Kokia yra pūtimo variklio varžos vaidmuo valdant automobilio vėdinimą?

Suprasti pūtimo variklio varžos funkciją automobilių šildymo, vėdinimo ir oro kondicionavimo sistemose

Įvadas į pūtimo variklio varžą ir jos pagrindinę paskirtį

Ventiliatoriaus variklio varža veikia kaip oro srauto eismo reguliatorius automobilio šildymo ir vėsinimo sistemose. Vietoj to, kad ventiliatorius tiesiogiai veiktų visu pajėgumu arba visai neveiktų, ji leidžia nustatyti skirtingus greičio režimus. Tarp prietaisų skydelio valdymo elementų ir pačio variklio esanti dalis veikia keisdama elektros srovės kiekį, kuris pro ją teka, o tai keičia oro judėjimo greitį į saloną. Visa esmė yra suteikti vairuotojams naudingas parinktis, kuriomis galima pasinaudoti sėdint automobilyje labai karštomis vasaros dienomis ar šalčio žiemą rytuose.

Kaip ventiliatoriaus variklio varža reguliuoja oro srautą klimato valdyme

Ventiliatoriaus greičio reguliavimas veikia keičiant elektros srovės tekėjimą per varžos laidus, esančius varžoje. Mažesniuose nustatymuose srovė turi praeiti per daugiau varžos ritinių, todėl sumažėja tiek variklio įtampa, tiek judančio oro kiekis. Tačiau kai kas padidina greičio nustatymą, tai iš esmės apeina dalį papildomų varžų, todėl visa įtampa patenka tiesiai į variklį. Visa šią sistemą veikiančią dalyką yra būtent tokia pakopinė varžos naudojimo metodika. Nereikia sudėtingų elektroninių komponentų – ji paima nuolatinę galios įtampą iš elektros lizdo ir paverčia ją skirtingais oro srauto lygiais papildant arba pašalintant varžą kelyje.

Elektros principai, esantys už ventiliatoriaus variklio greičio valdymo

Omo dėsnis iš esmės nulemia, kaip veikia ši sistema (įtampa yra lygi srovei, padaugintai iš varžos). Kai varža didesnė, per mažiau srovės pateks į variklį. Daugelyje varžos modulių yra keletas apvijų, kurios paprastai suteikia varžą nuo pusės oma iki penkių omų. Tokia konfigūracija paprastai suteikia nuo trijų iki penkių skirtingų greičio parinkčių, priklausomai nuo pasirinktos padėties. Konstrukcijos taip pat apima termofuzus, kurie saugo nuo perkaistimo. Tačiau daugelis mechatronikos specialistų pažymi, kad senesnių automobilių modelių sistemos dažnai sugenda, kai per ilgai veikia esant aukštai srovei, o ši problema išlieka iki šių dienų.

Kaip valdiklio varžos modulis reguliuoja ventiliatoriaus greitį

Ventiliatoriaus greičio reguliavimo procesas naudojant varžą

Blower motoro varžos modulis valdo oro srautą keisdamas elektrinę varžą HVAC grandinėje. Kai vairuotojas pasirenka ventiliatoriaus greitį, varžos modulis įveda tam tikrą varžos lygį:

• Lėta greičio : Didelis pasipriešinimas sumažina srovės tekėjimą, ribodamas variklio RPM, kad gautumėte švelnų orą.
• Vidutinis greitis : Dalinis pasipriešinimas leidžia subalansuotą srovę vidutiniam oro srautui.
• Aukšta greitis : Apeinant pasipriešinimą, visa įtampa siunčiama į variklį, kad būtų maksimaliai padidintas oro srautas.

Ši palaipsnė sistema naudoja daugiapakopį ritinėlį arba tranzistoriais pagalbą sukurtą dizainą, kad būtų sukurti skirtingi greičio nustatymai, apsaugant klimato valdymo modulį nuo įtampos šuolių.

