Содержание

Система охлаждения двигателя с электронным регулированием
Автоматическое термореле для охлаждения двигателя в автомобиле
Схема термореле
Работа схемы
Электронная схема для охлаждения двигателя

Система охлаждения двигателя с электронным регулированием

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.

Автоматическое термореле для охлаждения двигателя в автомобиле

У многих, даже у большинства, легковых автомобилей в системе охлаждения двигателя работает электрический вентилятор, периодически обдувающий воздухом радиатор системы охлаждения двигателя. В разных автомобилях, схема управления этим вентилятором решена по-разному, в одних на радиаторе установлен датчик-термовыключатель, который уже на заводе-изготовителе настроен на определенную температуру, и при её достижении, замыкает контакты, подающие ток на обмотку реле включения электромотора электровентилятора.

В других, используется общий датчик датчик температуры двигателя, представляющий собой терморезистор, а решение включать электроветилятор или не включать принимает ЭБУ (электронный блок управления)автомобиля.

И там и здесь, есть одна и та же проблема, — температурный порог включения вентилятора не регулируется ни в зависимости от погоды, времени года, режима эксплуатации, используемой охлаждающей жидкости, или просто, желания водителя. В результате, машина летом перегревается и может вскипеть, а зимой печка греет плохо. К тому, же возникают большие проблемы при замене одного типа охлаждающей жидкости на другой.

У современных автомобилей, у которых решение о включении вентилятора принимает ЭБУ на основе сопротивления датчика температуры, проблему можно решить внесением изменений в прошивку ЭБУ, но это дорого и не всегда возможно. У автомобилей с термовыключателем есть возможность один термовыключатель заменить другим, на другую температуру, но это процесс трудоемкий и не всегда можно найти подходящий датчик.

А ведь, хотелось бы, просто иметь возможность подкрутить отверткой некий подстречный винтик, и им отрегулировать необходимую (или желаемую) температуру включения вентилятора системы охлаждения. Понятно, что решить вопрос можно обыкновенной схемой терморегулятора, где информацию о температуре можно будет брать с датчика температуры. Это может быть тот самый датчик, который взаимодействует с ЭБУ, либо датчик на стрелочный индикатор температуры, все зависит от конкретного автомобиля, вернее, его схемы.

Схема термореле

Схем терморегуляторов в радиолюбительской литературе описано великое множество, поэтому, ни сколько не претендуя на оригинальность, привожу ту схему, которую собрал лично для своего автомобиля. Как уже сказал выше, схема практически типовая. Состоит она из компаратора на операционном усилителе и двух цепей, задающих напряжение на его входах.

Напряжение на неинвертирующем входе устанавливается подстроечным резистором R2, а напряжение на инвертирующем входе берется с датчика температуры двигателя, который представляет собой терморезистор, образующий, вместе с другими деталями схемы автомобиля, термозависимый делитель напряжения.

Рис. 1. Принципиальная схема термореле для включения охлаждения двигателя в авто.

На выходе схемы есть ключ на транзисторе VT1, его коллектор подключают к обмотке реле, управляющего электровентилятором. А питание на схему подают с выхода замка зажигания автомобиля, так, чтобы питание на схему поступало только при включенном зажигании. Это нужно потому, что при выключенном зажигании напряжение на цепь датчика температуры обычно не поступает, соответственно, напряжение на датчике температуры падает до нуля, независимо от величины температуры.

Работа схемы

Подстроечным резистором R2 устанавливается некоторое напряжение на выводе 3, которому соответствует температура включения вентилятора.

Когда температура охлаждающей жидкости ниже заданной, сопротивление датчика температуры высоко, и напряжение на нем существенно выше напряжения на выводе 3 А1. Поэтому, на выходе операционного усилителя А1, работающего как компаратор, будет низкое напряжение. Транзистор VT1 будет закрыт, и ток через него на обмотку реле включения вентилятора поступать не будет.

