Демпферный маховик: особенности устройства, принцип работы, преимущества и недостатки

В двигателе имеется масса ответственных узлов и механизмов. Один из них – это маховик. Именно этот узел производит передачу выработанного крутящего момента на коробку посредством сцепления. Также благодаря маховику осуществляется вращение двигателя при задействовании стартера (при попытке запуска). Кроме того, узел призван гасить колебания и вибрации, и плавно передавать усилия на коробку. В сегодняшней статье мы уделим внимание такому типу механизмов, как демпферный маховик. На «Фольксваген» такие элементы ставятся уже давно. Как показывает статистика, более половины современных иномарок с МКПП оснащаются подобным типом маховиков.

Характеристика

Итак, что это за элемент? Демпферный маховик (двухмассовый) представляет собой механический дискообразный узел. С одной стороны он закреплен с трансмиссией, с другой – с коленвалом двигателя. Дополнительно имеет венец с зубьями, благодаря чему может вращаться при зацеплении шестерни стартера. Основная задача элемента – передача и сглаживание крутильных колебаний, что идут от двигателя.

Стоит отметить, что демпферный маховик имеет некоторые отличия от обычных. Так, ранее на автомобили ставили простые маховики из дискообразного литого металла. Данные элементы не могли выравнивать момент и сглаживать вибрации. Все удары переходили непосредственно на коробку и сцепление. А как именно устроен демпферный маховик на Т5 и других автомобилях, рассмотрим ниже.

Что представляет собой маховик и зачем он нужен?

При рассмотрении конкретных функций маховика выделяются следующие характеристики:

Уменьшение колебательных движений при вращении коленвала. В данном случае маховик можно рассматривать как одну из частей двигателя.
Передача момента с двигателя на КПП. Помимо этого, он является первичным диском сцепления.
Отвечает за передачу момента со стартера на коленвал.

Другими словами, маховик необходим для выполнения трех важных функций: запуска двигателя со стартера, передаче момента на КПП и обеспечение равномерной работы коленвала.

Сам принцип функционирования объяснить достаточно просто: представьте для наглядности обычный игрушечный волчок. Если волчок начинает раскручиваться от руки, то маховик — от вращательных движений коленвала. Волчок будет крутиться до тех пор, пока не закончится приложенная энергия. Ведущий диск способен передавать полученную энергию обратно, тем самым заставляя работать коленвал. В результате мы имеем замкнутую систему, при которой обеспечивается работа маховика.

Конструкция

Главное отличие от одномассовых маховиков – это наличие двух дисков. Они объединены в одно устройство. Каждый диск крепится к своему источнику – коробке и двигателю. При этом элементы способны свободно вращаться друг от друга. Диски соединены между собой подшипником.

Но, как передается крутящий момент от мотора на коробку через такой маховик, ведь диски свободно вращаются относительно друг друга? Для этого в конструкции предусмотрены пружины и фланцы. Они могут быть разной формы – в виде шестерни, звездочки, либо многоугольника. Эти элементы закрываются уплотнительной крышкой. Также отметим, что фланцы и пружины под этой крышкой заправляются специальной смазкой.

Всего в конструкцию демпферного маховика входят:

Первичный диск.
Вторичный диск.
Дуговая пружина.
Подшипник.
Уплотнительная крышка.
Фланец.

Назначение DMF

Если посмотреть на кривую изменения крутящего момента на валу, снятую с высоким разрешением по времени, то это будет чисто колебательный процесс. Жёстко передавать такое на трансмиссию нельзя, особенно если это мощный современный мотор с высокой степенью сжатия, большим моментом на малых оборотах и минимальным числом цилиндров. Вибрировать будет весь автомобиль, а трансмиссия быстро развалится.

Обычно для гашения колебаний используется массивный маховик, а в ведомом диске сцепления установлен демпфер крутильных колебаний. Если коробка автоматическая, то дополнительно работает гидротрансформатор, но он для экономии топлива замыкается, начиная с некоторой скорости.

Это интересно: Через сколько км менять масло в двигателе и что будет если этого не делать

Все эти устройства тем лучше работают, чем больше топлива уходит на их обслуживание. Тяжёлый маховик трудно раскручивать, как и мощный демпфер, а погашенная энергия частично уходит на снижение ресурса деталей.

Как альтернативное, при этом более продвинутое и эффективное решение, был предложен двухмассовый маховик, обозначаемый англоязычной аббревиатурой DMF (Dual Mass Flywheel).

Оказалось, что энергию в паузах крутящего момента можно пополнять из накопленной не только во вращающихся массах, но и в пружинно-демпфирующем механизме, который располагается между двумя половинками маховика.

Так удаётся снизить общую массу изделия, одновременно улучшив его характеристики. Особенно это заметно на принципиально более жёстко работающих дизелях, с которых всё и началось, а потом появились и продукты даунсайзинга в виде малоцилиндровых турбомоторов со значительным уровнем наполнения, что на бензине работало не менее жёстко.

Особенности работы

С каждым годом инженеры создают все более мощные и производительные двигателя. Еще не так давно полуторалитровый мотор развивал не более 80 лошадиных сил мощности. Сейчас же двигателя с таким объемом выдают 110 и более. Большая мощность – это хорошо, но с ростом крутящего момента ухудшился акустический и вибрационный комфорт. Различные вибрации постоянно передавались на кузов.

С этой целью и был создан демпферный маховик. Он передает крутильный момент равномерно, без толчков. Работает сам маховик очень просто. Как мы уже сказали ранее, одна его часть соединяется с коробкой, другая с двигателем. Так вот, когда первая часть маховика отклоняется на максимальный угол, момент передается на второй диск. А все вибрации и толчки сглаживаются благодаря демпферным пружинам. Отметим, что такие же пружины стоят и на элементе сцепления. Однако они сглаживают уже нагрузки, что возлагаются именно на диск.

Как устроен маховик?

Он представляет собой обычный диск диаметром 30-40 см. На торце располагаются зубья, благодаря которым достигается сцепление ведущего диска с валом стартера и последующее раскручивание коленвала при запуске двигателя. Маховик расположен на выходной части коленвала двигателя, а с другой стороны к нему фиксируется болтами корзина сцепления или гидротрансформатор. Отметим, что устройство маховика напрямую зависит от его принадлежности к определенной группе.

На сегодняшний день выделяются три вида маховиков:

Сплошной. Представляет собой простой чугунный диск с зубьями на торце. Такие модели распространены как на отечественных автомобилях, так и на иномарках, особенно эконом-класса.
Облегченный. Как правило, облегченная версия ведущего диска устанавливается или на авто с автоматической КПП, или на тюнингованные модели. Главная особенность такого диска — уменьшенная масса, вследствие которой достигается уменьшение инерции и увеличение КПД двигателя до 5%. Облегченный маховик является конструктивно упрощенной разновидностью сплошного типа. Основным его назначением является выполнение роли шестерни, которая вращается при запуске стартера.
Двухмассовый или демпферный. В настоящее время приобрел широкую распространенность вследствие своих преимуществ — гашения вибрации, устранения крутильных колебаний коленвала, повышения износостойкости синхронизаторов, защиты трансмиссии от перегрузок и понижения шума. Конструктивно усложненная модель маховика по сравнению с предыдущими видами.

Ввиду преимуществ демпферного маховика, он является предпочтительной и перспективной моделью в наше время. Именно поэтому мы предлагаем нашим читателям подробней ознакомиться с его устройством, ведь он всё чаще встречается на автомобилях.

О неисправностях и ресурсе

Ремонт демпферного маховика может потребоваться на пробеге в 200 тысяч километров. Именно такой ресурс зачастую у данного механизма. Как проверить демпферный маховик? О неисправностях можно судить по следующим признакам:

Скрежет при остановке и при запуске двигателя (как будто стартер продолжает работать).
Щелчки при динамичном наборе скорости.
Характерные вибрации. Особенно часто это случается на холостых оборотах. С их ростом вибрации постепенно проходят.

С какими дефектами может столкнуться владелец автомобиля с демпферным маховиком? Среди проблем в первую очередь стоит отметить вытекание смазки, что находится под уплотнительной крышкой. Также о неисправностях можно судить по различным заломам, царапинам и трещинам на поверхности элемента. Все это можно увидеть визуально, сняв коробку и узел сцепления. Если же внешне никаких повреждений нет, а вибрации и звуки остались, можно предположить, что дефекты есть внутри (либо же сломан элемент демпфера и пружины).

Более точной будет диагностика на специализированном стенде, где мастер проверит элемент на колебания.

Двухмассовый маховик: конструкция, принцип работы и ресурс

Сегодня около 80 % новых автомобилей оснащаются двухмассовыми маховиками. Чем вызвано такое решение? Объективны ли слухи о ненадежности этой конструкции, и как часто недешевый двухмассовый маховик нуждается в замене? О некоторых особенностях этого компонента трансмиссии расскажем на примере продукции концерна ZF.

