Блок управления электродвигателем вентилятора системы охлаждения. Принцип работы блока управления вентилятором

Это устройство разрабтатывалось для контроля температуры двигателя и управления муфтой вентилятора охлаждения и подогревателем впускного коллектора, в автомобиле Мерседес 190. Схема устройства показана на рисунке и представляет из себя обычный термометр на датчике DS18B20 и микроконтроллере PIC16F628A. Устройство измеряет температуру двигателя, отображает ее на экране и в зависимости от нее включает исполнительные устройства.

* На схеме не указано - VD3 - КС522

Измеренная температура двигателя отображается в диапазоне от 0 до 99 градусов. Если температура ниже нуля градусов, то на дисплее высвечивается Lo (низкая), а когда больше 99 градусов - высвечивается Hi (высокая). Хотя предел индикации 99 градусов, термометр все равно продолжает измерять температуру. Как только температура дойдет до 110 градусов (что для двигателя мерседеса считается нормально, он не кипит при такой температуре) - то на дисплее будет высвечено Ot (перегрев). А на выходе RA4 микроконтроллера появляется сигнал логического 0 - ошибка, этот сигнал можно использовать для включения светодиода в салоне, или для управления бипером. Сигнал на RA4 будет сброшен только после выключения зажигания, снижение температуры двигателя никакого влияния на этот сигнал уже не окажет. При температуре ниже 40 градусов будет включен подогреватель впускного коллектора. Аналогично при температуре 89 градусов будет включен вентилятор охлаждения. Чтобы снизить нагрузку на аккумулятор, устройство имеет вход который соединяется с реле стартера. Когда включен стартер, не зависимо от температуры двигателя, выключаются вентилятор и подогреватель, как только стартер будет выключен, ветилятор и подогреватель включаться согласно измеренной температуры.

Сам термометр-термостат собран на печатной плате и размещен в пластиковом корпусе. Корпус закреплен двумя саморезами прямо в моторном отсеке. Размещать прибор нужно так, чтобы он был максимально удален от высоковольтных проводов зажигания и других силовых проводов, а также как можно дальше от горячих деталей двигателя. Очень желательно применить микроконтроллер в расширенном температурным исполнением - PIC16F628A-E/P, но можно и в промышленном - PIC16F628A-I/P. Плата разработана под сдвоенный светодиодный индикатор фирмы Bright LED - BD-A816RD. По большому счету индикатор в этом устройстве и не нужен, но я его установил, чтобы не было устройство совсем простым, а так же, чтобы прямо под капотом можно увидеть температуру двигателя. Микросхемный стабилизатор 7805 нужно установить на малогабаритный радиатор - полоску алюминия. Электролитические конденсаторы нужно выбирать из морозостойких экземпляров.

Для изготовления самого датчика температуры понадобилась болванка из латуни, из нее был выточен корпус для датчика DS18B20. Этот корпус изготовлен так, чтобы он легко вкручивался на место одного из штатных датчиков (они к сожалению благополучно умерли , поэтому и пришлось разработать это устройство). Корпус желательно сделать максимально облегченным, чтобы уменьшить его температурную инерцию. Соединять датчик с платой микроконтроллера нужно экранированным термостойким проводом.

Реле устанавливаются в любом удобном месте, вне корпуса устройства, защитные диоды шутирующие их обмотки на плате уже установлены.

Естественно это устройство можно установить и в салоне. Тогда оно еще и заменит штатный термометр охлаждающей жидкости.

Модуль управления силовым агрегатом (PCM) в зависимости от температуры изменяет параметры управления двигателем автомобиля. PCM управляется сигналом, поступающим с датчика температуры(ECT) , который находится на распределителе жидкости, под катушкой зажигания. Зависимость напряжения от температуры, измеренная на датчике ECT автомобиля представлена в таблице

Указатель температуры на панели приборов, тоже включен в PCM. Однако значения, которые указывает прибор, не соответствует истинной температуре охлаждающей жидкости. При Т=45°С на приборе стрелка на 60. Затем при прогреве она доходит до деления 90 при Т=80-83°С и останавливается. Дальнейший рост температуры на показания прибора не влияет. Стрелка стоит на отметки 90. И только на 116°С прибор начинает изменять свои показания. И при температуре 120°С стрелка становится на отметку 120.

