NIVA-FAQ | ФОРУМ | НОВИНКИ FAQ | КАРТА САЙТА | ПОИСК ПО САЙТУ |
Трёхступенчатое включение вентиляторов охлаждения с ME17.9.7 2014 г. Автор Engeniator |
Форум «Нива 4х4» NIVA-FAQ Техника Инжектор |
Приведённые ниже усовершенствования не являются необходимыми, так как в большинстве случаев штатная система охлаждения справляется со своими задачами исправно.
Малыми затратами получено трёхступенчатое управление вентиляторами охлаждения, задействующее три различных независимых канала: основная система, механический вентилятор и вспомогательная электрическая от пониженного напряжения. Мне было интересно сделать это как инженеру по автоматизации промышленных установок. Это не руководство к действию, а просто узнать, что так тоже можно и это работает.
Требованиями, предъявляемыми к усовершенствованиям были:
Первым усовершенствованием была установка механического быстросъёмного вентилятора. Он сильно облегчил работу системы охлаждения летом, что позволило переключить штатные вентиляторы последовательно. Последовательное включение снижает производительность обдува более чем в четыре раза, но её оказалось достаточно для большинства ненагруженных режимов работы двигателя. Только длительная езда по мягкому грунту обнаружила недостаточность охлаждения. Этот опыт заставил искать другие решения. Польза от последовательного включения: меньший шум вентиляторов, равномерный износ электродвигателей, меньшая просадка напряжения сети, меньшие токи в проводах и соединениях (следовательно, меньше нагрев и риск подгорания контактов и соединений), меньшая нагрузка на генератор, продление ресурса вентиляторов.
Заводское решение на машинах с 2016 года – параллельно-последовательное переключение вентиляторов. В принципе, неплохое решение, требуется три реле, получается две ступени регулирования. Причём первая ступень только для лёгких режимов, а вторая сразу с максимальной производительностью, середины нет. Особенность ЭБУ Бош МЕ17.9.7 2014 года — можно регулировать температуру включения первого вентилятора, а второй включится только при 100°C. То есть последовательное включение произойдет на желаемой температуре, а при недостаточности обдува, переключение на параллельное произойдёт только на 100°C. Причём измерение температуры двигателя происходит на выходе ОЖ из блока, то есть с опозданием (так называемое транспортное запаздывание). Называя вещи терминами из теории регулирования, управление производится по отклонению с запаздыванием. При этом качество регулирования я считаю удовлетворительным, ничего фатального не произойдёт, но есть что совершенствовать.
Здесь сто́ит отметить принцип регулирования механического вентилятора. И он оказывается гораздо более прогрессивным – «по возмущению». Его быстродействие гораздо выше, это регулирование с опережением: водитель ещё только прибавляет обороты двигателя, а механический вентилятор уже дует сильнее. Правда отсутствует обратная связь по температуре, и вентилятор не знает, надо ли вообще охлаждать в данный конкретный момент. То есть принцип прогрессивный, но из-за примитивности системы, управлять ею невозможно. Эта система является дополнительной, её производительность без диффузора недостаточна для работы в тяжёлых режимах. Независимая от электросети, она увеличивает надёжность системы в целом и разгружает основную систему охлаждения.
Применить способ регулирования по возмущению для электровентиляторов — сложная и нецелесообразная задача. Поэтому надо минимизировать запаздывание. Самое простое — надо внести в регулирование упреждение. Экскурс в историю: на Москвиче 2141 датчик включения вентилятора (87–82°C) стоял на выходе (!) радиатора. Наверно и на других машинах было сделано также. Этим достигалось упреждение: без толку охлаждать двигатель горячей ОЖ. То есть, врезав такой датчик в радиатор, он сможет управлять переключением ступеней вентиляторов (последовательно/параллельно). Но врезать его механически проблематично, да и радиатор становится невзаимозаменяемым. Сейчас стали доступны электронные регуляторы температуры, например, серия W3001 и ему подобные. Они уже оснащены датчиком и содержат в себе реле, программируются как на нагрев, так и на охлаждение, интерфейс интуитивно понятный, диапазон регулируемых температур -50…+110°C, есть на напряжение питания 12В, цена 250…500₽. Датчик миниатюрный, можно разместить между пластинами радиатора у выхода ОЖ и вклеить на герметик, не нарушая радиатор. Таким образом можно достичь упреждения.
