Привод вентилятора двигателя – общие сведения :: ЯЗТО-АВТО

15/06/2010

Вентилятор — неотъемлемая часть системы охлаждения любого современного автомобильного двигателя. При жидкостном охлаждении он просасывает воздух через радиатор, а при воздушном — подает этот самый воздух (здесь он выступает в роли охлаждающего тела) к нагретым частям мотора. И можно сказать, с момента появления вентиляторов инженеры решают задачу, как сделать его привод оптимальным. Вообще, вентиляторы с механическим приводом вентилятора были изобретены гораздо раньше своего электроприводного последователя.

Вентилятор с механическим приводом приводится в действие шкивом коленчатого вала двигателя, с которым напрямую соединен  клиновидным ремнем.   Плюсов у такого вентилятора очень много. Например, энергонезависимость механического привода, который будет охлаждать до тех пор, пока работает двигатель. И, соответственно, нагрузка на аккумулятор будет намного меньше. Так же можно выделить простоту установки и использования вентилятора с механическим приводом.

Вентиляторы охлаждения с электроприводом. Этот вентилятор, а точнее, его привод, работает от энергии аккумулятора. То есть, при помощи датчика температуры, охлаждающей жидкость, этот вентилятор приводится в действие. Когда тосол достигает температуры 90 градусов, датчик замыкает электрическую цепь.

Вообще система охлаждения предназначена для поддержания нормального теплового режима двигателя. При работе двигателя температура в его цилиндрах поднимается выше 2000 градусов, а средняя составляет 800 – 900 градусов! Если не отводить тепло от «тела» двигателя, то через несколько десятков секунд после запуска, он станет уже не холодным, а безнадежно горячим. Следующий раз вы сможете запустить свой холодный двигатель только после его капитального ремонта.

Система охлаждения нужна для отвода тепла от механизмов и деталей двигателя, для поддержания нормальной температуры деталей и сохранения достаточной смазки на поверхностях скольжения, но это только половина ее предназначения, правда, её большая часть. Для обеспечения нормального рабочего процесса также важно — ускорять прогрев холодного двигателя. И это вторая часть работы системы охлаждения. Этот процесс должен быть строго дозированным, так как нельзя допускать ни перегрева, ни недостаточного нагрева двигателя.

Система охлаждения состоит из:

1. рубашки охлаждения блока и головки блока цилиндров,
2. центробежного насоса,
3. термостата,
4. радиатора с расширительным бачком,
5. вентилятора,
6. соединительных патрубков и шлангов.

Помните, что процесс охлаждения должен быть строго дозированным, так как нельзя допускать ни перегрева, ни недостаточного нагрева двигателя.     Регулирование охлаждающей жидкости, а не только воздушного потока — это следующий логический шаг к усовершенствованию в области систем терморегулирования, уже ставший реальностью в технологиях некоторых компаний. Завершая разговор о приводах вентиляторов, заметим: как ни совершенны многие из этих устройств, все же они не способны избавить двигатель внутреннего сгорания от одного из его серьезных недостатков — до 30% энергии топлива, «уходящие» в систему охлаждения, теряются безвозвратно.

Вернуться

Обзор основных типов привода крыльчатки системы охлаждения дорожных машин (ч. 1) – Основные средства

А. Платонов, фото «ДСТ-Урал»

Часть 1
Часть 2

В настоящий момент основным способом экономии топлива является применение на машинах системы регулирования частоты вращения вентилятора системы охлаждения посредством гидропривода, так называемой системы Fan Drive.

На примере силовой установки ЯМЗ-652 расчетным путем, теоретически, а потом и практически доказана эффективность использования бесступенчатого регулирования частоты вращения вентилятора системы охлаждения с помощью системы Fan Drive. Наибольший эффект от регулирования достигается в диапазоне малых и средних нагрузок работы двигателя на исследуемых режимах.

