Ідея використовувати в найпростіших механізмах велике колесо, що обертається, щоб врівноважувати ривки при русі, прийшла людям ще дуже давно і використовувалася, наприклад, в механізмах млина або гончарного круга, а потім і в парових машинах. Спочатку в автомобільних двигунах маховик використовували з цією ж метою: врівноважити коливання колінчастого вала. Однак зараз маховик виконує відразу кілька завдань.
Функції маховика ДВЗ
Маховик встановлюється на колінчастий вал двигуна і розташовується із зовнішньої частини двигуна. Таким чином, він конструктивно пов'язаний і безпосередньо з ДВЗ, зі зчепленням і з коробкою передач.
В конструкції двигуна маховик виконує відразу кілька функцій:
1. Демпфування обертових коливань, що виникають під час роботи двигуна. Що краще маховик гасить вібрацію, то менше навантаження на трансмісію і то довший її термін служби.
Гасіння коливань двохмасовим маховиком
2. Передача моменту обертання від колінчастого вала на зчеплення. Ведений диск зчеплення з'єднується з фрикційною поверхнею маховика.
Маховик з кошиком зчеплення
3. Передача моменту обертання на колінчастий вал від стартера. При запуску двигуна стартер входить в зачеплення із зубчастим колесом маховика для розкрутки колінчастого вала.
4. Маховик акумулює частину енергії обертання і створює інерцію, що перешкоджає зупинці двигуна. Без такого інерційного «підживлення» мотор просто зупинився б в той момент, коли поршні доходять до мертвих точок.
Вібрація маховика залежить від роботи двигуна
Таким чином нехитрий, в принципі, механізм виявився незамінним в супер-сучасних автомобілях. Єдине, що змінювалося протягом років, це конструкція самого маховика.
Конструкція маховика
Конструкція двомасового маховика
Розрізняють суцільні (звичайні), двомасові і полегшені маховики. У кожного з видів є свої плюси і мінуси.
- Суцільний або звичайний маховик – конструкція попереднього покоління, що представляє собою диск з чавунного сплаву, на який по колу напресовано сталевий зубчастий вінець. Такі маховики використовувалися, коли двигуни були ще «повільними» і не розвивали такої потужності, як зараз. Їх основний плюс – елементарна конструкція, в якій практично нема чому ламатися. Та й ціна нижча, ніж на більш сучасні моделі. Але на потужному двигуні простий маховик неефективний і дає надмірне навантаження на трансмісію. Навіть диски зчеплення з демпфувальними пружинами не гасять коливання колінчастого валу на старті і холостому ходу так ефективно, як це потрібно. Проте багато хто з автолюбителів спеціально встановлюють суцільні маховики замість двомасових, вважаючи це більш економним варіантом.
Суцільний маховик
- двомасовий маховик (він же демпферний, ZMS, DMF, Dual Mass Flywheel) – нове покоління, спрямоване на максимальне гасіння всіх небажаних коливань колінчастого валу на потужних двигунах з МКПП, полегшення перемикання передач і зменшення шуму двигуна. Він складається з двох дисків, з'єднаних через радіальний і опорний підшипники ковзання. Один диск є частиною колінчастого валу, а другий – частиною зчеплення. Між дисками розташовано пружинно-демпферний механізм, що гасить коливання і захищає коробку передач від вібраційних навантажень. У двомасових маховиках використовуються пружини двох типів: менш жорсткі поглинають енергію при помірних коливаннях, а більш жорсткі задіюються при великих навантаженнях. На відміну від пружин в диску зчеплення, дугові пружини маховика мають велику довжину і енергоємність, що дозволяє фрикційному диску маховика відхилятися (повертатися) в обидві сторони на кут до 100 градусів відносно стану спокою.
Варіанти розміщення пружин
Остання модель – двомасовий маховик з маятниковим гасильником коливань. Усередині маховика встановлюється відцентровий маятник, який прибирає залишкові коливання після дугових пружин.
Види двомасових маховиків:
1. Дворядний з додатковим внутрішнім контуром.
2. З маятниковим адаптивним демпфером.
3. З адаптивним збільшенням тертя, для невеликих і середніх ДВЗ.
4. З безпосереднім відбором потужності, для дводискового зчеплення, гібридного приводу і варіаторів.
