Ролята на вентилатора в течното охлаждане

Предаването на топлината, генерирана по време на работа на двигателя, в атмосферата изисква постоянно продухване на радиатора на охладителната система. Интензивността на идващия високоскоростен въздушен поток не винаги е достатъчна за това. При ниски скорости и пълно спиране се включва специално проектиран допълнителен вентилатор за охлаждане.

Принципна схема на впръскване на въздух в радиатора

Възможно е да се осигури преминаването на въздушни маси през структурата на пчелна пита на радиатора по два начина - да се нагнети въздух по посока на естествения поток отвън или да се създаде вакуум отвътре. Няма фундаментална разлика, особено ако се използва система от въздушни щитове - дифузори. Те осигуряват минимален дебит за безполезна турбуленция около лопатките на вентилатора.

По този начин има два типични варианта за организиране на издухване. В първия случай вентилаторът е разположен върху рамката на двигателя или радиатора в двигателното отделение и създава поток под налягане към двигателя, като взема въздух отвън и го прекарва през радиатора. За да се предотврати движението на лопатките на празен ход, пространството между радиатора и работното колело се затваря възможно най-плътно с пластмасов или метален дифузьор. Формата му също така насърчава използването на максимална площ от пчелна пита, тъй като диаметърът на вентилатора обикновено е много по-малък от геометричните размери на радиатора.

Когато работното колело е разположено отпред, задвижването на вентилатора е възможно само от електродвигател, тъй като сърцевината на радиатора предотвратява механичната връзка с двигателя. И в двата случая избраната форма на радиатора и необходимата ефективност на охлаждане могат да наложат използването на двоен вентилатор с колела с по-малък диаметър. Този подход обикновено е придружен от усложняване на алгоритъма на работа, вентилаторите могат да се включват отделно, регулирайки интензитета на въздушния поток в зависимост от натоварването и температурата.

Самото колело на вентилатора може да има доста сложен и аеродинамичен дизайн. Има редица изисквания:

• броят, формата, профилът и стъпката на лопатките трябва да осигуряват минимални загуби, без да се въвеждат допълнителни енергийни разходи за безполезно смилане на въздуха;
• в даден диапазон от скорости на въртене спирането на потока е изключено, в противен случай спадът на ефективността ще повлияе на топлинния режим;
• вентилаторът трябва да бъде балансиран и да не създава както механични, така и аеродинамични вибрации, които могат да натоварят лагерите и съседните части на двигателя, особено тънките структури на радиатора;
• шумът от работното колело също е сведен до минимум в съответствие с общата тенденция за намаляване на акустичния фон, произвеждан от превозните средства.

Ако сравним модерните автомобилни вентилатори с примитивни витла преди половин век, тогава можем да отбележим, че науката е работила с такива доста очевидни детайли. Това може да се види дори външно, а по време на работа добрият вентилатор почти безшумно създава неочаквано мощно въздушно налягане.

Видове задвижване на вентилатора

Създаването на интензивен въздушен поток изисква значително количество задвижваща мощност на вентилатора. Енергията за това може да бъде взета от двигателя по различни начини.

Непрекъснато въртене от макара

В ранните най-прости конструкции перката на вентилатора просто се поставяше върху шайбата на задвижващия ремък на водната помпа. Ефективността се осигуряваше от впечатляващия диаметър на обиколката на остриетата, които бяха просто огънати метални плочи. Нямаше изисквания за шум, близкият стар двигател заглушаваше всички звуци.

Скоростта на въртене беше право пропорционална на оборотите на коляновия вал. Имаше известен елемент на контрол на температурата, тъй като с увеличаване на натоварването на двигателя, а оттам и на неговата скорост, вентилаторът също започна да прокарва въздух през радиатора по-интензивно. Дефлекторите бяха монтирани рядко, всичко беше компенсирано от големи радиатори и голям обем охлаждаща вода. Концепцията за прегряване обаче е била добре позната на шофьорите от онова време, тъй като е цената, която трябва да се плати за простотата и липсата на мисъл.

