Работающий двигатель внутреннего сгорания воздает на валу очень неравномерный момент. Даже при выборе таких «классических» хорошо уравновешенных схем, как V6, V8 и V12, угловая скорость вращения коленчатого вала далеко не постоянна. Помимо неравномерности рабочих ходов двигателя, сюда накладываются еще и колебания от приводной нагрузки — механизма ГРМ, различных вспомогательных агрегатов и других узлов. Минимизировать колебания и обеспечить максимально комфортную езду позволяет маховик, который к началу 2000-х годов получил сложную, но эффективную конструкцию. О том, как устроены двухмассовые маховики, и в чем заключаются их достоинства и недостатки, в нашем материале.
Нагрузка на двигатель так же не постоянна, она имеет выраженные пики произвольной частоты и амплитуды. Все эти факторы порождают крутильные колебания коленчатого вала и элементов трансмиссии автомобиля. Причем величина крутильных колебаний может превышать величину крутящего момента двигателя в разы и даже на порядки. А значит, коленчатый вал и многое элементы трансмиссии должны быть выполнены с хорошим запасом прочности. Бороться с крутильными колебаниями стараются с помощью демпферов, а для изменения собственной частоты колебаний и недопущения резонанса используются маховики.
«Классическое» решение в виде жесткого маховика и демпфера крутильных колебаний на диске сцепления на протяжении почти полувека справлялось со своими задачами. Достаточно простая и дешевая конструкция спасовала только при одновременном повышении требований к качеству работы механизма сцепления, к снижению оборотов холостого хода, скорости выхода на нагрузку после старта и повышению передаваемого крутящего момента.
В таких условиях частоты резонанса конструкции опасно близко подходили к собственным частотам колебаний и без того максимально облегченных коленчатых валов современных двигателей. Да и нагрузка на трансмиссию росла. Увеличивать массу маховика при росте нагрузки экономически неэффективно: упадет динамика и вырастет расход топлива. К тому же увеличивается максимальная амплитуда крутильных колебаний при ударах в трансмиссии, что тоже нехорошо. А вот повысить эффективность работы демпфера можно, но для этого необходимо значительно увеличить габариты и усложнить устройство.
Решение было найдено. Демпфер перенесли с ведомого диска сцепления в маховик. А сам маховик такой конструкции получил название двухмассового. Потому что он состоит из двух массивных частей, связанных между собой через пружинно-гидравлический демпфер крутильных колебаний.
Во многом массовому применению двухмассовых маховиков автопром обязан «дизельному нашествию» и росту мощности. Дизельный двигатель имеет гораздо более высокую амплитуду колебаний крутящего момента в зависимости от угла поворота коленчатого вала. Типичный 4-цилиндровый дизель развивает 300 Нм крутящего момента на холостом ходу и порядка 700 Нм на малых рабочих оборотах; 6-цилиндровый мотор на холостых работает чуть ровнее, а амплитуда «всего» 280 Нм.
А вот бензиновые двигатели на холостых оборотах куда уравновешеннее: амплитуда составляет порядка 35 Нм для рядных моторов. Да и на малых оборотах под нагрузкой амплитуда колебаний крутящего момента заметно ниже — порядка 300 Нм. Двухмассовый маховик полностью изолирует трансмиссию от крутильных колебаний со стороны двигателя на любых оборотах и позволяет повысить передаваемый крутящий момент в среднем на 10%!для дизельных моторов и на 5%!для бензиновых, сделать движение на малых оборотах более комфортным, снизить нагрузки на подвеску двигателя и трансмиссию в целом, избежать перегрузок мотора при ударах со стороны трансмиссии, сделать более комфортной работу со сцеплением на мощных двигателях.
