Пропорційне керування вентилятором охолодження двигуна автомобіля. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Автомобіль. Електронні пристрої

Коментарі до статті

Пропонований пристрій дозволяє перейти від релейного принципу управління вентилятором системи охолодження двигуна "температура вище за норму - включений, нижче за норму - вимкнений" до більш, на думку автора, сприятливому для двигуна пропорційному управлінню. Тепер із зростанням температури охолоджуючої рідини частота обертання ротора вентилятора збільшується лінійно.

Сьогодні у багатьох автомобільних двигунах вентилятор охолодження має електричний привід, але керують ним у більшості випадків за релейним принципом. Таке управління має лише одну перевагу - простоту реалізації. Достатньо мати датчик температури з контактним виходом, безпосередньо або через проміжне реле, що управляє електродвигуном вентилятора.

Основний недолік цього - різке зниження температури охолоджуючої рідини на виході радіатора після включення вентилятора. Працівник на повну потужність вентилятор знижує температуру рідини, що охолоджує, на виході радіатора на 15...25 ^оЗ і більше. Вступаючи в сорочку охолодження двигуна, істотно охолоджена рідина наносить термоудар по гарячих поверхнях, що негативно позначається на роботі двигуна. Для його комфортної роботи температуру рідини, що охолоджує, бажано підтримувати близьку до оптимальної, рекомендованої заводом-виробником, а різкі стрибки температури (термоудари) повинні бути виключені в принципі.

На частини автомобілів, що мають механічний привід вентилятора охолодження, досягнуто з'єднанням вентилятора з колінчастим валом двигуна через віско-муфту. Вона змінює переданий на вал вентилятора момент, що крутить, залежно від температури охолоджуючої рідини. Це стабілізує температурний режим.

Пропонований пристрій є електронним аналогом віско-муфти для вентилятора з електричним приводом. Воно автоматично регулює частоту його обертання в залежності від температури рідини, що охолоджує.

Пристрій працює від бортмережі автомобіля при напрузі в ній 10...18 і може управляти вентилятором з максимальним споживаним струмом до 20 А або до 30 А за умови збільшення площі тепловідведення силових елементів. Власне споживання струму пристроєм не перевищує кількох міліампер. Значення температури включення вентилятора з мінімальною частотою обертання та температури, при якій частота обертання вентилятора досягає максимуму, задають з дискретністю 0,1 ^оПри програмуванні мікроконтролера.

При відмові датчика температури рідини, що охолоджує, пристрій переходить в аварійний режим, що дозволяє безпечно для двигуна доїхати до ремонтної майстерні.

Схема пристрою зображено на рис. 1. Вимірює температуру цифрового датчика DS18B20 (BK1). Застосування цього датчика дозволяє відмовитися від калібрування виготовленого пристрою та покращує його повторюваність.

Рис. 1. Схема пристрою (натисніть , щоб збільшити)

Інформація про температуру зчитує з датчика мікроконтролер ATtiny2313A-PU (DD1), який тактується імпульсами частотою 1 МГц від внутрішнього RC-генератора. Пропорційно до температури він регулює напругу живлення двигуна вентилятора і, отже, частоту обертання його ротора. На двигун надходить імпульсна напруга, постійна складова якого, визначальна частота обертання, залежить від коефіцієнта заповнення (відносини тривалості імпульсів до періоду їх повторення). Коефіцієнт заповнення програма задає восьмирозрядними двійковими числами, що завантажуються в регістр порівняння працюючого в режимі ШІМ таймера мікроконтролера.

Сформовані мікроконтролером імпульси керують роботою силового ключа на польовому транзисторі VT1, що замикає та розмикає ланцюг живлення двигуна вентилятора від бортової мережі автомобіля. При цьому постійна складова прикладеного до двигуна напруги дорівнює

U = U₀ (N/255), де U₀ - Напруга в бортмережі, В; N - число, завантажене в регістр мікроконтролера.

Її можна змінювати з кроком U = U₀ / 255.

При напрузі в бортмережі 12 ΔU≈0,05, що дозволяє регулювати частоту обертання вентилятора практично плавно.

Для забезпечення надійної роботи ключового транзистора VT1 у перехідних режимах мікроконтролер керує ним через драйвер TC4420EPA (DA1). Сучасні польові транзистори, маючи дуже малий опір відкритого каналу (одиниці міліом), здатні комутувати значний струм навіть без застосування тепловідведення. Однак велика вхідна ємність польового транзистора, яка сягає потужних приладів до кількох тисяч пікофарад, у процесі його перемикання заряджається і розряджається. Це більше часу, що більше вихідний опір джерела управляючого сигналу.

Погано те, що в процесі перезарядки ємності польовий транзистор перебуває в активному режимі і опір каналу досить великий. Тому за час перемикання в кристалі транзистора виділяється значна потужність, що може призвести до його перегріву та незворотного пошкодження. Єдиний спосіб боротьби з цим явищем – прискорення процесу перезарядки. Для цього польовими транзисторами керують через спеціалізовані підсилювачі (драйвери), що мають низький вихідний опір і забезпечують великий (до кількох ампер) зарядний імпульсний розрядний струм. Це забезпечує швидку перезарядку вхідної ємності польового транзистора і, отже, мінімізує тривалість його роботи в активному режимі і знижує потужність, що розсіюється на ньому.

Резистор R4 підтримує на вході драйвера низький логічний рівень напруги під час запуску мікроконтролера, поки всі його виходи залишаються у високоімпедансному стані. Це виключає непотрібне у цей час відкривання транзистора VT1. Діод VD1 усуває імпульси ЕРС самоіндукції, що виникають в обмотках двигуна вентилятора в моменти закривання транзистора VT1.

Під час роботи програма мікроконтролера постійно стежить за наявністю та працездатністю датчика температури. Якщо зв'язку з ним немає, вона перетворюється на аварійний режим роботи. У цьому режимі, незалежно від температури охолоджуючої рідини, вентилятор на 33 с буде включений на повну потужність, а потім на такий же час вимкнений. Звичайно, це далеко не оптимальний варіант охолодження двигуна, але він запобігає його повній відмові у відсутності охолодження. Про перехід до аварійного режиму сигналізує включення світлодіода HL1. Якщо порушення зв'язку з датчиком було тимчасовим, після відновлення пристрій перетворюється на нормальний режим роботи.

У програму мікроконтролера для керування вентилятором закладені у вигляді констант наступні вихідні дані:

- T_хвилин = 87 - температура охолоджуючої рідини, ^оЗ, при якій вентилятор повинен починати працювати з мінімальною частотою обертання;
- T_Макс = 92 - температура охолоджуючої рідини, ^оЗ, при якій частота обертання вентилятора повинна досягти максимального значення;
- N1 = 70 - значення завантажуваного в регістр порівняння таймера коду, що забезпечує обертання вентилятора ротора з мінімальною частотою.

Як відомо, промислові датчики, призначені для керування роботою вентиляторів охолодження, мають два основні параметри - температуру включення та температуру вимкнення. Їх і слід вибрати як T_Макс та T_хвилин. Значення N1 потрібно задати таким, при якому постійна складова напруги на двигуні вентилятора дорівнює напруги його торкання U_тр.

Проблема в тому, що напругу торкання не прийнято вказувати в технічних даних вентиляторів, тому знайти в літературі або документації значення цього параметра автору не вдалося. Його довелося визначати експериментально. Методика проста - подаючи напругу на двигун, знайти його значення, у якому вал почне повільно (оборот за одну-дві секунди), але стійко обертатися. Для більшості двигунів постійного струму з номінальною напругою живлення 12 напруга торкання лежить в межах 3 ... 5 Ст.

При запуску програми мікроконтролер виходячи з значень T_Макс, T_хвилин та N1 розраховує D_n - необхідну крутість залежності значення завантажуваного регістр порівняння таймера коду від температури:

D_n = (255 - N1) / (T_Макс - T_хвилин).

Потім розпочинається головний цикл програми. Насамперед відбувається перевірка зв'язку з датчиком температури, а за її відсутності - перехід в аварійний режим роботи. Таку перевірку програма виконує щосекунди. Якщо перевірка показує, що датчик працює, відновлюється нормальний режим роботи.

