустимое напряжение анод-катод 300 В. Установленный резистор R6 совместно с резистором R5 образуют делитель, исключающий подачу напряжения более 300 В. При использовании более высоковольтного тиристора резистор R6 нужно исключить.

Для защиты по питанию установлен предохранитель на 5А, а от неправильного подключения полярности диод VD9. VD11 индицирует о подключении стробоскопа к аккумулятору.

Конструкция и детали стробоскопа

Вся схема стробоскопа собрана в двух половинчатом пластмассовом корпусе размером 4,5×7,5×16 см. Для выхода света от импульсной лампы в торцевой стенке сделано круглое отверстие, в которое вставлена линза в оправке. Это не обязательно, окошко можно закрыть для защиты от попадания внутрь стробоскопа грязи любым прозрачным материалом, например органическим стеклом. Лампа, для уменьшения световых потерь, на половину обвернута станиолевой фольгой.

Автомобильный стробоскоп, фото размещения платы и свето импульсной лампы в корпусе стробоскопа.

Все детали стробоскопа, кроме лампы, собраны на печатной плате, представленной ниже на фотографии.

Автомобильный стробоскоп, печатная плата и схема размещения элементов на печатной плате.

Импульсный трансформатор стробоскопа Т1 имеет две обмотки. Первичная обмотка имеет отвод от середины. При намотке нужно отмерять необходимую длину провода диаметром 0,3-0,5 мм, сложить его вдвое и намотать 24 витка. Затем начало одной обмотки соединить с концом другой, это будет средняя точка. Вторичная обмотка мотается проводом диаметром 0,15-0,25 мм в количестве 638 витков. Для изготовления трансформатора ферритовый сердечник с катушкой можно использовать от понижающего трансформатора неподлежащего ремонту импульсного блока питания АТ или АТХ компьютера, предварительно удалив все обмотки.

Импульсный трансформатор поджига Т2 мотается на ферритовом кольце диаметром 15-20 мм проницаемостью от 1000 до 3000 НМ. Первичная обмотка мотается проводом 0,3 мм и имеет 4 витка. Вторичная обмотка мотается проводом диаметром 0,1 мм в шелковой изоляции и количеством витков 500. Большое количество витков вторичной обмотки взято не случайно, при больших оборотах двигателя конденсатор С6 не успевает полностью заряжаться и напряжение поджига уменьшается. Благодаря запасу обеспечивается достаточное напряжение для поджига. Перед намоткой ферритовое кольцо нужно обязательно покрыть изоляционной лентой для исключения повреждения изоляции провода. Перед покрытием изоляцией необходимо мелкой наждачной бумагой, сточить острые грани по окружностям кольца. После намотки, для исключения межвиткового пробоя изоляции при высокой влажности, обмотки трансформатора пропитаны воском.

Катушка индуктивного датчика стробоскопа намотана на ферритовом кольце диаметром 40 мм с проницаемостью от 1000 до 3000 НМ. На кольцо равномерно по всей окружности намотано 35 витков провода диаметром 0,8 мм. Сверху обмотка покрыта слоем изоляционной ленты.

Автомобильный стробоскоп, датчик момента образования искры.

Диаметр ферритового кольца выбран исходя и возможности продевания через катушку высоковольтного провода, идущего к автомобильной свече. Но практика применения стробоскопа показала, что он начинает устойчиво работать, если просто катушку приложить к высоковольтному проводу.

К аккумулятору стробоскоп подключается с помощью двух зажимов типа «крокодил». Для безошибочного подключения на крокодилах нанесена маркировка полярности.

Автомобильный стробоскоп, зажим типа «крокодил»

Конденсаторы С5 и С6 типа К73-17. Импульсная лампа EL1 типа ИСШ-15, является маломощным строботроном, срок ее службы более 300 часов. Она специально разработана для стробоскопов.

Автомобильный стробоскоп, импульсная лампа ИСШ-15 в корпусе стробоскопа.

В отличии от ИФК-120, лампа ИСШ-15 имеет больший ресурс и может работать на более высоких частотах. При отсутствии ИСШ-15, можно использовать ИФК-120.

Для удобства работы при установке угла опережения зажигания в автомобиле, в стробоскоп вмонтирован двух диапазонный аналоговый тахометр с растянутой шкалой.

Автомобильный стробоскоп, аналоговый двух шкальный тахометр.

Настройка стробоскопа

Если не допущены ошибки в печатной плате и исправны элементы схемы, то настраивать нечего не нужно. Стробоскоп сразу заработает. Для упрощения поиска возможных ошибок целесообразно плату собирать узлами с последующей их проверкой. Сначала запаивается микросхема TL494, ее обвязка С1, R1- R3, С4 и VD9. Подается напряжение и проверяется осциллографом наличие прямоугольных импульсов на выводах 9 и 10 микросхемы. Далее устанавливаются все детали, расположенные на схеме левее лампы, подается питание и замеряется напряжение на С5, которое должно быть 300-400 В. Дале запаиваются все остальные элементы. Подается питающее напряжение, при замыкании анода с катодом тиристора VD8 должна происходить вспышка лампы. Для проверки работы стробоскопа можно рядом с катушкой L1 пощелкать пьезоэлектрической зажигалкой. При каждом щелчке лампа стробоскопа должна вспыхивать.Если есть генератор, то вместо катушки нужно подключить его выход. Стробоскоп будет мигать с частотой генератора. 800 оборотов двигателя в минуту соответствует частоте генератора около 13 Гц.

Для перевода оборотов двигателя в частоту нужно число оборотов в минуту поделить на 60 (количество секунд в минуту), но гораздо удобнее воспользоваться табличными данными.

