Как располагается основная масса металла на маховике двигателя

Обновлено: 16.05.2024

Заключительное звено кривошипно-шатунного механизма поршневого двигателя – группа коленчатого вала. Детали этой группы завершают процесс преобразования поступательного движения поршня во вращательное движение выходного звена.
В группу коленчатого вала входят: собственно коленчатый вал, противовесы, маховик, элементы привода газораспределительного и других вспомогательных механизмов и систем двигателя, узел осевой фиксации и детали маслоуплотняющих устройств.

Наиболее сложной и ответственной деталью группы коленчатого вала является сам коленчатый вал.
От технического совершенства конструкции и качества изготовления коленчатого вала во многом зависят полнота использования двигателем тепловой энергии сгоревших газов, т. е. КПД, потери на трение, долговечность, надежность, эффективность и экономичность двигателя.

Коленчатый вал двигателя

«Коленчатый вал – деталь, изогнутая до невозможности и вращающаяся до потери пульса»
Поговорка слесарей-мотористов

Коленчатый вал поршневого двигателя является деталью, конструкция которой позволяет завершить преобразование возвратно-поступательного прямолинейного движения поршня во вращательное движение. Как упоминалось в одной из статей об автомобилях, вращательное движение является оптимальным для большинства передвигающихся по суше машин и механизмов (т. е. для легковых, грузовых автомобилей и автобусов, тракторов и сельскохозяйственной техники и т. д.), поскольку основным движителем для таких машин является колесо, совершающее в процессе выполнения работы вращательное движение.

Коленчатый вал поршневого двигателя воспринимает усилие со стороны шатуна и преобразует их в крутящий момент. Кроме того, коленчатый вал обеспечивает движение поршней во время вспомогательных тактов и пуска двигателя, а также приводит в действие вспомогательные механизмы и приборы двигателя и его систем.

Усилия со стороны газов и сил инерции при большой длине коленчатого вала вызывают заметные продольные и угловые деформации, причиной которых являются динамические (переменные) нагрузки, способные при продолжительных воздействиях привести к усталостным разрушениям.

Шейки коленчатого вала работают при больших окружных скоростях и испытывают значительные тепловые и механические напряжения. При этом шатунные шейки совершают сложные перемещения, вызывающие комплексные инерционные нагрузки.

Исходя из перечисленных выше условий, в которых работает коленчатый вал, к его конструкции предъявляются следующие требования:

форма коленвала должна обеспечивать уравновешенность двигателя в время работы;
высокая жесткость, исключающая недопустимые деформации;
высокая усталостная прочность и способность противостоять динамическим нагрузкам;
высокая износостойкость трущихся поверхностей;
минимальная масса, позволяющая снизить возникающие во время вращения вала инерционные силы и моменты.

Особенности конструкции коленчатого вала

Основными элементами коленчатого вала (рис. 1) являются коренные 4 и шатунные 2 шейки, соединяющие щеки 3, носок 5 и хвостовик 1. Две шатунные шейки, шатунная шейка и щеки, соединяющие их, образуют кривошип.

Торцевые поверхности щек, выступающие за шейки, шлифуются и образуют кольцевые пояски, используемые для осевой фиксации шатунов и самого коленчатого вала. Эти кольцевые пояски сопрягаются с цилиндрической поверхностью шеек плавными переходами – галтелями.

Внутри шеек и щек имеется система каналов и отверстий для подачи смазочного материала к подшипникам. Масло, как правило, поступает к шатунным вкладыши по каналам из смежных коренных подшипников.

Достаточную жесткость на изгиб обеспечивают так называемые полноопорные валы, в которых число коренных шеек на одну больше количества шатунных шеек.

Расположение шатунных шеек определяется из условия равномерного распределения воспламенения и уравновешенности деталей.

Коленчатые валы могут быть цельными и составными, т. е. разборными – состоять из отдельных кривошипов, соединяемых в единый узел. Составные валы применяются редко, только в случае использования коренных подшипников качения (рис. 2).

Щеки коленчатого вала со стороны коренных шеек часто имеют продолжение, заканчивающееся противовесами, предназначенными для разгрузки коренных подшипников от действия центробежных сил вращающихся масс, которые обусловлены дисбалансом вала из-за смещения шатунных шеек относительно оси вращения, а также для общего уравновешивания двигателя.
Противовесы выполняются заодно с коленчатым валом, но в случае большой их массы (например, в дизелях) они могут изготавливаться отдельно от вала и крепиться к нему болтами, шпильками или штифтами.

На носке коленчатого вала устанавливают шкивы или зубчатые колеса для привода механизма газораспределения, насосов, вентилятора и других механизмов и узлов различных систем двигателя.
На хвостовике коленчатого вала устанавливается маховик, уравновешивающий вращающиеся массы двигателя, на котором выполнен зубчатый венец для пуска двигателя.
Иногда зубчатые колеса привода газораспределительного механизма устанавливают не на носке, а на хвостовике, где имеются элементы уплотнения – гребень и маслосгонная резьба или накатка.

Коленчатый вал воспринимает значительные осевые усилия, возникающие при работе косозубых распределительных зубчатых колес и при выключении сцепления. Для того чтобы предотвратить перемещение вала от воздействия этих усилий, применяется осевая фиксация, которая обеспечивается упорными буртами вкладышей или упорным подшипником (см. рис. 3). В собранном узле образуется осевой зазор 0,05…0,15 мм, обеспечивающий свободное вращение вала.

Для уменьшения трения рабочая поверхность упорных колец покрывается антифрикционным сплавом. От проворачивания упорные кольца фиксируются штифтами.

После изготовления коленчатые валы подвергаются статической и динамической балансировке.

Жесткость и прочность коленчатого вала достигается:

увеличением поперечного сечения шеек и щек;
максимальным уменьшением массы шатунных шеек;
рациональным размещением противовесов;
уменьшением концентрации напряжений, создаваемых шатунными шейками.

Концентрацию напряжений уменьшают увеличением радиуса галтелей, наклонным расположением отверстий в шатунной шейке, применением бочкообразной формы полости внутри шатунной шейки.

Высокая износостойкость шеек коленчатого вала достигается ограничением усилий воздействия на подшипники, оптимальным выбором материала антифрикционного слоя, закалкой шеек и галтелей вала токами высокой частоты с последующим отпуском, азотированием шеек и галтелей, а также обеспечением оптимального режима смазывания.

Как и из каких металлов изготавливают коленчатые валы?

Коленчатые валы изготавливаются штамповкой из стали или отливаются из специальных чугунов. Для штампованных валов используют стали 45, 45Х, 40ХФА, 42ХМФА, 18Х2Н4ВА.

Коленчатые валы бензиновых двигателей отливают из чугуна. Их производство дешевле, им легко придать необходимую форму, однако нагрузки на изгиб они выдерживают значительно хуже, чем валы из стали, поэтому в дизелях чугунные валы применяют редко.

Маховик

Маховик служит для накопления кинетической энергии во время рабочего хода, уменьшения неравномерности вращения коленчатого вала, сглаживания момента перехода поршня через ВМТ и НМТ, облегчения пуска двигателя и трогании автомобиля с места. Маховик отливают из серого чугуна, располагая основную массу металла на ободе для увеличения момента инерции.

Для осуществления пуска двигателя электростартером на обод маховика напрессовывается зубчатый венец 2 (см. рис. 4), либо его крепят специальными болтами.

На ободе или торце маховика могут быть нанесены метки для установки поршня первого цилиндра в ВМТ или градусная шкала для установки момента зажигания (в градусах).

Для установки маховика на фланец коленчатого вала в однозначном положении одно из отверстий крепления маховика смещают на небольшой угол (примерно 2˚). В противном случае применяются установочные штифты и установочную втулку 4.

Маховик: равномерность и надежность работы двигателя

В любом поршневом двигателе внутреннего сгорания можно найти массивную деталь кривошипно-шатунного механизма и других смежных систем — маховик. Все о маховиках, их существующих типах, конструкции и принципе работы, а также о выборе, ремонте и замене данных деталей — читайте в представленной статье.

Роль и место маховика в двигателе

Маховик (маховое колесо) — узел кривошипно-шатунного механизма (КШМ), сцепления и системы запуска поршневого ДВС; расположенный на хвостовике коленчатого вала металлический диск большой массы с зубчатым венцом, обеспечивающий стабильное функционирование мотора за счет накопления и последующей отдачи кинетической энергии.

Работа поршневых ДВС неравномерна — в каждом из его цилиндров за два оборота вала совершается четыре такта, и в каждом такте скорость движения поршня различна. Для устранения неравномерности вращения коленвала одинаковые такты в разных цилиндрах разнесены во времени, также в состав КШМ вводится дополнительный узел — маховик, выполненный в виде массивного металлического колеса, зафиксированного на задней части коленвала.

Маховик решает несколько ключевых задач:

Обеспечение равномерности угловой скорости коленчатого вала;
Обеспечение вывода поршней из мертвых точек;
Передача крутящего момента от коленчатого вала на механизм сцепления и далее на КП;
Передача крутящего момента от шестерни стартера на коленвал при пуске силового агрегата;
Некоторые типы деталей — гашение крутильных колебаний и вибраций, развязка КШМ и трансмиссии транспортного средства.

Маховик в сборе с коленчатым валом двигателя

Данная деталь за счет значительной массы накапливает кинетическую энергию, получаемую во время рабочего хода, и отдает ее коленвалу на остальных трех тактах — этим обеспечивается как выравнивание и обеспечение стабильности угловой скорости коленвала, так и вывод поршней из ВМТ и НМТ (за счет возникающих сил инерции). Также именно через маховик осуществляется связь двигателя с трансмиссией автомобиля и передача крутящего момента от шестерни электростартера на коленвал при пуске мотора. Маховик критически важен для нормальной эксплуатации транспортного средства, поэтому при его неисправности необходимо как можно скорее выполнить ремонт или полную замену. Но прежде, чем начинать ремонтные работы, следует разобраться в существующих типах, конструкции и особенностях работы маховиков современных ДВС.

