Вискомуфта вентилятора – узел, про который мало кто помнит и вообще что-то о нем знает. Она как тот суслик из фильма: ее не видно, но она есть. Давайте сегодня восстановим справедливость и поговорим про эту деталь, чтобы в случае ее выхода из строя можно было понять, что происходит и что надо делать.
Из-под днища под капот
В конструкции автомобиля вискомуфты появились сравнительно недавно и сначала применялись в трансмиссии, а не в системе охлаждения. Официально считается, что первой серийной моделью, на которой использовались вискомуфты, был AMC Eagle, выпускавшийся с 1979 по 1988 год. В центральном дифференциале этого автомобиля стояла вязкостная муфта, заполненная жидким составом на основе силикона. Он соединял передний и задний дифференциалы для бесшумной и плавной передачи мощности на ось с наибольшим сцеплением с дорожным покрытием как на мокрой, так и на сухой дороге.
Авторство оригинальной идеи приписывают Тони Ролту, который тогда работал с Фредди Диксоном над коммерциализацией ранних разработок в области систем и устройств полного привода. Хотя еще в 1917 году американский изобретатель Мелвин Л. Севери получил патент на вязкостную муфту. Однако в то время были доступны только вязкие масла минерального происхождения, которые плохо подходили для передачи высоких крутящих моментов. Лишь благодаря технологиям современной химии удалось добиться достойной реализации теоретически сформулированных принципов.
Вязкостные муфты в приводе вентиляторов системы охлаждения появились на рубеже 60-70-х годов прошлого века. Согласно некоторым патентным заявкам, это произошло еще в 1969 году, а дальнейшие разработки и усовершенствования проводились в течение 1970-х. Ну а сегодня вискомуфты вентилятора стали уже привычным узлом систем охлаждения, и представить себе без них современный автомобиль сложно.
Вязкость нас связала
Принцип работы вискомуфты наверняка известен многим, но мы его все же вкратце напомним. Устройство состоит из нескольких круглых пластин с выступами и перфорацией, расположенных очень близко друг к другу в герметичном барабане. Поочередно пластины соединяются с ведущим валом на одном конце узла и с ведомым валом на другом. Барабан заполнен дилатантной жидкостью (неньютоновская жидкость, вязкость которой растет по мере увеличения скорости деформации сдвига), чаще всего на силиконовой основе.
Фото: Arusho, wikipedia.org
Пока два набора пластин вращаются синхронно, жидкость остается холодной и почти жидкой. Когда скорость вращения пластин друг относительно друга меняется, из-за возникающего сдвигающего эффекта выступов и перфораций жидкость нагревается и становится почти твердой. В таком состоянии она эффективно как бы склеивает пластины и передает вращение от одного комплекта пластин к другому. Размер выступов или отверстий, количество пластин и используемая жидкость определяют силу и область применения этой механической передачи.
Такой тип устройства существенно отличается от гидромуфт, используемых, например, в качестве преобразователя крутящего момента в гидротрансформаторных АКП, тем, что для передачи крутящего момента используется вязкость среды, а не ее импульс. Это делает его потенциально полезным даже в очень компактных форматах и требует меньшего охлаждения. Передаваемый крутящий момент зависит от разницы в скоростях на входе и выходе, но почти не зависит от их общей скорости.
Различия и особенности
При всей схожести принципов действия вискомуфты систем полного привода и привода вентилятора имеют некоторые конструктивные отличия.
В общем случае вискомуфта в трансмиссии – это муфта классического образца, 80-90% корпуса которой заполнено дилатантной жидкостью в состоянии покоя. Остающиеся 10-20% заполняются при ее расширении. Соответственно, как только колеса начнут проскальзывать, скорость вращения входного и выходного валов друг относительно друга изменится, вязкость жидкости увеличится, и момент пойдет на вторую ось.
В вискомуфте вентилятора процесс происходит несколько иначе. Строго говоря, можно выделить три типа таких муфт. Условно назовем их нетермические, термические и электронноуправляемые. Последние два имеют более сложные конструкции и чувствительны к температуре радиатора, поэтому эффективнее регулируют скорость вращения вентилятора.
