Принцип работы вентилятора охлаждения двигателя: Подрубрика сайта: Система охлаждения двигателя

Содержание

принцип работы, преимущества и недостатки

Большинство автолюбителей знакомо лишь с традиционными типами двигателей с жидкостной СОД. А ведь существуют и моторы, где используется воздушное охлаждение двигателя, и это не только ЗАЗ 968. Давайте подробно рассмотрим устройство, принцип действия воздушной системы охлаждения, а также недостатки и преимущества такого решения. Эта информация будет полезна для каждого автолюбителя.

Назначение

В процессе работы ДВС температуры в камере сгорания могут достигать 2000 градусов. Если не будет надежной системы охлаждения, повысится расход масла и горючего. Перегрев приведет к быстрому износу и поломке двигателя.

Если мотор не будет достаточно прогреваться, это также будет на нем негативно сказываться. Если наблюдается переохлаждение, это грозит снижением мощности, интенсивным износу, повышенным расходом горючего.

Более того, в большинстве современных автомобилей, кроме основных задач, данная система выполняет и второстепенные функции. Первым делом это обеспечение работы отопителя. Также система призвана охлаждать не только сам двигатель, но и масло, жидкость в автоматической коробке передач. Иногда она действует и на дроссельный узел вместе с впускным коллектором.

В современной системе (будь то жидкостное или воздушное охлаждение двигателя) рассеивается до 35 процентов тепла, произведенного в результате горения топливо-воздушной смеси.

Устройство и принцип действия

В воздушной системе самым главным является воздушный поток. При помощи воздуха тепло отводится от камер сгорания, ГБЦ, масляных радиаторов. Система представляет собой вентилятор, охладительные ребра в цилиндрах и на ГБЦ. Также в устройстве имеется съемный кожух, дефлекторы и решение для контроля за работой системы. Вентилятор системы охлаждения двигателя оснащен сеткой для защиты лопастей от попадания посторонних предметов.

Дополнительные ребра позволяют увеличить площадь поверхности, которая контактирует с воздухом. За счет этого воздушное охлаждение двигателя эффективно справляется со своей задачей.

Поток воздуха при работе двигателя в принудительном порядке подается к мотору при помощи лопастей вентилятора – они преимущественно изготовлены из алюминия. Не нужно объяснять, наверное, почему включается вентилятора охлаждения на холодном двигателе. Воздушный поток проходит между ребрами, а затем равномерно разделяется за счет дефлекторов и проходит через все горячие детали двигателя. Таким образом, мотор не нагревается чрезмерно.

Вентилятор подает в систему охлаждения поток воздуха объемом 30 кубических метров в минуту. Этого достаточно для обеспечения нормальной работы мотора с невысокой мощностью и небольшим объемом.

Как устроен вентилятор?

Данный узел является основным в воздушном охлаждении двигателя. Главная деталь – это ротор вентилятора. Чтобы оптимизировать воздушный поток, форму и конструкцию элементов тщательно просчитали инженеры.

Вентилятор представляет собой направляющий диффузор и ротор, оснащенный восемью лопатками, расположенными радиально. Диффузор обладает своими лопастями – они имеют переменное сечение. Главная их задача – создать направленный воздушный поток. Они сделаны неподвижными и равномерно распределены по окружности.

Лопасти на направляющем аппарате призваны менять направление потока воздуха – воздушный поток движется в сторону, которая противоположна вращению ротора. Это повышает давление воздуха и улучшает охлаждение двигателя.

Вентилятор на ранних конструкциях приводился в движение от шкива коленчатого вала с помощью приводного ремня. Направляющее устройство неподвижно и закреплено на блоке двигателя. В более современных четырехтактных двигателях воздушного охлаждения вентилятор приводится в действия за счет электродвигателя. Но таких моделей мало.

Естественная система воздушного охлаждения

Это считается наиболее простым решением. На внешней поверхности блока двигателя установлены специальные ребра, через которые и отдается максимальное количество тепла. Данную систему можно встретить на мотоциклах, различных мопедах и скутерах, поршневых моторах самого разного назначения.

Преимущества

Главное среди всех прочих преимуществ воздушного охлаждения двигателя – это простота конструкции. В системе отсутствует помпа, радиатор, термостат, патрубки и хомуты, трубки подвода и оттока антифриза.

Второе важное преимущество – высокая ремонтопригодность. Например, в тракторных силовых агрегатах имеются индивидуальные цилиндры. Если случилась поломка, то при необходимости можно заменить цилиндр или устранить неисправность. В двигателях с жидкостным охлаждением в случае повреждения какого-либо из цилиндров придется менять блок полностью либо выпрессовывать гильзы.

Для примера не стоит далеко ходить. Возьмем двигатель Tatra T815. Это мотор с воздушным охлаждением. Головки блока здесь сделаны раздельными. В случае необходимости ремонта не нужно снимать ГБЦ полностью. Даже очень серьезные работы по ремонту можно производить без демонтажа блока двигателя.

Двигатели, оснащенные воздушным охлаждением, более ресурсные. Если в моторе с жидкостной системой повредятся патрубки или ослабятся хомуты, то агрегат эксплуатировать нельзя, так как охлаждающая жидкость уйдет. Также существует опасность выброса горячей жидкости из системы. Всех этих недостатков лишены воздушные системы.

Даже серьезные повреждения охлаждаемой поверхности на блоке двигателя или ГБЦ не смогут помешать дальнейшему использованию мотора. Это очень большой плюс. Кроме того, двигателю нужно значительно меньше времени для выхода в рабочий режим – нет необходимости в прогреве жидкости, что актуально зимой. Все это обуславливает значительно меньшие затраты на обслуживание и эксплуатацию подобных силовых агрегатов.

Недостатки

Не обошлось и без недостатков. Прежде чем приобрести авто, оснащенный подобной системой охлаждения, следует знать основные минусы данных решений.

Так, работа двигателя сопровождается непомерно громким шумом. Шум этот создает работающий вентилятор. Еще один минус – это размеры, так как мотор комплектуется обдувающими устройствами. Даже при современных темпах развития технологий, воздушные потоки неравномерно направлены, а значит, есть риск локальных перегревов. Двигатели такого типа очень чувствительны к качеству бензина, масла, предъявляются высокие требования к состоянию основных деталей в моторе.

Но автомобили с такой системой прочно заняли свое место в автомобилестроении. Этими силовыми агрегатами оснащают грузовые авто, есть несколько легковых моделей. На воздушном охлаждении работает сельскохозяйственная и военная техника, некоторые дизельные двигатели.

Популярные мифы

Первым известным автомобилем с воздушным охлаждением был «Запорожец». Он полностью подорвал доверие отечественного водителя к такой системе. Часто автовладельцы жаловались на сильные перегревы, недостаточную мощность и частые выходы из строя. При этом немецкий «Жук» с примерно такой же системой пользовался большой популярностью, спрос на него был очень хороший.

Давайте, основываясь на характеристиках немецкого автопрома, подробно рассмотрим и разрушим популярные мифы, которые преследуют двигатели такой конструкции.

ДВО проигрывает жидкостной системе за счет перегревов

Это не истина в последней инстанции. На самом деле температурные характеристики, наоборот, следует считать преимуществом. Естественно, за счет пониженной теплопроводности воздух просто не сможет так быстро отводить тепло, как в системах с антифризом.

Но разница между температурой на цилиндрах и температурой внешних сред значительно больше, чем между жидкостью и стенками блока и ГБЦ. Погода в меньшей степени способна влиять на температурный режим охлаждения. Двигатели с жидкостной системой имеют повышенный риск перегрева летом. Особенно это актуально в жаркий знойный день. Также владельцы могут столкнуться с проблемой, почему включается вентилятор охлаждения на холодном двигателе. В «воздушниках» такого нет.

Габариты

Выше среди недостатков мы выделили пункт о габаритах. Если сравнить между собой размеры моторов с разными типами охлаждения и прочими одинаковыми характеристиками, то преимущество все равно будет за «воздушником».

Даже несмотря на то, что вентилятор и дефлектор – это достаточно громоздкие устройства, параметры «воздушника» меньше, чем в варианте с жидкостным охлаждением.

Кроме того, для размещения традиционной водяной системы нужно больше пространства под капотом, чтобы разместить дополнительное оборудование. На кузове установлен немаленький радиатор с вентилятором. Немало места занимают шланги и патрубки.

«Воздушники» проигрывают в надежности

Статистика показывает, что в одном из пяти случаев отказа мотора виной является жидкостное охлаждение. Причина здесь в следующих деталях – термостат, радиатор, помпа. Даже самый современный двигатель воздушного охлаждения Tatra образца 89 года более надежен, чем мотор нового «Поло-Седан» или «Соляриса».

Что же касается «воздушников», то вероятность поломки значительно ниже, так как конструкция намного проще – только вентилятор и дефлектор.

«Воздушники» громкие

А вот это правда. Но даже огромный самосвал «Татра» не ревет, мотор просто более шумный. В особенностях конструкции не предусмотрено каких-либо эффективных звукопоглощающих систем. В жидкостных двигателях такие системы есть. Кроме того, шум усиливается за счет прохождения воздушных потоков через ребра цилиндров и головок.

Типичные неисправности

При всей надежности воздушных систем, поломки случаются и здесь. Одна из популярных неисправностей – это электроника. В системе имеется датчик температуры. Для тех, кто не знает, где находится датчик температуры двигателя: он расположен в масляном поддоне. В результате завышенных показаний данного датчика система может дать сбой.

Если на панели приборов загорелась лампа неисправности, то чаще всего причина заключается в обрыве ремня. Реже всего диагностируются проблемы, связанные с термостатом.

Особенности выбора масла

Есть мнение, что нужно использовать специальное масло для двигателей с воздушным охлаждением. И это так. Дело в том, что температура нагрузки на детали поршневой группы в двигателях с воздушным охлаждением значительно выше, чем у агрегатов с водяным.

В основе этих специальных масел чаще всего лежат полиальфаолефиновые масла грубой очистки на базе минеральной или синтетической природы. К этому комплексу применен комплект присадок, обеспечивающих надежную защиту двигателя, противостоящих залеганию колец, улучшающих энергосбережение. В любых маслах уже имеются добавки, которые эффективно защищают агрегат от заклинивания за счет устойчивой базовой формулы.

О ремонте и обслуживании

Для эксплуатации данных двигателей владелец должен немного понимать принцип работы системы и знать, где находится датчик температуры двигателя. В остальном, это надежная охлаждающая система, аналогов по простоте устройства которой нет. Не нужно раз в два года менять антифриз, не нужно использовать герметик для устранения течей, периодически менять помпу. И таких «не нужно» достаточно много.

Заключение

Итак, мы выяснили, что собой представляет двигатель с воздушным охлаждением. Как видите, это весьма надежные агрегаты. Однако, как показывает статистика, серийных авто с такими ДВС очень мало. В большинстве автопроизводители практикуют классическое жидкостное охлаждение двигателя. Воздушное можно встретить разве что на некоторых грузовиках и на скутерах.

Система охлаждения двигателя автомобиля

Внимание
Система охлаждения двигателя выполняет одну из самых важных функций в ДВС, поэтому выход из строя всей системы или какого-либо элемента может привести к перегреву и выходу из строя двигателя. Движение и эксплуатация транспортного средства с неисправной системой охлаждения нежелательна или запрещена.

Назначение и действие системы охлаждения


Рисунок 4.31 Принципиальная схема системы охлаждения двигателя.

Система охлаждения служит для принудительного отвода тепла от цилиндров двигателя и передачи его окружающему воздуху. Необходимость в системе охлаждения вызвана тем, что детали двигателя, соприкасающиеся с раскаленными газами, при работе сильно нагреваются. Если не охлаждать внутренние детали двигателя, то вследствие перегрева может произойти выгорание слоя смазки между деталями и заедание движущихся деталей вследствие чрезмерного их расширения.

Системы охлаждения практически всех современных автомобилей не отличаются друг от друга. Принципиальная, обобщенная схема работы системы охлаждения приведена на рисунке 4.31, где красным цветом отмечена жидкость нагретая от деталей двигателя и синим – охлажденная в радиаторе системы.

В систему водяного охлаждения с принудительной циркуляцией жидкости входят водяные рубашки соответственно головки и блока цилиндров (о рубашках мы писали выше, изучая одноцилиндровый двигатель), радиатор, нижний и верхний соединительные патрубки со шлангами и водяной насос с водораспределительной трубой, вентилятор и термостат.

При работе двигателя, приводимый от него в действие водяной насос (он же —помпа) создает круговую циркуляцию воды через водяную рубашку, патрубки и радиатор. По водораспределительной трубе вода в первую очередь направляется к наиболее нагреваемым местам блока. Проходя по водяной рубашке блока и головки, вода омывает стенки цилиндров и камер сгорания, охлаждая двигатель. Нагретая вода по верхнему патрубку поступает в радиатор, где, разветвляясь по трубкам на тонкие струйки, охлаждается воздухом, который просачивается мимо трубок под действием тяги, создаваемой вращающимися лопастями вентилятора. Охлажденная вода вновь поступает в водяную рубашку двигателя.


Рисунок 4.32 Схема системы охлаждения.

Основные элементы системы охлаждения

 Радиатор


Рисунок 4.33 Радиатор.

Представляет собой набор тонких трубок, на которые нанизаны тонкие пластины для увеличения площади поверхности, предназначенной для отвода тепла. Вся работа радиатора заключается в том, чтобы охлаждать жидкость, которая циркулирует в его трубках.

На рисунке 4.34 приведен пример участка радиатора с различными вариантами исполнения.


Рисунок 4.34 Варианты исполнения радиатора системы охлаждения.

На верхней и нижней частях радиатора могут быть бачки, к которым подсоединены верхний и нижний патрубки системы охлаждения соответственно. Если есть бачки, то в верхнем, обычно расположена горловина для заливания охлаждающей жидкости. Если бачков нет, то горловина располагается прямо на радиаторе.

Для лучшего охлаждения жидкости трубки делают плоскими и располагают рядами в шахматном порядке. Поперек трубок установлены в большом количестве тонкие латунные пластины, называемые охлаждающими ребрами, которые увеличивают поверхность охлаждения сердцевины и способствуют более интенсивной отдаче тепла от воды воздуху, проходящему через сердцевину.

В системе охлаждения закрытого типа горловину радиатора плотно закрывают специальной пробкой с двойным паровоздушным клапаном (смотрите рисунок 4.35). Воздушный клапан пробки нагружен слабой пружиной и пропускает внутрь радиатора атмосферный воздух, устраняя возможность возникновения в бачке радиатора разрежения, появляющегося при конденсации паров воды. Паровой клапан нагружен более сильной пружиной и открывается для выпуска пара только тогда, когда давление в радиаторе превышает атмосферное и доходит до 1,28—1,38 кг/см2.


Рисунок 4.35 Крышка радиатора.

 Водяной насос

Водяной насос (он же помпа) заставляет охлаждающую жидкость циркулировать по системе. Тип насоса – центробежный. Вращается насос при помощи приводного ремня, установленного на шкив коленчатого вала.

Насос представляет собой довольно простую конструкцию: вал, на одном конце которого установлена крыльчатка (показана на рисунке 4.36), а на втором – шкив для приводного ремня. Вал опирается на подшипник, установленный в крышке помпы. Зачастую корпусом для насоса служит полость или прилив в блоке цилиндров. Вода по подводящему патрубку поступает внутрь корпуса и подводится к центру вращающейся крыльчатки. При этом вода увлекается крыльчаткой, приобретает вращательное движение, под действием центробежной силы отбрасывается к стенкам корпуса и через выходной канал под напором поступает в водяную рубашку двигателя.


Рисунок 4.36 Водяной насос. Крыльчатка.

 Вентилятор

В былые времена вентилятор устанавливался на одной оси с валом водяного насоса, жестко крепился к приводному шкиву и гнал воздух для дополнительного охлаждения радиатора постоянно, пока работал двигатель, так как привод был от коленчатого вала. Летом это, может, и хорошо, а вот зимой, когда температуры окружающего воздуха и так достаточно для охлаждения, дополнительное охлаждение не на пользу. Так же при движении на автомобиле летом, когда часто приходится стоять в пробках, а двигателю работать на низких оборотах, охлаждение будет недостаточное ввиду отсутствия нормального потока воздуха от вентилятора.

Примечание
Здесь стоит отметить важность определенного (довольно узкого) диапазона рабочей температуры двигателя вне зависимости от времени года или нагрузки при работе. Как вывод: перегрев плохо, но и переохлаждение далеко не на пользу.

Но прогресс не стоял и не стоит на месте, потому, поняв, что в постоянно «включенном» вентиляторе пользы ни зимой, ни летом нет, решили установить вентилятор с электромотором, который включается по команде датчика температуры. Удобно – автомобиль быстро прогревается, а при достижении определенной температуры, начинает работать электровентилятор. В современных автомобилях у электровентилятора еще и два режима работы: быстрый и медленный. Управляет этим электроника.

Но есть и еще один способ заставить без электроники работать вентилятор в заданных режимах работы – установить вяскостную муфту. Эта муфта приводится во вращения ремнем от шкива коленчатого вала. Вентилятор «сидит» на оси и при отсутствии надобности в нем не вращается. Как только возникает необходимость в охлаждении, муфта срабатывает и вентилятор начинает вращаться, как бы соединяясь через приводной ремень с коленчатым валом.

 Термостат

Термостат — это клапан, установленный в корпус, который открывается при прогреве охлаждающей жидкости до нормальной рабочей температуры. Пример устройства и работы термостата приведен на рисунке 4.37. Система охлаждения двигателя устроена так, что имеет два круга обращения – малый и большой. Когда клапан термостата закрыт, охлаждающая жидкость при помощи водяного насоса циркулирует только в пределах головки и блока цилиндров, таким образом она быстро прогревается (малый круг). По мере прогрева охлаждающей жидкости, в частности, и двигателя в целом, начинает открываться клапан термостата, пуская охлаждающую жидкость циркулировать через радиатор – большой круг.

Примечание
При чрезмерном перегреве охлаждающей жидкости мощность двигателя и его экономичность снижаются. Если же охлаждающая жидкость, а следовательно, и двигатель, не прогреваются, то увеличивается конденсация топлива, вызывающая смывание смазки со стенок цилиндров и разжижение ее в картере, а также возрастают тепловые потери, что ведет к снижению мощности двигателя и увеличению расхода топлива.


Рисунок 4.37 Работа термостата.

Обзор основных типов привода крыльчатки системы охлаждения дорожных машин (Часть 1)

А. Платонов, фото «ДСТ-Урал»

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.

Пропорциональное управление вентилятором охлаждения двигателя автомобиля

Предлагаемое устройство позволяет перейти от релейного принципа управления вентилятором системы охлаждения двига­теля «температура выше нормы — включён, ниже нормывыключен» к более, по мнению автора, благоприятному для дви­гателя пропорциональному управлению. Теперь с ростом темпе­ратуры охлаждающей жидкости частота вращения ротора венти­лятора линейно увеличивается.

Сегодня во многих автомобильных двигателях вентилятор охлаждения имеет электрический привод, но управ­ляют им в большинстве случаев по релейному принципу. Такое управление имеет только одно достоинство — прос­тоту реализации. Достаточно иметь дат­чик температуры с контактным выходом, непосредственно или через промежу­точное реле управляющий электро­двигателем вентилятора.

Основной недостаток этого метода — резкое снижение температуры охлаж­дающей жидкости на выходе радиатора после включения вентилятора. Работа­ющий на полную мощность вентилятор понижает температуру охлаждающей жидкости на выходе радиатора на 15…25°С и более. Поступая в рубашку охлаждения двигателя, существенно охлаждённая жидкость наносит термо­удар по горячим поверхностям, что негативно сказывается на работе двига­теля. Для его комфортной работы тем­пературу охлаждающей жидкости жела­тельно поддерживать близкой к опти­мальной, рекомендуемой заводом-изготовителем, а резкие скачки темпера­туры (термоудары) должны быть исклю­чены в принципе.

На части автомобилей, имеющих механический привод вентилятора ох­лаждения, это достигнуто соединением вентилятора с коленчатым валом двига­теля через вискомуфту. Она изменяет передаваемый на вал вентилятора кру­тящий момент в зависимости от темпе­ратуры охлаждающей жидкости. Это стабилизирует температурный режим.

Предлагаемое устройство представ­ляет собой электронный аналог вискомуфты для вентилятора с электриче­ским приводом. Оно автоматически регулирует частоту его вращения в зависимости от температуры охлаж­дающей жидкости.

Устройство работает от бортсети автомобиля при напряжении в ней 10… 18 В и может управлять вентилято­ром с максимальным потребляемым током до 20 А или до 30 А при условии увеличения площади теплоотвода си­ловых элементов. Собственное по­требление тока устройством не превы­шает нескольких миллиампер. Значе­ния температуры включения вентиля­тора с минимальной частотой враще­ния и температуры, при которой часто­та вращения вентилятора достигает максимума, задают с дискретностью 0,1 °С при программировании микро­контроллера.

При отказе датчика температуры ох­лаждающей жидкости устройство пере­ходит в аварийный режим, позволяю­щий безопасно для двигателя доехать до ремонтной мастерской.

Схема устройства изображена на рис. 1. Измеряет температуру цифро­вой датчик DS181B20 (ВК1). Применение этого датчика позволяет отказаться от калибровки изготовленного устройства и улучшает его повторяемость.

Не включается вентилятор радиатора автомобиля

Тестирование неисправной цепи вентилятора охлаждения может быть сложным время от времени.

Проблемы с охлаждающим вентилятором могут быть трудно диагностируемы, в зависимости от модели вашего автомобиля и типа неисправности. Тем не менее, вы можете избежать путаницы, используя план устранения неполадок.

Если ваш электрический вентилятор радиатора не включается после того, как двигатель достигает рабочей температуры — ключ здесь — это рабочая температура (подробнее об этом позже) — вы можете поспорить, что что-то не так с самим вентилятором, схемой или одним из их его компонентов.

Это руководство проведет вас через некоторые из наиболее распространенных проблем с  вентилятором автомобиля, чтобы помочь вам устранить неполадки и определить проблему, когда он отказывается работать или работает с перебоями.

На старых моделях транспортных средств схема проста, и у вас могут не возникать проблемы с поиском рабочих компонентов или самой неисправностью.

Современные транспортные средства используют электронный модуль управления (автомобильный компьютер ECM), модуль управления трансмиссией (PCM) или выделенный модуль управления (или оба) для управления работой вентилятора радиатора, и иногда может быть немного сложнее устранить неполадки.

Таким образом, для более новых моделей автомобилей полезно иметь руководство по ремонту для конкретной марки и модели, особенно с довольно свежими моделями. Руководство объясняет работу системы охлаждения, работу вашего охлаждающего вентилятора, а также показания датчиков или переключателей вашего автомобильного компьютера для управления им. Кроме того, руководство может помочь вам найти датчики, реле, переключатели и провода цепи при необходимости.

Если ваш двигатель перегревается и вы подозреваете проблемы с охлаждающим вентилятором, это руководство дает вам важные советы по устранению неполадок, а также шаги по диагностике наиболее распространенных отказов, которые вы, вероятно, встретите на своем автомобиле.

Прежде чем приступить к выполнению необходимых действий по устранению неисправностей в вашем автомобиле, приведем краткое описание его работы.

В этой статье:

Работа

Устранение неисправностей 

  1. Ваш охлаждающий вентилятор действительно неисправен
  2. Как проверить двигатель вентилятора охлаждения
  3. Проверка проводов, разъемов и связанных компонентов
  4. Проверка переключателя температуры 
  5. Тестирование реле

Охлаждающий вентилятор помогает контролировать температуру двигателя и других компонентов в моторном отсеке.

Как работает

Если в вашей системе охлаждения используется электрический вентилятор, скорее всего, у вас установлен поперечный (сбоку) двигатель. Тем не менее, некоторые продольные (спереди назад) двигатели также используют электрический, но обычно у них есть охлаждающий вентилятор с приводом от двигателя.

Электрический вентилятор охлаждения использует электрический двигатель постоянного тока (DC) с термовыключателем, модулем или компьютерным управлением, чтобы включать или выключать его, в зависимости от температуры охлаждающей жидкости или условий работы переменного тока.

В старых цепях термостатический выключатель подключается к аккумулятору с одной стороны и к двигателю вентилятора с другой. Тем не менее, на большинстве моделей 90-х и новее управление передавалось на автомобильный компьютер или выделенный модуль. Например, когда температура охлаждающей жидкости изменяется, термопереключатель сообщает об этом изменении компьютеру через сигнал напряжения, который компьютер или модуль использует для активации охлаждения через реле вентилятора.

Электрический охлаждающий вентилятор не только помогает экономить энергию, работая только тогда, когда системе необходимо отводить избыточное тепло от двигателя, но также помогает защитить другие чувствительные цепи и электронные компоненты от теплового повреждения. В зимние месяцы ваш радиатор экономит еще больше энергии, когда через радиатор на шоссе проходит достаточно прохладного воздуха.

Даже если у вашего охлаждения нет сложной схемы, вам все равно нужно знать, где искать, когда он работает не так, как ожидалось. Далее приведены некоторые ключевые моменты, которые необходимо проверить при диагностике проблем с электрическим вентилятором охлаждения.

Некоторые способы устранения неполадок

  1. Если вы считаете, что охлаждающий вентилятор не работает и при этом ваш датчик температуры показывает перегрев, откройте капот, запустите двигатель и дайте ему поработать на холостом ходу в течение 15–20 минут. Если он включается, возможно, у вас неисправный датчик температуры. 2.Переключатель температуры охлаждающего вентилятора (или датчик в некоторых автомобилях) также может застрять, что может привести к тому что он постоянно работает в любое время, когда вы включаете ключ зажигания или запускаете двигатель. Устранить неисправность коммутатора.3. Не включается вентилятор радиатора причина тому то, что на некоторых современных транспортных средствах датчик температуры окружающего воздуха, датчик скорости транспортного средства и другие датчики могут обеспечивать ввод данных в автомобильный компьютер для определения работы вентилятора радиатора. Обратитесь к руководству по ремонту вашего автомобиля, чтобы проверить необходимые датчики и переключатели.

Предупреждение

На прогретом двигателе вентилятор может включиться, даже если двигатель не работает. При работе с горячим двигателем или работающим двигателем держите руки и инструменты подальше от лопастей и движущихся компонентов.

Устранение неисправностей

Устранение неполадок, связанных с неработающим охлаждающим вентилятором, может быть довольно простой задачей. Обычно проблема заключается в самом двигателе, термовыключателе, реле, проводе или (реже) компьютере или самом модуле.

  1. Действительно ли неисправен охлаждающий

На многих современных автомобилях, если вы хотите проверить, работает ли ваш охлаждающий вентилятор, вы можете запустить двигатель и дать ему поработать на холостом ходу. Установите для кондиционера значение MAX и включите его. Охлаждающий вентилятор должен включиться немедленно или в течение следующих нескольких минут. На более старых моделях автомобилей подождите около 15–20 минут, чтобы двигатель достиг рабочей температуры. Затем он должен включиться.

  • Если он включается, когда переменный ток работает на MAX, но не работает, когда двигатель горячий, проверьте датчик температуры или переключатель, который посылает сигнал на компьютер или модуль для работы вентилятора. На современных автомобилях плохой датчик обычно вызывает свечение значка Check Engine на панели приборов. При необходимости проверьте компьютер на наличие кодов неисправности.
  • Если он не включается, сначала проверьте, не перегорел ли предохранитель или не сработал ли предохранитель. На старых моделях транспортных средств у вас может быть плавкий предохранитель. Это кусок проволоки внутри изолированного резинового блока. Вы не пропустите это. Возьмите концы плавкой вставки и попытайтесь ее растянуть. Если он растягивается, связь может быть нарушена. Замени это.

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ. Если перегорел предохранитель или плавкая вставка или сработал прерыватель, возможно, сам двигатель вентилятора неисправен и может и дальше вызывать перегорание предохранителей – например, из-за короткого замыкание в обмотке самого двигателя вентилятора. Замените плавкий предохранитель или плавкую вставку, или перезапустите автоматический выключатель и снова проверьте двигатель вентилятора. Если возникает та же проблема, и нет провода, вызывающего короткое замыкание, замените двигатель вентилятора.

ПРИМЕЧАНИЕ: если охлаждающий вентилятор не включается при работе двигателя в течение 20 минут или более, убедитесь, что охлаждающая жидкость достигает рабочей температуры, около 220 ° F (104 ° C).  Вы можете иметь дело с закрытым термостатом. Проверьте температуру блока цилиндров и бака радиатора (который соединяется с двигателем с помощью верхнего шланга радиатора) с помощью кухонного термометра, убедитесь, что температура двигателя достигает примерно 220 ° F (104 ° C) и температура бака радиатора соответственно повышается (это означает, что горячая охлаждающая жидкость передается в радиатор). Если температура остается довольно стабильной около 200 ° F (93 ° C) или ниже, температурный выключатель или датчик могут не вызвать включение вентилятора радиатора.

Как проверить

Если он не включается, вы все равно можете проверить его, подсоединив к нему прямое питание от батареи (во время работы и проведения испытаний вблизи лопастей, всегда держитесь подальше и держите инструменты подальше тоже).

1. Отсоедините разъем проводки вентилятора. Внимательно осмотрите разъем на наличие коррозии или повреждений. При необходимости используйте очиститель электрических контактов для очистки разъема. Убедитесь, что провода надежно прикреплены к разъему и не повреждены.

2. Посмотрите на полярность проводов, ведущих к нему, определите мощность и массу (обычно черный провод).

3. С помощью проводов подключите отрицательную клемму аккумулятора к стороне заземления разъема вентилятора, а положительную клемму аккумулятора — к другому проводу. На некоторых автомобилях разъем вентилятора поставляется с тремя клеммами, две для питания (высокая и низкая скорость, проверьте оба) и другая для заземления. Или у вас может быть четырехпроводной терминал (высокая и низкая скорость и два заземления, тестируйте каждую пару отдельно). Обратитесь к руководству по ремонту вашего автомобиля, чтобы определить каждый провод, если это необходимо.

4. После подключения вентилятора к аккумулятору он должен начать работать.

  • Если он не работает от батареи, проверьте клемму, которая подключается к разъему вентилятора радиатора. Ищите коррозию и повреждение. Затем проверьте входное напряжение на терминале с помощью цифрового мультиметра (DMM). При работающем двигателе и при рабочей температуре прикоснитесь к положительной клемме и заземлению соответствующими мультиметровыми датчиками, вы должны получить рабочее напряжение (около 14 В), указывающее, что вентилятор должен работать. Если ваш тест подтвердит входящую мощность, замените двигатель вентилятора.
  • Проверьте на наличие перегоревших предохранителей или размыкателя цепи. Если вы обнаружите перегоревший предохранитель или сработавший прерыватель, возможно, двигатель вентилятора будет тянуть слишком большое напряжение, что приведет к неисправности. Проверьте на наличие короткого замыкания или замените двигатель.
  • Если он вообще не включается, работает шумно или работает на ненормально низкой скорости, замените двигатель вентилятора.

Тем не менее, на некоторых моделях транспортных средств вы можете отсоединить однопроводной соединитель от переключателя температуры охлаждающей жидкости, чтобы включить вентилятор охлаждения, или заземлить провод с помощью перемычки во время движения автомобиля. Просто имейте в виду, что ваш компьютер может установить код неисправности для неисправного температурного переключателя

Видео в нижней части этого поста дает вам наглядное руководство по устранению неполадок датчика температуры и двигателя вентилятора.

  1. Проверка проводов, разъемов и связанных компонентов

Если двигатель охлаждения и предохранители, прерыватели или плавкие вставки находятся в рабочем состоянии, пришло время проверить цепь и связанные с ней компоненты. Возможно, вам придется обратиться к руководству по ремонту вашего автомобиля, чтобы найти компоненты и провода в цепи.

Попробуйте подключить провода вентилятора к реле температуры охлаждающей жидкости или реле вентилятора охлаждения на современных автомобилях.  Внимательно осмотрите провода на предмет порезов или повреждений.

  1. Проверка переключателя температуры охлаждающего вентилятора

Обратитесь к руководству по ремонту вашего автомобиля, чтобы найти переключатель, если это необходимо. На большинстве современных транспортных средств (в конце 90-х и новее) вы ищете коммутатор, который подключается к вашему автомобильному компьютеру (компьютер силовой передачи), поскольку может быть более одного коммутатора.

Вы можете проверить переключатель температуры охлаждающего вентилятора с помощью контрольной лампы.

1. Подключите контрольную лампу к заземлению аккумулятора.

2. Запустите двигатель и дайте ему поработать на холостом ходу, а затем проверьте контакты разъема с помощью контрольной лампы. Один из них должен включить контрольную лампу.

3. Дождитесь, пока двигатель достигнет рабочей температуры.

4. Теперь подключите другой провод к разъему.  Ваш контрольный свет должен загореться. В противном случае переключатель не работает.

ПРИМЕЧАНИЕ. Если в руководстве по ремонту вашего автомобиля приведены значения сопротивления в холодном и горячем виде для вашего температурного переключателя, вы можете проверить его с помощью цифрового мультиметра. Проверьте сопротивление переключателя при холодном двигателе и после холостого хода двигателя в течение 15 минут. Заглушите двигатель и проверьте снова. Сравните значения с теми, что указаны в вашем руководстве. Если у вас нет холодных и горячих значений для вашего коммутатора, вы все равно можете проверить коммутатор и сравнить разницу в значениях. Это скажет вам, что коммутатор все еще работает как-то.

Кроме того, на более новых автомобилях датчик температуры охлаждающей жидкости управляет кондиционером и вентилятором охлаждения. Если в руководстве по ремонту вашего автомобиля приведены значения Ом в холодном и горячем состоянии, используйте вольтметр для проверки датчика температуры, если это необходимо.  Если у вас нет значений сопротивления датчика, но вы заметили, что в холодных и горячих омах практически не меняется, замените датчик.

Проверьте работу реле вентилятора.

  1. Проверка реле охлаждающего вентилятора
  • Самый простой способ узнать, вызывает ли ваше реле неисправность, — заменить его на другое реле в вашем автомобиле, которое, как вы знаете, работает нормально. Посмотрите на силовой центр под капотом для подобного реле, которое не помешает правильной работе вашего двигателя, если поменять местами, как реле окна или стеклоочистителя.
  • Если вы не можете найти подходящее реле, вы все равно можете проверить его. Продолжайте и прочитайте шаги, описанные в разделе как проверить реле топливного насоса. Шаги одинаковы для вашего реле. Большинство реле поставляются в одной из трех разных конфигураций. Удостоверьтесь, что правильно идентифицировали клеммы контактов на вашем реле. См. Схему, напечатанную на самом реле, или обратитесь к схеме в руководстве по ремонту вашего автомобиля, если это необходимо. Схема поможет вам также при проверке контура охлаждения вентилятора.
  • Если при замене реле вентилятор охлаждения по-прежнему не работает, убедитесь, что реле получает питание от компьютера.
  • Обратитесь к руководству по ремонту, чтобы определить провод, который передает питание на реле. Обычно на реле подается питание, даже если двигатель выключен. Вы можете использовать контрольную лампу для проверки мощности здесь. Подсоедините провод контрольной лампы к надежному заземлению и проверьте клемму питания на гнезде реле. При необходимости поверните ключ зажигания в положение «Вкл». Контрольная лампа должна загореться. Если нет питания, возможно, к неисправному проводу питания подключен плавкий разъем, или компьютер не передает питание на реле. Обратитесь к схеме в вашем руководстве по ремонту, чтобы проследить за проводом и при необходимости продолжать проверять напряжение.
  • Если реле работает, проверьте провод (ы) и разъем вентилятора на наличие повреждений.

При проверке на наличие проблем с охлаждающим вентилятором современный автомобиль может представлять проблему.  Многие современные модели автомобилей имеют гораздо более сложный контур охлаждающего вентилятора, чем описанные здесь. Обратитесь к руководству по ремонту вашего автомобиля, чтобы найти провода, компоненты и модули, если это необходимо. Тем не менее, в некоторых случаях вам необходимо выполнить диагностику с помощью профессионального диагностического прибора, чтобы проверить значения напряжения и входные мощности вентилятора охлаждения, чтобы определить причину проблемы.

Как работают вентиляторы радиатора автомобильного двигателя

Электрические вентиляторы охлаждения

Осмотр вентилятора

Для проверки состояния муфты вентилятора двигатель должен быть "ВЫКЛЮЧЕН". Осмотрите сцепление на наличие утечек в передней или задней части агрегата (входной вал и контроль температуры растяжная пружина.) При обнаружении утечки муфта вентилятора вышла из строя и требует замены. Затем возьмите лопасть вентилятора и поверните ее, лопасть вентилятора должна «раскрутиться», если вы не может повернуть лопасть вентилятора, муфта заблокирована или наблюдается чрезмерный люфт требуется замена.Электродвигатель вентилятора также должен "свободно вращаться", если сопротивление наблюдается отказ двигателя вентилятора и требуется его замена.

Вентилятор сцепления может выйти из строя одним из двух способов: он может заблокировать вентилятор на сцеплении. вызывая плохой пробег, производя жужжание звук, как будто рядом с вами взлетает самолет. Или силиконовая смазка может начинают протекать, из-за чего муфта вентилятора не блокируется, позволяя вентилятору "свободно вращаться", не втягивать воздух через радиатор при необходимости.Чтобы проверить это условие двигатель должен быть выключен, проверьте муфту вентилятора на герметичность спереди или сзади блока (входной вал и пружина расширения с регулируемой температурой). Если утечка муфта вентилятора вышла из строя и требует замены. Далее берем лопасть вентилятора и поверните его, лопасть вентилятора должна освободиться, если вы не можете повернуть лопасть вентилятора, сцепление заблокировано и требует замены.

Полезная информация

Вентилятор охлаждения двигателя предназначен для перемещения воздуха через радиатор, когда автомобиль движется с меньшей скоростью или остановился.Этот воздушный поток отводит тепло от охлаждающей жидкости. создается двигателем, использующим радиатор в качестве проводника. Вентилятор охлаждения двигателя температура регулируется, чтобы работать только при необходимости. Все двигатели имеют предпочтительный режим работы температура и необходимость прогрева для работы с максимальной эффективностью. Температура выше нормальное состояние, даже на короткое время, может привести к выходу из строя внутренних деталей двигателя.

СПОНСОРНЫЕ ССЫЛКИ

Иногда слышен звук вентилятора после выключения двигателя. это нормально и выполняется для снижения температуры двигателя до приемлемого уровня.Как правило, электрические вентиляторы активируются вскоре после включения кондиционера, это делается для отвода лишнего тепла, производимого в конденсаторе, пока кондиционер находится в эксплуатации.

Вентиляторы охлаждения двигателя регулируются по температуре и работают только при необходимости. Все двигатели иметь предпочтительную рабочую температуру, которая требует периода прогрева для работы при максимальной эффективности. Температуры выше нормы могут вызвать повреждение внутренних деталей двигателя. потерпеть поражение.Если вентилятор охлаждения не работает, охлаждающая жидкость двигателя сохраняет тепло, заставляя двигатель работать горячим и в конечном итоге перегрев.

История

Первый вентилятор с муфтой сцепления был разработан в конце 1960-х годов и находился в серийном производстве. к началу 1970-х гг. Этот вентилятор со сцеплением был разработан для экономии энергии и снижения выбросов. Перед вентилятором сцепления в двигателе использовался фиксированный вентилятор, который прикручен к двигателю. Такой прямой вентилятор не только неэффективен, лишний шум, что было нежелательно.Вентилятор сцепления может отключаться, когда не используется, что позволяет двигателю работать более эффективно, снижая шум вентилятора.

Как работает вентилятор охлаждения процессора? | Small Business

Центральный процессор - это мозг любой компьютерной системы, выполняющий миллионы вычислений каждую секунду. Однако вся эта компьютерная мощность выделяет тепло - достаточно, чтобы вывести из строя хрупкую электронику. Вентилятор охлаждения процессора необходим для отвода этого тепла, а техническое обслуживание систем охлаждения вашего компьютера может продлить срок их службы и снизить вероятность повреждения важных бизнес-систем.

Конвекция

Основным термодинамическим принципом охлаждения ЦП является конвекция. Горячий объект передает часть этого тепла молекулам воздуха у своей поверхности, слегка охлаждая при этом. Если воздух движется, эти нагретые молекулы улетят, позволяя более холодному воздуху заменить их и поглотить больше тепла. Использование вентилятора заставляет воздух двигаться, обеспечивая постоянный поток более холодного воздуха для поглощения тепла от объекта и значительно увеличивая скорость охлаждения.

Радиаторы

Простого пропускания воздуха над ЦП будет недостаточно для его охлаждения из-за высоких температур, которых могут достигать эти микросхемы. Радиатор - это блок из алюминия или другого металла, предназначенный для отвода тепла. Нижняя часть радиатора плоская, чтобы обеспечить максимальный контакт с процессором, а верхняя поверхность содержит несколько узких ребер с воздушными каналами между ними. Это значительно увеличивает площадь поверхности, доступную для конвективного охлаждения, и увеличивает количество тепла, которое вентилятор ЦП может рассеять, продувая воздух через эти каналы.

Переменная скорость

Большинство современных вентиляторов ЦП имеют регулировку скорости. Датчики на материнской плате отслеживают температуру процессора во время работы компьютера и направляют вентилятор на ускорение или замедление в зависимости от активности и нагрузки. В зависимости от производителя вашего процессора и кулера, вентилятор может останавливаться во время простоя, раскручиваясь только при интенсивных вычислениях. Вы должны услышать, как ваш вентилятор вращается при запуске графически насыщенных программ, таких как инструменты автоматизированного проектирования или программы рендеринга видео.Если вы слышите, как вентилятор ЦП работает на высокой скорости, когда компьютер выполняет менее интенсивные задачи, такие как вычисления электронных таблиц или обработка текста, это может указывать на проблему или вредоносное вредоносное ПО, запущенное в вашей системе.

Эффективность охлаждения

Чтобы вентилятор охлаждения процессора работал с максимальной эффективностью, выполните несколько шагов. Вы должны регулярно чистить вентилятор и радиатор с помощью пылесоса для сжатого воздуха, чтобы предотвратить накопления, которые могут задерживать тепло и повреждать двигатели и подшипники вентиляторов.Обязательно выключите компьютер и дайте ему остыть на несколько минут, прежде чем вытирать пыль. Вы также должны попытаться увеличить поток воздуха через корпус компьютера, убедившись, что воздухозаборники и вентиляционные отверстия остаются чистыми и свободными, и избегая путаницы кабелей внутри корпуса, которые могут препятствовать потоку воздуха. Если вы потратите несколько минут на обслуживание системы охлаждения процессора, это может означать разницу между продлением срока службы ценного оборудования компании и необходимостью ранней замены сгоревших систем.

Ссылки

Автор биографии

Милтон Казмайер работал в страховой, финансовой и производственной сферах, а также выполнял функции федерального подрядчика.Он начал свою писательскую карьеру в 2007 году и сейчас работает на полную ставку писателем и транскрипционистом. Его основные области знаний включают компьютеры, астрономию, альтернативные источники энергии и окружающую среду.

Зачем и как контролировать скорость вращения вентилятора охлаждающего электронного оборудования

Введение

Растет интерес к интегральным схемам для управления скоростью охлаждающих вентиляторов в персональных компьютерах и другом электронном оборудовании. Компактные электрические вентиляторы дешевы и используются для охлаждения электронного оборудования более полувека.Однако в последние годы технология использования этих вентиляторов значительно изменилась. В этой статье будет описано, как и почему произошла эта эволюция, и предложены некоторые полезные подходы для дизайнера.

Выработка и отвод тепла

Тенденция в электронике, особенно в потребительской электронике, заключается в том, чтобы выпускать изделия меньшего размера с улучшенными комбинациями функций. Следовательно, многие электронные компоненты превращаются в очень маленькие форм-факторы. Наглядный пример - ноутбук.Тонкие и «облегченные» ноутбуки значительно сократились, но их вычислительная мощность сохранилась или увеличилась. Другие примеры этой тенденции включают проекционные системы и телевизионные приставки. Что общего у всех этих систем, помимо значительно меньшего - и все еще уменьшающегося - размера, так это то, что количество тепла, которое они должны рассеивать, не уменьшается; часто увеличивается! В ноутбуке большая часть тепла генерируется процессором; в проекторе большая часть тепла генерируется источником света.Это тепло нужно отводить тихо и эффективно.

Самый тихий способ отвода тепла - это использование пассивных компонентов, таких как радиаторы и тепловые трубки. Однако этого оказалось недостаточно во многих популярных продуктах бытовой электроники, а также они довольно дороги. Хорошая альтернатива - активное охлаждение, введение вентилятора в систему для создания воздушного потока вокруг корпуса и тепловыделяющих компонентов, эффективного отвода тепла из системы. Однако вентилятор является источником шума.Это также дополнительный источник энергопотребления в системе - очень важное соображение, если питание должно подаваться от батареи. Вентилятор также является еще одним механическим компонентом системы, а не идеальным решением с точки зрения надежности.

Регулировка скорости - один из способов ответить на некоторые из этих возражений против использования вентилятора - может иметь следующие преимущества:

  1. Работа вентилятора медленнее снижает излучаемый им шум,
  2. , если вентилятор работает медленнее, он может снизить потребляемую мощность,
  3. , замедляющая работу вентилятора, увеличивает его надежность и срок службы.

Существует множество различных типов вентиляторов и способов управления ими. Мы обсудим здесь различные типы вентиляторов, а также преимущества и недостатки используемых сегодня методов управления. Один из способов классифицировать поклонников:

  1. 2-проводные вентиляторы
  2. Вентиляторы 3-проводные
  3. Вентиляторы 4-х проводные.

Здесь обсуждаются следующие методы управления вентиляторами:

  1. нет управления вентилятором
  2. включение / выключение
  3. линейное (постоянное) управление
  4. низкочастотная широтно-импульсная модуляция (ШИМ)
  5. высокочастотное управление вентилятором.

Типы вентиляторов

Двухпроводный вентилятор имеет клеммы питания и заземления. Трехпроводный вентилятор имеет питание, массу и тахометрический выход («тахометр»), который выдает сигнал с частотой, пропорциональной скорости. Четырехпроводной вентилятор имеет питание, массу, выход тахометра и вход привода ШИМ. Короче говоря, ШИМ использует относительную ширину импульсов в последовательности двухпозиционных импульсов для регулировки уровня мощности, подаваемой на двигатель.

Двухпроводный вентилятор управляется регулировкой либо напряжения постоянного тока, либо ширины импульса в низкочастотной ШИМ.Однако при наличии всего двух проводов сигнал тахометра не всегда доступен. Это означает, что нет никаких указаний на то, насколько быстро вентилятор работает - или действительно, работает ли он вообще. Эта форма управления скоростью - без обратной связи .

3-проводным вентилятором можно управлять с помощью того же привода, что и для 2-проводных вентиляторов - регулируемым постоянным током или низкочастотным ШИМ. Разница между 2-проводными вентиляторами и 3-проводными вентиляторами заключается в наличии обратной связи от вентилятора для регулирования скорости с обратной связью.Сигнал тахометра показывает, работает ли вентилятор, и его скорость.

Сигнал тахометра, управляемый постоянным напряжением, имеет прямоугольную форму на выходе, очень напоминающую «идеальный тахометр» на Рисунке 1. Он всегда действителен, так как питание постоянно подается на вентилятор. Однако при низкочастотной ШИМ тахометр действителен только тогда, когда на вентилятор подается питание, то есть во время фазы импульса на . Когда привод ШИМ переключается на фазу off , внутренняя схема генерации тахометрического сигнала вентилятора также отключается.Поскольку выходной сигнал тахометра обычно исходит от открытого стока, он будет иметь высокий уровень, когда привод ШИМ находится в положении от , как показано на рисунке 1. Таким образом, хотя идеальный тахометр отражает реальную скорость вентилятора, привод ШИМ в эффект «отбивает» выходной сигнал тахометра и может давать ошибочные показания.

Рис. 1. Форма выходного сигнала тахометра в 3-проводных вентиляторах - идеальный вариант и с ШИМ-управлением.

Чтобы быть уверенным в правильности считывания скорости вращения вентилятора при ШИМ-регулировании, необходимо периодически переключать вентилятор на , чтобы получить полный цикл тахометра.Эта функция реализована в ряде контроллеров вентиляторов Analog Devices, таких как ADM1031 и ADT7460.

В дополнение к сигналам питания, заземления и тахометра, 4-проводные вентиляторы имеют вход ШИМ, который используется для управления скоростью вентилятора. Вместо того, чтобы переключать питание всего вентилятора на и на , переключается только питание на катушки возбуждения, делая информацию тахометра доступной постоянно. Включение и выключение катушек создает некоторый коммутационный шум .При работе катушек с частотой более 20 кГц шум перемещается за пределы слышимого диапазона, поэтому типичные сигналы привода вентилятора с ШИМ используют довольно высокую частоту (> 20 кГц). Еще одно преимущество 4-проводных вентиляторов заключается в том, что скорость вращения вентилятора можно регулировать на уровне 10% от полной скорости вентилятора. На рисунке 2 показаны различия между 3-проводными и 4-проводными схемами вентилятора.

Рисунок 2. 3- и 4-проводные вентиляторы.

Управление вентилятором

Нет управления: Самый простой способ управления вентилятором - вообще не использовать его; просто запускайте вентилятор соответствующей мощности на полной скорости 100% времени.Основные преимущества этого - гарантированное безотказное охлаждение и очень простой внешний контур. Однако, поскольку вентилятор всегда включен, его срок службы сокращается, и он потребляет постоянное количество энергии - даже когда охлаждение не требуется. Кроме того, его непрекращающийся шум может раздражать.

Управление вкл / выкл: Следующий простейший метод управления вентилятором - термостатический, или управление вкл / выкл . Этот метод также очень легко реализовать. Вентилятор включается только тогда, когда необходимо охлаждение, и выключается на остальное время.Пользователь должен установить условия, при которых необходимо охлаждение - обычно, когда температура превышает предварительно установленный порог.

Analog Devices ADM1032 - идеальный датчик для управления включением / выключением вентилятора с использованием заданного значения температуры. В нем есть компаратор, который выдает выходной сигнал THERM, который обычно равен high , но переключает low , когда температура превышает программируемый порог. Он автоматически переключается обратно на high , когда температура падает на заданное значение ниже предела THERM.Преимущество этого программируемого гистерезиса заключается в том, что вентилятор не включается / выключается постоянно, когда температура приближается к пороговому значению. На рисунке 3 показан пример схемы, использующей ADM1032.

Рисунок 3. Пример схемы включения / выключения.

Недостатком включения / выключения является то, что он очень ограничен. Когда вентилятор переключается с на , он сразу же начинает раскручиваться до полной скорости, что раздражает и слышно. Поскольку люди быстро привыкают к звуку вентилятора, его выключение также очень заметно.(Его можно сравнить с холодильником на вашей кухне. Вы не замечали шума, который он производил, пока он не выключился.) Таким образом, с акустической точки зрения управление включением / выключением далеко от оптимального.

Линейное управление: на следующем уровне управления вентилятором, линейное управление , напряжение, подаваемое на вентилятор, является переменным. Для более низкой скорости (меньше охлаждения и более тихая работа) напряжение уменьшается, а для более высокой скорости оно увеличивается. У отношений есть ограничения. Рассмотрим, например, вентилятор на 12 В (максимальное номинальное напряжение).Такому вентилятору для запуска может потребоваться минимум 7 В. Когда он действительно начнет вращаться, он, вероятно, будет вращаться примерно на половину своей полной скорости при подаче напряжения 7 В. Из-за необходимости преодоления инерции напряжение, необходимое для запуска вентилятора, выше, чем напряжение, необходимое для его вращения. Так как напряжение, подаваемое на вентилятор, уменьшается, он может вращаться с меньшей скоростью, скажем, до 4 В, после чего он остановится. Эти значения будут отличаться от производителя к производителю, от модели к модели и даже от вентилятора к вентилятору.

ИС линейного управления вентиляторами ADM1028 от Analog Devices имеет программируемый выход и практически все функции, которые могут потребоваться для управления вентиляторами, включая возможность точного взаимодействия с термочувствительным диодом, предусмотренным на микросхемах, таких как микропроцессоры, которые составляют большая часть рассеивания в системе. (Назначение диода - обеспечить быструю индикацию критических температур перехода, избегая всех тепловых задержек, присущих системе. Он позволяет немедленно инициировать охлаждение, основанное на повышении температуры кристалла.) Чтобы поддерживать потребление энергии ADM1028 на минимальном уровне, он работает при напряжении питания от 3,0 В до 5,5 В с выходным напряжением + 2,5 В.

Вентиляторы

на 5 В позволяют регулировать скорость только в ограниченном диапазоне, поскольку их пусковое напряжение близко к уровню полной скорости 5 В. Но ADM1028 можно использовать с 12-вольтовыми вентиляторами, применив простой повышающий усилитель со схемой, подобной показанной на рисунке 4.

Рис. 4. Схема наддува для управления вентилятором 12 В с использованием выходного сигнала ЦАП ADM1028 с линейным управлением вентилятором.

Основным преимуществом линейного управления является его бесшумность. Однако, как мы уже отметили, диапазон регулирования скорости ограничен. Например, вентилятор на 12 В с диапазоном управляющего напряжения от 7 В до 12 В может работать на половинной скорости при 7 В. Еще хуже обстоит дело с вентилятором на 5 В. Обычно для запуска 5-вольтных вентиляторов требуется напряжение 3,5 или 4 В, но при этом напряжении они будут работать почти на полной скорости с очень ограниченным диапазоном регулирования скорости. Но работа при 12 В с использованием схем, подобных показанной на рисунке 4, далека от оптимума с точки зрения эффективности.Это связано с тем, что повышающий транзистор рассеивает относительно большое количество энергии (когда вентилятор работает при 8 В, падение 4 В на транзисторе не очень эффективно). Требуемая внешняя цепь также относительно дорога.

ШИМ-управление : Преобладающим методом, который в настоящее время используется для управления скоростью вращения вентилятора в ПК, является низкочастотный ШИМ-контроль . При таком подходе напряжение, подаваемое на вентилятор, всегда либо нулевое, либо полное, что позволяет избежать проблем, возникающих при линейном управлении при более низких напряжениях.На рис. 5 показана типичная схема управления, используемая с выходом ШИМ терморегулятора ADT7460.

Рис. 5. Схема низкочастотного ШИМ-привода вентилятора.

Основным преимуществом этого метода привода является то, что он простой, недорогой и очень эффективный, поскольку вентилятор либо полностью на , либо полностью на .

Недостатком является то, что информация тахометра прерывается управляющим сигналом ШИМ, так как питание не всегда подается на вентилятор. Информация о тахометре может быть получена с помощью метода, называемого «растягивание импульса », - включение вентилятора на время, достаточное для сбора информации о тахометре (с возможным увеличением слышимого шума).На рис. 6 показан случай растяжения импульса.

Рисунок 6. Растяжение импульса для сбора тахометрической информации.

Еще одним недостатком низкочастотной ШИМ является шум коммутации. При постоянном включении и выключении фанкойлов может присутствовать слышимый шум. Чтобы справиться с этим шумом, новейшие контроллеры вентиляторов Analog Devices предназначены для управления вентилятором с частотой 22,5 кГц, что находится за пределами слышимого диапазона. Схема внешнего управления проще с высокочастотной ШИМ, но ее можно использовать только с 4-проводными вентиляторами.Хотя эти вентиляторы относительно новы на рынке, они быстро становятся все более популярными. На рисунке 7 изображена схема, используемая для высокочастотной ШИМ.

Рисунок 7. Схема управления вентилятором с высокочастотной ШИМ.

Сигнал ШИМ напрямую управляет вентилятором; приводной полевой транзистор встроен в вентилятор. Уменьшая количество внешних компонентов, этот подход значительно упрощает внешнюю схему. Поскольку управляющий сигнал ШИМ подается непосредственно на катушки вентилятора, электроника вентилятора всегда включена, а сигнал тахометра всегда доступен.Это устраняет необходимость в растягивании импульсов и шум, который он может производить. Коммутационный шум также устраняется или значительно снижается, поскольку катушки переключаются с частотой за пределами слышимого диапазона.

Резюме

С точки зрения акустического шума, надежности и энергоэффективности наиболее предпочтительным методом управления вентиляторами является использование высокочастотного (> 20 кГц) ШИМ-привода.

Помимо устранения необходимости зашумленного растяжения импульсов и коммутационного шума, связанного с низкочастотной ШИМ, он имеет гораздо более широкий диапазон управления, чем линейное управление.Благодаря высокочастотной ШИМ вентилятор может работать на скорости до 10% от полной скорости, в то время как тот же вентилятор может работать не менее чем на 50% от полной скорости при линейном управлении. Это более энергоэффективно, потому что вентилятор всегда либо полностью включен, либо полностью выключен. (Когда полевой транзистор либо выключен, либо находится в режиме насыщения, его рассеяние очень низкое, что устраняет значительные потери в транзисторе в линейном случае.) Это тише, чем при постоянном включении или включении / выключении, поскольку вентилятор может работать на более низких скоростях. - это можно постепенно менять.Наконец, более медленная работа вентилятора также увеличивает срок его службы, повышая надежность системы.

Метод управления
Преимущества
Недостатки
Вкл. / Выкл.
Недорого
Худшие акустические характеристики - вентилятор всегда работает.
Линейный
Самый тихий
Дорогая схема
Неэффективная - потеря мощности в схеме усилителя
Низкочастотный ШИМ
Эффективный
Широкий диапазон регулирования скорости при измерении скорости
Шум переключения вентилятора
Требуется растяжение импульса
Высокочастотный ШИМ
Efficient
Хорошая акустика, почти как линейная.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *