冷却ファン

科目：

はじめに
ビスカスカップリング付きファン
サーマルスイッチによる電動ファン制御
制御装置による電動ファン制御
制御装置による電動ファン制御（リレー制御）
コントロールユニットによる電動ファン制御（PWM制御）
冷却ファンが動作し続ける原因となる障害の可能性

導入：
自動車には、エンジンルーム、多機能ラジオ、ハイブリッド車や電気自動車のバッテリーパックなど、さまざまな種類の冷却ファンが使用されています。以下を参照してください。代替ドライブ。このページではエンジン冷却ファンに焦点を当てます。

内燃エンジンを搭載した車の冷却ファンは、冷却システムを過熱から保護します。冷却ファンにはさまざまな設計がありますが (このページのさまざまなセクションを参照)、すべてに XNUMX つの共通の特徴があります。それは、プラスチック製のファンブレードが前面の近くに配置されていることです。ラジエーター（時には前部、通常は後部）。冷却液が温まるか、エアコンがオンになると、ファンが回転し始めます。

上の画像では、プラスチックのジャケットに入った BMW の電動冷却ファンが見えます。冷却ファンは、技術者がガイドから上にスライドさせてエンジンコンパートメントから取り外します。

次の段落では、冷却ファンのさまざまな制御方法について説明します。

ビスカスカップリング付きファン:
電子制御ファンに加えて、自己思考型/調整型ファン、つまりビスカスカップリングを備えたバージョンもあります。もう電子機器は関係ありません。あバイメタルストリップと液体シリコーン流体は、XNUMX つの保管室 (保管室と作業室) を接続することにより、温度が変化したときにファンのスイッチを確実にオン/オフします。

ビスカスカップリングはフランジで取り付けられていますクーラントポンプ確認済み。画像ではフランジの一部が見えています。問題のビスカスカップリングはクーラントポンプにXNUMX本のボルトでねじ止めされています。中央の取り付けナットが XNUMX つ付いているバージョンもあります。

ビスカスカップリングは後ろにありますラジエーター。ラジエターを流れる空気はビスカスカップリングを加熱します。バイメタルストリップも加熱されるため、歪みます。歪むと、バイメタルストリップが板バネ弁を開き、シリコーン流体が保管チャンバーから作動チャンバーに流れることができます。流体により、ドライブディスク (モーター側) の回転運動がファンハウジング (ファン側) に伝達されます。シリコーン流体は戻りチャネルを介して保管チャンバーに戻ることができます。

エンジンが冷えているときはファンが停止します。冷却剤ポンプのフランジは回転しますが、ファンハウジングは静止しています。この状況では、ビスカスカップリング内で互いに接続されているチャンバーはありません。
エンジンが温まるとファンが作動します。作動チャンバー内のシリコーン液により、ファンハウジングが確実に取り込まれて回転します。

バイメタルストリップがどの程度歪むか（これも気温に依存します）によって、作動チャンバーにどれだけの液体が流入できるかが決まります。作動室内の流体が増えると滑りが少なくなり、ファン速度が高くなります。ビスカスカップリングでは常に最小限の滑りが発生します。

走行中、風によりビスカスカップリングが冷却されます。したがって、冷却ファンは主に静止しているときやゆっくりと走行しているときに回転し始めます。

車に搭載されている冷却ファンが電気モーターで駆動されているか、ビスカスカップリングで駆動されているかは音でわかります。ビスカスカップリングはマルチベルトを介してクランクシャフトにより駆動されます。クランクシャフト速度が高くなると、ファン速度も高くなります。エンジン回転数が上がるとファンの風が強くなり、冷却のため数秒後にファンがオフになる場合は、車にはビスカスカップリングが装備されています。エンジンがアイドル状態の場合、電動ファンは加速時より速く回転したり、柔らかくなったりしません。

次の図は、中央ボルト接続のビスカスカップリングの分解操作を示しています。ボルト接続、つまりファンを含む粘性カップリングは、XNUMX つの大きなオープンエンドレンチで緩めることができます。オープンエンドレンチを反対の動きで離すことにより、クーラントポンプカップリングを取り外すことができます。分解オプションは車の種類によって異なります。すべての場合において、XNUMX つのオープンエンドレンチを使用してファンのネジを緩めることができるわけではありません。

ビスカスカップリングにはナットが XNUMX つだけあり、ブロックオプションがありません。ナットにレンチを当ててハンマーで叩くと、初めてナットがクーラントポンプから外れます。注意してください: これにより、クーラントポンプのベアリングとシールが損傷する可能性があります。
特別なツールを使用すると、ファンを多数の凹みで塞ぐことができます。

サーマルスイッチを使用した電動ファン制御:
このシステムでは、温度依存スイッチ、つまりサーマルスイッチによって電動冷却ファンのオンとオフが切り替えられます。このコンポーネントはラジエーター内にあります。

サーマルスイッチは、戻りホースとして機能するホースの上にあります。ラジエターで冷やされた冷却水はこのホースを通ってエンジンに戻ります。走行中は主に風によって十分な冷却が得られます。ラジエーターの出口側の冷却水が高温になりすぎると、サーマルスイッチの接点が閉じます。これにより、リレー回路の制御側に電気接続が確立され、冷却ファンのリレーがオンになります。ファンが作動し、動作を開始します。