Коли датчик справний, він вимірює поточну температуру рідини, що охолоджує T. Якщо вона нижче T_хвилин, програма вимикає вентилятор, інакше обчислює необхідне значення коду, що управляє, за формулою

N = (T - T_хвилин)·D_n+ N1.

Пропорційно йому будуть встановлені коефіцієнт заповнення напруги живлення і, отже, частота обертання його ротора. В результаті температура охолоджуючої рідини при постійному навантаженні на двигун підтримується постійною. При змінному навантаженні температура коливається у невеликих межах усередині інтервалу T_хвилин...T_Макс.

Всі деталі пристрою, за винятком датчика BK1 та світлодіода HL1, розміщені на друкованій платі розмірами 58x65 мм, креслення якої показано на рис. 2, а розташування елементів – на рис. 3.

Рис. 2. Креслення друкованої плати

Рис. 3. Розташування елементів на платі

Мікросхеми впаяно безпосередньо в плату без панелей, застосування яких в умовах підвищеної вібрації небажане. На платі є не показані на схемі контактні майданчики SCK, RST, VCC, MISO, MOSI, GND, яких на час програмування мікроконтролера припаюють однойменні дроти від програматора. При цьому плату та програматор під час програмування слід живити напругою +5 (VCC) від одного джерела.

Плата розрахована на встановлення резисторів та конденсаторів типорозміру 1206 для поверхневого монтажу. Діод SR2040 (URL: files.rct.ru/pdf/diode/5261755198365.pdf) - у двовивідному корпусі TO220AC. Разом з транзистором IRF3808 він закріплений із застосуванням теплопровідної пасти на загальному тепловідводі з площею поверхні, що охолоджує, близько 60 см.².

Принцип кріплення транзистора 5 або діода тепловідведення 1 і всього вузла до друкованої плати 2 показаний на рис. 4. Діод ізольований від тепловідведення слюдяною прокладкою, а від гвинта 4 і металевої втулки 3 - ізоляційної втулкою (ізолюючі елементи на малюнку не показані). Між корпусами діода та транзистора знаходиться третя точка кріплення тепловідведення до плати. Тут він також закріплений гвинтом та втулкою.

Мал. 4. Принцип кріплення транзистора або діода до тепловідведення та всього вузла до друкованої плати

Всі друкарські провідники плати, якими тече струм двигуна вентилятора, повинні бути покриті шаром припою товщиною не менше 0,7...1 мм, а переріз проводів, що підводять, повинен забезпечувати пропускання цього струму.

Світлодіод HL1 доцільно винести до салону автомобіля, щоб водій мав оперативну інформацію про поточний режим роботи пристрою.

Датчик DS18B20 (ВК1) слід помістити в корпус від штатного контактного датчика температури охолоджуючої рідини, з якого слід видалити всю "начинку". Такий корпус можна виточити з латуні зі збереженням габаритних і приєднувальних розмірів. Розміщення датчика DS18B20 у корпусі показано на рис. 5. Датчик 4 з припаяним до його висновків роз'ємом 1 поміщають в порожнину корпусу 3 так, щоб верхівка, на яку нанесений шар теплопровідної пасти 5, стосувалася дна порожнини.

Рис. 5. Розміщення датчика DS18B20 у корпусі

Після цього порожнину заливають термостійким герметиком.

Роз'єм 1 повинен мати антикорозійне покриття контактів, бути бризкозахищеним, надійно фіксувати частину у відповідь, не допускаючи її відстикування під дією вібрації. Підготовлений датчик встановлюють місце штатного.

Зібрана плата поміщена в корпус відповідних розмірів, розміщений у моторному відсіку автомобіля. У корпусі передбачені вентиляційні отвори.

Мікроконтролер ATtiny2313A може бути замінений іншим сімейством AVR, що має як мінімум один 8-розрядний та один 16-розрядний таймер і не менше 2 Кбайт програмної пам'яті. Звичайно, заміна мікроконтролера вимагатиме перекомпіляції програми і, можливо, зміни топології друкованої плати.

Замість неінвертованого драйвера нижнього плеча TC4420EPA можна використовувати інший подібний, наприклад, MAX4420EPA.