Вискосъединители

Примитивните системи имаха няколко недостатъка:

• лошо охлаждане при ниски скорости поради ниската скорост на директното задвижване;
• с увеличаване на размера на работното колело и промяна на предавателното отношение за увеличаване на въздушния поток на празен ход, двигателят започна да се преохлажда с нарастваща скорост и разходът на гориво за глупавото въртене на витлото достигна значителна стойност;
• докато двигателят загряваше, вентилаторът продължаваше упорито да охлажда двигателния отсек, изпълнявайки точно обратната задача.

Беше ясно, че по-нататъшното увеличаване на ефективността и мощността на двигателя ще изисква контрол на скоростта на вентилатора. Проблемът беше решен до известна степен чрез механизъм, известен в областта като вискозен съединител. Но тук трябва да се подреди по специален начин.

Съединителят на вентилатора, ако си го представим по опростен начин и без да вземаме предвид различни версии, се състои от два назъбени диска, между които има така наречената ненютонова течност, тоест силиконово масло, което променя вискозитета в зависимост от относителната скорост на движение на неговите слоеве. До сериозна връзка между дисковете чрез вискозен гел, в който ще се превърне. Остава само да поставите там чувствителен на температура клапан, който ще подава тази течност в пролуката с повишаване на температурата на двигателя. Много успешен дизайн, за съжаление, не винаги надежден и издръжлив. Но често се използва.

Роторът беше прикрепен към ролка, въртяща се от коляновия вал, а работно колело беше поставено върху статора. При високи температури и високи обороти вентилаторът произвежда максимална производителност, която се изисква. Без да отнема излишната енергия, когато въздушният поток не е необходим.

Магнитен съединител

За да не страдате от химикали в съединителя, които не винаги са стабилни и издръжливи, често се използва по-разбираемо решение от гледна точка на електротехниката. Електромагнитният съединител се състои от фрикционни дискове, които са в контакт и предават въртене под действието на ток, подаден към електромагнита. Токът идва от контролно реле, което се затваря чрез температурен сензор, обикновено монтиран на радиатор. Веднага щом се установи недостатъчен въздушен поток, т.е. течността в радиатора се прегрява, контактите се затварят, съединителят работи и работното колело се завърта от същия колан през шайбите. Методът често се използва при тежки камиони с мощни вентилатори.

директно електрическо задвижване

Най-често в леките автомобили се използва вентилатор с работно колело, директно монтирано на вала на двигателя. Захранването на този двигател се осигурява по същия начин, както в описания случай с електрически съединител, тук не се изисква само задвижване с клиновиден ремък с ролки. Когато е необходимо, електрическият мотор създава въздушен поток, изключвайки се при нормална температура. Методът беше внедрен с появата на компактни и мощни електродвигатели.

Удобно качество на такова задвижване е възможността за работа със спрян двигател. Съвременните охладителни системи са силно натоварени и ако въздушният поток спре внезапно и помпата не работи, тогава е възможно локално прегряване на места с максимална температура. Или кипене на бензин в горивната система. Вентилаторът може да работи известно време след спиране, за да предотврати проблеми.

Проблеми, повреди и ремонти

Включването на вентилатора вече може да се счита за авариен режим, тъй като не вентилаторът регулира температурата, а термостатът. Следователно системата за принудителен въздушен поток е направена много надеждна и рядко се проваля. Но ако вентилаторът не се включи и двигателят кипи, тогава трябва да се проверят най-податливите на повреда части:

• при ремъчно задвижване коланът може да се разхлаби и да се плъзне, както и пълното му счупване, всичко това е лесно да се определи визуално;
• методът за проверка на вискозния съединител не е толкова прост, но ако се плъзга силно на горещ двигател, това е сигнал за подмяна;
• електромагнитните задвижвания, както съединителят, така и електрическият двигател, се проверяват чрез затваряне на сензора или на инжекционния двигател чрез премахване на конектора от температурния сензор на системата за управление на двигателя, вентилаторът трябва да започне да се върти.

Дефектният вентилатор може да унищожи двигателя, тъй като прегряването е изпълнено с основен ремонт. Следователно е невъзможно да се кара с такива дефекти дори през зимата. Повредените части трябва да се сменят незабавно и трябва да се използват само резервни части от надежден производител. Цената на въпроса е двигателят, ако се задвижва от температурата, тогава ремонтът може да не помогне. На този фон цената на сензор или електродвигател е просто незначителна.