Специалисты компании Trialli, российского производителя узлов трансмиссии, рассказали, что внедрение двухмассовых маховиков безусловно решило проблему резонансных колебаний, однако породило новую — малый ресурс изделия. Двухмассовые маховики из-за особенностей конструкции обычно не выдерживают более 80 000 км пробега и требуют дорогостоящей замены — в среднем около 30 000 рублей. «Для роботизированной КПП это неизбежно: лепестки корзины сцепления при работе актуатора должны постоянно находиться в одном положении. Для этого в нажимной диск сцепления была внедрена технология компенсации износа, чтобы нивелировать износ фрикционных элементов ведомого диска и выработки прижимного диска корзины. А вот для механической КПП эффективность двухмассовых маховиков не столь однозначна. Принципиальной разницы в движении водитель не почувствует, а потому есть возможность сэкономить на ремонте трансмиссии, переоборудовав двухмассовый маховик в обычный одномассовый и, соответственно, при последующих ремонтах устанавливать комплект для одномассового маховика», — констатировал директор по маркетингу компании Trialli Кирилл Шипота.
К 1997 году большая часть моторов объемом свыше 2,0 литров оснащалась двухмассовыми маховиками. И только в моторах объемом менее 1,6 литра они практически не применялись. На данный момент процент проникновения технологии стал выше, практически все новые машины с бензиновыми двигателями объемом порядка двух литров и практически все дизельные моторы оснащены ими.
Рекомендуем: Неисправности механической коробки передач
Первые двухмассовые маховики на серийных машинах появились в 1985 году на дизельных моторах BMW. Конструкция первых маховиков производства LuK была достаточно сложной. Две массы были связаны между собой планетарной передачей, а центры соединялись через шарикоподшипник большого диаметра. Демпферные пружины размещались отдельно, имели одну ступень упругости и работали в вязком масле.
Дальнейший прогресс конструкций пошел по пути снижения размеров и стоимости. Уже третье поколение двухмассовых маховиков лишилось центрующих планетарных передач, ограничившись одним лишь центральным подшипником. Позже предпринимались попытки убрать дорогой подшипник качения, заменив его втулкой, или как можно сильнее уменьшить диаметр подшипника. Пружины получили прогрессивную характеристику, в основном за счет применения второй и третьей пружин, более коротких, а амплитуда фильтрации выросла.
Позже ввели ограничивающий момент — фрикцион для предотвращения повышенных нагрузок на трансмиссию. В 2010 году на BMW с дизельным мотором N47 применили конструкцию с вращающимся маятником, позволяющим снизить вибрации момента на малых оборотах.
Применение двухмассовых маховиков не ограничивается механическими коробками передач и роботизированными трансмиссиями. Вариатор Audi Multitronics 1999 года стал первой конструкцией такого рода с двухмассовым маховиком. В 2008-м двухмассовый маховик впервые применили с автоматической коробкой передач с ГДТ на моделях Audi A6 с дизельными двигателями. Сфера применения двухмассовых маховиков постепенно расширяется, в первую очередь в связи с повышением крутящего момента моторов на малых оборотах и снижением числа цилиндров, а значит, и повышением амплитуды вибраций момента двигателя.
Помимо стандартной конструкции двухмассового маховика получили распространение и различные модификации детали, созданные для еще более повышенных нагрузок. Одним из производителей таких модернизированных элементов является компания Valeo, предложившая две разновидности двухмассовых маховиков.
Двухмассовый маховик с внутренним демпфером Эта технология позволяет гасить колебания даже при самых высоких диапазонах оборотов. Помимо двух изогнутых пружин, небольшие пружины — менее чувствительные к центробежной нагрузке — встроены в ведомый диск сцепления. Данная технология подходит для требовательных применений, таких как автомобили с задним приводом, где необходимо иметь очень низкие вибрации на уровне входа в коробку передач.
Демпфер с большой длиной хода (L.T.D.) Данная технология, в дополнение к изогнутым пружинам, предусматривает два ряда из трех пружин, которые работают последовательно и синхронизируются задней пластиной. Две прямые пружины менее чувствительны к центробежной силе и обеспечивают меньше трения, чем изогнутые пружины. Эта комбинация позволяет обеспечить оптимальную фильтрацию благодаря максимальному угловому смещению. Эта высокоэффективная технология обеспечивает замечательный комфорт вождения и все качества, необходимые для мощных двигателей, а также для гибридного силового агрегата.
