что такое вискомуфта в автомобиле с полным приводом
Что такое вискомуфта полного привода, как работает и для чего нужна
Важным элементом в автомобиле является вискомуфта полного привода, которая также называется вязкостной муфтой. Этот элемент входит в конструкцию трансмиссии автомобиля. Вискомуфта отвечает за функционирование механизма передачи и обеспечивает выравнивание крутящего момента колёс. Механизм важный и нужный, от его исправной работы зависит очень многое.
Что такое вискомуфта
Начнем разбираться с тем, что такое вискомуфта полного привода. Эта информация будет полезной многим автомобилистам, которые всегда хотят знать немного больше о строении и устройстве своего «железного коня». Вязкостная муфта не является новым изобретением, ведь она была изобретена в 1917 году. Правда, нашла своё применение лишь в 1964. Тогда этот механизм появился в английском авто Interceptor FF. С тех пор вискомуфта стала использоваться в качестве блокиратора для межосевого самоблокирующегося дифференциала на ТС с полным приводом на четыре колеса.
Внешний вид муфты полного привода Haldex
Главным отличием вискомуфты от гидромуфты и трансформатора является передача крутящего момента посредством особенных свойств жидкости, расположенной внутри механизма.
Как устроены и работают вязкостные муфты для трансмиссий
Для начала изучим устройство вискомуфты полного привода. Этот механизм имеет форму цилиндра, конструкция которого является герметичной. Основными компонентами конструкции являются перфорированные диски плоской формы и особенная жидкость. Диски делятся на две группы, которые отличаются соединением с валами. Одна группа дисков соединена с ведущим, другая — с ведомым. В процессе работы диски вискомуфты чередуются между собой, но находятся при этом на минимальном удалении друг от друга.
Вискомуфта в разрезе
Около 80% внутренней конструкции отводится для особенной силиконовой жидкости. Она выполняет роль связующего элемента между дисками. Для этой жидкости характерна высокая кинематическая вязкость. Вместе с этим она не обладает смазывающими свойствами. Такие особенности позволяют жидкости обеспечивать максимальное замыкание дисков при наличии разницы в угловой скорости. В этом заключается основной принцип работы вискомуфты.
Ученые создали уникальную кремнийорганическую жидкость, которая при нагреве становится менее вязкой. Силоксан при этом становится настолько густым, что у него даже появляются признаки твёрдого вещества. Это позволяет вискомуфте передавать крутящий момент при условии разной скорости вращения деталей.
Вязкостная муфта нашла широкое применение в автоматических системах, работающих по принципу полного привода. Если условия езды находятся в пределах нормы, усилие от мотора передаётся на одну ось. Через муфту подключена вторая ось, работающая в режиме свободного хода. При пробуксовке основной оси происходит блокировка вискомуфты, что вызывает распределение усилия от мотора на ведомую ось.
Когда автомобиль выезжает на ровную дорогу, жидкость возвращается в прежнее состояние, с вискомуфты снимается блокировка и вторая ось вновь работает в режиме свободного хода. Примерно так и работает вискомуфта полного привода.
Плюсы и минусы вискомуфты
Нельзя назвать вискомуфты идеальным механизмом, поскольку наряду с преимуществами располагаются и недостатки. Прежде изучим положительные особенности механизма:
Разбавим эту картину отрицательными характеристиками:
Как бы там ни было, а вискомуфты полного привода активно используются и пока достойную альтернативу никому не удалось представить мировой общественности.
Какое масло заливать в муфту полного привода
Вискомуфта полноприводного включения подобно другим механизмам в своей работе использует смазочную жидкость, в роли которой выступает специальное масло. Все производители заявляют об отсутствии необходимости менять его на протяжении всего периода эксплуатации автомобиля. Не всегда это утверждение соответствует действительному положению вещей.
Заливаем масло в муфту полного привода
О необходимости замены масла могут свидетельствовать небольшие пинки в задней части автомобиля при выжимании педали газа или совершении поворота. Такое поведение машины может говорить об испорченном состоянии масла вискомуфты.
Выполнять замену лучше на станции техобслуживания, поскольку эта работа является не самой лёгкой. Для замены необходимо выбирать масло, которое указывается в инструкции к автомобилю. Часто так оказывается, что указанную смазку невозможно найти в продаже — с этой проблемой сталкиваются многие автомобилисты. Приходится искать замену. Достойным вариантом является смазочный материал Ravenol TF0870.
Как избежать поломки муфты
Вискомуфта полного привода при выходе из строя может серьёзно испортить автовладельцу жизнь. Её ремонт или замена не будет стоить дешево. Потому есть смысл поберечь механизм и оттянуть момент выхода из строя.
На состоянии вискомуфты полного привода негативно сказывается в первую очередь неаккуратный и агрессивный стиль езды. Необходимо избегать частого передвижения по труднопроходимым участкам. Их преодоление вызывает перегрев муфты, которой для остывания требуется до 15 минут.
Также необходимо своевременно реагировать на изменения в поведении автомобиля, которые могут свидетельствовать о нарушениях в работе муфты. Для её диагностики требуется обращение в СТО, специалисты которого точно знают, как проверить вискомуфту полного привода.
Будьте внимательны к своему автомобилю, обращайте внимание на каждую деталь, не игнорируйте изменения в его поведении и не экономьте на диагностике. Поломку вискозной муфты легче предупредить, чем устранить.
Про вискомуфты
Интересовался принципом работы вискомуфты, вот, что нашел, читаем познаем:)
Конструкция вискомуфты.В конструкциях многих автоматически включаемых полноприводных трансмиссий используются так называемые вискомуфты. Идея создания подобного устройства возникла у инженеров английской фирмы «Фергюсон» еще в 1954 году. Разработана она была к 1964 году, после чего для практической реализации конструкции патент на вискомуфту продали фирме GKN.
Вискомуфта (вязкостная муфта) – это псевдосцепление, у которого два пакета дисков друг с другом непосредственно не контактируют – между ними установлен постоянный зазор. Каждый из этих пакетов жестко связан с входным и выходным валами. Цилиндрический корпус заполнен силиконовой жидкостью со специфическими свойствами – при перемешивании ее вязкость резко увеличивается – тем больше, чем выше скорость перемещения частиц вещества. Процесс смешивания активизируется при пробуксовке колес разных осей, поэтому между дисками образуется определенная связь, благодаря которой происходит передача крутящего момента.
Принцип работы вискомуфты заключается в следующем: при движении по поверхности с одинаковым коэффициентом сцепления все колеса вращаются с одинаковой угловой скоростью, поэтому диски муфты вращаются одинаково, без какого-либо влияния друг на друга. Но как только одно из колес или пара колес одного моста попадают на поверхность с малым коэффициентом сцепления (гололед, грязь) и колеса, а значит и диски муфты начинают вращаться с разной угловой скоростью, вискомуфта включается в работу — блокирует вращение дисков с разной угловой скоростью. А происходит это следующим образом: в процессе работы (трения между дисками) силиконовая жидкость нагревается и тем больше, чем больше разность вращения дисков муфты, это ведет к пропорциональному увеличению заполнения объема муфты жидкостью и в такой же степени увеличивается трение между дисками муфты. Благодаря этому достигается возможность пропорционально изменять передачу крутящего момента в зависимости от разницы вращения колес, т.е. вискомуфта автоматически устанавливает требуемую степень блокировки.
Вискомуфты устанавливаются как отдельными узлами, так и в паре с обычными дифференциалами – все зависит от того, какой тип трансмиссии необходим. В схемах с постоянным полным приводом вискомуфта совмещена (располагается параллельно) с межосевым дифференциалом, а в автоматически включаемом – стоит «в гордом одиночестве». В последнем варианте передаточные числа редуктора переднего и заднего мостов часто подбираются таким образом, чтобы диски муфты вращались с разной скоростью. Это позволяет вискомуфте передавать на одну ось 95% крутящего момента, а на другую – всего 5% и работать в предстартовом режиме. Таким способом «задумчивость» этой муфты уменьшили, а скорость включения полного привода увеличили. Вискомуфты обладают одним серьезным недостатком. Реагируя на разницу оборотов валов привода колес, она создает помехи работе электронных систем активной безопасности – ABS, ESP и т.д., которые стремятся «освободить» блокируемые колеса или наоборот – притормозить. Решали эту проблему внедрением дополнительных механизмов, например, автоматического «выключения» вискомуфты из схемы трансмиссии в момент срабатывания вышеуказанных систем безопасности.
Записка №1 Полный привод
Итак, вот первая записка автолюбителя…
Все мы знаем, что автомобили могут быть заднеприводными, переднеприводными, а также полноприводными.
В случае заднего привода крутящий момент обычно передается с помощью карданного вала, который соединяет коробку передач и, традиционно, задний мост. В случаях с передним приводом чаще всего используются привода, которые с помощью ШРУСов передают вращение на передние колеса автомобиля. Каждая из данных систем имеет ряд преимуществ и недостатков, однако, в данной статье хотелось бы остановиться на способе организации полного привода с помощью вискомуфты. По правде говоря, такая конструкция не все время является полноприводной, но обо все по порядку.
Для начала определимся, что же такое вискомуфта. Вязкостная муфта – элемент трансмиссии автомобиля, который служит для передачи и выравнивания крутящего момента. Основной особенностью конструкции служит определенная жидкость на основе силикона (кремний-органическое вязкое вещество), которая при интенсивном перемешивании густеет.
Такая муфта была изобретена в начале прошлого века, а именно в 1917г Мэлвином Северном в США, однако именно в то время она не нашла себе применения. К конструкции вернулись уже во второй половине 20 века (причем не только уже в США). С середины 60-х годов вискомуфты нашли широкое применение в самоблокирующихся межколесных дифференциалах на легковых автомобилях с постоянным приводом на все колеса. Стоит отметить, что подобная конструкция применяется и по сей день на легковых автомобилях с полным приводом и некоторых «паркетниках».У VW, например, система называется Syncro. На современных паркетниках вискомуфту можно встретить на HONDA CR-V, однако, уже не с простой механической реализацией, а компьютеризированную.
Рассмотрим устройство и принцип работы вискомуфты. Предположим себе герметичный корпус, внутри которого есть пакет плоских круглых дисков. Пакет дисков состоит из дисков, соединенных с ведущим валом (ведущие диски) и из дисков, которые соединены с ведомым валом (ведомые диски). На поверхности дисков располагаются выступы и отверстия. Пакет дисков устроен так, что ведущие и ведомые диски чередуются и, вдобавок ко всему этому, они находятся на малом расстоянии друг от друга. Расстояние очень маленькое вот почему: Ведь в этом корпусе находится еще и жидкость, которая обладает свойством сгущаться при интенсивном перемешивании, а если расстояние мало – следовательно, объем жидкости понадобится небольшой, ну и соответственно геометрические размеры тоже будут невелики. Стоит отметить еще одно приятное свойство этой жидкости. У нее большой коэффициент расширения при нагреве, благодаря чему ведомые и ведущие диски на достаточных оборотах становятся просто единым целым. Сейчас мы подошли к важной особенности вискомуфты. В начале статьи я упомянул, что автомобили, использующие такую систему, обладают непостоянным полным приводом, теперь поясню почему. При одинаковых угловых скоростях ведущего и ведомого валов никакого нагрева данной жидкости не происходит, а следовательно не происходит и передача крутящего момента на задние колеса автомобиля. Как только скорость ведущего начинает отличаться от скорости ведомого вала (ускорение авто ) жидкость густеет, диски входят в зацепление, возникающие силы трения между частицами жидкости стремятся уровнять угловые скорости дисков, в результате чего обеспечивается передача крутящего момента на задние колеса. Если разность угловых скоростей очень большая (например, при резком и эффектном старте автомобиля), жидкость, диски, ведомые и ведущие, становятся единым целым твердым телом (то есть вискомуфта блокируется). При этом крутящий момент, передаваемый на задние колеса, достигает максимума.
