Role ventilátoru v kapalinovém chlazení

Přenos tepla vznikajícího při provozu motoru do atmosféry vyžaduje neustálé profukování chladiče chladicího systému. Intenzita nastupujícího vysokorychlostního proudění vzduchu k tomu není vždy dostatečná. Při nízkých otáčkách a úplných zastaveních přichází ke slovu speciálně navržený přídavný chladicí ventilátor.

Schéma vstřikování vzduchu do chladiče

Průchod vzduchových hmot voštinovou konstrukcí radiátoru je možné zajistit dvěma způsoby - protlačit vzduch po směru přirozeného proudění zvenčí nebo vytvořit podtlak zevnitř. Není zde žádný zásadní rozdíl, zvláště pokud je použit systém vzduchových štítů - difuzorů. Poskytují minimální průtok pro zbytečné turbulence kolem lopatek ventilátoru.

Existují tedy dvě typické možnosti organizace foukání. V prvním případě je ventilátor umístěn na rámu motoru nebo chladiče v motorovém prostoru a vytváří tlakový tok k motoru, přičemž nasává vzduch zvenčí a prochází ho chladičem. Aby lopatky neběžely naprázdno, je prostor mezi chladičem a oběžným kolem co nejtěsněji uzavřen plastovým nebo kovovým difuzorem. Jeho tvar také podporuje využití maximální plochy plástve, protože průměr ventilátoru je obvykle mnohem menší než geometrické rozměry chladiče.

Při umístění oběžného kola na přední straně je pohon ventilátoru možný pouze elektromotorem, protože jádro chladiče brání mechanickému spojení s motorem. V obou případech si zvolený tvar chladiče a požadovaná účinnost chlazení může vynutit použití dvojitého ventilátoru s menším průměrem oběžných kol. Tento přístup je obvykle doprovázen komplikací algoritmu provozu, ventilátory je možné spínat samostatně a regulovat intenzitu proudění vzduchu v závislosti na zátěži a teplotě.

Samotné oběžné kolo ventilátoru může mít poměrně složitý a aerodynamický design. Má řadu požadavků:

• počet, tvar, profil a rozteč lopatek by měly zajistit minimální ztráty bez zavádění dalších energetických nákladů na zbytečné broušení vzduchu;
• v daném rozsahu rychlostí otáčení je vyloučeno zastavení proudění, jinak pokles účinnosti ovlivní tepelný režim;
• ventilátor musí být vyvážený a nevytvářet jak mechanické, tak aerodynamické vibrace, které mohou zatěžovat ložiska a přilehlé části motoru, zejména tenké konstrukce chladiče;
• hluk oběžného kola je také minimalizován v souladu s obecným trendem snižování akustického pozadí produkovaného vozidly.

Srovnáme-li moderní automobilové fanoušky s primitivními vrtulemi před půlstoletím, pak můžeme poznamenat, že věda pracovala s takovými docela zjevnými detaily. To je vidět i navenek a dobrý ventilátor za provozu téměř tiše vytváří nečekaně silný tlak vzduchu.

Typy pohonu ventilátoru

Vytvoření intenzivního proudění vzduchu vyžaduje značné množství výkonu pohonu ventilátoru. Energii k tomu lze z motoru odebírat různými způsoby.

Plynulé otáčení z kladky

V prvních nejjednodušších konstrukcích bylo oběžné kolo ventilátoru jednoduše nasazeno na hnací řemenici vodního čerpadla. Výkon zajišťoval impozantní průměr obvodu lopatek, které byly jednoduše ohýbané kovové pláty. Na hluk nebyly žádné požadavky, nedaleký starý motor tlumil všechny zvuky.

Rychlost otáčení byla přímo úměrná otáčkám klikového hřídele. Byl přítomen určitý prvek regulace teploty, protože se zvýšením zatížení motoru, a tím i jeho otáček, začal ventilátor také intenzivněji prohánět vzduch přes chladič. Deflektory byly instalovány jen zřídka, vše kompenzovaly předimenzované radiátory a velký objem chladicí vody. Pojem přehřívání byl však tehdejším řidičům dobře znám, protože to byla cena za jednoduchost a nepromyšlenost.

Viskózní spojky

Primitivní systémy měly několik nevýhod:

• špatné chlazení při nízkých otáčkách v důsledku nízkých otáček přímého pohonu;
• se zvětšením oběžného kola a změnou převodového poměru pro zvýšení průtoku vzduchu na volnoběh se motor začal s rostoucími otáčkami podchlazovat a spotřeba paliva na hloupé otáčení vrtule dosáhla značné hodnoty;
• zatímco se motor zahříval, ventilátor nadále tvrdošíjně chladil motorový prostor a vykonával přesně opačný úkol.

Bylo jasné, že další zvýšení účinnosti a výkonu motoru bude vyžadovat regulaci otáček ventilátoru. Problém byl do určité míry vyřešen mechanismem známým v oboru jako viskózní spojka. Ale tady by to mělo být uspořádáno zvláštním způsobem.

Spojka ventilátoru, pokud si to představíme zjednodušeně a bez ohledu na různé verze, se skládá ze dvou vrubových kotoučů, mezi nimiž je tzv. nenewtonská kapalina, tedy silikonový olej, který mění viskozitu v závislosti na relativní rychlost pohybu jeho vrstev. Až po vážné spojení mezi disky přes viskózní gel, ve který se změní. Zbývá pouze umístit tam teplotně citlivý ventil, který bude dodávat tuto kapalinu do mezery se zvýšením teploty motoru. Velmi povedený design, bohužel, ne vždy spolehlivý a odolný. Ale často používané.

Rotor byl připojen k řemenici otáčející se od klikového hřídele a na stator bylo nasazeno oběžné kolo. Při vysokých teplotách a vysokých otáčkách produkoval ventilátor maximální výkon, který byl vyžadován. Bez odebírání přebytečné energie, když proudění vzduchu není potřeba.

Magnetická spojka

Aby netrpěli chemikáliemi ve spojce, které nejsou vždy stabilní a odolné, často se používá z elektrotechnického hlediska srozumitelnější řešení. Elektromagnetická spojka se skládá z třecích kotoučů, které jsou v kontaktu a přenášejí rotaci působením proudu přiváděného do elektromagnetu. Proud přicházel z ovládacího relé, které se uzavíralo přes teplotní čidlo, obvykle namontované na radiátoru. Jakmile se zjistilo nedostatečné proudění vzduchu, to znamená, že se kapalina v chladiči přehřála, sepnuly ​​se kontakty, fungovala spojka a oběžné kolo se protáčelo se stejným řemenem přes řemenice. Metoda se často používá u těžkých nákladních vozidel s výkonnými ventilátory.

přímý elektrický pohon

Nejčastěji se u osobních automobilů používá ventilátor s oběžným kolem přímo namontovaným na hřídeli motoru. Napájení tohoto motoru je zajištěno stejně jako v popisovaném případě elektrickou spojkou, pouze zde není potřeba pohon klínovým řemenem s řemenicemi. V případě potřeby elektromotor vytvoří proudění vzduchu a při normální teplotě se vypne. Metoda byla implementována s příchodem kompaktních a výkonných elektromotorů.

Pohodlnou kvalitou takového pohonu je schopnost pracovat se zastaveným motorem. Moderní chladicí systémy jsou silně zatížené, a pokud se proudění vzduchu náhle zastaví a čerpadlo nefunguje, je možné v místech s maximální teplotou místní přehřátí. Nebo vařící benzín v palivovém systému. Ventilátor může po zastavení chvíli běžet, aby se předešlo problémům.

Problémy, poruchy a opravy

Zapnutí ventilátoru již lze považovat za nouzový režim, jelikož teplotu nereguluje ventilátor, ale termostat. Proto je systém nuceného proudění vzduchu vyroben velmi spolehlivě a zřídka selže. Pokud se však ventilátor nezapne a motor se vaří, je třeba zkontrolovat součásti, které jsou nejvíce náchylné k selhání:

• u řemenového pohonu je možné řemen uvolnit a sklouznout, stejně jako jeho úplné přetržení, to vše lze vizuálně snadno určit;
• metoda kontroly viskózní spojky není tak jednoduchá, ale pokud na horkém motoru silně klouže, je to signál pro výměnu;
• elektromagnetické pohony, spojka i elektromotor, se kontrolují sepnutím snímače, nebo na vstřikovacím motoru vytažením konektoru z teplotního snímače řídicího systému motoru by se měl začít otáčet ventilátor.

Vadný ventilátor může zničit motor, protože přehřívání je spojeno s generální opravou. S takovými závadami se proto nedá jezdit ani v zimě. Vadné díly by měly být okamžitě vyměněny a měly by se používat pouze náhradní díly od spolehlivého výrobce. Cenou problému je motor, pokud je poháněn teplotou, pak opravy nemusí pomoci. Na tomto pozadí jsou náklady na senzor nebo elektromotor prostě zanedbatelné.