Термочувствительная механическая муфта привода вентилятора двигателя внутреннего сгорания
THERMOSENSITIVE MECHANICAL CLUTCH FOR FAN DRIVE 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, 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.
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 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.
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 термочувствительной механической муфте является выполнение термочувствительного элемента из материала, обладающего точкой Кюри, при этом термочувствительный элемент установлен соосно на внутренней стороне крышки, а поджим выполнен в виде упругой диафрагмы и на его внутренней стороне закреплен дисковый постоянный магнит.
На фиг. представлена предлагаемая термочувствительная механическая муфта привода вентилятора двигателя внутреннего сгорания. Муфта содержит разъемный корпус 1, крышку 2, поджим 3, термочувствительный элемент 4, опорную втулку 5, упорный подшипник 6 и радиально-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 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 выдерживаются при сборке муфты подбором прокладок 11, что определяется заданным незначительным крутящим моментом между корпусом 1 и валом 8 при нормальных температурных условиях.
Выполненный из материала, обладающего точкой Кюри, термочувствительный элемент 4 установлен соосно муфте на внутренней стороне крышки 2, а на внутренней стороне поджима 3 закреплен дисковый постоянный магнит 12 с пружиной 13.
Работает термочувствительная механическая муфта привода вентилятора двигателя внутреннего сгорания следующим образом.
При низкой температуре окружающей среды термочувствительный элемент 4 имеет свойства ферромагнетика, поэтому притягивает дисковый постоянный магнит 12 вместе с поджимом 3, сжимая при этом пружину 13. За счет некоторого проскальзывания корпус 1 с крышкой 2 муфты будут вращаться относительно ведущего вала с небольшой частотой.
При повышении температуры двигателя при его запуске крышка 2 с термочувствительным элементом 4 нагреваются. После превышения точки Кюри материал термочувствительного элемента 4 приобретает свойства парамагнетика, не реагирующего на воздействие магнитного поля дискового постоянного магнита 12. Вследствие этого пружина 13 разжимается, перемещая поджим 3 вправо и обеспечивает передачу осевого усилия через упорный подшипник 6 и опорную втулку 5 на радиально-упорный подшипник 7. За счет этого происходит увеличение крутящего момента между корпусом 1 и валом 8, вследствие чего частота вращения закрепленного на корпусе 1 вентилятора приближается к частоте вращения ведущего вала 8, что интенсифицирует охлаждение двигателя.
При снижении температуры муфты при работе двигателя на частичных режимах или в холодное время года температура термочувствительного элемента 4 оказывается ниже точки Кюри, и его материал вновь приобретает свойства ферромагнетика, магнитное поле дискового постоянного магнита 12 притягивает к себе термочувствительный элемент 4, сжимает пружину 13 и перемещает поджим 3 влево. Это уменьшает осевое усилие через упорный подшипник 7 и снижает величину крутящего момента между корпусом 1 и ведущим валом 8. Далее цикл повторяется.
В настоящее время изучены свойства множества ферромагнетиков на основе бинарных и многокомпонентных сплавов, сплавов с неферромагнитными соединениями, а также соединениями металлов актиноидов. Эти ферромагнетики имеют широкий диапазон точек Кюри, на который необходимо ориентироваться при выборе материала термочувствительного элемента 4 муфты.
Таким образом, использование предлагаемого технического решения способствует упрощению конструкции муфты для привода вентилятора системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания.
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, 08.04.2002, опубликовано 20.05.2004.