Что такое вискомуфта: принцип работы, устройство и проверка
Охлаждение двигателя автомобиля потоком набегающего воздуха действует далеко не всегда, поэтому все они снабжены вентиляторами принудительного обдува. На это надо затратить определённую мощность, причём желательно в регулируемом режиме. Постоянное продувание воздуха через радиаторы с максимальной производительностью не всегда требуется и ведёт к значительному перерасходу топлива. Электрический вентилятор достаточно просто отключать, когда в нём нет необходимости, а вот с механическим потребуется дополнительное устройство между приводом и крыльчаткой.
Предназначение вискомуфты
С ростом температуры двигателя открывается клапан термостата, и горячая жидкость начинает поступать в радиатор. Последний охлаждается встречным воздухом при движении автомобиля, температура антифриза падает, и он в охлаждённом состоянии возвращается в рубашки головки и блока.
Когда скорость автомобиля мала или вообще отсутствует на остановках с работающим двигателем, радиатор не продувается и мотор начинает перегреваться.
Необходимо запустить во вращение крыльчатку вентилятора, до того медленно вращавшуюся и не расходовавшую лишнюю энергию. Для этого и предназначена вискомуфта вентилятора.
Она должна почувствовать критический рост температуры и восстановить механическую связь между своим приводным шкивом и крыльчаткой.
Принцип работы
Работа муфты основана на применении специальной жидкости, изменяющей свою вязкость при увеличении внутреннего трения. Если перемешивание её незначительно, то вязкость мала и наоборот, при быстром относительном перемещении её слоёв свойства становятся близкими к гелю и даже твёрдому телу.
Если подобное вещество расположить в небольшом промежутке между двумя дисками, то передача крутящего момента с одного из них на другой будет зависеть от отношения скоростей их вращения.
Связав один из них со шкивом, а второй с крыльчаткой, можно получить муфту, которая заставит вращаться крыльчатку со скоростью, зависящей от количества жидкости между дисками и расстояния между ними. Чем меньше расстояние, тем сильнее жидкость увеличивает вязкость и тем лучше передаётся энергия вращения.
Устройство вискомуфты вентилятора охлаждения
Реализуется эта относительно простая идея различными способами.
- можно изменять расстояние между дисками, но это не всегда удобно с конструктивной точки зрения, хотя и такой способ используется в некоторых устройствах, обычно при этом задействуется не одна пара дисков, а целый пакет;
- подачу жидкости в зазор можно регулировать электромагнитным клапаном, управляемым от температурного датчика через реле и запускающим поток в обход зазора или непосредственно в пространство между дисками, так и сделано на некоторых грузовиках, где крыльчатки требуют подвода значительной мощности;
- способом попроще будет использование механических термочувствительных элементов спирального типа, металлическая спираль из специального материала с высоким коэффициентом теплового расширения имеет значительную длину при небольших внешних габаритах, нагреваясь, поворачивает золотниковый клапан, направляющий жидкость в рабочий зазор;
- еще проще устроено управление при помощи биметаллической пластины, которая изгибается при нагреве, надавливая на пластину клапана, открывающего перфорацию на одном из дисков, после чего через него начинают поступать дополнительные порции вискожидкости.
На автомобилях использованы различные конструкции, но есть и много общего:
- ротор муфты связан со шкивом, расположенным на корпусе водяного насоса или на отдельном кронштейне;
- в конструкции имеются подшипники, на которых вращается шкив и проскальзывает статор относительно ротора;
- в корпус статора заливается строго определённое количество специальной силиконовой жидкости;
- на статоре выполняется оребрение для лучшего теплообмена, и к нему же болтами прикреплена крыльчатка обдува радиатора.
Масло заливается на весь срок службы, а его сохранность обеспечивается кольцевым уплотнением.
Роль силиконового масла
Состав масла выполнен таким, чтобы придать продукту так называемые неньютоновские свойства. Обычные жидкости не меняют свою вязкость от скорости перемещения микрослоёв внутри. Здесь же вязкость резко растёт, что и обеспечивает увеличение жидкостного трения между дисками.
При низкой температуре масло отбрасывается центробежными силами из зазора, для чего на дисках иногда делаются направляющие насечки.
