مدار فن خودرو

موتور خودرو در یک دمای مشخص بهترین راندمان و بازده را خواهد داشت و عملکرد طولانی مدت موتور در دماهای پایین تر و یا بالاتر از آن می تواند باعث بروز خسارت های سنگین شود. سرد کار کردن موتور افزایش اصطکاک و سایش قطعات (خصوصاً قطعات متحرک) را به دنبال خواهد داشت و گرمای بیش از حد نیز ممکن است موجب سوختن واشر سرسیلندر شود. مدار فن رادیاتور از ضروری ترین مدارهای خودرو می باشد که وظیفه ی خنک کاری و تعادل دمایی موتور را بعهده دارد. این مدار در خودروهای قدیمی بسیار ساده و ابتدایی بود.

مدار ابتدایی فن رادیاتور

ساده ترین مدار فن رادیاتور شامل: فیوز، موتور فن، مهره (فشنگی فن) و سیم کشی بوده است که معمولاً برق مثبت موتور فن دایمی بوده و منفی موتور توسط فشنگی قطع و وصل می گردید. بعبارتی کنتاکت های فشنگی بصورت سری با موتور فن قرار داشتند و از آنجا که موتور فن ازجمله مصرف کننده های توان بالاست و جریان قابل توجهی مصرف می کند،

تمامی جریان از کنتاکت های فشنگی عبور می کرد و ظرف مدت کوتاهی کنتاکت های فشنگی دچار سوختگی می شدند و مدار فن از کار می افتاد. این مشکل با اضافه کردن یک رله به مدار مرتفع گردید. به این صورت که فشنگی در مدار بوبین رله (مدار فرمان) قرار گرفت و منفی موتور از طریق کنتاکت های رله وصل و قطع می گردید. با انجام اینکار، عمر فشنگی افزایش یافت و از بروز مشکلات بعدی جلوگیری گردید.

مدار فن پراید کاربراتوری

مدار فن رادیاتور پراید کاربراتوری دارای یک رله ی نرمال کلوز NC می باشد.  مثبت موتور فن از ترمینال IG2 سوییچ و از طریق فیوز ۲۰ آمپری Cooling fan تامین می شود و منفی موتور توسط رله وصل و قطع می گردد. عامل قطع و وصل رله، فشنگی فن است که بدنه ی آن در تماس مستقیم با مایع سیستم خنک کاری است. فشنگی دارای یک تک فیش می باشد که به بوبین رله متصل است.

این تک فیش در حالت عادی که آب سرد است از طریق بدنه ی سنسور به بدنه ی خودرو متصل است درنتیجه بوبین رله با داشتن برق مثبت از فیوز meter و بدنه از فشنگی مغناطیس شده و کنتاکت ۳۰ را از ۸۷a جدا می کند (ارتباط بدنه با موتور فن قطع می شود).

اما وقتی که دمای آب بالا برود و به محدوده ی عملکرد فن برسد (در دمای 91 درجه) ارتباط تک فیش با بدنه از داخل فشنگی قطع می شود، درنتیجه مغناطیس بوبین رله ازبین می رود و کنتاکت های رله به حالت عادی بازمی گردند (پایه ی ۳۰ به ۸۷a می چسبد) و اتصال بدنه ی موتور فن از این طریق تامین می شود. با خنک شدن موتور و کاهش دمای آب مجدداً بوبین رله توسط فشنگی به بدنه وصل می شود و این چرخه تا زمانیکه خودرو روشن است ادامه می یابد.

 

مدار فن در خودروهای انژکتوری

در خودروهای انژکتوری واحد کنترل موتور ECU مدار فن را مستقیماً تحت کنترل دارد. البته در برخی از خودروها انجام این وظیفه بعهده ی یک واحد الکترونیکی مجزا می باشد مثل خودروی زانتیا و یا مدل های قدیمی پژو و سمند که دارای واحد کنترل فن بودند. در خودروهای انژکتوری یک سنسور مقاومتی (سنسور دمای آب) بجای سنسور سوییچی (فشنگی فن) در مدار وجود دارد که دمای آب را بصورت سیگنال الکتریکی به ECU گزارش می کند و اینکار با تغییر در مقدار مقاومت بین دو پایه ی سنسور و تکنیک اندازه گیری جریان انجام می شود.

سنسور دمای آب

سنسور دمای آب یک مقاومت متغیر وابسته به دماست یعنی مقدار مقاومت بین دوپایه ی این سنسور با مقدار دمای بدنه ی سنسور متناسب است. این سنسورها در دو نوع NTC و PTC موجودند.

سنسور دمای آب با ضریب دمایی مثبت PTC

مقاومت این نوع سنسورها با افزایش دما بیشتر شده و با کاهش دما کمتر می شود. سنسور دمای آب به رنگ قهوه ای در زانتیا و سمند قدیمی نمونه ای از سنسور PTC می باشد.

سنسور دمای آب با ضریب دمایی منفی NTC

مقاومت این سنسور با افزایش دما کاهش و با کاهش دما افزایش می یابد. از این سنسور بوفور در خودروها استفاده شده است نظیر سنسور دمای آب سبز و مشکی در پراید.

تشریح مدار فن در خودروهای انژکتوری

در بسیاری از خودروهای انژکتوری، مدار فن بصورت دو دور است مثل پراید زیمنس و تندر ۹۰ که در آنها یک مقاومت فنری کمتر از یک اهم (حدود نیم اهمی) به مدار اضافه شده است که جریان مصرفی موتور فن را محدود می سازد. مدار دارای دو رله یکی برای دور کند و دیگری برای دور تند می باشد.

برق مثبت خروجی از رله ی دور کند با عبور از مقاومت فن به موتور فن می رسد یعنی مقاومت با موتور بصورت سری قرار دارد بنابراین مقداری از ولتاژ روی مقاومت افت می کند و جریان عبوری از موتور به همان نسبت محدود می شود و موتور با توانی پایین تر از توان نامی خود به گردش در می آید (دور کند اجرا می شود)

اما اگر دمای آب به آستانه ی عملکرد دور تند که دمای ۱۰۵ درجه می باشد برسد ECU با بدنه کردن بوبین رله ی دور تند موجب می شود که برق خروجی از رله مستقیماً به موتور فن اعمال شود و موتور با حداکثر توان به چرخش درآید.

خط بازخورد یا Feed back

در مدار فن یک خط بازخورد Feed back تعبیه شده است که توسط آن ECU عملکرد موتور فن را کنترل می کند.  خروجی مقاومت فن و خروجی رله ی دور تند هردو به ذغال مثبت متصلند. دقیقاً از همین محل یک انشعاب به ECU می رود که همان خط بازخورد است یعنی برق چه از طریق رله ی دورکند و مقاومت و چه از طریق رله ی دورتند و مستقیماً به موتور فن اعمال شود خط بازخورد مثبت شده و ECU با دریافت این ولتاژ مثبت از سلامت رله و مقاومت فن مطمئن خواهد شد.

یعنی وقتی که ECU در زمان لازم، ولتاژ منفی برای بوبین هریک از رله ها می فرستد منتظر دریافت بازخورد از مدار می ماند چنانچه ولتاژ بازخورد به ECU نرسد به معنای وجود اشکال در مدار می باشد بنابراین ECU بلافاصله چراغ چک را روشن کرده و اقدامات تعریف شده را انجام می دهد مثلاً یکی از ایرادهایی که فراوان اتفاق می افتد اینست که با رسیدن دمای آب به آستانه ی دورکند چراغ چک روشن شده و فن مستقیماً با دورتند به گردش درمی آید (دورکند اجرا نمی شود) تحلیل این ایراد بسیار ساده است.

شایع ترین ایراد مدار فن

 با رسیدن دمای آب به آستانه ی عملکرد دورکند، ECU با اندازه گیری جریان مصرفی سنسور، دمای موتور را تشخیص داده و بوبین رله ی دورکند را بدنه می کند. بدیهی است که دراین حالت رله ی دورکند فعال می شود و برق خروجی از رله باعبور از مقاومت فن به موتور می رسد و ECU با مثبت شدن خط بازخورد متوجه مثبت شدن ذغال مثبت می شود.

