Регулятор температуры для автомобиля

Терморегулятор для автомобиля

В общем, это устройство, схема которого показана на рисунке 1, разрабатывалось по просьбе и представляет собой термостат для поддержания определенной температуры в салоне автомобиля.

Основой схемы является микроконтроллер PIC16F628A. Индикации реальной температуры в схеме нет, что еще больше упрощает и так простенькую схему. Индицируется только температура, которую надо поддерживать и не в цифровом виде, а с помощью светодиодов, каждый из которых соответствует определенной температуре термостатирования. Дискретность изменения равна двум градусам и устанавливается при помощи двух кнопок SB1 и SB2. К сожалению, мне не сообщили не вид нагрузки, т.е. чем будет управлять данный термостат, ни коммутируемую мощность. Поэтому транзистор КТ829 можно заменить на более мощный КТ827А или поставить в качестве ключа полевой переключательный транзистор. Например, IRL2505 или подобрать другой, подходящий этой же фирмы «International Rectifier». Смотрим таблицу. Лучше выбирать транзисторы, имеющие в своем обозначении букву L, такие транзисторы рассчитаны на управление логическими уровнями.

Как я уже писал, температуру в салоне устанавливают при помощи двух кнопок. Для увеличения поддерживаемой температуры нажимаем на кнопку SB2. Если на кнопку нажимать кратковременно, то переключение на нужную температуру будет происходить пошагово на следующий уровень, если кнопку удерживать, то переключение будет автоматическим, через каждые полсекунды. Точно также работает кнопка на уменьшение температуры. Алгоритм работы программы контроллера следующий, если температура в салоне автомобиля ниже установленной, то на выходе RA0, вывод 17 микроконтроллера, будет присутствовать напряжение близкое к напряжению питания, примерно 4,5 вольта, если температура в салоне автомобиля выше установленной, то напряжение будет равно почти нулю. Чтобы исключить беспорядочные переключения нагрузки вблизи порога равенства реальной и установленной температуры, в программу введен гистерезис равный одному градусу. Например, если установлена температура 22?С, то смена уровня на выводе 17 произойдет при температуре в салоне равном 23?С.
Микросхема стабилизатора напряжения для питания процессора и его «окружения» установлена на небольшой теплоотвод. Величина радиатора для управляющего транзистора зависит от мощности нагрузки. Например, для транзистора IRL2505, у которого сопротивление открытого канала равно всего 0,008Ом, при токе стока равному 10А, радиатор вообще не нужен. Потому что выделяемая на нем мощность в данном случае будет всего Р = IxIx R = 10x10x0,008 = 0,8Вт.
В схеме не предусмотрена защита мощного транзистора по току, поэтому предохранитель обязателен. Для уменьшения тока потребления данной схемой можно обычные светодиоды заменить цветными сверхъяркими и подобрать для них другие номиналы резисторов. При одной и той же яркости свечения эти светодиоды потребляют намного меньший ток.
В «железе» я данный термостат не пробовал. Схема и программа были промоделированы в протеусе.

Рисунок печатной платы, проект в протеусе и коды программы можно скачать здесь.

Источник статьи: http://www.kondratev-v.ru/avtomobil/termoregulyator-dlya-avtomobilya.html

Что такое автомобильный термостат: устройство, принцип работы, неисправности

Термостат – неотъемлемая часть системы охлаждения автомобиля. Он выполняет две функции: помогает двигателю быстрее прогреваться до оптимальной температуры, а также предотвращает его перегрев. Поговорим более подробно, какое устройство имеет термостат, для чего он нужен, как работает, каких типов бывает и какие неисправности могут возникнуть в этом узле.

Что такое автомобильный термостат

Прибор расположен между автодвигателем и радиатором. Если дать устройству простое определение, это пробка с автоматическим запором, которая открывает или закрывает доступ охлаждающей жидкости к цилиндрам. Это происходит потому, что узел реагирует на температуру. Когда она повышается, он открывается и жидкость начинает циркулировать более интенсивно. Когда цилиндры слишком холодные, ее движение временно прекращается и позволяет им нагреться до необходимой температуры. В конечно счете, прибор позволяет водителю не убедиться на личном опыте, каковы последствия езды с перегревшимся двигателем.