Диски вращаются свободно, и передачи энергии на крыльчатку почти нет. Если же клапаны открываются термочувствительными элементами, то масло начинает заполнять зазор, увеличивать вязкость и передавать вращение на ведомый диск, связанный через корпус с крыльчаткой.
Для увеличения поверхностей трения на дисках выполняются кольцевые канавки, входящие одна в другую, так масло используется максимально эффективно при тех же габаритах.
Температурная зависимость вязкости у масла мала, что позволяет муфте нормально работать и при низких температурах. Низкокачественные масла без силикона в таких условиях передавали бы вращение постоянно, ещё более охлаждая двигатель.
Проверка вискомуфты на работоспособность
Первым симптомом нормальной работы муфты будет её кратковременное включение при первом запуске холодного мотора.
Это связано с тем, что во время стоянки жидкость стекла в зазор и ещё не выбросилась в резервуар корпуса. Затем характерный звук работающих лопастей крыльчатки пропадёт, скорость её уменьшится, хотя и не до нуля.
При таком холостом ходе вентилятора его даже можно остановить любым мягким предметом, обычно демонстрируют свёрнутую газету, резиновый шланг или пластиковую бутылку. Ни в коем случае не стоит пытаться это делать руками.
По мере прогрева радиатора клапаны открываются, и вентилятор начинает работать на полную мощь. Его обороты растут при прогазовках практически сразу за двигателем, а остановить его уже не получается. Это и будет признаком нормальной работы муфты.
Замена вискомуфты на примере Ауди А6 С5
На этих автомобилях вентилятор с муфтой и шкивом установлен на отдельной цапфе и приводится в движение вспомогательным ремнём. Ротор муфты прикручен непосредственно на резьбу втулки шкива.
Для замены не потребуется много времени:
- поскольку удержать шкив за ремень не получится, то придётся специальным приспособлением зафиксировать его через имеющиеся отверстия, оно достаточно легко изготавливается из полоски железа и двух болтиков с гайкам по месту, а можно попытаться обойтись и Г-образным шестигранником из набора;
- зафиксировав шкив, рожковым ключом на 32 мм отворачивается гайка ротора, следует помнить, что там левая резьба и вращать надо по часовой стрелке на откручивание;
- отвернув ротор, можно извлечь крыльчатку в сборе с муфтой и рассоединить их, отвернув четыре болта.
Новая муфта устанавливается в обратном порядке, после чего её можно проверить как указано выше, хотя у полностью новых изделий сопротивление вращению значительное даже в холодном состоянии.
Можно ли отремонтировать вентилятор охлаждения
Муфта служит очень долго, ломаться и изнашиваться там особо нечему. После окончания срока службы она меняется на новую, поскольку надёжность системы охлаждения всегда должна быть на высоте, слишком дорого обходятся последствия. Но умельцы пробуют чинить вискомуфты, заменяя в них жидкость.
Процедура достаточно простая, надо только аккуратно просверлить отверстия в корпусе для замены масла и подготовить для них надёжные заглушки.
Сложности в другом – очень трудно точно подобрать жидкость нужной вязкости и определить точное её количество. Иначе муфта нормально работать не будет, но опыт в сети уже имеется, при желании с ним несложно ознакомиться, памятуя, что все муфты разные, важны данные на конкретную модель автомобиля и двигателя.
Вискомуфта в машине: что это такое, зачем она нужна и почему ломается
Вискомуфта достаточно проста в конструкции. К чему сложности, если заполняющая это устройство жидкость особого типа обладает удивительными свойствами?
Фото: Shutterstock
В конструкции автомобиля вискомуфта используется для решения разных задач, и достаточно успешно. Как это достигается?
- Что это
- Устройство
- Преимущества и недостатки
- Неисправности
- Как выбрать
Что такое вискомуфта
Вискомуфта (вязкостная муфта / VC или viscous coupling) — это устройство для передачи усилия с помощью вязкостных свойств специальных жидкостей. Вискомуфту в 1917 году изобрел американец Мелвин Северн, но практическое применение устройство нашло лишь через полвека. На британском Jensen Interceptor FF, первом в мире серийном легковом полноприводном автомобиле без претензий на внедорожность, вискомуфта отвечала за блокировку межосевого дифференциала. С тех пор VC в автомобилестроении применялась:
- Для автоматического подключения полного привода.
