Автоматический регулятор мощности (скорости) вентилятора охлаждения (АРМ). Интеллектуальное реле управления вентилятором охлаждения двигателя Регулятор вращения вентилятора системы охлаждения автомобиля

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.
	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.
	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. Рекомендуется для ДВС более 3л. «Борей-КВ4» коммутирует "массу". Мощность модели 520вт. Имеется заказное исполнение на 24Вольта.
	Борей-АВ4	Эта мощная версия находится на другой странице. Модель 2019г. «Борей-АВ4» коммутирует "плюс". Мощность модели 520вт. Рекомендуется для ДВС более 3л. 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.

Быстродействие современного компьютера достигается достаточно высокой ценой — блок питания, процессор, видеокарта зачастую нуждаются в интенсивном охлаждении. Специализированные системы охлаждения стоят дорого, поэтому на домашний компьютер обычно ставят несколько корпусных вентиляторов и кулеров (радиаторов с прикрепленными к ним вентиляторами).

Получается эффективная и недорогая, но зачастую шумная система охлаждения. Для уменьшения уровня шума (при условии сохранения эффективности) нужна система управления скоростью вращения вентиляторов. Разного рода экзотические системы охлаждения рассматриваться не будут. Необходимо рассмотреть наиболее распространенные системы воздушного охлаждения.

Чтобы шума при работе вентиляторов было меньше без уменьшения эффективности охлаждения, желательно придерживаться следующих принципов:

1. Вентиляторы большого диаметра работают эффективнее, чем маленькие.
2. Максимальная эффективность охлаждения наблюдается у кулеров с тепловыми трубками.
3. Четырехконтактные вентиляторы предпочтительнее, чем трехконтактные.

Основных причин, по которым наблюдается чрезмерный шум вентиляторов, может быть только две:

1. Плохая смазка подшипников. Устраняется чисткой и новой смазкой.
2. Двигатель вращается слишком быстро. Если возможно уменьшение этой скорости при сохранении допустимого уровня интенсивности охлаждения, то следует это сделать. Далее рассматриваются наиболее доступные и дешевые способы управления скоростью вращения.

Способы управления скоростью вращения вентилятора

Вернуться к оглавлению

Первый способ: переключение в BIOS функции, регулирующей работу вентиляторов

Функции Q-Fan control, Smart fan control и т. д. поддерживаемые частью материнских плат, увеличивают частоту вращения вентиляторов при возрастании нагрузки и уменьшают при ее падении. Нужно обратить внимание на способ такого управления скоростью вентилятора на примере Q-Fan control. Необходимо выполнить последовательность действий:

1. Войти в BIOS. Чаще всего для этого нужно перед загрузкой компьютера нажать клавишу «Delete». Если перед загрузкой в нижней части экрана вместо надписи «Press Del to enter Setup» появляется предложение нажать другую клавишу, сделайте это.
2. Открыть раздел «Power».
3. Перейти на строчку «Hardware Monitor».
4. Заменить на «Enabled» значение функций CPU Q-Fan control и Chassis Q-Fan Control в правой части экрана.
5. В появившихся строках CPU и Chassis Fan Profile выбрать один из трех уровней производительности: усиленный (Perfomans), тихий (Silent) и оптимальный (Optimal).
6. Нажав клавишу F10, сохранить выбранную настройку.

Вернуться к оглавлению

Второй способ: управление скоростью вентилятора методом переключения

Рисунок 1. Распределение напряжений на контактах.

Для большинства вентиляторов номинальным является напряжение в 12 В. При уменьшении этого напряжения число оборотов в единицу времени уменьшается — вентилятор вращается медленнее и меньше шумит. Можно воспользоваться этим обстоятельством, переключая вентилятор на несколько номиналов напряжения с помощью обыкновенного Molex-разъема.

Распределение напряжений на контактах этого разъема показано на рис. 1а. Получается, что с него можно снять три различных значения напряжений: 5 В, 7 В и 12 В.