Данный алгоритм работы указателей температуры применен на многих автомобилях. И при отказах в системе охлаждения (сгоревший предохранитель, заклинивший вентилятор) легко довести температуру ОЖ до значения 110-115°С и выше. Что нежелательно сказывается на работе двигателя в целом.

Для односкоростного варианта температура включения вентилятора составляет 105°С . Для двухскоростного варианта при 94°С медленная, при 97°С максимальная скорость вентилятора.

Прочитав форум по электрооборудованию было принято решение снизить температуру включения со 105°С до 97°С. Для этого был сделан блок, который работает в параллель с PCM автомобиля и управляет вентилятором.

Принципиальная схема блока

Схема содержит два компаратора и усилитель тока. Первый компаратор включает реле вентилятора K8 и светодиод VD3 при достижении заданного напряжения на датчике температуры. Напряжение с датчика подается на вход Ud. Образцовое напряжение задается делителем R1,R2. Для создания гистерезиса в схеме включен резистор R6.Резистор подобран так, чтобы перепад межу включением и выключением составлял 80мВ., что соответствует 4°С Транзистор Q2 открывается, подает питание на реле K8 , которое включает вентилятор. Зажигается красный светодиод LED3. Происходит принудительное охлаждение радиатора двигателя.

Напряжение на датчике после этого возрастает, компаратор срабатывает, и на выходе появляется 0. Транзистор Q2 закрывается, отключая питание реле K8. Реле выключает мотор вентилятора.

На втором компараторе собран измеритель рабочей температуры. До 81°С охлаждающей жидкости горит желтый светодиод LED1. От 81°С до 97°С горит зеленый светодиод LED2, указывающий на нормальный рабочий режим.

Образцовое напряжение, соответствующее напряжению на датчике при Т=81°С, задается резисторами R8, R9.

Значение 81°С было выбрано не зря. По проведенным наблюдениям эта та температура, когда открывается термостат и включается в работу большой круг системы охлаждения двигателя.

Стабилизатор напряжения LM7809 можно заменить и на другие. Тогда придется пересчитать делители R1,R2 R8,R9 R5, и R7. Используется микросхема LM2903 (2 компаратора) , транзисторы VT1- КТ315 и VT2- КТ 815, или им подобные. Резисторами R10, R11 подбирается яркость свечения светодиодов.

Данный блок работает в параллель с РСМ автомобиля. Для включения используется основное реле K8, расположенное на блоке предохранителей.

В настройке блок не нуждается. Делителем R1,R2 выставлено напряжение 0.63-0.65 в, что соответствует Т=97°С.

При рабочей температуре и включении кондиционера могут гореть одновременно зеленый и красный светодиоды. В этом режиме вентилятор и красный светодиод включает РСМ.

Так выглядит блок.

Подвожу провод к датчику температуры

Подключение на блоке предохранителей

Блок стоит на автомобиле

Умное управление вентилятором радиатора:

Снижение расхода топлива
Увеличение срока службы двигателя
Вентилятор работает практически бесшумно

Модификации (виды) «Борея»

Существуют два вида «Борея» - с коммутацией либо минусового либо плюсового провода к вентилятору. Соответственно в «Борее» будет присутствовать либо буква «К»(минусовой) либо буква «А»(плюсовой). Все версии герметичны в отношении платы, версии с проводами также герметичны и в месте впайки проводов.

Остальные модификации связаны с наличием\отсутствием впаянных проводов, толщиной силовых проводов (2.5 или 4 кв.мм.) и мощностью (360 или 520вт), типом разъема к вентилятору(российский или импортный), напряжением батареи 12В или 24В(грузовики).

Корпус «Борея» - алюминиевый размером 45х45мм либо 35х90мм, размер не привязан к какому-то виду Борея и может меняться от партии к партии. Корпус служит теплоотводом и электрически изолирован от платы.

