Przedmioty:
- Wprowadzenie
- Wentylator ze sprzęgłem wiskotycznym
- Sterowanie wentylatorem elektrycznym za pomocą wyłącznika termicznego
- Sterowanie wentylatorem elektrycznym za pomocą urządzenia sterującego
- Sterowanie wentylatorem elektrycznym za pomocą urządzenia sterującego (sterowanie przekaźnikowe)
- Sterowanie wentylatorem elektrycznym za pomocą jednostki sterującej (sterowanie PWM)
- Możliwe usterki powodujące dalszą pracę wentylatora chłodzącego
Przedmowa:
W samochodzie znajdziemy wiele rodzajów wentylatorów chłodzących: w komorze silnika, w wielofunkcyjnym radiu, stosowane w pakietach akumulatorów pojazdów hybrydowych i elektrycznych, zobacz: alternatywny napęd. Na tej stronie skupiono się na wentylatorze chłodzącym silnik.
Wentylator chłodnicy samochodu z silnikiem spalinowym chroni układ chłodzenia przed przegrzaniem. Wentylator chłodzący ma różne konstrukcje (zobacz różne sekcje na tej stronie), ale wszystkie mają jedną wspólną cechę: plastikowe łopatki wentylatora znajdują się z przodu, w pobliżu grzejnik (czasami z przodu, zwykle z tyłu). Wentylator uruchamia się po nagrzaniu płynu chłodzącego lub po włączeniu klimatyzacji.
Na powyższym obrazku widzimy elektryczny wentylator chłodzący z BMW w plastikowej osłonie. Wentylator chłodzący jest wyjmowany z komory silnika przez technika, wysuwając go z prowadnic.
W poniższych akapitach omówiono różne metody sterowania wentylatorem chłodzącym.
Wentylator ze sprzęgłem wiskotycznym:
Oprócz wentylatora sterowanego elektronicznie istnieje również wentylator samomyślący/regulujący, czyli wersja ze sprzęgłem wiskotycznym. Żadna elektronika już nie wchodzi w grę. A bimetaliczne Pasek i płynny płyn silikonowy zapewniają włączanie i wyłączanie wentylatora przy zmianie temperatury poprzez połączenie dwóch komór magazynujących (komora magazynująca i komora robocza).
Sprzęgło wiskotyczne mocowane jest za pomocą kołnierza pompa płynu chłodzącego potwierdzony. Na zdjęciu widzimy część kołnierza. Sprzęgło wiskotyczne, o którym mowa, przykręcone jest do pompy płynu chłodzącego czterema śrubami. Istnieją również wersje z jedną centralną nakrętką mocującą.
Sprzęgło lepkie znajduje się za grzejnik. Powietrze przepływające przez chłodnicę podgrzewa sprzęgło wiskotyczne. Pasek bimetaliczny również się nagrzewa i dlatego wypacza się. Po odkształceniu pasek bimetaliczny otwiera zawór ze sprężyną płytkową i płyn silikonowy może przepływać z komory magazynującej do komory roboczej. Płyn umożliwia przeniesienie ruchu obrotowego tarczy napędowej (od strony silnika) na obudowę wentylatora (od strony wentylatora). Płyn silikonowy może przepływać z powrotem do komory magazynującej poprzez kanał powrotny.
- Gdy silnik jest zimny, wentylator jest wyłączony. Kołnierz pompy płynu chłodzącego obraca się, ale obudowa wentylatora jest nieruchoma. W tej sytuacji w sprzęgle wiskotycznym żadne komory nie są ze sobą połączone;
- Gdy silnik jest ciepły, włącza się wentylator. Płyn silikonowy w komorze roboczej zapewnia uchwycenie i obrót obudowy wentylatora.
Stopień wypaczenia paska bimetalicznego (który również zależy od temperatury powietrza) określa, ile cieczy może wpłynąć do komory roboczej. Więcej płynu w komorze roboczej powoduje mniejszy poślizg, a co za tym idzie, wyższą prędkość wentylatora. W sprzęgle wiskotycznym zawsze występuje minimalny poślizg.
