Автоматическое устройство прогрева двигателя автомобиля

Описанное в этой статье устройство выполнено на базе популярного микроконтроллера PIC16F84A. Оно может работать на автомобилях как с дизельным, так и бензиновым двигателем, с автоматической или механической коробкой передач. Устройство может автоматически запускать двигатель через заданный промежуток времени (от одного до двадцати четырех часов с шагом в один час) однократно — вариант 1 или циклично — вариант 2. Оно позволяет запускать и останавливать двигатель по сигналу от внешнего устройства по дополнительному каналу, запускать двигатель для прогревания или в течение 15 мин, останавливать двигатель по событиям — закрывание дверей, нажатие на тормоз, отпускание ручного тормоза, аварийное снижение давления масла при работающем двигателе (через 30 с), срабатывание охранной сигнализации (через 5 с), аварийная остановка двигателя, достижение заданной температуры двигателя. Кроме этого, предусмотрены режим "пит-стоп" (см. ниже), функции определения причины остановки двигателя и звукового оповещения о состоянии.

В первом варианте (при записи в контроллер кода программы zapmt.hex) при автоматическом запуске по таймеру двигатель запустится только один раз, после чего отключится таймер и на автомобиле с механической коробкой передач программно обнулится флаг установленной "виртуальной" нейтрали.

Во втором варианте (программа zapmt2.hex) двигатель будет запускаться циклично через установленный пользователем промежуток времени. Запретом очередных запусков по таймеру могут послужить только указанные выше события, произошедшие во время работы устройства запуска, а также после трех неудачных попыток запустить двигатель или его аварийной остановки. Очередной запуск по таймеру не произойдет также при отпускании ручного тормоза в течение паузы между запусками. Во всех этих случаях "виртуальная" нейтраль и таймер отключаются.

Рассмотрим работу устройства на примере автомобиля с дизельным двигателем и механической коробкой передач. После подключения устройства к автомобилю оно программно устанавливается в выключенное состояние. В этом режиме возможен запуск двигателя только от внешнего устройства по дополнительному каналу. Работа с таймером запрещена. Состояние устройства проверяют нажатием на сервисную кнопку, на педаль тормоза при этом нажимать нельзя. Отсутствие звукового сигнала будет означать, что устройство выключено, т. е. работа таймера запрещена.

Для включения устройства необходимо при работающем двигателе (от ключа зажигания), открытой двери, нажатой педали тормоза и отпущенном ручном тормозе нажать на сервисную кнопку (будет подтверждено звуковым сигналом). Если устройство было выключено, оно включится.

Чтобы произошел запуск двигателя по таймеру, необходимо включить устройство, установить "виртуальную" нейтраль (для механической коробки передач). К моменту запуска двери должны быть закрыты, ручной тормоз затянут.
Нередки случаи, когда водители оставляют на стоянке автомобиль с включенной передачей. Чтобы избежать подобной ситуации при включенном устройстве автозапуска, оно, как и большинство промышленно выпускаемых автопрогревателей, дополнено функцией "виртуальной" нейтрали.

Для ее установки при работающем двигателе, отпущенном ручном тормозе, открытой двери, отпущенной педали тормоза необходимо за время в 5 с успеть нажать на сервисную кнопку (подтвердит сигнал), а затем за время 5 с успеть затянуть ручной тормоз. Подтверждением готовности к запуску послужит звуковой сигнал длительностью 3 с. Выключают "виртуальную" нейтраль отпусканием ручного тормоза или она автоматически отключится (для варианта 1) после однократной процедуры запуска двигателя, в том числе и от внешнего устройства.

Чтобы установить время в режиме таймера, необходимо, при выключенном двигателе, открытой двери, затянутом ручном тормозе и нажатой педали тормоза, кратковременно нажать на сервисную кнопку (подтвердит сигнал). После небольшой паузы будут звучать короткие тональные сигналы. По достижении нужного числа сигналов, каждый из которых добавляет один час к выдержке времени таймера, отпускают педаль тормоза. Подтверждением записи числа часов в таймер служит звуковой сигнал длительностью около 3 с после небольшой паузы.