Двухмассовые маховики оказались достаточно сложной конструкцией. В отличие от одномассового, который, по сути, состоит из двух частей — собственно диска и зубчатого венца, тут количество деталей увеличивается до 30–50. И часть из них движется относительно друг друга. Возрастает и число возможных неисправностей. Помимо перегрева и износа контактной пластины, поломок зубчатого венца, теперь к числу неисправностей добавились износ и поломки пружин, утечки смазки, поломки подшипников, разрушение деталей центрующего аппарата и нарушение взаимного расположения деталей. Даже в отсутствие износа контактной поверхности к 150–200 тыс. км пробега маховик потребует ремонта или замены из-за других поломок.
Диагностика поломок этого элемента затруднена тем, что на пробеге более сотни тысяч километров источником повышенного уровня вибраций и шума может быть и износ системы питания и управления двигателем, нарушение его подвески и поломки трансмиссии. А износ двухмассового маховика повышает износ всех связанных элементов, двигателя, трансмиссии и других частей. Для более тщательной диагностики рекомендуется инструментальная проверка радиального и осевого люфта масс маховика, проверка модуля упругости пружин и визуальный контроль конструкции на предмет повреждений, утечек масла, утери балансировочных грузов, износа контактной пластины и других повреждений.
Кто он и где находится маховик
Сам по себе классический маховик довольно прост – это массивный металлический диск, имеющий диаметр порядка 30-40 сантиметров. Изготавливают его, как правило, из чугуна.
Рекомендуем: Центральный замок в авто — что это такое,принцип работы,видео
По внешней окружности этого круга располагается стальной обод с зубцами, именуемый венцом маховика. Зубчатая передача в данном узле отыгрывают очень важную роль, но об этом мы поговорим немного позже.
Где находится маховик? Найти маховик под капотом автомобиля с первого взгляда не получится. Расположена эта деталь в глубине двигателя и закрыта от посторонних глаз кожухами.
Если точнее, то место этого металлического диска на одном из концов коленчатого вала, который, как вы уже знаете, раскручивается при помощи поршней двигателя.
Крепится маховик к коленвалу очень прочно, так как ему приходится выдерживать сильнейшие нагрузки и быть посредником между мотором и коробкой передач.
О том, как выглядит маховик и где его место в автомобиле мы уже поговорили, теперь необходимо выяснить самое главное — так ли он нужен. Несмотря на внешнюю простоту и отсутствие сложных форм, без этой детали машина не начнёт движение, да и вообще не заведётся. Маховик выполняет следующие функции:
- гашение паразитных колебаний коленвала;
- передачу крутящего момента двигателя на трансмиссию;
- обеспечение связи стартера с коленвалом.
Рассмотрим детальнее вышеперечисленные пункты. Одна из ключевых ролей маховика заключается в гарантировании плавной работы двигателя и гашении разного рода механических колебаний и вибраций.
Именно для этого диск изготавливают из тяжёлого чугуна – главное здесь его масса, благодаря которой обеспечивается накапливание энергии и поддержание вращательного момента коленвала при помощи инерции.
Следующая роль не менее важная – маховик выступает как посредник между двигателем и коробкой передач, а также, по сути, является частью механизма сцепления. Вся мощность мотора и крутящий момент, коими так любят хвастаться автолюбители, проходят через этот скромный, но тяжёлый диск и устремляются далее, через трансмиссию к колёсам.
И, наконец, последняя функция маховика. Немного ранее, описывая строение этой детали, мы упомянули о зубцах, располагаемых по внешней окружности диска, так называемом венце.
При помощи них в момент, когда вы поворачиваете ключ в замке зажигания, происходит зацеп шестерни стартера с вышеупомянутыми зубьями, благодаря чему создаётся первичное вращение коленвала и запускается процесс сгорания топлива в цилиндрах. Другими словами – двигатель начинает работу.
Как бороться с вибрацией двигателя
Мощности и скорости автомобилей растут пропорционально потребностям публики в комфорте. А наращивание мощностей двигателя связано с массой проблем, которые не всегда мирно уживаются с комфортом и другими требованиями к современной технике. Это и повышенный расход топлива, это может быть неравномерность работы двигателя, повышенная шумность и вибрации. Если для спортивного автомобиля все эти условности можно списать со счетов, то комфортабельная машина бизнес-класса должна полностью соответствовать требованиям к комфорту.
