От меди к алюминию

Первые действительно эффективные теплообменники для системы охлаждения были выполнены из меди. Этот металл обладает лучшей теплопроводностью из всех конструктивных материалов, и некоторое время специалистам казалось, что медь в радиаторах обосновалась навсегда. Лет сорок назад медно-латунные радиаторы (медная сердцевина и латунные бачки) казались верхом технического прогресса. Отдельные элементы радиаторов соединяли пайкой – медные сплавы паяются легко. И, несмотря на очевидные недостатки медных теплообменников – очень малую их механическую прочность и жесткость, а также высокую энергозатратность изготовления, – мало кто из автомобилестроителей видел альтернативу этому «красному» металлу.

Только в 80-х годах прошлого столетия (исторически совсем недавно) у меди появился конкурент – алюминий. Этот металл проигрывал меди в теплопередаче. Зато он прочнее меди и более жесткий, что позволяет с помощью конструктивных ухищрений (алюминий позволяет сделать плоскоовальную трубку радиатора более широкой и располагать эти трубки ближе друг к другу) сделать радиаторы с такой же, как у медно-латунных, и даже более высокой эффективностью. Несмотря на явное преимущество в цене сырья, до 80-х годов алюминиевые радиаторы делать не умели. Конструкция медно-латунных радиаторов столь прочно утвердилась в сознании разработчиков, что технология производства алюминиевых радиаторов стала развиваться по проложенной медными теплообменниками колее. Алюминий стали паять. И, если медные сплавы паяются легко, то с алюминием возникли проблемы – он моментально окислялся, и пайка становилась невозможной. Алюминиевые радиаторы стали реальностью, только когда задача пайки алюминия в промышленных масштабах была решена. Появились специальные припои и печи (как циклического, так и непрерывного действия), позволяющие надежно соединять элементы конструкции в единый теплообменник с помощью паяных швов. Так появились алюминиево-паяные радиаторы.

Конструкция радиаторов стабилизировалась – алюминиевая сердцевина и пластиковые бачки для легковых автомобилей и алюминиевая сердцевина и приваренные к ней в среде инертного газа алюминиевые бачки (цельноалюминиевые радиаторы – они получаются более прочными) для грузовиков и спецтехники.

Медь окончательно и навсегда (наверное, навсегда) проиграла в конкурентной борьбе алюминиево-паяным радиаторам. Медно-латунные радиаторы сейчас в новой технике уже совершенно не используются. Их выпуск составляет малые доли процента от общего объема автомобильных теплообменников и нацелен на рынок запасных частей для старых транспортных средств.

Проблема сложности, капризности и дороговизны оборудования для пайки алюминиевых теплообменников, конечно, существует и существовала всегда. Но предприятия массового выпуска автомобильных теплообменников смирились с этой технологией, распределяя накладные на огромные тиражи изделий.

В начале 2000-х мало кто предполагал, что эта конструкция быстро начнет сдавать свои позиции.

Эффективнее, технологичнее, дешевле

О разработках поколений радиаторов, идущих на смену алюминиево-паяной конструкции, нашим читателям рассказал Петр Нечипоренко – коммерческий директор управляющей компании «Карвиль», выпускающей автомобильные теплообменники под брендом «Лузар».

Технологическая сложность пайки алюминия заставила практически одновременно с освоением пайки алюминия искать альтернативные конструкционно-технологические варианты радиаторов. Одна из таких альтернатив существовала давно – это алюминиевые сборные радиаторы, которые не имеют паяных швов.

Суть конструкции заключается в том, что использовалась круглая трубка. Эти трубки вставляют при сборке в отверстия теплоотводящих пластин-ламелей. Для сборки между трубками и пластинами должен быть некоторый зазор. Но для нормальной работы теплообменника этого зазора быть не должно. (В алюминиево-паяных радиаторах этот зазор заполняли припоем.) При сборке сердцевины алюминиевых сборных радиаторов сквозь трубки пропускали специальный инструмент – дорн. Это такой длинный стержень с головкой на конце. Головка дорна деформирует трубки изнутри, увеличивая их диаметр до такой степени, чтобы полностью устранить воздушный зазор между трубками и теплоотводящими пластинами-ламелями и обеспечить максимальную теплоотдачу радиатора.

Такой радиатор получается дешевым (из-за стоимости сырья). Технологию дорнования нельзя назвать простой, а оборудование, с помощью которого она производится, недорогим. Но массовый выпуск позволял «отбить» основные фонды и зарабатывать на выпуске таких радиаторов.

Алюминиевые сборные радиаторы с круглой трубкой использовались еще с конца 80-х годов прошлого века на автомобилях Volkswagen Audi Group, Renault, Peugeot-Citroen и АвтоВАЗ. Компания «Лузар» освоила выпуск таких алюминиевых сборных радиаторов для автомобилей этих марок на своем производстве под Санкт-Петербургом.

Однако сегодня сборная конструкция радиатора с круглой трубкой уже перестала удовлетворять автопром. Все дело как раз в этой круглой трубке, она имеет большую аэродинамическую тень, в которую не попадает холодный воздух. По этой причине сборные радиаторы с круглой трубкой имеют низкий КПД (значительно ниже, чем у алюминиево-паяных), и их применяли на автомобилях с двигателями меньше 100 л.с., где безболезненно можно было увеличить габариты теплообменников.

Казалось, алюминиевые радиаторы с плоскоовальной трубкой, которые паяют специальными припоями в среде азота, – единственная прогрессивная конструкция, способная обеспечить современные запросы автопрома.

Оказывается, что нет. В начале 2000-х появился (сначала на очень дорогих автомобилях) сборный радиатор без паяного шва, у которого не круглая, а плоскоовальная трубка.

Сейчас эта технология используется повсеместно (на автомобилях «ЛАДА Ларгус», «Рено Дастер», «Ниссан Кашкай», например), и мы можем с гордостью сказать, что она реализована компанией «Лузар» на производстве в Паргалово под Санкт-Петербургом. Мы там производим сборные радиаторы с плоскоовальной трубкой.

Преимущества у таких радиаторов оказались колоссальные. Эффективность сборного радиатора оказалась на 3–7% выше, чем аналогичного паяного. Большего КПД удается достичь за счет исключительно надежного контакта, обеспечивающего лучшую теплопередачу между трубками и теплоотводящими ламелями, чем достигается на паяных радиаторах. За счет того, что теплопроводность припоя хуже, чем алюминия, кроме того, пропуски при пайке снижают КПД, а достичь абсолютно сплошного шва между трубками и ламелями очень трудно. Средняя экономия 5% (для радиаторов это очень много) позволяет либо сэкономить на материале, либо увеличить характеристики радиаторов при тех же габаритах.

Такие радиаторы уже выпускаются и прошли все омологации для автомобилей АвтоВАЗ («Гранта», «Приора», в перспективе «Веста») и «Шеви-Нива».

Наряду со сборными радиаторами с плоскоовальной трубкой специалисты нашей компании нашли возможность увеличить КПД сборного радиатора с круглой трубкой, не увеличивая количества используемого металла. В стандартном радиаторе с круглой трубкой (технология Sofico) два ряда трубок, расположенных один за одним (коридорное исполнение). На «Лузаре» расположили трубки в шахматном порядке, сместив на полшага второй ряд. Такая конструкция позволяет на 10% увеличить КПД сборного радиатора с круглой трубкой по сравнению с таким же радиатором, где трубки стоят в коридорном порядке. Эта конструкция реализуется сейчас для автомобилей Volkswagen Audi Group, производимых в Калуге (Skoda Rapid и Polo Sedan).

Затем мы нашли возможность совместить конструкцию сборного радиатора с плоскоовальной трубкой с преимуществами расположения трубок в шахматном порядке. Используя такую технологию, мы имеем возможность получить радиатор, характеристики теплопередачи которого оказываются значительно выше, чем аналогичного радиатора паяной конструкции. Кроме того, радиаторы нашей конструкции выдерживают значительно большее внутреннее давление. Здесь можно говорить о фактическом создании нового продукта, полностью удовлетворяющего запросы автомобилестроителей на ближайшее будущее.

Итак, компания «Лузар» разработала и внедрила два технологически конструктивных решения: сборные радиаторы с плоскоовальной трубкой и сборные радиаторы с шахматным расположением рядов трубок. Применяя эти решения вместе или отдельно, компания «Лузар» может предложить нашей автомобильной промышленности эффективные, технологичные и недорогие теплообменники самой передовой конструкции. Уже в этом году планируется закрыть своим ассортиментом радиаторов системы охлаждения и кондиционирования 80% всех автомобилей, официально поставляемых в Россию, и предложить РАДИТОРЫ ДЛЯ ВСЕХ АВТОМОБИЛЕЙ в самом ближайшем будущем.