Podczas jazdy wiatr chłodzi sprzęgło wiskotyczne. Dlatego wentylator chłodzący będzie uruchamiany głównie podczas postoju lub powolnej jazdy.
Po dźwięku możemy rozpoznać, czy samochód posiada wentylator chłodzący napędzany silnikiem elektrycznym, czy sprzęgłem wiskotycznym. Sprzęgło wiskotyczne napędzane jest przez wał korbowy poprzez pasek wielopasowy. Wyższa prędkość wału korbowego powoduje wyższą prędkość wentylatora. Jeżeli przy wzroście obrotów silnika wentylator dmucha mocniej i po kilku sekundach gaśnie z powodu chłodzenia, auto wyposażone jest w sprzęgło wiskotyczne. Wentylator elektryczny nie będzie działał szybciej ani ciszej, gdy silnik pracuje na biegu jałowym, niż podczas przyspieszania.
Poniższy rysunek przedstawia operację demontażu sprzęgła wiskotycznego z centralnym połączeniem śrubowym. Połączenie śrubowe, a tym samym sprzęgło wiskotyczne z wentylatorem, można poluzować za pomocą dwóch dużych kluczy płaskich. Rozsuwając klucze płaskie w przeciwnych kierunkach, można zdemontować sprzęgło pompy płynu chłodzącego. Opcja demontażu zależy od typu samochodu. Nie we wszystkich przypadkach możliwe jest odkręcenie wentylatora za pomocą dwóch kluczy płaskich:
- na sprzęgle wiskotycznym jest tylko jedna nakrętka i brakuje opcji blokady. Umieszczenie klucza na nakrętce i uderzenie młotkiem powoduje pierwsze odłączenie nakrętki od pompy płynu chłodzącego. Uwaga: może to spowodować uszkodzenie łożysk i uszczelki pompy płynu chłodzącego!
- wentylator można zablokować szeregiem wgłębień za pomocą specjalnych narzędzi.
Sterowanie wentylatorem elektrycznym za pomocą wyłącznika termicznego:
W tym systemie elektryczny wentylator chłodzący jest włączany i wyłączany za pomocą przełącznika zależnego od temperatury lub wyłącznika termicznego. Ten element znajduje się w chłodnicy.
Wyłącznik termiczny znajduje się nad wężem pełniącym funkcję węża powrotnego; płyn chłodzący ochłodzony w chłodnicy wraca tym wężem do silnika. Podczas jazdy wiatr zapewnia głównie wystarczające chłodzenie. Gdy płyn chłodzący po stronie wylotowej chłodnicy stanie się zbyt gorący, styki wyłącznika termicznego zamykają się. Tworzy to połączenie elektryczne po stronie sterującej obwodu przekaźnika i włącza przekaźnik wentylatora chłodzącego. Wentylator zostanie uruchomiony i zacznie działać.
Gdy wentylator pracuje, płyn chłodzący w chłodnicy ponownie się ochładza. Gdy temperatura jest wystarczająco niska, wyłącznik termiczny odcina połączenie elektryczne. Przekaźnik, a co za tym idzie także wentylator chłodzący, wyłącza się.
Poniższy schemat elektryczny przedstawia metodę sterowania wentylatorem chłodzącym. Na schemacie widzimy:
- że jest to schemat kaskadowy, z zaciskiem 30 na górze (dodatni akumulator), zaciskiem 15 poniżej (wyjście wyłącznika zapłonu) i zaciskiem 31 na dole (masa akumulatora);
- przekaźnik z przyłączami 86 i 85 (wejście i wyjście prądu sterującego) po lewej stronie oraz 30 i 87 (wejście i wyjście prądu głównego) po prawej stronie.
- wyłącznik termiczny między zaciskiem 85 a masą akumulatora
- wentylator chłodzący między 87 a masą akumulatora.