Для обеспечения такого способа изменения скорости вращения вентилятора нужно:

1. Открыв корпус обесточенного компьютера, вынуть коннектор вентилятора из своего гнезда. Провода, идущие к вентилятору источника питания, проще выпаять из платы или просто перекусить.
2. Используя иголку или шило, освободить соответствующие ножки (чаще всего провод красного цвета — это плюс, а черного — минус) от разъема.
3. Подключить провода вентилятора к контактам Molex-разъема на требуемое напряжение (см. рис. 1б).

Двигатель с номинальной скоростью вращения 2000 об/мин при напряжении в 7 В будет давать в минуту 1300, при напряжении в 5 В — 900 оборотов. Двигатель с номиналом 3500 об/мин — 2200 и 1600 оборотов, соответственно.

Рисунок 2. Схема последовательного подключения двух одинаковых вентиляторов.

Частным случаем этого метода является последовательное подключение двух одинаковых вентиляторов с трехконтактными разъемами. На каждый из них приходится половина рабочего напряжения, и оба вращаются медленнее и меньше шумят.

Схема такого подключения показана на рис. 2. Разъем левого вентилятора подключается к материнке, как обычно.

На разъем правого устанавливается перемычка, которая фиксируется изолентой или скотчем.

Вернуться к оглавлению

Третий способ: регулировка скорости вращения вентилятора изменением величины питающего тока

Для ограничения скорости вращения вентилятора можно в цепь его питания последовательно включить постоянные или переменные резисторы. Последние к тому же позволяют плавно менять скорость вращения. Выбирая такую конструкцию, не следует забывать о ее минусах:

1. Резисторы греются, бесполезно затрачивая электроэнергию и внося свою лепту в процесс разогрева всей конструкции.
2. Характеристики электродвигателя в различных режимах могут очень сильно отличаться, для каждого из них необходимы резисторы с разными параметрами.
3. Мощность рассеяния резисторов должна быть достаточно большой.

Рисунок 3. Электронная схема регулировки частоты вращения.

Рациональнее применить электронную схему регулировки частоты вращения. Ее несложный вариант показан на рис. 3. Эта схема представляет собой стабилизатор с возможностью регулировки выходного напряжения. На вход микросхемы DA1 (КР142ЕН5А) подается напряжение в 12 В. На 8-усиленный выход транзистором VT1 подается сигнал с ее же выхода. Уровень этого сигнала можно регулировать переменным резистором R2. В качестве R1 лучше использовать подстроечный резистор.

Если ток нагрузки не более 0,2 А (один вентилятор), микросхема КР142ЕН5А может быть использована без теплоотвода. При его наличии выходной ток может достигать значения 3 А. На входе схемы желательно включить керамический конденсатор небольшой емкости.

Вернуться к оглавлению

Четвертый способ: регулировка скорости вращения вентилятора с помощью реобаса

Реобас — электронное устройство, которое позволяет плавно менять напряжение, подаваемое на вентиляторы.

В результате плавно изменяется скорость их вращения. Проще всего приобрести готовый реобас. Вставляется обычно в отсек 5,25”. Недостаток, пожалуй, лишь один: устройство стоит дорого.

Устройства, описанные в предыдущем разделе, на самом деле являются реобасами, допускающими лишь ручное управление. К тому же, если в качестве регулятора используется резистор, двигатель может и не запуститься, поскольку ограничивается величина тока в момент пуска. В идеале полноценный реобас должен обеспечить:

1. Бесперебойный запуск двигателей.
2. Управление скоростью вращения ротора не только в ручном, но и в автоматическом режиме. При увеличении температуры охлаждаемого устройства скорость вращения должна возрастать и наоборот.

Сравнительно несложная схема, соответствующая этим условиям, представлена на рис. 4. Имея соответствующие навыки, ее возможно изготовить своими руками.

Изменение напряжения питания вентиляторов осуществляется в импульсном режиме. Коммутация осуществляется с помощью мощных полевых транзисторов, сопротивление каналов которых в открытом состоянии близко к нулю. Поэтому запуск двигателей происходит без затруднений. Наибольшая частота вращения тоже не будет ограничена.

