Úloha ventilátora pri kvapalinovom chladení

Prenos tepla vznikajúceho počas prevádzky motora do atmosféry vyžaduje neustále prefukovanie chladiča chladiaceho systému. Intenzita prichádzajúceho vysokorýchlostného prúdenia vzduchu na to nie je vždy dostatočná. Pri nízkych otáčkach a úplných zastávkach prichádza k slovu špeciálne navrhnutý prídavný chladiaci ventilátor.

Schematický diagram vstrekovania vzduchu do chladiča

Prechod vzdušných hmôt cez voštinovú štruktúru radiátora je možné zabezpečiť dvoma spôsobmi - tlačiť vzduch po smere prirodzeného prúdenia zvonku alebo vytvárať podtlak zvnútra. Neexistuje zásadný rozdiel, najmä ak je použitý systém vzduchových štítov - difúzorov. Poskytujú minimálny prietok pre zbytočné turbulencie okolo lopatiek ventilátora.

Existujú teda dve typické možnosti organizácie fúkania. V prvom prípade je ventilátor umiestnený na ráme motora alebo chladiča v motorovom priestore a vytvára tlakový tok do motora, pričom odoberá vzduch zvonku a prechádza cez chladič. Aby lopatky nebežali naprázdno, je priestor medzi chladičom a obežným kolesom čo najtesnejšie uzavretý plastovým alebo kovovým difúzorom. Jeho tvar tiež podporuje využitie maximálnej plochy plástu, pretože priemer ventilátora je zvyčajne oveľa menší ako geometrické rozmery chladiča.

Pri umiestnení obežného kolesa na prednej strane je pohon ventilátora možný len elektromotorom, keďže jadro chladiča bráni mechanickému spojeniu s motorom. V oboch prípadoch si zvolený tvar chladiča a požadovaná účinnosť chladenia môže vynútiť použitie dvojitého ventilátora s menším priemerom obežných kolies. Tento prístup je zvyčajne sprevádzaný komplikáciou algoritmu prevádzky, ventilátory je možné spínať samostatne, čím sa intenzita prúdenia vzduchu prispôsobuje v závislosti od zaťaženia a teploty.

Samotné obežné koleso ventilátora môže mať pomerne zložitý a aerodynamický dizajn. Má niekoľko požiadaviek:

• počet, tvar, profil a rozstup lopatiek by mali zabezpečiť minimálne straty bez vnášania dodatočných nákladov na energiu na zbytočné brúsenie vzduchu;
• v danom rozsahu rýchlostí otáčania je vylúčenie zastavenia prietoku, inak pokles účinnosti ovplyvní tepelný režim;
• ventilátor musí byť vyvážený a nesmie vytvárať mechanické ani aerodynamické vibrácie, ktoré môžu zaťažovať ložiská a priľahlé časti motora, najmä tenké konštrukcie chladiča;
• hluk obežného kolesa je tiež minimalizovaný v súlade so všeobecným trendom znižovania akustického pozadia produkovaného vozidlami.

Ak porovnáme fanúšikov moderných áut s primitívnymi vrtuľami pred polstoročím, môžeme si všimnúť, že veda pracovala s takými celkom zjavnými detailmi. Je to vidieť aj navonok a dobrý ventilátor počas prevádzky takmer potichu vytvára nečakane silný tlak vzduchu.

Typy pohonu ventilátora

Vytvorenie intenzívneho prúdenia vzduchu vyžaduje značné množstvo výkonu pohonu ventilátora. Energiu na to možno odoberať z motora rôznymi spôsobmi.

Nepretržité otáčanie z kladky

V prvých najjednoduchších konštrukciách bolo obežné koleso ventilátora jednoducho nasadené na remenicu hnacieho remeňa vodného čerpadla. Výkon zabezpečoval pôsobivý priemer obvodu lopatiek, ktoré boli jednoducho ohýbané plechy. Neexistovali žiadne požiadavky na hluk, neďaleký starý motor tlmil všetky zvuky.

Rýchlosť otáčania bola priamo úmerná otáčkam kľukového hriadeľa. Bol prítomný určitý prvok regulácie teploty, pretože so zvyšovaním zaťaženia motora a tým aj jeho otáčok ventilátor začal intenzívnejšie poháňať vzduch cez chladič. Deflektory boli inštalované len zriedka, všetko kompenzovali predimenzované radiátory a veľký objem chladiacej vody. Pojem prehrievania bol však vtedajším vodičom dobre známy, pretože to bola cena za jednoduchosť a nepremyslenosť.

Viskózne spojky

Primitívne systémy mali niekoľko nevýhod:

• slabé chladenie pri nízkych rýchlostiach v dôsledku nízkej rýchlosti priameho pohonu;
• so zväčšením obežného kolesa a zmenou prevodového pomeru na zvýšenie prietoku vzduchu pri voľnobehu sa motor začal s rastúcimi otáčkami podchladzovať a spotreba paliva na hlúpe otáčanie vrtule dosiahla významnú hodnotu;
• zatiaľ čo sa motor zahrieval, ventilátor naďalej tvrdohlavo chladil motorový priestor a vykonával presne opačnú úlohu.