Узнать, какой из проводов к вентилятору коммутирует реле штатной системы автомобиля можно следующим образом. При включенном зажигании, но на не заведенном ДВС и выключенном вентиляторе нужно тестером померять напряжение на любом из выводов вентилятора относительно массы. Если тестер покажет +12В, то вентилятор коммутируется проводом "массы" и Вам нужен «Борей-К» или «Борей-КВ». Если покажет 0Вольт - то "плюсовым" проводом, соответственно Вам нужен «Борей-А» или «Борей-АВ» .

	Борей-К	«Борей-К» коммутирует "массу". Мощность модели 360вт. Будет заказное исполнение на 24Вольта.
	Борей-А	Это исполнение с разъемом для подсоединения проводов. Разъемы находятся внутри корпуса, чтобы грязь в них не попадала, для ввода проводов используется штуцер. Вся плата залита герметиком, за исключением контактов разъема для подключения проводов. Провода в комплект не входят. Версия без проводов удобна тем, что силовые провода могут быть сделаны оптимальной длины "по месту". Штуцер предназначен для проводов до 4кв.мм., но на пределе возможны и 6кв.мм. «Борей-А» коммутирует провод "плюс". Мощность модели 360вт. Исполнения на 24Вольта не будет. Эта версия находится в производстве с весны 2018года, имеет существенные улучшения в части электроники, реализуемых функций и программирования.
	Борей-КВ	Эта версия находится на текущей странице. «Борей-КВ» коммутирует "массу". Мощность модели 360вт. Имеется исполнение на 24Вольта.
	Борей-АВ	Эта версия находится на другой странице. «Борей-АВ» коммутирует провод "плюс". Мощность модели 360вт. Герметичное исполнение «Борея», провода 2.5кв.мм. в комплект входят и запаяны непосредственно в плату. Модуль полностью залит компаундом. Версия со впаянными проводами не подразумевает их удлинение или укорочение. Их длина, конечно, может быть изменена, но без скрутки\пайки\переобжима это не получится.
	Борей-КВ4	Эта мощная версия находится на текущей странице. «Борей-КВ» коммутирует "массу". Мощность модели 520вт. Герметичное исполнение «Борея», провода 4кв.мм. в комплект входят и запаяны непосредственно в плату. Модуль полностью залит компаундом. Версия со впаянными проводами не подразумевает их удлинение или укорочение. Их длина, конечно, может быть изменена, но без скрутки\пайки\переобжима это не получится.

Назначение блока управления вентилятором (БУ ЭВСО)

Все люксовые автомобили, оснащенные электровентиляторами радиатора системы охлаждения, имеют и модуль плавного управления скоростью вращения этого вентилятора. Это неслучайно, поскольку такое управление дает массу преимуществ в сравнении с классическим релейным управлением. Плавное управление скоростью вращения имеет только один существенный недостаток - высокую цену. Вот именно в плане цены наш блок управления вентилятором дает огромную фору импортным аналогам, ни в чем не уступая им по остальным параметрам. Историю создания «Борея» можно посмотреть .

«Борей» предназначен для изменения скорости вращения электровентилятора радиатора системы охлаждения в зависимости от текущей температуры двигателя автомобиля таким образом, чтобы температура ДВС не уходила выше 1-2градусов от установленной точки включения электровентилятора. C этой задачей «Борей» справляется гораздо лучше, чем штатная релейная система.

Блок управления «Борей» - это система управления вентиляторами , имеющая расширенные функции в сравнении со штатной системой.

БУ ЭВСО решит для Вас проблему охлаждения двигателя машины в самых тяжелых условиях. «Борей» гораздо более надежен, чем реле.
БУ ЭВСО может управлять вторым электровентилятором или электропомпой для увеличения теплосъема с радиатора системы охлаждения. Естественно, что для работы «Борея» необходим вентилятор(ы), производительность которого(ых) достаточна для самого тяжелого режима охлаждения двигателя автомобиля.
БУ ЭВСО работает "впараллель" со штатной системой включения вентилятора, ничем не мешая ей. Эти две системы резервируют друг друга, тем самым повышая общую надежность.
БУ ЭВСО обрабатывает и потребности кондиционера автомобиля, включая продув конденсора кондиционера тогда, когда это нужно кондиционеру. Этим ликвидируется необходимость в дополнительном вентиляторе для кондиционера.
БУ ЭВСО подключается к штатному датчику автомобиля, при этом нет необходимости в подборе или калибровке этих датчиков. Температура стабилизации при этом задается самим водителем с помощью очень простой операции (все подробности есть ниже по тексту).

Для каких машин предназначен БУ ЭВСО?

Да, собственно, для всех, где есть электровентилятор. От "Оки" и до "Чероки", от 0.5литров объема двигателя и до 5-8л, в том числе серийно устанавливаются на вездеходах АВТОРОС. В мощных машинах разумно просто использовать два электровентилятора с двумя «Бореями» даже там, где справился бы и один. В расчете на литр объема установка «Борея» на "Чероки" гораздо более дешевое мероприятие, чем на "Оку". При замене вентилятора с вискомуфтой на электровентилятор рекомендуется применить "Борей-К" или "Борей-КВ". Для мощных машин предназначена версия «Борей-КВ1-4» с толстыми проводами сечением 4кв.мм. Для коммерческих машин и грузовиков, где бортовое напряжение составляет 24В, выпускается версия «Борей-КВ24»

Преимущества:

автоматическая настройка температуры стабилизации без участия водителя;
простота перестройки температуры стабилизации;
контроль работы вентилятора системы охлаждения с помощью запрограммированных тестов;
контроль рабочих параметров системы охлаждения при запуске двигателя;
автоматическая защита от перегрузки по току свыше 30 А;
автоматическая защита от короткого замыкания по току свыше 50 А;
легкое встраивание в штатную систему охлаждения;
стабилизация температуры двигателя , а не радиатора;
высокая надежность;
резервирование (штатная система охлаждения остается в качестве дублирующей).
для управления блоком не используются механические кнопки, управление бесконтактное, магнитное.

Преимущества при использовании блока управления вентилятором

снизить расход топлива;
увеличить срок службы (ресурс) двигателя автомобиля;
практически исключить шум от работы вентилятора;
уменьшить электрическую нагрузку на бортовую сеть автомобиля.

Принцип работы блока управления вентилятором

Здесь никакого "открытия Америки" нет. Как и нет гигантского эффекта, он составляет в общем 15-30% по отношению к классической системе управления вентилятором.

Когда с помощью реле, включающего электровентилятор в классической системе, двигатель охлаждается на 10градусов, когда достаточно его охладить на 1градус, лишние 9градусов оказываюся действительно "лишней" работой, которую «Борей» зря не выполняет. Эффект здесь, конечно не в 9 раз, но вдвое выигрыш есть. Выше мы уже писали о том, что вентилятор должен обеспечивать охлаждение ДВС в максимально тяжелом режиме (режиме максимальной мощности). Когда вентилятор в пробке охлаждает двигатель, работающий на 10% своей мощности, ему достаточно и 30% скорости вращения, от большей мощности пользы не будет ().

В целом, именно эффективные алгоритмы работы управления вентилятором позволяют достичь небольшой экономии, но что более важно, позволяют более точно стабилизировать температуру двигателя. Водители, установившие «Борей», обычно говорят: "установил и забыл, а в пробках стрелка температуры стоит, как влитая".

Установка

Доступны для поставки четыре комплекта проводов, различающихся типом применяемого разъема вентилятора и полярностью (для «Борей-А» и «Борей-К»). Силовые провода имеют сечение 2.5кв.мм.

Первый тип с российским разъемом хорош тем, что если он не подходит по "пластмассе" к разъему вентилятора, то контакты можно извлечь из пластмассового корпуса и воткнуть по отдельности в разъем вентилятора, учитывая полярность. В автомобилях разных стран применяют разные разъемы, но внутренний тип контакта почти всегда один (размер 6.3мм), в том числе у вентиляторов "Бош" российского производства, а также "Шеви-Нивы" и "Калины".

Второй комплект проводов с разъемом Packard 12015987 (рисунок справа) подходит по "пластмассе" к большинству импортных вентиляторов, в том числе и вентиляторам "Бош" российского производства, а также к вентиляторам "Шеви-Нивы" и "Калины". Однако разобрать такой разъем уже не получится, контакты внутри специализированные и не подойдут к другому типу разъемов.

