Гидромуфта привода вентилятора двигателя КамаЗ-740

Для уменьшения мощности, необходимой для  привода вентилятора, и улучшения работы систе-мы охлаждения применяют вентиляторы с электро-магнитной муфтой. Эта муфта автоматически от-ключает вентилятор, когда температура воды в верхнем бачке радиатора ниже 350--358 К (78 85°С).

В привод вентилятора  двигателя КамАЗ-740 включена гидромуфта, обеспечивающая плавную  передачу вращения от коленчатого вала к венти-лятору.

Гидромуфта  включается автоматически: по мере увеличения температуры Жидкости в системе ох-лаждения активная масса, находящаяся в баллоне включателя, плавится, и объем ее увеличивается, а это вызывает перемещение золотника, открываю-щего доступ масла из системы смазки в гидромуф-ту, Частота вращения вентилятора зависит от коли-чества масла, поступающего в гидромуфту. При прекращении подачи масла вентилятор отключается.В настоящее время стремительно развиваются «разумные» системы регулирования температуры охлаждающей жидкости т.к., например классический постоянный привод вентилятора и водяного насоса отнимает часть мощности двигателя при этом на относительно больших установившихся скоростях (движение по шоссе) зачастую работа вентилятора не нужна. Поэтому ниже будут описаны некоторые системы разумных вентиляторов.Вентилятор -- неотъемлемая часть системы охлаждения любого современного двигателя. При жидкостном охлаждении он просасывает воздух через радиатор, а при воздушном -- подает этот самый воздух (здесь он выступает в роли охлаждающего тела) к нагретым частям мотора. И можно сказать, с момента появления вентиляторов инженеры решают, как сделать его привод оптимальным. Познакомимся с некоторыми результатами из усилий.Простейшая конструкция привода вентилятора хорошо известна - клиновым ремнем от шкива, установленного на носке коленчатого вала. Но простое не всегда означает самое лучшее. Вентилятор работает постоянно, а значит, постоянно шумит, потребляет мощность, и немалую (3-6% от мощности двигателя), и, главное, охлаждает двигатель независимо от его температурного режима. Именно большая потребляемая мощность побудила отказаться от ременного привода в пользу шестерен на тяжелых двигателях. Чтобы привод не испытывал больших нагрузок при резкой смене режимов работы мотора (не забудьте - вентилятор тоже своего рода маховик и момент инерции его отнюдь не мал), устанавливают фрикционные, гидравлические или упругие резиновые муфты (рис. 3).

Теперь  о том, как заставить  вентилятор работать таким образом, чтобы  зря не остужать холодный двигатель, и интенсивно трудиться, когда  мотору жарко. Одной  из самых первых и  простых систем регулирования  была... замена вентилятора. В жаркое время  года использовалась крыльчатка большей  производительности, зимой - меньшей. Само собой, что регулирование  осуществлялось очень  грубо - вряд ли можно  представить себе водителя, выбирающего  вентиляторы в  соответствии с прогнозом  погоды и меняющего  их чуть ли не ежедневно.Такая система не решает и другой важной проблемы. Понятно, что конструкция вентилятора и его привода должна обеспечивать достаточное охлаждение, начиная с самых низких оборотов коленчатого вала. На больших же оборотах при жесткой механической связи это приведет к огромному перерасходу энергии: скажем, для машины среднего класса такой вентилятор на максимальных оборотах "съедал" бы около 8 кВт мощности двигателя, в то время как достаточная в таких условиях - не превышает 3-3,5 кВт. В этом причина того, что жесткая механическая передача в наше время почти не применяется.

Как известно, устройства, передающие и преобразующие  крутящий момент, в  технике называют трансмиссиями, значит, привод вентилятора  тоже трансмиссия. Интересно, что многие

конструкции, призванные решать указанную  выше проблему этого  привода, обладают определенным сходством с "большой" трансмиссией автомобиля, передающей крутящий момент на его колеса. Здесь мы можем  найти и сцепления, и гидромуфты, и  вискомуфты (вязкостные муфты, напомним, сейчас нередко используют вместо межосевого дифференциала), и электрический привод. Рассмотрим наиболее распространенные из этих систем.Электромагнитное сцепление (рис. 4) автоматически включает вентилятор по достижении определенной температуры охлаждающей жидкости.Такая система применялась на автомобилях ГАЗ-24 ранних серий и многих современных им зарубежных. В этой системе на шкиве помещали мощный кольцевой соленоид. Когда срабатывает датчик, цепь соленоида замыкается и металлическое кольцо, связанное с вентилятором через пластинчатые пружины, примагничивается к шкиву: вентилятор включен и работает до тех пор, пока температура не снизится и управляющий датчик не снимет питания с электромагнита. Подобный же принцип реализован и в автомобилях с поперечным расположением двигателя: датчик температуры включает электродвигатель вентилятора.В последнее время появились двухскоростные электродвигатели, позволяющие обеспечить ступенчатое регулирование: вентилятор отключен, работает в частичном режиме или на полную производительность. Есть машины и с двумя вентиляторами, которые вводятся в работу последовательно. Попутно заметим, что на тяжелых грузовых машинах и автобусах электровентиляторы - редкость. Представьте себе мощность электрооборудования (генератора, аккумулятора), которая потребуется, чтобы обеспечить необходимые такому вентилятору 10-12кВт. Вот почему здесь все еще царствует "чистая" механика.На популярных автобусах "Икарус" ставят фрикционную муфту с пневмоприводном - своего рода сцепление, только на условную педаль здесь нажимает не нога, а сжатый воздух. Регулирование включения-отключения осуществляется, естественно, в зависимости от температуры охлаждающей жидкости.Самые сложные системы умеют плавно регулировать скорость вентилятора. На многих легковых автомобилях (в качестве примера назовем большинство БМВ, "Мерседесов"), а также на некоторых грузовиках (в том числе и на отечественном ЗИЛ-4331) в привод вентилятора встроена вискомуфта (рис. 5).