اما اگر رله یا مقاومت فن معیوب باشند هیچ برقی به موتور فن نمی رسد و ECU هیچ بازخوردی دریافت نمی کند و این حالت برای ECU به معنای بروز ایراد در سیستم فن می باشد بنابراین بلافاصله چراغ چک را برای اطلاع راننده روشن کرده و رله ی دورتند را برای حفاظت از موتور فعال می کند. این مورد شایع ترین ایراد در مدار فن می باشد و غالباً به علت خرابی مقاومت فن یا کثیفی و زنگ زدگی اتصالات (اتصال ناقص) و یا خرابی رله ی دورکند می باشد.

نکته: در خودروی پراید جریان مصرفی موتور فن در دورکند ۹ آمپر و در دورتند ۱۴ آمپر است.

 

مدار فن پژو ۴۰۵، پارس، سمند و زانتیا

دراین خودروها از دو موتور فن جهت خنک کاری موتورخودرو استفاده شده است که بعنوان فن کندانسور کولر نیز عمل می کنند. اصول عملکرد مدار فن در این خودروها شبیه به هم بوده و تفاوت های چندانی باهم ندارند.

واحد کنترل مدار فن رادیاتور

کنترل مدار فن در این خودروها به دو صورت انجام می شود. در خودروهای پژو و سمند قدیمی و تمامی مدل های زانتیا از یک واحد الکترونیکی مجزا به نام کنترل یونیت فن جهت کنترل مدار فن استفاده شده است. در یونیت فن، اندازه گیری دمای آب از طریق یک آیسی تقویت کننده ی عملیاتی (op-amp) چهارگانه که در داخل یونیت فن تعبیه شده است صورت می پذیرد. اما در خودروهای جدیدتر کنترل مدار فن بعهده ی ECU می باشد. البته ممکن است که مدار فن با واحدهای دیگری نیز در ارتباط باشد.

کنترل مدار فن توسط ECU

واحد کنترل الکترونیکی (ECU) جهت اندازه گیری دمای آب از استراتژی اندازه گیری جریان استفاده می کند به این صورت که ECU یک ولتاژ ۵ ولتی برای سنسور دمای آب می فرستد. این ولتاژ از مقاومت داخلی سنسور عبور کرده و از پایه ی دیگر سنسور به ECU باز می گردد و در داخل ECU بدنه می شود. این چرخه، زمانی کامل می شود که سوییچ خودرو باز شود و برق از ترمینال IG1 سوییچ به ECU برسد.

در این صورت ECU فعال (active) شده و آیسی رگلاتور داخلی ECU چندین ولتاژ ۵ ولتی برای عناصر مختلف سیستم انژکتوری می فرستد از جمله یک ولتاژ برای سنسور دمای آب ارسال می شود که باعث جاری شدن جریان الکتریکی در مدار سنسور دمای آب می گردد. مقدار جریانی که از سنسور دمای آب می گذرد در حد میلی آمپر بوده و متناسب با دمای آب موتور است یعنی ECU با اندازه گیری جریان عبوری از سنسور می تواند دمای آب موتور و زمان عملکرد فن ها را تشخیص دهد.

 

وقتی سنسور دمای آب خراب می شود

معمولا خرابی سنسور دمای آب به دو صورت بروز می کند:

مقاومت سنسور کمتر از مقدار واقعی

اگر مقاومت سنسور دمای آب کمتر از مقدار واقعی باشد ECU دچار خطا و اشتباه خواهد شد و نخواهد توانست مقدار واقعی دمای آب را تشخیص دهد در نتیجه مشکلاتی در سیستم انژکتوری بروز می کند. مثلاً در زمستان های سرد صبح ها مقاومت سنسور خیلی بالاست در حدی که جریان عبوری از آن بسیار کم است و ECU از روی همین جریان کشی اندک متوجه سرمای شدید هوا خواهد شد و با فعال کردن استپر موتور راه ورود هوا را تا حدودی مسدود خواهد کرد و زمان پاشش انژکتورها را طولانی تر از حالت عادی خواهد کرد

در نتیجه ی این استراتژی ECU مخلوط سوخت و هوا غلیظ شده و خودرو سریعاً با تک استارت روشن خواهد شد اما اگر سنسور خراب شود بطوریکه مقاومتش کمتر از مقدار واقعی باشد جریان عبوری از آن افزایش یافته و ECU این حالت را به منزله ی دمای آب بالا (بالاتر از مقدار واقعی) تلقی خواهد نمود بنابراین راه ورود هوا را باز و زمان پاشش سوخت را کم می کند درنتیجه مخلوط سوخت و هوا رقیق شده و خودرو در هوای سرد با تاخیر و مکث روشن می شود.

مقاومت سنسور بیشتر از مقدار واقعی

اگر مقاومت سنسور بیشتر از مقدار واقعی باشد چه اتفاقی می افتد؟ فرض کنید که دمای آب موتور 20 درجه است. اگر دراین دما مقاومت واقعی سنسور 2.3 تا 2.7 کیلواهم باشد با خراب شدن سنسور و افزایش مقاومت، مقدار آن مثلاً به 4.5 کیلو اهم خواهد رسید. این مقدار مقاومت باعث جریان کشی کمتر از مقدار واقعی خواهد شد و ECU دمای آب را به اشتباه کمتر از مقدار واقعی (مثلاً صفر درجه) تشخیص خواهد داد درنتیجه راه هوا را بسته و زمان پاشش را زیاد می کند. بدیهی است که در این حالت مخلوط سوخت و هوا غلیظ شده و خودرو براحتی روشن می شود اما مصرف سوخت افزایش یافته و شمع ها سیاه می شوند.

 

سنسور دمای آب در خودروهای پژو و سمند و زانتیا

در خودروهای دارای یونیت فن، سه عدد سنسور دمای آب  موجودست. سنسورهای آبی رنگ و سبز رنگ از نوع NTC و سنسور قهوه ای رنگ از نوع PTC.

سنسور قهوه ای

 این سنسور فقط در خودروهای دارای یونیت فن موجودست. دارای دو پایه می باشد که با یونیت فن در ارتباط است و یونیت از روی اطلاعات دریافتی از این سنسور مدار فن را فعال و غیرفعال می کند.

نکته: چون این سنسور از نوع ضریب دمایی مثبت می باشد می توان برای راه اندازی زودتر از موعد فن ها یک مقاومت اهمی را با یکی از پایه های سنسور بصورت سری قرار داد که دراین صورت یونیت فن به ازای هر صد اهم به اندازه ی چهار تا پنج درجه زودتر فرمان فعالیت فن ها را صادر می کند.

سنسور سبز رنگ

این سنسور از نوع ضریب دمایی منفی بوده و دارای دوپایه است که در ارتباط با ECU هستند. در خودروهای دارای یونیت فن از اطلاعات این سنسور برای تنظیم پاشش سوخت. اجرای حالت ساسات و…؟؟ استفاده می شود اما در خودروهای فاقد یونیت فن، علاوه بر این ها از اطلاعات آن برای راه اندازی فن ها نیز استفاده می شود.

سنسور آبی رنگ

این سنسور از نوع ضریب دمایی منفی است و از اطلاعات ارسالی از آن جهت نمایش دمای آب بر روی آمپر آب استفاده می شود. این سنسور در پژو و سمند تک پایه و در زانتیا دو پایه است. در پژو و سمند بدنه ی این سنسور بعنوان پایه ی دوم عمل می کند.

 

رله های مدار فن پژو 405

دراین خودروها سه عدد رله ی ۵ پایه موجودست که در دوتای آنها فقط از چهار پایه استفاده شده و پایه ی ۴ یا نرمال کلوز فاقد ارتباط است. آن رله ای که از هر ۵ پایه ی آن استفاده شده است رله ی واسطه (واقع در سمت شاگرد) می باشد. یکی از رله های چهار پایه به عنوان رله ی دور کند (واقع در سمت راننده) از پایه ی یک یونیت و یا از یکی از پایه های ECU فرمان می گیرد و رله ی چهار پایه ی دیگر (وسطی) به همراه رله ی ۵ پایه، مشترکاً از پایه ی ده یونیت یا از یکی از پایه های ECU فرمان می گیرند. در حالت دور کند فقط بوبین رله ی سمت راننده بدنه می شود و در دور تند علاوه بر آن بوبین های دو رله ی دیگر نیز باهم بدنه می شوند بنابراین در دور تند هر سه رله فعالند.

