In de wereld van auto's, en specifiek bij BMW's, speelt de koelventilator een cruciale rol bij het beschermen van het koelsysteem tegen oververhitting. Er zijn verschillende typen koelventilatoren, elk met hun eigen werking en aansturing. In dit artikel gaan we dieper in op de ventilator met viscokoppeling, een veelvoorkomende en interessante variant.
Inleiding tot Koelventilatoren
In een auto vinden we veel typen koelventilatoren terug. Ze worden gebruikt in de motorruimte, in een multifunctionele radio, en zelfs in accupakketten van hybride- en elektrische voertuigen. De koelventilator van de motor beschermt het koelsysteem tegen oververhitting. De kunststof ventilatorbladen bevinden zich meestal aan de achterkant van de radiateur, soms aan de voorkant.
Ventilator met Viscokoppeling: De Zelfregulerende Oplossing
Naast de elektronisch aangestuurde ventilator is er ook een zelfdenkende en regelende variant: de ventilator met viscokoppeling. Bij dit systeem komt er geen elektronica aan te pas. De viscokoppeling is met een flens aan de koelvloeistofpomp bevestigd. De betreffende koppeling zit met vier bouten aan de koelvloeistofpomp geschroefd, maar er bestaan ook uitvoeringen met één centrale bevestigingsmoer.
De viscokoppeling bevindt zich achter de radiateur. De lucht die door de radiateur stroomt, warmt de koppeling op. Een bimetalen strip warmt eveneens op en trekt daardoor krom. Met het krom trekken opent de bimetalen strip een bladveerventiel, waardoor de siliconenvloeistof van de voorraadkamer naar de werkkamer kan stromen. De vloeistof maakt het mogelijk dat de draaiende beweging van de aandrijfschijf (motorzijde) wordt overgebracht op het ventilatorhuis (ventilatorzijde). De siliconenvloeistof kan via het retourkanaal terugstromen naar de voorraadkamer.
How Does a Viscous Fan Clutch Work?
Bij een koude motor is de ventilator uitgeschakeld. De flens op de koelvloeistofpomp draait, maar het ventilatorhuis staat stil. In de viscokoppeling zijn in deze situatie geen kamers aan elkaar gekoppeld. Bij een warme motor schakelt de ventilator in. De siliconenvloeistof in de werkkamer zorgt ervoor dat het ventilatorhuis wordt meegenomen en mee gaat draaien.
Lees ook: Problemen met je Volvo Visco Koppeling?
De mate waarin de bimetalen strip is kromgetrokken, bepaalt hoeveel vloeistof in de werkkamer kan stromen. Meer vloeistof in de werkkamer resulteert in minder slip, en daarmee een hoger ventilatortoerental. In de viscokoppeling is altijd een minimale slip aanwezig. Tijdens het rijden zorgt rijwind voor afkoeling van de viscokoppeling.
We kunnen aan het geluid herkennen of een auto een koelventilator heeft die met een elektromotor is of met een viscokoppeling is aangedreven. De viscokoppeling wordt - via de multiriem - door de krukas aangedreven. Een hoger krukastoerental resulteert in een hoger ventilatortoerental. Als de ventilator harder gaat blazen als het motortoerental toeneemt, en na enkele seconden uitschakelt i.v.m. afkoeling, is de auto uitgerust met een viscokoppeling.
De volgende afbeelding toont de demontagehandeling van de viscokoppeling met een centrale boutverbinding. Met twee grote steeksleutels kan de boutverbinding - en daarmee de viscokoppeling inclusief ventilator - worden losgenomen. Door in tegengestelde beweging de steeksleutels van elkaar te bewegen, kan de koppeling van de koelvloeistofpomp worden gedemonteerd.
De demontagemogelijkheid hangt af van het type auto. Niet in alle gevallen kan men met twee steeksleutels de ventilator losschroeven: er zit slechts één moer op de viscokoppeling en een blokkeermogelijkheid ontbreekt. Door op de moer een steeksleutel te zetten en hier een klap met een hamer op te geven, komt de moer het eerste stuk los van de koelvloeistofpomp.
Alternatieven voor de Viscokoppeling
Naast de viscokoppeling zijn er ook elektrische ventilatoren, die op verschillende manieren kunnen worden aangestuurd:
Lees ook: Alles over de viscokoppeling
- Thermoschakelaar: De elektrische koelventilator wordt in- en uitgeschakeld met een temperatuursafhankelijke schakelaar, oftewel de thermoschakelaar. Dit component bevindt zich in de radiateur.
- Regelapparaat: Tegenwoordig zien we steeds vaker koelventilatoren die door een regelapparaat worden aangestuurd. Met die uitvoering is er geen thermoschakelaar meer nodig: het regelapparaat leest de waardes van één of meerdere koelvloeistoftemperatuursensoren uit en bepaalt aan de hand daarvan de aansturing van de koelventilator.
- Regelapparaat (Relais-Aansturing): De ECU-aansturing vervangt het regelsysteem met de thermoschakelaar.
- Regelapparaat (PWM-Aansturing): Met de PWM-gestuurde koelventilator kan de draaisnelheid van de ventilator traploos worden verhoogd of verlaagd.
Elektrische Ventilatoraansturing d.m.v. een Thermoschakelaar
De thermoschakelaar zit boven de slang die als retourslang dient; de in de radiateur afgekoelde koelvloeistof gaat via deze slang retour naar de motor. Tijdens het rijden zorgt voornamelijk de rijwind voor voldoende afkoeling. Wanneer de koelvloeistof aan de uitgangszijde van de radiateur te heet wordt, sluiten de contacten in de thermoschakelaar. Hiermee ontstaat er een elektrische verbinding in de stuurstroomzijde van de relaisschakeling en schakelt het relais van de koelventilator in. De ventilator wordt aangestuurd en gaat draaien.
Tijdens het draaien van de ventilator koelt de koelvloeistof in de radiateur weer af. Als de temperatuur laag genoeg is, verbreekt de thermoschakelaar de elektrische verbinding.
Elektrische Ventilatoraansturing d.m.v. een Regelapparaat
Tegenwoordig zien we steeds vaker koelventilatoren die door een regelapparaat worden aangestuurd. Met die uitvoering is er geen thermoschakelaar meer nodig: het regelapparaat leest de waardes van één of meerdere koelvloeistoftemperatuursensoren uit en bepaalt aan de hand daarvan de aansturing van de koelventilator. De voordelen van de ECU-aansturing zijn:
- Aansturing (in- en uitschakelmomenten) zijn veel nauwkeuriger te regelen dan bij de uitvoering met thermoschakelaar.
- Eén koelventilator kan de functie overnemen van voorheen twee aparte (vaak een grote en kleine) ventilatoren.
Het regelapparaat bepaalt wanneer de ventilator aan of uit gaat en met welke snelheid hij draait. De stroom naar de ventilator gaat niet door het regelapparaat: de stroomsterkte is dermate hoog dat er teveel warmte-ontwikkeling in het regelapparaat zou ontstaan.
Elektronische Ventilatoraansturing d.m.v. een Regelapparaat (Relais-Aansturing)
Zoals eerder beschreven, vervangt de ECU-aansturing het regelsysteem met de thermoschakelaar. Het volgende schema toont de stroomkring van een koelventilatorschakeling van een Fiat Grande Punto 199. In dit schema zien we de volgende hoofdcomponenten:
Lees ook: Handleiding koppeling vervangen Peugeot 106
- R02: voorschakelweerstand ventilator;
- M05: radiateurventilator;
- K07: relais hoge snelheid;
- K07L: relais lage snelheid;
Het motorregelapparaat bepaalt aan de hand van de koelvloeistoftemperatuur en de waarde van de hogedruksensor in het aircosysteem, of en met welke snelheid de koelventilator moet gaan draaien. Bij ingeschakelde airco wordt standaard snelheid 1, en bij een (te) warme motor snelheid 2 ingeschakeld.
De ventilator (M05) kan op twee snelheden worden aangestuurd: voor de lage snelheid schakelt de motor-ECU de spoel van relais K07L aan massa. Het relais schakelt de hoofdstroom in, welke via de - in serie geschakelde - voorschakelweerstand R02, de elektromotor van de ventilator bereikt. Voor de hoge snelheid schakelt de ECU relais K07L uit en K07 in: de elektromotor wordt nu zonder voorschakelweerstand van spanning en stroom voorzien. De ventilator gaat op de maximale snelheid draaien. Dit gebeurt o.a. als de motor erg warm is als men in de file staat, of tijdens een storing in het temperatuurcircuit: voor de veiligheid stuurt de ECU de koelventilator met de hoogst mogelijke snelheid aan.
Elektronische Ventilatoraansturing d.m.v. een Regelapparaat (PWM-Aansturing)
Met de PWM-gestuurde koelventilator kan de draaisnelheid van de ventilator traploos worden verhoogd of verlaagd. Daar waar met een thermoschakelaar de ventilator na het inschakelen met een maximaal toerental gaat draaien, of met een voorschakelweerstand op een laag of hoog toerental kan draaien, kan met een PWM-regeling de koelventilator op elke gewenste snelheid draaien. Voordelen ten opzichte van het systeem met vaste toerentallen zijn:
- Meer comfort: de ventilator is met een zo laag mogelijk toerental een stuk stiller dan wanneer hij met een aan-uit-regeling op een (te) hoog toerental draait. Ook zal het constante of lage toerental geen invloed hebben op de verlichting die bij het eerder besproken systeem even dimt.
- Energiebesparend: als er weinig koeling nodig is, hoeft de ventilator weinig te koelen.
Het volgende schema is van het koelsysteem van een Mercedes C-180. In dit schema zien we o.a. de volgende componenten:
- P05: hoofdzekeringkast;
- K04: hoofdrelais;
- A10: motorruimte elektronicamoduul;
- A11: motor-ECU;
- M05: radiateurventilator;
- B13: koelvloeistoftemperatuursensor.
In dit schema zien we dat de koelventilator via de zekeringenkast op pin 2 een constante plus krijgt, op pin 3 een geschakelde plus krijgt wanneer relais K04 door de ECU in geleiding is gebracht, en op pin 4 een aanstuursignaal krijgt van de motor-ECU.
De motor-ECU stuurt de koelventilator met een PWM-signaal aan. De aansturing hangt o.a. af van de motortemperatuur. Bij storingen aan de koelventilator kunnen we controleren of de motor een constante- en geschakelde plus krijgt (pin 2 en 3) ten opzichte van de massa (pin 1).
Mogelijke Storingen waardoor de Koelventilator Blijft Draaien
Het kan voorkomen dat een koelventilator met een hoog toerental blijft draaien, zelfs als de motor uitstaat. Hier volgt een opsomming van de meest voorkomende storingen waardoor de koelventilator in een zgn. “noodloop procedure” gaat:
- Eén of meerdere foutcodes: lees de foutcodes uit van het motormanagementsysteem of de airconditioning. Wellicht staat er een foutcode m.b.t. de koelvloeistoftemperatuursensor, de hogedruksensor of de bedrading daarvan;
- De koelvloeistoftemperatuursensor geeft een onlogische waarde aan. Controleer met behulp van de live data tijdens het uitlezen de actuele temperatuur;
- De radiateur is verstopt. Dit kan zowel een koelvloeistofkanaal zijn waardoor de koelvloeistof niet goed kan circuleren, als een blokkade voor de luchtdoorstroming zijn. Het laatste is simpel te controleren: controleer de radiateur op zichtbare beschadigingen.
- Het relais blijft plakken: dit geldt in principe alleen voor de uitvoering met een voorschakelweerstand;
- Er is geen goede communicatie tussen de motor-ECU en de koelventilator-ECU: dit geldt voor de PWM-aangestuurde ventilator-ECU. Met een oscilloscoop kunnen de signalen op beide ECU’s worden gemeten. Hier mag geen verschil in zitten. Meet je wel een spanningsverschil?