Работает предлагаемая схема так: в начальный момент кулер, осуществляющий охлаждение процессора, работает на минимальной скорости, а при нагреве до некоторой максимально допустимой температуры переключается на предельный режим охлаждения. При снижении температуры процессора реобас снова переводит кулер на минимальную скорость. Остальные вентиляторы поддерживают установленный вручную режим.

Рисунок 4. Схема регулировки с помощью реобаса.

Основа узла, осуществляющего управление работой компьютерных вентиляторов, интегральный таймер DA3 и полевой транзистор VT3. На основе таймера собран импульсный генератор с частотой следования импульсов 10-15 Гц. Скважность этих импульсов можно менять с помощью подстроечного резистора R5, входящего в состав времязадающей RC-цепочки R5-С2. Благодаря этому можно плавно изменять скорость вращения вентиляторов при сохранении необходимой величины тока в момент пуска.

Конденсатор C6 осуществляет сглаживание импульсов, благодаря чему роторы двигателей вращаются мягче, не издавая щелчков. Подключаются эти вентиляторы к выходу XP2.

Основой аналогичного узла управления процессорным кулером являются микросхема DA2 и полевой транзистор VT2. Отличие только в том, что при появлении на выходе операционного усилителя DA1 напряжения оно, благодаря диодам VD5 и VD6, накладывается на выходное напряжение таймера DA2. В результате VT2 полностью открывается и вентилятор кулера начинает вращаться максимально быстро.

Решил рассказать об одной своей давней микроконтроллерной разработке (2006 год), сделанной для плавного управления электровентилятором охлаждения двигателей переднеприводных моделей ВАЗа.

Надо сказать, что на тот момент уже существовало немало разнообразных решений - от чисто аналоговых до микроконтроллерных, с той или иной степенью совершенства выполняющих нужную функцию. Одним из них был контроллер вентилятора компании Силычъ (то, что сейчас выглядит вот так , известной среди интересующихся своим автоматическим регулятором опережения зажигания, программно детектирующим детонационные стуки двигателя. Я некоторое время следил за форумом изготовителя этих устройств, пытаясь определить, чтов устройстве получилось хорошо, а что - не очень, и в результате решил разработать свое.

По задумке, в отличие от существующих на то время решений, новый девайс должен был a) помещаться в корпус обычного автомобильного реле;
б) не требовать изменений в штатной проводке автомобиля; в) не иметь регулировочных элементов; г) надежно и устойчиво работать в реальных условиях эксплуатации.

История появления девайса и алгоритм работы первой версии обсуждалась - для тех, кто не хочет кликать, опишу ключевые вещи инлайн:

1. Алгоритм работы устройства предполагался следующий: измерялось напряжение на штатном датчике температуры двигателя; по достижении нижней пороговой температуры вентилятор начинал крутится на минимальных оборотах, и в случае дальнейшего роста линейно увеличивал скорость вращения вплоть до 100% в тот момент, когда по мнению ЭСУД (контроллера управления двигателем), пора бы включать вентилятор на полную мощность.
То есть, величина температуры, соответствующая 100% включению могла быть получена при первом включении устройства, т.к. оно имеет вход, соответствующий выводу обмотки штатного реле.
Нижний порог в первой версии нужно было каким-то образом установить, проведя таким образом через две точки линейную характеристику регулирования.

0. При токах порядка 20А очевидно, что для плавного регулирования применяется ШИМ, а в качестве ключевого элемента - мощный полевик.

1. Размещение устройства в корпусе обычного реле означает практическое отсутствие радиатора теплоотвода. А это в свою очередь накладывает жесткие требования к рассеиваемой ключевым элементом мощности в статическом (сопротивление канала) и динамическом (скорость переключения) режимах - исходя из теплового сопротивления кристалл-корпус она не должна превышать 1 Вт ни при каких условиях

2. Решением для п.1 может являться либо применение драйвера полевика, либо работа на низкой частоте ШИМ.
В отличие от аналогов, из соображений компактности и помехозащищенности был выбран вариант с низкой частотой ШИМ - всего 200 Гц.