Wyłącznik termiczny obsługuje stronę prądu sterującego przekaźnika wentylatora. Gdy temperatura w grzejniku grozi zbyt wysokim wzrostem, przełącznik zamyka się. Obwód po stronie prądu sterującego przekaźnika jest zamknięty; prąd przepływa przez cewkę między zaciskami 86 i 85. Cewka staje się magnetyczna i zamyka przełącznik między zaciskami 30 i 87. Powoduje to przepływ prądu głównego od dodatniej strony akumulatora przez silnik elektryczny do masy. Wentylator będzie pracował do momentu zerwania kontaktu z przekaźnikiem.
Sterowanie wentylatorem elektrycznym za pomocą urządzenia sterującego:
Obecnie coraz częściej spotykamy wentylatory chłodzące sterowane za pomocą urządzenia sterującego. W tej wersji wyłącznik termiczny nie jest już wymagany: jednostka sterująca odczytuje wartości jednego lub więcej czujników temperatury płynu chłodzącego i wykorzystuje je do określenia sterowania wentylatorem chłodzącym. Zaletami sterowania ECU są:
- Sterowanie (momenty włączenia i wyłączenia) można kontrolować znacznie dokładniej niż w wersji z wyłącznikiem termicznym;
- Jeden wentylator chłodzący może przejąć funkcję dotychczasowych dwóch osobnych (często dużego i małego) wentylatora.
Jednostka sterująca określa, kiedy wentylator się włącza, a kiedy wyłącza i z jaką prędkością pracuje. Prąd do wentylatora nie przepływa przez urządzenie sterujące: natężenie prądu jest tak wysokie, że w urządzeniu sterującym wytworzyłoby się zbyt dużo ciepła. Systemy wentylatorów sterowane ECU można zaprojektować na dwa sposoby:
- Sterowanie przekaźnikiem;
- Sterowanie PWM.
Te dwa systemy opisano w poniższych akapitach.
Elektroniczne sterowanie wentylatorem za pomocą jednostki sterującej (sterowanie przekaźnikowe):
Jak opisano w poprzednim akapicie, sterowanie ECU zastępuje układ sterowania wyłącznikiem termicznym. Następujące schemat pokazuje obwód obwodu wentylatora chłodzącego Fiata Grande Punto 199. Na tym schemacie widzimy następujące główne elementy:
- R02: rezystor wentylatora;
- M05: wentylator chłodnicy;
- K07: przekaźnik dużej prędkości;
- K07L: przekaźnik małej prędkości;
Sterownik silnika określa na podstawie temperatury płynu chłodzącego i wartości czujnika wysokiego ciśnienia w układzie klimatyzacji, czy i przy jakich obrotach powinien uruchomić się wentylator chłodnicy. Gdy klimatyzacja jest włączona, standardowo włączany jest bieg 1, a gdy silnik jest (zbyt) ciepły, włączany jest bieg 2. Wentylator (M05) może być sterowany przy dwóch prędkościach:
- przy niskich obrotach sterownik silnika przełącza cewkę przekaźnika K07L na masę. Przekaźnik załącza prąd główny, który dociera do silnika elektrycznego wentylatora poprzez połączony szeregowo rezystor szeregowy R02.
- W przypadku dużej prędkości ECU wyłącza przekaźnik K07L i włącza K07: silnik elektryczny jest teraz zasilany napięciem i prądem bez rezystora szeregowego. Wentylator będzie pracował z maksymalną prędkością. Dzieje się tak między innymi wtedy, gdy silnik jest bardzo gorący, stojąc w korku lub podczas usterki w obwodzie temperaturowym: ze względów bezpieczeństwa ECU steruje wentylatorem chłodzącym na najwyższych możliwych obrotach.
Dwa poniższe obrazy przedstawiają rezystor szeregowy R02 (po lewej) i położenie rezystora szeregowego w osłonie wentylatora chłodzącego (po prawej). Biało-zielona plastikowa część rezystora szeregowego jest pusta w środku: wentylator chłodzący wdmuchuje przez nią powietrze. Metalowe paski przenoszą ciepło z oporu na przepływające powietrze. Element ten zapobiega przegrzaniu rezystora szeregowego.
Het korzyść obwodu przekaźnika i rezystora szeregowego polega na tym, że jest to stosunkowo prosty układ. W przypadku awarii można łatwo zmierzyć napięcia do i z przekaźnika. Aby zapoznać się z metodą rozwiązywania problemów, zobacz stronę na ten temat przekaźnik.
Het niekorzyść polega na zastosowaniu rezystora szeregowego w pozycji 1. Rezystor pochłania energię, co ostatecznie prowadzi do utraty energii. Ponadto rezystor jest wrażliwy na defekty. Jeżeli rezystor się przepali, wentylator nie będzie już pracował na ustawieniu 1. Jeżeli zachodzi podejrzenie, że rezystor szeregowy jest uszkodzony, można zmierzyć rezystancję. Zdemontuj wtyczkę i zmierz rezystancję na stykach elementu. Z wynikiem „OL” lub „1”. występuje tak zwana nieskończenie duża rezystancja i wskazuje, że jest ona uszkodzona. Rezystancja kilku omów jest w porządku.
Gdy samochód wyposażony jest w jeden przekaźnik wentylatora i wentylator po włączeniu pracuje na wysokich obrotach, odbywa się to kosztem komfortu. Dźwięk włączającego się i wyłączającego wentylatora może przeszkadzać. Ponadto przy włączeniu wystąpi szczyt zapotrzebowania na energię: odbiorniki takie jak oświetlenie przygasną na krótki czas po włączeniu przekaźnika i uruchomieniu wentylatora.
Elektroniczne sterowanie wentylatorem za pomocą jednostki sterującej (sterowanie PWM):
Dzięki wentylatorowi chłodzącemu sterowanemu PWM prędkość obrotową wentylatora można bezstopniowo zwiększać lub zmniejszać. Tam, gdzie wyłącznik termiczny powoduje, że wentylator pracuje z maksymalną prędkością po włączeniu lub może pracować z niską lub dużą prędkością w przypadku rezystora szeregowego, sterowanie PWM umożliwia pracę wentylatora chłodzącego z dowolną żądaną prędkością. Zalety w porównaniu z systemem o stałej prędkości to:
- Większy komfort: wentylator pracuje znacznie ciszej przy najniższej możliwej prędkości niż wtedy, gdy pracuje z (zbyt) dużą prędkością z możliwością włączenia/wyłączenia. Stała lub niska prędkość nie będzie miała również wpływu na oświetlenie, które w omawianym wcześniej systemie na chwilę przygasa;
- Oszczędność energii: jeśli wymagane jest niewielkie chłodzenie, wentylator nie musi dużo chłodzić. Wolno obracający się wentylator zużywa mniej energii (w tym paliwa);
Następujące schemat pochodzi z układu chłodzenia Mercedesa C-180. Na tym schemacie widzimy między innymi następujące elementy:
- P05: główna skrzynka bezpieczników;
- K04: przekaźnik główny;
- A10: moduł elektroniki komory silnika;
- A11: ECU silnika;
- M05: wentylator chłodnicy;
- B13: czujnik temperatury chłodzenia.
Na tym schemacie widzimy, że wentylator chłodzący otrzymuje stały plus na pinie 2 poprzez skrzynkę bezpieczników, przełączany plus na pinie 3, gdy przekaźnik K04 jest włączany przez ECU, oraz sygnał sterujący z ECU silnika na pinie 4.
ECU silnika steruje wentylatorem chłodzącym za pomocą sygnału PWM. Sterowanie zależy między innymi od temperatury silnika.
W przypadku awarii wentylatora chłodnicy możemy sprawdzić, czy silnik otrzymuje stały i przełączany plus (pin 2 i 3) w stosunku do masy (pin 1). Jeżeli te napięcia są prawidłowe (co najmniej 12 V przy pracującym silniku), mierzymy, czy sygnał sterujący (PWM) ze styku 16 ECU dociera do styku 4 wentylatora.
