|
СХЕМЫ---->
СХЕМЫ АВТОЭЛЕКТРОНИКИ статьи № 1-50---->
СХЕМЫ АВТОЭЛЕКТРОНИКИ статьи № 51-100---->
СХЕМЫ АВТОЭЛЕКТРОНИКИ статьи № 101-150
Устройство управления прогреванием двигателя.
А. НАТНЕНКОВ, г. Каргат Новосибирской обл.
В регионах с суровым климатом зимой очень часто приходится прогревать двигатель автомобиля перед запуском, что сопряжено с определенными неудобствами и затратами времени. Хорошо еще, если к гаражу подведено сетевое напряжение и двигатель оснащен электрическим прогревателем. А как быть, если вы приехали на работу, машина весь день простояла на морозе, а вечером нужно возвращаться домой? Об одном из решений этой задачи рассказывает автор статьи.
Предлагаемое вниманию читателей электронное устройство — для краткости называемое прогревателем двигателя — позволяет автоматически поддерживать двигатель автомобиля теплым в зимнее время. Прогреватель периодически запускает двигатель на некоторое время и останавливает. Длительность работы и паузы можно регулировать раздельно. Автопрогреватель разработан для эксплуатации на автомобиле ВАЗ-2106, но может быть установлен и на другие модели.
Устройство питается от бортовой сети автомобиля. Оно собрано на микросхемах структуры КМОП и отличается
сравнительно малым собственным потреблением энергии.
В журнале "Радио" был опубликован подобный прогреватель [1], но он ориентирован на работу с дизельным двигателем.
Описываемый ниже прогреватель имеет следующие основные технические характеристики:
Напряжение питания, В....12
Общий потребляемый ток, мА....130
Частота тактирующего генератора, Гц ....32768
Частота звукового сигнала, Гц....1024
Длительность импульса запуска двигателя, с......1
Пределы установки длительности работы двигателя в цикле, мин....1-15*
Пределы установки длительности паузы в цикле, мин....8—120**
* 15 фиксированных значений с шагом 1 мин.
** 15 фиксированных значений с шагом 8 мин.
Прогреватель за 5 с до очередного запуска подает прерывистый звуковой сигнал. Если первая попытка запуска оказалась неудачной, устройство предпринимает вторую. В тех случаях, когда и при повторной попытке двигатель не запустился, оно блокируется и подает звуковой сигнал. Определить, в каком режиме находится прогреватель, позволяет индикатор, состоящий из трех светодиодов. Для контроля времени работы двигателя предусмотрен двуразрядный светодиодный семиэлементный индикатор. Если двигатель не запустился и устройство заблокировалось, запуск можно выполнить вручную, нажав на кнопку "Пуск".
Прогреватель состоит из трех основных блоков — автоматики, индикации и релейного.
Схема блока автоматики показана на рис. 1.
На микросхеме DD1 выполнен тактирующий генератор с кварцевым резонатором ZQ1, а на счетчиках DD2.1, DD2.2 и DD4.1 — таймеры паузы и работы соответственно.
Узел совпадения для таймера работы реализован на элементе DD6.2, а для таймера паузы — на DD6.1.
На элементах DD7.1, DD7.4 собран RS-триггер, выполняющий роль переключателя таймеров и включателя зажигания автомобиля. Узел запуска выполнен на счетчике DD5 и транзисторе VT5, узел звуковой сигнализации — на элементах DD3.1, DD3.2 и пьезоизлучаеле НА1. Устройство блокировки состоит из счетчика DD4.2 и транзистора VT2. Датчик "двигатель работает" выполнен на транзисторах VT1, VT3. Элемент DD3.3 выполняет функцию инвертора минутных импульсов для блока индикации. Мощные транзисторы VT4, VT5 управляют работой реле.
При включении устройства счетчики устанавливаются в нулевое состояние, а RS-триггер — в состояние, при котором на выходе элемента DD7.4 присутствует низкий уровень. Предположим, что нужно установить время работы двигателя 7 мин, а время паузы —
48 мин. Для этого необходимо замкнуть контакты 1, 2, 4 выключателя SA2 (1+2+4) и 16, 32 —SA1 (16+32).
