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).
вентилятор системы охлаждения двигателя 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.

электромагнитный привод вентилятора системы охлаждения

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.

устройство гидромуфты привода вентилятора

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.

включатель гидромуфты привода вентилятора

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.

***

Назначение, устройство и работа термостата