Žemas, vidutinis ir aukštas greitis: kaip kiekvienas jungiasi prie varžos grandinės

Kai sistema veikia esant žemai greičiui, elektrinė grandinė praleidžia srovę per kiekvieną prieinamą varžos ritę, todėl pasiekiamas beveik didžiausias šių sistemų pasipriešinimas, kuris paprastai siekia nuo 3 iki 5 omų. Kai greitis padidėja iki vidutinio lygio, situacija keičiasi. Šiuo atveju sistema aktyvuoja mažiau ritelių arba pasirenka visai kitas kryptis, todėl varža žymiai sumažėja – iki maždaug 1 arba 2 omų. Aukšto greičio veikimui daugelyje konstrukcijų tiesiogiai prijungiamas variklis prie baterijos įtampos šaltinio, visiškai apeinant varžas. Ši priemonė užtikrina maksimalų galios tiekimą, tačiau per ilgą laiką tai gali neigiamai paveikti komponentus. Kai kurios naujos įrangos modeliai vietoj to naudoja tai, kas vadinama impulsinės pridėtinės moduliacijos technologija. Ši technika leidžia kur kas sklandžiau keisti skirtingus varžos nustatymus, o ne tiesiogiai šokinėti nuo vieno fiksuoto lygio prie kito, kaip tai darė senesnės sistemos.

Įtampos moduliavimas naudojant elektrinę varžą ir jo poveikis

Įtampos sumažinimas per pasipriešinimą tiesiogiai veikia variklio našumą:

• 12 V sistemos : Pilna įtampa (14 V, paleidus variklį) suteikia ~1 500 aps./min.
• 8–10 V : Vidutinis greitis (~1 000 aps./min.)
• 5–7 V : Mažas greitis (~600 aps./min.)

Per didelis karštis išlieka pagrindine problema, nes rezistorių temperatūra veikimo metu dažnai viršija 93 °C (200 °F). Tinkamas terminis valdymas, naudojant šilumos keitiklius ir strategiškai komponentų išdėstymą, pratęsia tarnavimo laiką iki 5–7 metų normaliomis sąlygomis.

Ventiliatoriaus variklio rezistorius kontra elektroninių valdymo modulių: technologijų raida

Nuo pasipriešinimo ritinių iki standartinės būklės elektroninių valdymo modulių

Senoviškai veikė ventiliatoriaus variklio varžos, kurios veikė apvyniojant vielos ritėmis, kad būtų sukurta varža, kuri veikiant išsisklaidydavo į šilumą. Šiuolaikinės versijos, kurias matome šiandien, naudoja stipriųjų srovių technologiją su puslaidininkiais jungikliais. Šie skaitmeniniai komponentai kontroliuoja, kiek elektros srovės teka per sistemą, be jokių mechaninių dalių, kurios laikui bėgant gali sugesti. Pagal 2023 metais tarptautinėje automobilių inžinierių asociacijoje (SAE International) paskelbtus bandymus, atliktus sunkiomis sąlygomis, tokio sprendimo pakeitimas sumažino gedimus apie 37 procentus. Tai logiška, nes paprastesnėse grandinėse tiesiog nėra tiek daug vietų, kur gali kilti problemų, lyginant su senesniais modeliais, kuriuose buvo daugybė delikatesnių judančių dalių.

Šiuolaikinių PWM pagrįstų sistemų privalumai tikslumo ir efektyvumo požiūriu

PWM sistemos gali pasiekti apie 94–98 procentų elektros naudingumo, kuris yra daugiau nei 65–75 procentai, kuriuos matome naudojant varžos pagrįstas sistemas. Sąmone? Jos greitai perjungia energiją, o ne švaisto energiją per perteklinį įtampos nutekėjimą. Pramonės specialistai šildymo, vėdinimo ir kondicionavimo srityje taip pat pastebėjo kažką įdomaus – šios stiprintuvų valdymo moduliai suteikia apie 0,5 procentų tikslumą valdant greitį, tuo tarpu senesnės sistemos linkusios krypti iš visur su iki 15 procentų nuokrypiu. Ir tai yra svarbu, nes kai klimato valdymo sistemos gali taip tiksliai reguliuoti sūkius, jos išlaiko kajutės temperatūrą labai stabiliai, nesikeičiant pusės laipsnio Farenheito ribose nuo bet kurios pasirinktos nuostatos. Aišku, kodėl gamintojai linksta pereiti prie šios technologijos.

