Можно ли глушить мотор, если работает вентилятор охлаждения?

Принципиальная схема нагнетания воздуха в радиатор

Обеспечить прохождение воздушных масс через сотовую структуру радиатора возможно двумя способами – нагнетать воздух вдоль направления естественного потока с внешней стороны или создавать разрежение изнутри. Принципиальной разницы нет, особенно если используется система воздушных щитков – диффузоров. Они обеспечивают минимальный расход потока на бесполезные завихрения вокруг лопастей вентилятора.

Таким образом, типовых вариантов организации обдува два. В первом случае вентилятор располагается на двигателе или радиаторной рамке в подкапотном пространстве моторного отсека и создаёт напорный поток на двигатель, забирая воздух снаружи и пропуская его через радиатор. Чтобы лопасти не работали вхолостую, пространство между радиатором и крыльчаткой максимально плотно закрыто пластиковым или металлическим диффузором. Его форма также способствует использованию максимальной площади сот, поскольку обычно диаметр вентилятора значительно меньше, чем геометрические размеры радиатора.

При расположении крыльчатки с передней стороны привод вентилятора возможен лишь от электромотора, поскольку механической связи с двигателем препятствует радиаторная сердцевина. В обоих случаях выбранная форма радиатора и требуемая эффективность охлаждения может заставить использовать двойной вентилятор с крыльчатками меньшего диаметра. Такой подход обычно сопровождается усложнением алгоритма работы, вентиляторы способны коммутироваться раздельно, регулируя интенсивность обдува в зависимости от нагрузки и температуры.

Сама крыльчатка вентилятора может иметь достаточно сложную и аэродинамически проработанную конструкцию. К ней предъявляется целый ряд требований:

• количество, форма, профиль и шаг лопастей должны обеспечивать минимальные потери, не внося дополнительных затрат энергии на бесполезное перемалывание воздуха;
• в заданном диапазоне скоростей вращения срыв потока исключается, иначе падение эффективности отразится на тепловом режиме;
• вентилятор должен быть отбалансирован и не создавать как механических, так и аэродинамических вибраций, способных нагружать подшипники и соседствующие детали двигателя, особенно тонкие структуры радиаторов;
• шумность крыльчатки также минимизируется согласно общему тренду снижения производимого автомобилями акустического фона.

Если сравнить современные вентиляторы легковых автомобилей с примитивными пропеллерами полувековой давности, то можно отметить, что наука поработала и с такими достаточно очевидными деталями. Это видно даже внешне, а при работе хороший вентилятор почти бесшумно создаёт неожиданно мощный напор воздуха.

Способы охлаждения электромоторов

Существуют следующие варианты охлаждения:

1. Двигатели малой мощности, работающие под слабой нагрузкой, охлаждаются путем свободной конвекции воздуха.
2. Низкооборотным электромоторам свободной конвекции недостаточно, и в них используют принудительное охлаждение. Для охлаждения таких агрегатов обычно используется вентилятор, который приводится в действие другим приводом.
3. Удобнее всего осуществлять охлаждение с помощью крыльчатки, которая установлена на вал ротора. Такой способ и прост, и эксплуатационно целесообразен.

Крыльчатка охлаждает электромотор, обдувая его наружную станину с продольными ребрами охлаждения, или всасывает окружающий воздух в корпус, также обдувая обмотки неподвижного статора и вращающегося ротора. Выбор материала для изготовления крыльчатки зависит от того, каков температурный режим, и насколько агрессивна окружающая среда.

Следовательно:

• Если среда не является агрессивной, и температура потока не превышает тридцати градусов Цельсия, крыльчатку изготавливают из пластмассы.
• Если среда не агрессивна, а температура потока не превышает девяноста градусов Цельсия, для изготовления крыльчатки используется латунь.
• Для изготовления некоторых конструкций крыльчаток крупного диаметра применяется алюминий.
• Чаще всего крыльчатки делают из такого высокопрочного материала, как нержавеющая сталь.

Крыльчатки могут также производиться из других материалов, которые соответствуют техническим условиям.

