Как они работают и как их правильно диагностировать?

Муфта вентилятора, или вискомуфта, как ее иногда называют, обычно является одним из наименее понятных компонентов в системе охлаждения двигателя, и, следовательно, это также одна из наиболее часто неправильно диагностируемых деталей во всем автомобиле. Однако, при правильном понимании ее работы и при наличии соответствующего оборудования, это не так уж и сложно. Поэтому в этой статье мы постараемся развеять мифы по этому поводу и, надеюсь, поможем вам понять, действительно ли деталь неисправна или нет.

Итак, прежде всего, каков полный спектр функций, которые должна выполнять эта деталь, и как она на самом деле работает? Цель муфты вентилятора - управлять вентилятором двигателя, не только для того, чтобы он подавал охлаждающий воздух к теплообменникам в передней части автомобиля, но и для того, чтобы он делал это только тогда, когда это необходимо, и подавал только необходимое количество воздуха, когда это необходимо. Последние два пункта важно отметить, поскольку они часто упускаются из виду или не понимаются как часть основной функции муфты вентилятора. Причина, по которой это важно, заключается в том, что вентилятор двигателя будет потреблять энергию от двигателя в прямой зависимости от скорости, с которой он вращается, и если нагрузка на охлаждение различных систем в совокупности низкая, то требуется лишь небольшое количество воздуха. Поэтому скорость вращения вентилятора должна быть соответственно низкой, чтобы не втягивать избыточный воздух, тем самым неоправданно отнимая мощность у двигателя и, следовательно, тратя топливо и деньги. Смысл в том, что муфта вентилятора существует не только для привода вентилятора двигателя, но и для эффективной работы.

Итак, как же она на самом деле это делает?
В двух словах, вязкостная муфта вентилятора состоит из двух половин, соединенных друг с другом и способных вращаться полунезависимо друг от друга. Входная сторона соединена с двигателем либо напрямую, либо с помощью ремня и, следовательно, вращается в фиксированном отношении к двигателю. Выходная сторона установлена на подшипнике, который, в свою очередь, установлен на входном валу, чтобы позволить ему вращаться со скоростью, отличной от скорости входной стороны. На входном валу имеется уплотнение, которое герметизирует узел. Входная и выходная стороны имеют систему сопрягающихся концентрических канавок, и герметичное пространство между ними заполнено количеством силиконового масла, которое варьируется в зависимости от требуемого привода от муфты вентилятора. Количество масла в канавочном пространстве между двумя половинами контролируется клапаном, соединенным с термоэлементом, расположенным в передней части муфты вентилятора. Масло выпускается из резервуара для хранения, встроенного в узел, когда требуется больше масла, и закачивается обратно в этот резервуар, когда в рабочем пространстве требуется меньше масла. Когда термоэлемент нагревается в ответ на более горячий воздух, возникающий в результате увеличения тепловой нагрузки, клапан позволяет большему количеству масла поступать в канавочное пространство между двумя половинами. Это увеличивает силы вязкого сдвига (трение) между входной и выходной сторонами и, следовательно, вызывает увеличение скорости выходной стороны. Поэтому вентилятор забирает больше охлаждающего воздуха через теплообменники, что уравновешивает охлаждающую способность воздуха с тепловой нагрузкой системы.

Теперь, когда у нас есть общее представление о том, как работает система, необходимо понять системные характеристики правильно функционирующей вязкостной муфты вентилятора, чтобы мы могли интерпретировать системные характеристики, которые выходят за рамки, и тем самым отличать функциональную муфту вентилятора от неисправной.

В правильно функционирующей системе мы увидим, что при запуске двигателя муфта вентилятора будет задействована в точно такой же степени, как и при последнем выключении двигателя. Это означает, что даже если двигатель холодный при запуске, вентилятор будет полностью задействован, если двигатель работал при полной тепловой нагрузке при последнем выключении. Это связано с тем, что объем масла в канавочном пространстве между входной и выходной сторонами остается таким же, как и при выключении двигателя, и муфта перестала вращаться. Когда двигатель снова запускается (когда он холодный), масло в рабочей камере (канавочное пространство между входной и выходной половинами) начнет циркулировать обратно в резервуар для хранения, тем самым уменьшая приводную силу, передаваемую муфтой вентилятора, обратно к точке, где вентилятор полностью отключен. В этот момент вентилятор будет вращаться только с очень небольшим крутящим моментом привода, возникающим в результате сил трения в подшипнике. По мере нагрева двигателя воздух, проходящий через теплообменники, также будет нагреваться, в ответ на что термоэлемент на передней части муфты начнет постепенно открывать клапан, регулирующий поток масла. Это приведет к постепенному увеличению крутящего момента привода системы в равновесии с тепловой нагрузкой на систему до точки, когда она снова полностью задействуется.

Небольшое отклонение от вышеуказанной схемы будет наблюдаться при холодном запуске из-за влияния вязкости масла, которая выше при низких температурах, чем при рабочей температуре. Эффект этого заключается в том, что когда масло холодное, степень зацепления вентилятора будет выше для заданного количества масла в рабочей камере, чем когда масло теплое, и определенная степень зацепления вентилятора, следовательно, всегда будет присутствовать при холодном запуске, но она относительно быстро исчезнет по мере нагрева масла (из-за внутреннего трения), и муфта вентилятора вернется к правильному (низкому) уровню зацепления в ответ на низкую тепловую нагрузку в этих условиях.

Принимая во внимание вышеизложенное, теперь можно определить, неисправна ли муфта вентилятора или нет. По сути, есть два способа, которыми может выйти из строя муфта вентилятора. Первый и более очевидный - это если деталь больше не передает требуемый крутящий момент, необходимый для обеспечения надлежащего охлаждения. Другой - если деталь «заклинивает» и больше не изменяет подаваемый крутящий момент в ответ на изменения тепловой нагрузки. Первый режим отказа становится очевидным при повышенных температурах системы охлаждения, а второй режим становится очевидным при чрезмерном шуме от вентилятора из-за того, что он вообще никогда не отключается. Кроме того, второй режим отказа также должен проявляться в увеличении расхода топлива.

Это подводит нас к следующему вопросу: «Как мы это проверяем?» Правильный способ проверки вязкостной муфты вентилятора - это определить величину проскальзывания, допускаемого системой в различных рабочих точках, через которые проходит система при прогреве. Должна быть очевидна следующая картина: на холодном двигателе муфта будет задействована на уровне, соответствующем температуре двигателя на момент выключения, и должна снова отключаться в течение трех-пяти минут после запуска. Затем эта настройка должна удерживаться до тех пор, пока не откроется термостат и не начнет циркулировать охлаждающая жидкость двигателя. Только в этот момент воздух, всасываемый через теплообменники перед вентилятором, начнет нагреваться, и только с этого момента муфта вентилятора должна начать повторное зацепление. К тому времени, когда температура охлаждающей жидкости, входящей в радиатор, достигнет полной рабочей температуры, муфта вентилятора должна быть полностью задействована. В этот момент измеренное проскальзывание в муфте вентилятора не должно превышать 5%.

Правильный способ определения проскальзывания - измерить скорость вращения вентилятора относительно скорости вращения двигателя и разделить первое на второе. Все, что меньше 95%, будет становиться все более и более проблематичным, поскольку исправная система должна быть в состоянии поддерживать этот уровень производительности. Это измерение лучше всего выполнять с помощью инфракрасного тахометра с небольшими кусочками светоотражающей ленты на входном валу муфты вентилятора, а также в подходящем месте на ступице вентилятора между основанием двух соседних лопастей. В то же время следует измерить температуру охлаждающей жидкости двигателя с помощью инфракрасного термометра, чтобы убедиться, что температура действительно находится в рабочей температуре при измерении проскальзывания. Следует отметить, что невозможно (не говоря уже об опасности) определить, какое проскальзывание присутствует, пытаясь удержать лопасть вентилятора рукой, а затем запустить двигатель, просто потому, что невозможно различить проскальзывание 5% и проскальзывание 10% или даже проскальзывание 15% в этом отношении. Чтобы поместить это в контекст, система с проскальзыванием 10% или 15% в муфте вентилятора уже может иметь значительные проблемы с охлаждением.