История радиаторов

Радиатор – незаменимая деталь современной техники, которая претерпела множество изменений за свою более чем 100-летнюю историю. Сегодня расскажем о развитии технологии охлаждения двигателей сквозь десятилетия.

Истоки появления радиатора

В конце XIX века на смену паровым двигателям постепенно начали приходить дизельные и бензиновые. Во многом они были эффективнее своих предшественников, однако вырабатывали огромное количество тепла. Следовательно, возникла необходимость их охлаждать, чтобы поддерживать рабочую температуру и не допускать перегрева.

Одним из первопроходцев технологии охлаждения двигателей стал инженер и изобретатель Карл Бенц (да-да, тот самый, что позже даст свою фамилию бренду Mercedes-Benz). В 1886 году он подал заявку в патентное бюро Германии на своё новое изобретение – «Автомобиль, работающий на бензине».

Этот автомобиль назывался «Моторваген» (нем. Motorwagen) и передвигался со скоростью 16 км/ч благодаря односкоростной коробке передач и двигателю внутреннего сгорания мощностью 0,9 л.с.

Охлаждался двигатель так: его жидкостный контур был соединён с баком для воды. При нагреве двигателя вода внутри также нагревалась. Разница температур заставляет воду циркулировать: в бак попадала горячая, а из бака в двигатель – холодная. Затем кипящая вода испарялась из бака через специальное отверстие. Система хорошо справлялась с охлаждением небольшого двигателя, но вода постоянно выкипала, и водителю приходилось её доливать.

Так, например, в 1894 году барон фон Либиг проехал на автомобиле «Бенц Виктория» (обновлённой версии «Моторвагена») маршрут длиной 939 км. За время поездки расход воды в системе охлаждения превысил расход топлива в 11 раз! Автомобиль израсходовал 140 литров бензина и 1500 литров воды. Расход воды на километр – 1,6 литра. Мягко говоря – неудобно.

К счастью, эту проблему довольно быстро решили: отверстие в баке закрыли, вода теперь циркулировала только по замкнутому контуру «бак → двигатель». Появился водяной насос, который заставлял воду циркулировать внутри системы. Таким образом, закипающая вода поступала в бак, где проходила через металлический трубчатый змеевик и охлаждалась.

К 1897 году в бак со змеевиком добавили полые трубы. Через трубы проходил воздух, который помогал воде остывать быстрее – так работал, например, автомобиль «Даймлер-Феникс». Эта модификация и стала аналогом современного водяного радиатора.

К 1900 году компания «Даймлер-Моторен» доработала идею с охлаждением воды с помощью воздуха. В новой системе воду пропускали через охладитель из скреплённых между собой трубок. Друг от друга трубки отделялись металлическими стержнями диаметром 3 мм.

Торцы трубок были спаяны друг с другом и крепились к бакам с водой. Горячая вода из двигателя текла между трубками к бакам и охлаждалась воздухом, который проходил по трубкам. Такой охладитель назвали «радиатором» от латинского слова «radio» – испускать лучи, излучать.опускать перегрева.

Большая мощность – большой вызов

Следующий значимый прорыв произошёл уже в 1930-х. За 30 лет двигатели легковых и грузовых машин стали настолько мощными, что старая система охлаждения просто не справлялась. Машины часто перегревались и закипали, особенно в жарких местах и на горных дорогах.

Советские шофёры возили с собой ведро для воды. На американских горных дорогах работали специальные мастерские для обслуживания, ремонта и заправки водой перегревшихся двигателей. В Европе встречались автоматические станции для самостоятельной заправки радиаторов. Проблему перегрева и закипания решила модификация радиатора, а в дальнейшем появление термостата и переход на охлаждающую жидкость.

Сначала появился трубчато-пластинчатый радиатор. Круглые трубки заменили на плоскоовальные, металлические стержни внутри убрали, добавили гофрированные пластины. В итоге у радиатора увеличилась поверхность охлаждения – эффективность выросла в несколько раз.

Затем термостат – устройство, которое разделило систему охлаждения на два контура: малый и большой. Теперь температурой двигателя можно было управлять: после запуска жидкость циркулировала по малому контуру, чтобы быстрее прогреть двигатель. Позже открывался большой контур с радиатором, чтобы поддерживать рабочую температуру.

Кроме того, воду заменили на охлаждающую жидкость, которая не замерзает при минусовых температурах и защищает двигатель и систему охлаждения от коррозии.

Экономия во главе угла

К семидесятым начался мировой нефтяной кризис, цены на бензин и дизель поднялись. Производителям пришлось искать способы экономить топливо. Самый простой шаг – уменьшение веса автомобиля и использование более лёгких материалов:

• Медь и латунь. Радиаторы для первых автомобилей делали из чёрных металлов. Затем, чтобы увеличить эффективность охлаждающих систем, производители перешли на медь и латунь – они хорошо проводят тепло и поддаются обработке.

• Алюминий. Легче и дешевле, чем медь и латунь. Алюминий проще переносит вибрационные нагрузки и устойчив к нагреванию – не крошится, не гнётся и не трескается, но хуже отдаёт тепло. При условии, что количество пластин будет увеличено, то есть площадь охлаждения станет больше, алюминий мало чем уступит меди по показателям теплоотдачи. Но напомним – алюминиевые стоят намного дешевле.

Патент на алюминиевый радиатор был получен ещё в 1939 году в Германии, но устанавливать их массово начали в 70–80-х годах: 60% всех новых автомобилей сходили с конвейера с алюминиевыми радиаторами.

Советские инженеры также не отставали от лучших мировых практик. Первые алюминиевые радиаторы установили в тестовом варианте на привычную нам Волгу. Эксперимент, правда, провалился – в городе двигатель машины перегревался, поэтому в этом прототипе от алюминиевого радиатора отказались.

Переход на машинную сборку

Как несложно догадаться, изначально радиаторы изготавливали вручную, однако уже в конце 80-х автопроизводители перешли на более дорогой, но технологичный способ сборки.

Все алюминиевые части радиатора стали соединять между собой, наносить на них специальный флюс и отправлять в автоматическую печь для запекания и пайки. Такая технология исключает появление зазоров между трубками и сотами. А раз нет зазоров, то нет и потерь при охлаждении и выше прочность.

Такой радиатор долго выдерживает вибрации во время движения автомобиля и хорошо отдаёт тепло. Сейчас практически все новые автомобили выезжают с конвейеров с паяным радиатором.

Современность и перспективы

Современные радиаторы для транспорта и спецтехники – это высокотехнологичные устройства, призванные выдерживать экстремальные условия эксплуатации (температуры, вибрации, коррозию, загрязнённый воздух) и при этом обеспечивать эффективное охлаждение двигателя и сопутствующих систем.

С каждым годом появляются разнообразные конструктивные и функциональные новшества, например:

Модульная конструкция – возможность собрать радиатор из модулей, что облегчает замену отдельных секций и адаптацию под разные задачи.

Улучшенная герметичность и устойчивость к термическому расширению – специальные уплотнения, гибкие соединения между ядром и коллекторами, конструкции, устойчивые к тепловым циклам.

Интеграция в цельные системы охлаждения – радиаторы совмещают функции охлаждения двигателя, охлаждения турбонагнетателя, масла, иногда гидравлики.

В ближайшей перспективе будут актуальны следующие тенденции: развитие композитных материалов, увеличение степени автономности и интеллекта в системах охлаждения (датчики, управление, прогностическая диагностика), эко-ориентированность (более чистые охлаждающие жидкости, переработка материалов, уменьшение углеродного следа при производстве и утилизации), а также оптимизация под электрификацию – у электромоторов и гибридов другие тепловые режимы, поэтому радиаторы тоже претерпят изменения.

В общем, история радиаторов ещё очень далека от завершения!