Если педаль тормоза не отпускать, после двадцати четырех сигналов автоматически произойдет запись этого числа в регистр таймера и также прозвучит сигнал подтверждения записи. При введении ошибочного значения или желании повторно записать необходимое время достаточно заново повторить описанную процедуру.

После срабатывания таймера или по сигналу с дополнительного канала, поступившего от внешнего устройства, устройство на 6 с включает габаритные фонари (сигнализируя о начале процесса запуска двигателя) и на все время работы — зажигание. После прогрева дизельного топлива до температуры, достаточной для запуска двигателя и, соответственно, выключения индикаторной лампы свеч накаливания, на 6 с включается стартер, габаритные фонари при этом выключаются.

Если в первые 6 с свечи накаливания не отключились (т. е. топливо не прогрелось), их работа продляется еще на 6 с, затем программа опять проверяет состояние свечей. Если и в этом случае они не отключились, то габаритные фонари и зажигание отключаются на 15 с. Таких попыток предусмотрено три

Если двигатель запустился и частота вращения его коленчатого вала в период работы стартера превысила 360 мин , стартер отключится, а габаритные фонари снова включатся, сигнализируя о том, что двигатель автомобиля работает без присмотра водителя. Подобную сигнализацию в том или ином варианте используют и промышленно выпускаемые автопрогреватели.

Если же в течение 6 с работы стартера запуска не произошло, то габаритные огни и зажигание отключаются на 15 с, затем следует вторая попытка запуска. После третьей попытки отключаются зажигание, габаритные фонари и стартер. В один из регистров памяти программ записывается код причины выключения, который можно при желании проконтролировать.
Для прочтения причины выключения двигателя нажимают на педаль тормоза, включают зажигание (индикаторная лампа "низкое давление масла" светит). Далее на 4 с нажимают на сервисную кнопку. По числу прозвучавших сигналов можно определить причину выключения двигателя.

Шесть сигналов означают срабатывание сигнализации, пять — открывалась дверь, отпускался ручной тормоз или нажимали на педаль тормоза, четыре — выключение произошло по сигналу от внешнего устройства, три — низкое давление масла в течение 30 с работы двигателя, два — аварийная остановка двигателя (частота вращения коленчатого вала ниже 360 мин-1) или его запуск после трех попыток не произошел, один — двигатель отработал положенные 15 мин или его температура превысила порог, записанный в памяти микроконтроллера. Эта информация сохраняется до следующей    остановки    двигателя.

Сначала автомат отключает габаритные огни, а затем с выдержкой около секунды — зажигание. Для установки температурного порога выключения работающего двигателя закрывают двери, нажимают на педаль тормоза, затем на сервисную кнопку и удерживают ее нажатой 10 с. Сигнал, который прозвучит после этого, — подтверждение записи в память контроллера температуры двигателя.

Если температура в месте установки термодатчика во время установки температурного порога будет отрицательной, записи в микроконтроллер не произойдет и подтверждающий сигнал не прозвучит. Значит, следует изменить место установки датчика температуры на двигателе. Этот датчик представляет собой программируемый цифровой термометр-термостат с выходным сигналом в последовательном коде.

В процессе эксплуатации автомобиля в холодное время года может возникнуть необходимость на короткое время покинуть автомобиль, оставив его двигатель работающим. При этом, чтобы запереть двери автомобиля, необходим второй ключ. Да и оставлять без присмотра работающий автомобиль с ключом в замке зажигания даже с запертыми дверями небезопасно.

Эту проблему легко решить, используя режим "пит-стоп". Его устанавливают при работающем двигателе, затянутом ручном тормозе и вставленном в замок зажигания ключе. Открывают дверь, нажимают на педаль тормоза и на одну секунду нажимают на сервисную кнопку. После этого включатся габаритные фонари и раздастся прерывистый сигнал. Теперь можно отпустить педаль тормоза, вынуть ключ зажигания и, покинув машину, запереть дверь. Двигатель автомобиля останется включенным без ключа в замке зажигания. Всю процедуру необходимо выполнить в течение 1 мин.