В данной статье я рассмотрел лишь общий принцип работы систем полного привода с вискомуфтой. На сегодняшний день усовершенствования этой системы настолько разнообразны, что все охватить не получится. К примеру, у VW сейчас система полного привода называется 4motion, у Honda называется ReadlTime 4WD. Все они уже компьютеризированы и усовершенствованы в лучшую сторону (ведь технологии не стоят на месте). Однако, не стоит думать, что я описывал абстракцию. Именно такая система использовалась на таких моделях VW как GOLF 2 SYNCRO, Country – версия полноприводного GOLF 2, поднятого на раму, оснащенного мощным 98 или 140 сильным мотором (восхищаясь которой я и заинтересовался подобной системой полного привода, ведь все гениальное просто), Passat Variant SYNCRO,
Transporter SYNCRO
Чтобs лучше понять принцип действия вискомуфты, представьте себе резкий старт машины. Передние колеса сорвались в юз, машина потихоньку начинает трогаться с места. В этот момент, благодаря вискомуфте, ведомые диски входят в зацепление с ведущими, часть крутящего момента передается на задние колеса, в результате чего машина перестает юзить передними и резко ускоряется (для сидящего внутри человека складывается ощущение, что машину будто подталкивают) и вот после блестящего старта уравниваются угловые скорости вращения валов, машина уже набрала приличную скорость, жидкость в вискомуфте снова становится жидкой, диски выходят из зацепления, машиной движет снова лишь передний привод. Несмотря на все это данные автомобили считаются машинами с постоянным полным приводом.
Впрочем, такая система полного привода дошла и до автомобильного спорта. Наверняка тем, кто интересовался ралли годов 80-90 ХХ века известно, что была такая версия автомобиля VW как GOLF Rally. Эта версия являлась модификацией полноприводного GOLF G60 Syncro. Автомобиль имел непосредственный впрыск. 2-х литровый двигатель (или 1,8л), в общей сложности способный выдавать 160 л.с, механический нагнетатель, пятиступенчатая коробка передач. Иными словами машина была зверь. Правда, выпускался автомобиль недолго. С 88 по 91 годы, дальше на смену второму поколению пришло третье. Однако, именно с этих машин VW GOLF стал считаться горячим хэчбеком.
Разумеется, идеальных систем не бывает. Вискомуфта имеет недостатки:
• Свойства вязкости заполняющей вискомуфту жидкости зависят от интенсивности ее перемешивания, следовательно, от разницы угловых скоростей вращающихся дисков
• эффективность вискомуфты зависит от диаметра дисков и объема заполняющей корпус жидкости, установка этого механизма увеличивает габариты ведущего моста и приводят к уменьшению клиренса автомобиля
К преимуществам, можно отнести:
• Простота конструкции
• Не нуждается в обслуживании (в случае повреждения – покупаете новую). Обычно хватает одной на весь срок службы автомобиля.
Вот так, благодаря американскому инженеру, появилась еще одна, готовая конкурировать с остальными в равной мере, система полного привода.
Муфты полного привода. Устройство и принцип работы.
Описываемый ниже тип включения полного привода настолько распространён, что перечень всех автомобилей, где он устанавливается будет достаточно обширным.
Renault Duster, Nissan Qashqai, Mitsubishi Outlander, Hyundai Tucson, Hyundai Creta (upd. в комментариях поправили, что на Creta стоит муфта другого типа), Ford Escape, Mazda CX-5 — это лишь некоторые из тех, что на слуху. В основном, конечно же, это так называемые «паркетники», где установка полноценных раздаточных коробок невозможна из-за плотной компоновки. Так же малые габариты и простота управления позволяют устанавливать муфты этого типа и на совсем маленькие автомобили типа Mini Cooper. Однако и это далеко не вся область применения. Точно такие же муфты (правда, открытого типа и покрупневшие в размерах) можно обнаружить и в составе «взрослых» раздаточных коробок (например Borg Warner 4405 для Ford Explorer или Borg Warner 4406 для Ford Expedition/Lincoln Navigator).