 

 

 

عملکرد مدار فن پژو 405

وقتی که دمای آب به آستانه ی عملکرد دور کند برسد یونیت فن یا ECU از روی اطلاعات سنسور دمای آب زمان عملکرد مدار فن را تشخیص داده و با ارسال یک ولتاژ منفی به بوبین رله ی دور کند موجب اجرای دور کند می شود.

در حالت طبیعی دو موتور فن بصورت سری نسبت به هم قرار دارند و این ارتباط از طریق پایه ی ۳ (۳۰ یا مشترک) و پایه ی ۴ (۸۷a یا نرمال کلوز) رله ی واسطه، برقرار گردیده یکسر از موتور دوم مستقیماً به بدنه متصل است بنابراین فقط کافی است که به سر آزاد موتور اول یک ولتاژ مثبت اعمال شود. با فعال شدن رله ی دور کند ولتاژ مثبت پایه ی ۳۰ از پایه ی ۸۷ رله خارج شده و وارد موتور فن اول می شود و با عبور از سیم پیچ موتور اول از طریق رله ی واسطه به موتور فن دوم رسیده و بدنه می شود درنتیجه روی هریک از موتورها نصف ولتاژ باتری (حدود ۶.۵ ولت) می افتد و دور کند اجرا می شود.

دور کند فن پژو 405

در دورکند دوفن بصورت سری نسبت به هم قرار دارند و برق مثبت خروجی از رله ی دور کند وارد فن اول شده و با عبور از سیم پیچی موتور فن، وارد پایه ی نرمال کلوز رله ی واسطه (سمت شاگرد) می شود و از طریق پایه ی سه ی رله به فن دوم رسیده و با عبور از موتور فن دوم بدنه می شود. دراین حالت دو فن نسبت به هم بصورت سری قرار گرفته اند بنابراین هر دو فن باید به گردش درآیند.

با راه اندازی فن ها، در اثر دوران آرمیچر و برخورد ذغال ها به لامل های کلکتور حالت تناوبی در مدار ایجاد می شود که دارای ضربان و نوسان می باشد. این نوسان ها باعث می شود که سیم پیچ آرمیچر با عبور جریان مخالفت کرده و مقاومت القایی (رکتانس سلفی) در مدار ایجاد کند در نتیجه دو فن به مانند دو مقاومت سری در مدار افت ولتاژ ایجاد کرده و روی هر کدام از فن ها ولتاژی معادل نصف ولتاژ باتری می افتد. عاملی که موجب عملکرد فن ها در دور کند می شود همین است.
چنانچه مسیر عبور جریان به هر دلیلی قطع شود و برق مثبت ارسالی از رله ی دور کند به اتصال بدنه ی موتور دوم راه نیابد هیچ یک از دو فن کار نخواهند کرد.

دور تند فن پژو 405

چنانچه با اجرای دور کند، دمای آب کاهش نیابد و اطلاعات سنسور مبنی بر کاهش دمای آب به واحد کنترل الکترونیکی نرسد واحد کنترل علاوه بر بوبین رله ی دور کند، با ارسال یک منفی دیگر بوبین رله ی واسطه و رله ی سوم را نیز مشترکاً فعال خواهد کرد. دراین حالت دو فن بصورت موازی در مدار قرار می گیرند و هریک با حداکثر توان دوران می کند.

 

عملکرد مدار فن در زمان کولر گیری

در زمان فعالیت مدار تهویه ی مطبوع، فشار گاز کولر و وضعیت کلیدهای داخلی سوییچ فشار (سوییچ سه گانه) در عملکرد فن موثر است. ECU باید از فشار گاز کولر مطلع باشد تا بسته به شرایط مختلف بتواند مدار فن را کنترل کند. سوییچ فشار گاز یا سوییچ سه گانه عنصری است که وضعیت فشار گاز کولر را به اطلاع ECU می رساند. این عنصر از نوع سوییچی می باشد و درون آن از سه جفت میکروسوییچ استفاده شده است که تحت تاثیر فشار گاز کولر باز و بسته می شوند. پایه های سوییچ فشار با یونیت فن و ECU در ارتباط است.

 

 

 

(منبع: کارساز)