Выключают режим "пит-стоп", если необходимо, отпусканием ручного тормоза. Отключение двигателя в этом режиме возможно сигналом по дополнительному каналу

Разумеется, в любом случае работы устройства автозапуска, прежде чем закрыть дверь, нажать на педаль тормоза или отпустить ручной тормоз, необходимо вставить ключ в замок зажигания, иначе двигатель остановится. Также ни в коем случае нельзя ключ поворачивать в положение "стартер". Оповещение о состоянии предназначено для предупреждения водителя в ситуациях, когда включен режим таймера. В случае, если двигатель работает от устройства автозапуска, таймер включен, водитель открыл дверь, вставил ключ в замок зажигания и закрыл дверь, через 3 с раздастся сигнал, оповещающий о том, что включен режим таймера.

Следует отметить, что в ситуациях, когда температура двигателя выше порога, записанного в память контроллера, но поступила команда на запуск двигателя, он будет включен всего на 10 с.

Регулировка автопрогревателя, за исключением установки температурного порога отключения (ее выполняют после монтажа на автомобиль), потребует определенных действий. Перед тем как подключать устройство к автомобилю, необходимо войти в режим "выбор авто", для чего соединить временными перемычками контакты ручного тормоза, дополнительного канала, свечей накаливания (выводы 10, 11, 13 разъема ХЗ, см. схему на рис.) с выводом 1 разъема Х1. Параллельно выводам обмотки реле К4 включения габаритных фонарей временно припаивают светодиод с токоограничительным резистором.

Далее нажимают на сервисную кнопку (вывод 12 разъема ХЗ замкнуть на корпус, остальные выводы свободные). Подключают разъем Х1 устройства к источнику питания напряжением 12 В. Через 10 с включится этот светодиод и раздастся короткий сигнал.

Теперь кнопку можно отпустить и в течение дальнейших 3 с нажать на нее один раз, если ваша машина имеет бензиновый двигатель и автоматическую коробку передач, два раза — если дизель с механической коробкой, и три раза — если дизель с автоматической коробкой передач.
По умолчанию, если на кнопку не нажимать, в память контроллера запишется режим "бензин—механика" и прозвучит короткий одиночный сигнал. Через 3 с после последнего нажатия на сервисную кнопку запись в память контроллера будет подтверждена звуковыми сигналами: "бензин—автомат" — двумя, "дизель—механика" — тремя, "дизель—автомат" — четырьмя.

Теперь, отключив устройство от источника питания, можно убрать все перемычки. Далее, уже в выбранном режиме нужно установить таймер на 1 ч и, если требуется, "виртуальную" нейтраль. По точным часам следует определить временную погрешность таймера (она зависит от конкретного экземпляра кварцевого резонатора ZQ1). Светодиод при этом лучше пока оставить подключенным к реле К4. Если погрешность окажется слишком большой, необходимо откорректировать программу контроллера.

Алгоритм программы таков, что время в 1 ч соответствует 12000 циклам ее работы. Один цикл с учетом времени измерения частоты вращения вала двигателя (250 мс), плюс время одной задержки для подавления последствий "дребезга" (49,9 мс), плюс 98 мкс цикла, плюс 98 мкс цикла работы программы, плюс две пустые команды равен 0,3 с.

Если в подпрограмме установить "антидребезговую" задержку на 10 мкс больше, то каждый час времени таймера увеличится на 0,12 с, если на 100 мкс — 1,2 с. Соответственно, одна миллисекунда в подпрограмме для подавления последствий "дребезга" равна 12 с в часовой выдержке таймера. Изменения следует вносить в исходный текст программы — в файл ASM. Затем, откомпилировав программу в среде MPLAB, полученный НЕХ-файл с помощью программатора записать в контроллер.

Датчик температуры хомутом закрепляют на подходящей нагревающейся детали двигателя (с максимально допустимой температурой 125 °С). Если при подключении устройства автозапуска к автомобильным датчикам (давления, дверей, стоп-сигналов), а также к сирене установленной охранной сигнализации планируется использовать активный низкий уровень сигнала, то оптопары U1, U2 (см. рис.) можно не устанавливать. В необходимых местах в этом случае устанавливают перемычки, а резисторы R5—R8 в цепи излучательного диода оптронов заменяют диодами, включенными анодом к входам микроконтроллера

Также при подключении устройства к контактам замка зажигания следует учесть, что контакт 6 разъема Х5 необходимо подключить к цепи зажигания (контакт 30) Питать автопрогреватель желательно непосредственно от батареи аккумуляторов.

