Rola wentylatora w chłodzeniu cieczą

Przekazywanie ciepła wytworzonego podczas pracy silnika do atmosfery wymaga ciągłego przedmuchiwania chłodnicy układu chłodzenia. Intensywność nadchodzącego szybkiego przepływu powietrza nie zawsze jest do tego wystarczająca. Przy niskich prędkościach i pełnych zatrzymaniach do gry wchodzi specjalnie zaprojektowany dodatkowy wentylator chłodzący.

Schemat ideowy wtrysku powietrza do chłodnicy

Przepływ mas powietrza przez strukturę plastra miodu grzejnika można zapewnić na dwa sposoby - wymuszając powietrze zgodnie z kierunkiem naturalnego przepływu z zewnątrz lub tworząc podciśnienie od wewnątrz. Nie ma zasadniczej różnicy, zwłaszcza w przypadku zastosowania systemu osłon powietrznych - dyfuzorów. Zapewniają minimalny przepływ dla bezużytecznych turbulencji wokół łopatek wentylatora.

Tak więc istnieją dwie typowe opcje organizacji dmuchania. W pierwszym przypadku wentylator znajduje się na ramie silnika lub chłodnicy w komorze silnika i wytwarza przepływ ciśnieniowy do silnika, pobierając powietrze z zewnątrz i przepuszczając je przez chłodnicę. Aby łopatki nie pracowały na biegu jałowym, przestrzeń między chłodnicą a wirnikiem jest jak najszczelniej zamknięta plastikowym lub metalowym dyfuzorem. Jego kształt sprzyja również wykorzystaniu maksymalnej powierzchni plastra miodu, ponieważ średnica wentylatora jest zwykle znacznie mniejsza niż wymiary geometryczne radiatora.

Gdy wirnik znajduje się z przodu, napęd wentylatora jest możliwy tylko z silnika elektrycznego, ponieważ rdzeń chłodnicy uniemożliwia mechaniczne połączenie z silnikiem. W obu przypadkach wybrany kształt radiatora oraz wymagana wydajność chłodzenia mogą wymusić zastosowanie podwójnego wentylatora z wirnikami o mniejszej średnicy. Takiemu podejściu zwykle towarzyszy komplikacja algorytmu działania, wentylatory można włączać oddzielnie, dostosowując intensywność nadmuchu w zależności od obciążenia i temperatury.

Sam wirnik wentylatora może mieć dość złożoną i aerodynamiczną konstrukcję. Ma szereg wymagań:

• liczba, kształt, profil i podziałka łopatek powinny zapewniać minimalne straty bez wprowadzania dodatkowych kosztów energii na bezużyteczne rozdrabnianie powietrza;
• w danym zakresie prędkości obrotowych zatrzymanie przepływu jest wykluczone, w przeciwnym razie spadek wydajności wpłynie na reżim termiczny;
• wentylator musi być wyważony i nie wytwarzać zarówno mechanicznych, jak i aerodynamicznych wibracji, które mogą obciążać łożyska i sąsiednie części silnika, zwłaszcza cienkie konstrukcje chłodnic;
• minimalizowany jest również hałas wirnika, zgodnie z ogólną tendencją do zmniejszania tła akustycznego wytwarzanego przez pojazdy.

Jeśli porównamy współczesnych fanów samochodów z prymitywnymi śmigłami pół wieku temu, możemy zauważyć, że nauka pracowała z tak oczywistymi szczegółami. Widać to nawet na zewnątrz, a podczas pracy dobry wentylator prawie bezgłośnie wytwarza niespodziewanie potężne ciśnienie powietrza.

Typy napędów wentylatorów

Stworzenie intensywnego przepływu powietrza wymaga znacznej mocy napędu wentylatora. Energia do tego może być pobierana z silnika na różne sposoby.

Ciągły obrót z koła pasowego

We wczesnych najprostszych konstrukcjach wirnik wentylatora był po prostu umieszczany na kole pasowym napędu pompy wodnej. Wydajność zapewniała imponująca średnica na obwodzie ostrzy, które były po prostu wygiętymi metalowymi płytami. Nie było wymagań dotyczących hałasu, pobliski stary silnik tłumił wszystkie dźwięki.

Prędkość obrotowa była wprost proporcjonalna do obrotów wału korbowego. Obecny był pewien element regulacji temperatury, ponieważ wraz ze wzrostem obciążenia silnika, a co za tym idzie jego prędkości, wentylator również zaczął intensywniej przepuszczać powietrze przez chłodnicę. Rzadko montowano deflektory, wszystko rekompensowały przewymiarowane grzejniki i duża ilość wody chłodzącej. Jednak koncepcja przegrzania była dobrze znana ówczesnym kierowcom, będąc ceną za prostotę i brak przemyślenia.

Sprzęgła wiskotyczne

Systemy prymitywne miały kilka wad:

• słabe chłodzenie przy niskich prędkościach ze względu na niską prędkość napędu bezpośredniego;
• wraz ze wzrostem wielkości wirnika i zmianą przełożenia w celu zwiększenia przepływu powietrza na biegu jałowym silnik zaczął się przechładzać wraz ze wzrostem prędkości, a zużycie paliwa przy głupim obrocie śmigła osiągnęło znaczną wartość;
• podczas rozgrzewania silnika wentylator nadal uparcie chłodził komorę silnika, wykonując dokładnie odwrotne zadanie.