Особенности «Борея-КВ4»

Это мощная, более новая модель, она выпущена в 2018году, по программе и настройкам совместимая с «Борей-К». Это модель со впаянными проводами сечением 4кв.мм. Монтируется она аналогично «Борею-КВ», а программируется аналогично «Борею-К».

Повышенная мощность потребовала серьезного изменения внутренней платы. Если предыдущие версии использовали автоматизированный монтаж силовых элементов (первое фото ниже), то эта модель требует их ручного монтажа и пайки, что безусловно увеличивает ее себестоимость.

LED-шкала для индикации скорости вращения вентилятора

Светодиодная шкала "Фотон-1" показывает текущую скорость (мощность) вращения вентилятора. Фактически «Фотон-1» - измеритель среднего напряжения на моторе. "Фотон-3" дополнительно имеет шкалу температуры, показывающую отклонения температуры от точки срабатывания вентилятора.

Система охлаждения крайне важна для стабильной работы двигателя. По её трубкам циркулирует антифриз, который забирает часть тепла и при прохождении большого или малого круга отдаёт его в атмосферу.

Немного об устройстве системы охлаждения двигателя

Для понимания роли вентилятора в системе охлаждения двигателя необходимо в подробностях рассмотреть, как работает эта система. Она состоит из множества взаимосвязанных элементов, таких как радиатор, термостат, расширительный бачок и так далее. Но главную роль в общей структуре, безусловно, играет рубашка с охлаждающей жидкостью.

Представьте себе, что по бокам автомобильных цилиндров расположены небольшие канавки. В них находится антифриз. Он забирает основную часть тепла, когда поршень поднимается и опускается.

Чтоб процесс охлаждения двигателя не прекращался ни на миг во время движения антифриз постоянно циркулирует по системе. Если его температура ниже 80 градусов, то он идёт по внутреннему кругу, но стоит перейти эту температурную грань, как всё кардинально меняется. Охлаждающая жидкость посредством клапана, который также является и термостатом направляется на большой круг.

При прохождении большого круга охлаждающая жидкость попадает в соты радиаторы. Именно напротив этой детали установлен вентилятор системы охлаждения двигателя. Как только, возникает необходимость, он активируется и помогает теплу рассеяться в атмосфере.

Важно! Обдувание сот также происходит встречным потоком воздуха.

После того как антифриз пройдёт соты радиаторы, охлаждаемые вентилятором двигателя, он вновь попадёт в канавки цилиндров но его температура будет намного ниже. Этот процесс не прерывается ни на один миг во время движения авто.

Какими бывают вентиляторы

Автомобильная индустрия постоянно развивается. Учёными изобретаются новые технологии, которые позволяют достичь гораздо большей производительности. Неудивительно, что существует множество вентиляторов, которые устанавливаются в системах охлаждения двигателя.

Тем не менее в жёсткой конкурентной среде выживают только сильнейшие из сотен возможных типов. За более чем сто лет непрекращающегося соревнования осталось всего две наиболее производительные конструкции: механическая и электрическая.

Первый тип вентиляторов охлаждения двигателя приходит в движение посредством крутящего момента, который передаётся от коленчатого вала через шкив. Именно такая конструкция была доминирующей на рынке последние 20 лет. Но в последнее время у неё появился серьёзный конкурент.

Вентилятор охлаждающей системы с электрическим приводом по многим параметрам превосходит своего механического оппонента. Состоит он из блока управления и мотора, который работает от бортовой сети автомобиля.

Внимание! Электрический вентилятор охлаждения активируется от команды температурного датчика, точнее, его показаний.

Перед тем как приступить к объяснению принципа работы вентилятора охлаждения двигателя необходимо немного углубиться в типизацию. Безусловно, все вентиляторы делятся на механические и электрические, но также их можно классифицировать в зависимости от системы управления. Естественно, что это определённым образом сказывается на принципе работы.

Вентиляторы системы охлаждения делятся на такие типы:

с термовыключателем,
с вискомуфтой,
с блоком управления.