4. Программирование порога включения устройства должно быть либо очень простым, либо быть полностью автоматическим. Изначально в устройстве был установлен геркон, поднесением магнита к которому сквозь корпус программировался нижний порог (значение естественно, запоминалось в EEPROM). Верхний порог устанавливался сам в момент первого импульса от контроллера ЭСУД.
В дальнейшем я придумал и реализовал алгоритм полностью автоматической установки порогов, основанный на нахождении термостабильной точки двигателя (точки срабатывания термостата) в условиях отсутствия насыщения по теплопередаче радиатор-воздух.

5. Устройство должно предоставлять диагностику пользователю. Для этого был добавлен светодиод, который промаргивал в двоичном коде два байта - текущий код АЦП и слово флагов состояния.

Устройство было собрано частично навесным монтажом прямо на выводах бывшего реле, частично на подвернувшейся откуда-то печатной платке.
Силовой MOSFET выводом стока был припаян прямо к ламелю вывода реле, что увеличило запас по рассеиваемой мощности. Устройство без глюков проработало на ВАЗ-2112 c 2006 по 2010 год, когда я его снял перед продажей, и побывало не только в холодном питерском климате, но и на горных крымских дорогах (да еще на машине в наддувном варианте - стоял у меня на впуске приводной компрессор), несмотря на монтаж уровня прототипа и контроллер в панельке.

Вот оригинальная схема (рисовал только на бумаге):

А это вид устройства изнутри:

Устройство было повторено несколькими людьми, один из них (офф-роудер Геннадий Оломуцкий из Киева) применил его на УАЗе, нарисовав схему в sPlan и разведя печатную плату - в его варианте это выглядит так:

А вот кусок из переписки с одним из повторивших этот девайс - в нем впервые детально выписан алгоритм (!) - до этого писал прямо из мозга в ассемблер:
Теперь идея и реализация собственно алгоритма автоустановки (все шаги ниже соответствуют неустановленным порогам):

1. Ждем сигнала включения вентилятора от ЭСУД (либо от датчика температуры в радиаторе в варианте Геннадия)
2. Запоминаем температуру в момент появления сигнала как T1 (реально запоминается код канала АЦП оцифровки сигнала датчика - назовем его C1)
3. Включаем вентилятор на 100%. Ставим флаг «режим автоустановки активен (бит 3)»
4. Через 3 секунды считываем код АЦП (назовем его C1"). Это действие нужно для того, чтобы определить величину компенсации значения температуры из-за влияния тока, протекающего через вентилятор, и вызванного им падения напряжения в измерительной цепи, на оцифрованное значение температуры. Реально за 3 секунды мотор не успевает охладиться, зато вентилятор стартует и выходит на номинальный ток.
5. Вычисляем коррекцию АЦП для 100% мощности вентилятора (назовем ее K100 = C1 - C1"). Запоминаем К100.
6. Ждем снятия сигнала включения вентилятора от ЭСУД (либо отключения датчика в радиаторе).
7. Плавно снижаем мощность с 75% до 12% примерно на 1.5% в секунду.
8. Выключаем вентилятор, ждем 60 секунд.
9. Запоминаем температуру как T2 (код АЦП С2).
10. Корректируем нижний порог (увеличиваем на 1/8 разницы между верхним и нижним), для того, чтобы он был выше термостабильной точки термостата. T2 = T2 + (T1 - T2) / 8. В кодах АЦП это C2 = C2 - (C2 - C1) / 8, т.к. напряжение на датчике с ростом температуры падает.
11. Сохраняем C1, C2, K100 во внутреннем EEPROM реле.
12. Устанавливаем флаг «пороги установлены» (бит 5), снимаем флаг «режим автоустановки активен», выходим из режима автоустановки в рабочий режим

Идея алгоритма в том, что он продувает радиатор до термостабильной точки термостата, но дует не сильно, чтобы не остужать двигатель прямым охлаждением блока и головки. Затем вентилятор выключается и реле дает мотору чуть нагреться - таким образом мы автоматически получаем точку для начала работы вентилятора.

Во время автоустановки реле воспринимает сигнал с геркона в течение шагов 7 и 8 - поднесение магнита к реле в эти моменты вызывает последовательность шагов 9, 11, 12. Коррекция порога на шаге 10 при этом не производится).

Если во время автоустановки нарушились некоторые ожидаемые реле условия, устанавливается флаг «ошибка автоконфигурации (бит 4)» и реле выходит из режима автоустановки. Чтобы реле опять смогло войти в этот режим по условию шага 1, надо выключить и включить питание реле.

Ошибки ловятся такие:
Шаг 2 - значение АЦП вне диапазона (слишком низкое или высокое). Диапазон автоконфигурации по коду АЦП 248..24 (11111000...00011000). В этом случае реле просто не входит в режим автоконфигурации без установки флага ошибки.
Шаг 4 - в течение времени ожидания 3 секунд обнаружено снятие внешнего сигнала включения вентилятора.
Шаг 7 - во время снижения оборотов обнаружен активный внешний сигнал включения вентилятора Шаг 8 - во время ожидания обнаружен активный внешний сигнал включения вентилятора Шаг 11 - установленные пороги вне диапазона 248..24, либо разница C2 - C1 < 4 (то есть они слишком близко друг к другу, либо по какой-то причине C2 > C1 - например, когда вентилятор на самом деле не срабатывает, и температура продолжает расти)

Теперь рабочий режим:

Расчет требуемой мощности (Preq)
1. Если внешний сигнал активен - Preq = 100% 2. Если неактивен, то смотрится текущий код АЦП © и соответствующая ему температура T:
T < T2 (C > C2): Preq = 0%
T > T1 (C < C1): Preq = 100%
T2 <= T <= T1 (C2 >= C >= C1): Preq = Pstart + (100% - Pstart) * (C2 - C) / (C2 - C1), где Pstart = начальная мощность (12%)

При этом, требуемая мощность не сразу подается на вентилятор, а проходит через алгоритм плавного разгона и органичения частоты пуска/останова вентилятора.
Этот алгоритм работает только в рабочем режиме и при отсутствии внешнего сигнала включения:
Пусть Pcurr - текущая мощность вентилятора
1. Если Pcurr > 0 и Preq = 0, либо Pcurr = 0 и Preq > 0 - то есть требуется запуск остановленного или останов работающего вентилятора, то:
- Смотрится время находжения вентилятора в данном состоянии (запущен или остановлен). Если время меньше порога - состояние вентилятора не меняется.
- При этом, если Pcurr > Pstart и Preq = 0, то на остаток времени запущенного состояния устанавливается Pcurr = Pstart (то есть вентилятор крутится на минимальных оборотах) 2. Если п.1 не выполняется, либо время нахождения в состоянии прошло, то:
- Если Preq < Pcurr, то устанавливается Pcurr = Preq (то изменение скорости вращения в сторону снижения происходит сразу, как рассчитано новое значение)
- Если Preq > Pcurr, то набор скорости вращения ограничивается сверху величиной примерно 1.5% в секунду (кроме случая, когда включение вентилятора запрашивается внешним сигналом) - то есть если Preq - Pcurr > Pdelta, то Pcurr = Pcurr + Pdelta, иначе Pcurr = Preq

При расчете мощности используется усредненное значение кода текущей температуры С (см. Расчет требуемой мощности), получаемое средним арифметическим последних 8 значений Сm1, Cm2, Cm3… Cm8. Усреднение происходит методом «скользящего окна» - то есть помещение нового значения в буфер из 8 значений выталкивает наиболее старое и вызывает пересчет среднеарифметического С. Цикл АЦП (и пересчет среднего) происходит каждые 640 мс.
«Сырое» (считанное из АЦП) значение Cadc, прежде чем попадет в буфер подсчета, участвует в следующем алгоритме:
1. Проверяется, что Cadc > Cdisc, где Cdics - макс. Значение АЦП для неподключенного измерительного вывода.
2. Если Cadc > Cdisc, то выставляется флаг «датчик не подключен (бит 6)», значение не попадает в буфер 8 последних значений, и пересчет среднего не выполняется.
3. Если Cadc >= Cdisc - то есть датчик подключен, то Сadc корректируется на определенную величину в зависимости от текущей мощности вентилятора и величины коррекции для 100% мощности (см. шаг 4 алгоритма автоустановки): Cadc = Cadc + Кcurr, где Кcurr = К100 * (Pcurr / 100%). Если при этом Кcurr > 0, то устанавливается флаг «значение АЦП скорректировано (бит 7)». Алгоритм коррекции работает только в рабочем режиме и не работает в режиме автоконфигурации.
4. Выполняется ограничение отрицательной динамики Cadc, чтобы подавить резкие снижения С из-за импульсной нагрузки в общих с датчиком температуры цепях питания автомобиля: Если C - Cadc > Сdelta, то Cadc = C - Cdelta. Ограничение не работает в течение первых 15 секунд после включения зажигания, для того, чтобы в буфере значений быстро сформировались правильные значения Cm1, Cm2...Cm8.
5. Скорректированное по мощности и динамике значение Cadc заталкивается в буфер значений для усреднения как Cm1..Cm8 в зависимости от текущего значения указателя головы буфера (буфер циклический, указатель головы принимает значения от 1 до 8).

