Как понять что двухмассовый маховик пришел в негодность
Двухмассовый маховик: конструкция, ресурс, причины поломки
У большинства современных иномарок с «механикой» между мотором и сцеплением стоит двухмассовый маховик. Разберемся в особенностях этого недешевого узла, способного доставить немало проблем автовладельцу в случае поломки
Если к концу 20 столетия автопромышленность Западной Европы только начинала внедрять в конструкцию некоторых автомобилей двухмассовые маховики (ДММ), то сейчас уже более 70 % выпускаемых европейских автомобилей с механической коробкой передач оснащаются этим узлом. Смысл внедрения сложного и весьма дорогостоящего механизма, вопреки расхожему мнению, вполне обоснован. Главной целью при создании ДММ была защита трансмиссии от генерируемых маховой массой двигателя крутильных колебаний, противостоять которым демпфер крутильных колебаний, расположенный на ведомом диске сцепления, в полной мере уже не мог. Для этого было много причин: рост мощностей и крутящих моментов современных двигателей, повышение требования к комфорту при запуске мотора, переключении передач и ускорении, снижение износа синхронизаторов КП, снижение общей вибронагруженности в салоне и т. д. На все это, помимо конструкции прочих элементов автомобиля, влияли демпфер крутильных колебаний и максимальный угол, на который мог отклониться фрикционный диск от ступицы. И если демпфер диска сцепления позволял отклоняться лишь на 30 градусов относительно положения покоя, то ДММ расширил предел этого значения до 100 градусов в каждом направлении.
Первым производителем в Европе, которому удалось создать и начать крупносерийное производство двухмассовых маховиков, в которых был реализован этот физический принцип стала фирма LuK. Так, одна часть маховика по-прежнему была жестко связана с коленчатым валом двигателя, в то время как другая повышала момент инерции коробки передач. Обе массы при этом связаны демпфирующей системой пружин, которых в свою очередь лишился диск сцепления. Но помимо многочисленных достоинств данный узел до сих пор имеет ряд недостатков, главные из которых — повышенные требования к эксплуатации, дороговизна узла и высокие требования к сервису при его замене. Эта специфика вызывает немало вопросов у автовладельцев. Мы ответим на самые волнующие из них.
Каковы отличия в ресурсе маховика на разных автомобилях и в разных условиях эксплуатации? Есть ли примеры максимального срока службы узла?
В первую очередь, на ресурс влияет тип двигателя — дизельный или бензиновый, т.к. значения крутящего момента у них значительно расходятся. По опыту, на дизельных двигателях применяют более массивные конструкции, которые рассчитываются на повышенные нагрузки в режиме малых оборотов коленчатого вала. Второй фактор — это как раз эксплуатация. Так, например, в режиме маршрутного такси ресурс естественно снижается: здесь приходится говорить о необходимости менять двухмассовый маховик одновременно со сцеплением. С другой стороны, в режиме пригорода пробег до выхода из строя может достигать и 700 000 км, как это было с некоторыми VW Caddy 1.9 TDI.
Повысился ли ресурс маховиков за последние 10 лет?
К сожалению, в современных тенденциях снижения массы и габаритов силовых агрегатов и трансмиссии нет места для увеличения ресурса данных узлов, и мы вынуждены констатировать, что чем современнее и экологичнее автомобиль, тем меньше ресурс всех силовых агрегатов. Производители маховиков не в силах влиять на всю конструкцию автомобиля и техническое задание к нему как к конечному продукту — ресурс автокомпонентов задают сами автопроизводители, поэтому вопрос больше к ним.
Как диагностировать поломку, и чем чревато ее несвоевременное устранение?
Каковы основные рекомендации по продлению службы маховика?
Первая рекомендация для дизельного двигателя — удерживать во время езды рабочие обороты двигателя и не эксплуатировать автомобиль в зоне низких оборотов. Исключить буксирование транспортных средств совокупного веса на гибкой сцепке, равно как и запуск автомобиля «с веревки». Для любых автомобилей есть общая рекомендация: запуск двигателя производить только с выжатой педалью сцепления, глушение двигателя — аналогично. Также cледует во время ежегодного ТО контролировать стартовые характеристики АКБ, т.к. это напрямую влияет на вращение маховика во время запуска.