Так как в качестве компаратора здесь используется обычный операционный усилитель типаКР140УД608, минимальное напряжение на его выходе несколько отлично от нуля, поэтому, чтобы улучшить закрывание транзистора VT1 в цепь его эмиттера включены два диода типа 1N4004. Если при налаживании этого окажется недостаточно, количество этих диодов нужно увеличить.

Когда температура охлаждающей жидкости достигает и превышает заданную, сопротивление датчика температуры низко, и напряжение на нем ниже напряжения на выводе 3 А1. Поэтому, на выходе операционного усилителя А1 высокое напряжение. Транзистор VT1 открывается и пускает ток на обмотку реле включения вентилятора. Подстроечный резистор R2 — многооборотный.

Электронная схема для охлаждения двигателя

Форум радиолюбителей » СХЕМЫ » АВТОМАТИКА » Схемы управления кулерами (Приампы для кулеров охлажения радиаторов)

Схемы управления кулерами

Вс, 01.12.2013, 14:25 | Сообщение # 1

ГУБЕРНАТОР

В данной ветке хотелось бы собрать массив схем с описанием работы управления кулерами охлаждающих радиаторы выходных каскадов УНЧ.
Как вариант первой конструкции можно рассмотреть схему термостата работающего как на охлаждение, так и на нагрев в зависимости от того какую нагрузку использовать в исполнительном устройстве и саму схему включения этой нагрузки.
параметры:

— Измерение температуры от -55°С до +125°С (шаг 0,1°С)
-Установка температуры от -55°С до +124°С (шаг 0,1°С . ).
-Гистерезис от 0,1°С до 25°С

Индикатор можно применять как с общим анодом, так и с общим катодом — просто
разные прошивки.

«*» обозначены компоненты необходимые для защиты от статического
электричества, но их можно не устанавливать.
Управление:

Кнопками «+» и «-» устанавливают температуру включения нагрузки (на экране в
первом сегменте отобразится символ подчёркивания «_»).
При одновременном нажатии обеих кнопок устройство переходит в режим изменения
гистерезиса (на экране в первом сегменте отобразится символ «d»).
Длительное удержание одной из кнопок приводит к ускоренному перебору значений.
При отсутствии нажатий на кнопки в течении 5 секунд прибор переходит в режим
отображения измеренной температуры, при этом происходит запоминание изменённых
параметров в энергонезависимую память.

В первом сегменте отображается точка, если Т

Третий вариант управления:

В качестве термодатчика используется терморезистор с отрицательным ТКС (термистор) R1, который совместно с резистором R2 образует делитель напряжения. Напряжение с делителя – пропорциональное температуре – подается на триггер Шмитта на транзисторах VT1,VT2. При повышении входного напряжения триггер включается, при этом полевой транзистор VT3 (закрытый в исходном состоянии) открывается и подает напряжение на двигатель вентилятора М1. Поскольку последовательно с двигателем включен мощный стабилитрон VD1, напряжение на вентиляторе меньше напряжения питания на величину напряжения стабилизации стабилитрона. Вентилятор работает на малых оборотах. При дальнейшем росте температуры, напряжение делителя также растет, и при некотором его значении открывается транзистор VT4. Этот транзистор шунтирует цепочку VT3-VD1, и напряжение на вентиляторе повышается. Поскольку в качестве VT4 используется «вертикальный» транзистор, то диапазон входных напряжений, при котором VT4 переходит из закрытого состояния в открытое, небольшой и увеличение скорости вращения вентилятора до максимума происходит при небольшом изменении температуры.
Конденсатор С1 форсирует запуск двигателя вентилятора при включении его на пониженном напряжении. Это позволяет надежно запускать вентилятор даже при его износе и запылении, когда момент трения на валу повышен, что повышает надежность системы охлаждения. Конденсатор С2 снижает пульсации напряжения на вентиляторе при регулировании напряжения. Если устройство питается от отдельного самостоятельного источника, то С2 можно исключить.