Коротко познакомим с работой  такого устройства. Пока мотор не прогрелся, рабочая полость  муфты пуста - специальная  силиконовая жидкость находится в резервной  полости. Двигатель  прогревается, термоэластичная пластина постепенно открывает клапан, жидкость поступает в рабочую полость, и, когда проскальзывает между дисками, ее вязкость растет - муфта начинает передавать момент. С ростом температуры рабочая полость заполняется все больше, обороты вентилятора увеличиваются. Таким вот образом плавно регулируется производительность вентилятора. Вискомуфта сконструирована так, что на малых оборотах ее проскальзывание невелико, а при высоких - вентилятор заметно отстает. Это, повторим, позволяет заметно экономить энергию (а значит, и топливо) на высокой скорости, когда обдув радиатора достаточен.

На  тяжелых дизельных  двигателях для бесступенчатого  регулирования оборотов в механике привода  нередко используется гидравлическая муфта (рис. 6), подобная той, что работает в автоматических коробках передач. Обороты вентилятора изменяются здесь в зависимости от заполнения полости между ведущим и ведомым колесами муфты. Количество масла, которое поступает из системы смазкидвигателя, регулируется автоматически по температуре охлаждающей жидкости.Гидромуфта используется и на некоторых двигателях воздушного охлаждения, например на известных у нас с давних пор дизелях "Дойц", стоявших на грузовых автомобилях "Магирус". Охлаждающей жидкости в "воздушнике", понятное дело, нет, и подачей масла в муфту управляет терморегулятор, который учитывает температуру воздуха на выходе из системы охлаждения и температуру выхлопных газов. Работа системы зависит и от температуры масла: с ростом ее вязкость последнего снижается, а значит, горячего (и жидкого) масла в рабочую полость муфты поступает больше. Интересная особенность: корпус муфты одновременно служит центрифугой для очистки масла.На современных легковых автомобилях, легких грузовиках и микроавтобусах радиатор двигателя чаще всего оснащают электрическим вентилятором (рис. 7), у которого немало преимуществ по сравнению с механическим. Электрический включается только по достижении некоего верхнего предела температуры, а когда она придет в норму, тут же выключается.  

Результат - более стабильный температурный режим  двигателя. К тому же он быстрей прогревается после пуска, меньше расходует топлива. Включившийся электровентилятор вращается достаточно быстро даже при низких оборотах двигателя - и этим снижает риск перегрева при больших нагрузках в тяжелых дорожных условиях. Механический вентилятор в таких случаях не всегда эффективен. Примерные схемы электроприводов вентилятора приведены на рисунках ниже.

Рис. 7. Штатная  схема включения электродвигателя вентилятора (ВАЗ, ГАЗ) 

Казалось бы, перечнем достоинств тему можно и закрыть, да качество электротехники не позволяет. В чем же главная причина капризов электровентилятора? Его мотор потребляет ток до 15-20 А, включаясь по команде датчика температуры охлаждающей жидкости в радиаторе (рис. 7). Чтобы большой ток не шел напрямую через нежные контакты датчика 1, в штатной конструкции применили разгрузочное реле 2. Решение естественное, но не безупречное - на российских автомобилях самым ненадежным элементом в системе охлаждения зарекомендовал себя как раз датчик температуры. Его контакты обгорают - и конец! И это, заметьте, при исправной работе разгрузочного реле.

Рис. 8. Схема включения  электродвигателя вентилятора без  разгрузочного реле на некоторых  зарубежных автомобилях: 1 - датчик температуры; 2 - добавочный резистор; 3 - электродвигатель.

И чем больше потрудился датчик температуры, тем  выше вероятность отказа из за противоиндукции: в момент разрыва контактов исчезающее электромагнитное поле не только создает высокое напряжение на вторичной обмотке катушки зажигания, необходимое для свечи, но и немалое, до 400 В, напряжение противоиндукции в первичной обмотке. Вот оно-то и «прожигает» контакты: каждое их размыкание не проходит бесследно - а за тысячу километров пути их накапливается около 4 миллионов. Результат - эрозия контактов. Система работает хуже и хуже. Задавая себе шекспировский вопрос «кипеть или не кипеть?», водителю надо чаще глядеть на указатель температуры и прислушиваться к шуму под капотом. Но еще вернее - вовремя заменить старенький датчик, дабы зря не рисковать. Однако есть и другие возможности.

Рис. 9. Доработанная схема включения электровентилятора: 1 - датчик температуры; 2 - реле; 3 - электродвигатель; 4 – диод

Первая: установить датчик включения вентилятора с  тремя выходами - схема на рис. 8. Здесь  уже нет разгрузочного реле. Электромотор включается постепенно - сначала через  контакты 1 и 2 с добавочным резистором, а затем уже напрямую, через  контакты 1 и 3. Результат - гораздо меньший  эрозионный износ. Во многих случаях (при  невысоких нагрузках на двигатель  автомобиля) пара 1-3 почти не используется.Второй вариант - на рис. 9: здесь сохраняется разгрузочное реле. Однако в цепи есть новый элемент - диод 4 (типа КД105 и близкие к нему). Зачастую диод впаивается непосредственно в реле (так удобней). В момент разрыва контактов датчика 1 тлетворное влияние на них ЭДС самоиндукции исключено - ток через диод уходит на «массу». Подобное применение диодов очень характерно для зарубежных автогигантов «Мерседес», БМВ и т.д. В последнее время в продаже стали появляться готовые колодочки под такие реле - уже с впаянными туда диодом и проводками.Завершая разговор о приводах вентиляторов, заметим: как ни совершенны многие из этих устройств, все же они не способны избавить двигатель внутреннего сгорания от одного из его серьезных недостатков - до 30% энергии топлива, "уходящие" в систему охлаждения, теряются безвозвратно.Термостат 5 (см. рис. 1) автоматически поддерживает устойчивый тепловой режим двига-теля. Как правило, термостат устанавливают на вы-ходе охлаждающей жидкости из рубашек охлаж-дения головок цилиндров или впускного трубопро-вода двигателя.

Термостаты могут  быть жидкостные и с твер-дым наполнителем.

В жидкостном термостате (рис. 10, б) имеется гофрированный  баллон 7, заполненный легко испа-ряющейся жидкостью. Нижний конец баллона за-креплен в корпусе б термостата, а к штоку 5 верх-него конца припаян клапан 4.При температуре охлаждающей жидкости ниже 351 К (78°С) клапан термостата закрыт (рис. 10, а) и вся жидкость через перепускной шланг 2 (байпас) направляется обратно в водя-ной насос, минуя радиатор. Вследствие этого, ускоряется прогрев двигателя и впускно-го трубопровода.Когда температура превы-сит 351 К (78°С), давление в баллоне 7 увеличивается, он удлиняется и приподнимает клапан 4. Горячая жидкость через патрубок 3 и шланг направляется в верхний бачок радиатора. Клапан 4 полно-стью открывается при темпе-ратуре 364 К (9ГС) (ЗМЗ-53).Термостат с твердым наполнителем (ЗИЛ-130, «Моск-вич-2140», КамАЗ-740) име-ет баллон 7 (рис. 10, в), за-полненный церезином нефтя-ным воском) в и закрытый резиновой диафрагмой 9. При температуре 343 К (70°С) церезин плавится и, рас-ширяясь, перемещает вверх диафрагму 9, буфер 12 и шток 5. При этом открывается клапан 4 и охлаж-дающая жидкость начинает циркулировать через радиатор (рис. 10, г). .

Рис. 10. Термостаты:

жидкостный: о--в закрытом положении, в --в открытом положении; с твердым наполнителем; я --в за-крытом положении, г-- в открытом положении;. Под действием возвратной пружины 11 клапан 4 закрывается, а диафрагма 9 опускается вниз (рис. 1В двигателях автомобилей ВАЗ термостат выполнен двухклапанным и устанавливается перед водяным насосом. При холодном двигателе большая часть охлаждающей жидкости будет циркулировать по кругу: водяной насос -- блок цилиндров -- головка цилиндров -- термостат -- водяной насос. Параллельно жидкость циркулирует через рубаш-ку впускного трубопровода и смесительной камеры карбюратора, а при открытом кране отопителя пас-сажирского помещения -- через его радиатор,Когда температура жидкости ниже 363 К (90°С), оба клапана термостата частично открыты. Часть жидкости поступает к радиатору.При полностью прогретом двигателе основной поток жидкости из головки цилиндров направля-ется в радиатор системы охлаждения.На двигателях автомобилей «Москвич-2140», как и на автомобилях ВАЗ, термостат расположен в нижней части системы охлаждения между радиа-тором и водяным насосом. Клапан термостата в данном случае более герметичен, радиатор при прогреве полностью отключается, двигатель прог-ревается быстрее.Для контроля за температурой ох-лаждающей жидкости служат сигнальные лампы и указатели на щитке приборов. Датчики контрольно-измерительных приборов размещаются в головках цилиндров, верхнем бачке радиатора и рубашке охлаждения впускного трубопровода.