Таблица перевода оборотов вращения двигателя в частоту
Обороты двигателя, оборотов в минуту 6008001000120015001800200025003000350040004500500055006000
Частота вращения, Гц 1013332025303341505866758391100

Как пользоваться стробоскопом

Для запуска стробоскопа в работу нужно при отключенном двигателе автомобиля продеть в кольцо индуктивного датчика стробоскопа снятый со свечи первого цилиндра высоковольтный провод и одеть его опять на свечу. Подключить, соблюдая полярность, крокодилы к клеммам аккумулятора. Запустить двигатель автомобиля и включить стробоскоп выключателем. При этом должен засветиться светодиод VD11 и засверкать в такт искре лампа стробоскопа EL1.

Вспышки стробоскопа имеют высокую яркость, что позволяет видеть метку на маховике двигателя при установке угла опережения зажигания даже в солнечную погоду.

Ответы на вопросы посетителя сайта по настойке стробоскопа

Посетитель сайта Юрий, повторил схему стробоскопа и остался доволен его работой. От изготовления стробоскопа на базе сверх ярких светодиодов его остановила цена светодиодов. При настройке стробоскопа у Юрия возник ряд, на которые я давал ответы в ходе переписки. Ответами на вопросы из переписки, с разрешения Юрия, с которыми могут столкнуться автолюбители, желающие повторить схему представленного стробоскопа, решил дополнить эту статью.

Вопрос Ответ
Можно ли заменить тиристор КУ103В тиристором ВТ169G? Да, можно заменить на ВТ169D или ВТ169G. Так как максимальное напряжение анод-катод у ВТ169 не менее 400 В, то резистор R6 можно не ставить, он установлен для защиты КУ103В.
При шунтировании анода и катода тиристора лампа вспыхивает, но при открытии-закрытии транзистора вручную лампа не реагирует. Тиристор или транзистор неправильно запаян или неисправен. Номиналы резисторов не соответствуют схеме.
Для выявления причины нужно отключить от управляющего электрода тиристора все элементы. В таком случае тиристор должен быть закрыт. Если к управляющему электроду присоединить через резистор по схеме R7 номиналом 27 кОм, то тиристор должен открываться. Если открывается, то виноват транзистор. Если тиристор не открывается, то можно уменьшить номинал резистора вплоть до 1 кОм, если открыть его, таким способом не удается, значит, тиристор неисправен.
Тиристор исправен, при прикосновении к управляющему электроду тиристора лампа вспыхивала однократно, получалось как сенсорное. Мне не понятно как закрывается тиристор, возможно, он запирается потенциалом управляющего электрода? Тиристор сам закрывается только тогда, когда напряжение анод-катод станет меньше определенного для каждого типа тиристора. Поэтому, когда конденсатор С6 разрядится, тиристор сам закроется. Резистор R8 выполняет функцию защиты транзистора от возможных высоковольтных импульсов и одновременно предотвращает случайное открытие тиристора от этих же импульсов.
На конденсаторе я добился напряжения 400 В при частоте генерации 200 кГц (поставил полевые транзисторы как указано в статье) но при емкости С5 - 1 мкФ яркость вспышки незначительна (лампа ИФК-120), при увеличении С5 до 10 мкФ стало слепить. Понимаю, что увеличение емкости приведет к неполному ее заряду на высоких оборотах, какую емкость оставить? По поводу высокого напряжения, его можно поднять хоть до киловольта, намотав больше витков вторичной обмотки, при этом яркость вспышки возрастет соответственно. Но величина напряжения не должна превышать допустимого для лампы. Поэтому лучше намотать больше витков, чем увеличивать емкость, а емкость уже подобрать исходя из максимальных оборотов, которые нужно контролировать.
По паспорту лампа ИФК-120 номинальное напряжение 300±20 В, т.е. не стоит увеличивать напряжение более имеющихся уже 400 В? Не стоит, так как повышенное напряжение может вызвать самопроизвольные вспышки лампы.
Из характеристик тиристора BT169G - отпирающее управляющее напряжение 0,5-0,8 В , т.е. когда транзистор VT3 открыт схема должна обеспечивать напряжение на его коллекторе относительно земли менее 0,5 В что бы тиристор оставался закрытым? Да.
При закрытом транзисторе соответственно напряжение на его коллекторе и на управляющем электроде тиристора должно превысить 0,5 В, но не более 0,8 В дабы не спалить управляющий переход тиристора? Да, в цепи управляющего электрода тиристора стоит резистор R7, который ограничит величину тока, тем самым, исключая возможность увеличения напряжения более 0,8 В.
Играет ли роль какой стороной будет одеваться ферритовое кольцо на высоковольтный провод, или для этого и установлен в схеме VD10? Не играет, диод для этого и стоит.
Есть ли смысл заменить VT10 на полевой транзистор? В данном случае в этом нет необходимости, полевые транзисторы боятся статического электричества и без необходимости их лучше не применять.
Изменения, которые внес Юрий при повторении схемы стробоскопа. Лампу EL1 ИСШ-15 заменил на ИФК-120. Транзисторы VT1 и VT2 типа КТ817Б заменил полевыми IRFZ44N, VT3 типа КТ3102 на BC547. Тиристор КУ103В на ВТ169G. Резистор R8 c 820 Ом увеличил до 2 кОм, конденсатор С5 увеличил до 10 мкФ.

Отзыв Юрия о работе стробоскопа сделанного своими руками: «Работа стробоскопа проверена на автомобиле, работает отлично, яркость вспышки великолепная!!!»

Каталог@Mail.ru - каталог ресурсов интернет Яндекс.Метрика