Było jasne, że dalszy wzrost wydajności i mocy silnika będzie wymagał sterowania prędkością wentylatora. Problem został do pewnego stopnia rozwiązany przez mechanizm znany w tej dziedzinie jako lepkie sprzęganie. Ale tutaj należy to zaaranżować w specjalny sposób.

Sprzęgło wentylatora, jeśli sobie to wyobrazimy w uproszczony sposób i bez uwzględnienia różnych wersji, składa się z dwóch karbowanych tarcz, pomiędzy którymi znajduje się tzw. płyn nienewtonowski, czyli olej silikonowy, który zmienia lepkość w zależności od względna prędkość ruchu jego warstw. Aż do poważnego połączenia między dyskami przez lepki żel, w który się zamieni. Pozostaje tylko umieścić tam zawór wrażliwy na temperaturę, który będzie dostarczał tę ciecz do szczeliny wraz ze wzrostem temperatury silnika. Bardzo udana konstrukcja niestety nie zawsze niezawodna i trwała. Ale często używany.

Wirnik został przymocowany do koła pasowego obracającego się z wału korbowego, a na stojanie umieszczono wirnik. W wysokich temperaturach i przy dużych prędkościach wentylator zapewniał maksymalną wydajność, która była wymagana. Bez zabierania nadmiaru energii, gdy przepływ powietrza nie jest potrzebny.

Sprzęgło magnetyczne

Aby nie cierpieć z powodu chemikaliów w sprzęgle, które nie zawsze są stabilne i trwałe, często stosuje się rozwiązanie bardziej zrozumiałe z punktu widzenia elektrotechniki. Sprzęgło elektromagnetyczne składa się z tarcz ciernych, które stykają się i przenoszą obrót pod działaniem prądu dostarczanego do elektromagnesu. Prąd pochodził z przekaźnika sterującego, który zamykał się przez czujnik temperatury, zwykle montowany na grzejniku. Jak tylko stwierdzono niewystarczający przepływ powietrza, czyli przegrzanie płynu w chłodnicy, zwarcie styków, zadziałanie sprzęgła, a wirnik obracał się na tym samym pasku przez koła pasowe. Metoda ta jest często stosowana w ciężkich samochodach ciężarowych z potężnymi wentylatorami.

bezpośredni napęd elektryczny

Najczęściej w samochodach osobowych stosuje się wentylator z wirnikiem montowanym bezpośrednio na wale silnika. Zasilanie tego silnika jest zapewnione w taki sam sposób, jak w opisanym przypadku ze sprzęgłem elektrycznym, nie jest tu wymagany tylko napęd pasowy klinowy z kołami pasowymi. W razie potrzeby silnik elektryczny wytwarza przepływ powietrza, wyłączając się w normalnej temperaturze. Metoda została wdrożona wraz z pojawieniem się kompaktowych i mocnych silników elektrycznych.

Wygodną cechą takiego napędu jest możliwość pracy przy wyłączonym silniku. Nowoczesne systemy chłodzenia są mocno obciążone, a jeśli przepływ powietrza nagle się zatrzymuje, a pompa nie działa, to w miejscach o maksymalnej temperaturze możliwe jest miejscowe przegrzanie. Lub gotowanie benzyny w układzie paliwowym. Wentylator może działać przez chwilę po zatrzymaniu, aby zapobiec problemom.

Problemy, awarie i naprawy

Włączenie wentylatora można już uznać za tryb awaryjny, ponieważ to nie wentylator reguluje temperaturę, ale termostat. Dlatego system wymuszonego przepływu powietrza jest bardzo niezawodny i rzadko zawodzi. Ale jeśli wentylator się nie włącza, a silnik się gotuje, należy sprawdzić części najbardziej podatne na awarię:

• w napędzie pasowym pasek może się poluzować i ślizgać, a także jego całkowite pęknięcie, wszystko to można łatwo określić wizualnie;
• metoda sprawdzania sprzęgła lepkiego nie jest taka prosta, ale jeśli mocno ślizga się na gorącym silniku, to jest to sygnał do wymiany;
• napędy elektromagnetyczne, zarówno sprzęgło jak i silnik elektryczny sprawdzamy zamykając czujnik lub na silniku wtryskowym wyjmując złącze z czujnika temperatury układu sterowania silnikiem, wentylator powinien zacząć się obracać.

Wadliwy wentylator może zniszczyć silnik, ponieważ przegrzanie wiąże się z gruntownym remontem. Dlatego nie da się jeździć z takimi wadami nawet zimą. Uszkodzone części należy natychmiast wymienić i stosować wyłącznie części zamienne od sprawdzonego producenta. Ceną problemu jest silnik, jeśli jest napędzany temperaturą, naprawy mogą nie pomóc. Na tym tle koszt czujnika czy silnika elektrycznego jest po prostu znikomy.