Любому двигателю внутреннего сгорания требуется качественная система охлаждения. Это связано с особенностями его работы. Внутри цилиндров происходит сгорание смеси воздуха и топлива, от чего блок цилиндров, головка, выпускная система и другие смежные системы нагреваются до критических температур, особенно если мотор турбированный (о том, зачем в машине турбонагнетатель, и как он работает, читайте здесь). Хотя эти элементы изготавливаются из жаростойких материалов, они все равно нуждаются в охлаждении (при критическом нагреве они могут деформироваться и расширяться).
Для этого автопроизводители разработали разные типы систем охлаждения, которые способны поддерживать рабочую температуру мотора (о том, каким должен быть этот параметр, рассказывается в другой статье). Один из компонентов любой системы охлаждения является вентилятор. Само устройство этого элемента мы сейчас не будем рассматривать – об этом уже имеется другой обзор. Сосредоточимся на одном из вариантов привода этого механизма – вискомуфта.
Рассмотрим, какое у нее устройство, какой принцип ее работы, какие бывают неисправности, а также варианты ремонта механизма или его замены.
Принцип работы вискомуфты вентилятора охлаждения
Современный автомобиль оснащается такой системой охлаждения, вентилятор которой имеет электрический привод. Но иногда встречаются такие модели машин, в которых устанавливается муфта, имеющая вязкостный приводной механизм. Ввиду особенности конструкции этого компонента системы он применяется только на автомобилях, у которых задний привод. В этом случае двигатель стоит в подкапотном пространстве продольно. Так как большинство современных моделей авто оснащаются трансмиссией, передающей крутящий момент на передние колеса, то данную модификацию вентиляторов на легковых машинах можно встретить редко.
Работа механизма происходит по следующему принципу. Сам привод вентилятора, в корпусе которого установлена вискомуфта, подсоединен к шкиву коленчатого вала при помощи ремня. Существуют модели авто, в которых ротор муфты соединяется с коленчатым валом напрямую. Также встречаются варианты, подсоединяемые на шкив распределительного вала.
В корпусе ротора механизма будет находиться два диска, один из которых насажен на вал привода. Расстояние между ними минимальное, чтобы блокировка происходила максимально быстро в соответствии с температурой нагрева рабочего вещества или изменения его вязкости в результате механического воздействия (неньютоновская жидкость). Второй диск крепится к крыльчатке вентилятора, расположенного за радиатором охлаждения (подробней о разных модификациях и о том, как работает данный компонент системы, читайте в другом обзоре). Корпус ротора устанавливается неподвижно, чтобы привод не мог постоянно крутить всю конструкцию (это старые разработки), но в современном исполнении ротор является частью конструкции вентилятора (вращается сам корпус, к которому закрепляется крыльчатка).
Пока механизм не заблокирован, крутящий момент не передается с ведущего на ведомый элемент. Благодаря этому крыльчатка не будет вращаться постоянно в процессе работы ДВС. В зимний период, а также в процессе прогрева силового агрегата (отдельно читайте о том, зачем разогревать мотор) система охлаждения не должна работать. Пока мотор не нуждается в охлаждении, полость ротора вискомуфты остается пустой.
По мере того, как нагревается двигатель, начинает деформироваться биметаллическая пластина. Пластина постепенно приоткрывает канал, по которому подается рабочая жидкость. Это может быть густое масло, силиконовый материал, вязкое гелеобразное вещество и т.д. (все зависит от того, как производитель реализует передачу крутящего момента со шкива на ведомый диск устройства), но чаще для создания таких веществ используется силикон. В некоторых моделях вискомуфт используется дилатантная жидкость.
Ее особенность в том, что вязкость данного вещества меняется в зависимости от скорости деформации объема жидкости. Пока движение ведущих дисков происходит плавно, жидкость остается текучей. Но как только обороты ведущего элемента повышаются, на вещество оказывается механическое воздействие, из-за чего меняется его вязкость. Современные вискомуфты одноразово заполняются таким веществом, и оно не нуждается в замене на протяжении всего рабочего ресурса муфты.
Вязкостные муфты могут использоваться не только в данном механизме. Чуть позже мы рассмотрим, где еще может устанавливаться подобный механизм. Что касается работы вентилятора с вискомуфтой, то как только биметаллическая пластина открывает впускной канал, конструкция механизма будет начинать постепенно заполняться рабочим веществом. Благодаря этому образуется связь между ведущим и ведомым дисками. Такой механизм для работы не требует, чтобы давление в полости было высоким. Чтобы обеспечить улучшенную связь между дисками, их поверхность выполняется с небольшими ребрами (в некоторых модификациях вискомуфт каждый дисковый элемент перфорированный).
Итак, вращательное усилие от двигателя к лопастям вентилятора передается через вязкий материал, поступающий в полость ротора и попадающий на перфорированное покрытие дисков. Корпус вискомуфты заполняется этим веществом полностью, благодаря чему дополнительно образуется центробежная сила, как в помпе двигателя (подробно о том, как работает водяной насос системы охлаждения, рассказывается в другой статье).
1 — клапан приоткрыт (прогретый мотор); 2 — небольшой изгиб биметаллической пластины (мотор прогретый); 3 — полностью выгнутая биметаллическая пластина (двигатель горячий); 4 — клапан полностью открыт (мотор горячий); 5 — привод от ДВС; 6 — привод вискомуфты; 7 — масло в механизме.
Когда антифриз в радиаторе охлаждается до нужной степени, биметаллическая пластина принимает исходную форму, и в муфте открывается сливной канал. Рабочая жидкость под действием центробежной силы перемещается в резервуар, откуда она при необходимости снова начинает закачиваться в полость муфты.
Работа вискомуфты, если рабочую жидкость основать на силиконе, имеет две особенности:
- Связь между дисками обеспечивается не только центробежной силой. Чем быстрее вращается ведущий элемент, тем сильнее перемешивается силиконовое вещество. От интенсивности оно становится гуще, что усиливает зацепление дисковой группы;
- По мере нагрева жидкости она расширяется, из-за чего повышается давление внутри конструкции.
В процессе равномерного движения машины мотор работает с относительно стабильными оборотами. Благодаря этому жидкость в муфте не перемешивается интенсивно. Но когда водитель начинает ускорять транспортное средство, появляется разница между вращением ведущих и ведомых дисков, из-за чего рабочая среда интенсивно перемешивается. Вязкость жидкости увеличивается, и вращательное движение начинает с большей эффективностью передаваться на группу ведомых дисков (в некоторых моделях используется не по одному диску, а два комплекта, каждый из элементов которых чередуется друг с другом).
Если разница во вращении пакетов дисков сильно различается, вещество переходит в практически твердое состояние, что приводит к блокировке муфты. Похожий принцип работы имеет вязкостная муфта, которая устанавливается в трансмиссии машины вместо межосевого дифференциала. В такой компоновке машина по умолчанию является переднеприводной, но когда каждое ведущее колесо начинает буксовать, резко подскочившая разница в крутящем моменте активирует блокировку муфты, и подключается задняя ось. Подобный механизм также может использоваться в качестве межколесного дифференциала (дополнительно о том, зачем машине нужен дифференциал, читайте в другой статье).
В отличие от механизмов, использующихся в трансмиссии, модификация для вентилятора охлаждения оснащается специальным резервуаром, в котором хранится объем рабочего вещества. Когда мотор находится на стадии прогрева, термостат в магистрали ОС закрыт (подробно о работе термостата рассказывается здесь), и антифриз циркулирует по малому кругу. В машинах, которые эксплуатируются в холодных регионах с морозными зимами, для этой цели можно использовать систему предпускового подогрева ДВС (о ней подробно читайте отдельно).
