Гидропривод вентилятора охлаждения двигателя: Обзор основных типов привода крыльчатки системы охлаждения дорожных машин (ч. 2) – Основные средства

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

Как охлаждают моторы грузовиков? Не так, как на легковушках — журнал За рулем

LADA

УАЗ

Kia

Hyundai

Renault

Toyota

Volkswagen

Skoda

Nissan

ГАЗ

BMW

Mercedes-Benz

Mitsubishi

Mazda

Ford

Все марки

На большинстве моделей коммерческих автомобилей, в отличие от легковых, вентилятор приводится непосредственно от силового агрегата.

Муфта включения установлена либо на коленчатом валу двигателя, либо на отдельном приводе. Случаи применения электровентиляторов на коммерческой технике весьма редки, и тому есть серьезные причины.

Материалы по теме

Новые турбодизели ЯМЗ: завидуй, Европа

Прежде всего, мощность системы охлаждения «грузовых» моторов далеко не «легковая», и счет лошадиным силам идет на сотни или даже тысячи (как на многотонных карьерных самосвалах). КПД даже лучших современных дизелей обычно не превышает 50%, поэтому значительную часть энергии топлива (примерно треть, то есть около сотни киловатт для среднестатистического крупнотоннажного грузовика) приходится рассеивать радиатором системы охлаждения.

Представляете, каким должен быть размер электродвигателя, вращающего крыльчатку вентилятора, сколько толстенного медного провода потребует этот агрегат и насколько мощнее (и точно так же металлозатратнее) будет питающий бортовую сеть генератор?

Сэкономить здесь не получится, ведь условия эксплуатации грузовиков, а тем более строительных машин, предусматривают высокую энергоотдачу при низкой или нулевой скорости движения, поэтому вентилятору приходится в одиночку, безо всякого набегающего потока, обеспечивать работу системы охлаждения на всех режимах. Другой серьезный довод в пользу привода вентилятора от силового агрегата шасси — ​продольное расположение последнего на всех коммерческих автомобилях, за исключением некоторых малотоннажных фургонов и микроавтобусов.

В наше время ни один конструктор коммерческой техники не заставит вентилятор вращаться при работе двигателя постоянно. Так делали разве что в середине прошлого века. Сегодня радиатор охлаждают только тогда, когда это нужно.

Материалы по теме

Лесовозный тягач DAF XF: сделан для России

Большинство моделей муфт включения вентилятора вязкостного типа и представляют собой неразборный и весьма долговечный узел, заменяемый в сборе. Во внутреннюю полость муфты залито специальное силиконовое масло, и пока радиатор системы охлаждения не нагрет, большая его часть находится в резервуаре. Попасть в рабочую камеру жидкость не может, поскольку отверстие сообщающихся камер (рабочей и резервной) перекрыты специальным клапаном. Крыльчатка вентилятора в этом режиме вращается с минимальной скоростью. Клапаном, в зависимости от модели муфты, управляет либо биметаллическая пластина, изгибающаяся при повышении температуры, либо электромагнитный привод, срабатывающий по сигналу ШИМ (то есть использующий принцип широтно-импульсной модуляции) от электронного блока управления двигателем. При нагреве антифриза клапан открывается, и жидкость под воздействием центробежной силы поступает в рабочую камеру.

Чем дольше открыт клапан, тем больше масла попадает в рабочую камеру из резервной, передаваемый муфтой крутящий момент растет, и вентилятор вращается быстрее.

Материалы по теме

Седельные тягачи и универсальные шасси МЗКТ

Когда охлаждение радиатора становится избыточным — ​например, при достаточно высокой скорости движения автомобиля, клапан закрывается, и силиконовое масло перекачивается насосным устройством в резервную камеру. В рабочей же остается минимальное количество жидкости, вращение вентилятора постепенно замедляется и стабилизируется на уровне 100–150 об/мин. А значит, минимизируются потери энергии, уменьшается расход топлива, снижается шум от вентилятора.