Atvejo analizė: 2020 m. Toyota Camry pereiga prie skaitmeninio ventiliatoriaus valdymo

2020 m. viena didelė automobilių gamintoja pakeitė senąją variklio ventiliatorių sistemą, pagrįstą varža, nauju elektroniniu valdymo moduliu savo sedane. Nepriklausomi tyrimai parodė, kad šis pokytis padarė, kad kambaryje pasiektų pageidaujamą temperatūrą apie 32 procentus greičiau nei anksčiau. Per kitus tris metus taip pat pastebimai sumažėjo garantinės priežiūros problemos, susijusios su šildymo ir vėdinimo sistema – apie 18 %. Peržiūrėję diagnostikos ataskaitas, inžinieriai nustatė, kad elektriniai komponentai patyrė maždaug 72 % mažiau terminio krūvio lyginant su automobiliais, kuriuose buvo senesnės konstrukcijos varžos. Šie patobulinimai daug sako apie tai, kaip modernizavus nuo paprastų varžų pereinant prie inteligentinių elektronikos priemonių galima padaryti tikrą skirtumą tiek našumo, tiek patikimumo požiūriu.

Kaina, patikimumas ir pramonės tendencijos, susijusios su ventiliatoriaus variklio valdymo diegimu

Elektroniniai moduliai tikrai kainuoja brangiau – maždaug 2–3 kartus daugiau nei tradicinės varžos sistemos. Tačiau įvertinus ilgalaikiškumą, šie moduliai veikia maždaug tris kartus ilgiau nei standartinės varžos sistemos per dešimtmetį. Automobilių sektorius taip pat sparčiai priima šią technologiją, o metinis augimas nuo 2020 metų pradžios siekia beveik 19 %. Automobilių gamintojai skatina tobulinti šią technologiją, nes jie turi atitikti vis griežtesnius kuro ekonomijos reikalavimus, nustatytus vis pasaulio reglamentavimo institucijų. Įdomu tai, kad daugelis gamintojų šiuo metu rinkosi kompromisinį sprendimą. Apie 43 % visų naujai gaminamų automobilių iš tiesų turi hibridinę konfigūraciją, kai paprastos varžos veikia kartu su elektroninio stebėjimo komponentais. Šis mišrus sprendimas padeda kontroliuoti išlaidas ir kartu gerina visos sistemos našumą, pamažu perėjant prie visiškai elektroninių sprendimų.

Konstrukcija, ilgaamžiškumas ir signalų srautas sraigtinio variklio varžos sistemose

Vidiniai komponentai ir tipinio varžos modulio konstrukcija

Sraigtinio variklio varžos modulis paprastai turi nikelio-chromo varžos ritles, pritvirtintas prie keraminių arba aliumininių šilumos atsisklaidymo elementų, kurios per terminalus prijungiamos prie automobilio šildymo, vėdinimo ir oro kondicionavimo (HVAC) sistemos. Šiuose moduliuose yra keletas skirtingų varžos kelių, kurie nulemia oro srauto greičio nustatymus. Veikiant esant žemesniam greičiui, naudojamos ilgesnės ritlių dalys, nes jos natūraliai suteikia didesnį pasipriešinimą elektros srautui. Srovė perleidžiama per vario magistralės juostas, esančias viduje. Komponentai yra apsaugoti nuo vibracijų epoksidinės dengimo dėka, su tuo vibracijomis susidoroja mechanikai. Pagal 2021 m. tarptautinius SAE International duomenis, apie septynis iš dešimties varžos modulių gedimų iš esmės atsiranda dėl pertrūkių litavimo sąnariuose, kuriuos sukelia nuolatinis judėjimas ir ilgalaikis poveikis.

Šilumos valdymo iššūkiai ir gedimų prevencija

Veikiant komponentai, perduodantys nuo 6 iki 15 amperų, generuoja gana daug šilumos, paprastai pasiekdami temperatūrą nuo maždaug 60 laipsnių iki beveik 149 laipsnių pagal Celsijų. Šie komponentai dažniausiai būna montuojami laminuotuose plieno korpusuose, kurie turi aušinimo briaunų, padedančių pašalinti apytiksliai nuo 85 iki 110 vatų šiluminės energijos. Paprasta problema, vadinanti ankstyvais gedimais, atsiranda tada, kai nešvarumai kauptasi viduje, blokuodami tinkamą oro cirkuliaciją, arba kai jungtys pradeda koroduoti ir sukuria papildomą pasipriešinimą. Kovoti su šiomis problemomis padeda naujesnių modelių sukonstruoti termofuzai, kurie yra sukurti taip, kad nutrauktų elektros tiekimą, jei temperatūra pakyla virš 160 (± 8 laipsniai pagal Celsijų). Ši saugos savybė davė realų efektą, pagal naujausius tyrimus, pateiktus NASTF 2023 metų patikimumo ataskaitoje, rodo, kad automobilių gamintojai nuo 2018 metų pradėjus gaminti automobilius su šia saugos savybe sumažino prievartinio kaitinimo variklių rezistorių keitimo dažnumą maždaug 43 procentais.

Signalo kelias nuo šildymo, vėdinimo ir oro kondicionavimo valdymo skydelio iki ventiliatoriaus variklio veikimo

Jei kas nors savo automobilio klimato valdyme pasirenka 2 arba 4 ventiliatoriaus greitį, sistema iš tikrųjų per specialųjį varžos reguliatoriaus vidutinio greičio kontaktą praleidžia 12 voltų įtampą. Ką daro sistema toliau, labai priklauso nuo automobilio gamintojo, tačiau dažniausiai ši konfigūracija sukuria varžą tarp 2,1 ir 3,8 omai. Dėl to į variklį patenkanti įtampa sumažėja iki 7–9 voltų, o ne pilnos galios. Tada elektros srovė per grafitinius šepetėlius pasiekia variklio vidinę dalį, kuri sukasi maždaug 1 200 apsukimų per minutę, kad pro ventiliacijos angas tekėtų oras. Kai reikia maksimalaus oro srauto, aukštesni greičiai apeina varžos reguliatorių, siųsdami tiesiogiai akumuliatoriaus įtampą, kad keleiviams būtų suteiktas papildomas gaivinančio oro gūsis karštomis vasaros dienomis.

Ventiliatoriaus variklio varžos reguliatoriaus panaudojimas ir integravimas į šiuolaikinius automobilius

Pūtimo variklių varžų naudojimas lengvuosiuose ir krovininiuose automobiliais

Pagal SAE International naujausius 2023 metų duomenis, pūtimo variklių varžos vis dar svarbiai veikia maždaug 8 iš 10 vidinio degimo variklių automobilių, pagamintų tarp 2015 ir 2023 metų. Šios dalys dažniausiai naudojamos biudžetinių automobilių ir sunkvežimių mechaninėse klimato valdymo sistemose, nes jos paprasta gaminti ir nebrangios. Tikra nauda pasireiškia sunkuminiuose sunkvežimiuose, kur šios varžos atlaiko sunkias sąlygas. Jų patikima konstrukcija užtikrina tinkamą oro srautą net tada, kai temperatūra smarkiai kinta nuo -40 laipsnių Farenheito šalčio iki 248 Farenheito karščio. Tokia patikimumo savybė yra labai svarbi ilgalaikiams vairuotojams, kuriems reikia nuolatinio kabinos komforto, važiuojant mylias po mylių kelyje.

