Что такое маховик в автомобиле и для чего он нужен

Современные двигатели внутреннего сгорания (ДВС) состоят из множества деталей и узлов, причем каждый из элементов играет отведенную для него роль. Имеется такая роль и у маховиков, которые являются хотя и достаточно простыми по своей конструкции, но важными по назначению компонентами силовых агрегатов.

Устанавливаются маховики на торцевых частях коленчатых валов, неподалеку от коренных задних подшипников. У многих владельцев транспортных средств, не очень хорошо разбирающихся в нюансах конструкции двигателей, нередко возникает вопрос: что такое маховик в автомобиле и зачем он вообще нужен? Попробуем ответить на этот вопрос.

Маховик: что это и для чего он нужен

Схематичное изображение маховика на коленчатом валу: 1 — коленчатый вал; 2 — маховик с зубчатым венцом; 3 — шатунная шейка; 4 — коренная шейка; 5 — противовес

Маховик — это похожее на диск устройство, которое крепится к задней части коленчатого вала.

Маховик имеет достаточно значительную массу и, соответственно, способен, согласно законам физики, накапливать и отдавать кинетическую энергию. Именно благодаря такому свойству эти узлы используются в современных двигателях внутреннего сгорания в качестве конструкций, позволяющих сглаживать неравномерность вращения коленчатого вала. В периоды рабочего хода поршня маховики накапливают энергию крутящего момента, а когда поршни находятся в так называемых «мертвых точках», выводят эти детали из них, отдавая энергию.

Необходимо отметить, что чем большим количеством цилиндров оснащен ДВС, тем более равномерным крутящим моментом он обладает. Следовательно, в таких двигателях внутреннего сгорания можно использовать маховики меньшего веса, чем в тех моторах, которые имеют небольшое количество цилиндров.

Еще одной важной функцией маховиков двигателей внутреннего сгорания является трансляция крутящего момента на коленчатый вал от стартера. На внешней окружности этого узла монтируется зубчатый стальной обод, который называют венцом. Он находится в зацеплении с валом, идущим от стартера и имеющим зубчатое колесо. Когда водитель включает зажигание, стартер проворачивает этот вал, а он, в свою очередь — маховик, который приводит в движение коленчатый вал. Именно благодаря этому и производится запуск двигателя.

Кроме того, маховики играют немаловажную роль в трансмиссии современных автомобилей, играя в них роль ведущих дисков сцепления. Таким образом, именно благодаря им вращательный момент коленчатого вала ДВС передается на коробку переключения передач, а уже от них транслируется на ведущие колеса.

Разновидности маховиков

Как выглядит маховик на собранном двигателе

В современных двигателях внутреннего сгорания используется три разновидности маховиков:

• Одномассовые (сплошные);
• Двухмассовые;
• Облегченные.

Каждая из них имеет свои особенности, преимущества и недостатки.

Одномассовые маховики

Эта разновидность является наиболее распространенной. Одномассовый маховик двигателя внутреннего сгорания имеет сплошную конструкцию и представляет собой довольно массивный диск, имеющий диаметр от 300 до 400 миллиметров. Чаще всего для его изготовления используется высококачественный чугун.

На внешнюю сторону одномассового маховика, по всей окружности устанавливается венец — зубчатое кольцо, изготовленное из стали. Его монтаж производится по технологии напрессовки, и поэтому оно фиксируется очень прочно. Для того чтобы закрепить одномассовый маховик на коленчатом валу (а точнее — к установленному на нем специальному фланцу), с одной стороны этой детали выполняется ступица. При этом другая, противоположная плоскость одномассового маховика, играет роль ведущего диска сцепления.

Таким образом, одномасовый маховик достаточно прост по своей конструкции, недорог в производстве, чем и обусловлено его широкое применение в современных двигателях внутреннего сгорания. Есть у него и один достаточно серьезный минус, который состоит в том, что он недостаточно хорошо гасит крутильные колебания. Гораздо лучше с этой задачей справляются двухмассовые маховики. В конструкции двигателей внутреннего сгорания они активно применяются со средины 80-х годов прошлого века.

Читайте также: Признаки неисправности датчика положения коленвала.

Двухмассовые маховики

Пример внутреннего устройства двухмассового маховика

Конструктивно они состоят из двух дисков, которые соединены между собой специальной пружинно-демпферной системой. Она предназначена для того, чтобы избавить трансмиссию автомобиля от постоянно возникающих крутильных колебаний силового агрегата и сделать ее функционирование равномерным. Использование двухмассового маховика вместо одномассового дает возможность отказаться от использования в ведущем диске сцепления демпфирующего устройства, повысить, таким образом, его надежность и долговечность.

Кроме того, применение таких маховиков позволяет:

• Существенно снизить вибрации, передающиеся от двигателя к трансмиссии;
• Снизить уровень ее шума;
• Сделать более удобным переключение передач;
• Обеспечить защиту трансмиссии от перегрузок.

Согласно некоторым исследованиям, применение двухмассовых маховиков даже способствует снижению потребления двигателем топлива.

Необходимо, однако, признать, что эти узлы имеют и некоторые недостатки. Главным из них является то, что они не столь надежны, как одномассовые. Дело в том, что входящая в их конструкцию пружинно-демпферная система испытывает на себе немалые нагрузки и поэтому довольно быстро изнашивается. Во многом именно по этой причине двухмассовые маховики пока используются не очень широко.

Следует заметить, что сейчас ведутся активные разработки по улучшению конструкции этих узлов. Они связаны, прежде всего, с тем, что появляется все большее количество двигателей, работающих на низких оборотах, а также моторов, имеющих достаточно большую мощность при относительно скромном рабочем объеме. Такие ДВС требуют от маховиков высокой степени гашения колебаний, и конструкторы пытаются решить эту проблему. Уже сконструированы и успешно прошли испытания двухмассовые маховики, в которых используются центробежные маятники. Они создают колебания в противофазе основным и, таким образом, гасят их.

Облегченные маховики

Такие маховики используются при тюнинге силовых агрегатов. Они характеризуются тем, что их масса перераспределена от центра к краям. Это позволяет уменьшить вес конструкций, а также момент инерции. Автомобили с установленными на них облегченными маховиками имеют улучшенную разгонную динамику.

Читайте также: Оппозитный двигатель — что это такое.

Маховик

Маховик — это часть кривошипно-шатунного механизма, системы сцепления и системы запуска двигателя, в виде диска большой массы с зубчатым венцом. Некоторые модификации маховиков имеют свои аббревиатуры – о них читайте в разделе “виды маховиков”.

Зачем нужен и где находится маховик в современном автомобиле

Маховик в автомобилях с ДВС выполняет следующие функции:

• придает равномерность вращению коленчатого вала. Его большая масса накапливает кинетическую энергию на протяжении такта рабочего хода. Остальные три такта отведены для отдачи аккумулированной энергии коленвалу. Таким образом выравнивают и поддерживают стабильной угловую скорость коленвала. При большем количестве цилиндров достигается повышение продолжительности рабочего хода поршня, равномерность крутящего момента и возможность снижения массы самого маховика;
• передает крутящий момент от силового агрегата к механизму сцепления — и потом, к коробке передач и ведущим колесам;
• передает крутящий момент от стартера на коленвал двигателя при запуске двигателя;
• выводит поршни из ВМТ, НМТ при помощи возникающих сил инерции;
• гасит (демпфирует) крутильные колебания, вибрации.

Маховик крепят к торцу коленвала. По отношению к двигателю маховик находится снаружи, между мотором и коробкой передач.

Виды маховиков и особенности конструкции

Есть два основных его вида — одномассовый и двухмассовый. Их главное отличие в том, из скольких компонентов состоит сам маховик. Одномассовый — это цельнолитая деталь (одна масса), которая выполняет свои функции. А в двухмассовом массы две — это два диска в корпусе, которые приходят в зацепление друг с другом с использованием сложной демпфирующей системы между ними.

Устройство двухмассового маховика: 1 — ступица; 2 — радиальный подшипник; 3 — первичный диск; 4 — дуговая пружина; 5 — фланец; 6 — зубчатый венец; 7 — вторичный диск; 8 — вентиляционное отверстие; 9 — уплотнительная мембрана; 10 — кольцевая камера, заполненная смазкой.

Одномассовый маховик

Он устроен проще всего, поэтому надежен и наиболее распространен. В центре диска из чугуна или стали, диаметр которого составляет 300-400 мм, находится посадочное место для установки на хвостовик коленвала. Оно представляет собой расширение (ступицу). В центре — большое отверстие, а 4-12 отверстий под болты помещены на окружности для фиксации.

Противоположной стороне отводится роль ведущего диска сцепления. Наружную поверхность оснастили местом под установку сцепления и кольцевой контактной площадкой — под ведомый диск сцепления. По окружности внешней стороны напрессовали зубчатый венец из стали.

Простота конструкции, относительная дешевизна производства обусловили массовое распространение такого вида маховиков Существенный недочет конструкции — она не способна в достаточной степени погасить крутильные колебания, возникающие в современных более мощных, но при этом менее объемных моторах. Поэтому на таких автомобилях зачастую устанавливают двухмассовые маховики.

Двухмассовый (демпферный) маховик

Между двумя дисками конструкции (ведущим и ведомым), которые соединены подшипником, расположена особая пружинно-демпферная система. Ее применение позволило отказаться от использования в ведомом диске сцепления демпфирующего устройства. Ведущий диск двухмассового маховика непосредственно соединен с фланцем коленвала. Крутящий момент передается на ведомый диск, но благодаря пружинно-демпферной системе внутри это происходит с задержкой и с гашением вибраций и крутильных колебаний.

Двухмассовые маховики имеют ряд преимуществ:

• лучше справляются с колебаниями, вибрациями, толчками;
• способствуют тому, чтобы удобнее переключались передачи;
• уменьшают износ синхронизаторов;
• защищают трансмиссию;
• помогают сэкономить топливо.

Но есть и недостатки:

• они дороже в производстве, обслуживании и при замене;
• более требовательны к условиям эксплуатации — не любят сильных вибраций, езды на низких оборотах, перегрева.

Двухмассовые маховики имеют ряд названий, которые по сути являются аббревиатурами: DMF (Dual-Mass Flywheel на английском) или ZMS (ZweiMassenSchwungrad на немецком).

Двухмассовый маховик с маятниковым гасителем колебаний

Двухмассовый маховик с маятниковым гасителем колебаний

Эта новая разновидность двухмассового маховика. Пружинно-демпферная система получила дополнение – центробежный маятник в виде грузов по окружности махового колеса. Низкие обороты двигателя вызывают раскачивание грузов ввиду незначительной центробежной силы. Вызванные колебания находятся в противофазе с теми, что частично сгладили пружины, что позволяет окончательно их погасить. При возросших оборотах амплитуда центробежного маятника уменьшается, как и значение в демпфировании.

Главное достоинство конструкции — помощь в устранении неравномерности вращения коленвала на низких оборотах. Его распространение связано с доминирующими в автомобилестроении тенденциями:

• сделать мотор меньшим по объему и легче, сохранив мощность;
• расширить диапазон крутящего момента, используя низкие обороты.

Неисправности и их признаки

Ввиду немалых нагрузок со временем маховик деформируется и разрушается.

В одномассовом маховике проблемным местом может быть зубчатый венец, который может разрушаться со временем. Его демонтируют механическим способом. При установке нового – приходится прибегать к нагреву и заменять болты. Также возможно появление трещин и поломок диска. Решается только заменой детали целиком.

Повреждение зубьев венца

Замена венца на одномассовом маховике

Чтобы своевременно выявить неисправности одномассового маховика, обращайте внимание на:

• возросший уровень вибраций, шумов;
• ухудшение работы сцепления;
• проблемы при запуске двигателя.

Что касается двухмассового маховика, то его более сложная конструкция подразумевает возникновение неисправностей, которые устранить труднее. В нем могут:

• поломаться, полностью разрушиться дуговые пружины;
• износиться подшипники, детали, подвергающиеся трению.

Поломка пружин в двухмассовом маховике

Признаки проблем с двухмассовым маховиком следующие:

1. Ощущение вибрации при пуске двигателя, возможно с толчками, которые чувствуются даже в рычаге КПП.
2. Мягкий стук при работе двигателя на холостых оборотах.
3. Вибрация во время разгона.
4. Толчки при переключениях передач.
5. Вибрация, возникающая даже после глушения двигателя.

В теории двухмассовый маховик можно перебрать, но на практике его только меняют.

Подбор и покупка деталей

Маховики подбирают по VIN-коду или модели/марке автомобиля или коду двигателя. Выбирая между оригинальными деталями и аналогами от ведущих мировых производителей, учитывайте тот факт, что такие производители как LUK и Sachs изобрели конструкцию двухмассового маховика и чаще всего с завода в машинах стоят именно их детали. Поэтому при разнице в стоимости между оригиналом и продукцией LUK/Sachs выбирайте то, что будет дешевле — в коробке будет одно и то же.

Одномассовый маховик меняется только на деталь такой же конструкции. Для тюнинга автомобилей применяют облегченные маховики, но его нельзя просто установить — нужно менять или компоненты двигателя, или хотя бы настройки его работы.

Двухмассовый маховик следует менять на аналогичную деталь. Но некоторыми производителями предлагается замена двухмассовых маховиков на более надежную конструкцию одномассового маховика с определенными доработками. Такие conversion kits (комплекты для переоборудования) предлагает компания Valeo — еще один крупнейший мировой производитель автозапчастей и двухмассовых маховиков. Такая замена до сих пор остается спорным вопросом — такие производители как LUK и Sachs утверждают, что так делать нельзя — никакой одномассовый маховик не справится с задачами двухмассового (в первую очередь вибрациями и крутильными колебаниями), поэтому вы снижаете ресурс коробки передач и других смежных деталей. Valeo, который и предлагает подобную замену, утверждает, что его инженеры все продумали и такая замена допускается только для определенных моделей двигателей (VAG 1,9, 1,8 турбо, Passat B5, Caddy, Audi A3, Audi TT, Golf5, Golf6, Skoda Octavia в первом кузове, практически все модели группы VAG с 2000-х по 2009 год с двигателями 1,8).

Подпишись на наш канал в Я ндекс.Дзене

Еще больше полезных советов в удобном формате