- Полегшений маховик – ідея, яка прийшла з автоспорту. Як зрозуміло з назви, він має меншу вагу в порівнянні зі звичайним маховиком (приблизно на 1,5 кг), а значить, відбирає трохи менше потужності двигуна. Конструкція полегшеного маховика - є один диск з отворами ближче до зовнішнього краю. Дослідження показали, що полегшувати внутрішню частину маховика безглуздо: вирізи ближче до осі обертання не впливають на економію енергії, зате послаблюють всю конструкцію. І навпаки, зменшення ваги і товщини зовнішньої частини мало позначаються на міцності, але помітно підвищують віддачу потужності мотора (на 5% і вище). Такі маховики використовуються в професійному автоспорті і аматорському тюнінгу, коли переробляються практично всі вузли автомобіля.
Експлуатація маховика і можливі несправності
Будь-маховик, будь то простий або двомасовий, елемент досить надійний і при правильній експлуатації служить стільки ж, скільки сам двигун. Виробники заявляють ресурс 350 тис. км і більше.
Основне слабке місце всіх маховиків – зубчастий вінець, який з часом зношується. Зубці можуть стиратися або обламуватися, в результаті чого при старті чути характерний скрегіт. Зубчастий вінець – деталь знімна, і в разі необхідності можна купити новий і встановити на місце зношеного. Ресурс цієї деталі становить приблизно 200 тис. км, але може скоротитися через несправність стартера. При заміні зубчастого вінця маховик демонтують і для встановлення на місце після ремонту використовують нові кріпильні болти.
Сам маховик пошкоджується найчастіше при неправильній експлуатації автомобіля. Зокрема, основними проблемами, що примушують автовласника міняти маховик, є критичний перегрів, поява тріщин і зношення фрикційної поверхні, перегрів і витік мастила всередині двомасовиго маховика, поломка дугових пружин. Підшипники осі маховика виходять з ладу вкрай рідко і можуть вважатися досить надійним елементом.
Перегрівається маховик через несправне зчеплення, при пробуксовці веденого диска, і від багаторазових циклів нагрівання-охолодження метал слабшає і розтріскується. Перегрів може привести і до деформації диска, що проявляється сильною вібрацією і «биттям» зчеплення на певних оборотах. Одноразовий перегрів (наприклад, припікання веденим диском, після чого зчеплення замінили) без тріщин і деформацій не впливає на працездатність маховика.
Зношування поверхні маховика теж пов'язаний з роботою зчеплення: зношений диск тре заклепками маховик, і відремонтувати це вже ніяк не можна, потрібна тільки заміна.
Крім проблем із суміжними вузлами, частою причиною виходу з ладу маховика є манера водіння: тривала їзда на низьких оборотах двигуна (що нижчі оберти, то сильніша вібрація колінчастого вала), особливо з вантажем або причепом, часті зупинки з глушінням двигуна. Фахівці рекомендують стартувати і глушити двигун з вичавленою педаллю зчеплення.
Техобслуговування маховика як такого не проводиться. Його оглядають при заміні диска зчеплення, звертаючи увагу на стан зубчастого вінця і фрикційної поверхні. Якщо видимих пошкоджень і ознак некоректної роботи немає, маховик можна використовувати далі. Основні правила експлуатації – нормальне використання зчеплення і коробки передач без непотрібних навантажень, а також своєчасне обслуговування суміжних вузлів. Тоді маховик, ціна якого далеко не низька, буде служити вірою і правдою протягом тривалого часу.
Чи можна ремонтувати і відновлювати маховик?
Приваблива перспектива: замість дорогої заміни – в рази дешевший ремонт, «повністю відновлює» характеристики маховика. Мова звичайно йде про двомасові конструкції, які досить дорого коштують. Однак, на жаль, ремонт не завжди дає той результат, на який розраховує покупець. Наприклад, після проточування зношеної фрикційної поверхні маховик втрачає заводську міцність і може в будь-який момент просто луснути від навантаження. Підшипники, пружини та інші запчастини жоден виробник не продає окремо, тож залишається тільки здогадуватися, чим саме «відновлювали» ці деталі. Таке відновлення можуть зробити перед продажем автомобіля, щоб в перший час новий власник не мав проблем зі зчепленням. А що буде далі – продавця не турбує.
На закінчення слід зазначити, що двомасові маховики мають досить великий ресурс, але, на відміну від звичайних, не витримують постійних великих навантажень. Якщо автомобіль використовується для поїздок на роботу і дачу, двомасовий маховик буде оптимальним варіантом, що забезпечує комфорт і безпеку коробки передач.
Про те, як вибрати новий маховик і на що звертати увагу, читайте наш "Гід покупця".