De rol van de ventilator bij vloeistofkoeling

De overdracht van warmte die wordt gegenereerd tijdens het bedrijf van de motor naar de atmosfeer vereist constant blazen van de radiator van het koelsysteem. De intensiteit van de naderende hogesnelheidsluchtstroom is hiervoor niet altijd voldoende. Bij lage snelheden en volledige stops komt een speciaal ontworpen extra koelventilator in het spel.

Schematisch diagram van luchtinjectie in de radiator

Het is mogelijk om de doorgang van luchtmassa's door de honingraatstructuur van de radiator op twee manieren te verzekeren - om lucht in de richting van de natuurlijke stroming van buitenaf te dwingen of om een ​​vacuüm van binnenuit te creëren. Er is geen fundamenteel verschil, vooral als een systeem van luchtschermen - diffusors wordt gebruikt. Ze zorgen voor een minimaal debiet voor nutteloze turbulentie rond de ventilatorbladen.

Er zijn dus twee typische opties voor het organiseren van blazen. In het eerste geval bevindt de ventilator zich op de motor of het radiatorframe in de motorruimte en creëert een drukstroom naar de motor, waarbij lucht van buitenaf wordt aangevoerd en door de radiator wordt geleid. Om te voorkomen dat de schoepen stationair draaien, wordt de ruimte tussen de radiateur en de waaier zo goed mogelijk afgesloten met een kunststof of metalen diffusor. De vorm bevordert ook het gebruik van een maximaal honingraatoppervlak, omdat de ventilatordiameter meestal veel kleiner is dan de geometrische afmetingen van het koellichaam.

Wanneer de waaier zich aan de voorzijde bevindt, is de ventilatoraandrijving alleen mogelijk vanaf een elektromotor, omdat de radiatorkern mechanische verbinding met de motor verhindert. In beide gevallen kunnen de gekozen vorm van het koellichaam en de vereiste koelefficiëntie het gebruik van een dubbele ventilator met waaiers met een kleinere diameter afdwingen. Deze aanpak gaat meestal gepaard met een complicatie van het bedieningsalgoritme, de ventilatoren kunnen afzonderlijk worden geschakeld, waardoor de luchtstroomintensiteit wordt aangepast aan de belasting en temperatuur.

De ventilatorwaaier zelf kan een nogal complex en aerodynamisch ontwerp hebben. Het heeft een aantal eisen:

• het aantal, de vorm, het profiel en de spoed van de bladen moeten minimale verliezen garanderen zonder extra energiekosten voor het nutteloos malen van lucht;
• in een bepaald bereik van rotatiesnelheden is stromingsblokkering uitgesloten, anders zal de daling van de efficiëntie het thermische regime beïnvloeden;
• de ventilator moet in balans zijn en mag geen mechanische en aerodynamische trillingen veroorzaken die lagers en aangrenzende motoronderdelen kunnen belasten, met name dunne radiatorconstructies;
• het geluid van de waaier wordt ook geminimaliseerd in overeenstemming met de algemene trend om de akoestische achtergrond die door voertuigen wordt geproduceerd, te verminderen.

Als we moderne autofans een halve eeuw geleden vergelijken met primitieve propellers, dan kunnen we vaststellen dat de wetenschap met zulke vrij voor de hand liggende details heeft gewerkt. Dit is zelfs van buitenaf te zien en tijdens bedrijf zorgt een goede ventilator vrijwel geruisloos voor een onverwacht krachtige luchtdruk.

Typen ventilatoraandrijving

Het creëren van een intense luchtstroom vereist een aanzienlijke hoeveelheid ventilatoraandrijfvermogen. Energie hiervoor kan op verschillende manieren aan de motor worden onttrokken.

Continue rotatie van een katrol

In de vroegste eenvoudigste ontwerpen werd de ventilatorwaaier eenvoudig op de aandrijfriemschijf van de waterpomp geplaatst. De prestaties werden geleverd door de indrukwekkende diameter van de omtrek van de bladen, die eenvoudigweg gebogen metalen platen waren. Er waren geen geluidseisen, de nabijgelegen oude motor dempte alle geluiden.

De rotatiesnelheid was recht evenredig met de omwentelingen van de krukas. Een zeker element van temperatuurregeling was aanwezig, want met een toename van de belasting van de motor, en dus van het toerental, begon de ventilator ook intensiever lucht door de radiator te drijven. Deflectors werden zelden geïnstalleerd, alles werd gecompenseerd door te grote radiatoren en een grote hoeveelheid koelwater. Het concept van oververhitting was echter goed bekend bij de chauffeurs van die tijd, omdat het de prijs was die betaald moest worden voor eenvoud en gebrek aan nadenken.

Viskeuze koppelingen

Primitieve systemen hadden verschillende nadelen:

• slechte koeling bij lage snelheden door het lage toerental van de direct drive;
• met een toename van de grootte van de waaier en een verandering in de overbrengingsverhouding om de luchtstroom bij stationair toerental te vergroten, begon de motor met toenemende snelheid onder te koelen en bereikte het brandstofverbruik voor de stomme rotatie van de propeller een aanzienlijke waarde;
• terwijl de motor aan het opwarmen was, bleef de ventilator de motorruimte hardnekkig koelen en voerde precies de tegenovergestelde taak uit.

