Назначение и принцип работы вентилятора системы охлаждения

Так как работа двигателя внутреннего сгорания связана не только с высокими механическими нагрузками, но и с критически высокими температурами. Для поддержания рабочей температуры силового агрегата, чтобы он не вышел из строя из-за больших нагрузок, каждая модификация оснащается системой охлаждения. Существует воздушное и жидкостное охлаждение. Подробно об устройстве охлаждения мотора рассказывается в другом обзоре.

Чтобы отводить избыток тепла от мотора, в жидкостных системах охлаждения присутствует радиатор, а в некоторых моделях авто он не один. Рядом с этим элементом устанавливается вентилятор. Рассмотрим назначение данной детали, по какому принципу она работает, как она устроена, и что делать, если механизм вышел из строя в пути.

Что такое вентилятор радиатора автомобиля

Когда мотор работает, он выделяет большое количество тепла. Сам блок цилиндров классического ДВС устроен так, что в его стенках имеется полость, которая заполняется охлаждающей жидкостью (рубашка охлаждения). В устройство системы охлаждения входит водяной насос, который работает, пока вращается коленчатый вал. Он подсоединен к коленчатому валу через ремень ГРМ (подробно о нем читайте отдельно). Этот механизм создает циркуляцию рабочей жидкости в системе, благодаря чему с ее помощью отводится тепло от стенок двигателя.

Горячий тосол или антифриз идет от мотора к радиатору. Этот элемент выглядит в форме теплообменника с большим количеством тонких трубок и ребер охлаждения для увеличения контактной поверхности. Подробней об устройстве, разновидностях и принципе работы радиаторов рассказывается здесь.

От радиатора есть польза только когда автомобиль движется. В это время встречный поток прохладного воздуха обдувает поверхность радиатора, благодаря чему происходит теплообмен. Конечно, его эффективность зависит от температуры окружающей среды, но во время движения этот поток все равно намного прохладней, чем жидкость охлаждения ДВС.

Принцип работы охлаждения одновременно является его недостатком – максимальное охлаждение возможно только когда машина движется (холодный воздух должен пронизывать теплообменник). В городских условиях невозможно обеспечить постоянный процесс из-за светофоров и частых пробок в мегаполисах. Единственное решение данной проблемы – создать принудительное нагнетание воздуха на поверхность радиатора. Как раз эту функцию выполняет вентилятор.

Когда температура двигателя повышается, срабатывают датчики и включается обдув теплообменника. Если точнее, то лопасти настроены так, чтобы поток воздуха не подавался против его движения, а всасывался. Благодаря этому устройство способно усилить обдув радиатора даже во время движения авто, а когда транспорт стоит, в подкапотное пространство поступает свежий воздух, а не задействуется горячая среда возле мотора.

В старых автомобилях вентилятор жестко закреплялся на коленчатом валу, благодаря чему он имел постоянный привод. Если летом подобный процесс только на пользу силовому агрегату, то в зимний период чрезмерное охлаждение мотору не на пользу. Эта особенность постоянной работы устройства побудила инженеров разработать аналог, который работал бы исключительно в том случае, когда это требовалось бы.

Устройство и виды вентилятора

Несмотря на ключевое значение для системы охлаждения, данный механизм имеет довольно простое устройство. Независимо от модификаций, конструкция вентилятора будет состоять из трех элементов:

• Кожуха, который является основой механизма, и устанавливается на сам радиатор. Особенность этого элемента в том, что его конструкция заставляет работать поток воздуха только в одном направлении – не рассеиваться при контакте с теплообменником, а проходить сквозь него. Такая конструкция кожуха позволяет более эффективно охлаждать радиатор;
• Крыльчатки. Каждая лопасть немного смещена относительно оси, как и у любого вентилятора, но так, чтобы при их вращении воздух всасывался через теплообменник. Обычно этот элемент стоит из 4-х или более лопастей;
• Привода.

В зависимости от модели устройства привод может иметь разный тип. Существует три основные разновидности:

• Механическая;
• Гидромеханическая;
• Электрическая.

Рассмотрим каждую модификацию отдельно.

Механический привод

Механический привод имеет простое устройство. По сути, такой тип вентиляторов имеет постоянное подключение. В зависимости от особенностей мотора он может соединяться с коленвалом через шкив или через ремень ГРМ. Запуск мотора сразу же приводит к работе крыльчатки, выполняется постоянный обдув теплообменника и силового агрегата.

Недостаток этого типа вентиляторов заключается в том, что он охлаждает радиатор, даже когда в этом нет необходимости. Например, при прогреве холодного мотора важно, чтобы агрегат вышел на рабочую температуру, а в зимний период это происходит дольше из-за слишком холодной жидкости. Любая неисправность такого механизма может серьезно сказываться на работе силового агрегата, так как часть крутящего момента используется и на вращательный элемент вентилятора.

Также подобная компоновка не позволяет увеличивать скорость вращения лопастей отдельно от работы мотора. По этим причинам такая модификация не используется в современных автомобилях.

Гидромеханический привод

Гидромеханический привод – более усовершенствованный вариант, который также работает от силового агрегата. Только в его конструкции есть несколько дополнительных элементов. В таком вентиляторе используется специальная муфта, которая имеет вязкостный или гидравлический тип срабатывания. Несмотря на различия, они имеют одинаковый принцип действия. В гидравлическом варианте вращение крыльчатки зависит от количества поступающего в него масла.

Вязкостная муфта обеспечивает запуск и остановку вентилятора за счет изменения температуры силиконового наполнителя (меняется его плотность). Так как подобные механизмы имеют сложную конструкцию, и движение лопастей зависит от рабочей жидкости, то они подобно механическому аналогу также крайне редко используются в современных машинах.

Электрический привод

Электрический привод – самый надежный и вместе с тем простой вариант, который используется во всех современных авто. В конструкции такого вентилятора имеется электродвигатель, приводящий в движение крыльчатку. Данный тип привода имеет электрический или электромагнитный принцип срабатывания. Вторая модификация чаще встречается в грузовиках. Электромагнитная муфта имеет следующее строение.

Электромагнит насажен на ступицу, которая соединяется с якорем электромотора через пластинчатую пружину, и способна вращаться. В спокойном состоянии электромагнит не работает. Но как только ОЖ достигает приблизительно 80-85 градусов, термодатчик замыкает контакты магнита. Он создает магнитное поле, благодаря чему притягивает к себе якорь электромотора. Этот элемент попадает в катушку, и активируется вращение лопастей. Но из-за сложности в конструкции такая схема не используется в легковом транспорте.

Использование электроники позволяет обеспечить несколько режимов работы устройства в зависимости от температуры охлаждающей жидкости и оборотов коленвала. Особенность такого привода в том, что его включение может происходить независимо от работы ДВС. Например, пока мотор прогревается, вентилятор не работает, а когда ОЖ достигает пиковой температуры, начинает вращаться крыльчатка.

Чтобы обеспечить систему охлаждения дополнительным потоком воздуха, в последнем случае достаточно прикрутить вентилятор на соответствующее место и соединить его с бортовой проводкой автомобиля. Так как подобная модификация используется в современных транспортных средствах, дальше мы рассмотрим принцип работы именно данного типа вентиляторов.

Принцип работы вентилятора охлаждения ДВС

Чтобы при необходимости вентилятор срабатывал, он соединяется с еще одной системой, обеспечивающей мониторинг рабочей среды. В ее устройство в зависимости от модификации входит температурный датчик охлаждающей жидкости и реле вентилятора. Эта электрическая цепь соединена с электромотором вентилятора.

Работает такая простая система следующим образом. Датчик, установленный на входе в радиатор, фиксирует температуру ОЖ. Как только она поднимется до соответствующего значения, устройство посылает электрический сигнал на реле. В этот момент срабатывает электромагнитный контакт, и включается электрический мотор. Когда температура в магистрали падает, сигнал от датчика перестает поступать, и контакт реле размыкается – крыльчатка перестает вращаться.

В более продвинутых системах устанавливается два температурных сенсора. Один стоит на входе ОЖ в радиатор, а другой – на выходе. Вентилятор в этом случае включается самим блоком управления, который определяет этот момент по разнице в показателях между этими датчиками. Кроме этого параметра микропроцессор учитывает силу нажатия на педаль газа (или открытие дросселя), обороты ДВС и показания других датчиков.

В некоторых автомобилях для улучшения работы системы охлаждения используется два вентилятора. Наличие дополнительного вращающегося элемента позволяет ускорять охлаждение теплообменника за счет большего потока прохладного воздуха. Управление такой системой также осуществляется блоком управления. В этом случае в микропроцессоре срабатывает больше алгоритмов. Благодаря этому электроника может не только менять скорость вращения лопастей, но и отключать один из вентиляторов или оба.

Также многие автомобили оснащены системой, в которой вентилятор некоторое время продолжает работать после выключения ДВС. Это необходимо, чтобы после интенсивной работы горячий мотор продолжал некоторое время охлаждаться. Когда мотор глушится, охлаждающая жидкость перестает циркулировать по системе, из-за чего температура в агрегате резко подскакивает, а теплообмен не выполняется.

Такое происходит крайне редко, но если мотор работал при максимальной температуре, и был заглушен, тосол может начать вскипеть и образовать воздушную пробку. Во избежание подобной нагрузки в некоторых машинах вентилятор продолжает нагнетать воздух на блок цилиндров. Этот процесс называется свободный выбег вентилятора.

Основные неисправности вентилятора радиатора

Несмотря на простую конструкцию и высокую надежность, вентиляторы системы охлаждения тоже выходят из строя, как и любой другой механизм в машине. Тому может быть много разных причин. Рассмотрим самые распространенные поломки и как их устранять.

Чаще всего водители сталкиваются со следующими неисправностями:

• Во время работы мотора (автомобиль длительное время стоит) принудительный обдув теплообменника не включается;
• Вентилятор срабатывает при более высоких температурах;
• Нагнетание воздуха на радиатор выполняется постоянно;
• Лопасти начинают вращаться намного раньше, чем охлаждающая жидкость достигнет необходимого нагрева;
• Вентилятор слишком часто включается, но лампочка перегрева мотора не срабатывает. В этом случае следует проверить, насколько загрязнились ячейки радиатора, так как воздух должен не просто поступать на поверхность теплообменника, а проходить сквозь него;
• Когда обдув радиатора включается, поток идет не в подкапотное пространство, а подается в обратном направлении. Причина такой работы в неправильной распиновке кабелей (нужно поменять местами полюсы электромотора);
• Облом или деформация лопасти. Прежде чем менять крыльчатку на новую, необходимо выяснить причину такой поломки. Иногда такое может происходить при неграмотной установке или монтаже вентилятора, не предназначенного для данной модели авто. В остальном поломка лопастей – последствия естественного износа материала.

Хотя все перечисленные «симптомы» нежелательны для должной работы силового агрегата, хуже всего, если вентилятор вообще не включается. Это так, потому что в данном случае перегрев мотора обеспечен. Если продолжать эксплуатировать его в режиме повышенных температур, он быстро выйдет из строя.

В случае срабатывания вентилятора при температуре, превышающей показатель в 80-85 градусов (чаще всего такое происходит после замены термодатчика), следует проверить, правильно ли подобран температурный датчик ОЖ. Существуют модификации для транспорта, эксплуатируемого в северных широтах. В этом случае устройство настроено на срабатывание при более высоких температурах.

Также к перегреву может привести неисправный термостат. Подробно об этом устройстве рассказывает здесь. В этом случае одна сторона системы охлаждения будет чрезмерно горячей, а другая – холодной.

Причиной поломки системы принудительного охлаждения (не связана с термостатом) может быть выход из строя одного из датчиков (если их несколько) температуры ОЖ, поломкой электродвигателя мотора или потеря контакта в электроцепи (например, сломалась жила провода, повредилась изоляция или окислился контакт). Вначале нужно провести визуальный осмотр электропроводки и контактов.

Отдельно стоит упомянуть нечасто встречающуюся проблему работающего вентилятора при холодном моторе. Эта проблема характерна для автомобилей, оснащенных системой кондиционирования салона.

Подробно о ней рассказывается в этом видео:

РАБОТАЕТ ВЕНТИЛЯТОР на ХОЛОДНОМ ДВИГАТЕЛЕ. ЧТО ДЕЛАТЬ. Для всех машин с КОНДИЦИОНЕРОМ.

Также систему можно протестировать следующими способами:

1. «Прозвонить» проводку при помощи тестера, мультиметра или «контрольки»;
2. На работоспособность электромотор можно проверить, если подключить его напрямую к аккумуляторной батарее. При этом важно соблюдать полярность. Если двигатель сработает, то проблема в проводах, плохом контакте или в температурном датчике;
3. Исправность датчика проверяется замыканием его проводов. Если при этом вентилятор включается, значит, термодатчик нужно заменить.

Стоит учесть, что для многих последних моделей автомобилей подобная диагностика недоступна из-за того, что проводка в них может быть хорошо спрятана, а добраться до датчика не всегда легко. Но если с вентилятором или одним из компонентов системы будут неполадки, электронный блок управления сразу выдаст ошибку. В большинстве случаев на панели приборов загорится значок мотора. Некоторые бортовые системы позволяют провести стандартную самодиагностику. О том, как можно вызвать соответствующее меню на экране бортового компьютера, читайте здесь. В противном случае нужно отправиться на компьютерную диагностику.

Что касается раннего срабатывания вентилятора, то часто это является симптомом неисправного термодатчика охлаждающей жидкости. Хотя под этим выводом не сможет подписаться каждый автомеханик, если двигатель нормально выходит на рабочую температуру, то не стоит переживать, что система включается раньше, чем нужно. Гораздо страшнее для ДВС его перегрев. Но если для водителя важно, чтобы автомобиль соответствовал экологическим стандартам, то данную проблему нужно решить, так как в холодном моторе воздушно-топливная смесь сгорает не так эффективно. Со временем это отрицательно скажется на катализаторе (о том, зачем он нужен в машине, читайте здесь).

Если двигатель вентилятора работает постоянно, это симптом вышедшего из строя датчика, но чаще такое происходит из-за «слипшихся» контактов в реле (или сгорела катушка электромагнитного элемента, если в машине используется данная модификация). Если сломается термостат, то зачастую радиатор будет холодным, и вентилятор не будет работать, даже при критичной температуре мотора. Такое происходит, когда термостат заклинило в закрытом положении. Если же он заблокировался в открытом состоянии, то холодный ДВС будет слишком долго выходить на рабочую температуру (охлаждающая жидкость сразу циркулирует по большому кругу, и мотор не нагревается).

Что делать, если вентилятор вышел из строя в поездке?

Нередко поломка вентилятора охлаждения происходит где-то в дороге. Если он перестал работать, то в городском режиме антифриз обязательно закипит. Вот парочка хитростей, которые могут помочь в этом случае:

• Во-первых, если поломка произошла на трассе, то в скоростном режиме легче обеспечить обдув теплообменника. Для этого достаточно двигаться со скоростью не ниже 60км/ч. В этом случае прохладный воздух в больших количествах будет поступать на радиатор. В принципе, на этом режиме вентилятор редко когда включается, поэтому система будет работать в штатном режиме.
• Во-вторых, отопительная система салона задействует тепловую энергию системы охлаждения, поэтому в экстренном режиме можно включить обогрев, чтобы задействовать радиатор отопителя. Конечно, летом ехать с включенным обогревом салона то еще удовольствие, зато двигатель не выйдет из строя.
• В-третьих, можно двигаться короткими «перебежками». Прежде чем стрелка температуры ОЖ достигнет максимального значения, останавливаемся, глушим двигатель, открываем капот и ждем, пока он немного остынет. Ни в коем случае при этой процедуре нельзя поливать агрегат холодной водой, чтобы не схлопотать трещину блока цилиндров или головки. Конечно, в таком режиме путешествие значительно затянется, но машина будет в целости.

Однако прежде чем выполнять подобные процедуры, следует проверить, почему вентилятор не включается. Если проблема в проводке или датчике, то ради экономии времени можно подключить электромотор напрямую к аккумулятору. Не стоит переживать, что батарея разрядится. Если генератор исправен, то пока ДВС работает, бортовая система запитывается от него. Подробней о работе генератора читайте отдельно.

Хотя во многих автомобилях замену нагнетателя воздуха можно выполнить самостоятельно, если автомобиль еще находится на гарантии, лучше воспользоваться услугами сервисного центра.

Вопросы и ответы:

Как называется вентилятор на двигателе? Вентилятор радиатора еще называется кулером. В некоторых автомобилях устанавливается двойной кулер (два независимых друг от друга вентилятора).

Когда должен включаться вентилятор в машине? Обычно он включается, когда машина долго стоит или находится в тянучке. Кулер включается, когда температура ОЖ превышает рабочий показатель.

Как работает автомобильный вентилятор? Во время работы мотор набирает температуру. Чтобы он не перегрелся, срабатывает датчик, который активирует привод вентилятора. В зависимости от модели авто вентилятор работать в разных режимах.

Как вентилятор охлаждает двигатель? Когда включается кулер, его лопасти либо всасывают прохладный воздух через теплообменник, либо нагнетают его на радиатор. Это ускоряет процесс теплообмена, и антифриз охлаждается.