Устройство муфты.
Конструктивно муфту можно разделить на три части:
— электромагнитная муфта для активации функции полного привода управляемая внешним электронным блоком;
— кулачковая муфта, предназначение которой — преобразование разницы крутящих моментов на входном и выходном валу в усилие сжатия фрикционного пакета;
— фрикционная муфта посредством которой и передаётся основной крутящий момент от входного вала к выходному.
На большинстве автомобилей все эти муфты (за исключением неподвижной катушки) заключены в герметичный корпус в который залита специальная трансмиссионная жидкость. Сделано это из-за слишком разных требований к маслам используемых в гипоидных зубчатых передачах (главная пара) и в передачах с использованием фрикционных материалов.
Для простоты представления процессов рассмотрим работу муфты на примере работы в режиме принудительного полного привода. В этом случае алгоритмы работы электроники управляющей включением электромагнитной муфты можно опустить.
При включении принудительного полного привода происходит подача напряжения на катушку электромагнитной муфты (6). Якорь (3) электромагнитной муфты притягивается к катушке и смещаясь по шлицам обоймы кулачковой муфты (2) входит в зацепление с корпусом муфты образуя жёсткую кинематическую связь обоймы (2) с входным валом. Вторая обойма (1) кулачковой муфты постоянно зацеплена с выходным валом посредством шлицов.
Пока вращение входного и выходного валов синхронно (езда по твёрдому покрытию с хорошим сцеплением) ничего не происходит. Но как только возникает пробуксовка передней оси, входной вал смещается вперёд относительно выходного. Это приводит к смещению шарика (5) кулачковой муфты в бороздках. А так как бороздки имеют переменную глубину (скосы) шарик начинает давить на обоймы обгонной муфты. Обойма (2) упирается в корпус. Обойма (1) имеющая нажимной диск начинает сжимать фрикционную муфту. Сила сжатия будет расти до того момента пока угловые скорости входного и выходного валов не выравняются. То есть конструкция муфты такова, что при её срабатывании никакой пробуксовки (больше чем это достаточно для срабатывания кулачковой муфты, т.е. считанные градусы) в муфте нет. Как только начинается пробуксовка, обоймы кулачковой муфты смещаются ещё больше и фрикционный пакет сжимается с бОльшей силой пока пробуксовка муфты не будет устранена.
Правда тут есть нюанс. На дорогих спортивных авто в конструкцию муфты вносят дополнительное усовершенствование. Между якорем (3) и корпусом муфты устанавливается ещё один «первичный» (primary) пакет фрикционов. Тогда за счёт модуляции сигнала на катушке (6) появляется возможность контролировать блокировку обоймы муфты (2) допуская её некоторое проскальзывание. Тем самым появляется возможность гибко перераспределять крутящий момент между передней и задней осью. Необходимо это для изменения поведения в повороте (баланс между избыточной и недостаточной поворачиваемостью) у машин претендующих на гордое звание раллийных или спорт-каров. К недорогим паркетникам это никоим образом не относится. Там муфта работает просто по принципу вкл/выкл. Однако, «дорогие технологии» постепенно становятся более доступными и есть основания надеяться, что вскоре можно будет заняться подобной тонкой настройкой и бюджетных авто.
Но тогда возникает закономерный вопрос: как же тогда возникает перегрев муфты? А возникает он по совокупности факторов.
1. Трение во фрикционном пакете при включении муфты хоть и минимально по времени, но всё есть. Учитывая передаваемый момент и цикличность включений-выключений муфты (на некоторых режимах езды и неправильной буксовки, о чём ниже) выделение тепла может достигать значительных величин.
2. Нагрев электромагнитной катушки. Он достаточно мал, чтобы вызвать перегрев даже будучи включённой значительное время, но всё же тоже вносит вклад.
3. Нагрев в результате проскальзывания якоря (3) по корпусу муфты. Это не является штатным функционированием, но может возникать при резком включении муфты. Например, при езде на высоких скоростях по нестабильным покрытиям в режиме 4WD AUTO. При этом время включения фрикционной муфты (то есть время проскальзывания в ней) увеличивается, а значит и увеличивается тепловыделение в ней.
Интересен так же способ, которым контроллер определяет температуру муфты. Датчиков температуры муфты на большинство указанных авто не устанавливается, тем не менее контроллер как-то определяет температуру. А определяет он её по изменению сопротивления катушки, то есть по изменению тока протекающего через неё. Сопротивление меди увеличивается с ростом температуры. Изменение составляет около 25% при увеличении температуры на 60°C. Электроника просто измеряет изменение силы тока при приложенном напряжении и высчитывает сопротивление. По изменению сопротивления можно вычислить температуру. Измерения не являются абсолютно точными (измерения калиброванным датчиком будут заведомо точнее), но более чем достаточными для выявления перегрева.
При выключении муфты обесточивается катушка (6), под действием пружинного диска якорь муфты «отлипает» от корпуса муфты. Тем самым пропадает кинематическая связь между входным валом и обоймой кулачковой муфты (2), она получает возможность свободного вращения относительно корпуса на игольчатом подшипнике (4). Шарик (5) кулачковой муфты под действием сил реакции сжатого фрикционного пакета стремится занять устойчивое положение в углублении обойм (1) и (2), а так как препятствующих ему это сделать сил нет (обойма (2) свободно вращается), он «распускает» кулачковую муфту, а та в свою очередь — фрикционный пакет. Муфта разблокирована.
Теперь ещё один нюанс. Так как механическая блокировка приводится в действие от разницы в частотах вращения хвостовиков переднего и заднего мостов учитывается не пробуксовка какого-то конкретного колеса на оси, а средняя арифметическая скорость вращения левого и правого колёс осей. То есть, например, при диагональном вывешивании при активной работе газом за счёт инерции вывешенных колёс скорости вращения входного и выходного валов муфты будут периодически выравниваться и меняться местами вызывая смещение шарика (5) кулачковой муфты и разблокировку фрикционной муфты. аналогичные процессы будут происходить и при «дрифтинге» и, само собой разумеется, при смене направления движения.
Из этого следует, что дифференциал заднего моста с блокировкой сильно облегчил бы жизнь муфте полного привода. Количество ненужных включений-выключений сильно бы сократилось.
Теперь обсудим, что будет происходить в муфте при износе её компонентов.
Кулачковая муфта — практически вечная. Ей как и подшипникам грозит только контактная усталость и выкрашивание пятна контакта шарика с канавками, но даже и с такими дефектами она будет работать ещё достаточно долго вплоть до полного разрушения, так как относительные скорости шарика и обойм ничтожно низкие.
Износ якоря (либо фрикционных дисков первичного пакета, неравномерный, либо с задирами) и его контактной поверхности на внутреннем корпусе муфты приведёт к пробуксовке обоймы кулачковой муфты (2) и неполному сжатию фрикционного пакета. Как правило сопровождается это заметными рывками в трансмиссии под большой нагрузкой. Однако такой вид износа достаточно редок (помним, что относительные скорости входного и выходного валов невысоки, а при штатной «мягкой» эксплуатации и вообще около нуля).
Износ фрикционного пакета муфты до какого-то момента компенсируется кулачковой муфтой. Просто увеличиваются ходы её обойм до блокировки муфты. Но когда предел будет достигнут кулачковая муфта превратится в подшипник. При этом будут слышны достаточно громкие щелчки всякий раз, когда шарики будут проскакивать углубления в обоймах. При этом так же возможны рывки в трансмиссии но гораздо более вялые нежели в предыдущем случае.
Подведём итог. В достоинства муфты занесём простоту конструкции, минимум движущихся частей (а те, что есть, движутся с невысокими относительными скоростями), простоту управления без применения дорогих сервоприводов, герметичность конструкции (никаких выходящих наружу тяг и валов управления), плавность включения, опция управления передаваемым на задние колёса моментом. Недостаток по сути один — отсутствие возможности постоянного жёсткого подключения полного привода.
P.S. А вот видео с конструкцией муфты полного привода ранних Дастеров: