Маховик двигателя: назначение, принцип работы и разновидности

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”.

фотогалерея:

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.

Рис. 2 Зацепление венца маховика с бендиксом стартера

Рис. 3 Жесткая связь маховика 1 с диском сцепления 2

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.

Рис. 4 Преодоление поршнями мертвых точек за счет инерции маховика

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.

Рис. 5 Расположение маховика на валу ДВС

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.

Рис. 6 Чертеж двигателя с местоположением маховика

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.

Использование[править | править код]

Используется в машинах, имеющих неравномерное поступление или использование энергии, накапливая энергию, когда поступление энергии выше чем расход, и отдавая её, когда потребление превышает поступление энергии. Также используется в гибридном двигателе в качестве накопителя энергии и для рекуперативного торможения, гиробусах.

Часто функцию маховика выполняет массивный вращающийся элемент механизма. Такие как гончарный круг, массивные колеса водяной мельницы или массивные зубчатые колеса.

Помимо энергии, вращающийся маховик (как и любое вращающееся тело) обладает ещё и моментом импульса, с чем связано наблюдение гироскопического эффекта, заключающегося в прецессии оси вращения вокруг своего первоначального направления при появлении внешней силы, не совпадающей с направлением оси вращения.

Первым примером использования гироскопического эффекта можно считать изобретение игрушки «волчок» («йо-йо»).

Одним из первых применений гироскопического эффекта стал переход в XIX веке от стрельбы круглыми ядрами к продолговатым снарядам, вращение которых позволило сохранять их ориентацию в пространстве, а продолговатая форма — значительно увеличить их массу (болванка) или же разрывной заряд при равном аэродинамическом сопротивлении.

Маховиком является и ротор гироскопа, используемого в гирокомпасах и вообще в гироскопических устройствах ориентации в пространстве, в частности торпед (прибор Обри), ракет и космических аппаратов. Наиболее привычные примеры маховика — велосипедное колесо или вращающийся диск электро-проигрывателя виниловых пластинок.

Свойство маховика сохранять направление оси вращения используется в успокоителях качки корабля.

В повседневной жизни маховик наиболее часто применяется на автомобилях: любой поршневой двигатель снабжён маховиком, часто совмещающим функции как часть сцепления и системы пуска (маховики снабжают зубчатым венцом для передачи момента от стартера). Кроме вывода кривошипно-шатунного механизма из мёртвой точки, маховик в двигателе снижает неравномерность вращения до приемлемой, что увеличивает ресурс трансмиссии (оставшаяся часть неравномерности гасится пружинами демпфера крутильных колебаний или муфтой АКПП, затем торовыми резиновыми и вискомуфтами).

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.

Рис. 7 Цельнометаллический маховик

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.

Рис. 8 Венец маховика

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.

Рис. 9 Облегченный маховик

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.

Рис. 10 Двухмассовый маховик

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.

Рис. 11 Конструкция демпферного маховика

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.

Виды

На сегодняшний день выделяются три вида маховиков:

1. Сплошной. Представляет собой простой чугунный диск с зубьями на торце. Такие модели распространены как на отечественных автомобилях, так и на иномарках, особенно эконом-класса.
2. 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.
3. 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.

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.

Рис. 12 Принцип работы маховика со сцеплением

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.

Рис. 13 Принцип действия маховика двухмассового

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.

Видео на тему

Похожие публикации

• Как работает кондиционер в автомобиле
• VVT-i: что это за система на Toyota
• Что такое система «старт-стоп» на автомобиле?
• Как определить полярность аккумулятора автомобиля

Оставить отзыв Отменить ответ

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).

Рис. 14 Выработка зубьев

Рис. 15 Поломка пружины демпфера

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:

1. несоблюдение требований руководства эксплуатации – скорости переключаются на «неправильных» оборотах;
2. плохой контакт – клеммы стартера и АКБ должны крепится жестко;
3. износ подшипников коробки передач и коленвала – возникают вибрации;
4. износ подушек ДВС – вибрации передаются на все элементы двигателя;
5. нарушена регулировка топливной аппаратуры – двигатель работает неравномерно, с перебоями;
6. 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.

Рис. 16 Замена венца по метке

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.

Рис. 17 Датчик положения коленвала

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.

Рис. 18 Ремонт двухмассового маховика

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.

Рис. 19 Замена обычного маховика облегченным

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.

Если у вас возникли вопросы — оставляйте их в комментариях под статьей. Мы или наши посетители с радостью ответим на них

Возможные неисправности

Ниже представлены наиболее распространенные неисправности детали.

• Износ венца. Со временем зубцы на венце могут истереться, благодаря чему при запуске мотора стартер будет на них пробуксовывать. Завести авто будет проблематично – это получится не с первого раза.
• Нарушение центровки. Маховик должен быть установлен соосно кардану и диску сцепления. В противном случае при передвижении на транспортном средстве будет слышаться так называемое «биение».
• Износ диска. Часть детали, которая выполняет функции диска сцепления, подвержена наиболее серьезным нагрузкам. В результате этого она может истираться, на ее поверхности могут появляться заусенцы, углубления. Результат всего этого – сокращение размеров площади соприкосновения дисков трансмиссии и, как следствие, плохое сцепление. Еще один признак поломки – шум при передвижении автомобиля.
• Износ крепежа коленвала. Место, куда крепится коленчатый вал, со временем тоже изнашивается. В результате появляется люфт. Он приводит к появлению шума во время движения транспортного средства.

Все перечисленные поломки возникают у одномассовых или облегченных устройств. У двухмассовых также может возникнуть неисправность демпферов. Она чаще всего выражается в их износе. В результате этого часть конструкции, соединенная с коленвалом, передает не всю энергию на часть, которая является диском сцепления. Понять о том, что возникли проблемы, можно по следующим «симптомам»:

• шум, стук;
• появление так называемых плавающих оборотов;
• самопроизвольные «подтрагивания», возникающие на холостом ходу;
• повышение уровня вибрации при езде;
• рывки при переключении скоростей.