Het was duidelijk dat een verdere verhoging van het motorrendement en het vermogen een regeling van het ventilatortoerental zou vereisen. Het probleem werd tot op zekere hoogte opgelost door een in de techniek bekend mechanisme als een viskeuze koppeling. Maar hier moet het op een speciale manier worden geregeld.

De ventilatorkoppeling, als we het ons op een vereenvoudigde manier voorstellen en zonder rekening te houden met verschillende versies, bestaat uit twee gekerfde schijven, waartussen zich een zogenaamde niet-Newtoniaanse vloeistof bevindt, dat wil zeggen siliconenolie, die van viscositeit verandert afhankelijk van de relatieve bewegingssnelheid van zijn lagen. Tot een serieuze verbinding tussen de schijven door een stroperige gel waarin het zal veranderen. Het blijft alleen om daar een temperatuurgevoelige klep te plaatsen, die deze vloeistof in de opening zal brengen met een toename van de motortemperatuur. Een zeer geslaagd ontwerp, helaas niet altijd even betrouwbaar en duurzaam. Maar vaak gebruikt.

De rotor was bevestigd aan een poelie die vanaf de krukas roteerde en een waaier werd op de stator geplaatst. Bij hoge temperaturen en hoge snelheden leverde de ventilator de maximale prestatie die nodig was. Zonder overtollige energie weg te nemen wanneer luchtstroom niet nodig is.

Magnetische koppeling

Om geen last te hebben van chemicaliën in de koppeling die niet altijd even stabiel en duurzaam zijn, wordt vaak gekozen voor een vanuit elektrotechnisch oogpunt begrijpelijker oplossing. De elektromagnetische koppeling bestaat uit wrijvingsschijven die in contact zijn en rotatie overbrengen onder invloed van een stroom die aan de elektromagneet wordt geleverd. De stroom kwam van een stuurrelais dat sloot via een temperatuursensor, meestal gemonteerd op een radiator. Zodra er onvoldoende luchtstroom werd vastgesteld, dat wil zeggen, de vloeistof in de radiator oververhit, de contacten gesloten, de koppeling werkte en de waaier werd door dezelfde riem door de poelies gedraaid. De methode wordt vaak gebruikt op zware vrachtwagens met krachtige ventilatoren.

directe elektrische aandrijving

Meestal wordt een ventilator met een waaier die direct op de motoras is gemonteerd, gebruikt op personenauto's. De voeding van deze motor wordt op dezelfde wijze als in het beschreven geval voorzien van een elektrische koppeling, alleen een V-snaaraandrijving met poelies is hier niet nodig. Indien nodig creëert de elektromotor een luchtstroom en schakelt uit bij normale temperatuur. De methode werd geïmplementeerd met de komst van compacte en krachtige elektromotoren.

Een handige eigenschap van een dergelijke aandrijving is de mogelijkheid om te werken met een uitgeschakelde motor. Moderne koelsystemen zijn zwaar belast en als de luchtstroom abrupt stopt en de pomp niet werkt, is lokale oververhitting mogelijk op plaatsen met een maximale temperatuur. Of kokende benzine in het brandstofsysteem. De ventilator kan na het stoppen nog even draaien om problemen te voorkomen.

Problemen, storingen en reparaties

Het inschakelen van de ventilator kan al als een noodmodus worden beschouwd, aangezien het niet de ventilator is die de temperatuur regelt, maar de thermostaat. Daarom is het geforceerde luchtstroomsysteem zeer betrouwbaar gemaakt en faalt het zelden. Maar als de ventilator niet aangaat en de motor kookt, moeten de onderdelen die het meest vatbaar zijn voor storingen worden gecontroleerd:

• in een riemaandrijving kan de riem losraken en slippen, evenals de volledige breuk, dit alles is gemakkelijk visueel te bepalen;
• de methode voor het controleren van de viskeuze koppeling is niet zo eenvoudig, maar als deze zwaar slipt op een hete motor, dan is dit een signaal voor vervanging;
• elektromagnetische aandrijvingen, zowel de koppeling als de elektromotor, worden gecontroleerd door de sensor te sluiten, of op de injectiemotor door de connector van de temperatuursensor van het motorregelsysteem te verwijderen, de ventilator moet gaan draaien.

Een defecte ventilator kan de motor kapot maken, omdat oververhitting gepaard gaat met een grote onderhoudsbeurt. Daarom is het zelfs in de winter onmogelijk om met dergelijke defecten te rijden. Defecte onderdelen moeten onmiddellijk worden vervangen en er mogen alleen reserveonderdelen van een betrouwbare fabrikant worden gebruikt. De prijs van het probleem is de motor, als deze wordt aangedreven door temperatuur, kunnen reparaties niet helpen. Tegen deze achtergrond zijn de kosten van een sensor of een elektromotor eenvoudig te verwaarlozen.