Что такое вискомуфта: устройство и принцип работы

Применение [ править | править код ]

Основное применение — полноприводные трансмиссии легковых автомобилей, где вискомуфта выполняет либо непосредственно роль эрзац-дифференциала, либо роль блокировочной муфты в дополнение к обычному дифференциалу.

В случае использования вискомуфты для обеспечения дифференциального вращения осей всегда следует понимать, что вискомуфта ни в коем случае дифференциалом не является: она не делит крутящие моменты и не разветвляет потоки мощности. В конструкциях таких трансмиссий всегда одна ось жёстко связана с мотором, а другая связана через вискомуфту, которая здесь располагается в разрезе вала привода своей оси до её межколёсного дифференциала. В штатных режимах движения ось, подключённая через вискомуфту, обеспечивает порядка 5-10% вклада в общую силу тяги. В относительно краткосрочных экстра-режимах пробуксовки основной ведущей оси вискомуфта теоретически позволяет перебросить на подключаемую ось до 100% эффективно используемой мощности, хотя зачастую обычно хватает и некоего переходного режима распределения тяги между осями. Время работы вискомуфты в заблокированном режиме обычно не слишком велико, и длительная её блокировка ведёт к перегреву и падению тягового усилия подключённой оси вплоть до нуля. Несмотря на этот недостаток, конструкция с подключаемой осью активно используется до сих пор на паркетных внедорожниках (обычно подключается задняя ось). Первой машиной с вискомуфтой в трансмиссии стал AMC Eagle 1980 года (подключалась передняя ось). Помимо внедорожников вискомуфта применялась на четвёртом-шестом поколении Porsche 911 (тип-993, тип-996, тип-997) на его полноприводных модификациях, в том числе 911-Турбо (подключалась передняя ось).

В случае использования вискомуфты для блокировки дифференциала, таковая связывает два любых его звена – либо корпус (водило) дифференциала и одно ведомое звено, либо оба ведомых звена, причём, оба варианта исполнения по своим возможностям идентичны. При взаимной пробуксовке звеньев вискомуфта выравнивает их угловые скорости вплоть до полной блокировки дифференциала. Такая конструкция использовалась например на межосевых дифферециалах Toyota Celica GT4 ST205, Subaru Impreza WRX GC8A и Alfa-Romeo 155Q4.

Типы полного привода

Постоянный полный привод

Постоянный полный привод 4×4 — это тип привода, при котором крутящий момент передается от двигателя на все колеса. Такой привод может использоваться в машинах различных классов с продольным или поперечным расположением двигателя. Для обеспечения оптимального распределения крутящего момента современные полноприводные системы оснащены автоматической блокировкой дифференциалов (самоблокирующейся) с возможностью распределения мощности по осям в различных соотношениях.

Электроника координирует работу системы, получая сигналы от датчиков скорости вращения колес, и мгновенно изменяет соотношений мощности в зависимости от дорожных условий и характера движения. Этот тип полного привода — самая совершенная система, обеспечивающая максимальную активную безопасность и динамику вождения.

Постоянный полный привод используют в своих автомобилях такие производители, как Audi (Quattro), BMW (xDrive), Mercedes (4Matic) и другие.

Принудительное подключение

Для внедорожников лучше всего реализовать полный привод с принудительным подключением. Он организован по стандартной схеме, отсутствует только центральный дифференциал. Ведущий мост находится сзади, подключаемый — передний. Крутящий момент передается на переднюю ось через раздаточную коробку с ручным управлением.

Водитель самостоятельно включает полный привод с помощью рычагов или кнопок управления перед преодолением труднопроходимой местности или например бездорожья. Включение раздаточной коробки обеспечивает прочное соединение между осями и равномерное распределение крутящего момента в равном соотношении. На панели загорается индикатор 4WD. Часто в конструкции дополнительно предусмотрена возможность жесткой блокировки дифференциалов полуосей и использования повышенных и пониженных передач.

При подключении полного привода компоненты трансмиссии подвергаются большим нагрузкам, и управляемость автомобиля значительно ухудшается. В нормальных условиях движения раздаточная коробка отключается, индикатор полного привода гаснет, и движение осуществляется на задней ведущей задней оси. Трансмиссия работает с меньшей нагрузкой, что продлевает срок ее службы и снижает расход топлива. Принудительный полный привод в основном применяется на внедорожниках. Например, Toyota Land Cruiser и Land Rover Defender.

