液冷におけるファンの役割

モーターの動作中に発生した熱を大気に伝達するには、冷却システムのラジエーターを絶えず吹き飛ばす必要があります。 対向する高速気流の強度は、これには必ずしも十分ではありません。 低速で完全に停止すると、特別に設計された追加の冷却ファンが機能します。

ラジエターへの空気注入の模式図

ラジエーターのハニカム構造を通る空気塊の通過をXNUMXつの方法で確保することが可能です - 外側からの自然な流れの方向に沿って空気を強制するか、内側から真空を作ります。 特にエアシールドのシステムであるディフューザーが使用されている場合、基本的な違いはありません。 それらは、ファンブレードの周りの無用な乱流に最小限の流量を提供します.

したがって、吹き込みを整理するための XNUMX つの典型的なオプションがあります。 最初のケースでは、ファンはエンジン コンパートメント内のエンジンまたはラジエーター フレームに配置され、エンジンへの圧力の流れを作成し、外部から空気を取り込み、ラジエーターを通過させます。 ブレードが空回りするのを防ぐために、ラジエーターとインペラーの間のスペースは、プラスチック製または金属製のディフューザーで可能な限り密閉されています。 ファンの直径は通常、ヒートシンクの幾何学的寸法よりもはるかに小さいため、その形状は最大のハニカム領域の使用を促進します。

インペラーが前側にある場合、ラジエーターコアがエンジンとの機械的な接続を防止するため、ファン駆動は電気モーターからのみ可能です。 どちらの場合も、選択したヒートシンクの形状と必要な冷却効率により、直径の小さいインペラーを備えたダブル ファンの使用が必要になる場合があります。 このアプローチは通常、操作アルゴリズムの複雑さを伴います。ファンは個別に切り替えることができ、負荷と温度に応じて気流の強さを調整できます。

ファンのインペラ自体は、かなり複雑で空気力学的な設計にすることができます。 これにはいくつかの要件があります。

• ブレードの数、形状、プロファイル、およびピッチは、無駄な空気の粉砕による追加のエネルギーコストを導入することなく、損失を最小限に抑える必要があります。
• 回転速度の特定の範囲では、フローストールは除外されます。そうしないと、効率の低下が熱体制に影響します。
• ファンはバランスがとれている必要があり、ベアリングや隣接するエンジン部品、特に薄いラジエーター構造に負荷をかける可能性のある機械的振動と空気力学的振動の両方を発生させないようにする必要があります。
• インペラーの騒音も、車両によって生成される音響背景を減らすという一般的な傾向に沿って最小限に抑えられます。

現代の自動車ファンを半世紀前の原始的なプロペラと比較すると、科学がそのようなかなり明白な詳細で機能していることに気付くことができます. これは外から見てもわかりますが、動作中、優れたファンはほぼ無音で予想外に強力な空気圧を生み出します。

ファンドライブの種類

激しい気流を作り出すには、かなりの量のファン駆動力が必要です。 このためのエネルギーは、さまざまな方法でエンジンから取り出すことができます。

プーリーからの連続回転

初期の最も単純な設計では、ファンのインペラーは単純にウォーター ポンプのドライブ ベルト プーリーに取り付けられていました。 パフォーマンスは、単純に曲げられた金属板であるブレードの円周の印象的な直径によって提供されました。 騒音の要件はありませんでした。近くの古いエンジンがすべての音をこもらせました。

回転速度は、クランクシャフトの回転数に正比例します。 エンジンの負荷が増加し、その速度が増加すると、ファンもラジエーターを介してより集中的に空気を送り始めたため、温度制御の特定の要素が存在しました。 デフレクターが取り付けられることはめったになく、すべてが特大のラジエーターと大量の冷却水によって補われました。 しかし、過熱の概念は当時のドライバーにはよく知られており、シンプルさと思考の欠如の代償でした。

ビスカスカップリング

プリミティブ システムにはいくつかの欠点がありました。

• ダイレクトドライブの速度が遅いため、低速での冷却が不十分です。
• インペラのサイズが大きくなり、ギア比が変更されてアイドル時の気流が増加すると、モーターは速度の増加とともに過冷却し始め、プロペラの愚かな回転の燃料消費量はかなりの値に達しました。
• エンジンが暖機している間、ファンは頑固にエンジン ルームを冷却し続け、正反対のタスクを実行しました。

エンジンの効率と出力をさらに向上させるには、ファン速度の制御が必要であることは明らかでした。 この問題は、当技術分野で粘性カップリングとして知られている機構によってある程度解決された。 しかし、ここでは特別な方法で配置する必要があります。

ファンクラッチは、さまざまなバージョンを考慮せずに単純化して想像すると、XNUMXつのノッチ付きディスクで構成され、その間にいわゆる非ニュートン流体、つまりシリコーンオイルがあり、粘度によって粘度が変化しますそのレイヤーの相対的な移動速度。 それが変わる粘性ゲルを介してディスク間の深刻な接続まで。 そこに温度に敏感なバルブを配置するだけで、エンジン温度の上昇とともにこの液体がギャップに供給されます。 非常に成功したデザインですが、残念ながら、常に信頼性と耐久性があるとは限りません。 でもよく使う。

ローターはクランクシャフトから回転するプーリーに取り付けられ、ステーターにはインペラーが取り付けられていました。 高温および高速で、ファンは必要とされる最大のパフォーマンスを発揮しました。 気流が必要ないときに余分なエネルギーを奪うことはありません。

マグネットクラッチ

常に安定して耐久性があるとは限らないカップリング内の化学物質に悩まされないようにするために、電気工学の観点からより理解しやすいソリューションがよく使用されます。 電磁クラッチは、電磁石に供給される電流の作用下で接触し、回転を伝達する摩擦ディスクで構成されています。 電流は、通常はラジエーターに取り付けられた温度センサーを介して閉じる制御リレーから来ました。 不十分な気流、つまりラジエーター内の液体が過熱したと判断されるとすぐに、接点が閉じ、クラッチが作動し、インペラーがプーリーを介して同じベルトで回転しました。 この方法は、強力なファンを備えた大型トラックでよく使用されます。

直接電気駆動

ほとんどの場合、モーターシャフトにインペラーが直接取り付けられたファンが乗用車に使用されます。 このモーターの電源は、説明した電気クラッチの場合と同じ方法で提供されます。ここでは、プーリーを使用した V ベルト ドライブのみが必要ではありません。 必要に応じて、電気モーターが空気の流れを作り、常温でオフにします。 この方法は、コンパクトで強力な電気モーターの出現により実装されました。

このようなドライブの便利な品質は、エンジンを停止した状態で作業できることです。 最新の冷却システムは負荷が高く、気流が突然停止し、ポンプが機能しない場合、最高温度の場所で局所的な過熱が発生する可能性があります。 または、燃料システムでガソリンを沸騰させます。 トラブル防止のため、停止後しばらくはファンが回ることがあります。

問題、誤動作、および修理

温度を調整するのはファンではなくサーモスタットであるため、ファンをオンにすることはすでに緊急モードと見なすことができます。 したがって、強制気流システムは非常に確実に行われ、故障することはほとんどありません。 ただし、ファンがオンにならず、モーターが沸騰する場合は、最も故障しやすい部品をチェックする必要があります。

• ベルトドライブでは、ベルトを緩めたり滑らせたり、完全に破損したりする可能性があります。これはすべて視覚的に簡単に判断できます。
• ビスカスカップリングをチェックする方法はそれほど単純ではありませんが、熱いエンジンで激しく滑る場合、これは交換の合図です。
• クラッチと電気モーターの両方の電磁ドライブは、センサーを閉じてチェックするか、エンジン制御システムの温度センサーからコネクターを取り外してインジェクションモーターでチェックすると、ファンが回転し始めます。

ファンの故障はエンジンを破壊する可能性があります。過熱には大規模なオーバーホールが必要だからです。 したがって、冬でもこのような欠陥で運転することは不可能です。 故障した部品はすぐに交換し、信頼できるメーカーのスペア部品のみを使用してください。 問題の代償はエンジンです。エンジンが温度によって駆動される場合、修理は役に立たない可能性があります。 このような背景に対して、センサーや電気モーターのコストはごくわずかです。