Двухмассовый маховик в автомобиле.

К системам и узлам автомобилей сегодня нередко предъявляются противоречивые требования. Они должны обеспечивать мощность и динамику, экономию и экологичность, комфорт в салоне. Такой набор задач решают устройства, использующие современные конструкторские и технологические достижения. К ним относится двухмассовый маховик.

Уже в 1996 г. европейские производители оснащали двухмассовыми маховиками до 10% авто с механической коробкой передач. К 2011 г. доля возросла до 70%, в текущий момент превышает 80%. Однако далеко не все автовладельцы считают оправданной замену простого литого диска сложным с технической точки зрения узлом. Сделать выводы позволит всестороннее изучение вопроса.

Что такое двухмассовый маховик?

Двухмассовый маховик (ДММ, Zweimassenschwungrad – ZMS в немецком варианте, Dual mass flywheel – DMF в английском) представляет собой устройство с двумя инерционными корпусами (массами), расположенными на одной оси.

Массы, соединенные подшипниками, могут вращаться независимо. В пространстве между корпусами размещается пружинная демпфирующая система. Считается, что конструкция позволяет эффективно гасить колебания двигателя. Насколько оправдано усложнение?

Суть проблемы.

Даже в установившемся режиме работы мотора скорость вращения вала ДВС не остается постоянной. Благодаря особенностям конструкции двигателя (процесс носит периодический характер вне зависимости от числа цилиндров) изменения происходят даже в течение одного оборота.

Нагрузка двигателя (передаваемый через трансмиссию момент сопротивления) скачкообразно не изменяется, позволяет рассматривать ее как постоянную. Наложение изменяющейся скорости и момента силового агрегата на постоянную нагрузку приводит к появлению т.н. крутильных колебаний коленвала.

В результате:

  • Требуется увеличение прочности и массы деталей двигателя (возрастающие механические нагрузки требуют создания запаса прочности);
  • Возникает опасность появления механического резонанса, чреватого поломкой коленвала;
  • Колебания передаются на сцепление и коробку передач, снижая срок службы узлов;
  • В салоне автомобиля снижается уровень комфорта.

Ответом на вопрос как бороться с вибрацией двигателя становится эффективный демпфер.

Способы борьбы с крутильными колебаниями.

Производители автомобилей использовали различные способы гашения колебаний:

  • Литой маховик, оснащение дисков сцепления амортизирующими пружинами;
  • Применение специальных демпферов;
  • Установку ДММ.

Наиболее простой вариант с литым маховиком доказал эффективность.

Сегодня такое решение (с облегченной конструкцией узла, где масса сосредоточена ближе к краям диска) продолжает использоваться на большинстве машин с автоматической коробкой. Возросшие мощность, момент двигателей требовали усиления демпферов, гасящих колебания на малых оборотах. Появилась необходимость увеличения размеров и массы дисков, усиления пружин сцепления, совершенствования материалов фрикционных накладок. При этом неизбежно росли габариты ДВС, терялся комфорт управления сцеплением. Кроме того, при использовании жестких пружин подключение трансмиссии к валу двигателя происходит резче, что влечет опасность распространения резонансных явлений на валы КПП.

Специальные демпферы крутильных колебаний позволяли гасить энергию за счет преобразования. Конструктивно устройства включают 2 части – связанную жестко с валом двигателя и взаимодействующую с первой через упругие элементы.

Неравномерность угловой скорости вызывает деформацию последних, энергия упругих деформаций преобразуется в тепловую. Оптимальное место установки демпферов — носок вала, поскольку амплитуда крутильных колебаний здесь максимальна. Нередко дополнительным приемником энергии, поглощенной демпфером становится вспомогательное оборудование (демпфер используется для привода). Недостаток решения – увеличение габаритов ДВС, что особенно сказывается при поперечном расположении моторов в подкапотном пространстве. Кроме того, при возрастании крутящего момента в области низких скоростей вращения, характерном для современных силовых агрегатов, эффективность устройства снижается. Не смягчает его применение требований к сцеплению.

ДММ, являясь гибридными устройствами, оказались оптимальным решением. Маховик приобрел функциональность демпфера колебаний, нагрузкой служит сцепление.

Устройство и принцип работы двухмассового маховика.

Конструкция DMF значительно отличается от обычного литого. Она включает:

  • Внешний (главный) корпус (первая, ведущая масса), соединенный с валом двигателя. Зачастую выполняется как полый диск (своеобразная тарелка) с основным сосредоточением массы ближе к ободу. Периметр оснащается зубчатым венцом, входящим в зацепление с бендиксом (обгонной муфтой) стартера, служащим для запуска силового агрегата.
  • Внутренний (дополнительный) корпус (вторая, ведомая масса). Устанавливается соосно с внешним, в полости. Непосредственно связан со сцеплением – нередко выполняет роль ведущего диска.
  • Передаточная система (подшипники скольжения, зубчатое кольцо с планетарными шестернями и пр.), обеспечивающая связь ведущей и ведомой составляющих.
  • Пружинно-демпферная система. Набор расположенных по окружности дуговых пружин различной жесткости является основным элементом, гасящим энергию крутильных колебаний. Значительное количество элементов, увеличенное плечо (размещаются пружины на максимальном расстоянии от центра) позволяют эффективно бороться с колебаниями, присущими мощным, высокомоментным двигателям, даже на малых оборотах.

Внутренние полости маховика заполняются консистентной смазкой. Она способствует отводу тепла от упругих элементов, равномерной отдаче в окружающее пространство. Нередко используются материалы с изменяющейся в зависимости от температуры вязкостью.

К преимуществам ДММ относится увеличенный угол демпфирования. Конструкция классического сцепления включала несколько (6-8) пружин, размещаемых на расстоянии до 50-60 мм от центра диска. Допустимое отклонение составляет 12 градусов в любую строну (24 градуса суммарное). Десятки (в некоторых конструкциях, например, выпускаемых компанией Sachs более 50), расположенных на удалении 100-120 мм от центра, пружин позволяют получить одиночный угол демпфирования до 60 (суммарный до 120) градусов.

Увеличение угла, возможность устранять колебания ДВС при возросших мощностях и моментах достигается за счёт многоступенчатых (2 и более ступеней) пружинно-демпфирующих систем. Они включают блоки пружин с различной жесткостью. В комфортных условиях работы ДВС деформации подвергаются расположенные ближе к центру блоки с меньшей жесткостью. При увеличении нагрузок их воспринимают более энергоемкие жесткие упругие элементы крайних блоков, компенсируя увеличенный угол отклонения.

Нагруженные режимы соответствуют условиям резкого старта, мгновенного резкого роста числа оборотов вала мотора, торможения двигателем. В обычном режиме ДММ имитирует работу одномассового литого маховика. В современных авто (например, Ford с установленным трехцилиндровым двигателем EcoBoost) использование многоступенчатых DMF неизбежно (некоторые производители предлагают трехступенчатые системы).

Таким образом, двухмассовый маховик:

  • Устраняет крутильные колебания силового агрегата;
  • Препятствует возникновению резонансных явлений в двигателе, трансмиссии;
  • Защищает сцепление, коробку передач от ударных нагрузок, обусловленных высокой мощностью и моментом двигателя;
  • Стабилизирует работу ДВС на низких обортах, в режиме холостого хода;
  • Способствует оптимизации режимов агрегатов, позволяя частично снизить расход топлива, содержание токсичных веществ в выхлопе;
  • Обеспечивает комфортное управление сцеплением;
  • Препятствует распространению шума, вибраций, вызванных колебаниями, в салон автомобиля.

Видео о принципе работы устройства.

Проблемы ДММ.

Основным источником проблем двухмассового маховика является сложность конструкции. Ресурс устройства значительно меньше, чем литого аналога и составляет 150-180 (качественные изделия известных брендов ходят до 250) тыс.км. Фактически, срок службы не превышает аналогичный показатель дисков сцепления. Поэтому при замене последнего, как правило, требуется (или рекомендуется) замена DMF.

Наиболее распространенные неисправности устройства:

  • Износ деталей передачи между внутренней и внешней массами, обрыв массы;
  • Усталостный или тепловой износ элементов пружинно-демпфирующей системы, поломка пружин и сепараторов.
  • Механические повреждения корпусов, срабатывание зубцов и пр.

Наиболее весомая причина выхода ДММ из строя – эксплуатация в режимах с интенсивными нагрузками, что ускоряет износ узлов конструкции.

Не менее серьезный недостаток DMF – высокая стоимость. Оригинальные устройства официальные дилеры предлагают по ценам о 30 до 150 тыс. руб. (в зависимости от марки и модели авто, к примеру, ДММ на VW обойдется в 50-80 тысяч). Несколько дешевле аналоги (в примере с VW стоимость составит 25-30 тыс.). С учетом возрастающего при комплексной замене сцепления и демпфера объема работ, их стоимость увеличивается в среднем на 10-12 тыс.

Таким образом, утверждения о превосходстве в надежности, экономических преимуществах автомобилей, оснащенных МКПП, превращаются в миф:

  • Сцепление и двухмассовый маховик требуют замены, в среднем, через 120-150 тыс.км. пробега, при ресурсе АКПП (при соблюдении правил эксплуатации) в 250-300 тыс.
  • Стоимость запчастей и работ также сравнима с ремонтом (иногда, заменой) автомата.

Признаки неисправностей.

Судить о неполадках ДММ позволяет набор внешних признаков:

  • Появление посторонних звуков – скрипов при пуске/остановке двигателя, щелчков при росте числа оборотов (при износе зубцов передачи), гудение при увеличении скорости вращения (возникает при обрыве массы).
  • Ощутимые вибрации на малых оборотах и разгоне на высокой передаче, при резких изменениях скорости (свидетельствуют об износе демпферов).

При подозрении на поломку DMF необходима тщательная диагностика. Ее проводят в сервисных центрах, на стендах, осуществляющих замер уровня вибраций. Считающие услугу дорогой, могут провести приблизительную оценку состояния узла самостоятельно.

Для этого:

  • Устанавливают нейтральную передачу;
  • Разгоняют мотор до максимальных оборотов;
  • Удерживают режим в течение нескольких минут.

Отсутствие посторонних вибраций говорит о том, что причиной неприятностей маховик, скорее всего, не является.

Другая методика тестирования:

  • Во время движения включить максимальную передачу;
  • Снизить скорость (скорость вращения вала 1300-1500 об/мин).
  • Резко нажать педаль газа (до упора).

При исправном DMF посторонних звуков не возникает.

Обязательным этапом самостоятельной диагностики является осмотр устройства. О проблемах свидетельствуют:

  • Вытекание смазки;
  • Появление пятен побежалости (цветных разводов на поверхности металла, вызванных перегревом), трещин;
  • Увеличение радиальных зазоров подшипников;
  • Несоответствие углов поворота деталей указанному в технической документации;
  • Появление осевого люфта, свободного хода масс.

Если визуально и при замерах не выявляют неисправности (посторонние звуки, вибрация присутствуют), необходим демонтаж и разборка для определения внутренних неисправностей механизмов.

Диагностика.

Причины выхода из строя ДММ.

Основную опасность для DMF составляет высокий уровень крутящего момента современных двигателей, точнее, вызванные им перегрузки узла в различных режимах:

  • «Экологичное» вождение с частым переключением передач;
  • Граничные режимы, на рубеже «тряски» (резонанса) мотора;
  • Разгон с низких оборотов, любые резкие ускорения;
  • Движение в городском режиме (остановки/разгоны, особенно тяжелый вариант с остановкой и запуском мотора в системе «Старт/Стоп»).
  • Езда при высоком уровне нагрузки (буксировка прицепа, перевозки тяжелых грузов в багажном отсеке или на верхнем багажнике).

Однако, вывести из строя устройство способен не только стиль вождения. Поскольку ДММ работает в тесной связи с ДВС, его состояние влияет на работоспособность узла. Негативное воздействие оказывают:

  • Различие уровней компрессии;
  • Пропуски зажигания, неверная регулировка угла опережения;
  • Сбои системы впрыска;
  • Чип-тюнинг (если перепрошивка приводит к увеличению мощности/момента, нагрузки превышают расчетные).

Влияние оказывают исправность стартера, правильная регулировка сцепления.

Несколько слов о восстановлении.

Нередко для автовладельцев замена ДММ оказывается экономически неподъемной. Сервисные организации предлагают услугу восстановления, по цене в разы более выгодную (средний чек работ 10-12 тыс.руб.).

При этом производятся:

  • Замена изношенных и вышедших из строя деталей;
  • Смена смазочных материалов;
  • Проточка поверхностей (при выработке);
  • Балансировка.

Как правило, такие компании обладают достаточным опытом, и для ограниченных в средствах автомобилистов предложение является единственной альтернативой.

Однако не лишен вариант «подводных камней»:

  • Производители DMF не предусматривают ремонт устройств, не поставляют запчасти. Соответственно, опорные подшипники, дуговые пружины не проходят испытаний, отбраковки, соответствие их характеристик требуемым – серьезный вопрос.
  • Структура метала масс после перегрева претерпевает значительные изменения (естественно, не восстанавливается).

В итоге, надежность и качество маховика после восстановления значительно уступают оригинальным, а на длительную эксплуатацию рассчитывать не приходится.

Рекомендую прочитать:

Все о поршневых кольцах.
Что такое фаркоп?
Блок предохранителей ВАЗ 2110.
Можно ли ставить аккумулятор большей емкости на автомобиль?

Дата последнего обновления: 17 Июнь 2018.   Комментарии: 0.    Размещено в Автоазбука

Оставить комментарий или два

Autoepohc