Автоматическое подключение

Схема полного привода с автоматическим подключением создана с учетом возможности немедленного подключения второй оси к ведущей. Основной мост может быть как задним, так и передним. Когда регистрируется разница в скорости между колесами, фрикционная муфта межосевого дифференциала фиксируется по сигналу от блока управления и тяга начинает передаваться на все колеса. Некоторые модели предусматривают возможность отключения режима 4х4, и автомобиль становится с моноприводом. В моделях автомобилей Volkswagen используется полный привод 4Motion.

Муфта 4-го поколения

На современные полноприводные автомобили устанавливается муфта 4-го поколения. Принцип её действия схож с принципом действия муфт предыдущих поколений. Однако в устройстве имеется уже электронный насос. Разность скоростей имеет теперь второстепенное значение, работа муфты осуществляется на основании обмена сигналами между различными датчиками и блоком управления.

Таким образом, можно отметить, что современная муфта полного привода – это достаточно эффективное устройство, позволяющее целесообразно распределять крутящий момент между осями автоматически, без участия человека.

Существенным минусом подобных муфт является то, что они, при больших нагрузках, могут выходить из строя. А их замена или ремонт – дело дорогостоящее.

Полный привод Рав 4 3, 4 и 5 поколений

На Toyota RAV4 3, 4 и 5 поколения используется автоматическая система полного привода. Она состоит из многодисковой муфты, которая управляется электроникой. По сигналу электроники осуществляется передача крутящего момента на задние колеса. На блокирование муфты влияет пробуксовка передних колес и система стабилизации. Благодаря этому повышается управляемость автомобиля на скользкой поверхности.

В Rav 4 3 имеется функция принудительного блокирования муфты при движении в условиях бездорожья со скоростью не более сорока километров в час. Для этого предусмотрена кнопка Lock, расположенная на центральной консоли.

Для согласованой работы 4WD, электрического усилителя рулевого управления и системы стабилизации на Toyota RAV4 используется программа Integrated Active Drive. При попадании в занос, система корректируют подачу топлива, по отдельности притормаживает колеса и распределяет крутящий момент, к передней оси в диапазоне от 55 до 100%. Также снижается усилие на рулевое колесо для той стороны, в которую требуется повернуть, чтобы выйти из заноса. Специально для Integrated Active Drive японские конструкторы установили на Рав 4 подключаемую электромагнитную муфту задней оси.

Полноприводная трансмиссия Toyota RAV4 имеет следующий принцип работы. Карданный вал посредством муфты соединен с входным валом редуктора задней оси. В нормальном режиме задействована только передняя ось, но при необходимости осуществляется перераспределение крутящего момента на вторую ось.

В зависимости от конкретной комплектации Toyota RAV4 могут использоваться следующие варианты управления полноприводным механизмом:

При помощи кнопки AUTO, которая позволяет использовать два режима – 2WD и AWD. В первом будет работать исключительно передняя ось, при отключенной кнопке. А при ее включении, 4WD переходит в автоматизированный режим, соответственно дополнительная ось будет включаться в работу по необходимости.

Посредством кнопки LOCK, которая обеспечивает работу в автоматизированном режиме или с максимальной степенью блокирования муфты. Второй режим включается в работу после нажатия.

Некоторые модели оснащены исключительно комплексом AWD, который функционирует постоянно.

4WD гибридных Toyota Rav 4

Японские разработчики используют и гибридный полный привод для Тойота Рав 4. Его работу обеспечивает редуктор и электродвигатель. При этом применяют следующие вариации:

• классическая трехвальная;
• компактная двухвальная с маломощным электромотором.

Их принцип действия идентичен. В постоянном режиме работает передняя ось. При этом отсутствует непосредственная механическая связь между осями. Подключение к работе задней, осуществляется через отдельный электрический мотор генератор и редуктор с двумя ступенями.

avtoexperts.ru

Рынок поддержанных автомобилей полон полноприводных кроссоверов, и не только. Большинство из них имеют так сказать не совсем полноценную систему полного привода, реализованную вискомуфтой. Чаще всего, такой узел встречается на автомобилях Toyota середины 2000-ых годов, и на таких асфальтных машинах многие, покупая полноприводную машину, к примеру RAV4 первого и второго поколения, очень сильно удивляются тому, что по факту покупают моноприводный универсал, по причине вышедшей из строя вискомуфты. Такая система полного привода у Toyota называется V-flex.

На фото — вязкостная муфта

Сегодня я предлагаю на примере этой системы полного привода, разобрать подробней, что же такое вискомуфта, как она работает, и стоит ли покупать автомобиль с системой полного привода, построенной вокруг нее.

Вискомуфта представляет собой механическое устройство, которое передает или стабилизирует крутящий момент, за счет вязкой жидкости. Устройство вискомуфты такое: в закрытом герметичном корпусев котором установлен пакет плоских круглых дисков, имеющих перфорацию. Диски сформированы таким образом, что ведомые и ведущие диски, перемещаются и находятся друг от друга на очень малом расстоянии. Жидкость, заполняющая корпус муфты на основе силикона имеет свойство менять вязкость при интенсивном перемешивании и нагреве, за счет чего зазор между дисками буквально сказать склеивается вязкой жидкостью, за счет ее расширения.

Устройство вискомуфты

Другими словами, работа вискомуфты зависит от разности скорости вращения ведомого и ведущего дисков, за счет чего меняются физические свойства кремний – органического вязкого вещества.

Месторасположение и схема работы вискомуфты

Такая система далеко не безупречна по причине того, что нет какой то регулировки смыкания дисков, и грубо говоря, все пущено на самотек, в прямом смысле этих слов, и зависит от свойств вязкой жидкости. Так же, к минусам можно отнести значительное время, которое требуется на срабатывание муфты. Это не так страшно, когда вискомуфта используется для включения привода вентилятора охлаждения радиатора, вот когда на включение полного привода требуется несколько минут, они могут стать фатальными. Так же, нельзя принудительно включить систему полного привода, и уже тем более ее заблокировать.

Если говорить об узле, то вискомуфта довольно простой, и как следствие недорогое устройство, которое не подлежит ремонту, и обычно ходит весь срок службы автомобиля. Выйти из строя она может только по причине долгой работы, и чаще всего она просто клинит. Что опять же, говорит о недостатках такого полного привода, ведь если вы где-то застрянете, придется много буксовать, и первое, что вас подведет – это вискомуфта.

Устройство в разобранном виде

Вискомуфта не ремонтопригодна, и ее проще купить новую, или контрактную, чем производить вскрытие. К тому же, далеко не каждый мастер возьмется за такую работу, и уж тем более, только единицы смогут ее успешно починить.

На сегодняшний момент, от вискомуфт в системах полного привода отказались уже все автопроизводители, сделав упор на гидромеханические или электромагнитные муфты, так как их работу куда проще регулировать, и в современных автомобилях, напичканных электроникой они более уместны, так как вискомуфту практически невозможно использовать в автомобилях, оборудованных антиблокировочными системами и системами стабилизации.

Я бы ни в коем случае не рекомендовал к покупке автомобиль с системой полного привода, в основе которой стоит вязкостная муфта. Откровенно говоря, это прошлый век. На рынке полно кроссоверов и просто полно приводных седанов и универсалов, которые оснащены подключаемым полным приводом в основе которых муфты Haldex (Volkswagen Tiguan, Opel Mokka, Ford Kuga), Dynamax (полно приводные модели Kia или Hyundai ) или вообще дифференциал Torsen (преимущественно дорогие модели Audi, оборудованные системой полного привода quattro). Это современные AWD системы, которые способны обеспечить и высокую проходимость, и безопасность в движении, как для людей в автомобиле, так и вне его.

Устройство муфты Халдекс 5-го поколения

электромуфта Mazda CX-9

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 крыльчатки вентилятора. 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.

Многодисковая муфта

Можно с уверенностью сказать, что именно благодаря разработке многодисковой муфты наблюдается огромная экспансия SUV и полноприводных легковых автомобилей. Это решение прекрасно отвечает потребностям большинства водителей. Так как в «жестком» подключении нет особого смысла, а центральный межосевой дифференциал значительно увеличивает стоимость конструкции и требует дополнительного места.

В настоящее время схема с муфтой реализована следующим образом. Тяга от двигателя передается на одну из осей (обычно переднюю). Вторая ось соединена через многодисковую муфту, которая запускается автоматически (вязкостная муфта или ранний Haldex) либо управляется компьютером (в настоящее время практически все решения). В момент включения муфты крутящий момент (полностью или частично) передается на другую ось (на схеме задняя).

Под концепцией многодисковой муфты скрываются различные технические решения. Самое простое из них – вязкостная муфта (вискомуфта). Работает она автоматически, но имеет большую задержку и с этим трудно справиться.

Применяли ее, например, в VW Golf III Syncro и Land Rover Freelander I. Огромную популярность завоевал Haldex. Первое поколение вышло неудачным, но второе уже было значительно улучшено (установлен клапан регулирования давления). Третий Халдекс работает отлично благодаря аккумуляторам давления.

Haldex IV и V функционируют блестяще. Вы найдете их в большинстве полноприводных моделей VW, Audi, Volvo и Ford с поперечным расположением двигателя.

Еще одно решение – электронно-управляемая муфта. Ее преимущество – полностью автоматическая работа и низкие затраты на обслуживание. На дороге устройство работает достаточно хорошо, но в полевых условиях хуже. Муфта быстро перегревается, и электроника вынуждена ее отключать.

Поломки

При неправильной эксплуатации муфта не справляется с возросшей нагрузкой и выходит из строя. В автоматическом режиме на обмотку электромагнита подается непостоянное напряжение. Блок управления, в зависимости от условий, подает импульсный ток. Чем больше крутящий момент требуется передать, тем более длинные импульсы тока подаются на обмотку.

При этом узел, который сжимает второй пакет фрикционов, воспринимает переменные нагрузки и так же изнашивается. Второй пакет фрикционов исполняет роль демпфера, сглаживая резкие включения муфты за счет проскальзывания фрикционных дисков. Это необходимо для более долгой службы самого редуктора ГП.

Начинают «сопливить» сальники. Так же при повышении давления пакет фрикционов управления (который включается электромагнитом) сжимается без электричества, и муфта не выключается. В прямолинейном движении авто это почти не заметно. Но когда автомобиль поворачивает, пакеты фрикционных дисков не могут справиться с возросшей нагрузкой, диски начинают проскальзывать издавая при этом звук, похожий на скрежет. Происходит интенсивный износ обоих пакетов.

А еще интересно: Уникальный продукт тюнинг-салонов Toyota Devolro

При очень большом нагреве возможно межвитковое замыкание в обмотке электромагнита. Если же водитель соблюдает все правила эксплуатации, достаточно следить за сальниками, чтобы избежать утечки масла. При утечке масла муфта останется без смазки и нагреется. Результат перегрева описан выше.

Область применения

Устройство получило весьма широкое применение, так как обеспечивает соединение нескольких элементов и их разъединения при необходимости. Область применения следующая:

1. Автомобили и другие транспортные средства имеют узлы, которые снабжаются электромагнитной муфтой.
2. В последнее время все чаще устройство устанавливается в станки с ЧПУ. Это связано с тем, что к их работе предъявляются требования по высокой точности работы.
3. Было разработано несколько типов различных устройств, которые могут выступать в качестве промежуточного элемента. Применять муфты могут для достижения самых различных целей, к примеру, защиты устройства от перегрева путем отключения привода при срабатывании датчика.

В целом можно сказать, что использование электрического тока для генерации сигнала позволяет существенно расширить область применения устройства. Это связано с возможность передачи сигнала от различных датчиков.

В заключение отметим, что электромагнитные муфты выпускают самые различные организации

Рекомендуется уделять внимание продукции исключительно известных производителей, так как заявленные параметры соответствуют реальным. При изготовлении могут применяться самые различные материалы, уделяется внимание защите от воздействия окружающей среды

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.

Устройство

Разница в конструкции вискомуфт вентилятора Toyota, BMW, Mercedes, Audi. минимальна, так как все они устроены и работают по единому принципу.

Вал с соединительным фланцем крепится к приводу помпы охлаждения, поэтому его скорость вращения всегда пропорциональна оборотам коленчатого вала. К валу, в свою очередь, крепится приводной шкив, который вращается в рабочей камере. Рабочая и резервная камеры разделены пластинами. Переход между камерами возможен только через впускные клапаны и возвратные каналы. Изначально резервная камера заполнена специальным силиконовым маслом. Приводной шкив, или диск, как его еще называют, имеет по окружности косые зубья, которые при вращении позволяют выгонять масло обратно в резервную камеру. Поверхность приводных дисков, как и делительных пластин, имеет специальные ребра, которые превращают рабочую камеру в своеобразную сеть лабиринтов, по которым циркулирует силиконовое масло.

Корпус муфты, к которому и крепится крыльчатка вентилятора, соединяется с валом (ротором вискомуфты) посредством обычного шарикового подшипника. Впускные клапаны соединены с биметаллической пластиной, которая располагается в передней части корпуса вискомуфты. При нагреве пластина расширяется, что приводит к увеличению пропускного сечения клапанов.

Свойства силиконового масла

Основная особенность силиконовой жидкости, использующейся в вискомуфтах вентиляторов, – термостойкость и вязкостная стабильность. С изменением температуры масло лишь незначительно изменяет свою вязкость.

В некоторых источниках указывается, что с повышением температуры масло расширяется, что и провоцирует вязкостное зацепление приводного диска с корпусом вискомуфты. Подобное понимание принципа работы вискомуфты вентилятора охлаждения является ложным и возникло, скорее всего, из-за сравнения вискомуфты вентилятора с вязкостными муфтами раздаточных коробок полноприводных автомобилей. В вискомуфтах дифференциалов используется дилатантная жидкость, вязкость которой сильно зависит от скорости деформации сдвига.

Принцип работы

Когда рабочая камера не заполнена маслом, приводной диск свободно вращается в рабочей камере. Небольшое количество масла все же присутствует, но коэффициент сцепления приводного шкива с корпусом вискомуфты минимален, поэтому с повышением оборотов двигателя скорость вращения крыльчатки не увеличивается.

Процесс прогрева двигателя и увеличения температуры тосола в радиаторе сопровождается нагревом биметаллической пластины. Нагреваясь, пластина расширяется, что приводит к открытию впускного клапана и увеличению количества рабочей жидкости, проникающей из резервной в рабочую камеру. Возникающее между приводным диском и разделительными пластинами трение приводит к увеличению скорости вращения корпуса и крыльчатки вентилятора.

Когда двигатель нуждается в максимальном охлаждении, биметаллическая пластина изогнута настолько, чтобы обеспечить максимальное проходное сечение впускных клапанов. В таком случае разница частоты вращения вала и корпуса вискомуфты минимальна, поэтому повышение оборотов коленчатого вала приводит к практически равнозначному увеличению скорости вращения крыльчатки вентилятора.

Автоматически подключаемый или полный привод On-demand

Самый массовый тип полного привода, в основе которого — многодисковая муфта, способная перебрасывать момент от основной ведущей оси к вспомогательной. Серьезным оружием на бездорожье такой тип привода не является (хотя есть исключения) и служит в большей степени как дополнительная система для более уверенного движения по неровностям и более эффективного распределения крутящего момента по колесам в зависимости от типа поверхности.

По умолчанию система On-demand функционирует в моноприводном режиме. Как только электроника получает сигнал о пробуксовке ведущих колес, с помощью электронно-управляемой многодисковой муфты момент подается на вторую ось. Дополнительно с помощью вспомогательных электронных систем может регулироваться и момент на каждом колесе.

Конструктивно система работает по принципу сцепления: внутри муфты находятся диски, которые при поступлении сигнала с датчиков механически прижимаются друг к другу, передавая момент на ведомую ось. Системы у разных марок отличаются в основном принципом прижимания этих дисков и «навороченностью» электронных «мозгов» привода, которая выражается в быстродействии или наличии различных ручных режимов включения. Простые системы, опираются, например, на информацию от датчиков ABS и ESP, а премиум-кроссоверы умеют отслеживать уже такие показатели, как угол поворота руля, крен кузова и т. д.

Проблемы

Учитывая, что принцип работы фрикционной муфты основан на трении, главной проблемой системы On-demand является перегрев, при котором система выдает ошибку и отключает ведомую ось. В большинстве случаев он возникает при длительных пробуксовках, например при попытке покорить какое-либо бездорожье, причем иногда даже самое безобидное. Как правило, остыв, муфта вновь становится работоспособной. Регулярное повторение подобного приводит к замене пакета фрикционов.

Еще одной распространенной проблемой является выход из строя подшипника корпуса муфты, признаками износа которого является шум, вой или вибрации. Само собой, состояние и уровень масла в муфте также сильно влияет на работоспособность привода. Исправность датчиков, с которых «мозги» муфты получают информацию, напрямую влияет на включение полного привода. Также часто можно столкнуться с неисправностью приводного механизма, сжимающего диски.

В целом можно сказать, что, хотя система On-demand отлично изучена и хорошо известна механикам, в ремонте она достаточно капризна и дорога. Радует то, что большая часть проблем фрикционной муфты связана с ее жесткой эксплуатацией, то есть когда городские кроссоверы начинают использовать как внедорожники. Если же полный привод используется время от времени в легком режиме, система почти не доставляет проблем.