Устройство вентилятора системы охлаждения двигателя

Конструктивно вентилятор для охлаждения мотора автомобиля представляет собой простой механизм, состоящий из шкива, на котором расположены лопасти (крыльчатка). Они установлены с некоторым углом наклона по отношению к плоскости вращения, что улучшает их аэродинамические характеристики и повышает интенсивность нагнетания воздуха. Количество лопастей (от 4 и более), а также их геометрические размеры (диаметр вентилятора, частота расположения) зависят от модели автомобиля и подбираются индивидуально.

В ряде конфигураций автомобилей могут использоваться сдвоенные вентиляторы системы охлаждения двигателя, в которых предусмотрено два шкива с независимыми лопастями. Они могут приводиться в рабочий режим одновременно или по отдельности, поскольку каждый имеет свою систему подключения.

При интенсивном вращении шкива поток воздуха “всасывается” снаружи при помощи лопастей. Тем самым увеличивается и объем воздуха, проходящий через радиатор, что обеспечивает его более эффективную работу и ускоряет процесс отведения тепла. Для принудительного вращения шкива (лопастей) и обеспечения необходимой скорости могут быть использованы несколько типов привода:

• механический;
• гидромеханический;
• электрический.

Как работает механический привод

Самый простой тип привода вентилятора для охлаждения радиатора мотора основан на передаче вращательного движения от коленчатого вала с помощью ремня. Этот способ является полностью механическим и постоянным, обеспечивая запуск “кулера” синхронно с работой двигателя.

Несмотря на простоту конструкции, такой привод снижает полезную мощность мотора, поскольку часть энергии затрачивается на нагнетание воздуха. Помимо этого, отсутствует возможность регулировки интенсивности работы лопастей. В силу этих особенностей механический привод в современных автомобилях практически не применяется.

Особенности гидромеханического типа привода

Для более рациональной эксплуатации вентилятора системы охлаждения двигателя используется гидромеханический тип привода. Его особенность заключается в том, что лопасти соединены со шкивом посредством герметичной муфты. Она может быть двух типов:

• вязкостная (вискомуфта);
• гидравлическая.

Главной задачей муфты является запуск вентилятора охлаждения радиатора при увеличении нагрузки на двигатель. Когда же двигатель работает на малых оборотах, принудительного нагнетания воздуха не происходит. Вязкостная или вискомуфта соединена с коленвалом мотора. Внутри нее находится силиконовая жидкость (гель), которая реагирует на температуру. При нагревании муфты гель изменяет свои свойства и происходит блокировка. В гидравлической муфте блокировка обеспечивается благодаря изменению объема масла.

Электрический и электромагнитный привод

Помимо вязкостных и гидравлических муфт в системе привода вентилятора радиатора может быть использована электромагнитная муфта. Она реагирует на температуру охлаждающей жидкости, поддерживая ее в диапазоне от 80-85°C. Электромагнитные муфты устанавливаются преимущественно на грузовом транспорте и строительной технике.

Такая конструкция состоит из электромагнита, установленного на ступице вентилятора. Последняя соединена с якорем при помощи пластинчатой пружины и совершает вращательные движения. При температуре ниже 80°C якорь находится вне электромагнитной катушки и вентилятор отключен, если же температура поднимается свыше 85°C срабатывает тепловой датчик, замыкающий контакты и включающий электромагнит. Якорь втягивается внутрь катушки и вентилятор приводится в движение.

Наиболее популярным типом привода для современных автомобилей является электрический. Он предполагает установку в системе дополнительного электродвигателя. Его работа контролируется блоком управления, который фактически и запускает вентилятор, когда это необходимо. Также как и для электромагнитной муфты, режим включения и отключения определяется температурой охлаждающей жидкости, которая фиксируется термодатчиком.

Преимуществом использования электродвигателя для запуска вентилятора системы охлаждения является возможность реализации управляемого выбега вентилятора. На практике это означает, что обдув может продолжаться даже после выключения мотора автомобиля, ускоряя его охлаждение.

Проблемы, неисправности и ремонт

Включение вентилятора уже можно считать аварийным режимом, поскольку регулирует температуру не он, а термостат. Поэтому систему принудительного обдува делают очень надёжно, и она редко отказывает. Но если вентилятор не включился, и мотор закипел, то следует проверить наиболее подверженные отказам детали:

• в ременной передаче возможно ослабление и пробуксовка ремня, а также его полный обрыв, всё это легко определить визуально;
• методика проверки вискомуфты не так проста, но если на горячем моторе она сильно пробуксовывает, то это сигнал к замене;
• электромагнитные приводы, как муфта, так и электромотор, проверяются замыканием датчика, или на инжекторном моторе снятием разъёма с датчика температуры системы управления двигателем, вентилятор должен начать вращение.