Діод з бар'єром Шотки SR2040 можна замінити аналогічним з допустимою зворотною напругою не менше 25 В та допустимим прямим струмом не менше робочого струму вентилятора. Однак діоди Шотки зі зворотною напругою більше 40 В застосовувати не рекомендується, так як пряме падіння напруги на такому діоді призведе до зростання тепловиділення.

Заміну польового транзистора IRF3808 з ізольованим затвором і каналом n-типу слід підбирати з опустимим постійним струмом стоку при температурі 100 °C в 2,5...3 рази більше робочого струму вентилятора і з опором відкритого каналу при робочому струмі вентилятора до 20 трохи більше 10 мОм, а 20...30 А - трохи більше 7 мОм. Допустима напруга сток-витік має бути не менше 25 В, а затвор-витік - не менше 20 В.

Правильно зібраний з справних деталей пристрій вимагатиме налагодження лише в тому випадку, якщо вихідні дані в варіанті програми, про які було сказано раніше, не відповідають необхідним. У цьому випадку їх потрібно відкоригувати у вихідному тексті програми, заново відкомпілювати його в середовищі розробки Bascom AVR і завантажити в пам'ять мікроконтролера замість файлу Cooler-test.hex, що додається, отриманий отриманий HEX-файл.

Якщо напруга торкання двигуна вентилятора невідома, його можна визначити експериментально. Для цього в пам'ять мікроконтролера замість робочої програми потрібно завантажити розроблену мною програму налагодження. У доданому до статті файл Cooler-test.hex містяться її коди. Конфігурацію мікроконтролера програмують однаково для робочої та тестової програм відповідно до рис. 6 де показано вікно установки конфігурації програматора AVRISP mkII.

Рис. 6. Програмування мікроконтролера

Через 3 с після включення живлення програма Cooler-test починає керувати вентилятором, поступово збільшуючи від 55 до 95 кроками по 5 одиниць код, що задає коефіцієнт заповнення живильного вентилятора імпульсної напруги. Це відповідає зміні постійної складової цієї напруги від трьох до п'яти вольт. Тривалість кожного ступеня - 10 с, протягом яких вентилятор та світлодіод HL1 включені, і пауза тривалістю 5 с, протягом якої напруга з вентилятора знята, а світлодіод погашений. Про закінчення роботи програми сигналізує серія із п'яти коротких спалахів світлодіода.

Спостерігаючи за світлодіодом, нескладно визначити, на якому ступені вентилятор почав обертатися, та визначити значення N1, яке слід записати в основну програму.

Роботу пристрою в аварійному режимі перевіряють, відключивши роз'єм від датчика температури. При цьому вентилятор повинен увімкнутися і працювати на повну потужність у переривчастому режимі (33 с – робота, 33 с – пауза). Світлодіод HL1 повинен світитися. Його бажану яскравість встановлюють добіркою резистора R3.

Програми мікроконтролера можна завантажити на адресу ftp://ftp.radio.ru/pub/2016/11/fan.zip.

Автор: О. Савченко, сел. Зеленоградський Московської обл.

Дивіться інші статті розділу Автомобіль. Електронні пристрої.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Новий спосіб управління та маніпулювання оптичними сигналами 05.05.2024

Сучасний світ науки та технологій стрімко розвивається, і з кожним днем ​​з'являються нові методи та технології, які відкривають перед нами нові перспективи у різних галузях. Однією з таких інновацій є розробка німецькими вченими нового способу керування оптичними сигналами, що може призвести до значного прогресу фотоніки. Нещодавні дослідження дозволили німецьким ученим створити регульовану хвильову пластину всередині хвилеводу із плавленого кремнезему. Цей метод, заснований на використанні рідкокристалічного шару, дозволяє ефективно змінювати поляризацію світла через хвилевід. Цей технологічний прорив відкриває нові перспективи розробки компактних і ефективних фотонних пристроїв, здатних обробляти великі обсяги даних. Електрооптичний контроль поляризації, що надається новим методом, може стати основою створення нового класу інтегрованих фотонних пристроїв. Це відкриває широкі можливості для застосування. ...>>