Подстроечными резисторами R3 и R9 устанавливают пороги срабатывания ступеней охлаждения. Светодиод HL1 – индикатор, причем его яркость сигнализирует о напряжении на вентиляторе, а, следовательно, и о температуре. При желании получить больше информации, узел индикации можно усложнить, применив, например, два светодиода с разным цветом свечения.

Если необходимо контролировать температуру нескольких радиаторов, то можно использовать несколько однотипных термисторов, включенных параллельно (пропорционально уменьшив сопротивление R2). При этом, вследствие нелинейности температурной характеристики, система будет в большей степени реагировать на наиболее горячий объект, что повысит надежность устройства в целом.

Схему можно питать и от источника с меньшим напряжением, но при этом снизится максимальная эффективность охлаждения.
Конструкция и детали.

Биполярные транзисторы – любые маломощные с коэффициентом h21Э не менее 150, например, КТ3102 (я использовал импортные ВС546В). Полевые транзисторы – любые средней мощности. Из отечественных подойдут КП740-КП743. Можно использовать и маломощные КП505А-В, однако ток вентилятора в этом случае не должен превышать 150 мА. Из импортных подойдут практически все транзисторы серий IRF5хх, IRF 6хх. Стабилитрон VD1 должен выдерживать ток вентилятора, который при пониженном напряжении питания составляет 40…50% от номинального (а это порядка 50. 150 мА). Напряжение стабилизации выбирается таким образом, чтобы напряжение на двигателе составляло 5…6 вольт (т.е. 6. 10 вольт). При более низком напряжении не все вентиляторы устойчиво работают, более высокое напряжение увеличит уровень шума. Если не удастся подобрать подходящий стабилитрон, можно воспользоваться его аналогом

Большое разнообразие термисторов не позволяет указать какой-то конкретный тип. Подойдут практически все в интервале сопротивлений 1…68 кОм. Если сопротивление термистора превышает 20 кОм, то при подборе R2 следует учесть его шунтирование резисторами R3 и R9.

Поскольку основным для усилителя все же является пассивное охлаждение, то следует использовать «конвекционные» (обыкновенные) радиаторы с редкими толстыми ребрами. Вентилятор – корпусной вентилятор подходящего размера от компьютера. Процессорные вентиляторы использовать не рекомендуется, несмотря на их больший воздушный поток – они более шумные. Термистор необходимо установить так, чтобы обеспечивался хороший тепловой контакт с радиатором (с использованием термопасты), и на него не попадал воздушный поток от вентилятора.

Поскольку температура внутри корпуса усилителя может достигать 40…50 градусов, возможна установка дополнительного вентилятора, выдувающего воздух из корпуса. Все вентиляторы включаются параллельно.
Налаживание устройства необходимо, вследствие большого разнообразия термисторов. Оно сводится к подбору резистора R2 и установки порогов срабатывания резисторами R3, R9. Для этого задаются значениями температур включения ступеней устройства (на рис.1 это 40 и 50 градусов) и определяют сопротивление термистора на этих двух температурах. Проще всего определить сопротивление, поместив термистор в стакан с водой требуемой температуры. Допустим, получились значения R1_1 и R1_2. Резистор R2 должен иметь такое сопротивление, чтобы напряжение делителя при включении первой ступени было порядка 2,5 вольт:

После установки R2 соответствующего номинала, вместо термистора подключают переменный резистор с установленным сопротивлением, равным R1_1 и при помощи R3 добиваются включения вентилятора (настраивается именно момент включения, для отключения вентилятора, вследствие гистерезиса, необходимо отключать «термистор»). Аналогично, при помощи R9 добиваются увеличения напряжения на вентиляторе при подключении вместо термистора сопротивления величиной равной R1_2.

Пятый вариант управления:

Такое устройство имеет существенный недостаток — при паузах в музыкальных программах вентилятор ещё несколько секунд продолжает работать, производя значительный акустический шум, что действует раздражающе.