Теперь про диагностику светодиодом:

Первый байт - это «сырой» код АЦП (в ранних версиях здесь индицировалось среднее значение C) Второй байт - слово состояния Между первым и вторым байтом пауза порядка 1.5 секунд.
Между циклами индикации пауза 3-4 секунды.
Байты индицируются побитно, начиная со старшего (бит 7, бит 6,… бит 0).
Длинная вспышка соответствует биту, установленному в «1», короткая - в «0».

Расшифровка слова состояния:
Бит 7 - значение АЦП откорректировано по текущей мощности вентилятора
Бит 6 - датчик температуры не подключен
Бит 5 - пороги установлены
Бит 4 - ошибка установки порогов
Бит 3 - режим автоконфигурации активен
Бит 2 - внутренний сброс процессора из-за зависания - нештатная ситуация
Бит 1 - внешний сигнал включения вентилятора активен
Бит 0 - режим продувки при остановке двигателя активен

Когда я описал алгоритм, то удивился как его удалось впихнуть в 1024 слова программной памяти tiny15. Однако, со скрипом, но поместился! ЕМНИП, оставалось всего пару десятков свободных ячеек. Вот что такое сила Ассемблера:)

При протекании больших токов в цепях, выделяется энергия в виде тепла. Примером таких цепей могут служить блоки питания, усилители низких/высоких частот, ШИМ-контроллеры, выпрямительные диоды. Для отвода тепла используют металлические радиаторы разных форм и размеров, соответственно площадей. Не редко возникает проблема отвода тепла от самого радиатора, в случаях когда радиатор не совсем хорошо справляется с поставленной задачей. Для устранения этой проблемы, часто используют «кулеры» (вентиляторы), устанавливаемые на радиатор.

Также возникла проблема устранения шума, производимого вентилятором при слабых нагрузках. При слабых нагрузках радиатор холодный и хорошо справляется со своей задачей, при сильных нагрузках - горячий. В обоих случаях вентилятор вращается с одинаковыми оборотами, производя шум, даже когда охлаждение радиатора особо не нужно. Для устранения данной проблемы, была отыскана самая простая аналоговая схема регулировки (изменения напряжения, при изменении темепературы) оборотов вентилятора. Данная схема не критична к заменам транзисторов на другие, тех же проводимостей (NPN,PNP).

Схема

Изначально в схеме, в качестве датчика температуры использовался транзистор КТ315. После нескольких опытов, были следующие замечания по поводу использования этих КТ315:

Плюсы : Наличие. КТ315 навалом, они дешевые и очень распространенные. Размеры - размер КТ315 позволяет поместить его между ребер некоторых радиаторов.

Минусы : Температура. Так как у КТ315 корпус не из металла, теплопроводность малая, следственно и регулировка оборотов будет не чувствительная. Отсутствие крепления (отверстия для болта крепления к радиатору).

Из-за низкой чувствительности к изменениям температуры, пришлось заменить КТ315 на КТ940 (коих также навалом) в корпусе ТО126, с отверстием для болта и металлическим основанием. Транзистор прикручивается к радиатору/источнику тепла с использованием теплопроводной пасты.

В качестве второго транзистора, управляющего нагрузкой, подбирается любой подходящий по параметрам нагрузки и проводимостью (PNP). Печатная плата регулятора не создавалась потому, что его можно собрать навесным монтажом.