Сейчас в устройстве автомобилей практически не осталось систем охлаждения, в которых можно было бы найти вентилятор с вискомуфтой. Тем не менее на внедорожниках до сих пор устанавливают такие конструкции. Это объясняется продольным расположением двигателя, но не только.

Главное достоинство вискомуфты — её герметичность. Как результат автомобиль с таким охлаждением может без малейших трудностей пересекать речки и небольшие водоёмы.

Внимание! Обычные электрические вентиляторы охлаждения в двигателях сразу же ломаются при контакте с водой.

Это связано с особенностями работы вентилятора охлаждения двигателя. Вискомуфта является герметичной. Поэтому вода не может ей навредить. Электрические вентиляторы при таких испытаниях приходят в негодность.

Принцип работы и устройство

Вискомуфта заполняется маслом на силиконовой основе. Под воздействием температуры его свойства меняются. Чем больше нагрев, тем выше скорость вращения вентилятора охлаждения двигателя.

Вискомуфта состоит из таких конструктивных элементов:

дисков ведущего вала,
герметичного корпуса,
силиконовой жидкости,
дисков ведомого вала.

Устройство вентилятора с электроприводом немного отличается. Во-первых, здесь есть электродвигатель, приводящий устройство в движение. Во-вторых, за выбор режима работы и интенсивность вращения отвечает блок управления вентилятором охлаждения двигателя. Также в конструкцию входят такие элементы, как температурный датчик и реле.

Внимание! Самые современные электрические вентиляторы охлаждения двигателя имеют несколько датчиков.

Один датчик монтируется в корпус термостата. Некоторые производители устанавливают его в патрубок на выходе из двигателя. Второй прибор находится на патрубке, который выходит из радиатора. На основе разницы показаний блок управления выбирает интенсивность работы устройства.

В те времена, когда электроника ещё не достигла такого уровня развития, использовались другие методы управления работой устройства. Были так называемые термовыключатели. Именно они отвечали за активацию.

Принцип действия устройств, работающих с термовыключателями довольно прост. Сигнал с датчика передаётся на шкалу, расположенную в салоне. Именно на её показания ориентируется механизм, когда нужно изменить скорость вращения.

Как только температура антифриза превышает заданные производителем нормы, внутри термовыключателя замыкаются контакты. Они в свою очередь имеют прямой выход на питание агрегата. После этого напряжение начинает поступать к электрическому мотору. В результате крыльчатка вращается.

Внимание! При нормализации температуры жидкости, контакты размыкаются, и устройство прекращает свою работу.

Почему включается вентилятор при выключенном моторе и другие неисправности

Обычно подобный дефект свидетельствует о том, что температурный датчик перестал функционировать. Но для того чтобы сделать какой-либо конкретный вывод понадобится провести более полную диагностику.

Внимание! В большинстве случаев, если полости устройства вращаются постоянно. Это значит, что неисправность кроется в датчике включения. Но при диагностике вы должны учитывать, что причина поломки вентилятора может крыться в чём-то другом.

Чтобы провести первичную диагностику снимите штекерный разъём. Он находится на температурном датчике. После чего путём замыкания проверьте состояние клемм. Для этого вам понадобится кусок проволоки.

В двойном термодатчике сперва нужно замкнуть красно-белый и красный кабеля, затем красный и чёрный. В первом случае крыльчатка будет вращаться медленно, а во втором быстро. Если ничего не происходит вентилятор нужно заменить.

Итоги

Вентилятор — это важное устройство для обеспечения нормальной работы мотора. Он помогает конструкции эффективно охлаждаться даже на предельных оборотах двигателя. Всё большую популярность набирают устройства с электронными блоками управления.

На схеме не указано - VD3 - КС522

Для изготовления самого датчика температуры понадобилась болванка из латуни, из нее был выточен корпус для датчика DS18B20. Этот корпус изготовлен так, чтобы он легко вкручивался на место одного из штатных датчиков (они к сожалению благополучно умерли:-), поэтому и пришлось разработать это устройство). Корпус желательно сделать максимально облегченным, чтобы уменьшить его температурную инерцию. Соединять датчик с платой микроконтроллера нужно экранированным термостойким проводом.