W obudowie wentylatora chłodzącego M05 widzimy także ECU: jest to jednostka sterująca wentylatora chłodzącego. ECU silnika zawsze wysyła sygnał sterujący do ECU wentylatora chłodzącego; nawet jeśli nie powinien działać. W ten sposób sterownik wentylatora chłodzącego rozpoznaje, że komunikacja jest dobra i że wentylator powinien zostać wyłączony. Jeżeli tego sygnału nie ma lub jest on nieprawidłowy, ECU nie jest już w stanie rozpoznać, czy wentylator powinien pozostać wyłączony i z jaką prędkością powinien się obracać. Ze względów bezpieczeństwa ECU steruje silnikiem wentylatora chłodzącego przy pełnej prędkości. Kierowca samochodu zauważy, że po włączeniu zapłonu wentylator zacznie bardzo głośno dmuchać.
Możliwe, że wentylator nadal mocno pracuje przy włączonym lub wyłączonym zapłonie (w dużej mierze zależy to od typu samochodu). Jeśli sygnał sterujący z ECU silnika jest prawidłowy, ECU wentylatora chłodzącego może być uszkodzone.
Inną usterką może być oczywiście podejrzenie, że wentylator w ogóle nie działa. Aby uruchomić wentylator w trakcie diagnostyki, możemy go wysterować za pomocą sprzętu diagnostycznego poprzez test siłownika i jednocześnie zmierzyć napięcie zasilające i sterujące.
Następny ekran przedstawia test siłownika wentylatora chłodzącego (obwód sterujący wentylatora chłodzącego 1) w programie VCDS.
Po kliknięciu „Start” program VCDS wydaje sterownikowi silnika polecenie sterowania wentylatorem chłodzącym. Następnie następuje kontrola: co pięć sekund wentylator pracuje z maksymalną prędkością i ponownie się wyłącza.
Poniższe obrazy zakresu przedstawiają sygnały sterujące PWM przy wyłączonym wentylatorze (po lewej) i pracującym na pełnych obrotach (po prawej).
Wentylator może pracować z dowolną prędkością, wydłużając lub skracając aktywną część sygnału.
Możliwe usterki powodujące nieprzerwaną pracę wentylatora chłodzącego:
Może się zdarzyć, że wentylator chłodzący będzie nadal pracował z dużą prędkością, nawet gdy silnik będzie wyłączony. Poniżej znajduje się lista najczęstszych usterek, które powodują przejście wentylatora chłodzącego w tak zwaną „procedurę pracy awaryjnej”.
- Jeden lub więcej kodów błędów: odczytaj kody błędów z układu sterowania silnikiem lub klimatyzacji. Może występować kod błędu związany z czujnikiem temperatury płynu chłodzącego, czujnikiem wysokiego ciśnienia lub jego okablowaniem;
- Czujnik temperatury płynu chłodzącego pokazuje nielogiczną wartość. Sprawdź aktualną temperaturę podczas odczytu, korzystając z danych na żywo;
- Chłodnica jest zatkana. Może to być kanał chłodzący, który uniemożliwia prawidłową cyrkulację chłodziwa lub blokadę przepływu powietrza. To drugie można łatwo sprawdzić: sprawdź chłodnicę pod kątem widocznych uszkodzeń.
- Przekaźnik się klei: w zasadzie dotyczy to tylko wersji z rezystorem szeregowym;
- Brak prawidłowej komunikacji pomiędzy ECU silnika a ECU wentylatora chłodzącego: dotyczy to ECU wentylatora sterowanego PWM. Sygnały na obu ECU można zmierzyć za pomocą oscyloskopu. Tutaj nie powinno być żadnej różnicy. Czy mierzysz różnicę napięć? Wtedy możesz mieć do czynienia z przerwanym przewodem, rezystancją przejściową lub zwarciem.