Предлагаемое устройство при более простой схеме лишено этого недостатка. В паузах и при малом уровне громкости вентилятор работает на пониженных оборотах, практически не производя шума. При возрастании громкости вентилятор включается на полную мощность, но его шум теперь маскируется акустическим сигналом.
Схема устройства работает следующим образом. При подаче напряжения питания зарядным током конденсатора С2 запускается двигатель М1. Резистор R4, включённый последовательно с двигателем, снижает напряжение, подаваемое на двигатель, и его обороты. Сопротивление резистора зависит от мощности двигателя и подбирается экспериментально по отсутствию акустического шума при работе. При достаточно высоком напряжении, подаваемом на двигатель, конденсатор С2 может не понадобиться.

Выходное напряжение с УМЗЧ подаётся на вход устройства через делитель R1R2. Подстроечным резистором R2 регулируют порог срабатывания устройства. Выпрямленное диодом VD1 напряжение звуковых сигналов при увеличении их уровня заряжает конденсатор С1. Через резистор R3 он разряжается при уменьшении уровня входного сигнала. Стабилитрон VD2 ограничивает напряжение, подаваемое на затвор, на безопасном для транзистора VT1 уровне.

При достижении порогового уровня напряжения на конденсаторе С1 транзистор открывается, увеличивая ток через двигатель до номинального. При снижении уровня выходного сигнала УМЗЧ конденсатор С1 быстро разряжается через резистор R3, транзистор закрывается и двигатель М1 переходит на работу при пониженных оборотах. Диод VD3 защищает транзистор от реакции нагрузки (обмотки двигателя). Если двигатель бесколлекторный, этот диод можно исключить.

К деталям особых требований не предъявляется, резисторы и конденсаторы могут быть любых типов. Диоды VD1 и VD3 — любые маломощные кремниевые, например, КД509А, КД510А, Д220. Стабилитрон VD2 — на напряжение стабилизации 7. 10 В, например, Д814А, КС175А. При токе, потребляемом двигателем свыше 0,5 А, необходимо применить более мощный транзистор, например, IRFZ44N или отечественный КП812А1.

Налаживание устройства заключается в подборе резистора R4 для обеспечения работы вентилятора с допустимым уровнем шума и конденсатора С2 для надёжного запуска электродвигателя. При увеличении ёмкости конденсатора следует иметь в виду, что разряжается он через малое сопротивление сток-исток транзистора VT1, и для исключения повреждения транзистора последовательно с конденсатором большей ёмкости целесообразно включить резистор сопротивлением несколько ом.

Шестой вариант управления аналогичен по сути пятому:

Микросхема DA1 содержит два независимых компаратора. На первом из них собран узел, определяющий, что выходная мощность усилителя превышает некоторый пороговый уровень, а на втором — узел задержки выключения вентилятора.

Сигнал с выхода усилителя мощности подается на инвертирующий вход компаратора DA1.1 через резистор R1. Стабилитрон VD2 защищает вход компаратора от отрицательного напряжения, поступающего от усилителя мощности при усилении отрицательных полупериодов сигнала. На элементах R2 и VD1 собран параметрический стабилизатор, который задает порог срабатывания компаратора. Резистор R3 служит нагрузкой выходного каскада DA1.1, выполненного по схеме с открытым коллектором. Конденсатор С1 и резистор R4 задают время задержки выключения вентилятора. Диод VD3 необходим для предотвращения разрядки конденсатора С1 через резистор R3. Задержка позволяет сохранить напряжение на вентиляторе еще некоторое время для удаления выделившейся на теплоотводе энергии. Подстроечным резистором R5 можно регулировать время задержки выключения. Сигнал с выхода компаратора DA1.2 управляет транзистором VT1, включающим вентилятор охлаждения.

вот пару схем, с микросхемой и на транзисторах: