Микропроцесорное Проектирование системы климат контроля автомобиля

Министерство образования и науки

Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение

высшего профессионального образования

"Владимирский  государственный университет

имени

              Александра Григорьевича и Николая  Григорьевича Столетовых"

(ВлГУ)

 

 

 

 

 

Кафедра АиМС

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа

 

«Микропроцесорное Проектирование системы климат контроля автомобиля»

 

 

 

 

                                                                                                                                                                                                                          

Работу выполнил: ст. гр. АЭ-109

Работу принял:

 

 

 

 

 

 

Владимир 2013

 

содержание

 

 

 

 

 

 

 

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. Задание на КР разработать Микропроцессорное Проектирование системы климат контроля автомобиля.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Система 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.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Система управления микроклиматом

(продолжение)

 

 

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

 

Элементы контура хладагента (продолжение)

 

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.5 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.6 Аккумулятор-осушитель

 

 

1 Трубка  хладагента

2 Фильтр

Элементы контура хладагента

(продолжение)

 

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.7 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.

Рисуунок.8 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.9 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