Система охлаждения служит для охлаждения и поддержания на приемлемом уровне заданного теплового режима работы двигателя или любой другой системы, в которой генерируется энергия в виде тепла. Различают воздушную и жидкостную системы охлаждения. В воздушной системе охлаждения отвод тепла от двигателя или генератора тепла осуществляется посредством его обдува воздухом, через развитую оребренную поверхность. В жидкостной системе охлаждения отвод тепла реализован через радиатор (рекуперативный теплообменник) и нагретые внешние поверхности двигателя. Эффективный отвод тепла от двигателя в условиях автомобиля хорошо реализуется набегающим потоком воздуха при движении по трассе. В условиях малых скоростей городской цикл движения, поддержание теплового состояния двигателя без вентилятора реализовать практически невозможно. Строительная и дорожная техника, особенно гусеничная, лишена возможности поддерживать тепловое состояние двигателя и его систем посредством набегающего потока воздуха при движении. Единственно возможный вариант – принудительное охлаждение, создаваемое вентилятором.

Вентилятор входит в состав любой системы охлаждения и выполняет функцию принудительного обдува и/ или проталкивания (протягивания) условно холодного теплоносителя через теплообменник и двигатель. Привод вентилятора может быть реализован по следующим схемам: зубчатая, клиноременная, фрикционная, электромагнитная, электрическая, гидромеханическая и гидравлическая. Рассмотрим некоторые из систем в отдельности.

Зубчатая передача – одна из наиболее простых схем привода, вращение вентилятора осуществляется от коленчатого вала напрямую либо через клиноременную передачу. Крыльчатка вентилятора, как правило, крепится на шкив водяного насоса. К достоинствам можно отнести простоту и надежность конструкции, к недостаткам будем относить дополнительный шум от постоянного вращения лопастей, большие затраты энергии на привод вентилятора.

Вращение лопастей вентилятора совершается независимо от теплового состояния двигателя и прямо пропорционально оборотам ДВС. Также на приводе невозможно организовать реверс потока воздуха (например, выдув наружу) без замены крыльчатки на выдувную. Установка более мощных и производительных крыльчаток приводит к постепенному разрушению резиновой муфты-демпфера, и при остановке двигателя инерционная сила движения крыльчатки может срезать приводной вал.

Клиноременная передача является аналогом зубчатой, но проскальзывание ремней при остановке двигателя защищает привод вентилятора от резкого торможения и разрушения. К минусам можно отнести необходимость обслуживания и замены приводных ремней вентилятора.

Гидромеханический привод реализуется посредством гидромуфты, которая передает крутящий момент от ведущего колеса к ведомому колесу и гасит инерционные нагрузки, возникающие при резком изменении частоты вращения коленчатого вала двигателя. Передача крутящего момента с ведущего колеса на ведомое происходит за счет вязкостного трения при заполнении рабочей полости маслом или специальной жидкостью. Частота вращения ведомого колеса гидромуфты зависит от частоты вращения ведущего колеса и от количества масла, поступившего в рабочую полость камеры гидромуфты.

К достоинствам такого типа муфт будем относить возможность автоматического поддержания заданного теплового режима, минимизацию динамических нагрузок на привод. К недостатку отнесем наличие жесткой связи оборотов вентилятора с оборотами коленчатого вала, исключающей возможность эффективного охлаждения двигателя при минимальном скоростном режиме работы двигателя. Отсутствует возможность размещения вентилятора системы охлаждения вне двигателя. Чтобы вискомуфта эффективно срабатывала, необходимо задувать теплый воздух внутрь подкапотного пространства. Это хорошо для магистрального быстроходного транспорта, но хуже для тяжелого машиностроения, так как пыльный, жаркий воздух дует внутрь, в сторону кабины, ухудшая комфорт оператора и работу ДВС. Установка выдувной крыльчатки с таким типом привода невозможна.

Электромагнитная муфта привода вентилятора автоматически поддерживает оптимальный температурный диапазон двигателя путем передачи необходимого вращения вентилятору системы охлаждения. Такой тип муфт применяется на двигателях марки ЗМЗ, КАМАЗ, ЯМЗ. Муфта, как правило, установлена на одном валу с водяным насосом и приводится в движение ременным или зубчатым приводом. Муфта состоит из электромагнита, который установлен на ступице вентилятора. Ступица соединена пластинчатой пружиной с якорем, который свободно вращается вместе с ней на подшипнике.