- Для блокировки дифференциалов.
- В системе охлаждения ДВС.
Фото: press.ocenin.ru
Устройство и принцип работы вискомуфты
Действие вискомуфты основано на свойстве так называемых неньютоновских (или дилатантных) жидкостей густеть и расширяться при внешнем воздействии. В VC используются жидкости на основе силикона. В зависимости от задач, выполняемых муфтой, различают два основных типа ее конструкции:
- При использовании VC в трансмиссии герметичный цилиндрический корпус исправной муфты заполнен дилатантной жидкостью на 90% с учетом ее расширения при перемешивании и нагреве. Внутри корпуса находятся два набора чередующихся перфорированных дисков, между которыми имеется зазор от 0,2 до 0,4 мм. Одни диски связаны с ведущим, а другие с ведомым валом трансмиссии. В обычных условиях движения скорости вращения дисков примерно одинаковы и дилатантная жидкость сохраняет текучесть. При пробуксовке, сопровождающейся возникновением заметной разницы в скоростях вращения валов трансмиссии, жидкость начинает интенсивно перемешиваться и густеть. В результате происходит либо подключение полного привода, либо блокировка дифференциала.
- При использовании VC в приводе вентилятора охлаждения двигателя дилатантная жидкость находится в специальных камерах внутри корпуса муфты и поступает в пространство между ведущим (соединен с коленчатым или распределительным валом ДВС) и ведомым (соединен с крыльчаткой вентилятора) дисками через пружинные клапаны. За их открытие отвечает чувствительная к нагреву биметаллическая полоса, которая закреплена на обращенной к радиатору стороне корпуса VC. Таким образом, муфта начинает замыкаться по мере прогрева двигателя. Чем горячее радиатор, тем больше дилатантной жидкости поступает в пространство между дисками и тем быстрее вращается вентилятор. С понижением температуры охлаждающей жидкости в радиаторе биметаллическая полоса постепенно принимает изначальную форму. При этом закрываются клапаны, отвечающие за подачу дилатантной жидкости в пространство между дисками, и открывается сливной канал. По нему под действием центробежной силы дилатантная жидкость постепенно возвращается в резервуары, что приводит к замедлению вентилятора. В настоящее время эта конструкция в легковых автомобилях уступила место более эффективным электрическим вентиляторам охлаждения ДВС.
Фото: voditelauto.ru
Преимущества и недостатки вискомуфты
Как известно, у любой медали две стороны, и VC не исключение. Среди преимуществ вискомуфты:
- Простота устройства.
- Невысокая стоимость для производителя.
- Надежность.
- Независимость от электрической сети автомобиля, что снижает нагрузку на генератор.
- Сохранение работоспособности после длительного простоя, в том числе при повышенной влажности, к которой чувствительны электрические системы.
- Отсутствие необходимости в обслуживании.
- Мягкость срабатывания, что особенно заметно при использовании VC в трансмиссии.
Минусов у вискомуфты тоже немало:
- Недостаточное быстродействие, что снижает эффективность полного привода.
- Склонность к перегреву в условиях тяжелого бездорожья при использовании в трансмиссии.
- Громоздкость и выраженная зависимость габаритов от величины передаваемого усилия, что затрудняет проектирование трансмиссии высокомощных легковых автомобилей и внедорожников.
- Невозможность обеспечить работу вентилятора при выключенном двигателе.
- Забор части мощности двигателя при использовании в приводе вентилятора системы охлаждения ДВС.
- Низкая ремонтопригодность. Часто это связано с отсутствием информации о типе использованной в данной VC дилатантной жидкости, от свойств которой зависят момент смыкания дисков и величина передаваемого усилия.
Фото: thewikihow.com
Признаки неисправности вискомуфты
Несмотря на свою надежность, VC, как любой механизм, может выйти из строя. Это указывает на следующие проблемы.
- Наличие потеков дилатантной жидкости на корпусе муфты свидетельствует об износе сальников.
- Одинаковая скорость вращения вентилятора на холодном и прогретом двигателе. Причина — в утечке дилатантной жидкости или неисправности механизма ее подачи в пространство между ведущим и ведомым диском.
- Посторонние шумы, вибрации при работе вентилятора — признак износа подшипника VC.
Как выбрать вискомуфту
В случае необходимости замены вискомуфты и при отсутствии информации о ее модели есть смысл обратиться в интернет-магазины. Там можно найти код оригинальной муфты и коды аналогов. В этих поисках нужно знать:
- VIN-код автомобиля.
- Данные о модели автомобиля, годе выпуска и параметрах двигателя.
Что такое вискомуфта и для чего она нужна автомобилю?
Вязкостная муфта (или вискомуфта) — это механическое устройство, которое передаёт вращающий момент посредством вязкой жидкости. Конструктивно она состоит из множества круглых пластин, имеющих выступы и отверстия. Эти пластины расположены очень близко друг к другу в герметичном корпусе.
Чтобы понять, что делает вискомуфта, требуется рассказать о жидкости, которая есть внутри нее. В блок заливается дилатантная жидкость, свойства которой основаны на силиконе. При отсутствии перемешивания и нагрева она остается в жидком состоянии. Если ее разогреть или начать сильно смешивать, происходит ее загустение, расширение, что делает ее схожей с застывшим клеем. После остановки смешивания агрегатное состояние жидкости возвращается в изначальное. Заливают жидкость на весь срок эксплуатации компонента, ее нельзя заменить.
Принцип работы и устройство вискомуфты
Теперь можно разобраться с тем, как работает вискомуфта. Ее действие базируется на неньютоновских жидкостях. В зависимости от задач компонента выделяются конструкции двух типов:
- Если VC используется в трансмиссии, то корпус цилиндрической формы на 90% заполнен жидкостью, оставшиеся 10% ориентированы на ее расширение. Внутри имеется пара комплектов чередующихся перфорированных дисков, а между ними сохранен зазор 0,2-0,4 мм. Один диск сопряжен с ведущим трансмиссионным валом, а второй – с ведомым. При стандартном перемещении скорость вращения дисков примерно одинаковая, поэтому сохраняется тягучесть жидкости. При пробуксовке происходит перемешивание и загустение. Результат этого – активация полного привода или блокировка дифференциала.
- Если VC используется в приводе охлаждающего вентилятора мотора, то для жидкости тут используются специальные камеры, поступая в пространство между ведущими и ведомыми дисками посредством пружинных клапанов. Они открываются за счет чувствительной к нагреву металлической полосы, зафиксированной на стороне корпуса муфты, обращенной к вентилятору. Понятно, за что отвечает вискомуфта: она замыкается по мере прогревания мотора. Чем радиатор горячее, тем больше жидкости подается в пространство между дисками, тем быстрее вращается вентилятор. Как только температура охлаждающей жидкости радиатора падает, форма биметаллической полосы становится изначальной. Клапаны закрываются, поэтому останавливается подача жидкости в пространство между дисками, сливной кран ее выпускает. Возвращение дилатантной жидкости в резервуары приводит к замедлению вентилятора. В легковых автомобилях такая конструкция заменена на электрические вентиляторы охлаждения.
Основные неисправности вискомуфты и последствия для авто
Уже понятно, для чего нужна вискумофта в автомобиле и что это, поэтому можно рассмотреть, как определить, что она вышла из строя. Об этом можно судить по нескольким признакам:
- Появление потеков дилатантной жидкости на поверхности корпуса, что демонстрирует износ сальников блока.
- Вентилятор вращается с одинаковой скоростью на холодном и прогретом моторе. Причина состоит в том, что есть утечка жидкости либо проблемы с ее подачей в пространство между дисками.
- При работе вентилятора возникают посторонние шумы или вибрации. Это свидетельство износа подшипника VC.
Как снять и заменить вискомуфту самостоятельно?
Если отмечается перегрев мотора, то не стоит искать, чем заменить вискомуфту, так как ее вполне можно отремонтировать самостоятельно. Наиболее распространенная причина проблемы – утечка жидкости из основания компонента. Для заливки новой жидкости нужно:
- Открутить вискомуфту с водяного насоса, а потом разобрать ее. На диске устройства есть пластина с пружиной, под которой размещено отверстие для заливаемой среды. Снимается штифт, а смазка заливается шприцем.
- Хватит 15 мл жидкости.
- Заливать нужно медленно, а потом дать время для проникновения силикона поглубже.
- Поверхности приспособления протираются от излишка жидкости.
- Деталь можно устанавливать на место.
Мастера говорят о том, что при отсутствии знаний об устройстве тех или иных компонентов лучше не пробовать что-то чинить самостоятельно. Основная проблема состоит в том, что есть большая вероятность что-то не собрать на место.
Еще одна причина для того, чтобы разобрать вискомуфту, состоит в выходе из строя подшипника. У такой неполадки только один признак: в области радиатора охлаждения возникают шумы. В этом случае нужно знать не только, как проверить вискомуфту, но и как ее починить:
- Сначала ее снимают. Откручиваются болты, фиксирующие деталь. Компонент извлекается из моторного отсека.
- Подшипник заменяется. Это делается только тогда, когда узел разобран, а жидкость слита. Съемником извлекается подшипник. Нельзя пользоваться подручными средствами, это приведет к повреждению узла.
- Фиксируется новый подшипник, после чего можно установить устройство на место. Обязательно залить предварительно жидкость, которая ранее была слита из вискомуфты.
В большинств современных автомобилей установлены неразборные вискомуфты. В этом случае кроме как поменять вискомуфту целиком вариантов нет. Однако, если нужно заменить только подшипник в ней, то единственная сложность в этом случае – это поиск съемника. Можно поискать в автомагазинах или среди друзей автолюбителей.
Что делать, если заклинило вискомуфту?
Если заклинило вискомуфту, то ее требуется заменить. При отсутствии сведений о ее модели можно обратиться в интернет-магазин. Там можно отыскать коды оригинальной детали и подходящих аналогов. При таком поиске нужно изначально располагать такими сведениями:
- ВИН-кодом автомобиля.
- Данным о модели транспортного средства, параметрах мотора и годе выпуска.
По этой информации будут выданы результаты по доступным и подходящим деталям для машины.
Полезные советы и рекомендации
На замену требуется выбрать вискомуфту подключения привода или вентилятора охлаждения надлежащего качества. Как было сказано выше, потребуется знать код оригинальной детали. уточнить параметры выбора можно за счет VIN автомобиля, марки, модели и год выпуска.
После определения нужно детали учитывается бренд. Вискомуфты выпускаются только несколькими компаниями, поэтому оптимальным можно назвать выбор из нескольких производителей: Beru, Hella, Febi, Mobis, Meyle. Обычно бренд выбирается соответственно производителю радиаторов охлаждения, термостатов и прочих узлов.
Как работает вискомуфта вентилятора радиатора и полного привода
Работа многих изделий основывается на использовании, порой неожиданным образом, самых разных свойств привычных нам веществ. Примером этого может служить вискомуфта – специальное устройство, предназначенное для избирательной передачи, зависящей от внешних условий, крутящего момента. У таких изделий принцип работы основан на изменении вязкости залитой в него жидкости. Нельзя сказать, что они применяются чрезвычайно широко, например как МКПП, но и обойти стороной их использование было бы неправильно.
Принцип действия вискомуфты
Внешний вид вискомуфты и ее принцип работы позволит понять приведенный рисунок.
Как видно из него, устройство вискомуфты представляет собой герметичный корпус, в котором располагаются два ряда дисков. Каждый из них связан или с ведомым, или с ведущим валом. Ведущие и ведомые диски перемежаются между собой, на каждом из них имеются специальные выступы и отверстия, а расстояние между их плоскостями минимальное.
Пространство внутри корпуса заполнено вязкой жидкостью, чаще всего изготовленной на основе силикона.
Отличительными особенностями этой жидкости, позволяющими использовать ее для работы в составе вискомуфты, являются:
- увеличение вязкости, сгущение при интенсивном перемешивании;
- значительный коэффициент расширения при нагреве.
Когда движение автомобиля происходит равномерно, диски вращаются с равной скоростью и жидкость между дисками не перемешивается. При появлении различий в скорости вращения валов (ведомого и ведущего), также начинает различаться скорость вращения дисков, из-за чего вязкость жидкости возрастает и она работает на передачу крутящего момента к ведомому валу от ведущего.
При значительной разности скоростей вращения дисков, вязкость жидкости возрастает настолько, что вискомуфта блокируется и приобретает свойства, характерные для твердого тела. Дополнительную информацию о том, как работает вискомуфта, поможет получить из видео
Как работает вискомуфта в трансмиссии?
Одно из основных применений вискомуфты – в системе полного привода и трансмиссии вообще. Как это выглядит – поясняет рисунок
Устройство полного привода с использованием вискомуфты основано на том, что задний мост подключается только при необходимости. В обычных условиях такой автомобиль является переднеприводным, но когда возникает разница в угловых скоростях вращения колес разных мостов, срабатывает вискомуфта, и момент начинает распределяться между различными мостами.
Фактически, это получается самоблокирующийся автоматический межосевой дифференциал. В такой ситуации, когда начинают пробуксовывать колеса, водителю не нужно предпринимать никакие действия. Однако стоит иметь в виду, что подобный подключаемый полный привод имеет ограниченное применение. Он хорошо работает на плохой дороге, при гололеде, в городе, но не подходит для настоящего бездорожья.
Причиной этого является запаздывание срабатывания вискомуфты при постоянной смене сцепления колес с покрытием, ее перегрев, и, в конце концов, выход из строя. Кроме обеспечения полного привода, подобное устройство может быть использовано для разгрузки колеса при прохождении поворотов. Понять, как происходит подобное, поможет рисунок
В этом случае вискомуфта ставится на одном мосту между дифференциалом и одной из полуосей. При вхождении на большой скорости в поворот сцепление внутреннего колеса ухудшается, и оно начинает пробуксовывать. Благодаря вискомуфте момент перераспределяется между колесами, обеспечивая безопасное прохождение поворота.
Учитывая такую ответственную роль, которую играет вискомуфта в безопасности движения, а также что она работает в системе полного привода, зачастую требуется проверить ее текущее состояние и работоспособность.
Как работает вискомуфта вентилятора охлаждения?
Кроме полного привода известны и другие варианты применения вискомуфты – вентилятор радиатора охлаждения может служить одним из таких примеров. Работа подобного устройства, наверное, не требует особого пояснения. В тех случаях, когда термостат пускает по большому кругу охлаждающую жидкость (ОЖ), она поступает в радиатор, и тогда же должно быть обеспечено включение вентилятора охлаждения. В другое время он должен быть выключен.
Добиться такого режима работы помогает вискомуфта вентилятора. Ее устройство похоже на приведенное выше, только корпус имеет дополнительные емкости для жидкости и оснащен клапаном, обеспечивающим перетекание жидкости. Все это показано на рисунке.
Когда двигатель холодный, вращающиеся диски выдавливают жидкость через открытый клапан в резервную емкость. Сцепление между дисками плохое, и вискомуфта работает с сильным проскальзыванием, обдува радиатора нет, и мотор прогревается.
Когда термостат направляет ОЖ в радиатор для охлаждения, он нагревается, теплый воздух от него попадает на биметаллическую пластину, расположенную впереди на корпусе вискомуфты, она выгибается, и вследствие этого перекрывается отверстие клапана.
Жидкости больше некуда уходить, и она остается между дисками, ее вязкость увеличивается, проскальзывание уменьшается, крыльчатка вентилятора блокируется на валу, и поток воздуха поступает на радиатор для его охлаждения. Это приводит к снижению температуры ОЖ, соответственно снижается температура воздуха, поступающего на биметаллическую пластину, она возвращается в исходное положение, открывается клапан, и жидкость выдавливается в резервную камеру.
В результате этого вискомуфта вентилятора перестает блокировать крыльчатку, она начинает проскальзывать, и процесс охлаждения радиатора прекращается. Таким образом, получается, что режим работы вентилятора охлаждения зависит от температуры ОЖ.
Просмотрев видео, вы получите дополнительную информацию о работе такой системы.
Что же касается возможности проверить работу вискомуфты вентилятора, то здесь помощь окажет следующее видео
Эта процедура достаточно простая и понятная. Надо только отметить, что разборку вискомуфты не проводят, в случае если она неисправна, то подлежит только замене.
В работе вискомуфты используется такая характеристика жидкости, как вязкость. Благодаря ее изменению становится возможным реализовать различные режимы работы устройств, зависящие от внешних характеристик. Речь может идти как о создании полного привода, так и об охлаждении радиатора.