Настройка

Настройка регулятора производится следующим образом: при помощи подстроечного резистора выставляется нижний предел напряжения на нагрузке, позволяющий вентилятору работать на малых оборотах или вовсе не вращаться. Я остановился на втором варианте, подключив параллельно нагрузке вольтметр, выставил напряжение около 2,5 (В).

Видео работы устройства

Данная схема исправно работает в моем блоке питания. При существенном нагреве радиатора - вентилятор постепенно, в зависимости от температуры датчика (КТ940), изменяет свои обороты. Таким образом, можно избавиться постоянной работы вентилятора, снизить шумы и потребление энергии вентилятором. Холодные радиаторы всем! С Вами был BFG5000 .

Обсудить статью АКТИВНОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ РАДИАТОРОВ

На параметры работы двигателя, среди прочего, существенно влияет оптимальный температурный режим охлаждающей жидкости. Повышенная температура охлаждающей жидкости при частичной нагрузке обеспечивает благоприятные условия для работы двигателя, что положительно влияет на расход топлива и токсичность отработавших газов. Благодаря пониженной температуре охлаждающей жидкости при полной нагрузке мощность двигателя увеличивается, вследствие охлаждения всасываемого воздуха и тем самым увеличения его количества, поступающего в двигатель.

Применение системы охлаждения с электронным регулированием температуры позволяет регулировать температуру жидкости при частичной нагрузке двигателя в пределах от 95 до 110°C и при полной нагрузке – от 85 до 95°C.

Система охлаждения двигателя с электронным регулированием оптимизирует температуру охлаждающей жидкости в соответствии с нагрузкой двигателя. Согласно программе оптимизации, заложенной в память блока управления двигателем, посредством действия термостата и вентиляторов достигается требуемая рабочая температура двигателя. Таким образом, температура охлаждающей жидкости приведена в соответствие с нагрузкой двигателя.

Схематично система охлаждения с электронным управлением показана на рисунке.

Рис. Система охлаждения с электронным управлением:
1 – расширительный бачок; 2 – радиатор системы отопления; 3 – клапан отключения радиатора системы отопления; 4 – распределитель охлаждающей жидкости с электронным термостатом; 5 – масляный радиатор коробки передач; 6 – датчик температуры охлаждающей жидкости (на выходе жидкости из двигателя); 7 – датчик температуры охлаждающей жидкости (на выходе жидкости из радиатора); 8 – масляный радиатор; 9 – вентиляторы; 10 – основной радиатор системы охлаждения; 11 – жидкостный насос

Основными отличительными составляющими системы охлаждения с электронным регулированием от обычной является наличие распределителя охлаждающей жидкости с электронным термостатом. В связи с введением электронного регулирования системы охлаждения в блок управления двигателем поступает следующая дополнительная информация:

• электропитание термостата (выходной сигнал)
• температура охлаждающей жидкости на выходе из радиатора (входной сигнал)
• управление вентиляторами радиатора (2 выходных сигнала)
• положение потенциометра у регулятора системы отопления (входной сигнал)

Распределитель представляет собой устройство для направления потока охлаждающей жидкости в малый или большой круг.

Рис. Принципиальная схема работы распределителя охлаждающей жидкости с электронным термостатом:
1 – поток жидкости от основного радиатора; 2 – зона отстоя охлаждающей жидкости при закрытой клапанной тарелке; 3 – большая клапанная тарелка; 4 – поток жидкости от двигателя; 5 – поток жидкости от системы отопления; 6 – поток жидкости от масляного радиатора; 7 – поток жидкости от жидкостного насоса; 8 – малая клапанная тарелка; 9 – электронный термостат; а – циркуляция жидкости по малому кругу; б – циркуляция жидкости по большому кругу

В термостате в отличие от обычных систем охлаждения установлен дополнительное нагревательное сопротивление 3.