Контакт 1 разъема ХЗ подключают к прерывателю, а если он выполнен на датчике Холла, устанавливают перемычку Х2. В этом случае резистор R2 можно не устанавливать, заменив его перемычкой, а стабилитрон VD1 исключить вообще. Если в автомобиле используется одна группа контактов зажигания, то контакты "Зажигание 1" разъема Х5 можно оставить неподключенными, а реле КЗ на плату не устанавливать.

Автопрогреватель может выполнять запуск двигателя автомобиля, подключенного к охранной сигнализации но если в ее составе имеются датчики вибрации, то она может сработать из-за вибрации корпуса, соответственно вызвав ложное включение сирены охранной сигнализации и далее (через 5 с) отключение устройства автозапуска двигателя. В этом случае неиспользуемое реле КЗ можно применить для отключения этих датчиков.

Прокладывать провода прогревателя следует как можно дальше от источников электрических помех — катушки зажигания, высоковольтных проводов и т. д. Все неразъемные соединения необходимо пропаять и изолировать Само устройство помещают в прочную влагозащи-щающую коробку и крепят в удобном месте под панелью приборов. Его подключают только после окончательного крепления. Сервисную кнопку устанавливают так, чтобы было можно нажимать на нее скрытно

В качестве внешнего устройства для управления по дополнительному каналу используется миниатюрный носимый радиопередатчик (радиокнопка), предназначенный для передачи сигнала и входящий в состав аппаратуры радиоуправления охранной сигнализации. Приемник расположен в салоне автомобиля и при срабатывании по сигналу от радиокнопки через контакты встроенного исполнительного реле подает сигнал на вход дополнительного канала (вывод 11 разъема ХЗ).

Информацию по таким устройствам и их приобретению можно легко найти в Интернете. В моей конструкции использована радиокнопка с возможностью автозапуска от брелока (дальность — 100 м) и от стационарно установленного передатчика (до 1 км), а само устройство установлено на автомобиле с бензиновым двигателем и автоматической коробкой передач.

Все условия для выполнения тех или иных функций для удобства сведены в табл. 1.

В устройстве вместо АОТ101БС можно использовать оптроны КР249КН2А, а вместо 78L05 — любой пятивольтный стабилизатор (с учетом возможной разницы в цоколевке). Датчик температуры (на схеме не показан) — DS1821 фирмы Dallas Semiconductor. Исполнительные реле — BS-115с фирмы Bestar; возможна замена на отечественные автомобильные реле (например, 711.3747-02) с корректировкой размеров печатной платы и рисунка ее проводников. Звукоизлучатель НА1 — НМР14АХ со встроенным генератором.

Самовосстанавливающийся предохранитель MF-R030 (F1) фирмы Bourns inc можно заменить обычным плавким предохранителем на 0,3 А, но надежность работы устройства будет ниже. Стабилитрон 1N4734A можно заменить на КС156А, a 1N4728A — на КС133А.

Ограничительный диод 1 N6275 в крайнем случае заменим стабилитроном 1N4744A или КС515А. Вместо диодов КД522Б подойдут импортные 1N4148. Не забудьте установить на плате со стороны печати перемычку между плюсовым проводом питания (12 В) и плюсовым выводом излучателя НА1.

При установке устройства на автомобиль с бензиновым двигателем резистор R9 и диод VD2 можно исключить, соединив перемычкой вывод 13 разъема ХЗ с общим проводом.

В заключение — несколько слов о требованиях и рекомендациях при эксплуатации этого автопрогревателя. Оставлять автомобиль следует на хорошо проветриваемой площадке, а при стоянке в гараже — обеспечить изолированный отвод отработавших газов от глушителя автомобиля в открытую атмосферу. Перед установкой режима автозапуска убедиться в исправности автомобиля, в наличии необходимого количества масла в двигателе и топлива в баке. Будет полезным также включать режим рециркуляции воздуха в салоне для его более эффективного прогрева.