Неисправный вентилятор способен погубить двигатель, ведь перегрев чреват капитальным ремонтом. Поэтому ездить с такими дефектами нельзя даже зимой. Отказавшие детали следует немедленно заменять, причём использовать только запчасти от надёжного изготовителя. Цена вопроса – двигатель, если его поведёт от температуры, то и ремонт может не помочь. На этом фоне стоимость датчика или электромотора просто ничтожна.

Что представляет собой крыльчатка?

Крыльчатка двигателя является неотъемлемой частью системы, главной задачей которой становится охлаждение деталей путем нагнетания воздуха. Располагается этот элемент непосредственно между двигателем и радиатором. В зависимости от конструкции, такие детали разделяют на:

• Составные. В таком случае на подготовленную ступицу монтируются лопасти.
• Цельную. Такая конструкция предполагает монолитную деталь состоящую из ступицы и лопастей.

Также можно выделить, что крыльчатки могут быть с загнутыми или же прямыми лопастями.

Дополнительно можно классифицировать крыльчатки по количеству лопастей, которых может быть 6, 9 или же 10. Выбор же по этому признаку зависит от частоты вращения вала, а именно:

• При скорости вращения в 3000 оборотов необходимо предусматривать крыльчатку с 6 лопастями.
• При оборотах менее 1500 тысячи стоит предусматривать вентиляторы с количеством лопастей 8 и более.

Еще одним различительным фактором становится диаметр, который стоит подбирать в зависимости от размера радиатора.

Изготавливаются крыльчатки из пластика, стали или алюминия. Если рассматривать автомобили постсоветского пространства, то можно заметить, что наиболее часто на них встречается именно металлические изделия. В последнее же время стал более распространенным пластик.

Конструкция крыльчатки вентилятора охлаждения электродвигателя и ее применение

Выбирая крыльчатку вентилятора охлаждения электродвигателя, на ее конструкцию и применение следует обращать особое внимание. Конструкция крыльчатки может быть:

Конструкция крыльчатки может быть:

• Составная. На изготовленную монтажную ступицу монтируются рабочие лопасти.
• Цельная. Ступицу и лопасти штампуют единой деталью из листового материала.

Количество воздуха, который поступает к охлаждаемым поверхностям, зависит от диаметра крыльчатки, угла атаки лопастей и от типа крыльчатки относительно направления вращения. Крыльчатки бывают загнутыми вперед, прямыми радиальными и загнутыми назад.

После изготовления каждая крыльчатка подвергается балансировке. Благодаря балансировке исключаются сетевые биения, предотвращается разрушение подшипников, уменьшается их износ. В условиях эксплуатации не следует забывать о том, что целостность защитного кожуха крыльчатки следует постоянно контролировать. Если крыльчатка будет повреждена, электромотор перегреется и выйдет из строя.

Таким образом, для предотвращения поломки электродвигателя из-за перегрева (особенно в теплое время года), все устройства комплектуются крыльчатками обдува и охлаждения. Подбирать крыльчатку следует в соответствии с техническими характеристиками двигателя и вентилятора.

Типы привода вентиляторов

Создание интенсивного воздушного потока требует значительной мощности привода вентилятора. Энергию на это можно забирать от двигателя различными способами.

Непрерывное вращение от шкива

В ранних простейших конструкциях крыльчатка вентилятора просто надевалась на ременный шкив привода водяного насоса. Производительность обеспечивалась внушительным диаметром окружности лопастей, которые представляли собой просто отогнутые металлические пластины. Никаких требований по шумности не предъявлялось, находящийся рядом старинный двигатель заглушал все звуки.

Скорость вращения была прямо пропорциональна оборотам коленчатого вала. Определённый элемент регулирования температуры присутствовал, поскольку с ростом нагрузки на двигатель, а значит и скорости его вращения, вентилятор также начинал интенсивней прогонять воздух через радиатор. Дефлекторы ставились редко, всё компенсировалось переразмеренными радиаторами и большим объёмом охлаждающей воды. Тем не менее, понятие перегрева тогдашним водителям было хорошо знакомо, будучи платой за простоту и недостаточную продуманность.

Вязкостные муфты

У примитивных систем было несколько недостатков:

• плохое охлаждение на малых оборотах из-за низкой скорости прямого привода;
• при увеличении размеров крыльчатки и изменении передаточного числа для усиления обдува на холостых оборотах мотор начинал переохлаждаться с ростом скорости, а расход топлива на бестолковое вращение пропеллера достигал значительной величины;
• во время прогрева мотора вентилятор продолжал упорно охлаждать подкапотное пространство, выполняя в точности противоположную задачу.

Было ясно, что дальнейший рост экономичности и мощности двигателей потребует управления скоростью вентилятора. Задачу в какой-то степени решал механизм, известный в технике как вязкостная муфта. Но тут она должна быть устроена особым образом.

Муфта вентилятора, если представить её упрощенно и не учитывая различные варианты исполнения, состоит из двух дисков с насечками, между которыми располагается так называемая неньютоновская жидкость, то есть силиконовое масло, меняющее вязкость в зависимости от скорости относительного перемещения её слоёв. Вплоть до серьёзной связи между дисками через вязкий гель, в который она превратится. Остаётся лишь расположить там термочувствительный клапан, который подаст эту жидкость в зазор при росте температуры двигателя. Очень удачная конструкция, к сожалению, не всегда надёжная и долговечная. Но часто применявшаяся.

Ротор крепился к шкиву, вращающемуся от коленвала, а на статор надевалась крыльчатка. При высокой температуре и больших оборотах вентилятор выдавал максимальную производительность, что и требовалось. Не отнимая лишней энергии, когда обдув не нужен.

Магнитная муфта

Чтобы не страдать с химическими веществами в муфте, не всегда стабильными и долговечными, часто используется более понятное решение с точки зрения электротехники. Электромагнитная муфта состоит из фрикционных дисков, соприкасающихся и передающих вращение под действием тока, подаваемого в электромагнит. Ток происходил из реле управления, замыкающегося через датчик температуры, обычно устанавливаемый на радиаторе. Как только определялся недостаточный обдув, то есть жидкость в радиаторе перегревалась, контакты замыкались, муфта срабатывала, и крыльчатка раскручивалась всё тем же ремнём через шкивы. Способ часто используется на тяжёлых грузовиках с мощными вентиляторами.

Прямой электропривод

Наиболее часто на легковых автомобилях применяется вентилятор с крыльчаткой, непосредственно посаженной на вал электродвигателя. Питание этого мотора обеспечивается так же, как и в описанном случае с электромуфтой, только тут не требуется клиноременная передача со шкивами. Когда надо – электродвигатель создаёт обдув, отключаясь при нормальной температуре. Способ реализовали с появлением компактных и мощных электромоторов.

Удобным качеством такого привода является способность работать при остановленном двигателе. Современные системы охлаждения сильно нагружены, и если резко прекращается обдув, а помпа не работает, то возможны локальные перегревы в местах с максимальной температурой. Или закипание бензина в топливной системе. Вентилятор может поработать некоторое время после остановки, предотвратив проблемы.

Крыльчатка вентилятора охлаждения электродвигателя

Очевидно, что превратить электроэнергию во вращение без какого-либо приспособления невозможно. Таким приспособлением как раз и является электромотор. Электромоторы разнообразных конструкций получили широкое распространение в быту и на промышленных предприятиях. Они могут предназначаться для разных целей.

Неподвижная часть электромотора называется статором, а вращающаяся – ротором. Работу мотора обеспечивает электромагнитная индукция. Магнитное поле статора взаимодействует с магнитным полем ротора; ротор начинает вращаться под воздействием возникающего при этом вращательного момента.

КПД электромоторов очень высок и может приближаться к 100 процентам. Как и всем устройствам с вращающимися частями, электромоторам свойственны трение в подшипниках, сопротивление воздуха вращающимся деталям и т.п. Помимо этого, обмотки нагреваются. Преодоление нагрева обмоток и сопротивления воздуха движущимся частям тоже требуют энергетических затрат. Чем выше нагрузка на электромотор, тем сложнее он нагревается. Если мотор перегревается, разрушается электроизоляция обмоток. Обмотки пробиваются или перегорают. Чтобы предотвратить перегрев двигателя, приходится интенсифицировать теплоотведение и охлаждение этого агрегата.