Bolo jasné, že ďalšie zvyšovanie účinnosti a výkonu motora si vyžiada reguláciu otáčok ventilátora. Problém bol do určitej miery vyriešený mechanizmom známym v odbore ako viskózna väzba. Ale tu to musí byť usporiadané špeciálnym spôsobom.

Spojka ventilátora, ak si to predstavíme zjednodušene a bez zohľadnenia rôznych verzií, pozostáva z dvoch vrúbkovaných kotúčov, medzi ktorými je takzvaná nenewtonovská kvapalina, teda silikónový olej, ktorý mení viskozitu v závislosti od relatívnu rýchlosť pohybu jej vrstiev. Až po vážne spojenie medzi diskami cez viskózny gél, na ktorý sa premení. Zostáva len umiestniť tam teplotne citlivý ventil, ktorý bude túto kvapalinu privádzať do medzery so zvýšením teploty motora. Veľmi úspešný dizajn, bohužiaľ, nie vždy spoľahlivý a odolný. Ale často používané.

Rotor bol pripevnený k remenici otáčajúcej sa z kľukového hriadeľa a na stator bolo nasadené obežné koleso. Pri vysokých teplotách a vysokých otáčkach ventilátor produkoval maximálny výkon, ktorý bol požadovaný. Bez odoberania prebytočnej energie, keď prúdenie vzduchu nie je potrebné.

Magnetická spojka

Aby sme netrpeli chemikáliami v spojke, ktoré nie sú vždy stabilné a odolné, často sa používa z elektrotechnického hľadiska zrozumiteľnejšie riešenie. Elektromagnetická spojka pozostáva z trecích kotúčov, ktoré sú v kontakte a prenášajú rotáciu pôsobením prúdu dodávaného do elektromagnetu. Prúd pochádzal z ovládacieho relé, ktoré sa uzatváralo cez teplotný snímač, zvyčajne namontovaný na radiátore. Akonáhle sa zistilo nedostatočné prúdenie vzduchu, to znamená, že sa kvapalina v chladiči prehriala, kontakty sa zatvorili, spojka fungovala a obežné koleso sa točilo s rovnakým remeňom cez remenice. Metóda sa často používa na ťažkých nákladných vozidlách s výkonnými ventilátormi.

priamy elektrický pohon

Najčastejšie sa na osobných automobiloch používa ventilátor s obežným kolesom priamo namontovaným na hriadeli motora. Napájanie tohto motora je zabezpečené rovnako ako v popisovanom prípade elektrickou spojkou, len tu nie je potrebný pohon klinovým remeňom s remenicami. V prípade potreby elektromotor vytvára prúdenie vzduchu a pri normálnej teplote sa vypne. Metóda bola implementovaná s príchodom kompaktných a výkonných elektromotorov.

Pohodlnou kvalitou takéhoto pohonu je schopnosť pracovať so zastaveným motorom. Moderné chladiace systémy sú silne zaťažené a ak sa prúdenie vzduchu náhle zastaví a čerpadlo nefunguje, je možné lokálne prehriatie v miestach s maximálnou teplotou. Alebo vriaci benzín v palivovom systéme. Ventilátor môže po zastavení chvíľu bežať, aby sa predišlo problémom.

Problémy, poruchy a opravy

Zapnutie ventilátora sa už dá považovať za núdzový režim, keďže teplotu nereguluje ventilátor, ale termostat. Preto je systém núteného prúdenia vzduchu vyrobený veľmi spoľahlivo a zriedkavo zlyhá. Ak sa však ventilátor nezapne a motor vrie, mali by sa skontrolovať časti, ktoré sú najviac náchylné na poruchu:

• v remeňovom pohone sa remeň môže uvoľniť a skĺznuť, ako aj jeho úplné pretrhnutie, to všetko je možné vizuálne určiť;
• metóda kontroly viskóznej spojky nie je taká jednoduchá, ale ak silne skĺzne na horúcom motore, potom je to signál na výmenu;
• elektromagnetické pohony, spojka aj elektromotor, sa kontrolujú zatvorením snímača, alebo na vstrekovacom motore odstránením konektora z teplotného snímača riadiaceho systému motora by sa mal začať otáčať ventilátor.

Chybný ventilátor môže zničiť motor, pretože prehrievanie je spojené s rozsiahlou generálnou opravou. Preto sa s takýmito defektmi nedá jazdiť ani v zime. Pokazené diely by sa mali okamžite vymeniť a mali by sa používať iba náhradné diely od spoľahlivého výrobcu. Cenou problému je motor, ak je poháňaný teplotou, opravy nemusia pomôcť. Na tomto pozadí sú náklady na snímač alebo elektromotor jednoducho zanedbateľné.