Приміальна клавіатура Seneca 05.05.2024

Клавіатури – невід'ємна частина нашої повсякденної роботи за комп'ютером. Однак однією з головних проблем, з якою стикаються користувачі, є шум, особливо у випадку преміальних моделей. Але з появою нової клавіатури Seneca від Norbauer & Co може змінитися. Seneca – це не просто клавіатура, це результат п'ятирічної роботи розробників над створенням ідеального пристрою. Кожен аспект цієї клавіатури, починаючи від акустичних властивостей до механічних характеристик, був ретельно продуманий і збалансований. Однією з ключових особливостей Seneca є безшумні стабілізатори, які вирішують проблему шуму, характерну для багатьох клавіатур. Крім того, клавіатура підтримує різні варіанти ширини клавіш, що робить її зручною для будь-якого користувача. І хоча Seneca поки не доступна для покупки, її реліз запланований на кінець літа. Seneca від Norbauer & Co є втіленням нових стандартів у клавіатурному дизайні. Її ...>>

Запрацювала найвища у світі астрономічна обсерваторія 04.05.2024

Дослідження космосу та її таємниць - це завдання, яка привертає увагу астрономів з усього світу. У свіжому повітрі високих гір, далеко від міських світлових забруднень, зірки та планети розкривають свої секрети з більшою ясністю. Відкривається нова сторінка в історії астрономії із відкриттям найвищої у світі астрономічної обсерваторії – Атакамської обсерваторії Токійського університету. Атакамська обсерваторія, розташована на висоті 5640 метрів над рівнем моря, відкриває нові можливості для астрономів у вивченні космосу. Це місце стало найвищим для розміщення наземного телескопа, надаючи дослідникам унікальний інструмент вивчення інфрачервоних хвиль у Всесвіті. Хоча висотне розташування забезпечує більш чисте небо та менший вплив атмосфери на спостереження, будівництво обсерваторії на високій горі є величезними труднощами та викликами. Однак, незважаючи на складнощі, нова обсерваторія відкриває перед астрономами широкі перспективи для дослідження. ...>>

Випадкова новина з Архіву Некорисне витрачання електроенергії електронними пристроями 05.07.2014 Сьогодні у всьому світі налічується 14 млрд принтерів, телевізійних приставок, ігрових консолей та інших електронних пристроїв, які через неефективність технології витрачають електроенергії на 80 млрд дол. на рік. Такі дані наводить Міжнародне енергетичне агентство (IEA). У всьому світі мережні пристрої використовують близько 616 ТВт·ч електроенергії, більшість якої витрачається в режимі очікування. Проблема полягає в тому, що пристрої, що знаходяться в режимі очікування, витрачають набагато більше енергії, ніж необхідно для підтримки зв'язку з мережею. Марія ван дер Ховен, виконавчий директор IEA, стверджує, що навіть за допомогою доступних на сьогодні кращих технологій подібні пристрої можуть виконувати ті ж завдання, перебуваючи в режимі очікування, і споживаючи при цьому на 65% менше електроенергії. До 2020 р. обсяг електроенергії, витраченої марно через те, що електронні пристрої в режимі очікування споживають приблизно стільки ж, скільки під час роботи досягне 120 млрд дол. У міру підключення до мережі дедалі більшої кількості приладів та побутової техніки потреба в електроенергії зростає. Аналітики прогнозують збільшення кількості мережевих приладів, що використовуються до 2020 р. до 50 млрд, і в наступне десятиліття до 100 млрд. Завдяки підвищенню енергоефективності мережевих пристроїв в найближчі роки можна досягти економії 600 млрд кВт·год енергії, що відповідатиме закриття 200 стандартних 500-МВт вугільних електростанцій.

Інші цікаві новини:

▪ Збереження свіжості молока без пастеризації

▪ Смартфон Oukitel K10000 Pro з батареєю 10100 мАг

▪ Час кип'ятити білизну

▪ 3D Vision: друга версія

▪ Музичний сервер на процесорі ARM

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ Розділ сайту Електропостачання. Добірка статей

▪ стаття Гуляка пусте. Крилатий вислів

▪ стаття Чи завжди Париж був містом мрії? Детальна відповідь

▪ стаття Нормативні документи з охорони праці. Довідник

▪ стаття Цільнометалева дельта-антена. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Світлодіодні вимірювачі рівня сигналу Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages ​​of this page

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт

www.diagram.com.ua
2000-2024