ファンが回転している間、ラジエーター内の冷却液は再び冷却されます。温度が十分に低くなると、サーマルスイッチが電気接続を遮断します。リレーがオフになり、冷却ファンもオフになります。

以下の電気回路図は冷却ファンの制御方法を示しています。図では次のことがわかります。

これはウォーターフォール図であり、端子 30 が上部 (バッテリーのプラス)、端子 15 が下部 (イグニッションスイッチ出力)、端子 31 が下部 (バッテリーのアース) であること。
左側に接続 86 と 85 (制御電流入力および出力)、右側に接続 30 および 87 (主電流入力および出力) があるリレー。
端子 85 とバッテリーアース間のサーマルスイッチ
87とバッテリーアースの間の冷却ファン。

サーマルスイッチはファンリレーの制御電流側を動作させます。ラジエター内の温度が上昇しすぎる恐れがある場合、スイッチが閉じます。リレーの制御電流側の回路は閉じています。電流は端子 86 と 85 の間のコイルを流れます。コイルは磁性を帯び、端子 30 と 87 の間のスイッチを閉じます。これにより、主電流がバッテリーのプラス側から電気モーターを通ってアースに流れます。ファンはリレーとの接触がなくなるまで作動します。

制御装置による電動ファン制御：
最近では、制御装置によって制御される冷却ファンを見かけることが増えています。このバージョンでは、サーマルスイッチは不要になりました。コントロールユニットは XNUMX つ以上の冷却剤温度センサーの値を読み取り、これを使用して冷却ファンの制御を決定します。 ECU 制御の利点は次のとおりです。

制御（オンとオフの瞬間の切り替え）は、サーマルスイッチを備えたバージョンよりもはるかに正確に制御できます。
XNUMX つの冷却ファンが、以前は XNUMX つの別個の (通常は大小の) ファンの機能を引き継ぐことができます。

制御ユニットは、ファンがいつオンまたはオフになるか、またどの速度で動作するかを決定します。ファンへの電流は制御デバイスを通過しません。電流強度が非常に高いため、制御デバイス内で過度の熱が発生します。 ECU 制御のファンシステムは XNUMX つの方法で設計できます。

リレー制御;
PWM制御。

これら XNUMX つのシステムについては、次の段落で説明します。

コントロールユニットによる電子ファン制御（リレー制御）：
前の段落で説明したように、ECU 制御は制御システムをサーマルスイッチに置き換えます。次のスキーマ Fiat Grande Punto 199 の冷却ファン回路を示します。この図には、次の主なコンポーネントが表示されます。

R02: ファン抵抗器。
M05: ラジエーターファン;
K07: 高速リレー;
K07L: 低速リレー;

エンジンコントロールユニットは、冷却水の温度とエアコンシステムの高圧センサーの値に基づいて、冷却ファンを回転させるかどうか、またその回転数を決定します。エアコンのスイッチを入れると、標準で速度 1 がオンになり、エンジンが (過度に) 暖まると速度 2 になります。ファン (M05) は XNUMX つの速度で制御できます。

低速の場合、エンジン ECU はリレー K07L のコイルをアースに切り替えます。リレーは主電流のスイッチを入れ、直列接続された直列抵抗器 R02 を介してファンの電気モーターに到達します。
高速の場合、ECU はリレー K07L をオフ、K07 をオンに切り替えます。電気モーターには直列抵抗なしで電圧と電流が供給されます。ファンは最大速度で動作します。これは、特に、渋滞に巻き込まれている間、または温度回路の障害中にエンジンが非常に高温になっている場合に発生します。安全のため、ECU は冷却ファンを可能な限り最高速度で制御します。

下の 02 つの画像は、直列抵抗 RXNUMX (左) と冷却ファンシュラウド内の直列抵抗の位置 (右) を示しています。直列抵抗の白と緑のプラスチック部分は内側が空洞になっており、冷却ファンがそこに空気を送り込みます。金属ストリップは、抵抗からの熱を流れる空気に伝達します。この素子は直列抵抗の過熱を防ぎます。

ザアドバンテージリレー回路と直列抵抗の点で比較的シンプルなシステムであることが挙げられます。障害が発生した場合、リレーに送受信される電圧を簡単に測定できます。トラブルシューティング方法はこちらのページをご覧くださいリレー.

