Термочувствительная механическая муфта привода вентилятора системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания
THERMOSENSITIVE MECHANICAL CLUTCH FOR FAN DRIVE OF COOLING SYSTEM OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в системах охлаждения автомобильных и тракторных двигателей внутреннего сгорания.
Известно [1], что количество теплоты, отводимой системой охлаждения двигателя внутреннего сгорания, составляет от 16 до 33,8% теплоты, подведенной при сгорании топлива, и зависит от тактности, размерности и назначения двигателя. Повышение температуры в системе охлаждения приводит к уменьшению теплоотвода в охлаждающую жидкость. Если за 100% принять количество теплоты, передаваемой жидкости при 60°С, то повышение температуры жидкости на каждые 10°С снижает количество теплоты, передаваемой этой жидкости, приблизительно на 4…5%. Поэтому при работе двигателя необходимо обеспечивать эффективную работу привода вентилятора системы охлаждения.
Известно также [2], что привод вентилятора системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания может быть электрическим (электромуфта), механическим (бесступенчатая муфта) или гидравлическим (гидромуфта). На двигателях внутреннего сгорания с воздушным охлаждением преимущественно используется гидравлический привод, а с жидкостным - механический.
Известна конструкция муфты вязкостного трения привода вентилятора двигателя [3], содержащая корпус с рабочей и резервной лопастями и с размещенной между ними перегородкой, ведущий диск, перепускной клапан, толкатель, связанный с термочувствительным приводом, и вал привода. При этом муфта снабжена элементом для крепления свободного конца вала привода в системе охлаждения, а термочувствительный элемент установлен в выполненном в валу привода осевом отверстии и выполнен с поверхностью для размещения в рабочей среде системы охлаждения двигателя.
Недостатком данного технического решения является сложность конструкции муфты.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является термочувствительная муфта привода вентилятора двигателя внутреннего сгорания [4], содержащая термочувствительный элемент, крышку, корпус, установленный на ведущем валу на подшипнике. Она дополнительно снабжена поджимом, опорной втулкой и закрепленном на ней упорным подшипником, термочувствительный элемент выполнен в виде тонкостенной камеры, заполненной незамерзающей жидкостью, и расположен между крышкой и поджимом, взаимодействующим с упорным подшипником. При этом опорная втулка закреплена на ведущем валу и контактирует с подшипником на ведущем валу, выполненным радиально-упорным.
Недостатком этого технического решения также является сложность конструкции.
Целью изобретения является упрощение конструкции муфты привода вентилятора системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания и возможность включения вентилятора при температуре охлаждающей жидкости выше установленного значения.
Поставленная цель достигается в термочувствительной механической муфте привода вентилятора двигателя внутреннего сгорания, содержащей термочувствительный элемент, крышку, корпус, установленный на ведущем валу на подшипнике, поджим, опорную втулку и закрепленный на ней упорный подшипник, при этом опорная втулка закреплена на ведущем валу и контактирует с подшипником на ведущем валу, выполненным радиально-упорным, а термочувствительный элемент расположен между крышкой и поджимом, взаимодействующим с упорным подшипником.
Новым в механической муфте является размещение между крышкой и поджимом термочувствительного элемента, фланца и пружины, выполнение термочувствительного элемента в виде гофра из материала, обладающего эффектом памяти формы и имеющего необходимую температуру мартенситного превращения, закрепление его в крышке и на фланце, а также выполнение поджима в виде упругой диафрагмы.
На фиг. представлена предлагаемая термочувствительная механическая муфта привода вентилятора системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания. Муфта содержит разъемный корпус 1, крышку 2, поджим 3, термочувствительный элемент 4, опорную втулку 5, упорный подшипник 6 и радиаль-но-упорный подшипник 7. Выполненный в виде упругой диафрагмы поджим 3 взаимодействует с упорным подшипником 6, закрепленном на опорной втулке 5, в свою очередь закрепленной на ведущем валу 8 винтом 9.
Корпус 1 установлен на радиально-упорном подшипнике 7 и соединен с ведущим валом 8 посадкой с натягом. Шпильки 10 служат для крепления вентилятора (на фиг. не показан) на корпусе 1.
Зазоры между крышкой 2, поджимом 3 и осевые зазоры в подшипниках 6, 7 выбираются полностью при сборке муфты подбором прокладок 11, что определяется заданным незначительным крутящим моментом между корпусом 1 и ведущим валом 8 при низкой температуре муфты и двигателя.
Между крышкой 2 и поджимом 3 размещены термочувствительный элемент 4, фланец 12 и пружина 13. Термочувствительный элемент 4 выполнен в виде гофра из материала, обладающего эффектом памяти формы [5], закреплен на крышке 2 и на фланце 12. Поджим 3 выполнен в виде упругой диафрагмы.
Муфта работает следующим образом.
При низкой температуре работающего двигателя вращается ведущий вал 8, при этом он имеет большую частоту вращения по сравнению с корпусом 1 и крышкой 2 муфты за счет некоторого проскальзывания.
При прогреве двигателя тепло от крышки 2 воспринимается термочувствительным элементом 4, включая гофры. В случае превышения установленного значения температуры охлаждающей жидкости в двигателе внутреннего сгорания в материале термочувствительного элемента 4 совершается мартенситное превращение, гофры уменьшают свою кривизну, удаляясь друг от друга. Вследствие этого фланец 12 сжимает пружину 13, возрастают осевые усилия через поджим 3, упорный подшипник 6 и опорную втулку 5 на радиально-упорный подшипник 7. За счет этого происходит увеличение крутящего момента между корпусом 1 и ведущим валом 8, вследствие чего возрастает частота вращения закрепленного на корпусе 1 вентилятора. При этом интенсивность охлаждения двигателя увеличивается.
При работе двигателя на низких режимах нагрузки, или его выключении термочувствительный элемент 4 охлаждается, в его материале происходит обратное мартенситное превращение, гофры увеличивают свою кривизну, приближаясь друг к другу. Вследствие этого пружина 13 разжимается, осевые усилия через поджим 3, упорный подшипник 6 и опорную втулку 5 на радиально-упорный подшипник 7 уменьшаются. При этом происходит снижение величины крутящего момента между корпусом 1 и ведущим валом 8. Частота вращения вентилятора уменьшается, уменьшается и интенсивность охлаждения двигателя. Далее цикл повторяется.
Таким образом, использование предлагаемого технического решения способствует упрощению конструкции муфты и позволяет увеличивать частоту вращения вентилятора при превышении температуры охлаждающей жидкости сверх установленного значения.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Дизели. Справочник: под общ. ред. В.А. Ваншейдт, Н.Н. Иванченко, Л.К. Коллеров. Л.: Машиностроение, 1977. - 480 с.
2. Поспелов, Д.Р. Двигатели внутреннего сгорания с воздушным охлаждением / Д.Р. Поспелов. - М.: Машиностроение, 1971. - 536 с.
3. Авторское свидетельство 1732059 СССР, МПК F16D 35/00, F16D 43/25 заявлено 26.12.1989 (№4774720/27), опубликовано 07.05.1992, бюл. №17.
4. Патент 2229043 Российской Федерации. МПК F16D 43/25, заявка: 2002109138/112002109138/11 от 08.04.2002, опубликовано 20.05.2004.
5. Тихонов, А.С. Применение эффекта памяти формы в современном машиностроении / А.С. Тихонов, А.П. Герасимов, И.И. Прохоров. - М.: Машиностроение, 1980. - 80 с.