Vaidmuo užtikrinant optimalų kabinos oro cirkuliavimą ir komfortą

Keičiant elektrinį pasipriešinimą nuo maždaug pusės oma iki penkių omų leidžia tiksliai valdyti ventiliatoriaus variklio sukiojimosi dažnį, o tai yra svarbu komfortui automobilyje. Toks veikimo principas suteikia nuo keturių iki septynių skirtingų oro srauto nustatymų. Vairuotojai gali pasirinkti tinkamą balansą tarp mažesnio triukšmo (45–55 decibelų esant lėtam sukiojimuisi) ir pakankamai greito automobilio aušinimo ar šildymo (temperatūros pokytis vyksta maždaug 3–5 laipsnių pagal Farenheitą per minutę). Termografiniai tyrimai parodė, kad kokybiški varžos rezistoriai palaiko ritės temperatūrą žemiau 300 laipsnių Farenheito net ilgalaikio nuolatinio veikimo metu, todėl oro srautas laikui bėgant nemažėja.

Integracija su automatinės klimato kontrolės ir jutiklių pagrįstomis sistemomis

Šiuolaikinės realizacijos sujungia rezistorius su skaitmeniniais jutikliais, kad būtų sukurta hibridinė valdymo sistema:

Tokio dizaino dėka tokie automobiliai kaip 2023 metų Ford Transit gali išlaikyti ±1°F temperatūros svyravimus kabinoje, išlaikant varžos patikimumo privalumus lyginant su visiškai elektroniniais moduliais.

Dažniausiai paskyrančių klausimų skyrius

Kokia yra ventiliatoriaus varžos vaidmuo automobilio šildymo, vėdinimo ir oro kondicionavimo sistemoje?

Ventiliatoriaus varža automobilio šildymo, vėdinimo ir oro kondicionavimo sistemoje reguliuoja ventiliatoriaus greitį keisdama elektrinę varžą. Tai leidžia vairuotojams pasirinkti skirtingus oro srauto nustatymus, kad būtų patogu esant skirtingoms oro sąlygoms.

Kodėl išsijungia kaitinimo variklio varžos?

Kaitinimo variklio varžos dažnai išsijungia dėl įtrūkusių litavimo sąnarių, atsiradusių dėl kartotinių apkrovų ir judesių, pernelyg didelės šilumos arba užsikimšusio oro srauto dėl dulkės kaupimosi. Naujesnėse sistemose yra termofuzai, kurie apsaugo nuo perkaitimo, nutraukiant elektros tiekimą, kai temperatūra pakyla per daug.

Kaip modernios PWM sistemos padeda pagerinti vėdinimo ir šildymo efektyvumą?

Modernios PWM sistemos padeda sutaupyti elektros energijos, greitai perjunginėjant elektros tiekimą, mažinant energijos švaistymą. Jos leidžia tiksliai valdyti greitį, sumažinant temperatūros svyravimus, todėl kabinos temperatūra išlaikoma stabiliau nei senose sistemose.

Kodėl elektroniniai valdymo moduliai yra patikimesni nei varža pagrįstos sistemos?

Elektroniniai valdymo moduliai yra patikimesni, nes jie neturi mechaninių dalių, todėl mažėja galimų gedimų vietų. Solid-state technologija užtikrina efektyvų energijos valdymą be mechaninio nusidėvėjimo, kuris būdingas varžoms.

Kaip automobilių pramonės integruojant pūtimo variklio rezistorius padeda valdyti išlaidas?

Pūtimo variklio rezistorių integravimas kartu su skaitmeninėmis dalimis sukuria hibridinę sistemą, kuri sulygina našumą ir kainą. Tai suteikia gamintojams finansiškai naudingesnę sprendimą, kol pereinama prie visiškai elektroninių sistemų.