В моей Ниве нет переключения параллельное/последовательное, а есть два реле, управляющие каждым вентилятором. Переход на упомянутую схему требует прокладки дополнительных проводов от вентилятора к блоку реле и переделки блока реле. Я же поставил себе задачу не нарушать штатную проводку и не вмешиваться в работу основной системы. Значит нужно питать вентиляторы на первой ступени пониженным напряжением, которое будет подаваться включением реле, управляемого термоконтроллером. Чтобы исключить короткое замыкание при срабатывании штатной системы (при подаче 14В на вентиляторы через штатные реле), штатные реле заменяются на пятиконтактные (они становятся не включающими, а переключающими) и подача пониженного напряжения производится через нормально замкнутые контакты этих реле. Следующей задачей стал источник пониженного напряжения на ток не менее 15…25 ампер. Оказалось, что распространённых доступных DC/DC преобразователей не так и много, они сравнительно дорогие, негерметичного исполнения, не обладают желаемой надёжностью, а ШИМ-преобразователи все регулируют по минусу (массе), а надо по плюсу, то есть нуждаются в доработке.
Нашлось нестандартное, надёжное и простое решение. Генератор Нивы имеет обмотку «звезда», нагруженную мостовым выпрямителем. Средняя точка звезды (нейтраль) не имеет вывода наружу. Но именно с неё можно снять половинное напряжение бортсети.
Фото из интернета: Нейтраль звезды
Чтобы вывести наружу нейтраль, проще всего просто припаять к ней гибкий провод длиной 1м, сечением 4…6мм², заизолировав место пайки. К окончанию провода в сухом месте под капотом уже можно наращивать провод нужной длиной. Это соединение нужно сделать разъёмным, чтобы генератор можно было снимать с машины. Можно объединить соединение с установкой защиты на 16 ампер.
Монтажно-принципиальная схема. В колодках штатных реле включения вентиляторов поменяны местами клеммы «30» и «87», а также добавлена клемма «88», она же «87а». Реле К — четырёхконтактное, управляется термоконтроллером W3001.
Пониженное напряжение можно использовать для питания линейных преобразователей на 5В для питания цифровых устройств. Специалисты поймут преимущества линейных преобразователей — они не создают импульсных помех. А питание их от полного напряжения сети имеет следствием низкий КПД и большое тепловыделение. Но гладко только на бумаге, а в жизни оказалось, что напряжение в средней точке совсем не гладкое, а пилообразное. Его среднее значение — 7 вольт (ровно половина напряжения бортсети 14 вольт). Его надо отфильтровать установкой конденсаторов. Я поставил по 40000мкФ х 16В с нейтрали на каждое плечо: на плюс и на минус (массу). Но достаточно по 10000мкФ. Вообще, установка конденсаторов параллельно аккумулятору даёт положительный эффект по многим параметрам. В результате получил с нейтрали генератора половину напряжения бортовой сети +7 вольт относительно массы. Ток потребления каждого вентилятора на 7 вольтах оказался 7 ампер. Что происходит при таком способе подключения в генераторе – это материал отдельной заметки. Здесь отмечу только, что пагубного воздействия на генератор нет, всё в пределах нормы. Так как на 7 вольтах на счету каждая десятая доля вольта, генератор должен быть исправен и выдавать не менее 14В. Эти 7 вольт присутствуют только при работе генератора.
Настроил включение по датчику на выходе радиатора на 80°C, отключение на 76°C. При 80°C срабатывает первая ступень – включение обоих вентиляторов на пониженное напряжение 7 вольт. Если температура двигателя растёт, вступает в действие штатная система охлаждения — включается первый вентилятор на полное напряжение сети, второй продолжает работать от 7 вольт. Это точка срабатывания тоже настраиваемая (через настройки маршрутного компьютера). При достижении ОЖ 100°C на выходе двигателя, штатной системой включается и второй вентилятор на полное напряжение. Таким образом, реализовано трёхступенчатое управление вентиляторами охлаждения, задействующее три различных независимых канала: основная система, механический вентилятор и вспомогательная электрическая от пониженного напряжения. Отказ в работе одного канала не прекращает работу других каналов. Вторая и третья ступень для тяжёлых режимов работы. В городском цикле (пробки) и в лёгких режимах хватает механического вентилятора, иногда включается первая ступень. Таким образом соблюдается соразмерность реакции действующему возмущению. Так как лёгкие режимы преобладают в эксплуатации, вторая и третья ступени работают крайне редко, но они есть, отчего есть полное удовлетворение от творчества. Вентиляторы, генератор, проводка работают в щадящем режиме, просадок напряжения нет, ресурс вентиляторов продлевается, функционирование системы охлаждения улучшено, затраты минимальны, надёжность не снизилась, а скорее повысилась.