Типы и устройство маховых колес

На современных моторах используются различные по конструкции маховики, но самое широкое распространение получило три типа этих деталей:

Сплошной;
Облегченный;
Демпферный (или двухмассовый).

Наиболее простое устройство имеют сплошные маховики, которые находят применение на большинстве поршневых ДВС — от малолитражных, до самых мощных промышленных, тепловозных и судовых. Основу конструкции составляет чугунный или стальной диск диаметром 30-40 см и более, в центре которого выполнено посадочное место для установки на хвостовик коленчатого вала, а на периферии запрессован венец. Посадочное место для коленвала обычно выполнено в виде расширения (ступицы), в центре которого имеется отверстие большого диаметра, а по окружности располагается 4-12 или больше отверстий для болтов, посредством которых маховик фиксируется на фланце хвостовика вала. На наружной поверхности маховика выполнено место для установки сцепления и отформирована кольцевая контактная площадка для ведомого диска сцепления. На периферии маховика запрессовывается стальной зубчатый венец, посредством которого в момент пуска передается крутящий момент от шестерни стартера на коленвал.

Обычно при изготовлении маховик балансируется для предотвращения биений во время работы двигателя. При балансировке в различных местах маховика удаляются излишки металла (сверловкой), также с целью балансировки в определенном положении устанавливается сцепление и другие детали (если они предусмотрены). В дальнейшем ориентация маховика и сцепления не должна изменяться, в противном случае возникнет опасный для коленчатого вала и всего двигателя дисбаланс.

Облегеченный маховик

Аналогичную конструкцию имеют и облегченные маховики, однако в них для снижения массы выполнены окна различной формы и размеров. Выборка металла маховика с целью снижения его массы обычно выполняется в целях тюнинга и форсирования двигателя. Установка такого маховика несколько снижает стабильность работы силового агрегата на переходных режимах, но обеспечивает быстрый набор максимальных оборотов и в целом позитивно сказывается на мощностных характеристиках. Однако установка облегченного маховика может производиться только параллельно с выполнением других работ по тюнингу/форсированию двигателя.

Двухмассовые маховики имеют гораздо более сложную конструкцию — в их состав входят различные по устройству и принципу действия гасители крутильных колебаний и демпферы. В простейшем случае этот узел состоит из двух дисков (ведомого и ведущего), между которыми располагается гаситель крутильных колебаний — одна или несколько дуговых (свернутых в кольцо или изогнутых дугой) витых пружин. В более сложных конструкциях между дисками располагается ряд шестерен, которые выполняют роль планетарной передачи, а количество пружин может достигать десятка и более. Двухмассовый маховик, как и обычный, монтируется на хвостовик коленчатого вала и удерживает на себе сцепление.

Конструкция двухмассового маховика

Работает демпферный маховик довольно просто. Ведущий диск соединен непосредственно с фланцем коленчатого вала, получая от него крутящий момент, а также все колебания, вибрации и возникающие на переходных режимах толчки. Крутящий момент от ведущего диска на ведомый передается через пружины, однако они за счет своей упругости поглощают значительную часть вибраций, толчков и колебаний, то есть — выполняют функции демпфера. В результате такой развязки ведомый диск, а также соединенное с ним сцепление и трансмиссия, вращаются более равномерно, без колебаний и вибраций.

В настоящее время двухмассовые маховики, несмотря на их сложную конструкцию и относительно высокую стоимость, все чаще устанавливаются на двигатели легковых и грузовых автомобилей. Рост популярности этих деталей обусловлен их лучшим качеством работы и защитой трансмиссии от негативных воздействий со стороны силового агрегата. Однако маховики сплошной конструкции благодаря своей цене, надежности и простоте очень широко используются на бюджетных авто, большинстве тракторов, грузовиков и иной технике.

Вопросы выбора, замены и обслуживания маховика

В процессе эксплуатации двигателя маховик подвергается значительным механическим нагрузкам, поэтому со временем в нем возникают разного рода неисправности — трещины, износ поверхности контакта с ведомым диском сцепления, износ и выломы зубцов венца, деформации и даже полное разрушение (этому подвержены чугунные детали). Неисправности маховика проявляются повышением уровня вибраций и шумов во время работы двигателя, ухудшением работы сцепления, ухудшением или невозможностью запуска мотора стартером (вследствие износа зубчатого венца) и т.д. При появлении этих признаков маховик необходимо осмотреть, при необходимости демонтировать и подвергнуть дефектации, а в случае обнаружения неисправностей — выполнить замену детали в сборе.

Наиболее часто в маховиках сплошной конструкции причиной проблемы становится зубчатый венец, а также трещины и поломки самого диска. При нормальном состоянии маховика венец можно заменить, на замену следует брать деталь того же типа и модели, что стояла ранее. В случае необходимости можно использовать венец с иным числом зубов, однако такая замена не всегда возможна. Демонтаж строго венца обычно выполняется механически — ударами молотка через зубило или иной инструмент. Установка нового венца производится с его нагревом — вследствие температурного расширения деталь легко встанет на свое место, а после остывания надежно зафиксируется на маховике.

В демпферных маховиках зачастую возникают более сложные неисправности — поломка или полное разрушение дуговых пружин, износ подшипников, износ трущихся деталей дисков и т.д. В большинстве случаев двухмассовый маховик не подлежит ремонту, а заменяется в сборе. В отдельных ситуациях возможна замена венца и подшипников, но эти работы лучше доверять специалистам. Диагностика демпферного маховика проводится как на двигателе, так и на снятой детали. В первую очередь проверяется угол отклонения ведомого маховика и люфт, если угол слишком большой или, напротив, маховик заклинил, то деталь должна быть заменена.

Все диагностические работы и замена маховика должны выполняться в соответствии с инструкцией по ремонту и обслуживанию транспортного средства. Для доступа к детали в большинстве случаев приходится демонтировать коробку передач и сцепление, что связано с дополнительными затратами времени и сил. При монтаже нового маховика необходимо соблюдать ориентацию сцепления, а также использовать определенных тип крепежа и, если это нужно — типы смазочных материалов. Если маховик подобран и заменен правильно, то двигатель и трансмиссия будут надежно работать, уверенно выполняя свои функции.

Маховик двигателя: назначение, принцип работы и разновидности

В силу конструкционных особенностей поршни ДВС машины во время работы имеют несколько мертвых точек. Выводит их из этого положения именно массивная деталь – маховик двигателя, набирающий инерцию во время вращения, позволяющую преодолеть мертвую точку в верхней и нижней амплитуде.

Назначение маховика

Необходим маховик двигателя для набора инерции вращения коленчатого вала, которая позволяет поршням преодолеть мертвые точки. Кроме того, эта деталь двигателя внутреннего сгорания передает крутящий момент на стартер и коробку передач. Снижается неравномерность вращения кривошипно-шатунного механизма.

Другими словами – маховик условно является маятником, вращающимся в одну сторону. Без него невозможен запуск ДВС, снизится ресурс практически всех систем мотора.

К каким системам относится?

Несмотря на то, что крепится деталь на коленчатый вал ДВС, относится маховик сразу к нескольким системам двигателя:

редуктор системы запуска – на него передается вращение;
стартер – работа маховика обеспечивает начальное вращение вала ДВС;
коробка передач – на нее передается крутящий момент с диска сцепления;
кривошипно-шатунный механизм – сглаживаются импульсы неравномерного вращения.

Крупные размеры маховика позволяют при начальном вращении набрать этой детали инерцию. Поскольку она жестко связана с коленвалом, поршни в нижней/верхней точке не задерживаются, а увлекаются дальше по ходу вращения для нового цикла сжатия/воспламенения топлива.

Из-за наличия мертвых точек вал вращается неравномерно, вначале набирает угловую скорость, затем теряет ее. Поэтому диаметр маховика подбирается для каждого мотора индивидуально, чтобы сгладить значения этих угловых скоростей в разные отрезки времени. Основными проблемами при этом становятся:

расположение вращающегося маховика на одном конце коленвала – резкое увеличение нагрузки на подшипник с этой стороны;
повышение общего веса коленвала – нагрузка возрастает на оба подшипника, кривошипы и шатуны.

Поэтому подшипники усиливаются, чтобы вращаться в экстремальных эксплуатационных условиях весь заявленный ресурс.

Местоположение внутри ДВС

Находится эта деталь всегда у коренного подшипника коленчатого вала, являющегося самым мощным в моторе. Более подробно увидеть местоположение внутри ДВС позволяет чертеж маховика сборочный. К фланцу коленвала он крепится ступицей, обратная сторона приходит в зацепление с главным диском сцепления. Зубчатый венец на наружном диаметре маховика предназначен для зацепления с бендиксом стартера в момент запуска ДВС.

Поскольку во всех указанных приводах используются зубчатые передачи, метка на маховике показывает его нормальное положение относительно вала и ведущего диска сцепления. Чтобы деталь, в свою очередь, не создавала вибраций на коленвал ДВС, производится балансировка маховика на стенде.

Конструкция маховика

Изначально детали изготавливалась из чугуна цельной, в настоящее время кроме классических модификаций существуют дополнительные виды маховиков демпферный и облегченный. Автомобиль комплектуется этим узлом на заводе, но в некоторых случаях владелец может произвести тюнинг ДВС, заменив его другой модификацией.

Классический сплошной

Традиционный полнотелый маховик отливается в виде диска из серого чугуна. Этот конструкционный материал не пригоден для изготовления зубчатой передачи, зато резко снижает себестоимость детали и повышает эксплуатационный ресурс.

Затем на наружный диаметр заготовки напрессовывают обод маховика с зубьями для периодического зацепления в момент запуска ДВС с бендиксом стартера. Диаметр готового изделия обычно составляет 40 см, число зубьев зависит от конкретной схемы передачи авто.

С одной стороны поверхность маховика имеет вид фланца для присоединения к аналогичным посадочным отверстиям главного диска сцепления. Для защиты от механических повреждений используется кожух маховика, крепящийся болтами к блоку цилиндров.

При регулярном подключении/отключении стартера возможна поломка зубьев. Поэтому обод (венец) считается расходным элементом детали, продается отдельно. Корпус (тело) ремонту обычно не подлежит, заменяется целиком после выработки ресурса.

В современных машинах воспламенением в камерах сгорания заведует датчик ДПКВ или ВМТ. Он отсчитывает проходящие мимо его зубцы наружного венца маховика, определяя положение коленвала в каждый момент времени. Сигнал подается в бортовой компьютер, по положению вала вычисляется, какой цилиндр в это время сжимает топливную смесь, подается искра для воспламенения.

Облегченный

При решении основной задачи при комплектации коленвала маховиком – вывод из мертвых точек поршней ДВС, автоматически возникает другая проблема:

тяжелая деталь сильнее нагружает коленчатый вал и увеличивает время разгона машины;
угловая скорость маховика не может снизиться мгновенно, при торможении происходит запаздывание.

Поэтому для улучшения указанных характеристик мотора вес детали снижают на несколько килограммов, изготавливая прорези ближе к центру. Динамика улучшается максимум на 5 – 7%, однако на низких оборотах возникают следующие минусы:

затрудненное движение по скользкой и грязной трассе;
снижение момента крутящего;
при переключении на высшую передачу недостаточный набор оборотов, изнашивается диск сцепления;
небольшое увеличение расхода горючего;
быстрая потеря крутящего момента, несмотря на практически мгновенный разгон.

Для облегченных деталей из алюминиевого сплава или с прорезями в теле используется стандартный кожух маховика, которым укомплектована машина на заводе.

Двухмассовый

Проблему компенсации вращательных колебаний решает демпферный маховик, конструкция которого схожа с обгонной муфтой генератора. В отличие от бензинового двигателя дизельный мотор по умолчанию низкооборотный. Динамика машины достигается за счет передаточного числа трансмиссии. Кинематическая схема привода здесь сложнее, детали прочнее, а узлы крепче.

Двухмассовый маховик ДВС имеет сложную конструкцию:

один диск (корпус) крепится на коленвал, имеет наружный венец для зацепления со стартером;
второй зафиксирован на диске сцепления;
между собой диски вращаются относительно друг друга на радиальном и упорном подшипниках;
демпфирующие пружины так же находится между дисками в полимерном сепараторе, предотвращающем блокировку.

В момент запуска ДВС работает пакет с мягкой пружиной, в нормальном режиме работы двигателя включается в действие жесткая пружина. Для смазки деталей трения используется паста с сульфидом молибдена, закладывающаяся в маховик на весь эксплуатационный ресурс, составляющий около 150 000 км пробега машины. Причем, смазка не должна попадать на детали сцепления, с торцов дисков маховика она удаляется при ТО и осмотре.

Принцип действия

В момент запуска ДВС вращение маховика обеспечивается стартером, деталь получает начальную скорость, набирает инерцию. Дальше поршень двигателя «зависает» в верхней мертвой точке, вал вращаться не может. Однако за счет инерции маховика коленвал немного прокручивается, что позволяет ему осуществить следующий цикл сжатия, воспламенения топливной смеси, получить энергию для следующего вращения.

В это же время датчик контролирует положение вала и поршней на нем, соответственно. Информацию, передаваемую этим прибором, анализирует компьютер, подавая поочередно зажигание в соответствующие камеры сгорания.

В двухмассовом маховике ситуация немного другая:

в момент старта одна половинка этого узла получает высокую угловую скорость, вторая остается неподвижной;
в это же время первая половинка маховика начинает сжимать пружину, которая обеспечивает плавное вращение жестко связанного с ней диска трансмиссии;
затем скорости обеих половинок выравниваются относительно друг друга, работают в едином режиме;
в момент сбрасывания оборотов водителем педалью газа вторая половинка начинает обгонять первую;
однако жесткого дара по деталям мотора вновь не происходит, так как начинает сжиматься другая пружина в обратном направлении;
скорости половинок снова выравниваются, цикл повторяется снова.

За воспламенение по прежнему отвечает ДПКВ датчик, а кожух маховика защищает узел от внешних воздействий. В узел сцепления встроен аналогичный демпфер, который при эксплуатации двухмассового маховика становится не нужным.

Ремонт маховика

Основные неисправности маховика логично вытекают из его конструкции:

изнашиваются и ломаются зубья венца;
лопаются пружины, протекает смазка, попадает на диск сцепления (только у демпферных модификаций).

Внимание: Вышедший из строя ДПВК датчик не относится к поломкам маховика. Но машина точно не заведется, поскольку нарушится последовательность зажигания к камерам сгорания.

Зато во время разрушения пружин или подшипников маховика демпферного части деталей могут повредить стартер, детали сцепления, что резко увеличит стоимость ремонта машины.

Причины неисправности

Кроме агрессивного стиля вождения (быстрый разгон/резкое торможение) причинами неисправности маховика являются:

несоблюдение требований руководства эксплуатации – скорости переключаются на «неправильных» оборотах;
плохой контакт – клеммы стартера и АКБ должны крепится жестко;
износ подшипников коробки передач и коленвала – возникают вибрации;
износ подушек ДВС – вибрации передаются на все элементы двигателя;
нарушена регулировка топливной аппаратуры – двигатель работает неравномерно, с перебоями;
качество солярки – влияет на процесс сгорания, возможны детонации.

Указанные причины способны многократно увеличить амплитуду не системных колебаний в дизеле. Системные колебания производителем учтены, для их компенсации используются технические решения в самой конструкции ДВС.

Диагностика

Поскольку вращается маховик на валу ДВС, диагностировать его неисправности очень сложно. Например, даже для визуального осмотра придется снять крышку и частично разобрать узел сцепления. Посторонние звуки (треск) очень схожи с неисправностями стартера, так как зубья бендикса входят в зацепление с венцом маховика.

Таким образом, при внешнем осмотре после разборки можно выявить дефекты зубчатой передачи и заусенцы со стороны диска сцепления (при шлифовке допускается снимать максимум 0,3 мм).

Замена венца

Поскольку зубья обода изготавливаются фрезерованием на высокоточных станках, наварить и обточить их для обеспечения заводской конфигурации невозможно в принципе. Поэтому венец заменяют, срезая УШМ с абразивной оснасткой, запрессовывая новый расходный элемент вместо него на тело из чугуна.

Основными нюансами ремонта являются:

масса маховика – должна соответствовать характеристикам ДВС;
передаточное число – количество зубьев должно остаться прежним для корректной работы ДПКВ датчика;
метка – взаимное расположение корпуса и венца отмечено чертой для правильной балансировки узла ДВС.

Специалисты СТО имеют чертеж мотора, не допускают ошибок, работают на профессиональном оборудовании. В домашних условиях сложно демонтировать обод без повреждения корпуса и надеть на него новый венец.

Ремонт демпферного маховика

Все без исключения производители двухмассовых маховиков рекомендуют менять этот узел сложной конструкции целиком после пробега авто с МКПП 150 тысяч километров. Однако некоторые сервисные мастерские обладают оборудованием и высококвалифицированным персоналом для ремонта этого узла.

Основными проблемами являются:

полное отсутствие на рынке расходных деталей, даже подшипники имеют редкую маркировку;
подбор синтетической смазки с содержанием сульфида молибдена;
сложная разборка неразъемный соединений (заклепки);
не менее сложная сборка заклепками или сваркой с последующей обработкой стыков;
сохранение кольца, без которого датчик ДПКВ работает некорректно, и балансировочных грузиков;
сложная обработка посадочных мест.

Обходится ремонт дешевле замены маховика демпферной новой деталью, но ненамного.

Взаимозаменяемость маховиков обычных, двухмассовых и облегченных

Поскольку новый двухмассовый маховик стоит очень дорого, для большинства владельцев авто, укомплектованных этими модификациями, актуален вопрос взаимозаменяемости этого узла сцепления и ДВС. Основными нюансами являются:

после установки цельнометаллического маховика вместо демпферного снизится, как комфортность эксплуатации, так и ресурс ШРУСов, редуктора, КПП, сцепления в целом;
при замене традиционного маховика на облегченный дискомфорта значительно меньше, но в идеале требуется перестройка всего двигателя под новый эксплуатационный режим.

Если владелец меняет обычный маховик на демпферный, необходимо установить новый комплект сцепления и отрегулировать его в обязательном порядке. В противном случае чаще всего плохо включается задняя и II передача.

Таким образом, классический цельнометаллический маховик больше подходит для бензиновых авто, имеет простейшую конструкцию, обладает высоким эксплуатационным ресурсом. Облегченный маховик применяется для тюнинга ДВС ограниченным числом водителей, двухмассовые модификации по умолчанию устанавливают на дизельные машины еще на заводе.

Облегченный маховик: конструкция, преимущества и недостатки, выбор для авто и замена своими силами

Облегченный маховик создан для улучшения динамики машины на высоких оборотах. В принципе его можно установить на штатный двигатель, но только после динамической балансировки в сборе на коленвалу вместе с корзиной сцепления и регулировки газораспределительного механизма.

Назначение тюнинга двигателя

Необходимость облегчить маховик возникает по следующим причинам:

из 720 градусов рабочего хода коленвала маховик необходим на отрезке вывода кривошипно-шатунного механизма из верхней мертвой точки максимум в 50 градусов;
все остальное время энергия ДВС расходуется на раскручивание этой массивной детали для аккумулирования ею кинематической энергии;
если на холостых и малых оборотах маховик стабилизирует перемещение транспортного средства, то на высоких оборотах он снижает динамику движения.

Например, в мощных ДВС стоят тяжелые валы, инерции которых в принципе достаточно, чтобы «сдернуть» КШМ из ВМТ, даже без участия маховика.

По этой причине обтачиваются штатные и покупаются облегченные диски с зубчатыми венцами из стали и алюминиевых сплавов разных конструкций.

Однако после замены без балансировки коленвала в сборе и регулировки механизма газораспределения можно получить противоположный эффект – нагрузить двигатель в обычных режимах, что приведет к выработке КШМ, коленвала, сцепления и прочих взаимосвязанных узлов машины.

Без углубления в теорию механики и динамики можно примерно вычислить эффект от снижения массы маховика, например на 1,5 кг для машины весом 0,9 т со стандартным двигателем (обороты 3000 – 6000) для разгона до 150 км/ч:

момент инерции снижается только в случае удаления металла с участков маховика возле его наружного радиуса, то есть зубчатого венца;
для разгона до указанной скорости последовательно включаются I – IV передачи по порядку при эксплуатации четырехступенчатой коробки КПП;
переключение I/II происходит на 3 – 6 тысячах оборотов, II/III на 4,5 – 6,5 тысячах, III/IV при вращении 4,5 – 5,1 тысяч об/мин;
угловая скорость на 3000 об/мин составит 314 с -1 , 4500 об/мин – 471 с -1 , 5100 об/мин – 534 с -1 и 6500 об/мин – 681 с -1 ;
разница кинетической энергии для вращения лишних 1,5 кг стали составит 1,44 кДж при 3000 оборотах, 3,26 кДж при 4500 оборотах, 4,2 кДж при 5100 оборотах и 6,8 кДж при 6500 оборотах.

В сумме облегченный маховик сэкономит 16 кДж кинематической энергии, то есть 2% с небольшим. Для спортивных машин и ДВС с высокими рабочими оборотами эффект значительно выше.

Внимание: Следует понимать, что на малых скоростях движения и в режиме холостого хода ДВС возможны проблемы.

Конструкция облегченного маховика

Технически обосновал, что дает облегченный маховик спортивным автомобилям, двукратный чемпион-раллист Э. Г. Сингуринди. До сих пор конструкция облегченного маховика «по Сингуринди» остается эталоном, но только с учетом конструкции всего двигателя и сцепления.

Внимание: Для водителей-новичков и пользователей, предпочитающих плавный стиль вождения, облегченный маховик не нужен в принципе. Данное руководство предназначено для профессионалов или уверенных пользователей, как минимум.

За счет чего снижается вес?

Тюнинг собственными силами в 85% случаев невозможен, так как необходима достаточно высокая квалификация сварщика, наличие стенда для динамической балансировки коленвала в сборе, поэтому производители выпускают для опытных пользователей облегченный маховик двух типов:

чугунный – фрезеровкой удалены сегменты возле наружного радиуса изделия;
дюралевый – диск цельный, чаще всего, стандартных размеров, но изготовлен из сплавов алюминия.

Стандартные маховики весят 6 – 13 кг, облегченные модификации 4 – 2,8 кг (реже 2,5 кг). Замена штатной детали на облегченный маховик производится только в комплекте со сцеплением, поэтому важно, чтобы посадочные отверстия корзины совпадали.

Дюралевый облегченный маховик имеет плюсы и минусы:

деталь цельная, лучше противостоит механическим поломкам;
однако металл мягкий, износ значительно выше.

У чугунного и стального маховика ситуация прямо противоположная – высокая износостойкость, низкая механическая прочность возле зубчатого венца.

«Лишний» металл снимают с изделия несколькими способами:

фрезерованием в промышленных условиях;
высверливанием сквозных отверстий в гараже, на СТО;
обтачиванием на токарно-винторезных станках на заводе или в гараже.

Сингурдини начинал свои опыты в советские времена на двигателях «Жигулей» и 412 «Москвичей». Позже доказал, что облегченные маховики могут эксплуатироваться на тяжелых легковых машинах (ГАЗ, внедорожники) без снижения комфортности старта и на малых оборотах.

Основным условием является обработка (стачивание) стенки маховика, на которой расположены посадочные отверстия для корзины сцепления, до размера (толщины), не меньше диаметра внутренней резьбы. Например, если корзина крепится болтом М8, стенка должна быть минимум 8 мм. В противном случае на высоких оборотах тело детали может быть срезано крепежом.

На что влияет изменение конструкции?

Эксплуатация облегченного маховика по ощущениям добавляет мотору мощности. На самом деле после обтачивания детали своими руками на малых оборотах расходуется на 2% меньше кинетической энергии. Зато при увеличении оборотов экономия наблюдается уже в геометрической прогрессии.

Новичку сложно тронуться с таким маховиком в гору и преодолеть «лежачего полицейского». Для профессионала на низких оборотах придется чаще выжимать акселератор, зато при их увеличении комфорт и динамика резко повышаются.

Замена штатного маховика облегченным

После принятия принципиального решения – стоит ли давать машину в тюнинг на СТО или производить модернизацию собственными силами, придется демонтировать штатный маховик, выбрать облегченный вариант по характеристикам или изготовить деталь самостоятельно. Затем демонтировать узел, заменить маховик вместе со сцеплением, произвести динамическую балансировку и регулировку газораспределительной системы.

Выбор по характеристикам

Покупая готовый маховик двигателя со сниженным весом, необходимо учесть расположение отверстий под корзину сцепления, диаметр, количество зубьев и конструкционный материал детали.

Изготовление своими силами

Как минимум, для этого необходим токарный станок и квалифицированный токарь. Рекомендуется использовать схему, чертеж и рекомендации Сингуринди:

из стандартного 7 кг изделия после проточки получается облегченный вариант 4,8 кг (для ВАЗ «классика»);
заготовкой служит б/у маховик или снятая детали с коленвала машины, подвергающейся тюнингу;
зубчатый венец для надежности приваривается к ободу с обеих сторон, швы зачищаются абразивным диском УШМ;
на подшипнике производится статическая балансировка.

Готовое изделие устанавливается на коленвал для последующей динамической балансировки.

Демонтаж

Перед тем, как облегчить маховик собственными силами, следует понимать, что для этого придется демонтировать несколько узлов и механизмов:

коробку КПП, чтобы снять сцепление, которое меняют вместе с маховиком;
ДВС частично для доступа к коленвалу и элементам КШМ, так как может потребоваться установка шатунов меньшей массы, обтачивание колен на валу.

Работы удобнее производить на подъемнике, в крайнем случае, на яме с вывешиванием на домкрат для демонтажа переднего колеса с водительской стороны.

Установка облегченного маховика

Величина силы инерции на коленчатом валу ДВС зависит от веса/угловой скорости шатунов и противовесов. После обточки маховика угловая скорость возрастает, поэтому сила инерции так же увеличивается, а противовесы остаются штатными.

Существует два варианта:

снижение радиуса вращения – потеря рабочего объема;
уменьшение массы вращающихся деталей – обычно шатунов.

Внимание: Требуется точный расчет, сколько «лишних» граммов убрать из веса шатуна. Иначе, эффект получится противоположным – снижение ресурса КШМ и ДВС в целом.

Если происходит обточка элементов коленвала, эта деталь вначале балансируется на динамическом стенде отдельно, затем на нее надевается маховик и корзина сцепления.

Балансировка

Обычно учитывают вес снятого с поверхности заготовки конструкционного материала – 35% в среднем. Точнее вес внешнего диаметра облегченного маховика снижается на 500 – 700 г/мм. На некоторых авто существует выбор нескольких типоразмеров сцепления, поэтому нужно учесть:

корзина и диск большего диаметра увеличивают поверхность контакта и качество зацепления, соответственно;
однако сцепление меньшего диаметра по аналогии с облегченным маховиком повышают динамику машины;
на штатном креплении М8 корзина может болтаться, сбивая настройки балансировки, поэтому при тюнинге диаметр часто увеличивают до М10 (рассверлить, нарезать резьбу).

Чтобы не дать разбалансированной детали разрушить подшипники и КШМ, коленвал балансируется на стенде в сборе.

Регулировка механизма газораспределения

В теории ДВС клапаны должны срабатывать при нахождении поршня в мертвых точках ВМТ и НМТ, соответственно. Однако на высоких оборотах время прохождения поршнем мертвой точки исчисляется тысячными долями секунды, поэтому цикл очистки камер сгорания от остаточных продуктов и наполнение их новой смесью будет неизбежно запаздывать.

Бортовой компьютер получает с датчика коленвала реальную информацию о пространственном положении поршней, но корректирует ее для инжекторной системы с учетом показаний датчика оборотов, то есть дает нужные параметры опережения или запаздывания, соответственно.

Другими словами, впускной клапан срабатывает с опережением ВМТ на 10 – 32 градуса, закрывается с опозданием на 40 – 85 градусов относительно НМТ. Аналогичные параметры выпускного клапана составляют 40 – 70 градусов опережения НМТ и 10 – 50 градусов запаздывания ВМТ, соответственно.

Кроме того, важно понимать, зачем между элементами клапанного привода используются зазоры:

в зависимости от температурного режима ДВС необходим тепловой зазор;
при нагреве клапан, головка цилиндров и блока расширяются, удлиняются;
зазором компенсируются линейные удлинения конструкционных материалов.

Облегченный маховик сбивает регулировки ГРМ, рассчитанные на другой момент инерции этой детали. Происходит запаздывание или опережение зажигания, теряется смысл тюнинга ДВС. Регулировку ГРМ лучше производить в СТО, а не гараже, у специалистов, обладающих необходимой квалификацией и оборудованием.

Таким образом, замена штатного маховика облегченным вариантом подходит исключительно для опытных пользователей, в идеале – на автомобилях с высокооборотными двигателями. Тюнинг по умолчанию стоит дорого, так как необходима разборка сцепления, КПП (частично), мотора (частично), балансировка коленвала динамическая, затем узла в сборе с маховиком, и окончательная с присоединенной корзиной сцепления на специальном стенде.

Читайте также: