Какие основные неисправности муфты вентилятора?
При работе двигателя внутреннего сгорания выделяется большое количество тепла, двигатель нагревается, возникает необходимость охлаждения во избежание вывода его из строя. В большинстве случаев охлаждающим веществом (помимо обтекающего двигатель воздуха) является специальная охлаждающая жидкость. Жидкость, циркулируя по каналам двигателя, отбирает тепло и переносит к радиатору, в котором охлаждается, частично – набегающим потоком воздуха, а в основном – вентилятором.
- Принцип работы муфты вентилятора.
- Устройство муфты вентилятора.
- Замена муфты вентилятора.
На автомобилях применяется в основном два вида охлаждения: воздушный и комбинированный (жидкостно-воздушный).
В обоих случаях для охлаждения применяется вентилятор. Для снятия больших динамических нагрузок с вентилятора, вибраций и шумового эффекта, а также для поддержания необходимой частоты вращения, в зависимости от температуры охлаждающей жидкости, служит муфта.
Принцип работы муфты вентилятора.
Муфты вентилятора делятся на: упругие, фрикционные, электромагнитные, гидравлические, вискомуфты. Упругая муфта через резиновые части двух соприкасающихся дисков передаёт крутящий момент от ведущего диска на ведомый, к которому крепится вентилятор. При резком переходе двигателя от одного режима на другой, ударные нагрузки гасятся за счёт упругости резины, которая соединяет ведомый и ведущий диски. Вентилятор постоянно вращается за счёт клиноременной передачи от шестерни привода вентилятора на его шкив.
Данное конструктивное решение считается устаревшим, и на современных автомобилях практически не применяется. Фрикционная муфта аналогична конструкции муфты сцепления. Включается и отключается муфта приводом согласно температуре охлаждающей жидкости от датчика. При понижении температуры до 75-80°С – отключается, и при повышении до 90-95°С – включается.
Гидромуфта обеспечивает более плавное включение-отключение вентилятора, происходит это автоматически и зависит от роста температуры охлаждающей жидкости.
Электромагнитная муфта. При достижении температуры охлаждающей жидкости 90-95°С, датчик подаёт электропитание на электромагнит, который срабатывает, и металлическое кольцо, примагничиваясь к шкиву, включает вентилятор. При понижении температуры охлаждающей жидкости до 75-78°С, вентилятор отключается.
Вискомуфта является разновидностью гидромуфты. Её работа основана на использовании вязкостных свойств масла. При холодном двигателе охлаждающая жидкость циркулирует по малому кругу, канал доступа масла к ротору муфты закрыт. Масло под действием центробежных сил перекачивается в резервные полости, обороты вентилятора падают. При росте температуры охлаждающая жидкость циркулирует по большому кругу и попадает в радиатор; проходящий через него воздух нагревается и, в свою очередь, нагревает биметаллическую пластину; пластина, выгибаясь, открывает один клапан доступа масла в рабочую полость.
Масло, попадая на шлицы ведущего и ведомого колёс, увеличивает обороты вентилятора, рост температуры замедляется. При дальнейшем росте температуры биметаллическая пружина открывает второй клапан доступа масла в рабочую полость. За счёт вязкости масла, вентилятор набирает обороты, достаточные для поддержания заданной температуры охлаждающей жидкости, а соответственно, не допускает перегрева двигателя. Масло в большинстве случаев применяется силиконовое, имеющее высокую вязкость и свойства увеличивать вязкость при росте температуры.
В настоящее время всё чаще стали применяться электрические вентиляторы с электронным управлением. Сигналы от датчиков температуры передаются на блок управления, анализируются, и подаётся команда на включение – отключение вентилятора или коррекции его оборотов.
Устройство муфты вентилятора.
Упругая муфта вентилятора изготовлена из двух стальных дисков (ведущего и ведомого), соединяющихся между собой резиной. Ведущий диск имеет посадочные зубья по внутреннему диаметру, которыми садится на вал.
Ведомый диск имеет припаянные к нему втулки с резьбой для крепления вентилятора.
Фрикционная муфта вентилятора конструктивно выполнена практически так же, как муфта сцепления, то есть имеется фрикционный (ведомый) диск, ведущий диск, нажимной диск, диафрагменная пружина и т.д. Отличием является привод.
К деталям ведомой части относятся: ведомый вал, ведомое колесо, ступица крепления вентилятора. Детали ведомой части собраны на ведомом валу и вращаются на двух шарикоподшипниках.
На внутренних, повёрнутых друг к другу поверхностях ведущего и ведомого колёс отлиты радиальные лопатки, служащие для передачи крутящего момента с ведущего на ведомое колесо.
Частота вращения ведомого колеса зависит от количества масла, поступающего от системы смазки в рабочую полость гидромуфты. Для включения подачи масла из маслосистемы в гидромуфту служит выключатель, состоящий из: корпуса, золотника с возвратной пружиной, крана, термосилового датчика, шайбы для регулировки температуры срабатывания.
Выключатель устанавливается в патрубке охлаждающей жидкости. Термосиловой датчик, реагируя на отклонение температуры охлаждающей жидкости, включает или выключает подачу масла в гидромуфту.
Разновидностью гидромуфты является вискомуфта, работающая по тому же принципу, но имеющая более новые конструктивные решения. Вискомуфта состоит из корпуса и ротора. Вал ротора устанавливается на два подшипника, имеет фланец крепления к шкиву водяного насоса. Две камеры роторного пространства делятся передней и задней делительными пластинами на два отсека, итого образуется четыре полости. На роторе и шайбах в рабочих камерах выполнены кольцевые рёбра, которые улучшают работу муфты.
В передней шайбе имеется биметаллическая пластина, крепящаяся на штифт и закрывающая впускные каналы. Пластина штифтом соединена с биметаллической пружиной. При повороте пружины пластина поворачивается вместе с ней, открывая впускные каналы.
Торец ротора имеет зубья для перекачки масла. К передней части муфты через шпильки крепятся лопасти вентилятора. Электромагнитная муфта состоит из электромагнита, крепящегося к ступице, якоря, закреплённого пластинчатой пружиной к ступице и свободно вращающегося с ним, теплового реле, размещённого в верхнем бочке радиатора.
Электровентиляторы комплектуются: одним или двумя односкоростными или двухскоростными вентиляторами, электронным блоком управления, реле включения вентилятора на большой скорости, реле включения вентилятора на малой скорости, реле высокого давления охлаждающей жидкости, датчиком температуры охлаждающей жидкости. Также задействуются расходомер воздуха и датчик частоты вращения коленвала. Данные этих датчиков также передаются в электронный блок управления, анализируются, и выбираются оптимальные обороты электовентилятора.
В автомобилях более ранних выпусков электронный блок управления отсутствует, а роль включения или выключения вентилятора выполняет термовыключатель. Недостаток данной схемы в том, что терморегулятор не подбирает оптимальные обороты на переходных режимах, а только отключает вентилятор от работы при понижении температуры охлаждающей жидкости ниже минимально настроенной и подключает вентилятор к работе при повышении температуры до максимально настроенной.
В зависимости от марки авто, могут быть изменения в конструктивных решениях, но принцип один и тот же.
Замена муфты вентилятора.
Упругая муфта меняется при наличии разрывов или отсоединения резины от металла, при износе шлицов, центрирующих крыльчатку. Для демонтажа муфты необходимо открутить и снять защитный кожух радиатора рожковым ключом на 32, открутить гайку крепления к валу (гайка имеет левостороннюю резьбу и откручивается по часовой стрелке), предварительно отогнув усик, контрящий шайбы. Снять муфту с лопастями с вала, открутить четыре болта крепления лопастей к муфте.
Демонтаж гидравлической муфты вентилятора рассмотрим на примере автомобиля КАМАЗ 740. Для снятия муфты необходимо слить масло из маслосистемы двигателя, снять масляный фильтр, картер, ремни привода насоса охлаждающей жидкости, крыльчатку вентилятора. Открутить болты крепления передней крышки к блоку цилиндров и вместе с ней снять гидромуфту. Открутить гайку крепления ступицы вентилятора, предварительно разогнув усик, контрящий шайбы, снять шкив, снять корпус подшипника вместе с ним, сняв стопорное кольцо и открутив винты крепления. Снять гидромуфту с передней крышки блока. Снять ведущий вал с кожухом, открутив его болты крепления к ведущему колесу. Снять ведомое колесо вместе с ведомым валом. Сборку производить в обратном порядке, обращая внимание на точность сборки.
Вискомуфта снимается довольно просто. При необходимости, для улучшения доступа, снять кожух масла радиатора. Открутить рожковым ключом на 32 гайку крепления вентилятора к насосу охлаждающей жидкости.
Зафиксировать специальным ключом шкив от проворачивания, если ключа нет, зафиксировать можно приводными ремнями, нажав на них рукой. Гайка имеет левостороннюю резьбу, поэтому будет отворачиваться по часовой стрелке. Открутить четыре болта крепления вискомуфты и отделить её от вентилятора. Сборка выполняется в обратной последовательности.
Электромагнитная муфта снимается в следующем порядке. Перед снятием сливается охлаждающая жидкость из системы, снимается радиатор, приводной ремень вентилятора, откручивается гайка крепления вентилятора рожковым ключом на 32. Демонтировать электромагнитную муфту. Для снятия оси с подшипниками необходимо снять крышку газораспределения и снять стопорное кольцо. Собирается электромагнитная муфта в обратном порядке.
Все вышеперечисленные механизмы на автомобилях различных марок и различных годов выпуска имеют конструктивные различия, поэтому, прежде чем выполнять демонтажно-монтажные работы, необходимо тщательно изучить инструкцию по эксплуатации и ремонту данного типа машины.
При возникновении затруднений обратитесь на станцию технического обслуживания.
Вентилятор системы охлаждения автомобиля
Системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания разделились на две ветки в процессе своего развития: воздушное охлаждение и жидкостное охлаждение. Систему жидкостного охлаждения более корректно называть гибридной, так как вентилятор используется в обоих типах систем. Средой для рассевания избыточного тепла в процессе его отвода от разогретой силовой установки выступает воздух. Вентилятор охлаждения является устройством, которое обеспечивает стабильный и равномерный отвод тепла в окружающую среду.
Гибридная система охлаждения практически полностью вытеснила воздушную в конструкции серийных автомобилей, так что далее будем беседовать исключительно о ней. Еще стоит отметить, что функция вентилятора в той и другой системе аналогична. Вентилятор охлаждения позволяет принудительным образом реализовать эффективный обдув двигателя и радиатора гибридной жидкостной системы охлаждения.
Рекомендуем также прочитать статью об устройстве термостата системы жидкостного охлаждения. Из этой статьи Вы узнаете о принципах работы устройства, его функциях в системе, распространенных неисправностях элемента и методах их устранения.
Вентилятор служит для лучшего охлаждения мотора и жидкости в радиаторе. Такой эффект достигается благодаря обдуву ДВС и увеличению скорости потока и общей массы воздуха, который проходит через ячейки и ребра радиатора. Местом установки вентилятора в большинстве случаев становится пространство между радиатором и силовой установкой. Сам вентилятор радиатора заключен в специальный кожух.
Содержание статьи
- Устройство вентилятора радиатора
- Разновидности привода
- Механический привод
- Гидромеханический привод
- Электрический привод
- Разновидности привода
- Вентилятор охлаждения с электроприводом
- Распространенные неисправности и диагностика
- Профилактика, снятие и ремонт
Устройство вентилятора радиатора
Автомобильный вентилятор системы охлаждения ДВС имеет минимум четыре лопасти, которые закреплены на едином общем шкиве.
Лопасти расположены под определенным углом относительно плоскости вращения. Это сделано для максимально эффективного забора и последующей подачи воздуха. Жестко установленных закономерностей в устройстве вентилятора нет, хотя наиболее распространенной стала такая конструкция, которая включает в себя крыльчатку на 8 лопастей.
Разновидности привода
Вентилятор радиатора может отличаться по конструкции привода. Существующие типы делятся на:
- механический;
- гидромеханический;
- электрический;
Механический привод
Такой привод представляет собой конструкцию, которая является по сути постоянным приводом от коленчатого вала силовой установки. Такой привод является простейшим и реализован при помощи ременной передачи. Основным недостатком механического привода является отбор мощности у агрегата, которая расходуется на обеспечение постоянного вращения вентилятора. Сегодня механический привод практически не используется в системах охлаждения на гражданских авто.
Гидромеханический привод
Данный тип привода представляет собой решение, которое реализовано путем установки вязкостной муфты (вискомуфты) или гидравлической муфты. Указанные муфты имеют постоянный привод от коленчатого вала двигателя. Для того, чтобы сохранить лопасти вентилятора в сохранности при работе ДВС на максимальных оборотах и высокой скорости вращения коленчатого вала, крыльчатку вентилятора соединяют со шкивом именно посредством гидро или вязкостной муфты. Встречается также определение термомуфты, которое применительно зависимо от особенностей конструкции.
Муфта может частично или полностью блокироваться под воздействием увеличивающейся температуры жидкости, которой она заполнена. Такой заполняющей жидкостью выступает силикон. Увеличение температуры происходит в результате повышения оборотов коленчатого вала и возрастающей нагрузки на двигатель. Муфта блокируется и начинается вращение вентилятора охлаждения. Гидравлическая муфта отличается по принципу устройства от вязкостной муфты и блокируется зависимо от количества масла, которое находится в муфте.
Получается так, что вискомуфта зачастую заполнена силиконовым гелем, который имеет способность к изменению своих свойств под влиянием температуры. В муфту заливают силиконовое масло в количестве около 30-и или 50-и мл. Блокировка муфты оказывает влияние на скорость вращения вентилятора независимо от частоты вращения коленвала ДВС. Если силовой агрегат выходит на режим высоких оборотов, тогда муфта замедляет вращение крыльчатки, тем самым оберегая вентилятор от разрушения при высокой скорости вращения. Главной задачей всех типов муфт, которые отличаются по принципу работы и конструктивным особенностям, является удержание скорости вращения вентилятора в строго ограниченных рамках. Вискомуфта обеспечивает такой диапазон оборотов, который необходим крыльчатке для наиболее эффективного охлаждения.
Как уже было сказано, вентиляторы с механическим приводом стали редким явлением, но полностью не исчезли. Такое устройство еще можно встретить на некоторых моделях авто, которые имеют продольно расположенный силовой агрегат.
Еще одним сегментом автомобилей, в котором установка вентилятора с подобным типом привода является повсеместной и оправданной, оказываются мощные внедорожники. Такие машины способны преодолевать водные препятствия и подготовлены для эксплуатации в условиях крайне повышенной влажности. Дело в том, что любая электроника выходит из строя после контакта с водой, а вискомуфты являются полностью герметичными устройствами и не боятся влаги.
