Вязкостная муфта в системе охлаждения двигателя автомобиля применяется в качестве альтернативы электрическому вентилятору. Рассмотрим, как работает вискомуфта вентилятора, ее устройство, возможные неисправности, преимущества и недостатки.
Роль в системе охлаждения ДВС
Вентилятор с вискомуфтой устанавливается на автомобили с продольным расположением двигателя (обычно это полноприводные и заднеприводные модели). При такой компоновке шкив вентилятора радиатора целесообразней всего соединить со шкивом водяной помпы. Как известно, вращение водяной помпе передается сервисным ремнем от шкива коленчатого вала.
Недостаток такой конструкции в том, что скорость вращения крыльчатки вентилятора всегда будет пропорциональна оборотам коленчатого вала. Подобное устройство приведет к тому, что на высоких оборотах в условиях холодного воздуха двигатель будет чрезмерно охлаждаться, что снизит его КПД. К тому же постоянное соединение крыльчатки и шкива коленчатого вала увеличит механические потери на трение, что будет отнимать мощность и повышать расход топлива.
Вискомуфта вентилятора позволяет регулировать скорость вращения крыльчатки в зависимости от температуры двигателя.
Устройство
Разница в конструкции вискомуфт вентилятора Toyota, BMW, Mercedes, Audi. минимальна, так как все они устроены и работают по единому принципу.
Вал с соединительным фланцем крепится к приводу помпы охлаждения, поэтому его скорость вращения всегда пропорциональна оборотам коленчатого вала. К валу, в свою очередь, крепится приводной шкив, который вращается в рабочей камере. Рабочая и резервная камеры разделены пластинами. Переход между камерами возможен только через впускные клапаны и возвратные каналы. Изначально резервная камера заполнена специальным силиконовым маслом.
Приводной шкив, или диск, как его еще называют, имеет по окружности косые зубья, которые при вращении позволяют выгонять масло обратно в резервную камеру. Поверхность приводных дисков, как и делительных пластин, имеет специальные ребра, которые превращают рабочую камеру в своеобразную сеть лабиринтов, по которым циркулирует силиконовое масло.
Корпус муфты, к которому и крепится крыльчатка вентилятора, соединяется с валом (ротором вискомуфты) посредством обычного шарикового подшипника. Впускные клапаны соединены с биметаллической пластиной, которая располагается в передней части корпуса вискомуфты. При нагреве пластина расширяется, что приводит к увеличению пропускного сечения клапанов.
Свойства силиконового масла
Основная особенность силиконовой жидкости, использующейся в вискомуфтах вентиляторов, – термостойкость и вязкостная стабильность. С изменением температуры масло лишь незначительно изменяет свою вязкость.
В работе вискомуфты силиконовое масло исполняет роль связывающего вещества, позволяющего создать между приводным диском и разделительными пластинами, соединенными с корпусом, трение. Несмотря на то что между корпусом и приводным шкивом всегда будет некоторая степень проскальзывания, созданного коэффициента сцепления достаточно для зацепления корпуса муфты с приводным валом.
В некоторых источниках указывается, что с повышением температуры масло расширяется, что и провоцирует вязкостное зацепление приводного диска с корпусом вискомуфты. Подобное понимание принципа работы вискомуфты вентилятора охлаждения является ложным и возникло, скорее всего, из-за сравнения вискомуфты вентилятора с вязкостными муфтами раздаточных коробок полноприводных автомобилей. В вискомуфтах дифференциалов используется дилатантная жидкость, вязкость которой сильно зависит от скорости деформации сдвига.
Принцип работы
Когда рабочая камера не заполнена маслом, приводной диск свободно вращается в рабочей камере. Небольшое количество масла все же присутствует, но коэффициент сцепления приводного шкива с корпусом вискомуфты минимален, поэтому с повышением оборотов двигателя скорость вращения крыльчатки не увеличивается.
Процесс прогрева двигателя и увеличения температуры тосола в радиаторе сопровождается нагревом биметаллической пластины. Нагреваясь, пластина расширяется, что приводит к открытию впускного клапана и увеличению количества рабочей жидкости, проникающей из резервной в рабочую камеру. Возникающее между приводным диском и разделительными пластинами трение приводит к увеличению скорости вращения корпуса и крыльчатки вентилятора.
Когда двигатель нуждается в максимальном охлаждении, биметаллическая пластина изогнута настолько, чтобы обеспечить максимальное проходное сечение впускных клапанов. В таком случае разница частоты вращения вала и корпуса вискомуфты минимальна, поэтому повышение оборотов коленчатого вала приводит к практически равнозначному увеличению скорости вращения крыльчатки вентилятора.
Снижение температуры набегающего воздуха приводит к постепенному возврату биметаллической пластины в исходное положение. Соответственно, уменьшается проходное сечение впускных клапанов, жидкость перегоняется в резервную полость. Уменьшение коэффициента сцепления приводит к увеличению разницы частоты вращения приводного вала вискомуфты и корпуса – крыльчатка вентилятора замедляется.
Работа вискомуфты Toyota на примере конкретных температурных режимов
Устройство вискомуфт вентиляторов Toyota предполагает наличие двух рабочих камер (в первых вариантах конструкции была только одна камера).
- Биметаллическая пластина в «холодном» состоянии.
- Пластина разогрета теплым воздухом, открыт впускной клапан передней камеры.
- Коэффициент температурного расширения соответствует максимальному режиму охлаждения. Открыт клапан задней камеры.
Почему вискомуфта вращается на холодную
Многие владельцы автомобилей с механическим приводом вентилятора системы охлаждения, скорее всего, замечали, что после запуска холодного двигателя вентилятор крутится с большой скоростью. Спустя некоторое время после прогрева двигателя, количество оборотов крыльчатки уменьшается, поэтому может показаться, что подобное явление идет в разрез с описанным выше принципом работы вискомуфты вентилятора. Такой эффект возникает из-за того, что во время простоя масло самотеком стекает в нижнюю рабочую камеру, поэтому сразу после запуска крыльчатка и корпус вискомуфты будут вращаться до того времени, пока масло перекачается обратно в резервную секцию.
Преимущества
Обороты крыльчатки подстраиваются под фактический температурный режим двигателя, что позволяет:
- уменьшить расход топлива;
- снизить уровень шума;
- уменьшить потери мощности.
Установка вискомуфты в системе охлаждения позволяет уменьшить нагрузку на генератор и снизить себестоимость авто, исключив затраты на электропривод крыльчатки, проводку.
Недостатки
Многие сетуют на ненадежность вискомуфты, забывая, что система с электровентилятором также периодически нуждается в ремонте. Наиболее распространенная поломка – утечка рабочей жидкости. Несмотря на то что большинство муфт вязкостного типа неразборные, существуют проверенные технологии восстановления работоспособности системы. В случае износа поддается восстановлению и подшипник. Именно поэтому важно знать способы проверки и ремонта вискумуфты вентилятора радиатора.