Почему в современных автомобилях медные радиаторы уступили место алюминиевым

На старых автомобилях радиатор нередко был медно-латунным, а у современных легковушек под капотом обычно стоит алюминиевый. Замена кажется странной: медь лучше проводит тепло, а радиатор как раз должен отводить его от двигателя. Однако вместе с металлом инженеры изменили трубки, рёбра и способ сборки. Это позволило сделать радиатор легче, сохранив нужное охлаждение, и приспособить его к массовому выпуску.

Почему медь не гарантирует лучшее охлаждение

Радиатор состоит из трубок, по которым проходит горячая охлаждающая жидкость, и множества тонких рёбер между ними. Жидкость нагревает стенки трубок, от них тепло переходит к рёбрам, а затем его уносит проходящий воздух. Рёбра многократно увеличивают поверхность, соприкасающуюся с воздухом, поэтому радиатор удаётся разместить в сравнительно небольшом пространстве перед двигателем.

Слишком узкие промежутки между рёбрами мешают воздуху проходить через сердцевину. К тому же за первым рядом трубок он уже нагрет: следующие ряды обдуваются более тёплым воздухом. Толстый многорядный радиатор поэтому не обязательно охлаждает лучше более тонкого.

В автомобиле перед радиатором двигателя часто установлен ещё и конденсатор кондиционера. Он тоже нагревает воздух и затрудняет его проход, поэтому охлаждение рассчитывают для всего набора теплообменников, вентилятора и передней части кузова. Замена металла сама по себе не исправит неудачный обдув.

Традиционный «медный» радиатор часто делали с медными рёбрами, но латунными трубками и бачками. Латунь проводит тепло хуже чистой меди, а от трубки к ребру оно проходит ещё и через паяное соединение. Поэтому свойства чистой меди не описывают всю деталь: в ней работают разные материалы, и качество стыков тоже влияет на охлаждение.

Что изменили в алюминиевой сердцевине

При одинаковом объёме медь весит примерно в 3,3 раза больше алюминия. Готовые радиаторы не обязательно отличаются по массе во столько же раз: размеры трубок, толщина стенок и количество рёбер у них разные. Тем не менее низкая плотность алюминия позволяет менять размеры деталей, не делая всю конструкцию слишком тяжёлой.

Например, алюминиевые трубки можно сделать широкими и плоскими, сохранив приемлемую массу сердцевины. К их широким сторонам припаивают гофрированную ленту, которая образует рёбра. Чем больше площадь соединения, тем легче теплу переходить от трубок к рёбрам.

Широкая плоская трубка должна выдерживать давление жидкости, не раздуваясь. Для этого применяют в том числе трубки с внутренней перегородкой: она соединяет противоположные стенки и не даёт им расходиться. Так трубку усиливают без большого увеличения толщины стенок и массы.

Несколько рядов узких трубок иногда удаётся заменить одним рядом широких. Воздуху становится легче проходить через радиатор, а рёбра сохраняют большую площадь контакта с трубками. Благодаря этому алюминиевая конструкция может охлаждать не хуже старой медно-латунной, хотя сам металл проводит тепло хуже.

На тонкой ленте рёбер делают небольшие просечки с отогнутыми краями, похожие на крошечные жалюзи. Они направляют поток возле поверхности металла и помогают воздуху забирать тепло. Два радиатора могут выглядеть почти одинаково, хотя форма этих деталей и качество их соединений у них различаются.

Почему это устроило автозаводы

Переход к алюминию ускорился после нефтяного кризиса 1970-х, когда автопроизводители стали настойчивее снижать расход топлива и массу машин. Радиатор был лишь одной из деталей, которые пересматривали. Несколько сэкономленных килограммов здесь складывались с облегчением двигателя, кузова и других узлов.

Для массового выпуска освоили пайку алюминиевых сердцевин в печах. Трубки и рёбра сначала собирают в пакет, затем нагревают в контролируемой атмосфере: припой образует соединения между деталями. Так множество стыков получают за один производственный цикл.

На налаженной линии так выпускают большие партии одинаковых сердцевин с тонкими стенками и плотным контактом трубок с рёбрами. К готовой сердцевине часто присоединяют пластиковые бачки, закрепляя их через уплотнение.

Пластиковый бачок не должен проводить тепло так же хорошо, как рёбра: его главная работа — распределять жидкость между трубками и собирать её на выходе. Поэтому делать его из дорогого теплопроводного металла необязательно. Впрочем, пластик применяли и с медными сердцевинами, так что считать его преимуществом исключительно алюминия тоже нельзя.

Поставщики развивали уже освоенную технологию: совершенствовали сплавы, защиту от коррозии, форму трубок и оборудование для пайки. Автопроизводители получали всё более лёгкие и компактные теплообменники. Переход на алюминий закрепился благодаря этим усовершенствованиям, а не простой замене одного металла другим в неизменной конструкции.

Медные радиаторы всё-таки остались

Медно-латунные радиаторы продолжают выпускать для автомобилей и другой техники. Например, Лихославльский радиаторный завод предлагает оба исполнения — алюминиевое и медно-латунное.

В современных медно-латунных радиаторах тоже используют новые сплавы и способы сборки. Например, технология CuproBraze предусматривает высокотемпературную пайку вместо традиционного мягкого припоя. Специальные сплавы и прочные соединения позволяют делать детали тоньше и уменьшать массу. Поэтому сегодняшний медно-латунный радиатор может заметно отличаться от того, который стоял на автомобиле несколько десятилетий назад.

Старые медно-латунные радиаторы ценили за возможность ремонта: многие повреждения удавалось устранить пайкой. С тонкой алюминиевой сердцевиной работать часто сложнее, а замена оказывается практичнее. При этом прогнивший радиатор из меди тоже может оказаться бессмысленно ремонтировать — состояние детали важнее одного лишь названия металла.

Для замены радиатора нужны размеры и характеристики, рассчитанные на конкретный автомобиль: деталь должна подходить к креплениям, патрубкам и вентилятору и отводить достаточно тепла. Обещание «медь охлаждает лучше» этого не гарантирует. Хорошо спроектированный алюминиевый радиатор может оказаться легче и эффективнее старого медного, а качественная медно-латунная конструкция — лучше неудачной алюминиевой.