Электрический привод
Активное развитие и внедрение электронных устройств управления и контроля различных систем в процессе работы двигателя привело к появлению вентилятора радиатора с электрическим приводом. Данный привод имеет отдельный электродвигатель и собственную систему управления. Контроллер позволяет задавать интенсивность работы крыльчатки и гибко изменять скорость и длительность вращения вентилятора на основе показаний температурного датчика. Датчик измеряет показания температуры охлаждающей жидкости в ДВС. Такое решение повысило не только эффективность, но и позволило добиться улучшенной равномерности охлаждения двигателя сравнительно с системами, которые основаны на использовании вискомуфты.
Вентилятор охлаждения с электроприводом
Электродвигатель вентилятора питается от бортовой сети транспортного средства. Существующие решения стоит разделить на:
- вентилятор с термовыключателем;
- вентилятор с электронным блоком;
Автомобили на раннем этапе конструктивно не имели электронных блоков управления. Активацию и отключение электромотора вентилятора системы охлаждения выполнял термовыключатель, который некоторые автолюбители путают с датчиком температуры. Датчик температуры зачастую встраивается в корпус блока цилиндров двигателя. Сигнал на приборную панель в салоне поступает именно от него, так как контроль температуры возле камеры сгорания намного важнее температуры ОЖ.
Термовыключатель аналогично задействуется при повышении температуры, но опирается на показания теромодатчика охлаждающей жидкости в радиаторе. Устройство работает в узком температурном диапазоне. Например, вентилятор активируется при температуре ОЖ 85 градусов по Цельсию, а его выключение произойдет при 70 градусах.
Принцип работы устройства достаточно прост. Если температура поднялась выше заданного порога, тогда в термовыключателе смыкаются контакты, что и приведет к замыканию цепи питания вентилятора охлаждения. На электродвигатель подается ток, крыльчатка начинает вращаться. Снижение температуры до минимального порога приведет к тому, что контакты разомкнутся и вентилятор прекратит свою работу.
Примечательно то, что конструкцию электропривода вентилятора с термовыключателем можно установить практически на любой мотор. Схема управления вентилятором заметно сложнее в современных моделях с ЭБУ и включает в себя ряд элементов и исполнительных устройств, среди которых основные:
- датчик температуры ОЖ;
- ЭБУ;
- реле включения вентилятора;
- электродвигатель;
Температурный датчик измеряет температуру охлаждающей жидкости в силовом агрегате. Современные автомобили могут иметь сразу два датчика, которые установлены в разных местах. Один термодатчик ставят на выходе из мотора или в корпус термостата, другой ставится в патрубок на выходе из радиатора.
Вентилятор управляется с учетом показаний обоих элементов и последующей оценкой разницы тех данных, которые поступают от датчиков. Для более эффективного управления задействованы также дополнительные устройства, среди которых стоит отметить датчик частоты вращения коленвала и воздухорасходомер. Показания этих датчиков необходимы для точного определения режима, в котором работает двигатель в определенный момент.
Комплекс сигналов от датчиков передается в ЭБУ двигателя, который производит их анализ и активирует реле включения вентилятора в нужный момент. Вентилятор работает ровно столько, сколько это необходимо для достижения оптимального температурного показателя применительно к конкретному режиму оборотов и нагрузки на ДВС.
Модели автомобилей, которые имеют климатическую установку, зачастую получают сразу два вентилятора. Для каждого из таких вентиляторов предусмотрена отдельная схема включения. Вентиляторы могут работать синхронно или по отдельности, что будет напрямую зависеть от температуры и условий эксплуатации ДВС.
Реле включения вентилятора постепенно вытесняет специальный блок управления вентилятором для максимально эффективного контроля его работы.
Встречается также функция, когда реализовано автоматическое включение вентилятора уже после того, как двигатель заглушен. Это необходимо для предотвращения слишком резкого подъема температуры в ГБЦ сразу после остановки разогретого мотора, так как в результате происходит немедленное прекращения циркуляции охлаждающей жидкости в системе.
Распространенные неисправности и диагностика
Помните, что диагностировать неисправность вентилятора системы охлаждения стоит с предельной осторожностью, так как вращающаяся крыльчатка может серьезно повредить пальцы рук или другие части тела! Не редки случаи, когда неисправный вентилятор неожиданно приходит в движение!
Вентиляторы системы охлаждения устанавливаются как перед радиатором, так и за ним, со стороны моторного отека. Устоявшегося единого стандарта касательно места установки среди конструкторов не существует.
Многие владельцы автомобилей также часто задаются вопросом о том, в каком направлении дует вентилятор. Бытует мнение, что он осуществляет обдув радиатора для лучшего охлаждения ОЖ. Стоить запомнить, что дует вентилятор исключительно на двигатель независимо от места его расположения. Установка перед радиатором никак не означает, что обдувается только сам радиатор. Изменение направления обдува недопустимо.
Любой электрический двигатель или вискомуфта разной мощности и технологии производства, а также электронный блок или регулятор, созданный для управления, не могут обеспечить 100% гарантию защиты от неисправностей. Проблема усугубляется еще и тем, что вышедший из строя вентилятор системы охлаждения силового агрегата немедленно повлечет за собой серьезные последствия в виде перегрева мотора. Даже контрольные приборы, созданные для своевременного информирования водителя в критический момент, выходят из строя. Контролировать состояние вентилятора и его исправность нужно с завидной регулярностью.
В движении также стоит лишний раз взглянуть на указатель температуры на панели приборов при первой такой возможности.
Более простые системы с термовыключателем легко поддаются диагностике неисправностей. Что касается современных авто, тогда очень важно правильно определить не только саму поломку вентилятора, но и выявить вышедший из строя элемент в цепи из нескольких устройств. В самом начале диагностики нужно обнаружить проблему, по причине которой перестал работать вентилятор. Выйти из строя может любой из датчиков, блок управления или сам электрический мотор. Диагностировать неисправность вполне можно самостоятельно, придерживаясь приведенных ниже рекомендаций.
Системы с механическим приводом диагностируются быстро. Просто понаблюдайте за вентилятором, который должен вращаться постоянно. Если Вы видите вращение и лопасти крыльчатки целы, тогда ищите проблему в другом месте. Перегреваются двигатели с вискомуфтой из-за неисправного вентилятора только в том случае, если муфта не обеспечивает достаточной блокировки крыльчатки в режиме высоких оборотов коленвала.
Результатом становится низкая скорость вращения вентилятора и такой обдув, который не соответствует нагрузке на мотор. Определить неисправность муфты можно путем анализа скорости вращения вентилятора на низких и высоких оборотах.
Если в автомобиле установлен электрический вентилятор охлаждения, тогда начните с контроля его работы. Когда вентилятор не включается при очевидном перегреве, можно воспользоваться следующим методом диагностики систем с термовыключателем:
- нужно отсоединить разъем термовыключателя, который зачастую ввинчен в нижнюю часть бачка радиатора;
- далее понадобится немного проволоки. Соблюдая осторожность, используем указанную проволоку в роли перемычки, которой необходимо замкнуть 2 гнезда отсоединенного разъема;
Если вентилятор после такой операции принудительно заработал, тогда вполне очевидна неисправность термомвыключателя. Неработающий же вентилятор будет означать неисправность именно в нем или в других участках цепи. Конструкция может также состоять из двойного термодатчика.
