Comprendre les embrayages à ventilateur : Marche/Arrêt, deux vitesses et vitesse variable

Comment fonctionne l’informatique

Les embrayages du ventilateur On/Off fonctionnent selon un principe binaire de base – soit complètement engagé, soit complètement désengagé – ce qui en fait l’entraînement du ventilateur le plus simple du marché. Le système est régi par un signal de température qui détermine si un refroidissement est nécessaire.

Il existe deux types courants d’entrées de commande pour les embrayages tout ou rien :

• Commande par capteur bimétallique :
  Les embrayages marche/arrêt traditionnels utilisent un ressort hélicoïdal bimétallique monté sur la face de l’embrayage qui réagit à la température ambiante sous le capot. Lorsque la température augmente, la bobine se dilate et tourne, ouvrant une valve qui permet au liquide silicone d’engager le mécanisme d’embrayage et de faire tourner le ventilateur à plein régime.
• Commande électronique (EC) :
  Dans les applications modernes, les modules de commande électronique (ECM) envoient des signaux aux solénoïdes ou aux soupapes d’air en fonction des données du moteur en temps réel – typiquement la température du liquide de refroidissement, la température de l’air d’admission ou la demande de climatisation. Cela permet un enclenchement plus précis et plus réactif du ventilateur par rapport aux systèmes purement mécaniques.

Cycle d’engagement des supporters :

1. Mode débrayage :
   Lorsque la température du moteur se situe dans la plage optimale, l’embrayage est débrayé, ce qui permet au ventilateur de « tourner en roue libre » à une vitesse bien inférieure à celle du moteur. Cela permet de réduire la traînée parasite, d’améliorer le rendement énergétique et de réduire le bruit.
2. Mode engagé :
   Lorsque la température du moteur dépasse un seuil calibré, l’embrayage s’active, bloque et fait tourner le ventilateur à plein régime. Cela permet d’obtenir un flux d’air maximal à travers le radiateur et les autres échangeurs de chaleur, abaissant rapidement la température du liquide de refroidissement.

Une fois que le refroidissement est réalisé et que la température baisse, l’embrayage revient à son état débrayé, répétant le cycle si nécessaire.

Pourquoi c’est important

Bien que les embrayages tout ou rien n’aient pas la précision des modèles plus avancés, ils sont éprouvés, robustes et rentables. Leur durabilité les rend idéaux pour les véhicules fonctionnant dans des environnements à charge constante ou dans des climats modérés, tels que.. :

• Camions de moyen tonnage
• Bus scolaires
• Véhicules utilitaires
• Certains équipements hors route

Ils offrent également une plus grande facilité d’entretien et moins de points de défaillance que les systèmes à vitesse variable, ce qui constitue un avantage majeur pour les flottes qui privilégient le temps de fonctionnement et la simplicité d’entretien.

Considérations sur les performances :

• Rendement énergétique : Modéré – amélioré par rapport aux ventilateurs à entraînement direct, mais moins efficace que les systèmes à deux vitesses ou à vitesse variable.
• Réduction du bruit : Limitée – le ventilateur fonctionnant à pleine vitesse lors de l’engagement, il peut produire un rugissement perceptible.
• Contrôle du refroidissement : Basique – suffisant pour les cycles de travail standard, mais pas idéal pour les moteurs dont les besoins en refroidissement sont variables ou dont les composants sont sensibles aux émissions.

Comment ça marche

Les embrayages de ventilateur à deux vitesses sont conçus pour offrir un refroidissement du moteur plus nuancé que les systèmes On/Off traditionnels. Plutôt que de fonctionner dans deux états extrêmes (complètement activé ou complètement désactivé), l’embrayage à ventilateur à deux vitesses offre deux niveaux distincts d’engagement du ventilateur: un mode à basse vitesse pour un refroidissement partiel, et un mode à haute vitesse pour une demande de refroidissement complète.

Cela se fait généralement au moyen d’un mécanisme interne qui module la quantité de fluide silicone – ou contrôle la pression de l’air dans le cas des embrayages à ventilateur – permettant au ventilateur de s’enclencher à une vitesse réduite (souvent de 40 à 60 % de la vitesse totale du ventilateur) avant de passer à l’enclenchement complet à mesure que les températures augmentent.

Systèmes de contrôle :

• Contrôlé électroniquement : Un calculateur surveille la température, la vitesse du véhicule, la charge du moteur, la demande de climatisation et d’autres données pour déterminer si un refroidissement à basse ou à haute vitesse est nécessaire. Des solénoïdes ou des vannes modulent alors le débit d’air ou la pression du liquide pour ajuster la vitesse du ventilateur en conséquence.
• Sauvegarde déclenchée par la température : De nombreux embrayages à ventilateur à deux vitesses sont également dotés d’une protection thermique intégrée (bobine bimétallique, par exemple) qui garantit un engagement complet en cas de défaillance de la commande électronique ou de détection d’une surchauffe.

Cycle d’engagement des supporters :

1. Mode basse vitesse :
   Lorsque la température du moteur augmente mais n’est pas critique, l’embrayage engage le ventilateur à vitesse partielle. Cela permet un débit d’air suffisant pour maintenir l’équilibre thermique sans surrefroidissement, tout en réduisant le bruit du ventilateur et en économisant de l’énergie.
2. Mode haute vitesse :
   Lorsque la demande augmente, par exemple en cas de conduite en montée, de charges lourdes ou de températures ambiantes élevées, l’embrayage passe à l’engagement à pleine vitesse, fournissant un flux d’air maximal pour protéger le moteur et les systèmes auxiliaires.

Pourquoi c’est important

Les Entraînements du ventilateur à deux vitesses constituent une solution intermédiaire entre la simplicité des conceptions On/Off et la précision des entraînements à vitesse variable. Ils réduisent les enclenchements inutiles du ventilateur complet, ce qui permet d’économiser du carburant et de réduire les émissions, tout en assurant un refroidissement robuste sous de lourdes charges.

Les applications typiques sont les suivantes :

• Camions d’ordures ménagères et de recyclage
• Bus avec arrêts fréquents
• Camions professionnels à usage intensif
• Matériel de construction et d’exploitation minière à charge de travail fluctuante

Considérations sur les performances :

• Rendement du carburant : Amélioration – la réduction de l’engagement du ventilateur à grande vitesse diminue la charge parasite sur le moteur.
• Réduction du bruit : Modérée – moins de bruit de ventilateur par rapport aux systèmes marche/arrêt, en particulier en mode basse vitesse.
• Contrôle du refroidissement : Amélioré – meilleure stabilité de la température dans une plus large gamme de conditions de fonctionnement.

Comment ça marche

Les embrayages à ventilateur à vitesse variable représentent la technologie la plus avancée en matière de refroidissement du moteur. Ces systèmes modulent continuellement la vitesse du ventilateur en temps réel en fonction d’un large éventail de paramètres du moteur et du véhicule. Plutôt que de passer par des étapes distinctes, ils ajustent la vitesse du ventilateur en douceur et avec précision pour répondre à la demande de refroidissement.

Ce contrôle dynamique est généralement réalisé à l’aide de :

• Signaux Modulation largeur d’impulsion (PWM) de l’ECM
• Régulateurs de pression d’air proportionnels
• Actionneurs intelligents qui interprètent la température, la charge du moteur, la vitesse du véhicule et l’activité du compresseur de climatisation.

En faisant tourner le ventilateur aussi vite que nécessaire, les embrayages à ventilateur à vitesse variable fournissent juste la bonne quantité de flux d’air – ni plus, ni moins.

Cycle d’engagement des supporters :

1. Plage de vitesse faible à moyenne :
   Par temps frais ou modéré, le ventilateur peut tourner à une fraction de sa vitesse maximale (de 10 à 30 % seulement), ce qui minimise la résistance du moteur et réduit la consommation de carburant et le bruit.
2. Réponse à grande vitesse :
   Lorsque la charge thermique augmente, le ventilateur monte en puissance en douceur, sans à-coups, afin d’augmenter le débit d’air et de maintenir la température du liquide de refroidissement à un niveau stable. Contrairement aux systèmes à changement de vitesse, cet engagement continu garantit une température de fonctionnement plus stable, ce qui est particulièrement important pour les systèmes de contrôle des émissions tels que EGR et SCR.

Pourquoi c’est important

Les embrayages à ventilateur à vitesse variable sont essentiels dans les groupes motopropulseurs actuels à haut rendement et à faibles émissions. Ils prennent en charge :

• Économies de carburant grâce à la réduction des pertes parasites
• Un contrôle plus strict de la température, qui aide les moteurs à fonctionner dans leurs zones optimales de performance et d’émissions.
• Amélioration du confort du conducteur, grâce à un fonctionnement plus silencieux et à un engagement plus souple

Idéal pour :

• Camions long-courriers et régionaux
• Transports en commun et autocars
• Équipement fonctionnant dans des climats extrêmes ou à haute altitude
• Toute application nécessitant un contrôle thermique rigoureux ou soumise à des réglementations en matière d’émissions (EPA, CARB, UE)

Considérations sur les performances :

• Efficacité énergétique : Le plus élevé – seule la vitesse nécessaire du ventilateur est utilisée.
• Réduction du bruit : Excellente – un fonctionnement plus régulier réduit considérablement le bruit lié au ventilateur.
• Contrôle du refroidissement : Optimal – la modulation fine et en temps réel assure une gestion thermique inégalée.