ザ不利益位置 1 で直列抵抗を使用することです。抵抗はエネルギーを吸収し、最終的にはエネルギー損失につながります。さらに、抵抗器は欠陥に敏感です。抵抗器が焼損すると、ファンは設定 1 で動作しなくなります。直列抵抗器の欠陥が疑われる場合は、抵抗を測定できます。プラグを分解し、コンポーネントのピンの抵抗を測定します。結果は「OL」または「1」です。いわゆる無限に高い抵抗があり、欠陥があることを示します。抵抗は数オームあればOKです。

車に XNUMX つのファンリレーが装備されており、スイッチを入れるとファンが高速で動作する場合、快適性が犠牲になります。ファンのオンとオフの切り替え音が気になる場合があります。さらに、スイッチを入れるときにエネルギー需要のピークが発生します。リレーのスイッチを入れてファンを起動した後、照明などの消費者が短時間暗くなります。

コントロールユニットによる電子ファン制御（PWM制御）：
PWM制御の冷却ファンを使用すると、ファンの回転速度を無限に増減できます。サーマルスイッチにより、スイッチオン後にファンが最大速度で動作するか、直列抵抗を使用して低速または高速で動作できる場合、PWM 制御により、冷却ファンを任意の速度で動作させることができます。固定速度システムと比較した利点は次のとおりです。

さらなる快適さ: ファンは、オン/オフ制御を使用して (過度に) 高速で動作する場合よりも、可能な限り低い速度で動作する場合よりもはるかに静かです。一定速度または低速速度は、前述のシステムでは一時的に暗くなりますが、照明には影響しません。
省エネ: 冷却がほとんど必要ない場合、ファンはあまり冷却する必要がありません。ファンがゆっくり回転すると、消費エネルギー (燃料を含む) が少なくなります。

以下スキーマメルセデス C-180 の冷却システムからのものです。この図には、特に次のコンポーネントが含まれています。

P05: メインヒューズボックス;
K04: メインリレー;
A10: エンジンルーム電子モジュール。
A11: エンジンECU。
M05: ラジエーターファン;
B13：水温センサー.

この図では、冷却ファンがヒューズボックスを介してピン 2 で一定のプラスを受信し、ECU によってリレー K3 がオンになるとピン 04 でスイッチ付きプラスを受信し、ピン 4 でエンジン ECU からの制御信号を受信することがわかります。

エンジンECUはPWM信号により冷却ファンを制御します。制御は、とりわけモーターの温度に依存します。

冷却ファンに故障が発生した場合は、エンジンがアース (ピン 2) と比較して一定の切り替えプラス (ピン 3 および 1) を受信しているかどうかを確認できます。これらの電圧が正しい場合 (エンジンが作動している状態で少なくとも 12 ボルト)、制御信号 (PWM) ECU のピン 16 からの信号は、ファンのピン 4 に到着します。

M05 冷却ファンのハウジングには ECU も見えます。これは冷却ファンの制御ユニットです。エンジン ECU は常に冷却ファン ECU に制御信号を送信します。たとえそれが実行されるはずがないとしても。このようにして、冷却ファン ECU は通信が良好であり、ファンをオフにする必要があることを認識します。この信号が欠落しているか正しくない場合、ECU はファンのスイッチをオフのままにしておくべきか、またはファンをどのような速度で回転させるべきかを認識できなくなります。安全上の理由から、ECU は冷却ファンモーターをフルスピードで制御します。車のドライバーは、イグニッションをオンにすると、ファンが非常に大きな音を立てて吹き始めることに気づくでしょう。

イグニッションのオンまたはオフに応じて、ファンが強力に回転し続ける可能性があります (車のタイプに大きく依存します)。エンジンECUからの制御信号が正しい場合、冷却ファンECUの故障が考えられます。

もちろん、ファンがまったく動作していないのではないかと疑われるもう XNUMX つの障害も考えられます。診断中にファンを動作させるには、アクチュエータテストを通じて診断装置を使用してファンを制御し、同時に電源電圧と制御電圧を測定します。

次の画面は、VCDS プログラムでの冷却ファンアクチュエータテスト (冷却ファン制御回路 1) を示しています。

「開始」をクリックすると、VCDS プログラムがエンジン ECU に冷却ファンを制御するコマンドを与えます。その後、制御が行われます。XNUMX 秒ごとにファンが最高速度で動作し、再びオフになります。

以下のスコープ画像は、ファンがオフの場合 (左) とフルスピードの場合 (右) の PWM 制御信号を示しています。

信号のアクティブ部分を長くしたり短くしたりすることで、ファンは任意の速度で動作できます。

冷却ファンが動作し続ける原因となる考えられる障害:
エンジンが停止している場合でも、冷却ファンが高速で回転し続けることがあります。以下は、冷却ファンがいわゆる「緊急運転手順」に入る原因となる最も一般的な故障のリストです。

XNUMX つ以上のエラーコード: エンジン管理システムまたはエアコンからエラーコードを読み取ります。冷却水温度センサー、高圧センサー、またはその配線に関連するエラーコードがある可能性があります。
水温センサーが異常な値を示します。ライブデータを使用して読み取り中に現在の温度を確認します。
ラジエターが詰まっている。これは、冷却剤の適切な循環を妨げる冷却剤チャネル、または空気の流れの遮断のいずれかである可能性があります。後者は簡単に確認できます。ラジエーターに目に見える損傷がないか確認してください。
リレースティック: これは基本的に直列抵抗を備えたバージョンにのみ適用されます。
エンジン ECU と冷却ファン ECU の間に適切な通信がありません。これは、PWM 制御ファン ECU に当てはまります。両方の ECU の信号はオシロスコープで測定できます。ここに違いはないはずです。電圧差を測定していますか？その場合、断線、遷移抵抗、または短絡に対処している可能性があります。