Проверку стоит производить в два этапа, хотя принцип остается таким же. В самом начале замыкают первые два контакта, после чего вентилятор должен вращаться на малых оборотах. Далее замыкается вторая пара, после чего скорость вращения должна заметно возрасти.
Бывает и так, что вентилятор охлаждения радиатора дует постоянно, без видимых пауз. Такие симптомы являются достаточно распространенными. Это может указывать на выход из строя датчика включения. Проверку стоит осуществлять при включенном зажигании путем дальнейшего удаления соответствующего разъема с датчика. Если вентилятор после этого не выключился, тогда регулятор отключения следует заменить. Дополнительно можно выполнить проверку предохранителя в том случае, если возникшие проблемы с работоспособностью вентилятора охлаждения не исчезли.
Главное запомнить, что как и в любой другой электроцепи, стоит диагностировать неисправность отдельных составных частей методом исключения. Не меньшего внимания потребует и состояние проводки, разъемов и штекеров.
В ряде случаев поломка быстро устраняется благодаря простому ремонту кабеля, который требует изоляции, а также чисткой контактов. Не менее продуктивной может оказаться и замена штекера. Если после всех диагностических процедур вентилятор так и не заработал, тогда его нужно демонтировать и заменить.
Указанные выше способы нельзя рекомендовать тем автовладельцам, которые обладают машиной с электронным устройством для контроля скорости вращения вентилятора охлаждения. Самостоятельно неискушенному водителю можно проверить только исправность предохранителя, который отвечает за данный участок. Дальше необходимо обратиться за помощью в автосервис.
Профилактика, снятие и ремонт
Обеспечение максимально эффективного охлаждения ДВС и радиатора возможно только тогда, когда вентилятор проходит периодическую чистку, устраняются его мелкие поломки и загрязнения. Выполнять такую проверку желательно не реже одного раза в год.
Чистят вентилятор при помощи обычной щетки, которой с него удаляют грязь и пыль.
Если потребовался демонтаж вентилятора охлаждения, тогда:
- отсоедините от АКБ провод массы;
- отключите все разъемы, которые подключены к устройству,
- открутите болты крепления кожуха;.
- сдвиньте кожух вентилятора или демонтируйте узел;
Демонтаж вентилятора позволяет устранить большинство поломок посредством ремонта. Очень часто требуется зачистка или замена проводов, так как их нарушенный контакт становится причиной неисправности или отклонений от нормы в процессе работы вентилятора. Может потребоваться ремонт щеток, который подразумевает их замену. Указанный элемент чаще остальных выходит из строя. Щетки подвержены быстрому износу, так как на них собирается грязь с дороги.
Не редко возникает необходимость устранения замыкания или обрыва обмотки ротора. Случается, что обмотка в рабочем состоянии, но функциональность все равно нарушена по причине обильного скопления загрязнений.
Данную проблему решают очисткой обмоток при помощи растворителя. Также подойдут специальные щетки, предназначенные для глубокой чистки.
В процессе эксплуатации возникают и такие случаи, которые потребуют замены электромотора. Неисправность часто проявляется на прогретом двигателе, вся цепь исправна, но вентилятор охлаждения не запускается. Как показывает практика, ремонтировать эту деталь нецелесообразно. Электродвигатель имеет приемлемую стоимость, так что его сразу меняют на новый.
Патент США на Фрикционное сцепление и система привода для охлаждения двигателя внутреннего сгорания транспортного средства с фрикционной муфтой Патент (Патент № 8453815 от 04.06.2013)
фрикционная муфта.
СОСТОЯНИЕ ТЕХНИКИ
Фрикционные муфты описанного выше типа уже известны в различных формах.
В нерассмотренной заявке Германии 4 207 710 А1 раскрыта фрикционная муфта с электромагнитным приводом, которая служит для привода крыльчатки вентилятора охлаждения.
Крыльчатка вентилятора здесь предназначена для привода с прямой скоростью привода и с двумя различными скоростями скольжения. Первая электромагнитная фрикционная дисковая муфта предназначена для создания прямой скорости, а вторая электромагнитная фрикционная дисковая муфта предусмотрена в сочетании с первой вихретоковой муфтой для создания первой скорости проскальзывания. Дополнительная вихретоковая муфта служит для создания второй скорости проскальзывания.
ЗАДАЧА И ПРЕИМУЩЕСТВА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей изобретения является создание фрикционной муфты компактной универсальной конструкции.
Эта цель достигается за счет описанных здесь особенностей изобретения.
Выгодные и подходящие усовершенствования изобретения также указаны в последующем раскрытии.
Изобретение сначала исходит из фрикционной муфты, имеющей сторону привода и сторону выхода, которая может использоваться для привода крыльчатки вентилятора.
Фрикционная муфта содержит избирательно включаемую фрикционную дисковую муфту, которая во включенном состоянии соединяет выходную сторону со стороной привода. Кроме того, первая вихретоковая муфта предназначена для обеспечения скорости проскальзывания на выходной стороне, при этом первая вихретоковая муфта имеет зону вихревых токов, образованную на охлаждающем кольце. Скорость проскальзывания возникает тогда, когда фрикционная муфта не включена.
Сущность изобретения заключается в том, что вихретоковая зона для второй вихретоковой муфты предусмотрена на том же охлаждающем кольце, на котором образована вихретоковая зона для первой вихретоковой муфты.
Это позволяет эффективно рассеивать тепло, выделяемое вихретоковыми муфтами, через один компонент. Охлаждающее кольцо представляет собой алюминиевое кольцо, возможно, содержащее охлаждающие ребра, например, в котором стальная вставка, например, которая обеспечивает желаемую проводимость поля вихревых токов, генерируемых в зонах вихревых токов, расположена за соответствующим вихревым током.
зона.
Напротив соответствующей зоны вихревых токов предпочтительно расположен вращающийся элемент, снабженный постоянными магнитами, например, несущее кольцо, снабженное постоянными магнитами, которые индуцируют соответствующие вихревые токи в зонах вихревых токов.
Фрикционная муфта предпочтительно сконструирована таким образом, что хотя на охлаждающем кольце имеются зоны вихревых токов, доступные для двух вихретоковых муфт, полная функциональность также обеспечивается при работе только одной вихретоковой муфты.
Если вторая вихретоковая муфта полностью выполнена с соответствующим держателем на постоянных магнитах, эта муфта предпочтительно может включаться, например, посредством фрикционной муфты, так что всего возможны три скорости. В случае первой скорости проскальзывания фрикционная муфта и вторая избирательно задействуемая вихретоковая муфта разъединяются, так что связь со стороны привода со стороной выхода существует только через первую вихретоковую муфту.
Дополнительная скорость проскальзывания, более высокая, чем первая скорость проскальзывания, может быть достигнута за счет дополнительного включения второй вихретоковой муфты.
Наконец, приводная сторона фрикционно соединена с выходной стороной путем включения фрикционной дисковой муфты. Таким образом получается третья скорость, которая при полном фрикционном сцеплении равна скорости привода.
Фрикционная дисковая муфта и/или вторая вихретоковая муфта могут иметь пневматический или гидравлический привод.
В особенно предпочтительном варианте осуществления изобретения фрикционная дисковая муфта и/или вторая вихретоковая муфта могут включаться и выключаться электромагнитным способом. Для этой цели диск якоря, который может быть установлен так, чтобы он мог перемещаться в осевом направлении, например, может притягиваться к ротору электрически генерируемым магнитным полем, например, катушки, так что между якорем образуется фрикционное соединение.
диск и ротор.
Ротор предпочтительно представляет собой выходную сторону фрикционной муфты.
В этом случае охлаждающее кольцо предпочтительно образует приводную сторону сцепления. Помимо возможностей для очень компактной конструкции, это имеет то преимущество, что охлаждение вихретоковых муфт оптимизировано, поскольку сторона привода всегда вращается со скоростью привода.
Напротив, скорость выходной стороны зависит от включенного состояния сцепления.
Участки вихревых токов на охлаждающем кольце предпочтительно расположены с перекрытием в радиальном направлении, например с перекрытием, так что они радиально конгруэнтны. Таким образом, компактная конструкция может быть дополнительно улучшена.
Как вторая вихретоковая муфта, так и фрикционная дисковая муфта имеют отдельно подвижный якорный диск.
Кроме того, можно предусмотреть два отдельных средства проводимости магнитного поля в охлаждающем кольце.
Например, магнитопроводящее стальное кольцо заливается в охлаждающее кольцо за радиально перекрывающимися наружу зонами вихревых токов. Это способствует оптимизации магнитного поля, создаваемого вихревыми токами.
Описанная фрикционная муфта может использоваться в приводной системе для охлаждения двигателя внутреннего сгорания в транспортном средстве, например в автомобиле, в котором крыльчатка вентилятора и приводная сторона крыльчатки вентилятора соединены муфтой .
Кроме того, между крыльчаткой вентилятора, воздействующей, например, на радиатор двигателя внутреннего сгорания, и сцеплением может быть предусмотрен угловой зубчатый механизм. Таким образом, можно учитывать пространственное расположение узлов, например, в моторном отсеке автомобиля.
В случае системы привода для охлаждения двигателя внутреннего сгорания транспортного средства, в которой предусмотрен зубчатый механизм, в частности угловой зубчатый механизм, и сцепление, например сцепление, как описано выше, Кроме того, для изобретения существенно, чтобы муфта непосредственно упиралась в угловой механизм со стороны привода и, в частности, непосредственно прикреплялась к нему (например, устанавливалась на нем фланцем).
Соединение предпочтительно такое, чтобы не было открытых участков вала. Таким образом, может быть получен прочный, компактный блок, который в тяжелых условиях эксплуатации обладает стабильностью и высокой устойчивостью к любым возможным внешним воздействиям.
Несколько примерных вариантов осуществления изобретения представлены на чертежах и поясняются более подробно ниже с указанием дополнительных преимуществ и деталей.
На чертежах
РИС. 1-4 на очень схематических видах сбоку показана фрикционная муфта согласно изобретению с угловым зубчатым механизмом для привода крыльчатки вентилятора перед блоком радиатора.
ОПИСАНИЕ ПРИМЕРНЫХ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ
РИС. 1 представляет систему привода 1 для крыльчатки 2 вентилятора, которая расположена, например, перед радиатором 3 двигателя внутреннего сгорания (не показан) автомобиля, например автобуса.
Система привода 1 содержит угловой зубчатый механизм 4 и фрикционную муфту 5 с электромагнитным приводом. Фрикционная муфта 5 расположена непосредственно напротив углового механизма 4 , например установлена непосредственно на угловом механизме 4 . Угловой зубчатый механизм 4 содержит выходной вал 6 , который соединен с крыльчаткой 2 вентилятора.
Со стороны привода фрикционная муфта 5 содержит приводной вал 7 , а со стороны выхода — выходной вал 8 , который входит в угловой механизм 4 .
В угловом редукторе предусмотрены две шестерни 9 , 10 , установленные под углом друг к другу.
Фрикционная муфта содержит охлаждающее кольцо 11 , закрепленное с возможностью вращения на приводном валу 7 .
Также на охлаждающем кольце 11 с возможностью вращения закреплен подвижный в осевом направлении якорный диск 12 фрикционной дисковой муфты 13 . Напротив диска якоря 12 расположен ротор 14 фрикционной муфты, закрепленный с возможностью вращения на выходном валу 8 . Диск арматурный 12 может притягиваться к ротору 14 электромагнитом (не показан), тем самым обеспечивая прямое соединение приводного вала 7 с выходным валом 8 .
Кроме того, между приводным валом 7 и выходным валом 8 установлена первая вихретоковая муфта 15 , а водило 17 , снабженное постоянными магнитами 16 , закреплено с возможностью вращения на выходном валу . Постоянные магниты взаимодействуют с встречной зоной вихревых токов на охлаждающем кольце 9.
0005 11 , чтобы можно было создать приводной крутящий момент.
Для этого необходима разность скоростей между ведущим валом 7 и выходным валом 8 .
Наконец, во фрикционной муфте 5 предусмотрена вторая вихретоковая муфта 18 , которая, в отличие от первой вихретоковой муфты 15 , может включаться избирательно.
Для этого вторая вихретоковая муфта 18 имеет диск якоря 19 , который может перемещаться в осевом направлении и который под действием соответствующих магнитных сил может притягиваться к ротору 14 .
Если муфта фрикционного диска 13 и вторая вихретоковая муфта отключены, приводной вал 7 приводит в движение выходной вал 8 со скоростью проскальзывания через первую вихретоковую муфту 15 .
При дополнительном включении второй вихретоковой муфты 18 притяжением диска якоря 19 , постоянные магниты 21 , установленные на держателе 20 , могут взаимодействовать со второй зоной вихревых токов, образованной на охлаждающем кольце 11 , в случае разницы скоростей между приводным валом 7 и выходным вал 8 , что означает, что выходной вал 8 приводится в движение со скоростью, несколько превышающей скорость скольжения. Вторая вихретоковая муфта 18 принимает на себя, так сказать, дополнительный крутящий момент, что обеспечивает вторую скорость проскальзывания.
Здесь важно, чтобы обе зоны вихревых токов были предусмотрены на охлаждающем кольце 11 , которое всегда вращается со скоростью приводного вала 7 .
Обеспечивает оптимальное охлаждение, которое лучше при более высокой скорости, чем при низкой.
Таким образом, в целом возможны следующие ступени скорости: скорость проскальзывания, повышенная скорость проскальзывания и прямое соединение приводного вала с выходным валом 8 с фрикционной муфтой 13 занимается.
Вариант системы привода 22 по фиг. 2 отличается от варианта осуществления по фиг. 1 тем, что фрикционная муфта содержит только одну избирательно включаемую вихретоковую муфту 18 . Точно так же предусмотрена фрикционная муфта 13 .
Однако это также позволяет достичь трех скоростей. В случае первой скорости фрикционная муфта 13 , а также вихретоковая муфта 18 отключены. Однако скорость ведущего вала 7 передается на выходной вал 8 с определенной, незначительной скоростью проскальзывания из-за трения в подшипниках, поскольку вращающиеся части со стороны привода опираются на выходной вал 8 и Захватывающее действие вторичного вала 8 может возникать из-за трения в подшипнике.
Вторая скорость проскальзывания достигается при включении выборочно подключаемой вихретоковой муфты 18 .
Третья скорость — это прямое соединение ведущего вала 7 с выходным валом 8 через включенную фрикционную муфту 13 .
