6.1 自動溫度風(fēng)扇控制電路的連接與調(diào)試

1、6項目六 Project自動溫度風(fēng)扇控制電路項目描述自動化技術(shù)在汽車上應(yīng)用的非常多，其中發(fā)動機散熱器、空調(diào)冷凝器散熱風(fēng)扇和自動空調(diào)鼓風(fēng)機控制就是一個例子。本項目我們歸納總結(jié)自動溫度風(fēng)扇控制電路的種類和原理，并通過學(xué)習(xí)設(shè)計一個自動溫度風(fēng)扇控制電路。 學(xué)習(xí)任務(wù)一 自動溫度風(fēng)扇控制電路的連接與調(diào)試學(xué) 習(xí) 目 標(biāo) 知識目標(biāo)（1）理解汽車發(fā)動機溫度調(diào)節(jié)的必要性。（2）理解直流風(fēng)扇轉(zhuǎn)速控制的方式。 技能目標(biāo)（1）初步掌握汽車直流風(fēng)扇轉(zhuǎn)速控制的原理與電路連接。（2）初步掌握風(fēng)扇電路簡單故障的排除。 素質(zhì)目標(biāo)（1）規(guī)范課堂6S管理。（2）養(yǎng)成團隊協(xié)作的好習(xí)慣。（3）養(yǎng)成獨立思考問題的好習(xí)慣。建議完成本學(xué)習(xí)任務(wù)

2、的時間為4課時。 學(xué)習(xí)任務(wù)導(dǎo)入通過閱讀相關(guān)資料結(jié)合電子積木請你設(shè)計一個自動溫度風(fēng)扇控制電路。學(xué)習(xí)內(nèi)容直流風(fēng)扇轉(zhuǎn)速控制原理自動溫度風(fēng)扇控制電路的連接與調(diào)試汽車發(fā)動機為什么需要冷卻系熱敏器件的特點汽車發(fā)動機冷卻風(fēng)扇控制的種類冷卻風(fēng)扇的控制方法與電路特點冷卻風(fēng)扇電路分析與簡單故障排除獲取信息 引導(dǎo)問題1 自動溫度風(fēng)扇控制電路有何作用？車輛在使用過程中，發(fā)動機會產(chǎn)生過多的熱量。為了讓發(fā)動機不會因過熱而不能正常工作，人們設(shè)計了冷卻液循環(huán)散熱系統(tǒng)，而其中汽車散熱風(fēng)扇又起著舉足輕重的作用。下面我們就來研究下汽車散熱風(fēng)扇的控制方式。一般情況下，當(dāng)發(fā)動機剛啟動或氣溫較低時，為使發(fā)動機迅速達(dá)到工作溫度，此時要求散

3、熱風(fēng)扇是不轉(zhuǎn)的，當(dāng)發(fā)動機溫度上升大約至80度時，要求風(fēng)扇實現(xiàn)低速轉(zhuǎn)動；當(dāng)開了空調(diào)或發(fā)動機水溫達(dá)到100度時，要求風(fēng)扇以高速轉(zhuǎn)動達(dá)到快速散熱的功效，保證發(fā)動機不會過熱。引導(dǎo)問題2 常見的自動溫度風(fēng)扇控制電路有哪些？一、單純繼電器控制電路圖6-1帕薩特B5冷卻風(fēng)扇控制器工作電路圖如圖6-1所示為早期汽車通用的冷卻風(fēng)扇控制器。工作原理：當(dāng)冷卻液溫度或打開空調(diào)后空調(diào)壓力超過規(guī)定的限值時，溫度開關(guān)或空調(diào)壓力開關(guān)接通，控制J1、J2繼電器工作，驅(qū)動風(fēng)扇電機使冷卻風(fēng)扇工作。特點和評析：自控電動控制方式，線路簡單實用，成本低，易維修。但遠(yuǎn)離風(fēng)扇，線束長。只能控制兩個固定風(fēng)速。對風(fēng)扇電機沒有保護(hù)功能。二、 邏輯

4、電路加繼電器集成式控制器如圖6-2所示，為上海大眾波羅冷卻風(fēng)扇控制電路原理圖。兩個大功率繼電器和與門電路（或延時電路）集中在一起，組成一個獨立結(jié)構(gòu)。繼電器工作與否也受控于外部冷卻液溫度開關(guān)和空調(diào)壓力開關(guān)。Kl和K2端分別接監(jiān)測冷卻液的溫度兩個熱敏開關(guān)，熱敏開關(guān)1的動作溫度為9297，控制輔助風(fēng)扇，熱敏開關(guān)2的動作溫度為99-105 ，接主風(fēng)扇。MOTl、MOT2與空調(diào)器相連，壓力或壓縮機工作時，風(fēng)扇會進(jìn)行必要的工作。當(dāng)熱敏開關(guān)I或MOTl接收到相應(yīng)超限信號時，啟動低速輔助風(fēng)扇。熱敏開關(guān)2或MOT2接收到相應(yīng)超限信號時，啟動高速主風(fēng)扇。圖6-2波羅冷卻風(fēng)扇控制電路原理圖 特點和評析：自控電動控制

5、方式，直接安裝于風(fēng)扇附近，散熱好；線路簡單、線束少，易維修。只能控制兩級個固定風(fēng)速；用于密封強制循環(huán)式發(fā)動機冷卻系統(tǒng)。對產(chǎn)品的工作溫度要求較高，從70提高到110，另外對水密封性和防塵都有更高的要求，綜合成本較高。電路對風(fēng)扇電機沒有保護(hù)功能。三、智能芯片與繼電器分離式控制電路 代表產(chǎn)品是用于金杯海獅、金龍海獅柴油車和北汽福田蒙派克車的上海滬工公司產(chǎn)品系列。工作原理如圖6-3所示，控制器采樣水溫傳感器Rt信號，當(dāng)溫度8030C時，控制繼電器J1動作，動風(fēng)扇低速運行；當(dāng)溫度8595時，控制繼電器J2動作，驅(qū)動風(fēng)扇高速運行。當(dāng)冷卻液溫度于相應(yīng)溫度時，依次由高速降到低速至停止。圖6-3智能芯片與繼電器

6、分離式控制電路原理圖特點和評析：自控電動控制方式，核心芯片是單片機，控制電路與繼電器分離，單端口信號采樣、雙路風(fēng)扇固定風(fēng)速控制輸出?？刂齐娐泛啙?，由于遠(yuǎn)離繼電器和冷卻風(fēng)扇，電磁兼容的效果較好。但采樣信息少，能耗控制未予考慮。電路對風(fēng)扇電機沒有保護(hù)功能。四、智能芯片加繼電器集成式控制電路 典型產(chǎn)品是用于BroraA4車的HG4948風(fēng)扇控制器。其電路特點是：在自控電動控制方式二結(jié)構(gòu)上增加單片機等電子器件。多端口信號采樣；輸出端，除主、輔雙風(fēng)扇控制外，還控制空調(diào)電磁離合器和冷卻水泵，與發(fā)動機ECU有單線雙向通訊端口（BIDI），負(fù)責(zé)向發(fā)動機通知空調(diào)電離合器的工作狀況及判斷風(fēng)扇控制器是否應(yīng)該啟動電磁

7、離合器。 輸入信號有空調(diào)壓縮機的壓力傳感器（PWM信號）、外界溫度傳感器（NTC）、水溫信號、機溫度開關(guān)、空調(diào)開關(guān)等，這些都是發(fā)動機系統(tǒng)必不可少的控制信號，經(jīng)單片機處理，分別根據(jù)不同的壓力條件、溫度條件，使主風(fēng)扇、輔風(fēng)扇、空調(diào)電磁離合器和冷卻水泵進(jìn)行有序的工作，風(fēng)扇啟動其外圍電路見圖6-4。這種冷卻風(fēng)扇控制器是雙風(fēng)扇固定轉(zhuǎn)速控制技術(shù)的最高形式。圖6-4 BroraA4的冷卻風(fēng)扇控制外圍電路評析：綜合型智能控制和自控電動控制的邊緣方式，采樣信息多，智能化控制程度高；風(fēng)扇軟啟動方式，提高了風(fēng)扇的工作壽命。安裝在冷卻風(fēng)扇附近，散熱較好。但對水密封性和防塵都有更高的要求，綜合成本較高五、早期PWM脈寬

8、調(diào)制輸出的控制電路 外圍電路如圖6-5所示。典型例子是用于帕薩特B5V6車型的冷卻風(fēng)扇控制器。圖6-5 早期PWM控制器外圍電路 特點和評析：風(fēng)扇轉(zhuǎn)速不再是前幾種繼電器閉合后的固定速度，而是采用PWM脈寬調(diào)制技術(shù)，20Hz頻率下占空比可變的四種速度，雖然是單風(fēng)扇，卻可以根據(jù)水溫和空調(diào)壓縮機壓力情況實現(xiàn)四種強制補風(fēng)能力，使冷卻效率大大增加。用功率MOS管取代了繼電器來驅(qū)動風(fēng)扇。提高了工作可靠性和工作耐久性。具有短路、過載堵轉(zhuǎn)等保護(hù)功能。由于有固定頻率震蕩脈沖，對外的電磁騷擾加劇，須采取一定的抑制措施。六、改進(jìn)后的PWM脈寬調(diào)制輸出方式的控制電路 典型產(chǎn)品是用于一汽大眾奧迪轎車的冷卻風(fēng)扇控制器，雙

