Микропроцессорное проектирование системы климат контроля автомобиля

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Целью данного курсового проекта является разработка собственной системы климат-контроля автомобиля. Полученные знания в ходе изучения курса "Проектирование микропроцессоров" позволяют создать устройство с использованием сложных цифровых микросхем. Благодаря этому можно получить изделие с наименьшим числом различных компонентов, так как почти все функции способен реализовать микроконтроллер. С моей точки зрения самое главное в нашем проекте - написание программного обеспечения. От правильности алгоритма напрямую зависит работа микроконтроллера, а значит всего устройства в целом.

1. Приницип работы основных элементов системы управления микроклиматом

Рисунок 1. Система управления микроклиматом

Элементы электрической системы.

1. Регулятор скорости вентилятора обдува

2. Регулятор распределения воздуха

3. Регулятор температуры (отопления и охлаждения).

Система управления микроклиматом (другое название - климат-контроль) предназначена для создания комфортных условий для водителя и пассажиров. Она поддерживает температуру воздуха и влажность в салоне автомобиля в пределах диапазона, который наиболее комфортен для людей, находящихся внутри, и подает чистый свежий воздух для вентиляции. Комфортная температура внутри автомобиля помогает водителю сохранять бдительность и быть внимательным.

Рисунок 2. Элементы системы распределения воздуха

1. Дефлекторы антиобледенения.

2. Каналы распределения воздуха.

3. Впуск наружного воздуха.

4. Вентиляционные дефлекторы на уровне лица.

5. Вентиляционный дефлектор на уровне пола.

6. Панель приборов.

Система кондиционирования воздуха (A/C) и система отопления вместе известны как система отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC). Система HVAC управляет теплом, температурой, распределением воздуха и удалением влаги. Система HVAC для направления потока наружного воздуха или воздуха, параметры которого отрегулированы системой управления микроклиматом, в салон автомобиля использует систему распределения воздуха, состоящую из каналов, вентиляционных дефлекторов и заслонок. Электрическая система обеспечивает управление системой HVAC со стороны оператора.

Рисунок 3. Элементы системы кондиционирования воздуха

1. Компрессор системы кондиционирования воздуха.

2. Муфта компрессора системы кондиционирования воздуха в сборе.

3. Конденсатор.

4. Магистрали хладагента системы кондиционирования воздуха.

5. Терморегулирующий вентиль (расширительный клапан) или капиллярная трубка постоянного сечения (трубопровод с жиклером).

6. Ресивер-осушитель или аккумулятор-осушитель.

7. Испаритель.

Система HVAC в автомобиле разделяется на четыре тесно взаимосвязанных подсистемы:

- Система A/C.

- Система отопления.

- Система вентиляции и распределения воздуха.

- Электрическая система.

Система кондиционирования воздуха.

Элементы контура хладагента.

Подобно жидкости в системе охлаждения двигателя, хладагент в системе кондиционирования воздуха поглощает тепло, переносит его и отдает наружному воздуху. Чтобы сделать это, в системе A/C используется множество элементов, служащих для передачи тепла.

Испаритель располагается около салона автомобиля. Испаритель забирает тепло из салона автомобиля и передает тепло хладагенту. Хладагент входит в испаритель в виде холодного, находящегося под низким давлением жидкого тумана, который циркулирует по испарителю, что во многом подобно тому, как охлаждающая жидкость циркулирует через радиатор двигателя. Электрический вентилятор обдува прогоняет теплый воздух из салона автомобиля над поверхностью испарителя. Хладагент поглощает тепло, когда он переходит из жидкого состояния в газообразное. Затем хладагент в виде теплого, находящегося под низким давлением газа выходит из испарителя, унося тепло.



Рисунок 4. Работа испарителя

Компрессор.

Компрессор - это насос хладагента для системы A/C. Приводной ремень и шкив соединяют компрессор с коленчатым валом двигателя, который дает энергию для работы компрессора.

Компрессор втягивает теплый, находящийся под низким давлением газ из испарителя, и значительно поднимает давление и температуру газа. Газ передается к конденсатору. Компрессор работает только с газообразным хладагентом. Наличие жидкого хладагента в компрессоре ведет к повреждению компрессора. Компрессоры обеспечивают всасывание и создают давление. Поршни или другие внутренние элементы компрессора создают давление и обеспечивают всасывание, перемещая хладагент. Всасывающий порт позволяет компрессору втягивать газ, поступающий из испарителя. Затем компрессор сжимает газ и выпускает его через выпускной порт в магистрали хладагента и далее к конденсатору. Муфта в сборе позволяет включать и выключать компрессор, используя электрические органы управления HVAC. Предохранительный клапан защищает систему от чрезмерного давления хладагента. Если давление в системе становится слишком высоким, клапан открывается и хладагент выпускается в атмосферу.

Рисунок 5. Элементы компрессора

1. Всасывающий порт.

2. Выпускной порт.

3. Шкив.

4. Муфта в сборе.

5. Предохранительный клапан.

Конденсатор.

Конденсатор располагается перед радиатором. Конденсатор получает горячий, находящийся под высоким давлением газообразный хладагент из компрессора и передает тепло наружному воздуху. Подобно испарителю, конденсатор пропускает хладагент через систему труб и пластин.

Вентилятор прогоняет наружный воздух вдоль поверхности конденсатора, позволяя горячему хладагенту передавать свое тепло воздуху. Когда хладагент охлаждается, он превращается из газа высокого давления в жидкость высокого давления. Эффективность конденсатора - это критичный показатель для работы A/C. Наружный воздух должен поглощать накопленное тепло из салона автомобиля плюс дополнительное тепло, которое возникает в результате сжатия газа. Чем большее количество тепла переносится конденсатором, тем большее охлаждение может обеспечить испаритель. Больший по объему конденсатор и более эффективный вентилятор будут существенно уменьшать температуру в салоне.

Рисунок 6. Работа конденсатора

1. Горячий газообразный хладагент, находящийся под высоким давлением

2. Горячий жидкий хладагент, находящийся под высоким давлением

3. Теплый жидкий хладагент, находящийся под высоким давлением

Ресивер-осушитель.

Ресивер-осушитель, используемый в системе A/C с терморегулирующим вентилем, располагается около выхода конденсатора на стороне высокого давления и служит для фильтрации влаги и примесей из жидкого хладагента, а также в качестве емкости для хранения хладагента. Ресивер-осушитель может иметь электрические органы управления и сервисные порты для обеспечения работы и обслуживания системы.



Рисунок 7. Элементы ресивера-осушителя

1. Магистраль к испарителю.

2. Магистраль от конденсатора.

3. Реле давления.

4. Сервисный порт на стороне высокого давления.

Аккумулятор-осушитель.

Аккумулятор-осушитель используется в системе A/C с капиллярной трубкой постоянного сечения. Аккумулятор располагается на стороне низкого давления системы A/C после испарителя, перед компрессором. Функции аккумулятора-осушителя во многом подобны функциям ресивера-осушителя в системе с терморегулирующим клапаном.

Рисунок 8. Аккумулятор-осушитель

1. Трубка хладагента.

2. Фильтр.

Терморегулирующий вентиль.

Терморегулирующий вентиль (другое название - расширительный клапан) регулирует расход хладагента на пути к испарителю. Чтобы добиться максимальной эффективности охлаждения, прежде чем жидкий хладагент войдет в испаритель, его давление должно быть снижено.

При более низком давлении температура хладагента и температура его кипения падают, что позволяет хладагенту поглощать большее количество тепла, когда он проходит через испаритель. Термобаллон на испарителе посылает информацию о температуре испарителя через капилляр. Эта трубка подсоединяется к мембране в терморегулирующем вентиле. Если испаритель становится слишком холодным, мембрана тянет иглу вверх, закрывая клапан и ограничивая расход хладагента. При повышении температуры испарителя мембрана толкает иглу вниз, открывая клапан и позволяя проходить большему количеству хладагента.

Рисунок 9. Терморегулирующий вентиль

1. Мембрана.

2. Капилляр.

3. Термобаллон.

4. Клапан.

5. Игла.

Капиллярная трубка постоянного сечения.

Подобно терморегулирующему вентилю капиллярная трубка постоянного сечения (другое название - трубопровод с жиклером) разделяет стороны высокого и низкого давления системы A/C. Капиллярная трубка имеет фиксированное сечение. Скорость потока хладагента через отверстие определяется циклированием компрессора.

Рисунок 10. Элементы капиллярной трубки постоянного сечения

1. Магистраль хладагента.

2. Жидкий хладагент, находящийся под высоким давлением и идущий из конденсатора.

3. Фильтрующая сетка.

4. Калиброванное отверстие.

5. Жидкий хладагент, находящийся под низким давлением и идущий к испарителю.

Циркуляция хладагента в системе кондиционирования воздуха с терморегулирующим вентилем.

В системах A/C автомобилей используются физические законы переноса и передачи тепла. Автомобильные системы A/C могут быть или системами с капиллярной трубкой постоянного сечения или системами с терморегулирующим вентилем. Система A/C разделяется на две части: сторону низкого давления и сторону высокого давления. На стороне низкого давления хладагент кипит или испаряется, а на стороне высокого давления - конденсируется. По мере того как хладагент совершает полный цикл, он подвергается двум изменениям в давлении и изменениям агрегатного состояния. Систему A/C можно разделить на четыре секции.

Горизонтальная линия на рисунке разделяет контур на "сторону высокого давления" сверху и "сторону низкого давления" снизу. Сторона высокого давления начинается с выпускного порта компрессора, проходит через конденсатор и ресивер-осушитель и заканчивается в терморегулирующем вентиле. Когда хладагент выходит из терморегулирующего вентиля, его давление падает, и он входит на сторону низкого давления. Сторона низкого давления проходит через испаритель и входит во впуск компрессора. Вертикальная линия на рисунке отмечает места, где хладагент изменяет свое состояние. На левой стороне контура хладагент имеет газообразную форму; на правой стороне - жидкую.

Рисунок 11. Циркуляция хладагента

1. Компрессор.

2. Конденсатор.

3. Тепло в атмосферу.

4. Ресивер-осушитель.

5. Терморегулирующий вентиль.

6. Тепло из салона автомобиля.

7. Испаритель.

Циркуляция хладагента (компрессор).

Циркуляция хладагента начинается в компрессоре. Компрессор втягивает газообразный хладагент (пар), находящийся под низким давлением (приблизительно 206 кПа (30 psi)), из испарителя и сжимает его приблизительно до 1 207 кПа (175 psi). Приводной ремень, получающий движение от двигателя, поворачивает шкив компрессора, который быстро вращает компрессор, когда включена электромагнитная муфта компрессора. Система контролирует давление хладагента и активизирует компрессор только тогда, когда это необходимо. Компрессор выводит пар через выпускной порт в направлении конденсатора. Терморегулирующий вентиль подобен заглушке в контуре, которая позволяет расти давлению на стороне высокого давления системы. Этот горячий, находящийся под высоким давлением, газообразный хладагент несет тепло, принятое в испарителе, а также дополнительное тепло, возникающее вследствие увеличения давления, обеспечиваемого компрессором. В этот момент температура хладагента может достигать 54 єC (130 єF).

Рисунок 12. Поток хладагента

1. Компрессор.

2. Конденсатор.

3. Ресивер-осушитель.

4. Терморегулирующий вентиль.

5. Испаритель.

Циркуляция хладагента (конденсатор) Горячий, находящийся под высоким давлением газообразный хладагент (пар) из компрессора входит в конденсатор под высоким давлением, равным приблизительно 1 206 кПа (175 psi), также поднимая температуру кипения хладагента. Кроме того, разница между температурой наружного воздуха и температурой хладагента также велика, поэтому хладагент быстро отдает тепло воздуху, проходящему над поверхностью конденсатора. Горячий газ при температуре приблизительно 54 єC (130 єF) быстро охлаждается ниже своей высокой температуры кипения. Когда пар конденсируется, переходя в жидкую форму, он высвобождает большое количество тепла или скрытой теплоты конденсации. Воздушный поток через конденсатор уменьшается, когда автомобиль неподвижен или находится в движении по городскому циклу ("остановка-трогание"). Чтобы компенсировать это, большинство систем A/C имеют электрический вентилятор, позволяющий, когда необходимо, подавать дополнительный поток воздуха.

Рисунок 13. Поток хладагента

1. Компрессор.

2. Конденсатор.

3. Ресивер-осушитель.

4. Терморегулирующий вентиль.

5. Испаритель.

Циркуляция хладагента (ресивер-осушитель).

После прохождения через ресивер-осушитель, который удаляет влагу и загрязняющие примеси, хладагент затем входит в терморегулирующий вентиль. Терморегулирующий вентиль ограничивает расход хладагента, позволяя проходить через него к испарителю только малому количеству. Давление хладагента на стороне высокого давления терморегулирующего вентиля может достигать 1 723 кПа (250 psi) или больше. Терморегулирующий вентиль уменьшает это давление приблизительно до 206 кПа (30 psi) на стороне низкого давления. При этом низком давлении температура жидкого хладагента падает от приблизительно 54 єC (130 єF) до приблизительно -1 єC (30 єF), и уменьшается его температура кипения. Когда хладагент проходит через терморегулирующий вентиль, он распыляется или превращается в мелкие частицы, капельный туман. Этот процесс увеличивает площадь поверхности хладагента и поэтому он легко поглощает тепло, когда проходит через испаритель.

Рисунок 14. Поток хладагента

1. Компрессор.

2. Конденсатор.

3. Ресивер-осушитель.

4. Терморегулирующий вентиль.

5. Испаритель.

Циркуляция хладагента (испаритель) Когда хладагент входит в испаритель, он представляет собой холодный, находящийся под низким давлением капельный туман. При этой низкой температуре (приблизительно -1 єC (30 єF)) хладагент легко забирает тепло из салона автомобиля. Электрический вентилятор обдува прогоняет теплый воздух салона через испаритель, где воздух отдает свое тепло и возвращается в салон автомобиля уже охлажденным. Т.к. температура кипения хладагента ниже, он быстро превращается в газ, что позволяет ему запасать большее количество тепла в качестве скрытой теплоты парообразования. После принятия тепла в испарителе, газообразный хладагент втягивается в впускной порт компрессора, где он начинает новый цикл.

Рисунок 15. Поток хладагента

1. Компрессор.

2. Конденсатор.

3. Ресивер-осушитель.

4. Терморегулирующий вентиль.

5. Испаритель.

Система с капиллярной трубкой постоянного сечения.

Система с капиллярной трубкой постоянного сечения аналогична системе с терморегулирующим вентилем. Однако, т.к. капиллярная трубка имеет отверстие с фиксированным диаметром, трубка должна заполнять испаритель, чтобы правильно работать при всех условиях. Когда хладагент проходит через испаритель, большая его часть переходит в газообразную форму и затем идет к аккумулятору-осушителю. Аккумулятор-осушитель заменяет ресивер-осушитель, используемый в системе с терморегулирующим вентилем. Аккумулятор-осушитель отделяет жидкий хладагент от газообразного хладагента и удаляет влагу и загрязняющие примеси. Он предотвращает возвращение жидкого хладагента в компрессор и позволяет выдерживать более высокие тепловые нагрузки, удерживая остающуюся жидкость.

Рисунок 16. Элементы системы с капиллярной трубкой постоянного сечения

1. Компрессор.

2. Конденсатор.

3. Аккумулятор-осушитель.

4. Капиллярная трубка постоянного сечения.

5. Испаритель.

Система отопления

Рисунок 17. Элементы системы отопления

1. Сердцевина отопителя.

2. Радиатор.

3. Двигатель пластинами.

Система отопления работает вместе с системой охлаждения двигателя, чтобы отдавать теплоту двигателя салону автомобиля. Главные элементы системы отопления - это двигатель, шланги отопителя, сердцевина отопителя, электрический вентилятор обдува и устройство выключения подачи тепла. Горячая охлаждающая жидкость двигателя перемещается насосом охлаждающей жидкости по шлангам отопителя к сердцевине отопителя. Сердцевина отопителя подобна радиатору двигателя. Сердцевина отопителя подобно испарителю A/C имеет трубки с пластинами. Сердцевины отопителя обычно устанавливаются в тандеме рядом с испарителями A/C и используют тот же самый электровентилятор и систему распределения воздуха. Тепло от охлаждающей жидкости передается воздуху, прогоняемому через отопитель электровентилятором обдува. Нагретый воздух затем распространяется по автомобилю системой распределения воздуха.

Система распределения воздуха.

HVAC - это объединенный блок, предназначенный для отопления и кондиционирования воздуха. Система отопления и A/C, управляя температурой и влажностью, создает желаемую зону комфорта в салоне автомобиля. При изменении погодных условий система должна производить изменения в температуре и желательном направлении воздушного потока из вентиляционных дефлекторов на панели приборов. Оператор может выбирать отопление или охлаждение и направлять этот воздух к вентиляционным дефлекторам панели приборов, используя температурные смесительные заслонки, заслонки свежего воздуха и заслонки вентиляционных дефлекторов/ заслонки на уровне лица, расположенные за панелью приборов.

Рисунок 18. Распределение воздуха

1. Антиобледенение.

2. Вентиляционные дефлекторы на уровне лица.

3. Вентиляционные дефлекторы на уровне пола.

Система вентиляции

Рисунок 19. Система вентиляции

Воздушный поток системы вентиляции автомобиля Система вентиляции подает свежий воздух в салон автомобиля. Воздух, входящий в соответствующем месте в передней части автомобиля, прогоняется через салон автомобиля и выходит наружу через выпускные отверстия в проемах дверей или через другие выпускные отверстия. Система вентиляции имеет определенные органы управления, позволяющие воздуху проходить или не проходить через автомобиль в зависимости от настройки системы распределения воздуха. Система вентиляции использует систему HVAC для подачи вентилируемого воздуха в салон автомобиля. В некоторых автомобилях для удаления пыли и пыльцы со стороны воздухозабора системы вентиляции используется воздушный фильтр.

Система вентиляции с распределением воздуха.

Вентилятор обдува прогоняет воздух через заслонку свежего/ рециркулируемого воздуха. В зависимости от параметров настройки системы распределения воздуха, вентилятор прогоняет воздух через испаритель для обеспечения охлаждения, отопления или комбинации обоих процессов. Вентилятор обдува имеет регулировку скорости для управления скоростью воздушного потока.



Рисунок 20. Работа вентилятора обдува

1. Сердцевина отопителя.

2. Испаритель.

3. Вентилятор обдува.

Заслонка свежего/ рециркулируемого воздуха Воздух сначала входит в систему через заслонку свежего/ рециркулируемого воздуха. Система втягивает наружный воздух в систему распределения воздуха или за счет скоростного напора при движении автомобиля или с помощью вентилятора. При нормальной работе выбор подачи свежего воздуха обеспечивает подачу свежего воздуха к испарителю A/C и сердцевине отопителя. Если оператор выбирает рециркуляцию воздуха, находящегося внутри автомобиля, заслонка свежего воздуха закрывает канал поступления свежего воздуха, и обеспечивается рециркуляция холодного, осушенного воздуха или нагретого воздуха из системы HVAC.

Рисунок 21. Элементы управления заслонкой

1. Сердцевина отопителя.

2. Испаритель.

3. Заслонка свежего/ рециркулируемого воздуха.

4. Заслонка свежего воздуха.

5. Управление рециркуляцией воздуха.

Температурная смесительная заслонка.

Температурная смесительная заслонка управляет воздушным потоком, идущим к испарителю и сердцевине отопителя. Когда система настроена в положение охлаждения, температурная смесительная заслонка блокирует весь воздушный поток, идущий к сердцевине отопителя. Когда заслонка частично открыта, воздух, выпускаемый в салон автомобиля, представляет собой комбинацию нагретого воздуха, ненагретого воздуха и охлажденного воздуха.

Рисунок 22. Работа температурной смесительной заслонки

1. Сердцевина отопителя.

2. Испаритель.

3. Температурная смесительная заслонка.

Заслонка антиобледенения.

Заслонка антиобледенения направляет весь воздушный поток к лобовому стеклу. Когда оператор выбирает положение антиобледенения, заслонка, блокирующая каналы антиоледенения, открывается, а другие заслонки для на уровне пола и верхних вентиляционных дефлекторов закрываются. Эта настройка обеспечивает максимальный воздушный поток к зоне лобового стекла.

Рисунок 23. Работа заслонки антиобледенения

1. Вентиляционные заслонки закрыты.

2. Сердцевина отопителя.

3. Испаритель.

4. Заслонка антиобледенения.

Система вентиляции с распределением воздуха (продолжение)

Заслонки отопления/ вентиляции на уровне лица Заслонки вентиляционных дефлекторов на уровне лица направляют воздух или к вентиляционным дефлекторам на уровне пола или к верхним вентиляционным дефлекторам. Если оператор выбирает положение вентиляции/ отопления по нескольким уровням, воздушный поток идет к обоим комплектам вентиляционных дефлекторов.



Рисунок 24. Работа заслонок вентиляционных дефлекторов на уровне лица

1. Заслонки вентиляционных дефлекторов.

2. Сердцевина отопителя.

3. Испаритель.

4. Заслонка антиобледения.

Органы управления распределением воздуха

Рисунок 25. Тросовое управление заслонками

1. Привод заслонки вентиляционных дефлекторов на уровне пола/ антиобледенения.

2. Трос выбора режимов.

3. Температурный трос.

4. Заслонки вентиляционных дефлекторов на уровне пола/ антиобледенения.

5. Органы управления на панели приборов Заслонки распределения воздуха могут управляться, используя стальные или проволочные тросы, вакуум от двигателя или электрический привод.

Органы управления заслонками системы распределения воздуха тросового типа. Наиболее распространенной формой управления заслонкой распределения воздуха является трос. В этом типе управления используется рычаг или рукоятка, которая поворачивается в центре и имеет с одного конца подсоединенный трос. Когда рычаг или рукоятка перемещается, трос тянет или толкает рычаг, который связывается с управляемой заслонкой. Этот тип органа управления может использоваться на любой из распределительных заслонок. Органы управления заслонками системы распределения воздуха с вакуумным двигателем.

Вакуумные двигатели также управляются за счет изменения положения рукояток или рычагов. Когда рычаг или рукоятка нажимается или вытягивается, вакуум может проходить, преодолевая усилие резиновой диафрагмы внутри вакуумного двигателя. При наличии вакуума с одной стороны резиновой диафрагмы и атмосферного давления с противоположной стороны диафрагма воздействует на шток, присоединенный к ней, и открывает или закрывает заслонку распределения воздуха.



Рисунок 26. Органы управления вакуумной системы

1. Вакуумная магистраль.

2. Вакуумный двигатель.

3. Заслонка воздуховода впуска воздуха.

Электронные органы управления исполнительными устройствами, органы управления заслонками системы распределения воздуха.

Электронные исполнительные устройства обеспечивают точное перемещение органов управления заслонками распределения воздуха и могут обеспечивать обратную связь с компьютером, управляющим ими. Для активизации электронных исполнительных устройств заслонок могут использоваться кнопки, рычаги или рукоятки.



Рисунок 27. Электронные органы управления заслонками

1. Электродвигатель исполнительного устройства заслонки с электронным управлением.

2. Шарнир температурной смесительной заслонки.

3. Рычаг исполнительного устройства.

Электрическая система управления

Рисунок 28. Элементы электрической системы управления

1. Регулятор вентилятора обдува.

2. Термостатический переключатель.

3. Переключатель циклирования давления/ реле высокого и низкого давления.

4. Электронный модуль управления микроклиматом.

5. Компрессор A/C.

6. Электродвигатель вентилятора обдува.

7. Электронное исполнительное устройство заслонки.

Электрическая система управления предоставляет оператору возможность управления скоростью электровентилятора, температурой воздуха на выпуске, распределением воздуха и органами управления системы HVAC и защитными устройствами.

Регулятор вентилятора.

Регулятор вентилятора управляет включением и выключением электровентилятора обдува и также может использоваться для управления скоростью вентилятора обдува или расходом в системе распределения воздуха. Одна сторона регулятора подключена к аккумулятору, а другая сторона регулятора вентилятора обдува посылает напряжение к электродвигателю вентилятора, когда пользователь, находящийся в автомобиле, перемещает регулятор во включенное положение.

Рисунок 29. Регулятор вентилятора обдува и органы управления

Электродвигатель вентилятора обдува.

Электродвигатель вентилятор обдува после получения электроэнергии от регулятора вентилятора обдува вращает вентилятор, который прогоняет воздух через сердцевину отопителя и испаритель, охлаждая или нагревая проходящий воздух в зависимости от параметров настройки температуры. Затем воздух идет к системе распределения воздуха.

Рисунок 30 Элементы электровентилятора обдува.

1. Испаритель.

2. Впуск хладагента в испаритель.

3. Выпуск хладагента из испарителя.

4. Электродвигатель вентилятора обдува в сборе.

Органы управления муфтой компрессора кондиционера воздуха.

Компрессор кондиционера воздуха, чтобы иметь возможность предотвращения повреждения и не допустить обледенения испарителя, должен иметь специальное устройство для включения и выключения компрессора. Муфта компрессора системы кондиционирования воздуха работает на электромагнитном принципе. Муфта позволяет компрессору включаться и выключаться, используя электрические сигналы. Когда муфта получает электропитание, создается электромагнитное поле, сила которого поджимает фрикционный диск к вращающемуся шкиву компрессора. Теперь компрессор связан посредством муфты с ремнем привода от двигателя. Приводной ремень компрессора A/C проворачивает вал компрессора, и начинается циркуляция хладагента.

Рисунок 31. Элементы муфты компрессора A/C

1. Фрикционный диск в сборе с муфтой.

2. Компрессор A/C.

3. Шкив, приводимый в движение ремнем.

Термостатический переключатель.

Электропитание от двухпозиционного (вкл./ выкл.) переключателя A/C, активизируемого водителем/ пассажиром автомобиля, перед подачей к муфте A/C проходит через термостатический переключатель. Если испаритель теплый и нет опасности его обледенения, энергия может проходить через термостатический переключатель к муфте компрессора A/C. Эта электроэнергия позволяет активизировать муфту и обеспечивать работу компрессора. Термостатический переключатель имеет длинный щуп, который заполняется веществом, которое расширяется или сжимается, будучи горячим или холодным. Расширение или сжатие размыкает или замыкает электрические контакты внутри переключателя. Термостатический переключатель не позволяет электроэнергии проходить через него и далее к муфте A/C, когда испаритель становится слишком холодным. Термостатический переключатель обычно используется в системах A/C с терморегулирующим вентилем. В некоторых системах для управления работой муфты компрессора вместо термостатического переключателя используются датчик температуры и электронный модуль управления.

Рисунок 32. Элементы термостатического переключателя

1. Входная силовая клемма.

2. Выходная силовая клемма.

3. Сенсорный щуп.

Переключатель циклирования давления.

Переключатель циклирования давления работает аналогично термостатическому переключателю. Он контролирует давление в аккумуляторе-осушителе или ресивере-осушителе и выключает подачу электрического питания к муфте компрессора A/C, если давление растет выше или падает ниже значений, установленных в спецификациях изготовителя.



Рисунок 33. Элементы переключателя циклирования давления

1. Впуск хладагента.

2. Переключатель циклирования давления.

3. Выпуск хладагента.

4. Аккумулятор-осушитель или ресивер-осушитель.

Реле высокого и низкого давления.

Реле высокого и низкого давления контролируют давление хладагента на сторонах высокого и низкого давления контура хладагента. Предохранительное реле высокого давления и

соответствующий клапан защищают систему от чрезмерного высокого давления, которое может вызвать разрушение элемента A/C. Реле давления на стороне низкого давления препятствует работе системы в том случае, если имеется недостаток хладагента. Смазочное масло в системе A/C течет вместе с хладагентом, и если давление хладагента падает, масло не может циркулировать и происходит повреждение системы. Оба реле, и на стороне низкого и на стороне высокого давления, разрешают или предотвращают прохождение электроэнергии к муфте компрессора A/C, соответственно обеспечивая или предотвращая работу компрессора.



Рисунок 34. Реле давления

1. Реле высокого давления.

2. Реле низкого давления.

Управление вентилятором обеспечения температуры конденсатора.

Орган управления вентилятором обеспечения температуры конденсатора контролирует температуру хладагента, проходящего через конденсатор. Если монитор определяет, что температура хладагента слишком высока, включается вентилятор обеспечения температуры охлаждающей жидкости двигателя и температура хладагента понижается. Хладагент охлаждается проходящим воздухом, который втягивается через конденсатор вентилятором охлаждающей жидкости двигателя.



Рисунок 35. Положение датчика вентилятора обеспечения температуры

1. Конденсатор.

2. Конденсатор датчика температуры.

2. Разработка схемы электрической принципиальной

Алгоритм работы простой и суть его в следующем:

1. Начальная инициализация портов и переменных;

2. Загрузка в регистры термостата начальных порогов температуры (заниженные);

3. Перевод DS1621 в режим термостатирования и выдачи температуры;

4. По таймеру: опрос состояния кнопок, запрос и вывод на индикатор текущей температуры. Для того чтобы включить режим поддержания заданной температуры нужно нажать кнопку "ON/OFF". При этом на индикаторе высветится "On" и на 1 сек. высветится порог заданной температуры, после чего загорится точка правого сегмента, и индикатор будет переведен на отображение температуры в салоне. Если температура в салоне выше заданного значения хотя бы на один градус, то DS1621 переведет управляющий вывод (3) в высокое состояние и через реле включит нагрузку - т.е. кондиционер. Точка при этом начинает мигать с низкой частотой. Как только температура упадет до значения заданного порога, то управляющий вывод будет переведен в низкое состояние, реле разомкнет контакты и кондиционер выключится. Точка будет гореть постоянно, сигнализируя о включенном состоянии термостатирования. Для установления температуры, которую будет держать термостат, служат кнопки "UP" и "DOWN". Ими можно менять значение от 18 до 40. Однократное нажатие любой из этих кнопок служит для просмотра значения запрограммированной температуры, после чего следует возврат в режим отображения температуры, если кнопка больше не нажималась.

Повторное нажатие кнопки "ON/OFF" выключает режим термостатирования и, если кондиционер включен, то реле разомкнет его контакты. При этом на индикаторе кратковременно высветится "Off".

Разработка структурной схемы/

Для рассматриваемой системы климатической установки используются датчики и (ЭБУ).

Рисунок 36. Структурная схема

1. датчик температуры наружного воздуха,

2. датчик температуры смешивающего воздуха,

3. датчик выходной температуры,

4. датчик уровня солнечного излучения (фотодиод),

5. Электронный блок управления.

Датчик, определяющий температуру всасываемого воздуха, является элементом ЭСУД - электронной системой управления двигателем. Находится прибор между корпусом воздушного фильтра и входом воздушного тракта, в корпусе ДМРВ - датчика массового расхода воздуха или в нижней части корпуса воздушного фильтра.

Датчик температуры воздуха (далее ДТВ) является термистором - полупроводниковым резистором, имеющим резко выраженную зависимость между температурой окружающего воздуха и электрическим сопротивлением. «Отрицательный температурный коэффициент» термистора означает, что при повышении температуры электрическое сопротивление становится меньше. Высокая температура вызывает низкое сопротивление - 70 Ом при 130°С, а низкая температура, наоборот, даёт высокое сопротивление - 100,7 кОм при -40°С.

С электронного блока управления (ЭБУ) на датчик температуры воздуха подаётся напряжение 5 вольт через резистор постоянного сопротивления, который находится в блоке ЭБУ. Температура входящего воздуха рассчитывается ЭБУ по величине падения напряжения на ДТВ с переменным сопротивлением. Значение температуры воздуха является параметром, который затрагивает почти все системы, управляемые ЭБУ. Однако, если в системе установлен ДМРВ, неверные показания или полная неисправность датчика температуры воздуха не особо влияют на работу двигателя, лишь немного «притупливая» характеристики ускорения движения автомобиля.

Если электрические цепи датчика неисправны, через некоторое время ЭБУ занесёт в память код ошибки и подключит контрольный сигнал на водительской панели управления «CHECK ENGINE», как визуальное предупреждение о неисправности в системе. Блок самостоятельно рассчитает температуру воздуха, используя сигнал с датчика температуры охлаждающей жидкости, или задаст значение по умолчанию, приблизительно 33°С.

Затем в память ЭБУ прописывается код ошибки 25 или 23, указывающие на неисправность в цепи, что важно для правильного ремонта - устранение неисправности электропроводки или замена вышедшего из строя датчика температуры воздуха, ориентируясь по карте диагностики.

Одной из самых распространённых неисправностей датчиков температуры, разработанных на основе полупроводникового термистора, является расхождение показаний температуры корпуса и его электрического сопротивления. Чтобы его исправить, необходимо знать, как работают датчики температуры воздуха на автомобиле. Как правило, описанная неисправность проявляет себя в резком увеличении электрического удельного сопротивления при незначительных изменениях температуры корпуса датчика. Также встречается обрыв в электрической цепи чувствительного элемента самого датчика.

Складывается ситуация, когда температура корпуса ДТВ изменяется в определённом узком диапазоне, а электрическое сопротивление несоразмерно увеличивается, растёт и значение напряжения, снимаемое с датчика. По этой причине, температура, рассчитанная электронным блоком управления, оказывается меньше, чем в действительности. Если разница в значениях температур окажется значительной, блок управления оценит это как подачу более холодного воздуха, снизит его поступление, одновременно добавив топлива так много, что двигатель будет глохнуть из-за малого процентного соотношения воздуха к большому количеству горючего. В этом случае, из-за переобогащённой смеси произойдёт залив свечей зажигания, пуск двигателя станет невозможен. Может, придётся даже поменять свечи.

Для выявления неисправности датчика температуры воздуха применяют омметр, сравнивая табличные значения электрического сопротивления и сопротивления, полученного в результате измерений прибором, при данной температуре.

Если необходимо проверить точность датчика и отсутствие искажений его сигнала на выходе, а вы не знаете, как работает датчик температуры воздуха на автомобиле, то с помощью осциллографа просмотрите выходное напряжение с клемм датчика по всем значениям его рабочих температур.

Сначала показания снимают с остывшего двигателя, затем записывается и проверяется осциллограмма напряжения на выходе с датчика во время прогрева автомобиля. Так, поэтапно, с ростом рабочей температуры двигателя производятся следующие проверки на соответствие напряжения и температуры, пока не включится вентилятор охлаждения или не заглохнет сам двигатель из-за неисправности проверяемого датчика.

Заменить отслуживший ДТВ достаточно просто и под силу даже новичку, а небольшая стоимость нового датчика позволит не экономить на этой операции.

Сегодня многие отечественные автомобили оборудованы системами кондиционирования воздуха, как заводской комплектации, так и установленными в специализированных центрах.

Система кондиционирования содержит уже несколько датчиков температуры воздуха - датчики внутренней и наружной температуры воздуха, датчик температуры испарителя. Принцип действия и устройство датчиков одинаковы - все они работают на полупроводниковых термисторах с одинаковыми техническими характеристиками, все имеют «отрицательный температурный коэффициент» - обратнопропорциональную связь между температурой корпуса датчика и его электрическим сопротивлением.

В салоне автомобиля установлен датчик температуры воздуха со встроенным малогабаритным вентилятором, который пропускает через себя воздух салона автомобиля, показывая его среднюю температуру. Причём внешнюю часть датчика, находящуюся вне салона, изготавливают из смолы, имеющей высокую теплоёмкость, что исключает воздействие резких температурных колебаний воздуха вне салона. К примеру, от поступления отработанных газов впереди идущего автомобиля или перегретого асфальтового покрытия дороги в летний сезон.

Датчик, показывающий температуру холодного воздуха, то есть дающий информацию о максимальной степени охлаждения забортного или внутрисалонного воздуха, устанавливается на выходном отверстии в испарителе, где и происходит испарение сжатого хладагента.

Датчики температуры.

В кондиционерах применяют несколько датчиков внутренней и наружной температуры воздуха, температуры испарителя, температуры охлаждающей жидкости двигателя. Во всех датчиках используются термисторы, причем термисторы датчиков внутренней и наружной температуры и температуры испарителя имеют одинаковые характеристики.

Датчик температуры воздуха в салоне содержит малогабаритный вентилятор, чтобы, пропуская через себя воздух салона, показывать его среднюю температуру. Внешняя часть датчика температуры воздуха вне салона изготавливается из смолы с высокой теплоемкостью, поэтому датчик не реагирует на резкие изменения температуры (например, из-за поступления отработавших газов от впереди идущего автомобиля) и показывает среднюю наружную температуру. Датчик испарителя устанавливается на выходном отверстии испарителя (в котором происходит испарение сжатого хладоагента) и показывает температуру охлажденного воздуха, т. е. дает информацию о максимально достижимой степени охлаждения. Датчик температуры охлаждающей жидкости расположен на выходе из системы охлаждения двигателя и показывает ее температуру. Он используется для установления наибольшей охлаждающей способности и включения в случае необходимости схемы подогрева

Датчик интенсивности солнечного излучения.

Датчик устанавливается над щитком приборов так, чтобы он воспринимал солнечные лучи. С помощью этого датчика определяется интенсивность солнечного излучения и учитывается нзменение температуры салона, вызванное солнечными лучами. Датчики могут быть двух видов -- с термистором и с фотодиодом VD-1. Фотодиод подбирается таким образом, чтобы он не реагировал на температуру окружающего воздуха, но обладал высокой чувствительностью к солнечным лучам.

Электронный блок управления.

Структура ЭБУ (В системе используются ЭБУ индикацией и ЭБУ, выполняющий регулирование. Оба блока выполнены на основе однокристальных микроЭВМ и обеспечивают управление путем обмена между собой выходными и входными сигналами. ЭБУ индикацией обрабатывает входные сигналы от различных переключателей заслонок и обеспечивает индикацию заданной температуры. ЭБУ, выполняющий регулирование, с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП), преобразует аналоговые сигналы различных датчиков температуры, установленных внутри и снаружи автомобиля, в цифровые сигналы, а также с помощью микроЭВМ вычисляет необходимую температуру воздуха на выпуске и в соответствии с условиями внутри и снаружи автомобиля вырабатывает сигналы для различных исполнительных механизмов.

Закон управления. Для поддержания определенного теплового баланса в салон подается воздух с температурой:

Тао = К1Т1 -- Кам Там -- KsSt -- С,

где К1, Кам. Ks и С -- постоянные коэффициенты; Т1 и Там -- температура воздуха соответственно внутри и снаружи салона; Sт -- интенсивность солнечного излучения.

DI и D2 -- датчихи температуры воздуха соответственно в салоне и вне салона; D3 -- датчик интенсивности солнечного излучения; D4 -- датчик испарителя; D5 -- датчик температуры охлаждающей жидкости

Чтобы температура воздуха в салоне была равна заданной, микроЭВМ вычисляет температурную поправку по формуле:

Тао = KsetTset-- KrTr-- КамТам -- KsSt-- С,

где Kset -- постоянный коэффициент; Tset -- заданная температура.

Степень открытия заслонки воздушного смесителя устанавливается на основании графика. По нему определяется степень открытия, соответствующая вычисленной температуре воздуха на выпуске. Регулирование температуры воздуха (от холодного до теплого) обеспечивается изменением состава смеси из охлажденного и нагретого потоков воздуха. Положение заслонки воздушного смесителя плавно регулируется от полностью открытого состояния до полностью закрытого мембраной сервомеханизма, приводимой в действие разрежением. Сервомеханизм связан с потенциометром, сигнал которого пропорционален степени открытия заслонки. В результате образуется сигнал обратной связи, позволяющий сделать близкими реальную и вычисленную степени открытия заслонки.

Аналого-цифровой преобразователь. ЭБУ автоматического кондиционера принимает сигналы от большого числа различных датчиков, в том числе датчиков температуры. Сигналы температурных датчиков представляют обычно аналоговые показатели, поэтому для обработки в цифровых схемах они преобразуются в дискретные значения с помощью АЦП. Такой преобразователь может быть выполнен в виде одной БИС или в виде схемы, использующей микроЭВМ. Преобразователь, выполненный на микро-ЭВМ 1, содержит регистр 2 для преобразования последовательных данных в параллельные, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 3 для преобразования параллельных данных в аналоговый сигнал и компаратор 4, который сравнивает выходной сигнал ЦАП с сигналом датчика.

Если разрешающая способность АЦП соответствует 8 разрядам, то разрядность параллельных данных будет также равна 8 и на выходе регистра сдвига появляется одно из 256 * 28 значений от (0000 0000).

Рисунок 37. Определение угла открытия заслонки воздушного смесителя: а -- закон управления смесителем (сплошная линия -- выключенный компрессор, прерывистая -- включенный); б -- хоррекция положения эаслонки до (1111 1111)

Напряжение, вырабатываемое этим ЦАП и пропорциональное определенному состоянию регистра, сравнивается в компараторе с напряжением, поступающим от датчика. Состояние регистра сдвига, при котором на выходе компаратора имеется низкий уровень напряжения L, соответствует цифровому представлению сигнала датчика.

В описанном способе преобразования можно обработать сигнал только одного датчика. Для аналого-цифрового преобразования сигналов от нескольких датчиков следует использовать мультиплексорные устройства.

Известно несколько способов построения ЦАП. Рассмотрим принцип действия ЦАП типа R = 2R. Сопротивление в точке F z учетом левого и верхнего резисторов равно R. Сопротивление в точке Е с учетом левых и верхних резисторов также равно R. Сопротивление влево от точки А будет равно 2R, а влево и вниз -- Л. В результате, если выключатель Ss подключен к уровню эталонного напряжения Uref, а остальные Sо -- S4 -- к массе, то потенциал Ua точки А будет равен 1/3 Uref, поскольку эталонное напряжение делится на резисторах 2R и R. (Напряжение на выходе равно Uout).

Рисунок 39. Аналого-цифровой преобразователь на основе микро ЭВМ

Другими словами, заменяя переключатели в этой схеме на регистр сдвига, получим аналоговый сигнал, значение которого пропорционально состоянию регистра сдвига.

терморегулирующий хладагент конденсатор ресивер

Список используемой литературы

1. Предко М. "Справочник по PIC микроконтроллерам".

2. Уилмсхерст Т. "Разработка встроенных систем с помощью микроконтроллеров.

3. Заец Н.И. "Радиолюбительские конструкции на PIC-микроконтроллерах. Книга 2".

4. Яценков В.С. Микроконтроллеры MicroChip. Практическое руководство.

5. Тавернье К. PIC-микроконтроллеры. Практика применения.

Размещено на Allbest.ru

...