Минутные импульсы с выхода М счетчика DD1 поступают на вход CN счетчиков таймеров паузы DD2 и работы DD4.1, но поскольку при включении устройства счетчики установились в нулевое состояние, на выходе элемента DD7.1 присутствует высокий уровень, а на выходе DD7.4 — низкий. Счетчик DD2 начинает подсчет входных импульсов, и как только поступит сорок восьмой импульс, на всех входах элемента DD6.1 установится высокий уровень, а на выходе — низкий.
Этот низкий уровень переключит RS-триггер, и на выходе элемента DD7.4 появится высокий уровень, который откроет транзистор VT4, сработает реле включения зажигания. Кроме того, откроется транзистор VT1 и низкий уровень с его коллектора, поступив на вход R счетчика секундных импульсов DD5, разрешит его работу. В течение 5 с на выходах 1—5 счетчика будет присутствовать высокий уровень. Через диоды VD1— VD5 он поступит на нижний по схеме вход элемента DD3.2 и разрешит подачу звукового сигнала, оповещающего о готовности устройства к запуску двигателя.
При поступлении на вход CN счетчика DD5 шестого секундного импульса на его выходе 6 появится высокий уровень, который откроет транзистор VT5, сработает реле включения стартера. Стартер включится, но так как высокий уровень на выходе 6 счетчика DD5 присутствует лишь 1 с, стартер будет работать только секунду. В большинстве случаев этого достаточно, чтобы запустить двигатель.
Как только двигатель будет запущен, то на контакт 6 разъема Х1.2 поступят тахоимпульсы, которые, пройдя цепи задержки R24C10 и ограничения напряжения VD13R22R23, откроют транзистор VT3. Вслед за этим закроется транзистор VT1 и высоким уровнем на входе R счетчик DD5 будет обнулен. Двигатель, работая, прогревается.
Одновременно высокий уровень с выхода элемента DD7.4 поступит на вход R счетчика DD2, тем самым блокировав работу таймера паузы, а низкий уровень с выхода элемента DD7.1 разрешит работу счетчика DD4.1 — он считает минутные импульсы таймера работы двигателя.
В случае, если двигатель не запустился, тахоимпульсы отсутствуют, транзистор VT3 остается закрытым, a VT1 — открытым и счетчик DD5 продолжает подсчет секундных импульсов. Начинается повторный процесс запуска, как указано выше.
Если и после второй попытки двигатель не запустился, то на вход CN счетчика DD4.2 придет второй импульс от узла запуска — с выхода 9 счетчика DD5 — и на выходе 2 счетчика DD4.2 появится высокий уровень. Он откроет транзистор VT2, который вместе с диодом VD12 зашунтирует базовую цепь транзистора VT4 и тем самым отключит зажигание автомобиля.
Одновременно закроется транзистор VT1, вследствие чего узел запуска двигателя блокируется. Также блокируется по входу R счетчик DD1, вырабатывающий минутные импульсы. Теперь минутные импульсы не поступают ни на один из таймеров. Через диод VD8 приходит сигнал разрешения работы звуковой сигнализации. Этот же сигнал через разъем Х1.1 проходит на блок индикации, где включает светодиод красного свечения, сигнализирующий о блокировании устройства.
Схема блока индикации представлена на рис. 2.
В момент включения устройства счетчики—дешифраторы DD1, DD2 устанавливаются в нулевое состояние импульсом с цепи C2R2 и цифровой индикатор HG1 в обоих разрядах высвечивает нули. В младшем разряде с частотой 1 Гц начинает мигать децимальная тока. Светодиоды HL1—HL3 погашены. Индикатор HG1 отображает пройденное время в минутах. Как только таймер паузы отработает свою выдержку и включится "зеленый" светодиод HL3 "Зажигание", счетчики DD1, DD2 вновь переключатся в нулевое состояние. Обнуление индикатора будет происходить при каждом переключении RS-триггера в блоке автоматики. Импульсы обнуления поступают от диодного элемента ИЛИ VD9VD10 блока автоматики через контакт 2 разъема Х3.
На рис. 3 изображена схема релейного блока.
Прогреватель подключают к одноименным выводам замка зажигания. Расцветка и обозначение проводов указаны в соответствии с электрической схемой автомобиля ВАЗ-2106 [2].