Рис. Электронный термостат:
1 – штифт; 2 – наполнитель; 3 – дополнительное сопротивление

При нагревании охлаждающей жидкости наполнитель 2 разжижается и расширяется, что ведет к подъему штифта 1. Когда к нагревательному сопротивлению не поступает ток, термостат действует как традиционный, однако температура его срабатывания повышена и составляет 110°C (температура охлаждающей жидкости на выходе из двигателя). В наполнитель встроено нагревательное сопротивление 3. Когда на него подается ток, оно нагревает наполнитель 2, который при этом расширяется, в результате чего штифт выдвигается на определенную величину «x» в зависимости от степени нагрева наполнителя. Штифт 1 теперь перемещается не только под действием нагретой охлаждающей жидкости, но и под действием нагревания сопротивления, а степень его нагревания определяет блок управления двигателем в соответствии с заложенной в него программой оптимизации температуры охлаждающей жидкости. В зависимости от характера импульса и времени его подачи изменяется степень нагревания наполнителя.

Распределитель размещен вместо подсоединительных штуцеров у головки блока цилиндров и представляет собой устройство для направления потока охлаждающей жидкости в малый или большой круг.

Малый круг служит для быстрого прогрева двигателя после запуска холодного двигателя. Система оптимизации температуры охлаждающей жидкости при этом не работает. Термостат в распределительной коробке препятствует выходу охлаждающей жидкости из двигателя и открывает кратчайший путь к насосу. Радиатор не включен в круг циркуляции охлаждающей жидкости. Охлаждающая жидкость циркулирует по малому кругу. Положение клапанных тарелок таково, что возможно движение охлаждающей жидкости только к насосу. Охлаждающая жидкость нагревается очень быстро, чему способствует циркуляция ее только по малому кругу.

Теплообменник системы отопления и масляный радиатор включены в малый круг.

Ход охлаждающей жидкости в большой круг открывается или посредством термостата в регуляторе по достижению температуры примерно 110°C, или в соответствии с нагрузкой двигателя по программе оптимизации температуры охлаждающей жидкости, заложенной в блок управления двигателем.

При полной нагрузке двигателя требуется интенсивное охлаждение охлаждающей жидкости. На термостат в распределителе поступает ток, и открывается путь для жидкости из радиатора. Одновременно посредством механической связи малая клапанная тарелка перекрывает путь к насосу в малом круге.

Насос подает охлаждающую жидкость, выходящую из головки блока непосредственно к радиатору. Охлажденная жидкость из радиатора поступает в нижнюю часть блока двигателя и оттуда засасывается насосом.

Возможна также комбинированная циркуляция охлаждающей жидкости. Одна часть жидкости проходит по малому кругу, другая – по большому.

Управление термостатом в оптимизированной системе охлаждения двигателя (движение охлаждающей жидкости по малому или большому кругу) осуществляется в соответствии с трехмерными графиками зависимости оптимальной температуры охлаждающей жидкости от ряда факторов, основными из которых являются нагрузка двигателя, частота вращения коленчатого вала, скорость движения автомобиля и температура всасываемого воздуха. По этим графикам определяется величина номинальной температуры охлаждающей жидкости.

Термостат срабатывает лишь тогда, когда фактическая величина температуры охлаждающей жидкости выходит за пределы поля допуска номинальной величины температуры, что и обеспечивает постоянство нахождения фактической температуры в поле допуска номинальной температуры.

Фактические значения температуры охлаждающей жидкости снимаются с двух различных мест контура системы охлаждения и передаются в блок управления двигателем в виде сигналов по напряжению. Датчики температуры охлаждающей жидкости на выходе из двигателя и на выходе охлаждающей жидкости из двигателя в распределителе работают как датчики с отрицательным температурным коэффициентом. Номинальные величины температуры охлаждающей жидкости заложены в память блока управления двигателем в качестве графических зависимостей.

При эксплуатации двигателя в странах с суровым климатом может применяться дополнительный электроподогрев для повышения температуры охлаждающей жидкости. Дополнительный подогрев состоит из трех свечей накаливания. Они встроены в месте подсоединения магистрали охлаждающей жидкости к головке блока. По сигналу от блока управления реле включает малый или большой подогрев. В зависимости от резерва по току генератора включаются одна, две или три свечи накаливания для подогрева охлаждающей жидкости.