Современные моторы при постоянном росте литровой мощности становятся все "горячее" и "горячее". А чем выше теплонагруженность ДВС, тем жестче требования к агрегатам систем охлаждения и, в том числе, радиаторам. Поскольку их габариты менять в большую сторону нежелательно, конструкторы ищут иные пути повышения теплоотдачи агрегатов.
Еще не так давно большинство радиаторов систем охлаждения двигателей и систем смазки изготавливались из медного сплава. Рабочие характеристики медных агрегатов были отменными, а ремонтные службы автопредприятий и мастера независимых cтанций технического обслуживания при необходимости могли запаять протекший радиатор, сократив тем самым затраты на ремонт. Благо, как известно, медь паяется без особых проблем, а оборудование и расходные материалы, необходимые для пайки, купить не проблема на любом строительном рынке или в магазине инструментов. Однако у меди есть один существенный недостаток - высокая стоимость. Именно цена исходного сырья и стала причиной, по которой медные радиаторы практически сошли со сцены - медь была вытеснена более дешевым алюминием. Примечательно, что, несмотря на скептические замечания ряда экспертов, срок службы медных и алюминиевых радиаторов, изготовленных по современным технологиям, примерно сопоставим. Следовательно, на общем ресурсе транспортного средства замена одного металла другим не отразилась.
Также отметим, что современные технологии позволили существенно снизить трудоемкость производства алюминиевых радиаторов. Важным шагом в развитии стало внедрение так называемой "технологии сборки алюминиевых радиаторов". Сборные конструкции, помимо существенно меньшей толщины (по сравнению с "паяными" технологиями), обладают меньшей массой и металлоемкостью. Для производства переход на сборную конструкцию означает, что нет необходимости приобретать дорогущую электропечь и тратить огромные средства на оплату счетов за электричество.
И, разумеется, в цехе, где нет печи, освобождается достаточно большое пространство, которое может быть занято, скажем, под еще одну технологическую цепочку сборки. При этом еще раз подчеркнем - по теплоотдаче паяные и сборные радиаторы аналогичны.
Для того, чтобы иметь понимание, в чем разнятся упомянутые выше технологии, кратко опишем их с некоторой долей упрощения. Так, при производстве радиаторов технологией пайки используются специальные трубки, на которые по оригинальной технологии наносится припой. Собранный радиатор (бачки+трубки) отправляется в печь, где происходит плавление имеющегося припоя, а также идет нанесение дополнительного в определенных местах конструкции. Этим достигается требуемая герметичность и прочность соединений. Технология пайки применяется по большей части для производства радиаторов масляной системы, кондиционирования, а также комбинированных модульных конструкций, о которых пойдет речь ниже.
Что касается сборных радиаторов, то процесс их изготовления технологически гораздо проще. Есть некая пресс-форма, которая прорубает в пластинах и деталях отверстия строго определенной геометрической формы. От качества отверстий будет зависеть, как произойдет стыковка деталей и насколько качественно и надежно будут работать резиновые уплотнения. Все конструктивные элементы радиатора, а именно - его сердцевина и бачки, собираются (укладываются на специальный сборочный стол). Далее идет процесс фиксации трубок. Для этого сквозь них проходит специальный инструмент в виде дорна, который увеличивает изнутри диаметр трубки. Разумеется, при этом все элементы, через которые проходит трубка, закрепляются на ее поверхности, и соединения эти становятся уже неразборными. После того, как сердцевина будет собрана, идет монтаж бачков, которые, в свою очередь, завальцовываются на специальных станках. Радиатор готов!
Несколько осложняет технологию сборки миндалевидная конструкция трубок, которые применяются на современных радиаторах. О данном виде трубок и их преимуществах по сравнению с круглыми и овальнымимы также поговорим ниже. Пока же скажем, что проблема сборки таких радиаторов заключается в необходимости применения дорнов сложной формы. При этом уплотнение соединений происходит за счет масляного клина (давления масла), который "идет" впереди дорна. Сборная технология сегодня применяется по большей части для радиаторов охлаждения и отопления.
Теперь остановимся подробнее на нюансах, которые уже были озвучены выше. Сегодня производители радиаторов отходят от круглых трубок и переходят на профили миндалевидного сечения. Вернее сказать - сечения в виде "восьмерки", - с той лишь разницей, что внутреннего смыкания у профиля нет. Само собой разумеется, данный вид трубок применен не случайно. При обтекании "миндалины" потоком воздуха наблюдается возникновение его завихрений, что улучшает съем тепловой энергии. Когда мы говорим о миндалевидных трубках, то речь идет о радиаторах сборной конструкции.
Замечено, что
по своей теплоотдаче радиаторы с новым типом трубок не уступают, а подчас превосходят конструкции, собранные по технологии пайки, но при этом получают существенный выигрыш по сокращению расходов на производство.
Подчеркнем еще раз - миндалевидные трубки имеют большую площадь, нежели классические круглого сечения, а значит, с их поверхности можно снять существенно больше тепловой энергии. Такое техническое решение позволяет, с одной стороны, сделать радиаторы более тонкими, что важно при решении сложных компоновочных схем, а также решить проблему экономии конструкционных материалов.
Также отметим, что, вопреки расхожему мнению, в миндалевидных трубках завихрений потока рабочей жидкости не происходит. Для организации завихрений, а точнее - закручивания потока жидкости, применяются специальные, монтируемые внутрь трубок круглого сечения, завихрители. Такие элементы представляют собой лопатки со строго определенным углом атаки. Задача завихрителей - определенным образом закрутить поток, обеспечив тем самым большую эффективность передачи тепла и, соответственно, более эффективное охлаждение мотора. Однако важно учитывать и тот факт, что любые элементы конструкции, установленные на пути потока охлаждающей жидкости, создают гидравлическое сопротивление. Это означает, что производительность насоса системы охлаждения двигателя должна соответствовать расчетным параметрам.
Возникает вопрос - почему вместо классической круглой трубки инженеры не применили овальную. Данную форму технологически получить проще, нежели миндалевидную. При этом, если овал будет вытянутым, это также позволит увеличить активную площадь, с которой будет сниматься тепловая энергия.
Однако, как показали испытания, проведенные в различных, независимых друг от друга лабораториях, теплоотдача миндалевидной трубки выше, нежели овального сечения. А для производителей радиаторов крайне важно, чтобы "сердцевина" была как можно эффективнее по теплоотдаче и при этом имела минимальные размеры.
Помимо "игры" формой трубок четко прослеживается тенденция совмещения различных радиаторов в единый узел.
Например, до недавнего времени перед крыльчаткой вентилятора располагались в ряд три отдельных агрегата: радиатор системы охлаждения двигателя, радиатор системы смазки и радиатор системы кондиционирования (климатической системы). Сегодня инженеры все чаще и чаще предлагают комбинированные радиаторы. Например, можно встретить такую систему: определенное количество трубок, скажем, расположенных сверху - есть секция системы кондиционирования, а нижние трубки, расположенные в том же самом блоке, представляют собой секцию охлаждения масляной системы. Разумеется, в моноблоке имеется четыре отдельных патрубка для входа и выхода рабочей жидкости (рабочего тела). Несмотря на то, что конструкция получается очень компактной, при аварии и разрушении комбинированного радиатора владелец транспортного средства вынужден будет приобретать более дорогой моноблок вместо более дешевых отдельных радиаторов. Еще один характерный пример симбиоза - совмещение в едином блоке интеркулера и радиатора основной системы охлаждения. Здесь опять мы приходим к тому, что в случае выхода из строя одной секции вторая, которая является частью целого, также идет под списание.
Что касается технологии изготовления комбинированных радиаторов, то для них актуальна одна технология - пайка. Основное ограничение сборной технологии - наличие большого количества резиновых уплотнений, не позволяющих создавать моноблоки с разными рабочими телами. Так, давление, которое обязан выдерживать радиатор кондиционера, составляет более чем тридцать атмосфер. Сборные радиаторы на такие значения просто не рассчитаны.
Некоторые производители в стремлении еще больше улучшить теплоотдачу радиаторов при одновременном уменьшении их габаритов меняют, оптимизируют расположение трубок сердцевины. Так, одним из вариантов такой оптимизации является расположение трубок в шахматном порядке. Тем самым на одной и той же эффективной (находящейся под атакой воздушного потока) площади удается разместить большее количество элементов, по которым циркулирует рабочее тело. Кроме того, расположение трубок с некоторым смещением друг относительно друга вынуждает воздух как бы обтекать их, что так же улучшает съем тепла. По сути, мы меняем ламинарное течение воздуха на турбулентное. Какую выгоду дает данная технология с точки зрения теплоотдачи? Как уверяют инженеры, теплоотдача увеличивается фактически на четверть! Согласитесь, плюс 25% при сохранении габаритов - отличный результат.
Как это странно не звучит, но сегодня ряд производителей радиаторов, причем не только именитых, но и только набирающих силу, выпускает изделия так называемой упрощенной конструкции. По сути, это означает некоторый шаг назад, позволяющий сократить расходы на производство. Фигурные трубки меняются на круглые и так далее. При этом речи о снижении надежности агрегатов, разумеется, не идет. Почему производители радиаторов делают этот шаг назад?
Все просто - нынешние курсы валют по отношению к рублю не позволяют гарантировать стабильные продажи вмиг подорожавшей продукции. Кроме того, речь идет не о поставках на сборочные конвейеры, а об обеспечении запасными частями вторичный рынок, который очень чутко реагирует на любое повышение стоимости попадающего на реализацию продукта.
Фото: Андрей Шилов (радиаторы самосвала Iveco Trakker заняли все имеющееся пространство. На бачке интеркулера клеймо Behr - лидера в производстве компонентов систем охлаждения двигателей).
Автотрак
