Привод вентилятора может осуществляться следующими способами

Устройство автомобилей

Приборы и механизмы жидкостной системы охлаждения

Вентилятор

Назначение и особенности конструкции вентиляторов

Вентилятор служит для увеличения потока воздуха через сердцевину радиатора. Как правило, он устанавливается непосредственно за радиатором по ходу движения автомобиля. Такое размещение исключает попадание в вентилятор крупных частиц и предметов, задерживаемых сотами радиатора.
Для увеличения эффективности работы вентилятора его размещают в направляющем кожухе – диффузоре.

Для работы вентилятора расходуется значительная доля мощности, развиваемой двигателем – до 5 % (для сравнения – жидкостный насос отнимает у двигателя до 1 % мощности).
Тем не менее, без этого элемента системы охлаждения не обойтись – отказавшись от вентилятора, конструкторам пришлось бы существенно увеличить теплообменную площадь радиатора. А это повлекло бы за собой увеличение габаритов радиатора, его материалоемкость, дополнительный объем охлаждающей жидкости в системе и, как следствие — повышение производительности жидкостного насоса и расходуемой им мощности двигателя.
Как видите, благодаря применению вентилятора можно избавиться от многих проблем технического и экономического характера.

Наибольшее распространение получили осевые вентиляторы (направляющие воздух вдоль оси своего вращения) с числом лопастей от четырех до восьми. Лопасти вентилятора изготавливают литьем, выполняя их совместно со ступицей, или штамповкой, соединяя их со ступицей при помощи клепаного соединения.
Литые лопасти изготавливают из синтетических материалов (пластмасс), а штампованные – из стали или алюминиевых сплавов. Литые вентиляторы имеют более высокий КПД по сравнению со штампованными, но последние проще в изготовлении.

Повысить производительность осевого вентилятора можно несколькими способами – увеличением длины и количества лопастей, а также повышением частоты вращения. Увеличение длины лопастей неизбежно приводит к увеличению динамических нагрузок, особенно при высокой или переменной частоте вращения вентилятора.
Динамическими перегрузками ограничивается и максимальная частота вращения вентилятора.
Увеличение количества лопастей приводит к повышению уровня шума, вызываемого работой вентилятора.
По этим причинам конструкторам, при проектировании, приходится решать ряд комплексных взаимосвязанных задач по определению оптимальных параметров вентиляторов и их приводов.

Некоторые конструкции систем охлаждения двигателей включают два вентилятора, которые устанавливаются за радиатором рядом. Такая конструкция позволяет снизить высоту или ширину радиатора, а также более гибко использовать возможности автоматических приводов, включая вентиляторы раздельно, совместно, или выключая их.

Для снижения уровня шума при работе вентилятора их лопасти размещают вокруг ступицы неравномерно, с переменным шагом. Подобное конструктивное решение требует тщательной балансировки вентилятора при помощи специальных грузиков и перераспределения масс.

Типы приводов вентиляторов

Существуют следующие приводы вентиляторов:

• клиноременные (наиболее распространенные);
• зубчатые (от зубчатого колеса ГРМ);
• фрикционные;
• электрические;
• электромагнитные;
• гидравлические.

Электрический привод устроен относительно просто, и включает в себя электродвигатель, который включается и выключается автоматически в зависимости от температуры охлаждающей жидкости в радиаторе, контролируемой термодатчиком. Непосредственно на валу электродвигателя размещают вентилятор.
При использовании резисторного температурного датчика (изменяющего напряжение и ток в зависимости от температуры двигателя) появляется возможность изменения интенсивности потока воздуха, создаваемого вентилятором. Однако такие конструкции широкого применения не нашли, поскольку вентилятор при этом почти постоянно работает, создавая ненужный шум.

Электромагнитный привод имеет электромагнитную муфту ( рис. 2 ), совмещенную с жидкостным насосом. Она состоит из электромагнита 6, установленного вместе со шкивом 1 на ступице 5 насоса и ступицы 3 вентилятора, соединенной пластинчатой пружиной с якорем, свободно вращающимся вместе со ступицей на двух шарикоподшипниках.

Катушка электромагнита соединена с тепловым реле, датчик которого расположен в верхнем бачке радиатора. При температуре охлаждающей жидкости в верхнем бачке радиатора 85…90 ˚С тепловое реле подает ток в катушку электромагнита. Якорь притягивается к электромагниту, и ступица вместе с лопастями вентилятора начинает вращаться.
Когда температура снизится до 80 ˚С, контакты реле разомкнутся и вентилятор отключится.

Гидравлический привод реализуется посредством гидромуфты, которая передает крутящий момент от коленчатого вала к вентилятору и гасит инерционные нагрузки, возникающие при резком изменении частоты вращения коленчатого вала.

На рис. 3 изображена конструкция гидропривода вентилятора двигателя КамАЗ-740.
Передняя крышка 1 и корпус 2 подшипника соединены винтами и образуют полость, в которой установлена гидромуфта.
Ведущий вал 6 в сборе с кожухом 3, ведущее колесо 10, вал 12 шкива и шкив 11 соединены между собой болтами и составляют ведущую часть гидромуфты, которая вращается в шарикоподшипниках 8 и 19.
Ведущая часть гидромуфты приводится во вращение от коленчатого вала через шлицевой валик 7.
Ведомое колесо 9 в сборе с валом 16, на котором закреплена ступица 15 вентилятора, составляет ведомую часть гидромуфты, вращающуюся в шарикоподшипниках 4 и 13.
Гидромуфта уплотнена резиновыми манжетами 17 и 20.

На внутренних тороидальных поверхностях ведущего и ведомого колес отлиты радиальные лопатки. Межлопаточное пространство колес образует рабочую полость гидромуфты.

Передача крутящего момента с ведущего колеса 10 на ведомое колесо 9 происходит при заполнении рабочей полости маслом. Частота вращения ведомого колеса гидромуфты зависит от частоты вращения ведущего колеса и от количества масла, поступающего в рабочую полость гидромуфты.

Масло поступает через выключатель ( рис. 4 ), который управляет работой гидромуфты вентилятора. Выключатель имеет три фиксированных положения, обеспечивающих различные режимы работы вентилятора.

Положение «В» ( рис. 4,а ) – автоматический режим, при котором поддерживается температура 80…95 ˚С.
При повышении температуры охлаждающей жидкости, омывающей термосиловой датчик 15, активная масса, находящаяся в баллончике датчика, начинает плавиться и увеличивается в объеме, при этом шток датчика и золотник 5 перемещаются.
Золотник при температуре 85…90 ˚С открывает масляный канал в корпусе 2 выключателя. Масло из главной магистрали смазочной системы двигателя по каналам в корпусе выключателя, блока и его передней крышке, трубке 5 ( рис. 3 ) и каналам в ведущем валу поступает в рабочую полость гидромуфты. При этом находящееся в гидромуфте масло через отверстие в кожухе 3 сливается в картер двигателя.

Положение «О» ( рис. 4 ) – вентилятор отключен. Масло в гидромуфту не подается при любой температуре. Вентилятор может вращаться с небольшой частотой, увлекаемый трением в подшипниках и набегающим встречным потоком воздуха при движении автомобиля. Этот режим может применяться при эксплуатации автомобиля в период низких температур, когда двигатель не прогревается до оптимального режима работы.
Особенно актуальна возможность принудительного отключения вентиляторов при низких температурах окружающей среды для дизельных двигателей, которые обычно нагреваются медленнее, чем бензиновые двигатели.

Положение «П» — вентилятор включен постоянно. В гидромуфту постоянно подается масло независимо от температуры двигателя. Такой режим работы гидромуфты используется при работе двигателя в жаркую погоду, когда необходимо его эффективное охлаждение.

Некоторой разновидностью гидравлического привода вентиляторов системы охлаждения является вязкостная муфта , принцип работы которой основан на снижении вязкости некоторых жидкостей при нагревании и повышении вязкости при охлаждении.
Вязкостные муфты в автоматическом режиме включают или выключают вентилятор в зависимости от температуры двигателя и изменении вязкости жидкости в рабочем объеме муфты. Кроме того, при использовании таких муфт вентилятор может работать с разной эффективностью, опять же, в зависимости от вязкости рабочей жидкости.

Преимущества и недостатки автоматических приводов вентилятора

Как показывает практика, во время работы автомобильного двигателя применение вентилятора для повышения эффективности системы охлаждения требуется далеко не всегда. Он необходим лишь при жаркой погоде и движении в напряженном режиме нагрузок, например, движении в городском потоке машин, на длительных подъемах, при полностью загруженном автомобиле и т. п.
В других условиях вентилятор выгоднее отключить, поскольку он не только отнимает полезную мощность у двигателя, но и создает шум.

Гидравлический, электрический и электромагнитный приводы вентилятора, в отличие от механического (ременного или зубчатого) привода, обеспечивают более выгодный температурный режим двигателя. Их применение позволяет избежать охлаждения непрогретого двигателя вентилятором, а также уменьшить потери мощности из-за рационального использования вентилятора, благодаря чему снижается расход топлива.
Кроме того, использование автоматических приводов делает управление автомобилем более комфортным, поскольку отпадает необходимость в применении жалюзи для регулировки воздушного потока через радиатор.

Использование автоматического привода вентилятора позволяет добиться снижения уровня шума при движении в оптимальном режиме, что особенно актуально для легковых автомобилей.

Еще одно немаловажное достоинство электрического, электромагнитного и гидравлического привода вентилятора – исключение значительных динамических нагрузок на лопасти, имеющее место при использовании прямых механических приводов от коленчатого вала в периоды резкого изменения частоты вращения.

Тем не менее, автоматика не лишена и некоторых недостатков, из которых наиболее существенным является усложнение конструкции привода вентилятора, что приводит к увеличению его стоимости и снижению надежности.

Применение температурных датчиков и клапанов не всегда позволяет включать и отключать вентилятор точно при достижении заданной температуры в связи с некоторой погрешностью их работы, однако этот недостаток в большинстве конструкций автомобильных двигателей существенным не является.

Кроме того, электрический привод управления вентилятором имеет еще один недостаток – включение электродвигателя привода вентилятора при помощи управляющего датчика возможно даже при заглушенном двигателе, если температура охлаждающей жидкости не снизилась до оптимальной величины.
Это, в свою очередь, требует от водителя внимательности при техническом обслуживании двигателя – осуществлять ремонт и регулировки вблизи вентилятора можно лишь убедившись в том, что двигатель остыл. Электромагнитный и гидравлический приводы этого недостатка не имеют.

Применение гидравлического привода вентилятора влечет за собой некоторое увеличение объема смазочной системы двигателя за счет использования масла для работы гидромуфты.

Тем не менее, преимущества автоматических приводов вентиляторов значительно перекрывают их недостатки, и в настоящее время они практически полностью вытеснили механические приводы, особенно в конструкциях систем охлаждения двигателей легковых автомобилей.

Источник

Назначение и принцип работы вентилятора системы охлаждения

Для отведения излишков тепла, возникающего в процессе работы двигателя, и его более эффективного охлаждения в конструкции автомобиля предусмотрен специальный вентилятор. Он может располагаться со стороны моторного отсека или перед радиатором системы охлаждения. В современном автомобилестроении применяется несколько типов вентиляторов, которые отличаются типом привода, способом управления и геометрическими параметрами.

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.

Современные автомобили оснащены так называемой комбинированной системой охлаждения, состоящей не только из вентилятора, но также имеющей радиатор и специальные контуры (магистрали) с охлаждающей жидкостью. А потому “кулер” двигателя часто называют вентилятором радиатора.

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.

Расположение ветилятора охлаждения двигателя

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.

Электрический вентилятор охлаждения

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.

Неисправности вентилятора радиатора и их последствия

Главной задачей вентилятора мотора является “засасывание” охлажденного воздуха извне через радиатор в подкапотное пространства автомобиля. Фактически охлаждение осуществляет жидкостная система, а обдув лишь ускоряет этот процесс. С другой стороны, при высокой температуре окружающей среды, а также при длительных простоях автомобиля в дорожных пробках без дополнительного охлаждения двигатель может сильно перегреться. Это означает, что исправностью этого узла пренебрегать не стоит.

Вентиляторы двигателя с разным количеством лопастей

Основные неисправности вентилятора охлаждения мотора:

• Не включается. Такая неисправность может быть следствием поломки привода вентилятора (обрыв ремня, разрушение муфты, неисправность электродвигателя, окисление контактов) или неточностью работы температурного датчика.
• Постоянная работа и невозможность отключения до полной остановки автомобиля (за исключением авто с механическим приводом). Чаще всего такая поломка связана с неисправностью температурного датчика (термостата) или заклиниванием муфты.
• Несвоевременное включение. Более раннее включение обычно не является проблемой. Если же запуск происходит с опозданием, возможно, установлен термодатчик, предназначенный для эксплуатации при пониженных температурах (например, автомобиль не подходит для регионов с жарким климатом). В этом случае датчик нужно заменить.
• Обратное направление нагнетания воздуха. Происходит при неправильном подключении полюсов электродвигателя.
• Разрушение крыльчатки вследствие износа и повышенных нагрузок.

Направление движения потока воздуха при правильном подключении вентилятора охлаждения осуществляется всегда в сторону двигателя.

Профилактика состояния и очистка вентилятора радиатора охлаждения мотора от загрязнений должна выполняться не реже одного раза в год. Выполнить процедуру очистки можно без демонтажа узла при помощи обычных щеток. Если требуется замена, лучше обратиться в специализированные ремонтные сервисы, что позволит исключить ошибки при диагностике, подборе нужной конфигурации вентилятора и его подключении.

Источник