Что такое вискомуфта: применение,устройство,принцип работы, виды и ремонт

Что такое вискомуфта и для чего она нужна

Вискомуфта (вязкостная муфта) – это элемент трансмиссии, обеспечивающий передачу крутящего момента между двумя валами, с помощью дисков и вязкостной жидкости. Как правило, она используется как межосевой дифференциал, где может работать самостоятельно или в паре со свободным дифференциалом.

«Рабочим телом» вискомуфты является жидкость с особыми качествами, поэтому в механизме почти отсутствует механическое трение. Работа вискомуфты не требует участия водителя, она срабатывает в нужное время сама, без какого-либо управления.

Задача вискомуфты – в автоматическом режиме синхронизировать скорость вращения валов на передней и задней оси. Она включается в работу, когда одно или оба колеса на одной оси вывешиваются (пробуксовывают), при этом резко возрастает скорость их вращения по отношению к другой оси.

Работа вискомуфты заключается в выравнивании угловых скоростей за счет полной или частичной блокировки «проблемной» оси и передачи крутящего момента на ту, у которой лучше сцепление в поверхностью.

Применение вискомуфт

Вязкостная муфта отлично показала себя на внедорожниках, используемых для сложного рельефа. В качестве самоблокирующегося межосевого дифференциала она долгое время устанавливалась на автомобили повышенной проходимости. При этом практически никогда вискомуфта не использовалась в качестве осевого дифференциала, для этой цели применялись другие устройства.

Низкая цена и отличная надежность сделали вискомуфты востребованными у большинства любителей внедорожного спорта. И даже более современные виды трансмиссии не заставили поклонников отказаться от удобного и простого механизма. Чтобы понять, для чего нужна эта деталь, надо вспомнить принцип работы подключаемого полного привода: он задействуется, когда начинаются проблемы.

Перевод транспортного средства в AWD-режим

Многие современные кроссоверы или «паркетники», а также некоторые минивэны, седаны или хетчбэки, оборудованы так называемым временно подключаемым полным приводом колес. Ось дифференциала ведущего (как правило, переднего) моста соединена через вискомуфту с аналогичным узлом задних колес. В нормальных условиях оба вала вращаются с одинаковой скоростью.

Вязкость силиконовой жидкости не меняется, а, следовательно, и передачи крутящего момента на задний мост не происходит. Как только передние колеса начинают пробуксовывать, в работу «включается» вискомуфта. Затем автомобиль снова переходит в стандартный переднеприводный режим работы.

У автомобилей, оборудованных временно подключаемым полным приводом посредством вискомуфты диаметр передних и задних колес обязательно должен быть одинаковым. Это позволит избежать ложных срабатываний ВМ (например, при езде по трассе). Если же установить ведущие передние колеса меньшего диаметра (в этом случае они будут делать больше оборотов в минуту, чем задние), то при определенных скоростях движения вискомуфта может «подумать», что они пробуксовывают и подключит полный привод в самый неподходящий момент.

Внутри вискомуфты находится дилатантная жидкость (ДЖ), вязкость которой увеличивается в разы по мере ускорения интенсивности ее перемешивания. Если скорость транспортного средства стабильна (когда машина не буксует), то ДЖ имеет жидкую консистенцию и пластины вращаются одинаково (параллельно друг другу). Наблюдается лишь минимальное смешивание жидкости. В результате пробуксовки ведущий вал начинает очень быстро вращаться (следовательно, и пластины, находящиеся на нем), а ведомый, практически, находится без какого-либо движения.

Далее происходит очень интенсивное перемешивание ДЖ, резкое увеличение ее вязкости. Также наблюдается нагрев жидкости и ее расширение, в результате чего пластины начинают довольно сильно прижиматься друг к другу (они, практически, «склеиваются» вместе). Происходит передача части вращательного момента от ведущего вала на ведомый, машина перестает буксовать, скорость вращения обоих валов стабилизируется, вязкость жидкости существенно снижается, ее перемешивание прекращается и задняя ось отключается.  То есть, «все возвращается на круги свои».

Блокировка межосевого дифференциала

Одним из неотъемлемых узлов трансмиссии является дифференциал. Он предназначен для того, чтобы при повороте колеса могли вращаться с разными угловыми скоростями, так как они (правое и левое) при осуществлении такого маневра проходят разные по длине пути. На некоторых автомобилях предусмотрена блокировка дифференциала с помощью интегрированной в него вискомуфты.

Такая функция весьма полезна, если одно из ведущих колес (например, попав на мокрый или скользкий участок дорожного полотна) начинает пробуксовывать. В этом случае ВМ блокирует дифференциал. На оба колеса передается одинаковый крутящий момент. После того, как «проблемный» участок дороги преодолен, диски вискомуфты «разъединяются» и дифференциал переходит в нормальный режим работы.

 На внедорожниках (например, Subaru Forester или BMW 325ix E30), оснащенных системой постоянного полного привода, ВМ «работает» при пробуксовке одного из ведущих мостов. Технологически она интегрирована в центральный дифференциал и блокирует его для выравнивания скорости вращения переднего и заднего валов.

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.

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.

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.

Разновидности вискомуфт

1. Первый тип отличается постоянным объемом дилетантной жидкости.
2. Второй тип имеет разный объем силикона, который меняется в зависимости от внешнего воздействия.

Вискомуфты первого типа задействуются для самоблокирующихся дифференциалов в коробке передач, включая автоматические полноприводные системы. Их применяют во внутренних охладительных системах. Если деталь работает в обычном режиме со средними нагрузками, а автомобиль перемещается по качественному дорожному покрытию, значения угловых скоростей двух осей остаются одинаковыми.

Вращение дисков муфты осуществляется практически равномерно, а крутящий момент от двигателя к ведомой оси передается с минимальной нагрузкой. В результате транспортное средство может работать как на полном приводе, так и на заднем. Но если машина попадает на пересеченную местность или едет по льду и грязи, равномерность вращения серьезно снижается, а вязкость силикона существенно растет. Таким образом происходит увеличение передачи крутящего момента на вторую ось.

В некоторых случаях показатель передачи мощности достигает 100-процентного уровня. При этом вязкостная муфта не может заменить полноценный дифференциал, который перераспределяет крутящий момент силовой установка на обе оси. Применять такую конструкцию целесообразно на неровных покрытиях и пересеченной местности.

Также она будет оправдана при езде:

• по гололеду;
• городским улицам;
• влажной трассе.

Если езда осуществляется по полному бездорожью, муфта должна срабатывать моментально, в противном случае система передачи крутящего момента выйдет из строя, что повлечет за собой необходимость проведения дорогого и сложного ремонта. В большинстве современных машин с «автоматом» вискомуфты работают в так называемом «предстартовом режиме». Он характеризуется равномерной передачей 5-15% мощности мотора на ведомую ось, что негативно сказывается на времени реакции узла.

Преимущества и недостатки

Сначала о плюсах вискомуфты:

•  простейшая конструкция;
•  прочный корпус, выдерживающий давление до 20 атмосфер;
•  доступная стоимость из-за простоты конструкции;
•  не требует обслуживания, обычно эксплуатируется без поломок в течение всего срока службы автомобиля.

Основные недостатки вискомуфты:

•  невозможность ремонта (если вязкостная муфта сломалась, ее меняют на новую);
•  опасность перегрева при длительной работе;
•  отсутствует возможность ручной блокировки;
•  неполное автоматическое блокирование;
•  срабатывание с запозданием;
•  несовместимость с антиблокировочной системой тормозов (ABS);
•  отсутствие контроля за полным приводом;
•  крупные муфты сильно уменьшают клиренс.

Где стоит вискомуфта ?

Деталь является частью трансмиссии. Предназначение — передача и стабилизация крутящего момента. Выполнение этих функций происходит за счет вязкой жидкости. Она размещена в разрезе вала привода. В трансмиссиях одна ось связана с мотором, вторая с межколесным дифференциалом — она-то и проходит через вискомуфту. На нее приходится до 10% силы тяги.

Устройство заключено в металлический корпус, в котором множество дисков с перфорацией. Они составлены так, что перемещение ведущих и ведомых дисков происходит на небольшом расстоянии друг от друга. Закрытый корпус заполнен силиконовой жидкостью. Она имеет вязкую структуру, но способна разжижаться при интенсивном перемешивании. Безупречность системы можно поставить под сомнение, так как никакого регулирования смыкания дисков не происходит. Процесс пущен на самотек и находится в зависимости от степени загустения жидкости.

У системы есть и другие минусы:

• массивность конструкции;
• невозможность принудительной активации;
• небольшая устойчивость к перегреванию.

Еще один минус — муфта срабатывает не сразу, а через некоторое время. Это не имеет особого значения, если устройство применяется для активации привода радиаторного вентилятора — но когда много времени тратится на активацию полного привода, это уже нехорошо.