Как только срабатывает один из датчиков температуры по нагреву (охлаждающей жидкости, масла или температуры воздуха в ОНВ), в катушку поступает электрический ток, под действием которого она притягивает к себе якорь, и ступица вместе с вентилятором начинает вращаться. Как только сигнал с датчиков пропадает, ступица размыкается, вентилятор перестает вращаться. Резюмируя, вентилятор вступает в работу, когда необходимо регулировать тепловой режим работы двигателя. Данная схема работает по принципу «вкл./ выкл.», т. е. отсутствует плавное регулирование оборотов вращения вентилятора.

Помимо этого, к недостаткам данной системы можно отнести повышенные динамические нагрузки, возникающие в момент включения вентилятора, а также жесткая связь оборотов вентилятора с оборотами коленчатого вала, исключающая возможность быстрого охлаждения двигателя и его систем при малых частотах вращения коленчатого вала.

Однако данный вид привода нивелирует отрицательные стороны клиноременной передачи, вращая крыльчатку только при необходимости. В отличии от вискомуфты становится возможным применение выдувных крыльчаток, а также независимое включение вентилятора от показаний датчиков температуры разных систем, нуждающихся в охлаждении, таких как гидросистема, трансмиссия, система охлаждения ДВС или ОНВ.

В электрической схеме привода, как правило, используется электродвигатель постоянного тока на 12/24, 220 или 380 В, работой которого управляет электрическая система машины. К достоинствам можно отнести относительную компактность при невысокой мощности вентилятора; простоту размещения, обусловленную отсутствием кинематической связи с двигателем; возможность ступенчатого и плавного регулирования частоты вращения вентилятора.

К недостатку можно отнести нецелесообразность применения электродвигателей вентиляторов высокой мощности более 15 кВт на дорожно-строительной технике массой до 100 т. Это объясняется тем, что масса и размеры самого электродвигателя получаются очень внушительными, и мощный электродвигатель создает повышенные нагрузки на электрооборудование машины, так как на максимальной скорости его потребление электричества превышает выработку генератора. Поэтому данный вид привода в рамках дальнейшего анализа рассмотрен не будет.

Подводя итоги анализа механизмов привода вентилятора, можно сделать следующие выводы. Механический (зубчатый или ременный), электромагнитный и гидромеханический приводы можно использовать в том случае, когда радиатор системы охлаждения расположен одновременно в непосредственной близости плоскости вращения лопастей вентилятора. Механический привод не энергоэффективен, время прогрева двигателя до рабочей температуры в холодное время года может занимать продолжительное время (до часа). Электромагнитная и гидромеханическая муфты работают по принципу «вкл. /выкл.», частота вращения не является регулируемым параметром.

В гидромеханическом приводе при старте за счет проскальзывания ведомого колеса относительно ведущего минимизируют возникающие динамические нагрузки при старте вентилятора. Электровентилятор дает свободу выбора в плане размещения относительно двигателя как его самого, так и радиатора. Возможно регулирование частоты вращения вне зависимости от скоростного режима работы двигателя. Ограниченное использование при высоких затратах мощности на привод.

Наличие недостатков в механизмах привода вентилятора делает необходимым применение такого привода, который позволял бы максимально эффективно поддерживать тепловой режим двигателя при минимальных затратах энергии на его работу. И одним из таких приводов может выступать гидравлический мотор. Об этом мы поговорим в следующем номере журнала.

Часть 1
Часть 2

Приводы вентиляторов | Horton

Привод вентилятора (или муфта вентилятора)

Муфта вентилятора с установленным вентилятором предназначена для обеспечения того, чтобы двигатели не превышали определенные рабочие температуры, которые обычно устанавливаются производителем. Температура определяется биметаллической сенсорной системой или электронной системой управления. Два термина «муфта вентилятора» и «привод вентилятора» взаимозаменяемы.