Вибрации всегда доставали конструкторов и от вибраций не уйти никуда. Успокоить вибрирующую деталь или вал можно только путем создания антинагрузки, противовеса. А это, естественно, увеличивает массу механизма. Для примера можно взглянуть на балансировку колес на шиномонтаже. Если не повесить на колесо в определенном месте груз определенного веса, вибрации избежать не удастся. Но мы нарастим подрессоренную массу, что вредно для состояния ходовой части. Почти та же история наблюдается с коленчатым валом автомобиля. Чтобы избежать излишних вибраций применяется специальный балансир, или маховик.
Описание
Маховик изготавливается в виде колеса диаметром до 40 см. Благодаря ему происходит накопление кинетической энергии вращения двигателя, которое обеспечивает плавное вращение коленчатого вала при прохождении поршнями мертвых точек. Маховик можно условно отнести к разным системам силового агрегата, так как он принимает участие в работе каждой из них:
- Как часть кривошипно-шатунного механизма за счет участия в моменте вращения коленвала и снижении неравномерности его движения.
- Как часть трансмиссии за счет выполнения функции ведущего диска сцепления.
- Как часть редуктора в виде ведомой шестерни при передаче крутящего момента со стартера на коленчатый вал.
Устройство, из чего состоит?
Это не простой «кусок железа» здесь строение намного сложнее. Строения маховиков с двумя массами отличается. Как становится понятно здесь как бы два диска, которые объединены в одно устройство (две массы). Каждая из масс закрепляется к своему источнику — одна к мотору, другая к коробке передач. Причем эти два диска могут вращаться свободно друг от друга, они соединены только подшипником
Однако так мы машину не «тронем» с места, нам нужно, чтобы крутящий момент передавался от силового агрегата коробке и далее колесам. ТО есть эти две массы нужно как-то связать друг с другом. ЭТИМ то и занимаются внутренние части конструкции, а именно пружины, фланцы (они бывают многих типов – звездочка, многоугольник, шестерня). Закрывается все это герметичной уплотнительной крышкой. Стоит отметить, что пружины и внутренняя полость зачастую заправляется смазкой
Смотрим небольшую схему
Это один из самых распространенных типов, бывают и другие однако принцип у них у всех одинаковый
Разновидности маховиков
На текущий момент можно выделить три разновидности маховиков:
Сплошной
Наиболее распространенная и простая конструкция. Представляет собой чугунный литой диск, устройство которого было описано выше. Маховик для АКПП гораздо легче обычного, поскольку рассчитан на использование совместно с гидротрансформатором.
Облегченный
При тюнинге автомобиля, трансмиссии и двигателя часто устанавливают облегченный маховик. Его небольшой вес уменьшает инерцию и повышает производительность двигателя на 4-5%! Автомобиль быстрее откликается на педаль газа, становится более динамичным. Однако, установку облегченного маховика нужно делать только в комплексе с другими работами по улучшению характеристик двигателя и трансмиссии.
Использование облегченных маховиков без доработки поршневой и КШМ приведет к нестабильной работе двигателя на холостых оборотах.
Двухмассовый
Двухмассовый или демпферный маховик более сложен по конструкции и устанавливается на современные модели автомобилей. Он может применяться на автомобилях с механической и автоматической трансмиссиях без гидротрансформатора. В случае с МКПП используется ведомый диск сцепления без демпфера крутильных колебаний.
Рекомендуем: Как сделать подогрев лобового стекла своими руками
Не все маховики одинаковы
Развитие технологий и прогресс инженерной мысли не обошли стороной и классический маховик.
Конструкторы, в попытках найти эффективные методы гашения паразитных колебаний двигателя, создали более сложную интерпретацию этого узла, которая начала попадать под капоты серийных авто в конце 80-х годов ХХ столетия.
Итак, на сегодняшний день можно встретить такие разновидности данного элемента:
- сплошной (классический диск, наиболее широко используемый в автомобилестроении, именно о нём шла речь на протяжении всего нашего рассказа);
- двухмассовый (демпферный);
- облегчённый.
Сплошной маховик
О первой, самой распространённой конструкции мы уже говорили, поэтому перейдём сразу ко второй – наиболее интересной с точки зрении инженерии.