Из-за дороговизны узла многие предпочитают устанавливать комплект сцепления с одномассовым маховиком. Чем это чревато?
Отвечу на вопрос вопросом: что будет, если поставить вместо амортизатора подвески просто металлическую трубу-имитатор? Жестковато, но, как многие говорят, «ездить же можно…»
В последнее время стали появляться сервисы, занимающиеся ремонтом двухмассовых маховиков. Что вы об этом думаете?
Такие сервисы и к нам постоянно обращаются с просьбой продать им все необходимые детали в виде отдельных опорных подшипников и дуговых пружин… Главное, чего не понимают такие специалисты, что нельзя восстановить структуру материала после многочисленных охлаждений/нагревов во время эксплуатации и потерю толщины вторичной массы. Также открытым остается вопрос с дуговыми пружинами, которые в процессе восстановления изготавливаются в кустарных условиях и никакие испытания под конкретную модель автомобиля не проходят. Для этого нужна огромная научно-исследовательская база.
Будут ли глобальные перемены в конструкции двухмассового маховика в ближайшем будущем?
Такие перемены уже наступили: активно внедряются маятниковые гасители крутильных колебаний внутри классической конструкции маховика, происходит «модулизация» узлов сцепления. Но это отдельная тема для обсуждения.
Благодарим за помощь в подготовке материала руководителя технического отдела Schaeffler Automotive Aftermarket Юрия Александрова
1,7 млн. мест для хранения автомобилей намерены построить власти Москвы до 2010 года. Такие места будут расположены в многоэтажных парковках, возводимых взамен существующих открытых автостоянок. Ожидается, что стоимость машиноместа в новых паркингах не превысит 200 тыс. руб.
Устройство, принцип работы и ремонт двухмассового маховика
Основная функция маховика – передача через сцепление крутящего момента от коленчатого вала к трансмиссии. Также на его торцевую часть устанавливается зубчатый венец, за который стартер вращает КВ в момент запуска. Но не менее важен эффект сглаживания неравномерности вращения коленчатого вала, с которым лучше всего справляется двухмассовый маховик (Dual Mass Flywheel). Давайте рассмотрим его устройство, принцип работы, неисправности и методы их диагностирования.
Отличие одномассового маховика от двухмассового
Простейший маховик представляет собой чугунный диск с фрикционной площадкой для подвода ведомого диска сцепления, ступицей для крепления к фланцу коленвала и отверстиями для прикручивания корзины. На торец напрессовывается стальной зубчатый венец, с которым в момент пуска зацепляется шестерня бендикса стартера. Для лучшего сглаживания неравномерности вращения и снижения ударных нагрузок при подводе нажимного диска, в нем устанавливаются демпфирующие пружины.
Конструкция двухмассового маховика сложнее и включает в себя следующие элементы:
Природа пульсаций крутящего момента
Чем меньшее количество цилиндров, тем большей массы должен быть маховик. Связанно это с соотношением общего времени рабочего хода поршней к остальным тактам работы двигателя. Коленвал ускоряется только в момент рабочего хода поршня. Накопленная за это время кинетическая энергия маховика позволяет нивелировать замедление коленчатого вала при подходе поршня к Н.М.Т. после такта рабочего хода. Именно сглаживанием пульсаций крутящего момента достигается равномерная работа двигателя на низких оборотах. С увеличением количества цилиндров или повышением оборотов в единицу времени процентное соотношение эффективного ускорения коленвала к другим тактам увеличивается.
На низких и средних оборотах ДВС описанная неравномерность вращения коленчатого вала резонансными колебаниями отражается на узлах трансмиссии. На авто с МКПП крутильные колебания приводят к соударению контактных пар шестерен первичного, промежуточного и вторичного валов. Поэтому в движении на кузов передается низкочастотный звон, гул.
На втором графике видно, что коробка передач испытывает куда меньшие резонансные колебания. Помимо увеличения ресурса деталей трансмиссии, Dual Mass Flywheel повышает плавность хода и снижает шумовую нагрузку.
Как это работает?
Первичный и вторичный диски представляют собой две расцепленные массы. Они соединяются с помощью пружинно-демпфирующего механизма, закрепленного на подшипнике скольжения или шарикоподшипнике. Крутящий момент передается с помощью соединенного с ведомым диском фланца. Его выступы упираются в площадки торцов дуговых пружин.
Благодаря свободной посадке на подшипнике, диски могут вращаться относительно друг друга. Угол поворота ограничивается ходом пружины. Именно благодаря этому на ведомом диске гасятся крутильные колебания. При такой конструкции нажимной диск сцепления МКПП не требует установки демпфирующих пружин.
Усовершенствование конструкции
При возрастании крутящего момента двигателя для эффективного гашений крутильных колебаний необходимо утолщать либо увеличивать количество витков дуговых пружин. Но в случае неизменной величины установочного пространства ужесточение пружин снизит эффективность гашения колебаний на низких оборотах. Поэтому конструкторы прибегли к установке внутренних демпферов. Вмонтированные во фланце жесткие пружины работают только в зоне средних и высоких оборотах. В конструкции сохраняются мягкие дуговые пружины, которые сглаживают пульсации крутящего момента на холостом ходу и в зоне низких оборотов.
Последним усовершенствованием, получившим массовое распространение, стало включение в конструкцию маятникового гасителя колебаний. Как и в обычном Dual Mass Flywheel, в конструкции имеется первичная вращающаяся масса (связана с коленвалом) и вторичная (связана с трансмиссией). Но помимо витых дугообразных пружин, со стороны вторичной массы устанавливаются подвижные пластины – грузы центробежного маятника. Его принцип работы заключается в создании противофазных колебаний, которые на низких оборотах должны накладываться на инерционные колебания двигателя. Таким образом, происходит взаимное гашение колебаний и выравнивание скорости вращения коленчатого вала.
В режиме низких оборотов из-за естественных вращательных пульсаций грузы маятника раскачиваются. С повышением оборотов увеличивается центробежная сила, действующая на грузы. Под ее действием амплитуда раскачиваний уменьшается, а грузы замирают в наиболее отдаленной от оси вращения точке. В зависимости от производителя и модели маховика, в конструкцию включат 4-6 плавающих грузов.
Почему не стоит менять DMF на одномассовый?
Главный катализатор массового внедрения двухмассовых маховиков – современное стремление к даунсайзингу (та же мощность при меньшем объеме) и даунспидингу (больше крутящего момента на меньших оборотах двигателя). Справедливо заметить, что в прошлом было достаточно как дизельных ДВС с большим крутящим моментом, так и мощных бензиновых моторов; и все они прекрасно ездили с одномассовыми маховиками. Но те дизели проектировались с огромным запасом прочности, а атмосферные бензиновые ДВС оживали только на высоких оборотах.
Увеличение до 3 тыс. Атм. давления впрыска в системах Common Rail, внедрение непосредственного послойного впрыска на бензиновые моторы, впускные коллекторы переменной длины, турбины с изменяемой геометрией и прочие эффективные разработки повысили мощностные характеристики двигателей. Но возможность с самых низов получить от сгорания ТПВС большое количество энергии привела к колоссальным нагрузкам на КВ и трансмиссию.
Но чтобы двигатель мог потреблять меньше топлива, двигаясь на как можно более низких оборотах, необходимо эффективно гасить неравномерность вращения коленвала. Главная причина появления двухмассового маховика не комфорт водителя, а продление ресурса коленчатого вала и коробки передач в условиях жестких экологических норм.
Внимание! Не рекомендуем менять демпферный маховик на одномассовый, если производитель не регламентирует допустимость такой замены.
Возможные неприятные последствия:
Возможные неисправности и симптомы их проявления
Как правильно проверить?
Чтобы проделанная работа по снятию навесного оборудования и КПП не оказалась напрасной, в первую очередь проверьте систему питания, зажигания, навесное оборудование. Вполне вероятно, что причина неравномерной работы и посторонних шумов именно в них. Если основное подозрение упало на двухмассовый маховик, проверьте следующие характеристики:
Обязательно осмотрите корпус, уплотнительную мембрану и фрикционную поверхность на предмет описанных выше признаков перегрева и критичного износа.
Ремонт или реставрация?
Заводом-изготовителем не предполагается разборка и восстановление демпферных маховиков, поэтому части корпуса соединены заклепками. Соответственно, запчастей и деталей с ремонтными размерами для такого узла в общественном доступе нет. Но ввиду немалой стоимости оригинальных демпферов, услуга по восстановлению становится все популярней. Многие остаются довольны, но и тех, кто спустя пару десятков тысяч пробега повторно сталкивается с симптомами неисправности, также хватает.
Однозначный ответ на вопрос – реставрировать или менять, пока что дать сложно. Перед обращением в профильные мастерские, найдите реальных клиентов, которые после восстановления проехали как минимум 20-30 тыс. км. Если вы склоняетесь к замене, устанавливайте только узлы, которые поставляются производителем на конвейеры. Luk и Sachs – крупнейшие поставщики демпферных маховиков для Skoda, Volkswagen, Ford, BMW и многих других марок.
Внимание! При первых симптомах неисправного маховика его необходимо заменить. Если игнорировать признаки поломки, изношенный маховик быстро убьет сцепление, разобьет шлицы первичного вала и может стать причиной поломки коробки передач.
Что сокращает срок службы маховика?
Езда в натяг на низких оборотах – наиболее вредоносный для демпферного маховика режим работы. На авто с АКПП о балансе между сохранностью узлов и экономией топлива заботится ЭБУ коробки передач. На авто с МКПП вся ответственность лежит на водителе. Поэтому рекомендуем держать низкие обороты только для поддержания постоянной скорости. При обгоне либо подъемах обязательно переключайтесь на пониженную ступень. Из-за обилия крутящего момента, который доступен с самих низких оборотов, на современном авто вы можете даже не почувствовать возросшую нагрузку. Но детали КШМ и DMF при разгоне в натяг переживают сильнейшие нагрузки.
Не прибавят маховику ресурса и резкие старты с места, постоянное бросание педали сцепления и значительная форсировка двигателя. Износ подушек крепления КПП, двигателя, неисправность в системе зажигания или питания, при которой двигатель работает неровно, также значительно уменьшают срок службы демпферного маховика.
Что такое двухмассовый маховик: проверка и ремонт DMF
Автомобильный двигатель не отличается плавностью работы по самому принципу своего действия. Всего один такт из четырёх, циклически повторяющихся, является рабочим, да и в нём резко изменяется давление на поршень и угол воздействия шатуна на кривошип коленвала. Всё это приводит к пульсациям крутящего момента и вибрациям, требующим сглаживания.
Нужен инертный аккумулятор механической энергии, то есть маховик. Лучше двухмассовый, он эффективнее, а платить за совершенство всё равно конечному потребителю.
Назначение DMF
Если посмотреть на кривую изменения крутящего момента на валу, снятую с высоким разрешением по времени, то это будет чисто колебательный процесс. Жёстко передавать такое на трансмиссию нельзя, особенно если это мощный современный мотор с высокой степенью сжатия, большим моментом на малых оборотах и минимальным числом цилиндров. Вибрировать будет весь автомобиль, а трансмиссия быстро развалится.
Обычно для гашения колебаний используется массивный маховик, а в ведомом диске сцепления установлен демпфер крутильных колебаний. Если коробка автоматическая, то дополнительно работает гидротрансформатор, но он для экономии топлива замыкается, начиная с некоторой скорости.
Все эти устройства тем лучше работают, чем больше топлива уходит на их обслуживание. Тяжёлый маховик трудно раскручивать, как и мощный демпфер, а погашенная энергия частично уходит на снижение ресурса деталей.
Как альтернативное, при этом более продвинутое и эффективное решение, был предложен двухмассовый маховик, обозначаемый англоязычной аббревиатурой DMF (Dual Mass Flywheel).
Оказалось, что энергию в паузах крутящего момента можно пополнять из накопленной не только во вращающихся массах, но и в пружинно-демпфирующем механизме, который располагается между двумя половинками маховика.
Так удаётся снизить общую массу изделия, одновременно улучшив его характеристики. Особенно это заметно на принципиально более жёстко работающих дизелях, с которых всё и началось, а потом появились и продукты даунсайзинга в виде малоцилиндровых турбомоторов со значительным уровнем наполнения, что на бензине работало не менее жёстко.
Как устроен
Единой для всех конструкции DMF не существует, поэтому в общем случае можно лишь выделить общие принципиальные узлы:
Набор пружин может быть самым разнообразным, со ступенчатым изменением жёсткости, подобно тому, как это делается в привычных ступицах ведомых дисков сцепления. Угол максимального относительного закручивания дисков также разный, может достигать четверти окружности.
Отличие одномассового маховика от двухмассового
Основное отличие – это усложнение конструкции, связанное с экономией массы и момента инерции. Часть задач перенесена на пружинно-демпфирующий механизм.
У обычного маховика ничего подобного нет, это обычный стальной диск значительной массы, располагающий лишь зубчатым венцом стартёра и кольцевой проточкой под накладки ведомого диска сцепления.
Естественно, что при этом обычный маховик намного дешевле, а если по нему не работает фрикционное сцепление, то и срок службы у него практически неограничен, особенно если предусмотрена возможность отдельной замены зубчатого венца.
Недостатки
Главный недостаток двухмассовой конструкции – высокая цена при недостаточно долгом сроке службы.
Многие бы смирились с небольшим повышением вибронагрузок и расхода при снижении динамики, но при этом не пришлось бы регулярно переплачивать за маховик в 5-10 раз больше, чем за обычный, который к тому же и редко требует замены.
Признаки неисправностей
Проблемы с DMF проявят себя в виде стуков, скрежета и других звуков при знакопеременных нагрузках, например, трогании с места, пуске мотора, резких ускорениях, переключении передач.
Ломаются пружины, изнашивается механизм демпфера и связи между дисками. Проблема полностью определяется при очередной замене сцепления.
Из-за чего двухмассовый маховик выходит из строя
Слабое место – пружины и их направляющий аппарат, включающий прижимные пластины, шестерни, сепараторы и подшипник. Эти детали постоянно нагружены скачками и колебаниями момента, поэтому долго не служат.
Ситуация ускоряется при потере заложенной в полость смазки. Замене она не подлежит, вырабатывается, стареет и теряется из разболтавшегося механизма.
Ещё одной проблемой становится высокая температура. При больших вибронагрузках механизм перегревается, смазка уходит или деградирует. Особенно если маховик работает с механическим сцеплением, у которого есть склонность к пробуксовкам при резкой езде или сильной загрузке автомобиля.
Как проверить двухмассовый маховик
После демонтажа коробки передач и сцепления определить наличие люфтов в механизме маховика несложно. В исходном состоянии их быть не должно, всё зажато новыми пружинами, хотя и без разборки автомобиля можно косвенно оценить состояние маховика по резкому ускорению с малых оборотов, когда условия работы наихудшие.
Двигатель имеет максимальные пульсации из-за недостаточной частоты вращения, а крутящий момент выходит на пиковый уровень. Неисправный маховик будет стучать.
Ремонт или реставрация
На некоторых двигателях допускается замена двухмассового маховика на обычный, даже выпускаются соответствующие запчасти, включая сцепление с усиленным демпфером (на штатном его обычно нет вообще).
Но для большинства машин это недопустимо. Такое ухудшение вибрационной обстановки приведёт к проблемам с коленчатым валом, сцеплением, коробкой передач и даже картерами механизмов.
Даже если получится подобрать нужный комплект сцепления, а постоянное увеличение нагруженности деталей двигателя с развитием новых видов впрыска дизельного топлива или бензина вообще исключит обычные маховики.
Реставрировать маховик можно только на специализированном предприятии, заводом такие технологии не предусмотрены, поэтому всё зависит от оборудования и опыта работы.
В любом случае ресурс реставрированного изделия значительно меньше и разумнее заменить узел на оригинальный или изготовленный известными поставщиками, работающими и с конвейерной комплектацией.
Цена станет неизбежной издержкой на характеристики современного двигателя, как и многое другое, что моторостроители вынуждены использовать в условиях растущих требований и конкуренции.
Алгоритм действий при неисправностях маховика
Сложные маневры, езда с невыключенным сцеплением, старт на повышенной передаче… Все это способствует тому, что рано или поздно зубья и прилегающая поверхность маховика изнашиваются, заявляя о себе вибрацией, пробуксовыванием и странным шумом. Выход из строя многофункционального ведущего диска чреват не только дискомфортом во время движения, но и аварийными ситуациями. Как же грамотно решить проблему?
Сложные маневры, езда с невыключенным сцеплением, старт на повышенной передаче… Все это способствует тому, что рано или поздно зубья и прилегающая поверхность маховика изнашиваются, заявляя о себе вибрацией, пробуксовыванием и странным шумом. Выход из строя многофункционального ведущего диска чреват не только дискомфортом во время движения, но и аварийными ситуациями. Как же грамотно решить проблему?
Для чего автомобилю маховик
Диск диаметром 30-40 см с характерными зубьями расположен на конце коленвала мотора, а второй стороной крепится к корзине сцепления. В конструкции транспортного средства он выполняет сразу несколько функций:
ТОП-4 неисправностей маховика
1. Износ зубчатого венца. О сколах или отсутствии нескольких зубцов расскажут стуки при включении стартера, «буксование». Решить проблему помогает установка новой комплектующей.
2. Биение. Если на малых оборотах появляется мелкая вибрация, вероятно, вышел из строя механизм сцепления или во время текущего ремонта ведущий диск установили неточно. Исправить ситуацию помогает центровка детали в сборке с механизмом сцепления. Если, конечно, причиной не стал естественный износ: в этом случае без замены комплектующей не обойтись.
3. Износ прилегающей поверхности. Риски и задиры возникают, как правило, на фоне некорректной работы механизма сцепления. Если степень износа не критична, избавиться от вибраций, пробуксовывания и шумной работы из-за проскальзывания ведомого диска можно путем регулировки узла. В остальных случаях – только замена.
4. Дефекты на прилегающей поверхности диска под коленчатым валом. При длительной эксплуатации автомобиля они неминуемы, поэтому выход один: купить новую деталь.
Опасность ситуации в том, что незначительные дефекты запчасти не выводят автомобиль из строя: он по-прежнему ездит, хоть и «возмущается» по этому поводу шумом при включении стартера, нехарактерной вибрацией и пробуксовыванием. Рано или поздно эксплуатация такой комплектующей, исчерпавшей свой ресурс, приведет либо к поломкам в системе трансмиссии, либо к быстрому износу мотора. Не говоря уже о том, что от внимания водителя не ускользнет ограниченная передача мощности и недостаточный крутящий момент.
Опытные автовладельцы умеют распознавать тревожные симптомы «болезни» маховика. К ним относятся утечка смазки, стук на непрогретом моторе и холостых оборотах, нехарактерный звук на нейтральной передаче, щелчки при глушении, скрипы при запуске, вибрации.
Можно ли самостоятельно его заменить или отремонтировать?
Прежде чем установить новую деталь, придется выполнить целый комплекс работ:
Заменить комплектующую самому в теории возможно, если есть определенные навыки и большое желание. А вот для ее восстановления понадобится специальное оборудование. В хорошем автосервисе выполнят комплексную диагностику и дефектовку, устранят неисправности, затем маховик отшлифуют, почистят, смажут и установят на место с новой начинкой. Залогом его длительной послеремонтной эксплуатации станут профессиональные сварочные и токарные работы, а также квалифицированная балансировка, без которой все усилия будут напрасны.