Хотя муфта вентилятора приводится в действие двигателем, она предназначена для того, чтобы оставаться «холостым» в выключенном состоянии и включаться (с двигателем в качестве основной силы) при повышении температуры двигателя. Существует три основных типа муфт вентиляторов, каждая из которых предлагает различные преимущества с точки зрения функциональности и цены: автоматические муфты, двухскоростные муфты и муфты с регулируемой скоростью.

DM Advantage On/Off

On/Off Муфта вентилятора

По сути, муфта вентилятора с автоматическим переключением включается, когда двигатель достигает определенной температуры. Затем он остается включенным до тех пор, пока температура не упадет до оптимального диапазона, отсюда и «автоматическое переключение».

Муфта вентилятора с автоматическим переключением является самым простым из трех типов и, как правило, наименее дорогим решением. Он широко используется в грузовых автомобилях класса 5-8, автобусах и некоторых внедорожных машинах. Важно, если возможно, подобрать муфту вентилятора для конкретного применения, поскольку модель может работать непрерывно из-за неправильного применения. Как правило, муфта вентилятора не должна быть включена более десяти процентов времени. Хотя непрерывная эксплуатация не является проблемой (за исключением сокращения срока службы), нагрузка на двигатель увеличивает расход топлива, а при постоянной работе увеличивается шум. В конечном итоге мощность, потребляемая муфтой вентилятора, снижает мощность, доступную транспортному средству.

Компания Horton предлагает различные модели с автоматическим переключением передач, отвечающие потребностям дорожной и внедорожной техники. К ним относятся DM Advantage®, EC450/EC600, HT/S Advantage и HT650.

Двухскоростная муфта DM Advantage

Двухскоростная муфта вентилятора

Двухскоростная муфта вентилятора является хорошим выбором для приложений, в которых вентилятор должен работать более 10 процентов времени для охлаждения двигателя. Двухскоростная муфта вентилятора может переключаться с более низкого режима вихревых токов на более высокий подпружиненный режим для оптимального охлаждения. Он идеально подходит для тяжелых коммерческих автомобилей, но также используется в некоторых дорожных условиях. Типичные области применения включают мусоровозы, бетоносмесители с задним расположением двигателя, самосвалы и т. д. В целом двухскоростные муфты вентилятора хорошо подходят для транспортных средств, которые не находятся в постоянном движении или находятся в стационарном состоянии, так что давление воздуха не течет обратно через двигатель. Двухскоростная концепция направлена ​​на ограничение количества необходимых вмешательств муфты вентилятора. Соответственно, он снижает расход топлива и шум и обеспечивает большую мощность автомобиля в вихретоковом режиме.

Двухскоростные муфты вентилятора обычно стоят дороже, чем двухскоростные муфты вентилятора, но они являются предпочтительным приводом для некоторых конкретных применений. Они также обеспечивают более короткое время прогрева в холодную погоду, меньший износ из-за меньшего количества циклов и более длительный срок службы.

Horton предлагает различные двухскоростные муфты вентилятора для дорожного и внедорожного применения, включая DM Advantage® и Arctis.

RCV250

Привод вентилятора с регулируемой скоростью

Приводы вентилятора с регулируемой скоростью обычно используют вязкостную или жидкостную технологию. Как правило, привод с регулируемой скоростью работает в соответствии с требованиями к охлаждению, чтобы поддерживать оптимальную рабочую температуру двигателя. Когда требуется меньше охлаждения, он работает на низких оборотах холостого хода, что позволяет сократить время прогрева, повысить внутреннюю температуру, значительно снизить уровень шума, увеличить доступную мощность и снизить расход топлива. Поскольку требуется больше охлаждения, он ускоряется быстрее, плавнее и с меньшей нагрузкой на привод, двигатель и соседние компоненты. Кроме того, он не требует технического обслуживания (отсутствует фрикционная прокладка) и помогает OEM-производителям соответствовать требованиям уровня 4. Работа с переменной скоростью также помогает уменьшить истирание вентилятора грязью, камнями и другим мусором, поскольку муфта вентилятора работает на более низких скоростях и выполняет меньше и короче циклов.