Термостат применяют не только в системе охлаждения двигателя. Контролировать температуру необходимо и в других узлах транспортного средства. Например, прибор устанавливают в системы охлаждения АКПП.

Таким образом, термостат – это терморегулятор, который играет важную роль: отвечает за температуру цилиндров двигателя машины, тем самым напрямую влияет на его работу и делает ее более эффективной.

Принцип работы и устройство автомобильного термостата

Двухклапанный механический термостат состоит из следующих элементов.

• 2 патрубка на вход (один отвечает за большой, второй за малый круг). Через них в устройство поступает охлаждающая жидкость из радиатора.
• 1 патрубок на выход. Он ведет к цилиндрам.
• Термочувствительный элемент. Представляет собой деталь, которая реагирует на повышение и понижение температуры;
• Клапаны (основной и малого круга). В зависимости от состояния термочувствительного элемента закрывают или открывают путь из радиатора к цилиндрам для охлаждающей жидкости.
• Корпус. Металлическая полость, внутри которой находятся все элементы устройства (за исключением патрубков, которые фактически являются его продолжением).

Лучше понять конструкцию прибора можно, взглянув на картинку, изображающую его в разрезе.

Принцип работы автотермостата выглядит следующим образом.

• Пока двигатель имеет низкую температуру, термочувствительный элемент находится в состоянии покоя и жидкость циркулирует исключительно по малому контуру (то есть только вокруг цилиндров и головки).
• Когда мотор нагревается, термочувствительный элемент срабатывает и открывается, открывая также основной клапан. После этого прибор работает в другом режиме – жидкость начинает движение по большому кругу. Она начинает омывать радиатор, помпу, рубашку мотора. Это позволяет предотвратить его перегрев. Обычно термоэлемент срабатывает при температуре от 75 до 90 градусов цельсия (у разных моделей автомобиля она разная, ее обычно указывают на маркировке).

Что касается размещения термостата, то оно зависит от компоновки автомобиля, его конструктивных особенностей. В большинстве моделей легковых машин устройство находится в месте выхода охлаждающей жидкости из головки цилиндроблока. Также нередко его монтируют на входе помпы.

В некоторые модели авто устанавливают сразу два термостата. Одно из устройств отвечает за основной круг движения жидкости, второе – за малый.

Виды термостатов для автомобиля

Термостаты бывают нескольких видов.

В зависимости от количества клапанов устройства делят на две разновидности.

• Одноклапанный. Классическая конструкция, которая включает в себя всего один клапан.
• Двухклапанный. Более современный тип устройства, который имеет 2 клапана. Один закрывает большой круг, а второй – малый. Обеспечивает более эффективное распределение охлаждающей жидкости.

В зависимости от принципа работы термостаты делят на следующие виды.

• Механический. Имеет механический термочувствительный элемент.

• Электронный. В качестве термочувствительного элемента использует терморезистор, который изменяет сопротивление при повышении или понижении температуры. Элемент подключен к автомобильному блоку управления (или к отдельному термореле). Он считывает сопротивление и в зависимости от его величины увеличивает или уменьшает ток охлаждающей жидкости между мотором и радиатором.

В зависимости от возможности вмешательства водителя в работу устройства термостат может быть:

• неуправляемый – контролировать функционирование прибора невозможно;
• управляемый – электронное устройство, работу которого можно настраивать с помощью электронного блока управления машины.

Также выделяют двухступенчатые термостаты. По сути, они представляют собой разновидность одноклапанных. Однако клапан в них усилен вторым элементом (по сути – вторым клапаном). При этом запирание каждого контура по отдельности, как в двухклапанных устройствах, отсутствует. Двухступенчатые приборы предназначены для использования в авто, в системе охлаждения которых поддерживается высокое давление, так как они отличаются большей степенью прочности и надежности.

Как проверить термостат

Проверять термостат необходимо в следующих случаях:

• двигатель очень медленно прогревается;
• мотор быстро перегревается.

Это может говорить о неисправности устройства.

Проверку можно провести, не отсоединяя прибор. Для этого потребуется выполнить следующие действия – термостат будет установлен на своем месте.

• Открыть капот.
• Запустить двигатель и дать ему поработать на холостом ходу 3 – 4 минуты. Важно, чтобы перед запуском мотор был холодным.
• Потрогать рукой патрубок около радиатора. Если он холодный, это означает, что циркуляция по малому кругу проходит нормально.
• Дать двигателю хорошо прогреться, а затем потрогать второй подводящий патрубок, который отвечает за движение жидкости по основному контуру. При нормальном функционировании прибора к этому времени он должен открыться и начать охлаждение основного круга. Следовательно, при исправном термодатчике он должен быть холодным.

Если в ходе проверки выяснилось, что патрубки горячие, это говорит о неисправности.

Есть и другой вариант исследования устройства, со снятием. Вот какие действия для него потребуется выполнить:

• полностью слить антифриз из системы охлаждения транспортного средства;
• демонтировать термостат;
• поместить его в кастрюлю с водой и довести ее до кипения;
• вытащить прибор пинцетом или другим приспособлением и посмотреть на просвет.

В нормальном состоянии после кипячения узла клапан должен быть открыт – это означает, что прибор выполняет свои функции правильно. Если деталь неисправна, он будет полуоткрыт или закрыт.

Неисправности термостата

Ниже представлены наиболее распространенные неисправности термостатирующего устройства авто.

• Нарушение работы клапана малого круга. Проблема актуальна для двухклапанных устройств. В результате износа или поломки клапан плохо закрывается или не закрывается совсем. В результате антифриз циркулирует только по большому кругу и двигатель очень плохо прогревается.
• Клин клапана. При такой неисправности заслонка постоянно находится в закрытом или полузакрытом состоянии и не приходит в движение под воздействием термочувствительного элемента. В результате мотор перегревается.
• Поломка термочувствительного элемента. При этой неисправности термоэлемент перестает реагировать на изменения температуры или реагирует на них в недостаточной степени. Из-за этого заслонки клапанов открываются меньше, чем необходимо. Это приводит к перегреву. При поломке термоэлемента возможно и другое нехарактерное «поведение» термостата. Например, заслонки могут открыться раньше времени, что приведет к медленному прогреву мотора.

Еще одна распространенная неисправность – протечка термостата. Как правило, она возникает из-за разрушения прокладок между элементами корпуса прибора. А оно, в свою очередь, чаще всего происходит по причине попадания масла в охлаждающую жидкость (оно попросту растворяет прокладки).

Часто неисправности возникают из-за механических повреждений клапанов. Обычно они связаны с большой нагрузкой из-за высокого давления жидкости.

Подведем итоги

Термостат – это элемент системы охлаждения авто. Его назначение – предотвращать перегрев и не допускать слишком медленного прогрева мотора. Таким образом, он служит своего рода предохранителем. У разных моделей машин – разные технические характеристики термостатов. Но схема работы везде одна – прибор реагирует на повышение или понижение температуры и изменяет интенсивность движения антифриза. Также термостат применяют в АКПП, где тоже требуется охлаждение.

Источник статьи: http://zen.yandex.ru/media/id/5aaa8710256d5c571b5de1c6/chto-takoe-avtomobilnyi-termostat-ustroistvo-princip-raboty-neispravnosti-5edf4a091f6de1253530c80c

Как сделать надежное ненадежным, или Зачем термостату электронное управление

С задачей не допустить чрезвычайно опасный для двигателей перегрев разработчики первых моторов с водяным охлаждением справлялись, используя свойство воды при нагреве подниматься вверх. Схема была простой: верхний бачок радиатора, куда поднималась горячая вода, размещали выше двигателя, из верхнего бачка вода опускалась по трубкам радиатора вниз, по пути охлаждалась, а затем вновь поступала в мотор.

Чуть позже, чтобы ускорить охлаждение и обойтись относительно небольшим количеством воды, радиатор стали продувать с помощью вентилятора, постоянно вращающегося, пока двигатель работал. Еще эффективнее справляться с обязанностями защиты от перегрева система охлаждения начала, когда круговорот воды в моторе был ускорен с помощью водяного насоса.

В недостатках подобных систем охлаждения были долгий предварительный прогрев двигателя до рабочей температуры и невысокая ее величина при низких температурах окружающей среды. Плохо это тем, что в непрогретом моторе ухудшается смесеобразование, а моторное масло остается излишне вязким. Отсюда потери мощности и перерасход топлива. Кроме того, поскольку в холодном двигателе топливо не только неважно испарялось, но, испарившись, норовило вновь стать конденсатом, его капельки разжижали и смывали масло, из-за чего силовой агрегат быстрее изнашивался.

Результатом борьбы с недостатками стало появление в системе охлаждения вместо одного круга циркуляции двух — большого и малого. По малому кругу, по сути, включающему только рубашку охлаждения двигателя, непосредственно в которую передается тепло от наиболее нагретых частей мотора, жидкость циркулирует после запуска. Это позволяет ей быстро достигнуть желаемой температуры, а двигателю — столь же быстро прогреться, что сводит к минимуму проблемы работы в холодном состоянии.

В движение по большому кругу, или, говоря проще, через радиатор, жидкость отправляется, только когда возникает угроза перегрева. Далее остается лишь регулировать интенсивность циркуляции жидкости через радиатор вплоть до полного отключения большого круга, если температура чересчур снизится.

Достигается такая работа системы охлаждения, а с ней — автоматическое поддержание самого выгодного температурного режима работы двигателя благодаря термостату.

Это он подобно стрелочнику выбирает путь, по которому водяной насос в зависимости от температуры будет гнать охлаждающую жидкость, а автоматизм в действии термостата обеспечивается за счет использования в его конструкции элемента, содержащего наполнитель, объем которого сильно изменяется при нагреве и охлаждении.

Наполнители могут быть жидкими и твердыми, однако широко применявшиеся ранее термостаты с жидким наполнителем оказались не слишком долговечными. В конечном итоге это привело к повсеместному переходу на термостаты с твердым наполнителем. В них наполнитель при нагреве плавится и расширяется, воздействуя на шток клапана термостата. Клапан открывается и пропускает жидкость в большой круг циркуляции.

Температуру, при которой это происходит, можно увидеть на тарелке клапана термостата. Когда температура становится ниже указанной, наполнитель из жидкого состояния вновь становится твердым, а его объем уменьшается, при этом клапан под действием возвратной пружины перекрывает проход жидкости в радиатор. Так будет продолжаться, пока жидкость, циркулируя по малому кругу, не нагреется до нужной температуры и, омывая по пути рабочий элемент термостата, не вынудит наполнитель опять плавиться и расширяться.

Недостатком термостатов с одним клапаном является нечеткость в перенаправлении потока жидкости с большого круга на малый и наоборот. Дело в гидравлическом сопротивлении, которое создается радиатором. Работы по уменьшению размеров радиаторов при сохранении их эффективности привели к увеличению гидравлического сопротивления, из-за чего жидкость даже после открытия большого круга стремилась циркулировать по пути наименьшего сопротивления, коим являлся малый круг.

Борьба с этой проблемой привела к появлению двухклапанных термостатов. В них, когда основной клапан открывает пропуск в большой круг циркуляции, малый круг запирается дополнительным клапаном.

Однако сколько клапанов к термостату ни приделывай, существовал еще один недостаток, с которым долгое время приходилось мириться по причине отсутствия способа с ним бороться. Термостат обеспечивал необходимый температурный режим при любых атмосферных условиях, что было хорошо, и любой нагрузке двигателя, а вот это и было плохо, ибо то, что являлось оптимальным при одной нагрузке, переставало быть таковым при ее изменении.

Например, для уменьшения расхода топлива и снижения токсичности выхлопных газов во время работы двигателя на частичных нагрузках желательно, чтобы температура охлаждающей жидкости была максимально возможной. При небольших нагрузках она и вовсе должна балансировать на грани закипания жидкости, что для современных систем охлаждения, работающих с избыточным внутренним давлением, составляет примерно 105-110°С.

Однако при работе мотора в таком температурном режиме воздух, поступающий в цилиндры, нагревается и расширяется, что ведет к уменьшению наполнения им цилиндров. Мало воздуха — не сожжешь много топлива, а это потеря мощности, которая требуется во время работы двигателя с полной нагрузкой или близкой к ней. Поэтому для таких нагрузочных режимов температура охлаждающей жидкости не должна быть выше 85-95°С.

Никакой термостат, подчиняющийся фазовым превращениям наполнителя из твердого тела в жидкость и обратно, не в состоянии оптимизировать температуру охлаждающей жидкости согласно потребностям нагрузочных режимов. Ситуация казалась тупиковой, пока в связи с развитием электроники чью-то светлую голову не посетила идея добавить к стандартному алгоритму действия термостата электронное управление.

Для этого в рабочий элемент термостата помимо наполнителя поместили нагревательный резистор. Сам термостат настроили на срабатывание при существенно более высоких температурах, чем открывается клапан большого круга в обычных термостатах. Это позволило поддерживать температуру охлаждающей жидкости вблизи 110°С, пока двигатель работает с частичной нагрузкой. Однако как только от мотора требуется полная отдача, на резистор подается ток. Далее начинается то, что происходит в обычных термостатах из-за нагрева охлаждающей жидкостью, но теперь источником тепла является не она, а нагревательное сопротивление. Командует работой сопротивления блок управления двигателем согласно предусмотренной в нем программе оптимизации температуры охлаждающей жидкости.

Хороша идея? В этом не было бы никаких сомнений, если бы помимо лицевой стороны у любой медали не существовала еще и обратная. Любое усложнение конструкции, каким бы интересным оно ни выглядело с технической точки зрения, ведет к потере надежности.

Взять, к примеру, двухклапанный термостат. Если одноклапанный термостат выходит из строя в открытом состоянии, двигатель будет долго прогреваться, его температура при движении автомобиля понижается, из печки дует холодным воздухом, увеличивается расход топлива, но ничего более серьезного с мотором не произойдет. Однако подобная неисправность двухклапанного термостата может привести к перегреву двигателя. Это кажется немыслимым, но в практике такие случаи наблюдались.

Ничего удивительного в этом нет. Принцип работы одноклапанного термостата по умолчанию предполагает, что после открытия клапана какая-то часть жидкости все равно будет продолжать циркулировать по малому кругу, но работа двухклапанного термостата такое исключает априори. На это рассчитывают при конструировании, однако неисправности вносят свои коррективы в расчеты разработчиков двигателей.

Какие коррективы внесло электронное управление? Очевидно, что к причинам, вызывавшим выход из строя термостатов с традиционным устройством, добавились новые, связанные с наличием резистора, его проводки и ее контактных соединений, способных окисляться, а также дополнительных уплотнений, которые рано или поздно уплотнять перестают.

Сколько топлива позволяет экономить электронное управление и насколько чище оно делает выхлоп, знают, наверное, только разработчики — в доступных источниках информации конкретные цифры найти не удалось. Зато из каталогов запчастей нетрудно выяснить, как усложнение конструкции сказалось на стоимости устранения неисправности. Если раньше для покупки неплохого неоригинального термостата для большинства распространенных в Беларуси автомобилей было достаточно изыскать 9-15 у.е., то термостат с электронным управлением обойдется не меньше 60-80 у.е.

Появились также внешние причины, например, отказы датчиков, информация которых используется для электронного управления термостатом. Это в свою очередь изменило подход к поиску неисправности. Раньше бывалые автомобилисты оценивали работоспособность термостата на ощупь, по тому, как нагреваются шланги подвода и отвода жидкости от радиатора. Теперь насторожить может только работа вентилятора, когда для нее нет оснований (двигатель холодный, кондиционер выключен), что означает переход в аварийный режим. Но чтобы понять, в какую сторону копать, чтобы выйти на конкретного виновника, без компьютерной диагностики обойтись проблематично.

Наконец, сами двигатели стали «горячими». Для них малейшие неполадки в системе охлаждения, на которые моторы с обычными термостатами не реагировали либо реагировали с минимальными последствиями, могут оказаться роковыми. Увеличение количества двигателей, о которых говорится, что они очень чувствительны к перегреву, по всей видимости, и есть главное последствие эволюционных изменений, которые претерпела конструкция термостата.

Сергей БОЯРСКИХ
Фото автора и из открытых источников
ABW.BY

Благодарим за помощь в организации фотосъемки «Ресурсный центр» на базе автомеханического колледжа имени академика М.С.Высоцкого

Источник статьи: http://www.abw.by/novosti/experience/193556