В блоке автоматики возможна замена стабилизатора напряжения 7809 на КР142ЕН8А, микросхем серии К561 — на однотипные серии КР1561, а также на импортные: К561ЛЕ5 — на CD4001, К561ЛА8 — на CD4012, К561ЛА9 — на CD4023, К561ИЕ8 — на CD4017. Транзистор VT1 должен иметь коэффициент передачи тока базы не менее 400. Транзисторы КТ817Г можно заменить на КТ815, КТ819 с любой буквой.
Вместо диодов КД522Б подойдут КД521А— КД521В. Программные переключатели ВДМ-1-4 (SA1, SA2) возможно заменить на NHDS-4, предназначенные для поверхностного монтажа. Разъемы использованы импортные, с фиксацией; штыревая колодка на плату — серии WF, а гнездовая на кабель — HU.
Резисторы R7—R10 и R11—R14 установлены на плате "стоймя". Верхние выводы каждой из групп навесным проводником соединяют между собой и с плюсовым проводом питания (9 В), для чего предусмотрены два отверстия в плате и монтажные площадки. Не исключено применение двух резисторных сборок НР1-4-4М 100 к (или импортных 5А104). Оксидные конденсаторы — импортные, аналоги отечественных К50-35; остальные — К10-17Б. Кнопка SB1 в блоке индикации — миниатюрная из серии TS.
Реле К1, К2 — автомобильные, 90.3747, с крепежным фланцем. Из импортных реле подходят ETR-AD1-1-D012-3. Номера выводов указанных отечественных и импортных реле совпадают. Следует обратить внимание на то, что реле некоторых зарубежных производителей содержат встроенный диод, шунтирующий обмотку, поэтому необходимо соблюдать полярность их подключения. Как показывает практика, по ряду показателей, таких, в частности, как герметичность и износостойкость, импортные реле предпочтительнее отечественных.
Через соединительные провода, обозначенные на схеме релейного блока числами 15, 50, 30, 30/1 и знаком общего провода, протекает значительный ток, поэтому их сечение не должно быть менее 1,5 мм2.
Прогреватель собран на двух печатных платах из фольгированного с обеих сторон стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Чертежи плат представлены на рис. 4 и 5.
Печатные проводники сторон каждой платы соединены в соответствующих точках пропайкой выводов деталей с обеих сторон. Стабилизатор напряжения DA1 на плате блока автоматики установлен на теплоотвод с полезной площадью около 10 см2. На этой же плате в отверстия контактных площадок, обозначенных буквами А и Б, надо впаять по отрезку жесткого провода, к концам которых припаивают звукоизлучатель НА1. Оксидные конденсаторы С9 на плате блока автоматики и С3 на плате блока индикации припаяны таким образом, чтобы их можно было на выводах пригнуть боком к плате.
После сборки обе платы складывают вместе сторонами деталей наружу и скрепляют четырьмя винтами, установив на них в промежуток между платами четыре пластмассовые втулки высотой 5...7 мм. Этими же винтами образовавшаяся "этажерка" прикреплена к крышке подходящей пластмассовой коробки. В крышке прорезано окно и просверлены отверстия для органов управления и индикации. Детали релейного блока смонтированы на дне коробки.
Для соединения прогревателя с системой электрооборудования автомобиля удобно предусмотреть шестиконтактный разъем, который позволит легко отключать устройство, когда оно становится ненужным.
После сборки и проверки на отсутствие замыканий необходимо испытать устройство еще до установки в автомобиль. Для этого устанавливают соединительные межплатные кабели, переключателями SA1, SA2 выбирают малые выдержки времени — 2 мин для работы и 8 мин для паузы — и подают напряжение питания. На табло цифрового индикатора появляются нули, а точка в младшем разряде должна мигать каждую секунду, все светодиоды погашены. Отсчет каждой минуты отображается увеличением показаний на табло. Через 7 мин паузы индикатор покажет 07, а в конце восьмой минуты отобразятся два нуля — произойдет обнуление и начнется отсчет времени работы.
По окончании паузы в течение 5 с прозвучит прерывистый сигнал, затем включится "зеленый" светодиод "Зажигание" и сработает реле К1. Далее на 1 с включится желтый светодиод "Стартер" и сработает реле К2. После этого необходимо на контакт 6 разъема Х1.2 подать напряжение 12 В и не отключать его до тех пор, пока светит "зеленый" светодиод.
По истечении 2 мин (времени работы двигателя) индикатор вновь обнулится, погаснет "зеленый" светодиод, реле К1 отпустит якорь. Теперь напряжение с контакта 6 разъема Х1.2 можно снять.
Работу устройства блокировки, защищающего прогреватель от неконтролируемого непрерывного перезапуска двигателя, проверяют так же, как и при первом запуске, с той только разницей, что на вход "Тахоимпульсы" напряжения не подают. При этом последуют запуск двигателя, первое включение желтого светодиода, затем второе, после чего устройство блокируется — включится красный светодиод, погаснет зеленый, включится звуковая сигнализация и перестанет мигать точка на табло.
Затем надо нажать на кнопку "Пуск", и через 5 с процесс запуска повторится, поскольку в режиме "Блокировка" RS-триггер все еще находится в единичном состоянии и на выходе элемента DD7.4 в блоке автоматики присутствует высокий уровень, который включит зажигание.
После этой проверки автопрогреватель можно монтировать на автомобиль, предварительно установив нужные значения выдержки обоих таймеров.
Число разъемов, использованных в устройстве (12 комплектов), можно уменьшить вдвое, если на межплатные кабели установить гнездовую колодку только на одном конце, а другой — припаять к контактам плат. Вместо двух пар разъемов Х4 и Х6 вполне достаточно одной. Требуется только в релейном блоке выводы 85 обоих реле соединить не с контактами 2 этих разъемов, а с контактом 1 разъема Х2, вывод 86 реле К2 подключить к контакту 2 разъема Х4. После соответствующих переключений в блоке автоматики разъем Х6 станет ненужным.
Прогреватель можно упростить, если отказаться от узла индикации и от звукового оповещения.
Поскольку максимальное время выдержки таймера паузы равно 120 мин, а в устройстве применен двухразрядный цифровой индикатор, то по прошествии 99 мин индикатор обнулится и в дальнейшем будет продолжать отображать единицы и десятки минут, а сотню уже необходимо подразумевать. Возможно, конечно, применение трехразрядного индикатора, но это удорожит прибор и увеличит его потребляемый ток и габариты. Надо сказать, что за четырехгодичную эксплуатацию прогревателя необходимости устанавливать время более 96 мин не было.
В таком случае рациональнее использовать децимальную точку в старшем разряде индикатора, для чего необходимо установить дополнительный транзистор и резистор в блок индикации так, как показано на рис. 6.
В тех случаях, когда для запуска двигателя импульса продолжительностью
1 с не хватает, то ее можно увеличить до 2 с, дополнив узел автозапуска двумя дополнительными диодами, см. рис. 7.
Если при запуске двигателя прогревателем "желтый" светодиод ("Стартер") включается и слишком быстро гаснет, то это означает, что не хватит времени для запуска двигателя. Причина — слишком мала постоянная времени цепи R24C10 узла автозапуска. Следует либо подобрать резистор R24 большего сопротивления, либо конденсатор С10 большей емкости.
Необходимо помнить, что микросхемы структуры КМОП очень чувствительны к наводкам по цепям питания, поэтому необходимо установить блокировочные конденсаторы емкостью 0,01 — 0,068 мкФ из расчета один конденсатор на одну-две микросхемы. На схемах эти конденсаторы не показаны. Припаивать их лучше всего непосредственно к выводам питания микросхем со стороны, противоположной деталям.
Несколько слов о технике безопасности и правилах эксплуатации прогревателя. Для стоянки автомобиля следует выбрать горизонтальный участок. Перед выходом из салона останавливают двигатель, рукоятку воздушной заслонки ставят в положение, соответствующее запуску холодного двигателя (для карбюраторного двигателя), затягивают ручной тормоз, закрывают жалюзи радиатора, коробку передач оставляют в нейтральном положении и включают прогреватель. Убедившись, что он работает, табло показывает нули, а в младшем разряде мигает точка, все светодиоды выключены — можно оставить автомобиль.
Поскольку при эксплуатации прогревателя двигатель находится в состоянии полной готовности к запуску, необходимо оснастить автомобиль эффективной противоугонной защитой.
ЛИТЕРАТУРА
1. Дубровский А. Автомат—прогреватель двигателя. — Радио, 2002, № 11, с. 42,43.
2. Руководство по ремонту, эксплуатации и техническому обслуживанию автомобилей ВАЗ-2103 и ВАЗ-2106 и их модификаций. — М.: Третий РИМ, 2001.
Радио №7 2007 год.
|