Недостатки усовершенствований: вторая и третья ступени регулирования мало отличаются по мощности, на второй ступени вентиляторы вращаются с разными скоростями, что приводит к неравномерному износу. Но дальнейшее совершенствование схемы ведёт к усложнению и удорожанию.
Затраты составляют: автомат 200₽, контроллер W3001 300₽, два пятиконтактных реле 2*150₽, конденсаторы 500₽, прочее около 200₽, итого 1500₽ (в 2024 году).
Появление отдельной электрической системы охлаждения открывает и другие возможности. Датчик температуры легко переместить в другое место, например, на блок или использовать в режиме термометра.
Завершая перечисление идей по усовершенствованию системы охлаждения, предложу ещё одно решение желающим иметь возможность вручную включать вентиляторы охлаждения. Большинство обсуждаемых на форуме способов заключаются в управлении реле вентиляторов вновь создаваемой схемой (из переключателей, термоконтроллеров или вспомогательных реле). При этом всегда высказываются опасения насчёт реакции ЭБУ на несанкционированное вмешательство в схему и способы обхода этой реакции. Я предлагаю способ «тот, кто нам мешает, тот нам поможет». Зрение ЭБУ — это его датчики. Воздействуем на датчик. При подключении к нему в параллель подобранного сопротивления, ЭБУ воспримет это как повышение температуры. Дальше дело техники. Смотрим таблицу зависимости ДТОЖ от температуры и вычисляем нужное сопротивление. Нас интересуют диапазоны температур 80…90°C и 90…100°C. На этих участках наклон характеристики термосопротивления составляет:
DR/Dt = (241 - 332) / (90 - 80) = -71 / 10 = -7.1 Ом/°C
и
DR/Dt = (177 - 241) / (100 - 90) = -68 / 10 = -6.8 Ом/°C
то есть примерно минус 7 Ом/°C
Температура, °C | Сопротивление ДТОЖ, Ом |
---|---|
100 | 177 |
90 | 241 |
80 | 332 |
70 | 467 |
60 | 667 |
50 | 937 |
45 | 1188 |
40 | 1459 |
35 | 1802 |
30 | 2238 |
25 | 2796 |
20 | 3520 |
15 | 4450 |
10 | 5670 |
5 | 7280 |
0 | 9420 |
-5 | 12300 |
-10 | 16180 |
-15 | 21450 |
-20 | 28580 |
-30 | 52700 |
-40 | 100700 |
Для имитации повышения температуры на один градус, подключаемое сопротивление должно уменьшать видимое ЭБУ сопротивление на 7 Ом. Но есть особенность: одно и то же сопротивление, подключаемое при разных температурах, даёт разные поправки. Подключение сопротивления 8кОм на температуре 90 градусов даст поправку на 1 градус, на 80 градусах поправка составит 2 градуса, на 100 градусах поправка будет 0,5 градуса. Для поправки на 1°C сопротивление должно быть:
Для 80°C: | 15,4кОм/°C |
Для 90°C: | 8кОм/°C |
Для 100°C: | 4.3кОм/°C |
Как видим, величины различаются в разы. Но точность нам не нужна, нам нужно вызвать срабатывание вентиляторов, чтобы ЭБУ увидел повышенную температуру. Предполагаемая область температур двигателя, из которой производится «подскок» 85…90…95°C. Поэтому принимаем значение 8кОм/°C. Чтобы сделать поправку не на 1°C, а на 2°C, сопротивление должно быть в два раза меньше — 4кОм, на 4°C — 2кОм, на 8°C — 1кОм (±10%, точность не нужна). Данную зависимость можно выразить красиво и точно математически, но нам нужна практика, поэтому легче подобрать номинал резистора экспериментально, чем долго считать, а потом всё равно корректировать. Переусердствовать тоже не надо, опять есть опасения насчёт ЭБУ: как он воспримет слишком большой прыжок?
Принципиальная схема подключения корректирующих резисторов
Конструктивно это можно реализовать следующим образом: двойным проводом, например ШВВП2х0,5мм² подключаемся в параллель к проводам ДТОЖ, выводим его в салон и к хвосту провода через тумблер подключаем подобранное сопротивление. Тумблеров с резисторами может быть несколько, подобранных как числа Фибоначчи (3 градуса, 5 градусов, 8 градусов) для сложения. Включаем тумблер — получаем поправку, не забываем потом выключать. Резисторы любой мощности, но чтобы с ними было удобно работать, например МЛТ-0,5.
Эта идея не была реализована на практике, но имеет своим началом имитацию температуры ДТОЖ переменным резистором при наладке вышеописанной системы.
Engeniator
14.04.2025