В другом варианте выполнения системы привода 23 согласно фиг. 3 разница по сравнению с вариантом осуществления по фиг. 1 заключается в том, что фрикцион 5 двухступенчатый.
Как и на РИС. 1, он содержит селективно включаемую фрикционную муфту 13 с соответствующей функциональностью.
Когда муфта фрикционного диска 13 не включена, постоянно включена вихретоковая муфта 24 , держатель постоянного магнита 25 которой соединен с ротором 14 . В случае разницы скоростей между приводным валом 7 и выходным валом 8 это приводит к взаимодействию со стороны привода с охлаждающим кольцом 11 .
Во всех трех вариантах 1 , 22 , 23 системы привода охлаждающее кольцо 11 всегда располагается со стороны привода. Кроме того, в этом охлаждающем кольце 11 в основном образуются зоны вихревых токов.
Конструкция варианта по фиг. 3, кроме того, таков, что вторая вихретоковая муфта 18 с возможностью выборочного включения может быть встроена путем встраивания дополнительных компонентов.
Таким образом, благодаря использованию одних и тех же компонентов, могут быть реализованы различные модификации сцепления, т. е. принцип модульной конструкции.
Еще одним важным аспектом муфт согласно фиг. 1-3 заключается в том, что фрикционная муфта 5 непосредственно соединена с угловым зубчатым механизмом 4 , при этом фрикционная муфта 5 со стороны привода прикреплена к угловому зубчатому механизму.
Поэтому на приводном валу 8 нет открытой части вала. Муфта 5 предпочтительно крепится фланцем непосредственно к угловому зубчатому механизму 4 . Преимущество этого заключается в том, что конструкция не только компактна, но и особенно стабильна.
Расположение углового зубчатого механизма 4 и фрикционной муфты 5 также выполнено соответствующим образом на фиг. 4.
Этот вариант осуществления отличается от варианта осуществления согласно фиг. 1, тем, что фрикционная муфта 5 теперь содержит только фрикционную дисковую муфту 13 , так что скорость приводного вала 7 может быть либо соединена с выходным валом 8 , либо отсоединена. Таким образом, имеется только одна ступень скорости.
Заявка на патент США на СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Заявка на патент (заявка № 201
044, выданная 4 апреля 2019 г.
) транспортное средство. В частности, описан способ охлаждения вискомуфты двигателя внутреннего сгорания. В автомобилях, в частности грузовых автомобилях, вязкостные муфты используются для управляемого привода насоса охлаждающей жидкости контура охлаждающей жидкости двигателя внутреннего сгорания. Насос охлаждающей жидкости грузовика, который жестко соединен с двигателем внутреннего сгорания, будет иметь среднюю потребляемую мощность, например, 7 кВт. Полная мощность насоса охлаждающей жидкости (например, при горизонтальном маршруте и движении с высокой скоростью) часто не требуется для адекватного отвода тепла через охлаждающую жидкость двигателя внутреннего сгорания. В результате управления насосом охлаждающей жидкости, адаптированным к требованиям, можно сэкономить, например, от 0,5 до 1,5 процента топлива. Пример такого традиционного управления насосом охлаждающей жидкости описан в статье «Einfach mal abschalten» («Просто выключите») из Frankfurter Allgemeine Zeitung от 29 г.
Апрель 2013 г.
Виско-муфта управляемого насоса охлаждающей жидкости использует регулируемую передачу крутящего момента виско-муфты. Передача крутящего момента основана на свойствах жидкости сцепления в вязкостной муфте. Например, вязкое силиконовое масло действует как жидкость сцепления. В результате различных скоростей между приводным валом и выходным валом виско-муфты жидкость сцепления срезается, и силы сдвига передают посредством жидкости сцепления крутящий момент от ведущего вала к выходному валу. Поскольку силы сдвига основаны на вязкости, то есть на внутреннем трении жидкости сцепления, передача крутящего момента виско-муфтой связана с рассеиванием энергии, которая передается в виде тепла как внутрь (то есть в жидкости сцепления) и наружу (то есть через корпус вискомуфты в окружающую среду).
Однако внутренний подвод тепла ухудшает гидравлические свойства жидкости сцепления, поскольку обычно вязкость и степень эффективности передачи крутящего момента снижаются по мере повышения температуры жидкости сцепления.
Следовательно, диапазон регулирования обычной вязкостной муфты ограничен, в частности, при высоких оборотах двигателя, чтобы не сокращать срок службы вязкостной муфты. Это может привести к парадоксальной ситуации управления, когда управляемая виско-муфта при высокой частоте вращения двигателя не может управляться при пониженной частоте вращения насоса охлаждающей жидкости, чтобы не допустить перегрева виско-муфты. Это означает, что насос охлаждающей жидкости должен работать с мощностью, которая вообще не требуется для охлаждения двигателя внутреннего сгорания.
Альтернативные меры по охлаждению вязкостной муфты, такие как, например, увеличение ребра на корпусе вязкостной муфты, не являются предпочтительными. С одной стороны, в результате увеличения оребрения увеличивается вращающаяся масса вязкостной муфты и увеличивается необходимое конструктивное пространство. С другой стороны, это воздушное охлаждение является особенно неадекватным, поскольку насос охлаждающей жидкости включается при высокой нагрузке на двигатель, в результате чего вязкостная муфта, расположенная за радиатором, проходит через повышенную температуру охлаждающего воздуха.
РЕЗЮМЕ
Настоящее раскрытие направлено на двигатель внутреннего сгорания с более энергоэффективным охлаждением. Альтернативной или дополнительной целью является увеличение возможности управления вязкостной муфтой без ограничения срока службы вязкостной муфты. Альтернативной или дополнительной целью является, независимо от механической нагрузки вязкостной муфты и температуры окружающей среды, обеспечение максимально постоянной температуры жидкости сцепления.
Эта/эти цель или задачи достигаются с помощью двигателя внутреннего сгорания и соответствующего автомобиля согласно настоящему раскрытию. Преимущественные варианты осуществления и применения настоящего изобретения объясняются более подробно в последующем описании с частичной ссылкой на чертежи.
В соответствии с аспектом настоящего изобретения предоставляется двигатель внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания содержит контур охлаждающей жидкости, который соединен или может быть соединен с головкой блока цилиндров и/или блоком цилиндров двигателя внутреннего сгорания.
Контур охлаждающей жидкости содержит насос охлаждающей жидкости, который содержит приводной вал и предназначен для подачи охлаждающей жидкости в контур охлаждающей жидкости. Кроме того, двигатель внутреннего сгорания содержит вязкостную муфту, которая предназначена или может быть установлена для привода двигателя внутреннего сгорания, которая содержит фрикционную жидкость для передачи крутящего момента и которая соединена на выходной стороне с приводным валом охлаждающей жидкости. насос. Приводной вал насоса охлаждающей жидкости содержит по меньшей мере одну тепловую трубу, которая находится в теплообмене или может быть введена в теплообмен с жидкостью сцепления в качестве источника тепла и охлаждающей жидкостью в качестве поглотителя тепла.
Наличие по крайней мере одной тепловой трубки на приводном валу управляемого насоса охлаждающей жидкости позволяет эффективно передавать поток отработанного тепла от жидкости сцепления в качестве источника тепла к охлаждающей жидкости в качестве поглотителя тепла.
По крайней мере, одна тепловая трубка может быть вставлена через продольное отверстие в приводном валу как герметичный блок. Альтернативно или дополнительно, по меньшей мере, одна тепловая трубка может быть изготовлена за одно целое/за одно целое с приводным валом в продольном отверстии приводного вала.
Жидкость сцепления может содержать масло, например, силиконовое масло. Жидкость сцепления может в качестве гидродинамической рабочей среды иметь определенные гидравлические свойства для передачи крутящего момента, например, определенную зависящую от температуры вязкость.
Охлаждающая жидкость может содержать воду, антифриз и/или антикоррозийный агент.
Вискозиметрическая муфта может содержать пластины, вокруг которых течет жидкость сцепления. Пластины могут быть соединены с приводным валом без возможности вращения. Через пластины тепловая трубка может вступать в теплообмен с жидкостью сцепления в качестве источника тепла.
Например, пластины расположены так, что они проходят вокруг конца приводного вала со стороны сцепления. Конец тепловой трубы со стороны источника тепла может соответствовать концу приводного вала со стороны сцепления.
Насос охлаждающей жидкости может содержать рабочее колесо (например, крыльчатку), вокруг которого течет охлаждающая жидкость. Рабочее колесо может быть соединено с приводным валом безопасным для вращения способом. Тепловая трубка может находиться в теплообмене через крыльчатку с охлаждающей жидкостью в качестве теплоотвода. Например, рабочее колесо расположено так, что оно проходит вокруг конца приводного вала со стороны насоса. Конец тепловой трубы со стороны радиатора может соответствовать концу приводного вала со стороны насоса.
Контур охлаждающей жидкости может дополнительно включать радиатор и термостат. Насос охлаждающей жидкости может быть подключен на стороне входа к радиатору и/или термостату. Насос охлаждающей жидкости может быть соединен со стороны выхода с головкой блока цилиндров и/или блоком цилиндров.
Радиатор и/или термостат могут быть расположены ниже по потоку в контуре охлаждающей жидкости по отношению к блоку цилиндров.
Тепловая трубка может содержать капилляр или множество капилляров, которые проходят в продольном направлении приводного вала, например, от конца приводного вала со стороны сцепления до конца приводного вала со стороны насоса. Капилляр или, по крайней мере, один из капилляров может быть расположен коаксиально относительно приводного вала. Альтернативно или дополнительно тепловая трубка может содержать большое количество капилляров (например, за счет пористой структуры) и располагаться коаксиально в приводном валу. В результате коаксиального расположения центробежные силы на тепловой трубе могут быть сведены к минимуму или устранены.
Тепловая трубка (например, как минимум один капилляр) может содержать охлаждающую среду (или среду для краткости). Охлаждающая среда может испаряться в результате теплового контакта с источником тепла (например, на конце приводного вала со стороны сцепления) и конденсироваться в результате теплового контакта с радиатором (например, на конце приводного вала со стороны насоса).
Тепловая трубка может быть закрытой системой, содержащей охлаждающую среду. Охлаждающая среда может, например, содержать воду или аммиак. Охлаждающая среда может под действием капиллярных сил в агрегатном состоянии течь от радиатора (например, конец приводного вала со стороны насоса) к источнику тепла (например, конец приводного вала со стороны сцепления). приводной вал), например, в капиллярах или пористой структуре.
Поток охлаждающей среды в газообразном состоянии от источника тепла к радиатору может быть пространственно отделен от обратного потока охлаждающей среды в агрегатном состоянии жидкости. Например, тепловая труба может содержать канал конденсации, на который не действует центробежная сила (и который расположен коаксиально в приводном валу), и канал пара, который окружает канал конденсации.
Тепловое сопротивление теплопровода в металле приводного вала может во много раз превышать тепловое сопротивление теплопровода в тепловой трубе. Например, в результате сосуществования жидкой и газообразной фаз охлаждающей среды в тепловой трубе конец приводного вала со стороны сцепления и конец приводного вала со стороны насоса могут быть почти изотермическими.
Кроме того, устройство может содержать блок управления, контролирующий степень сцепления виско-муфты. Например, степенью сцепления можно управлять в соответствии с температурой охлаждающей жидкости и/или температурным градиентом в блоке цилиндров и/или головке цилиндров.
Теплоемкость охлаждающей жидкости может во много раз превышать теплоемкость жидкости сцепления. В результате неравномерности теплоемкости и низкого термического сопротивления тепловой трубки температура жидкости сцепления может совпадать или почти соответствовать температуре охлаждающей жидкости. Управление охлаждающей жидкостью может включать в себя управление жидкостью сцепления.
В результате термической связи жидкости сцепления с регулируемой температурой охлаждающей жидкости через, по крайней мере, одну тепловую трубку, связанное с нагревом снижение вязкости и, следовательно, передачи крутящего момента в виско-муфте может предотвратить. Следовательно, диапазон регулирования управляемой вязкостной муфты может быть увеличен по сравнению с обычной вязкостной муфтой с воздушным охлаждением, например, может включать весь диапазон скоростей двигателя внутреннего сгорания.
В соответствии с другим аспектом предлагается транспортное средство, например, наземное транспортное средство или водное транспортное средство, которое содержит двигатель внутреннего сгорания в соответствии с вариантом осуществления вышеупомянутого аспекта. Наземным транспортным средством может быть, в частности, транспортное средство общего назначения, например, автобус, грузовик или трактор.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙДругие особенности и преимущества настоящего изобретения описаны ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
РИС. 1 представляет собой схематическую блок-схему первого варианта осуществления двигателя внутреннего сгорания;
РИС. 2 представляет собой схематическую блок-схему второго варианта осуществления двигателя внутреннего сгорания; и
РИС. 3 представляет собой график скорости для управления управляемой вязкостной муфтой, которая может быть реализована в каждом варианте осуществления.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
РИС. 1 показан первый вариант осуществления двигателя внутреннего сгорания, который обычно обозначен цифрой 9.0005 100
. Двигатель внутреннего сгорания 100 содержит головку блока цилиндров 102 и блок цилиндров 104 , которые соединены с контуром охлаждающей жидкости, который обычно обозначается 106 . Двигатель внутреннего сгорания 100 дополнительно содержит насос охлаждающей жидкости 108 , который со стороны входа соединен с источником 106 — 1 контура охлаждающей жидкости 106 . На выходе насос охлаждающей жидкости 108 находится в гидравлическом соединении с линиями охлаждения в головке блока цилиндров 102 и в блоке цилиндров 104 . Насос охлаждающей жидкости 108 содержит в корпусе насоса рабочее колесо 110 (например, крыльчатку или пропеллер) на приводном валу 112 .
Рабочее колесо 110 и конец приводного вала 112 со стороны насоса погружены в охлаждающую жидкость контура охлаждающей жидкости 106 , которая заполняет корпус насоса. Охлаждающая жидкость 114 содержит, например, воду с добавками для повышения точки замерзания и снижения вязкости.
Регулируемая скорость насоса охлаждающей жидкости 108 определяет количество охлаждающей жидкости 114 , циркулирующей в контуре охлаждающей жидкости 106 в единицу времени. Контур охлаждающей жидкости 106 содержит радиатор 116 на горячей обратке 106 — 2 относительно подачи 106 — 1 после блока цилиндров 104 . При необходимости контур охлаждающей жидкости 106 дополнительно содержит термостат 118 . Термостат 118 определяет долю охлаждающей жидкости 114 , протекающей через радиатор 116 , от охлаждающей жидкости 114 , циркулирующей в целом через двигатель внутреннего сгорания.
Приводной вал 112 соединяется с выходом вискомуфты 120 предназначен для привода 122 от двигателя внутреннего сгорания 100 . Привод 122 виско-муфты 120 может содержать зубчатый механизм с фиксированным передаточным отношением относительно коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания 100 . Муфта Visco 120 содержит жидкость для сцепления 124 , вязкость которой передает крутящий момент, приложенный со стороны привода, к внешним дискам 128 к внутренним дискам 9.0005 126 . Внутренние пластины 126 расположены на конце приводного вала 112 со стороны сцепления таким образом, чтобы обеспечить возможность вращения на приводном валу 112 .
По крайней мере, одна тепловая трубка 130 для направления тепла от жидкости сцепления 124 к охлаждающей жидкости 114 расположена на приводном валу 112 .
Например, конец тепловой трубы 130 со стороны сцепления находится в теплообмене через внутренние пластины 126 с жидкостью сцепления 124 в качестве источника тепла. Конец тепловой трубы 130 со стороны насоса находится в теплообмене через рабочее колесо 110 с охлаждающей жидкостью 114 в качестве радиатора.
РИС. 2 представляет собой блок-схему второго варианта осуществления двигателя 100 внутреннего сгорания. Отдельные признаки второго варианта осуществления могут сочетаться с признаками первого варианта выполнения и/или заменять их. В частности, соответствующие или взаимозаменяемые элементы снабжены соответствующими ссылочными позициями.
Для повышения эффективности теплопередачи между жидкостью сцепления 124 и охлаждающей жидкостью 114 в тепловой трубе 130 в качестве хладагента используется термически конвектирующая охлаждающая среда.
В качестве охлаждающей среды используются органические и/или неорганические хладагенты (которые, например, также могут использоваться в качестве хладагента). Первый конец тепловой трубки со стороны сцепления, который находится в тепловом контакте с вязкостной муфтой 120 (точнее, с жидкостью сцепления 124 ) в качестве источника тепла выступает в роли испарителя охлаждающей среды в тепловой трубе 130 . Второй конец тепловой трубы 130 со стороны насоса, противоположный первому концу, находится в тепловом контакте с насосом охлаждающей жидкости 108 (более конкретно: с охлаждающей жидкостью 114 ) в качестве теплоотвода и действует как конденсатор охлаждающая среда.
Тепловая трубка 130 содержит капилляр 132 или несколько капилляров 132 , в котором находится охлаждающая жидкость. Под действием капиллярных сил охлаждающая среда течет в агрегатном состоянии от второго конца со стороны насоса к первому концу со стороны сцепления.
Следовательно, достигается рециркуляция охлаждающей среды для эффективной передачи тепла вдоль приводного вала 112 .
Тепловая трубка 130 , установленная на приводном валу 112 , обеспечивает почти постоянную температуру жидкости сцепления 124 в результате тесной тепловой связи с регулируемой температурой охлаждающей жидкости 114 . Поскольку температура жидкости сцепления 124 влияет на степень эффективности вязкостной муфты 120 , эффект проскальзывания, связанный с нагревом, предотвращается или значительно снижается.
В отличие от обычного охлаждения виско-муфты, например, только охлаждением воздухом в результате увеличения контактной поверхности виско-муфты, эффективная тепловая связь с охлаждающей жидкостью 114 позволяет уменьшить количество охлаждающих ребер 134 на вискомуфте 120 или позволяет отказаться от таких охлаждающих ребер 134 .
В результате затраты на производство вязкостной муфты 120 и вес вязкостной муфты 120 могут быть снижены.
В результате интеграции тепловой трубки 130 в приводной вал 112 традиционное воздушное охлаждение вязкостной муфты 120 больше не требуется или может быть значительно уменьшено. Стоимость и структурное пространство для вязкостной муфты 120 таким образом уменьшаются. Срок службы виско-сцепления 120 за счет стабильной постоянной температуры жидкости сцепления 124 может быть увеличен по сравнению с обычными виско-сцеплениями.
В каждом варианте осуществления двигатель внутреннего сгорания 100 может содержать блок управления 136 , который регулирует скорость насоса охлаждающей жидкости 108 посредством вязкостной муфты 120 . Поскольку управление скоростью насоса зависит от входных переменных блока управления 136 , такие как, например, измеренная температура охлаждающей жидкости 114 и/или измеренный температурный градиент в головке блока цилиндров 102 и/или блоке цилиндров 104 , эта температура или этот температурный градиент контролируемый.
Блок управления 136 можно назвать устройством управления скоростью насоса охлаждающей жидкости 108 .
РИС. 3 схематический график скорости 300 для управления вискомуфтой 120 и, следовательно, скорость 302 насоса охлаждающей жидкости 108 . Элемент управления, схематически показанный на графике 300 , может использоваться в каждом варианте осуществления двигателя 100 внутреннего сгорания.
Число оборотов 304 двигателя внутреннего сгорания (то есть число оборотов коленчатого вала) указано на горизонтальной оси. Начальная точка 306 представляет передаточное число механической передачи (например, 1:1,8 по отношению к коленчатому валу), то есть скорость привода 122 виско-муфты 120 . В результате проскальзывания, необходимого для передачи крутящего момента даже при максимальном соединении вязкостной муфты 120 , максимальная скорость 308 на выходе вязкостной муфты 120 , то есть максимальная скорость 308 приводного вала 112 , ниже скорости 306 .
Это минимальное скольжение при малой нагрузке или незначительной частоте вращения двигателя 304 и увеличивается с увеличением нагрузки или частоты вращения двигателя 304 .
В результате фиксированной тепловой связи жидкости сцепления 124 через тепловую трубку 130 с охлаждающей жидкостью 114 весь диапазон регулирования 310 ниже максимальной скорости 308 блока управления 136 может быть доступен для управления вязкостной муфтой 120 . Ограничение диапазона регулирования 310 обычным диапазоном теплового скольжения может быть снято за счет теплового соединения через тепловую трубу 130 .
Обычный диапазон теплового проскальзывания 312 может возникать в результате высокой теплоемкости при высокой частоте вращения двигателя 304 и/или высоких сил сдвига (то есть высокого крутящего момента) в жидкости сцепления обычной вязкостной муфты (например, только с воздушным охлаждением) и может привести к неконтролируемому повышению температуры жидкости сцепления 124 , так что в результате снижения вязкости с температурой и/или перегрева жидкости сцепления 124 , стандартный диапазон теплового скольжения 312 недоступен, если используется обычная вязкостная муфта.
В результате того, что температура жидкости сцепления 124 регулируется как минимум одной тепловой трубкой 130 , диапазон теплового проскальзывания может быть уменьшен или не иметь отношения к диапазону регулирования 310 . В результате, например, при высокой частоте вращения двигателя 304 и низкой потребляемой мощности насоса охлаждающей жидкости 108 (например, при движении по автомагистрали с горизонтальным полотном или с уклоном) включается снижение 314 скорости насоса 302 и, следовательно, экономия топлива. Эта возможность недоступна для обычной вязкостной муфты из-за обычного диапазона теплового скольжения 312 системы управления.
Хотя настоящее раскрытие было описано в отношении примерных вариантов осуществления, специалисту в данной области техники понятно, что могут быть выполнены различные модификации, а в качестве замены могут быть использованы эквиваленты.