Основные причины неисправности

Механизм может выходить из строя по нескольким причинам. Мы выделили основные и наиболее распространённые:

• использование шин различного размера, которые также имеют разный уровень изношенности;
• утечка жидкости с муфты;
• износ деталей в результате интенсивной эксплуатации, воздействия агрессивных факторов и высокой температуры;
• неправильное выравнивание приводного механизма;
• утрата свойств биметаллического датчика, что может наступать в результате поверхностного окисления и застревания муфты;
• неисправное состояние подшипника.

К чему может привести неисправная вискомуфта

 Рабочий запас вискомуфты в среднем составляет 200 тыс. км. После этого механизм требует к себе повышенного внимания. Нужно постоянно контролировать момент её срабатывания, особенно летом. Также требуется проверять рабочую температуру мотора в пробках. Если отмечаются значения, близкие к критическим, то придётся всерьёз заниматься вискомуфтой. Новая деталь стоит немало, да и найти нужную модель часто не представляется возможным.

Потому многие автовладельцы решаются на установку электрической системы. В любом случае, игнорировать такую ситуацию нельзя, поскольку можно столкнуться со следующими неприятностями:

• перегрев мотора;
• сокращение срока службы помпы;
• увеличение расхода топлива.

Каждый из вас предупреждён об опасности, которую несёт в себе неисправная вискомуфта вентилятора системы охлаждения автомобиля. Не стоит пренебрегать проверкой и устранением неисправностей, в противном случае можно столкнуться с очень дорогим и трудоёмким ремонтом двигателя.

Ремонт вискомуфты

В том случае, если двигатель начал перегреваться, при этом проблема связана с вязкостной муфтой, можно попробовать ее отремонтировать. То же самое касается и муфты подключения привода. Официально муфта не ремонтируется, замена силиконовой жидкости не производится, подшипник не меняется и т.д. Однако на практике вполне возможно осуществить долив такой жидкости или заменить подшипник, что нередко позволяет вернуть работоспособность устройству.

Сначала нужно купить  подходящее масло для вискомуфты (можно оригинал или аналог) или жидкость для ремонта вискомуфт универсального типа. Далее потребуется:

1. Снять муфту с автомобиля;
2. Разобрать устройство;
3. Положить муфту горизонтально и снять штифт под пластиной с пружиной;
4. Найти отверстие для слива жидкости (если его нет, сделать самостоятельно);
5. При помощи шприца залить около 15 мл жидкости в муфту;
6. Заливается жидкость малыми порциями (силикон должен растечься между дисками);
7. Теперь муфту можно собирать и ставить обратно;

Если при работе вискомуфты слышен шум, это указывает на поломку подшипника. Для замены подшипника вискомуфты сначала силиконовую жидкость сливают (затем после замены заливают обратно). Затем верхний диск снимается, съемником извлекается подшипник, параллельно стачивается развальцовка и ставится новый подшипник (закрытого типа). При этом важно понимать, что во время выполнения различных операций необходимо быть предельно аккуратным.

Например, даже незначительная деформация диска муфты приведет к полному выходу устройства из строя. Также нельзя допускать попадания пыли или грязи внутрь устройства, запрещается удалять специальную смазку и т.д.

Подбор и замена муфты

 Что касается замены, необходимо снять старое устройство и поставить новое на его место, после чего проверить работоспособность.  На практике, больше сложностей возникает не с самой заменой, а с подбором запчасти. Для замены важно выбрать вискомуфту вентилятора охлаждения  или муфту подключения привода надлежащего качества. Для этого потребуется узнать код оригинальной запчасти, после чего можно определить доступные аналоги в каталогах. Для точного подбора запчасти также потребуется VIN автомобиля, марка, модель год выпуска и т.д.
Разобравшись с тем, какая деталь нужна, также  следует обращать внимание на производителя. С учетом того, что вискомуфты выпускают всего несколько компаний, оптимально выбирать из ведущих производителей: Hella, Mobis, Beru, Meyle, Febi. Как правило, эти же производители выпускают и другие детали (радиаторы охлаждения, термостаты, узлы подвески и т.д.).

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.

Снятие вискомуфты УАЗ своими руками

Давайте рассмотрим, как извлечь данную деталь вместе с вентилятором, на примере автомобилей Ульяновского автозавода. Итак, для удобства нужно снять радиатор и кожух вентилятора (жалюзи). Далее при помощи ключа на 12 откручиваются два крепежных болта шкива помпы. Обратите внимание: на гайке вязкостной муфты имеется левостороння резьба. Поэтому откручивать ее нужно по часовой стрелке, а закручивать — наоборот. После этого ключом на 32 откручивается гайка крепления муфты.

Удерживайте шкив коленчатого вала от прокручивания. Если гайка идет с трудом, можно воспользоваться молотком. Аккуратно наносите удары по ключу в направлении отворачивания. Далее муфта успешно извлекается с вала насоса. Ключом на 13 откручиваются 4 крепежных винта Достаем механизм наружу и ставим новый. Установка элемента производится в обратной последовательности. Стержни болтов вкручиваются на свое место при помощи плоскогубцев с тонкими губками.

Далее ставится муфта, закручиваются «от руки» крепежные гайки. Заворачивать болт на самой муфте не нужно. Он самозатягивается при запуске двигателя. Итак, мы выяснили, что собой представляет вискомуфта.

Устройство вискомуфты настолько же просто, насколько и гениально. Сложно поверить, что с момента ее изобретения прошло уже больше 100 лет. Широкое распространение она получила только спустя 50 лет, когда ее начали устанавливать на спорткары. Производители полноприводных автомобилей оценили принципиально новую систему, и с тех пор она широко используется в приводе внедорожников. Сегодня вискомуфта является элементом самоблокирующегося дифференциала и подключаемого полного привода.

Как избежать поломки муфты

Вискомуфта полного привода при выходе из строя может серьёзно испортить автовладельцу жизнь. Её ремонт или замена не будет стоить дешево. Потому есть смысл поберечь механизм и оттянуть момент выхода из строя. На состоянии вискомуфты полного привода негативно сказывается в первую очередь неаккуратный и агрессивный стиль езды. Необходимо избегать частого передвижения по труднопроходимым участкам. Их преодоление вызывает перегрев муфты, которой для остывания требуется до 15 минут.

Также необходимо своевременно реагировать на изменения в поведении автомобиля, которые могут свидетельствовать о нарушениях в работе муфты. Для её диагностики требуется обращение в СТО, специалисты которого точно знают, как проверить вискомуфту полного привода. Будьте внимательны к своему автомобилю, обращайте внимание на каждую деталь, не игнорируйте изменения в его поведении и не экономьте на диагностике. Поломку вискозной муфты легче предупредить, чем устранить.

Проверка работоспособности

Вискомуфты радиаторов проверить не так уж и сложно. В эксплуатационных пособиях указано, что вращение вентилятора положено проверять сначала на холодном, а затем на горячем моторе. При этом на горячем моторе при перегазовке частота вращений серьезно возрастает, тем временем как на холодном – нет. «Народный» способ проверки очень хорош, так как он предусматривает еще и уход за системой охлаждения двигателя. Вот что надо сделать:

• Не заводя мотор, попробовать прокрутить лопасти вентилятора рукой или подручным предметом. Они должны прокрутиться с небольшим сопротивлением, но без инерции;
• Завести мотор и прислушаться. В первые секунды автолюбитель должен услышать легкий шум, который постепенно стихнет;
• Слегка прогрев мотор, попытаться остановиться лопасти свернутым листом бумаги. Они должны остановиться, но с хорошо ощутимым усилием;
• Демонтировать вискомуфту и сильно ее прогреть. Опционально, в кипятке. После этого муфта должна сопротивляться вращению. Если она проворачивается, внутри практически не осталось силиконовой жидкости. Также рекомендуется снять радиатор охлаждения двигателя и промыть его;
• Проверить продольный люфт устройства. Если он имеется, муфту необходимо ремонтировать.

Заметьте, что если один из этапов проверки не был пройден , идти дальше по списку нет смысла. Однако снять муфту и прочистить радиатор имеет смысл всегда, особенно если вы делаете это после летнего периода, когда соты забиваются пухом, грязью и пылью.

История изобретения

Вискомуфта была изобретена в 1917 году в США Мелвином Северном, но применения в то время не нашла. В 1964 году вискомуфта была впервые установлена в качестве механизма автоматической блокировки межосевого дифференциала на автомобиле Interceptor FF английской компании Jensen. С середины 60-х годов вискомуфты нашли широкое применение в самоблокирующихся межколесных дифференциалах на легковых автомобилях с постоянным приводом на все колеса.