Dieselkäyttöisen moottorinlämmittimen ohjainlaitteen suunnittelu

Abstract

Tässä työssä käsitellään polttoainekäyttöisen nestelämmittimen ohjainlaitteen suunnittelu- ja rakennusprojektia. Työssä käytetään Eberspächerin valmistamaa D4WSC lämmitintä, joka toimii dieselpolttoaineella. Työssä pyritään suunnittelemaan ja toteuttamaan lämmittimelle ohjainlaite, joka on toimiva ja paloturvallinen. Työtä pohjustetaan tutustumalla lämmittimen toimintaperiaatteeseen ja laitteistoon. Lisäksi tarkastellaan alkuperäisen ohjainlaitteen toimintaa. Teoriaosuudessa pureudutaan myös Arduino-elektroniikka-alustaan, jota käytetään tässä työssä ohjainlaitteen pohjana. Lisäksi tutustutaan metallioksidikanavatransistoriin eli mosfetiin sekä pulssinleveysmodulaatioksi kutsuttuun ohjausmenetelmään. Näiden teoria-asioiden ymmärtäminen on olennaista suunnittelu- ja rakennusprojektin ymmärtämiseksi. Työn suunnitteluosuudessa käsitellään lämmittimen anturien ja toimilaitteiden hallintaa. Anturien hallinta on olennainen osa lämmittimen paloturvallista toimintaa. Anturien hallinta keskittyy luomaan luotettavan ja riittävän tarkan keinon lukea anturien mittaamaa lämpötilatietoa. Toimilaitteiden hallinnassa keskitytään suunnittelemaan toimilaitteiden ohjaus siten, että laitteistoa voidaan käyttää tarkoituksenmukaisesti, jotta saavutetaan lämmittimen sujuva toiminta. Suunnitteluosuudessa pureudutaan lisäksi komponenttien valitsemiseen ja ohjelmakoodin suunnitteluun. Komponenttien valitseminen perustuu tässä työssä lähinnä vaadittujen spesifikaatioiden täyttämiseen sekä riittävän turvamarginaalin saavuttamiseen. Tässä työssä komponenttien valinnassa ei keskitytty tehohäviöihin, eikä niitä huomioitu komponenttien valinnassa. Työn suunnittelussa tarkastellaan myös ohjelmakoodin suunnittelua. Ohjelmakoodin kirjoittaminen oli selkeästi työn pisin ja haastavin vaihe ja koodiin jouduttiinkin tekemään muutoksia vielä testausvaiheessa lämmittimen sujuvan toiminnan saavuttamiseksi. Ohjelmakoodimuutoksien vieminen Arduino-alustaan on kuitenkin vaivatonta ja siksi ohjelmakoodin kehittäminen on kohtuullisen helppoa. Ohjelmakoodi kirjoitettiin Arduinon omassa Arduino IDE ympäristössä. Työn rakentamisosuudessa käsitellään komponenttien juottamista, prototyyppiohjainlaitteen komponenttien asettelua ja lopullisen laitteen rakentamisen eroavaisuuksia prototyyppiin verrattuna. Lisäksi pohditaan työn lopullisen piirilevyn toteutusta ja kotelon toteutusmahdollisuuksia. Rakentamisosuudessa esitellään myös ohjaimen testaamiseen liittyvä prosessi ja testauksessa esiintyneet haasteet ja huomiot. Työn tarkoituksena on antaa lukijalle kattava kuva siitä, millaisia vaiheita lämmittimen ohjainlaitteen suunnittelu- ja rakennusprojektiin liittyy. Työssä käsitellään suunnittelu- ja rakennusprojekti sillä tasolla, että lukijan olisi mahdollista tämän työn perusteella saada hyvät edellytykset vastaavan ohjainlaitteen rakentamiseen itse. Työn rajauksen takia jokaista työssä tehtyä ohjelmakoodin funktiota tai vastuksen mitoitusta ei kuitenkaan käsitellä, vaan joitain seikkoja jää työn rajauksen ulkopuolelle. Yhteenvedosta lukija saa käsityksen, millaisia haasteita työssä kohdattiin ja miten prosessia kannattaisi muokata, mikäli projektia lähtisi toteuttamaan uudelleen.