Двухмассовый маховик
Двухмассовый маховик – это, грубо говоря, два металлических диска, соединённые между собой специальной пружинной системой.
На такое ухищрение конструкторы пошли ради того, чтобы обезопасить трансмиссию от резких перегрузок, максимально избавится от вибраций коленвала и двигателя, повысить удобство при переключении передач и прочих приятностей.
Но, как всегда, есть и обратная сторона медали – двухмассовая схема сама по себе подвержена повышенному износу, а особенно её пружинная система.
Облегченный маховик
Облегченные варианты маховика уменьшают, естественно, механические потери, двигатель быстрее набирает максимальные обороты. Тратится меньше энергии для раскручивания, что дает небольшую экономию топлива, примерно 2 — 3 %!, не более.
При этих плюсах, все же теряется прочность маховика. Ему требуется дополнительна, совместная с коленвалом и передним шкивом, балансировка. Так же, стоимость заводских облегченных маховиков выше.
Ну вот, дорогие наши читатели, и подошёл к концу очередной рассказ о деталях и узлах, составляющих основу наших автомобилей.
Следите за дальнейшими публикациями.
Тэги
двигатель
Конструкция маховика
Маховик отливают из серого чугуна, что делает его производство не слишком затратным. На его внешний край запрессован венец, представляющий собой стальной обод с равномерным шагом зубьев, которым передается вращение стартера при запуске двигателя. Сама конструкция устроена так, что середину детали делают легковесной, а основную массу располагают возле наружного края для увеличения инерции. Изделие имеет 6 отверстий для крепления к коленвалу при помощи фланца и другие отверстия для крепления корзины сцепления.
Ремонт двухмассового маховика
Неисправный двухмассовый маховик
Ввиду высокой стоимости оригинальной запчасти многие водители задумываются о возможности ремонта маховика. Стоит сказать сразу, что производители не подразумевают ремонт этой детали. Она неразборная и лучше ставить новую.
Но все же есть умельцы, которые берутся за работу. Все зависит от уровня поломки. Если вышли из строя пружины, то в сервисе их могут заменить. Они первыми подвержены износу. Но если разрушился корпус или один из подшипников, то лучше приобрести новый. В любом случае мало кто даст гарантию стабильной работы двигателя и трансмиссии после ремонта.
Замена на одномассовый
Теоретически заменить можно. Хороший мастер в сервисе сделает это без проблем. Но стоит ли? Никто не сможет спрогнозировать, сколько после этого продержится КПП и двигатель, поэтому со своей стороны мы не рекомендуем!
Если у вас мощный мотор и механическая КПП, то не избежать сильных вибраций и тряски при запуске и остановке. Ездить возможность будет, но с большим дискомфортом. Роботизированная коробка не выдержит тандема со сплошным маховиком и быстро выйдет из строя. А вместе с коробкой ремонт обойдется уже гораздо дороже.
Неисправности и поломки
Срок службы сейчас примерно 150 – 200000 км. После этого начинают появляться первые признаки выхода из строя этого узла:
- Скрип при запуске или остановке мотора. Звук такой, что как будто стартер продолжает крутиться
- Сильные вибрации, которые раньше не встречались (например на холостых) многие их путают с «троением» двигателя. Причем после того как обороты повышаются вибрации уходят. Все дело в том, что такие маховики работают по двухступенчатому принципу, на холостых оборотах работают одни элементы (так называемые мягкие), на высоких другие (жесткие). Вот почему вибрации могут быть на разных оборотах.
- Щелчки при старте или при наборе скорости
Если у вас проявляется хотя бы один из перечисленных пунктов, то скорее всего он либо выходит из строя, либо уже вышел.
Какие проблемы бывают у этого элемента и можно ли их определить самому?
Дефекты в основном связаны с вытеканием специальной смазки, появлению на поверхностях царапин, вмятин или даже заломов и трещин. Все это мастер на СТО сможет продиагностировать не снимая его с машины, например при замене диска сцепления.
Если видимых признаков неисправности нет (а звуки и вибрация остались) – возможно сломан механизм демпфера, пружины, есть задиры внутри и т.д. Нужно снимать и диагностировать.