Для дорожно-строительной или карьерной техники, работающей в запыленных условиях, выключение вентилятора особенно важно, ведь соты радиатора медленней забиваются грязью. В зимнее время, особенно в регионах с суровым климатом, отключение вентилятора позволяет поддерживать требуемый температурный режим двигателя, а значит, продлить срок его службы. В постоянно прогретом до рабочей температуры моторе происходит полное сгорание топлива, практически нет отложения нагара в камерах сгорания, медленней стареет масло и т. д. Плавное изменение оборотов вентилятора исключает рывки и пиковые нагрузки как на детали самого привода, так и в целом на двигатель.

Больше подробностей — по этой ссылке.

Текст и фото: журнал «Рейс»

Наше новое видео

Гранта с новым мотором на 120 сил: как она едет?

Новая версия Exeed LX: тест и обзор

Новинка параимпорта на тестах «За рулем»: классический Volkswagen из Китая

Понравилась заметка? Подпишись и будешь всегда в курсе!

За рулем в Дзен

Новости smi2.ru

Системы гидравлического привода вентилятора

Том Эйстад

Введение

В двигателе внутреннего сгорания большая часть энергии теряется из-за неэффективности, такой как тепло. Только около 30% входной энергии фактически преобразуется в механическую энергию.

Для больших транспортных средств системы охлаждения двигателя требуют значительной мощности и значительно повышают уровень шума машины. С двигателями Tier 4 требования к охлаждению возросли, а потребность в более эффективных системах увеличилась во много раз. Существует больше усилий для более тихой работы и большей эффективности машины, чем когда-либо прежде.

Обычные приводные системы вентиляторов в большинстве случаев переохлаждаются, чтобы обеспечить адекватное охлаждение в более сложных условиях эксплуатации с высокой температурой. В этой системе большая часть энергии, используемой для привода вентилятора, тратится впустую. Активируемая температурой система гидростатического привода вентилятора с электронным управлением может обеспечить более точное управление и снизить скорость вращения вентилятора в периоды низкой потребности в охлаждении. Следовательно, система привода вентилятора может потреблять меньше энергии. Сэкономленную мощность можно использовать для повышения эффективности использования топлива и общей эффективности работы машины.

Переменные и переменные гидравлические приводы вентиляторов

В системах чередующихся или двухпозиционных приводов вентиляторов используется предохранительный клапан с управлением, которое либо включено, либо выключено. Это самый простой и недорогой вариант. Объем насоса и настройки сброса определяют максимальную скорость вентилятора. Когда температура двигателя достигает заданного уровня, подается сигнал на включение вентилятора путем закрытия вентилируемой системы. Когда температура двигателя падает ниже определенного уровня, сигнал отключается, чтобы позволить системе проветрить воздух, а вентилятор либо останавливается, либо работает на низких оборотах. Когда вентилятор включен, он работает на максимальной скорости и уровне шума.

Регулирование скорости вращения вентилятора с помощью пропорционального предохранительного клапана является наиболее экономичным решением, обеспечивающим очень высокую эффективность работы. Скорость вентилятора изменяется в зависимости от давления, установленного пропорциональным предохранительным клапаном. Максимальная скорость вентилятора достигается, когда пропорциональный клапан управления давлением находится в максимальном положении. Предохранительный клапан будет «отказоустойчивым» к высокому давлению, так что потеря электрического сигнала заставит вентилятор работать на максимальной скорости для максимального охлаждения двигателя в случае потери электропитания.

Вентилятор с регулируемой скоростью с использованием насоса с регулируемым рабочим объемом является наиболее эффективным и обеспечивает самую тихую работу, однако первоначальная стоимость системы этого типа относительно высока, поэтому ее использование ограничено. В этой системе насос приводит в действие вентилятор, но также выполняет и другие функции. Когда другие функции требуют более высокого давления, чем вентилятор, можно использовать редукционный клапан для ограничения давления вентилятора. Вместо предохранительного клапана используется пропорциональный регулятор расхода. Насос может включать в себя датчик нагрузки, для которого потребуется чувствительная линия ниже по потоку от регулятора расхода. В приложениях, где насос полностью предназначен для привода вентилятора, регулирующие клапаны давления и расхода обычно являются неотъемлемой частью управления насосом с болтовым креплением.

Преимущества гидравлического привода вентилятора с регулируемой скоростью

Точный контроль температуры охлаждающей жидкости — На приведенной ниже кривой показан типичный результат зависимости скорости вращения вентилятора от температуры охлаждающей жидкости. Разница между кривой включения и кривой выключения (гистерезис) очень мала, примерно 1°C. Это позволяет точно контролировать температуру охлаждающей жидкости с минимальными колебаниями температуры даже при резких изменениях нагрузки двигателя.

Уменьшение износа двигателя — Слишком высокая температура охлаждающей жидкости двигателя ухудшает свойства моторного масла и уменьшает смазывание. Износ цилиндров и подшипников можно значительно уменьшить, если быстро достичь и поддерживать рабочую температуру.

Высокая гибкость — Разработчик транспортного средства может оптимизировать расположение компонентов двигателя и системы охлаждения. Здесь можно добиться значительного преимущества в отношении шумоизоляции двигателя.

Модуляция скорости — Обеспечивает постоянную регулировку скорости вращения вентилятора от минимальной до максимальной в диапазоне температур примерно 10°C. Это предотвращает резкие изменения скорости, которые могут привести к большим нагрузкам на детали привода и высокому уровню шума. Полоса пропускания 10°C обеспечивает среднюю мощность охлаждения без ненужного переключения между минимальной и максимальной скоростью вращения вентилятора.

Ограничение максимальной скорости — Клапан пропорционального регулирования давления также ограничивает максимальную скорость вентилятора для управления энергопотреблением и уровнем шума крыльчатки.

Энергосбережение — При нормальных требованиях к охлаждению вентилятор будет работать на скорости от 50% до 80% от максимальной скорости вращения, а в холодном климате может снижаться до 10-20%. Это приводит к экономии электроэнергии и снижению расхода топлива. На приведенной выше кривой показана типичная кривая требуемой мощности для гидростатического вентилятора с пропорциональным управлением. Когда вентилятор работает на скорости от 50% до 80% от максимальной, входная мощность снижается примерно до 40-80% от максимальной. В холодном климате это может быть от 15% до 20% от максимальной мощности. Входная мощность представляет собой сумму мощности вентилятора плюс механические и гидравлические потери системы.

Электронные системы управления и компоненты

Системы гидростатического привода вентиляторов могут использовать электронные средства управления, начиная от простых схем с одним датчиком и заканчивая сложными схемами с несколькими датчиками и обратной связью по скорости вращения вентилятора. Тип электроники, используемой в данном приложении, определяется требуемым уровнем точности и контроля.

В простом двухскоростном регуляторе имеется датчик или переключатель температуры и пропорциональный предохранительный клапан. В этой системе вентилятор будет работать на максимальной скорости, когда потребность в охлаждении высока, и на средней скорости, когда потребность в охлаждении ниже. Электронное управление настроено на ожидание сигнала от датчика температуры или выключателя перед запуском вентилятора. Это позволяет двигателю прогреться до того, как вентилятор начнет работать.

Электронный блок управления имеет встроенную функцию рампы, которая доводит скорость вентилятора до максимума с контролируемой скоростью ускорения. Это снижает ударную нагрузку при запуске на компоненты привода вентилятора. При снижении температуры охлаждающей жидкости ниже заданного значения обороты вентилятора снижаются до промежуточной скорости. Затем вентилятор будет циклически переключаться между двумя скоростями с линейным ускорением от промежуточной до максимальной скорости.

Изображенные пропорциональные системы более совершенны и обеспечивают более точное управление скоростью вращения вентилятора. Эти системы могут использовать отдельный модуль вентилятора или использовать сигнал от модуля управления двигателем (ECM). Эти системы могут обеспечить точный контроль температуры двигателя. Скорость вентилятора постоянно регулируется примерно на 10°C с гистерезисом около 1°C.

Области применения

Основные факторы, которые следует учитывать при применении систем привода вентиляторов:
• Характеристики вентилятора
• Размер насоса/двигателя
• Выбор пропорционального клапана
• Требования к электронному управлению

В технических характеристиках вентилятора обычно устанавливается поток воздуха при заданных оборотах, что приводит к требованиям к мощности и крутящему моменту. Из этой спецификации можно выбрать насос/двигатель. Это определяет требования к расходу и давлению, которые определяют, какой пропорциональный предохранительный клапан будет использоваться. Затем электроника может быть выбрана и запрограммирована на основе системных требований к входам и параметрам окончательного контроля.

Заключение

Конструктору машин гидростатический привод вентилятора предлагает гибкость установки наряду с пониженным уровнем шума и высокой эффективностью. Надежность системы привода вентилятора повышается, поскольку компоненты работают с меньшим рабочим циклом и меньшей ударной нагрузкой.

Подходят ли вам гидравлические приводы вентиляторов?

Гидравлические приводы вентиляторов в больших транспортных средствах, таких как горнодобывающие и строительные экскаваторы и грузовики, обладают наибольшим потенциалом для экономии энергии, поскольку этому оборудованию так много требуется для привода систем охлаждения.

Гидравлические приводы вентиляторов зарекомендовали себя как наиболее эффективный способ охлаждения дизельных двигателей. Эффективность работы дизеля (расход топлива) и выбросы тесно связаны с рабочей температурой. Дизель потребляет наименьшее количество топлива на одну лошадиную силу, произведенную в относительно узком диапазоне температур. Точно так же дизель производит наименьшее количество выбросов на лошадиную силу в аналогичном диапазоне температур. Таким образом, работа двигателя в узком диапазоне температур, где они перекрываются, позволяет получить максимальную мощность от дизельного двигателя при минимальном расходе топлива и выбросах.

Традиционные вентиляторы с ременным приводом создают поток воздуха, который зависит от частоты вращения двигателя, а не от потребности в охлаждении. Это означает, что вентиляторы с ременным приводом обычно обеспечивают слишком высокий или слишком низкий поток воздуха, что не только вызывает большие колебания температуры двигателя, но и приводит к потере мощности. Максимальная мощность теряется, когда двигатель (вентилятор) работает на высокой скорости, даже если может потребоваться небольшое охлаждение. Более того, работающему на холостом ходу двигателю может потребоваться очень небольшой поток воздуха, но, опять же, вентилятор продолжает работать с неоправданно высокой скоростью. В отличие от традиционных систем, гидравлические приводы вентиляторов работают с переменной скоростью. Это означает, что поток воздуха через радиатор можно точно согласовать с потребностями двигателя в охлаждении.

Многочисленные преимущества

В своей простейшей форме гидравлический привод вентилятора состоит из насоса, клапана регулировки давления, двигателя, датчиков, электронного управления и, конечно же, все гидравлические приводы вентилятора также позволяют установить радиатор в нужном месте. это может быть более практично, чем рядом с двигателем. Размещение радиатора вдали от основных источников грязи и загрязнений означает, что он дольше будет оставаться чистым. Кроме того, направление вращения вентилятора можно изменить на противоположное, когда необходимо выдуть накопившийся мусор из радиатора. Эти характеристики улучшают охлаждение, поддерживая более эффективную работу радиатора. Кроме того, радиатор и вентилятор можно установить в месте, отводящем тепло от транспортного средства, что может сэкономить дополнительную энергию за счет снижения охлаждающей нагрузки на кабину оператора.

Конструкция, соответствующая применению

В простейших гидравлических приводах вентиляторов используется насос постоянной производительности и двигатель, который изменяет скорость вращения вентилятора в зависимости от давления в системе.

В самом простом и недорогом гидравлическом приводе вентилятора используется насос с постоянным рабочим объемом, приводящий в движение двигатель с постоянным рабочим объемом, с клапаном регулирования давления для регулирования крутящего момента двигателя (скорости вращения вентилятора). Эти системы быстро реагируют и обеспечивают высокую повторяемость команд регулировки малых скоростей, обычно с использованием пропорционального клапана обратного действия. Эта настройка гарантирует, что вентилятор по умолчанию будет работать на полной скорости, если контроллер потеряет питание или произойдет какая-либо другая неисправность. При обычном приводе обрыв ремня может привести к перегреву или остановке двигателя.

Когда для охлаждения требуется большая мощность — обычно 50 л.с. и выше, — система с приводом от насоса переменной производительности становится более практичной, поскольку ее способность обеспечивать практически нулевой расход означает еще более высокую эффективность системы. Это, в свою очередь, обеспечивает быструю окупаемость более высокой первоначальной стоимости. Некоторые из этих систем управляют скоростью вращения вентилятора напрямую, изменяя поток от насоса, а не контролируя давление. Этот тип управления насосом обычно состоит из небольшой пилотной версии пропорционального клапана обратного действия для управления компенсатором давления насоса. Один и тот же контроллер можно использовать для любого типа системы, поскольку пропорциональный клапан служит интерфейсом между гидравликой и электронным управлением. Кроме того, если насос с переменным рабочим объемом имеет возможность смещения по центру (обратный поток), вентилятор может иметь обратный привод без использования направляющего клапана.

Добавление клапана управления направлением к простому контуру гидравлического привода вентилятора постоянного рабочего объема позволяет изменить направление вращения вентилятора для очистки радиатора путем выдувания скопившегося мусора. В контроллерах гидравлических вентиляторов

производства High Country Tek (HCT) используются термисторы с дискретными датчиками температуры. Они легко доступны в автомобильной промышленности и являются недорогим методом измерения температуры. Контроллеры могут очень хорошо работать как автономные системы, что упрощает их модернизацию или модернизацию существующих систем, особенно на старом оборудовании, которое подвергается модернизации или обновлению. Однако они также легко взаимодействуют с системами мониторинга состояния приложений.

Контроллеры вентиляторных систем последнего поколения для нового оборудования более надежны и просты в использовании за счет минимизации внешних подключений и отказа от внешних датчиков. Вместо этого они полагаются на установленный стандарт BUS связи J1939 для данных о температуре, необходимых для управления скоростью вращения вентилятора. Эта шина также используется для отправки сообщений о состоянии системы и контроллера на панели приборов в кабине, чтобы информировать оператора в режиме реального времени о рабочих условиях и о необходимости каких-либо действий.

При использовании клапана регулирования давления обратного действия в приводе вентилятора потеря сигнала приводит к тому, что вентилятор по умолчанию работает на полной скорости, тем самым защищая двигатель в случае неисправности системы. Контроллеры

от HCT работают прозрачно, механически надежны и выдерживают экстремальные условия окружающей среды, которые превышают обычные ожидания для точной управляющей электроники.

Они доступны в соответствии с требованиями CE для совместимости с другими электронными системами. Устройства полностью герметизированы (залиты огнестойкой смолой), что обеспечивает степень герметичности NEMA-4 или IP-67, поэтому их можно устанавливать в местах, где ожидается циклическая жара, влажность и наличие мусора.

Чтобы контроллеры сохраняли целостность и продолжали работать в соответствии с проектом, внутренние компоненты имеют расширенный температурный диапазон. Все используемые электрические разъемы имеют полярность, состоящую из двух частей, чтобы облегчить сборку жгута проводов и избежать неправильного соединения во время вставки, причем в наиболее продвинутых используется многоштырьковый автомобильный герметичный вариант. Полную работу контроллера можно наблюдать с помощью программного обеспечения на ПК, при этом все важные входные и выходные функции и аварийные сигналы отображаются внешними светодиодами. Все внешние визуальные индикаторы спроектированы таким образом, чтобы не оказывать критического влияния на работу контроллера в случае их повреждения. Габаритные физические размеры контроллеров сведены к минимуму, чтобы уменьшить их занимаемую площадь и обеспечить гибкость при выборе места установки.

Функциональность контроллера может различаться в зависимости от требований приложения. Самым простым является трехканальный терморегулятор с регулировкой скорости вращения вентилятора. Самые сложные могут работать с несколькими температурами жидкости, предлагать реверс вентилятора для продувки радиатора или предотвращения обледенения, а также вспомогательные входы и выходы, которые могут взаимодействовать с несколькими внешними системами, такими как кондиционер, другие логические клапаны и даже расширенные функции мониторинга.

Все контроллеры вентиляторов HCT являются программируемыми, поэтому каждую модель можно использовать в широком диапазоне приложений. Их простой графический пользовательский интерфейс использует пароли для защиты важных OEM-настроек, позволяя устанавливать различные уровни авторизации доступа. Программное обеспечение для характеризации позволяет производителю оборудования быстро и успешно адаптировать работу к индивидуальным потребностям системы, вводя минимальные данные.