Станислав Шустицкий
ЧЕМ ПРОЩЕ, ТЕМ ЛУЧШЕ?

Казалось бы, классический маховик, представляющий собой круглую болванку с зубчатым венцом на внешней части, закрепленный на заднем конце коленчатого вала, вполне исправно выполнял свою функцию. Вернее, функции. Во-первых, через шестерню стартера, входящую в зацепление с зубчатым венцом маховика, он проворачивает коленчатый вал при запуске двигателя. Во-вторых, обладая большим весом, а значит, и высоким моментом инерции, маховик помогает поршням двигателя продолжить движение из так называемых мертвых точек. И, таким образом, нивелирует неравномерность вращения коленчатого вала. На плоскости маховика также монтируется ведущий диск сцепления. Вроде бы и двигатель запустил, и комфорта добавил… Чего же еще от него требовать? На самом деле экологические требования, предъявляемые сегодня к транспортным средствам, потребовали компромисса. Мощность нынешних двигателей постоянно увеличивается, но при этом, исходя из тех самых требований, работать они должны в режиме обедненной смеси. Возникающая в этом случае неравномерная работа четырехтактного двигателя ведет к тому, что в трансмиссию «транслируются» высокочастотные крутильные колебания. В случае с обычным маховиком и классическим механизмом сцепления гасить эти колебания предстояло демпферам ведомого диска. Но для двигателей с высоким крутящим моментом, «зажатых» жесткими экологическими требованиями, такого гасителя крутильных колебаний оказалось недостаточно. А значит, в конструкции трансмиссии потребовался дополнительный демпфер, самое удобное место для которого нашлось в конструкции маховика. Первые двухмассовые маховики появились в середине 1990‑х на дизельных моторах, а сейчас ими оснащаются большинство двигателей. Причем с двухмассовыми маховиками охотно «сотрудничают» все типы коробок передач: и «механика», и АКП, и вариаторы.

Модульная конструкция ZF, включающая двухмассовый маховик и узел сцепления.

КАК ОН УСТРОЕН

Двухмассовый маховик состоит из двух корпусов. Первый — тот самый классический маховик с зубчатым венцом, закрепленный на коленчатом валу. Второй корпус, опирающийся на подшипник скольжения, соединен с механизмом сцепления, если в трансмиссии механическая КП, или с гидротрансформатором, если автомобиль оснащен АКП. Внутри корпусов, допускающих свободное относительно друг друга смещение, расположены пакеты пружин, разделенные пластмасовыми сепараторами, а пространство между корпусами заполнено консистентной смазкой. Каждый пакет может содержать до трех пружин разной жесткости, а сепараторы, во-первых, не позволяют пакетам пружин при работе блокироваться, сцепляясь друг с другом, во-вторых, служат своеобразными направляющими, позволяющими пружинам свободно перемещаться в рабочем режиме по окружности внутри маховика.

В отличие от классического «незыблемого» маховика, современная двухмассовая конструкция продолжает совершенствоваться. К примеру, в арсенале продукции Sachs есть двухконтурные пружинные модули — в этом случае блоки пружин расположены не только по внутреннему радиусу, но находятся и в средней части системы, что повышает уровень демпфирования.

A — корпус маховика, закрепленный на коленчатом валу. B — корпус маховика, соединенный с механизмом сцепления или, при наличии АКП, с гидротрансформатором. С — пакет жестких пружин. D — пакет мягких пружин. E — планетарная шестерня. F — сепаратор, разделяющий пакеты пружин.

КАК ЭТО РАБОТАЕТ

Начнем с запуска двигателя, режима, вызывающего наибольшие нагрузки, так как трансмиссия в этот момент находится в состоянии покоя. Шестерня стартера входит в зацепление с зубчатым венцом корпуса, закрепленного на коленчатом валу, но крутящий момент к механизму сцепления передается только после того, как сработает связующее звено двух корпусов — демпфирующий пружинный блок. Пакеты пружин работают ступенчато: сначала сжимаются пружины с витками меньшего диаметра, а при недостаточном демпфировании в работу включаются жесткие пружины. И только после того, как пакеты пружин погасили резонансные колебания, крутящий момент от двигателя передается на коробку передач. Подобным образом двухмассовый маховик работает и при выключении двигателя. Начало движения также не обещает двухмассовому маховику легкой жизни — до перехода на прямую передачу крутильные колебания, передающиеся от двигателя, будут только возрастать. При этом двухмассовый маховик частично нивелирует ошибки водителя, связанные с несвоевременным переключением передач (если автомобиль снабжен МКП), обеспечивая достаточно комфортную, без существенных рывков работу трансмиссии. Понятно, что чем больше свободы обеспечивает двум корпусам, перемещающимся относительно друг друга, пружинный модуль, тем выше эффективность работы двухмассового маховика. Если конструкция с обычным маховиком позволяла демпферным пружинам ведомого диска сцепления гасить колебания не более чем на 15°, то первые двухмассовые маховики позволили увеличить этот диапазон до 25°. А последние разработки ZF обеспечивают перемещение второго корпуса относительно первого на 75° от центрального положения.

ШУМИТ? ПОМЕНЯЕМ!

Замена двухмассового маховика штука недешевая, так как помимо стоимости самой детали требуется демонтаж и маховика, и узла сцепления. И спешить с этой операцией не следует. Для начала нужно определить причину возможной неисправности, одним из симптомов которой может стать нехарактерный шум при пуске двигателя, не пропадающий и при движении. Разрушающее влияние на двухмассовый маховик может оказать целый «букет» причин. Во-первых, это проблемы, возникающие при запуске двигателя, когда стартеру приходится длительное время безрезультатно вращать маховик. В этом случае есть смысл обратить внимание на исправность электрической составляющей: аккумуляторную батарею (с обязательной проверкой чистоты клемм), стартер и т. п. Вторая причина, негативно влияющая на работоспособность маховика, — это состояние самого двигателя. Неритмичная работа форсунок, сбои в блоке управления двигателем — все это вызывает повышенные вибрации, негативно сказывающиеся на состоянии маховика. Буксировка тяжелого прицепа на большие расстояния, преодоление препятствий, связанное с пробуксовкой колес, все, что связано с разнопеременными нагрузками, «здоровья» двухмассовому маховику не добавляет. Отдельная история — это чип-тюнинг. Добавив мотору пару-тройку десятков лошадиных сил и повысив максимальный крутящий момент, мы однозначно снижаем ресурс маховика. Из всего вышесказанного может сложиться мнение, что двухмассовый маховик — штука весьма ненадежная. Отнюдь нет, но бережного отношения к себе требует. Кроме того, инженеры компании ZF выводят на рынок все новые и новые разработки, адаптируя это компонент с учетом новых решений в конструкции автомобиля. Например, это двухмассовый маховик со своеобразным динамическим тормозом для автомобилей с режимом Stop & Go. При выключении двигателя корпуса маховика фиксируют свое положение относительно друг друга, а при пуске двигателя продолжают движение из этого положения. И о ресурсе. Двухмассовому маховику вполне по силам отработать и более 150 тысяч км. Это, как правило, больше, чем интервал для замены сцепления. Но специалисты ZF рекомендуют менять маховик одновременно со сцеплением, что в последующем избавит от еще одной операции по демонтажу. Кроме того, уже сегодня концерн ZF для ряда автомобилей предлагает модульную конструкцию, включающую двухмассовый маховик и узел сцепления.

Редакция рекомендует:

Россияне начали массово скупать импортные автомобили
«Безлимитные» транспондеры: новый развод в сети

Началось производство Opel Astra нового поколения

Новый Hyundai Solaris 2022: первые «живые» фотографии

Можно ли навредить двигателю, используя «нештатный» антифриз?

Новости СМИ2

Обсуждение Отменить

Виктор:
25.08.2020 в 15:15
Заботятся о нашем здоровье, о комфорте автомобилей, но все дороже и дороже ))
Ответить
Denis:
06.07.2021 в 16:24
Никто не мешает купить современный автомобиль с обыкновенным маховиком, их все еще много на рынке. За любой комфорт или новую технологию нужно платить если вернуться во времени и посчитать стоимость нового автомобиля с актуальными технологиями того времени, какое берется в расчёт, то разница в реальной стоимости не будет огромной.
А надёжность узлов на 150 ткм продиктована спросом на рынке, мировое население в большинстве стало слишком богатое и относится к машинам как к расходнику, производителю нет смысла удорожать конструкцию, с помощью современных вычислительных мощностей можно заложить надёжность любого узла с минимальной погрешностью.
Любое современное надёжное ТС с ресурсом в 500ткм обычно будет относительно неэкономичным, без излишней мощности и стоить будет больших денег. Взять те же премиальные Тойоты