Нетермические муфты работают исключительно за счет скорости вращения вала водяного насоса. На низких оборотах и на холостом ходу муфта позволяет лопастям вентилятора вращаться почти в соотношении 1:1. На высоких силиконовая жидкость в муфте теряет способность передавать энергию от вала, и вентилятор крутит практически вхолостую, снимая нагрузку с двигателя.
Нетермическая муфта обеспечивает постоянный поток охлаждающего воздуха, но она всегда включена, поэтому экономия топлива при ее использовании ниже, чем при использовании термической муфты. Однако нетермические муфты дешевле.
Термические муфты снабжены специальным термовыключателем, который срабатывает в зависимости от температуры под капотом. Когда горячий воздух проходит через радиатор, он нагревает термопружину, установленную в передней части выключателя. Нагреваясь, пружина поворачивается и открывает клапаны внутри выключателя. Дилатантная жидкость, хранящаяся в резервуаре, проходит через открытые клапаны и попадает в рабочую зону, приводя в действие вентилятор – чем выше температура теплообменника, тем больше жидкости туда поступает. Когда двигатель остывает, термопружина поворачивается обратно и закрывает клапаны, отключая вентилятор.
Скорость вращения вентилятора с термической муфтой во многом зависит от используемого вентилятора. Муфта вентилятора стандартной мощности при включении вращает вентилятор со скоростью 60-70% от скорости вращения вала водяного насоса, а при выключении – со скоростью 20-30%. Она предназначена для вентиляторов с обычным изгибом лопастей и применяется в автомобилестроении повсеместно.
Муфта для термовентилятора, рассчитанная на интенсивную эксплуатацию, при включении вращает вентилятор со скоростью 70-90% от скорости вращения вала, а при выключении – 25-35%. Она используется с вентиляторами, лопасти которых имеют наибольший изгиб и характеризуется увеличенной рабочей поверхностью, что обеспечивает более низкую температуру и более длительный срок службы. Как правило, используются в тюнинге и редко – в масс-маркете.
В электронноуправляемых муфтах функцию термовыключателя обеспечивает блок управления ECM/PCM. Процесс включения контролируется и определяется такими входными переменными, как температура охлаждающей жидкости, температура впускного коллектора, температура трансмиссионного масла, давление в системе кондиционирования и температура моторного масла. Реперные значения этих переменных задаются производителем, а скорость вращения вентилятора определяется требуемым уровнем охлаждения.
Признаки неисправности
На первый взгляд, в вискомуфте вентилятора ломаться особо нечему. Но это только на первый взгляд. Проблема в том, что диагностировать вязкостную муфту вентилятора может быть непросто из-за того, что ее срабатывание происходит очень постепенно и в очень широком диапазоне температур. И только, как правило, серьезная утечка дилатантной жидкости вокруг входного вала или биение в опорных подшипниках ступицы являются очевидными и по факту достаточными основаниями для замены. Кроме того, большинство вязкостных муфт должны сопротивляться вращению при выключенном двигателе.
В тоже время надо понимать,что по мере износа муфты вентилятора происходит ухудшение свойств дилатантной жидкости. Это постепенно приводит к увеличению проскальзывания (примерно на 200 об/мин в год). После нескольких лет эксплуатации муфта может начать проскальзывать настолько сильно, что вентилятор не сможет обеспечить необходимое охлаждение двигателя, и он перегреется.
То есть, по сути, муфта вентилятора может выйти из строя двумя способами. Первый и наиболее очевидный – если узел больше не передает необходимый крутящий момент для обеспечения надлежащего охлаждения. Второй – если узел заклинивает и он больше не регулирует крутящий момент в ответ на изменения тепловой нагрузки. Первый режим неисправности проявляется в повышении температуры в системе охлаждения, а второй – в чрезмерном шуме вентилятора из-за того, что он никогда не отключается. Кроме того, второй режим неисправности должен проявляться в повышенном расходе топлива.
Соответственно, мы можем сформулировать следующие признаки неисправности:
Перегрев двигателя
Когда муфта вентилятора изнашивается из-за многолетней эксплуатации или интенсивного использования, она теряет способность эффективно управлять вентилятором системы охлаждения. В результате двигатель перегревается.
Горит индикатор Check Engine
Неисправная муфта вентилятора может привести к проблемам с двигателем. Из-за этого в модуле управления силовым агрегатом появится ошибка, и на приборной панели загорится индикатор проверки двигателя.
Вибрация вентилятора
Во время движения, особенно на высоких скоростях, вы можете услышать едва уловимый шум вибрирующего вентилятора. Чтобы проверить, не ослаблен ли вентилятор, запустите двигатель на холостом ходу, откройте капот и посмотрите, не вибрирует ли вентилятор во время работы. Учтите, вибрация вентилятора также может привести к поломке подшипника водяного насоса.
Шум от вентилятора
Неприятный, похожий на визг шум вентилятора – это основной симптом, который может быть вызван тем, что муфта заблокирована во включенном режиме, из-за чего вентилятор охлаждения работает на полную мощность. Это создает дополнительную нагрузку на лопасти вентилятора и приводит к громкому шуму. Кроме того, причиной громких звуков могут быть неисправные подшипники или сломанная лопасть.
Диагностика
Вооружившись знаниями о возможных поломках, переходим к их диагностике. Если вам кажется, что с муфтой, что-то не в порядке:
Прокрутите вентилятор (предварительно выключив двигатель). Сначала вы должны почувствовать небольшое сопротивление. Но если вентилятор провернулся более трех раз, значит, у вас неисправна муфта. Если вентилятор, наоборот, не вращается, возможно, заклинило подшипник. Если чувствуете слишком сильное сопротивление, возможно, муфта заедает.Покачайте вентилятор (разумеется, тоже предварительно заглушив мотор). Проверьте, не отклоняется ли муфта вентилятора более чем на полсантиметра при движении вентилятора вперед и назад. Если это так, возможно, изношен подшипник вентилятора.Проверьте утечки дилатантной жидкости.Проверьте проскальзывание. Это наиболее сложный способ, требующий дополнительного оборудования. Нужно измерить скорость вращения вентилятора относительно частоты вращения двигателя и разделить первое на второе. Если показатель ниже 95% – проблема налицо, поскольку система не поддерживает необходимую производительность. Это измерение лучше всего проводить с помощью инфракрасного тахометра, наклеив небольшие кусочки светоотражающей ленты на входной вал муфты вентилятора, а также на подходящее место на ступице вентилятора между основанием двух соседних лопастей. В то же время следует измерить температуру охлаждающей жидкости двигателя с помощью инфракрасного термометра, чтобы убедиться, что при измерении проскальзывания температура действительно соответствует рабочей. Следует отметить, что невозможно (не говоря уже о том, что это попросту опасно) определить степень проскальзывания, просто взявшись рукой за лопасть вентилятора и запустив двигатель, потому что невозможно отличить 5% проскальзывания от 10% или даже 15%. Однако в системе с проскальзыванием муфты вентилятора на 10% или 15% уже могут возникнуть серьезные проблемы с охлаждением.
Если в процессе диагностики однозначно установлена неисправность вискомуфты, придется ее поменять на новую, поскольку полноценному восстановлению муфты не поддаются – чаще всего получается невероятный «колхоз». Проводить работы желательно на сервисной станции.
Многие эксперты считают, что при выходе из строя водяного насоса надо одновременно заменить муфту вентилятора. Это связано с тем, что оба узла изнашиваются примерно с одинаковой скоростью, поэтому при поломке помпы муфта вентилятора может выйти из строя в ближайшее время. Как мы уже упоминали ранее, муфта вентилятора с большим пробегом может сильно проскальзывать, что повышает риск перегрева.
При покупке муфты вентилятора убедитесь, что она того же типа (термическая или нетермическая), как и оригинальная. Вы всегда можете заменить нетермическую муфту на более эффективную термическую, но не наоборот. Или вы можете полностью отказаться от данного типа муфты, установив для охлаждения радиатора комплект электрического вентилятора.