9、風(fēng)扇驅(qū)動模式。圖6-6是其外部電路示意圖。圖6-6 改進(jìn)后的PWM控制器外圍電路安裝在發(fā)動機艙的冷卻風(fēng)扇上。與早期不同，改進(jìn)后PWM控制器與發(fā)動機ECU緊密相關(guān)，發(fā)動機ECU在采樣分析冷卻系統(tǒng)的溫度、壓力等綜合信號后處理成PWM信號給冷卻風(fēng)扇控制器，冷卻風(fēng)扇控制器再輸出相應(yīng)占空比的PWM脈沖信號驅(qū)動風(fēng)扇，使風(fēng)扇在一定范圍內(nèi)可以無級調(diào)速。 改進(jìn)后PWM控制器控制兩個風(fēng)扇輸出情況不同，在輸入信號占空比5時，兩者均為100輸出，風(fēng)扇全速運行。此后，在5一12輸入時，風(fēng)扇Ml輸出為零，在12一88輸入時為線性輸出，即以占空比為22一90輸出無級調(diào)速。風(fēng)扇M2則在在輸入信號占空比為582時，輸出為零。其

10、它情況下均為100輸出。 技術(shù)評析：綜合型智能控制方式，繼承了早期PWM控制器的特點，也繼承了集中控制方式的優(yōu)點，只是高速風(fēng)扇M2依然是有級調(diào)速，必然有能量的損耗，電磁騷擾問題也比較較突出。七、新一代PWM脈寬調(diào)制輸出方式的控制電路新一代PWM脈寬調(diào)制輸出方式的控制電路是在改進(jìn)版基礎(chǔ)上演變而來的，只是雙風(fēng)扇輸出特性相同，實現(xiàn)了雙風(fēng)扇輸出的無級調(diào)速。 典型產(chǎn)品是用于德國大眾CADDY、TOURASKODA等冷卻風(fēng)扇控制器，安裝在發(fā)動機艙的冷卻風(fēng)扇上。法國標(biāo)致308、雪鐵龍C4、C6也采用了這一技術(shù)。 技術(shù)評析：為綜合型智能控制方式，兼有集中式控制和PWM技術(shù)的優(yōu)點，控制電路對發(fā)動機及其周圍環(huán)境參

11、數(shù)考慮的已極為全面。有緊急運行模式、堵轉(zhuǎn)、短路、過壓、欠壓、溫度過高保護(hù)等等功能。真正體現(xiàn)了智能化控制。同時與以往的控制方式相比，能效更高，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。如圖6-7所示。圖6-7 冷卻效能量對比圖八、結(jié)束語通過對汽車發(fā)動機冷卻風(fēng)扇控制技術(shù)分類特點評析，可以看出，冷卻風(fēng)扇控制技術(shù)從集中式，到分體式控制方式的大量采用，使冷卻風(fēng)扇控制的實時性大大提高，即保證在發(fā)動機管理系統(tǒng)處理其它工作程序的同時，冷卻系統(tǒng)還能實時工作。PWM控制技術(shù)的采用，克服了固定風(fēng)速、有級風(fēng)速造成能量損失的缺陷，而無級調(diào)速更是發(fā)揮了這一控制技術(shù)的優(yōu)點。同時，從可靠性角度看，PWM控制技術(shù)的采用，提高了控制系統(tǒng)的抗干擾能力

12、，而隨之帶來的電磁騷擾問題也須十分注意。環(huán)保、節(jié)能降耗、高性能、智能化必然是冷卻風(fēng)扇控制技術(shù)今后的研究方向。制定計劃 各小組成員制定實施本次實訓(xùn)任務(wù)的具體步驟、操作方法，預(yù)期效果。步驟內(nèi)容12345做出決策 教師根據(jù)學(xué)生提交的計劃進(jìn)行審核評價，如果不通過則由教師提出整改意見，通過之后每小組根據(jù)本小組制定的計劃實施任務(wù)。小組評價12345實施計劃一、任務(wù)準(zhǔn)備引導(dǎo)問題3 完成本次學(xué)習(xí)任務(wù)需要準(zhǔn)備哪些積木、器材？積木連線實訓(xùn)板可調(diào)鋰電池模塊開關(guān)熔絲板占空比可調(diào)信號板七彩風(fēng)扇大功率電阻板負(fù)載積木板繼電器元件板連接導(dǎo)線二、任務(wù)要求1 教學(xué)組織 分組實訓(xùn):全班_人，每_人一組，分為_組，_套實訓(xùn)器材，每組

13、小組長一名。2 職責(zé)分工 教師職責(zé)：課堂紀(jì)律與安全管理、實訓(xùn)器材管理、指導(dǎo)與巡查。學(xué)生職責(zé)：班長協(xié)助教師對班級全面管理與監(jiān)控、學(xué)習(xí)委員負(fù)責(zé)器材管理和檢查、團委書記負(fù)責(zé)安全與紀(jì)律及素質(zhì)評價、副班長負(fù)責(zé)收集和反饋學(xué)生意見，實訓(xùn)小組長負(fù)責(zé)指導(dǎo)組內(nèi)學(xué)習(xí)和交流。3 6S要求：安全 整理 整頓 清潔 清掃 素養(yǎng) 三、任務(wù)步驟步驟一 實訓(xùn)積木板的認(rèn)識及檢查、步驟圖示任務(wù)內(nèi)容完成情況1檢查固定電壓輸出、可調(diào)電壓輸出、電壓顯示是否正常。是否2打開熔斷絲盒，檢查熔斷絲是否良好；波動開關(guān)，檢查是否正常。是否3檢查電機是否良好，有無卡死。是否4檢查各個大功率電阻外觀有無異常，并讀出阻值。是否續(xù)上表6本占空比控制電路是

14、由555構(gòu)成，可以調(diào)節(jié)占空比，已帶驅(qū)動，熟悉各接線端子功能。是否7檢查繼電器外觀有無異常。是否8讀識風(fēng)扇接線端子的功能，檢測風(fēng)扇是否正常。是否步驟二 風(fēng)扇串電阻高低速控制步驟圖示工作頁1讀識電路原理圖：繼電器用于改變電機接入電源的狀態(tài)，當(dāng)線圈未通電時，常閉觸點串入一大功率電阻，電機處于低速狀態(tài)，當(dāng)繼電器通電后，電阻被短接，電機高速運轉(zhuǎn)。2用連接導(dǎo)線按照積木連接示意圖連接成完整電路，注意連接前先關(guān)閉電源開關(guān)。3檢查無誤后接通電源，當(dāng)開關(guān)未按下時，風(fēng)扇電機和電阻_，此時風(fēng)扇轉(zhuǎn)速處于_； 4當(dāng)按下開關(guān)時，串聯(lián)的電阻被_，此時風(fēng)扇轉(zhuǎn)速處于_。實際應(yīng)用中，轉(zhuǎn)換開關(guān)可以采用一溫控開關(guān)，請同學(xué)們自己設(shè)計電路

15、并驗證結(jié)果。提示：早期汽車散熱風(fēng)扇轉(zhuǎn)速控制一般是采用串入一個大功率電阻，通過溫度開關(guān)控制繼電器接入或短接電阻來實現(xiàn)高低速轉(zhuǎn)換，滿足不同溫度不同工況下發(fā)動機的散熱。步驟三 占空比控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速步驟圖 示工作頁1讀識電路原理圖，通過占空比輸出信號控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，注意此時連接方式是負(fù)極端控制。2用連接導(dǎo)線按照積木連接示意圖連接成完整電路，注意連接前先關(guān)閉電源開關(guān)。3檢查無誤后接通電源，調(diào)節(jié)占空比，觀察風(fēng)扇轉(zhuǎn)速變化與占空比的關(guān)系_，這種控制方式實現(xiàn)了直流風(fēng)扇的無極調(diào)速?，F(xiàn)代電控汽車散熱器風(fēng)扇多采用這種智能控制方式。檢查控制檢查項目結(jié)果或數(shù)據(jù)檢查項目結(jié)果或數(shù)據(jù)檢查項目結(jié)果或數(shù)據(jù)連線是否規(guī)范是否認(rèn)真觀察實訓(xùn)現(xiàn)象是否單獨完成工作頁是否出現(xiàn)異常現(xiàn)象測量數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確是否嚴(yán)格執(zhí)行6S管理評價反饋一、自我評價在知識與技能方面的收獲：掌握的程度牢固掌握基本掌握模糊不清能夠說明發(fā)動機散熱的必要性能夠簡單比較各種散熱風(fēng)扇控制電路的特點能夠連接積木風(fēng)扇轉(zhuǎn)速控制電路，調(diào)試電路并做電路原理分析能夠獨立設(shè)計一種自動溫度風(fēng)扇控制電路并驗證