Что такое автомобильный маховик, зачем он нужен и какой бывает

Как коробка передач, так и двигатель внутреннего сгорания оснащаются специальными устройствами, которые называются маховиками. В случае с моторами конструкция работы поршней предусматривает наличие нескольких мёртвых точек, в которые они попадают в процессе функционирования. Чтобы вывести поршни из этих положений, инженерами был предусмотрен специальный массивный элемент. Он называется маховиком двигателя. Этот элемент набирает силу инерции при вращении, что даёт возможность преодолеть мёртвую точку в нижних и верхних амплитудах. Это важный компонент силовой установки, который занимает особое место в конструкции двигателя, имеет несколько разновидностей и выполняет значимые функции в работе всей силовой установки.

Что это

Первым делом нужно разобраться в том, что такое маховики в автомобилях и их двигателях внутреннего сгорания. Это деталь или компонент мотора, необходимый для регулировки поступления энергии. Постепенно маховик накапливает в себе энергию за счёт того, что её поступает больше, нежели необходимо для работы машины. При этом же маховик отдаёт накопленную энергию, если параметры потребления превосходят параметры поступления. Он необходим в конструкции двигателя для:

• запуска мотора;
• соединения ДВС и коробки передач (трансмиссии);
• передачи крутящего момента от мотора на коробку;
• стабилизации вращения коленвала.

Если говорить о том, как маховик выглядит, то тут можно выделить похожую на металлический диск конструкцию. Если посмотрите внимательно на края, то здесь увидите зубчатый венец. Когда автомобилист поворачивает ключ зажигания в замке, стартер сцепляется с венцом, поворачивает его, а маховик уже начинает вращение коленчатого вала, что и позволяет автомобилю двигаться. Хотя маховик считают неотъемлемым элементом двигателя внутреннего сгорания, на практике он тесно связан сразу с несколькими системами. А именно:

• С редуктором системы пуска. Именно сюда передаётся вращение;
• Со стартером. Маховик задаёт начальное вращение вала мотора;
• С коробкой передач. Сюда маховик передаёт крутящий момент, получая его с диска сцепления;
• С кривошипно-шатунным механизмом. Тут происходит процесс сглаживания импульсов при неравномерном вращении.

Большие размеры конструкции позволяют маховику при начальных вращениях набирать достаточную инерцию. Учитывая жёсткую связь с коленчатым валом, поршни двигателя при нахождении в верхних и нижних мёртвых точках не задерживаются. Они следуют дальше по ходу своего вращения, создавая новые циклы сжатия или воспламенения топливовоздушной смеси в ДВС. Поскольку имеются мёртвые точки, вращение вала происходит неравномерно, сначала набирается угловая скорость, а затем она теряется. Учитывая этот фактор, диаметры маховиков для каждого двигателя выбирают индивидуально, чтобы удавалось эффективно сглаживать угловые скорости в зависимости от промежутка времени.

Расположение

Автомобилисты справедливо задаются вопросами относительно того, где маховик находится в конструкции двигателя, и каким образом он располагается в силовой установке. Чтобы найти этот маховик, можно заглянуть в руководство по эксплуатации к своему автомобилю. На схеме чётко будет видно, где расположена деталь на конкретном моторе. Но даже если водитель не нашёл техническую документацию, с поиском элемента на практике проблем возникать не должно. На всех двигателях маховик находится возле коренного подшипника установленного коленвала. Это обусловлено тем, что именно этот подшипник самый мощный. А потому он сможет выдержать нагрузку от маховика.

На фланец коленчатого вала маховик фиксируется с помощью ступицы. При этом его обратная сторона зацепляется с главным сцепным диском или диском сцепления. То есть расположение можно охарактеризовать как установку маховика между корзиной сцепления и коленчатым валом силовой установки транспортного средства. Со стороны корзины осуществляется прочная фиксация с помощью болтового соединения. На наружном диаметре маховика предусматривается зубчатый венец. Он нужен для того, чтобы осуществлять зацеп за бендикс автомобильного стартера в тот момент, когда запускается двигатель.

На маховике обязательно присутствует специальная метка. Она предназначена для того, чтобы показывать оптимальное положение устройства относительно сцепного диска и коленчатого вала. То есть при демонтаже или замене маховик устанавливают строго согласно меткам. Каждый маховик предварительно перед установкой на автомобиль проходит процедуру балансировка на специальных стендах. Это необходимо с целью исключения возможного возникновения вибраций, которые могут передаваться на коленчатый вал автомобильного двигателя внутреннего сгорания.

Особенности устройства и принцип работы

Несмотря на достаточно важную роль, который выполняет маховик ДВС в работе всего автомобиля, его конструкция достаточно простая. Устройство представляет собой диск, диаметр которого составляет около 30-40 сантиметров. Размер уже зависит от конкретного мотора и его конструктивных особенностей. Край диска дополнен специальными зубцами. Именно за счёт этих зубцов происходит зацепление маховика с валом автомобильного стартера. Это позволят раскрутить коленчатый вал силовой установки в момент, когда происходит запуск двигателя, и машина начинает движение. Чтобы разобраться в принципе работы автомобильного маховика, установленного на двигателе, достаточно вспомнить обычную игрушечную юлу, которая была практически у каждого в детстве. Юлу раскручивали рукой, а маховик крутится за счёт работы коленвала. Когда юла раскручена, она может некоторое время вращаться самостоятельно, то есть прикладывать дополнительное усилие нет необходимости. В этом и проявляется принцип накопления энергии. Но если юла расходует эту энергию просто так, впустую, то автомобильные маховики передают её обратно, помогая раскручивать уже сам коленвал.

При запуске мотора вращение маховика создаётся стартером, что позволяет получить стартовую скорость и набрать инерцию. Далее поршень как бы зависает в положении верхней мёртвой точки, из-за чего коленвал вращаться уже не может. Но поскольку маховик накопил инерцию, он передаёт её на вал, и тот прокручивается, преодолевая мёртвую точку, а далее следует к новому циклу сжатия и воспламенения. Цикл постоянно повторяется, потому маховик успевает накопить энергию и обеспечить вращение валу. Параллельно с этим специальный датчик постоянно следит за тем, в каком положении находится вал и поршни на нём. Датчик передаёт полученную информацию на электронный блок управления, что позволяет вовремя подавать зажигание в нужные камеры сгорания.

Виды

Автомобильные двигатели внутреннего сгорания могут оснащаться одним из 3 видов маховиков. А именно:

• одномассовым (сплошным);
• двухмассовым;
• облегчённым.

Каждая конструкция имеет свои особенности, сильные и слабые стороны. Причём приведённый принцип работы относится скорее к одномассовым классическим решениям, в то время как двухмассовые функционируют несколько иначе.

Одномассовый

Это самый распространённый вариант маховика, который часто называют сплошным. Такое название обусловлено его сплошной конструкция. Внешне это диск определённого диаметра в диапазоне от 30 до 40 сантиметров. Наиболее актуальным материалом для производства одномассовых дисков маховиков выступает высококачественный чугун. На внешней стороне диска по всей окружности располагается зубчатое кольцо. Этот венец с зубцами делают из другого материала. Преимущественно используют сталь. Установка осуществляется методом непрессовки, что обусловило прочную фиксацию вента. Для монтажа диска-маховика на коленвал через специальный фланец с одной стороны конструкции предусмотрено наличие ступицы. А вторая плоскость маховика выполняет функции ведущего сцепного диска. Это позволяет говорить о том, что одномассовые маховики по своей конструкции достаточно простые. Из-за этого их так активно используют в составе современных двигателей. При этом важно отметить наличие одного существенного недостатка. Заключается он в недостаточной эффективности гашения колебаний, возникающих при вращении. В этом компоненте куда лучше работают двухмассовые аналоги. Их начали внедрять в конструкцию двигателя ещё в 80-х годах прошлого века.

Двухмассовый

По своему устройству двухмассовые маховики отличаются от одномассового. При этом возникает много споров относительно того, какой маховик всё же лучше, сравнивая одномассовый и двухмассовый диск. Для этого нужно рассмотреть его конструкцию, принцип работы, а также поговорить о хорошем и плохом. Конструктивно это пара дисков, которые соединяются при помощи пружинно-демпферной системы. Она позволяет исключить так называемые крутильные колебания двигателя, которые воздействуют на трансмиссию. Именно они оказались слабым местом одномассового диска. В итоге, за счёт такого решения, на автомобилях с двухмассовыми маховиками трансмиссия работает равномернее. Благодаря новым решениям, пара дисков, соединённых пружинно-демпферной системой, позволила отказаться от использования демпфера в самом ведущем диске автомобильного сцепления. Это повысило надёжность, и увеличило срок службы. Помимо указанных особенностей, можно выделить ещё несколько преимуществ двухмассовых дисков. Такие маховики:

• снижают вибрации, которые идут от двигателя на трансмиссию;
• снижают уровень создаваемого шума;
• делают процедуру переключения скоростей более удобной;
• защищают трансмиссию от перегрузок.

Некоторые исследователи утверждают, что при использовании двухмассовой конструкции удаётся снизить количество потребляемого топлива. Но при этом не стоит забывать о существовании определённых недостатков, которыми характеризуются маховики двухмассового типа. Главным минусом считается тот факт, что надёжность двухмассовых дисков заметно уступает этой характеристике у одномассовых. Для многих это предопределяющий фактор при выборе. Сниженная надёжность обусловлена тем, что конструкция включает эту самую пружинно-демпферную систему. На неё воздействуют сильные нагрузки, что приводит к быстрому износу. Это во многом объясняет, почему такие конструкции маховиков пока не так активно используют на автомобилях.

Но инженеры не остановились на достигнутом. Они активно ищут возможности, чтобы улучшить маховик с двумя дисками и повысить его надёжность. Особенно это актуально в связи с появлением большого количества низкооборотных двигателей, а также с мощными моторами с небольшим рабочим объёмом. Подобные силовые установки предъявляют повышенные требования в отношении гашения колебаний. Наиболее актуальной разработкой усовершенствованного двухмассового маховика является конструкция с центробежными маятниками. Что же касается принципа работы двухмассового маховика, то здесь процесс выглядит следующим образом:

• В момент, когда запускается двигатель, одна часть получает значительную угловую скорость, в то время как вторая остаётся в неподвижном состоянии;
• Параллельно первая часть маховика сжимает пружину, которая позволяет плавно начать вращать трансмиссионный диск;
• Постепенно скорости двух частей выравниваются по отношению друг к другу, и начинают работать в одном режиме;
• Когда водитель снижает обороты с помощью педали газа, вторая часть начинает вращаться быстрее первой;
• Но и тут никаких жёстких ударов не происходит, поскольку параллельно сжимается другая пружина, но уже в другом направлении;
• Снова половинки вращаются с одинаковой скоростью;
• Цикл повторяется.

Подобный маховик имеет лучшие эксплуатационные характеристики, обеспечивает более плавную работу и лучше гасит колебания. Но по надёжности заметно уступает одномассовому аналогу. Выбор во многом следует основывать на том, что является приоритетным для самого двигателя. Если важна надёжность, то тут лучше использовать одномассовые диски. Но при повышенных требованиях к гашениям колебаний лучшим вариантом будет именно двумассовый тип маховика.

Облегчённый

Теперь касательно того, что дают автомобилю облегчённые маховики. Подобные конструкции используются при проведении тюнинга, то есть при технических доработках силовых установок. Стоит упомянуть о плюсах и минусах облегчённых маховиков. Они отличаются тем, что их масса отлично распределяется от центра к краям. За счёт этого вес конструкции снижается. Также снижается и момент инерции. Если автомобиль получает в своей конструкции такой тип маховика, заметно улучшается разгонная динамика. К преимуществам облегчённых конструкций относят:

• снижение веса;
• меньше затраты энергии для раскрутки;
• меньший расход топлива (до 2-3%);
• снижение механических потерь;
• лучшая отдача двигателя;
• более быстрый выход мотора на максимальные обороты;
• стабильная и эффективная работа двигателя на высоких оборотах.

Но и про недостатки забывать не стоит. Начать следует с того, что подобные маховики крайне требовательны относительно правильной настройки и конфигурации. Любая ошибка приведёт к обратному эффекту и очень быстрой поломке. А ведь облегчённые конструкции и так объективно менее надёжные.

Основными минусами можно назвать:

• более низкая прочность;
• при низких и малых оборотах разницу не видно;
• нужна обязательная балансировка с коленвалом и шкивом генераторного ремня;
• хуже теплопроводность;
• зимой трансмиссии нужно больше времени на прогрев;
• высокая стоимость.

Устанавливать облегчённые маховики на автомобили, которые планируется эксплуатировать на малых и средних скоростях и оборотах, нет никакого смысла. Это лишь увеличивает затраты и приводит к дополнительным сложностям при эксплуатации. Облегчённые версии актуальны для мощных двигателей, которые регулярно работают при оборотах более 4-5 тысяч. Тогда водитель действительно почувствует эффект от использования другой конструкции маховика.

Вопрос взаимозаменяемости

Когда маховик выходит из строя, автомобилистам требуется поменять его на новый. При этом закономерно и часто возникает вопрос относительно того, можно ли одномассовый тип конструкции заменить на двухмассовый. Им интересно, что произойдёт, если поменять детали таким вот образом, и не будет ли это опасно для двигателя. Важно понимать, найдётся ли место двум разным маховикам на одном двигателе внутреннего сгорания, и насколько реальная их взаимозаменяемость. Никто не станет спорить с тем фактом, что одномассовые устройства значительно дешевле двухмассовых или демпферных. Потому владельцы автомобилей, на двигателях которых устанавливаются двухкомпонентные маховики, при их поломке должны выложить солидную сумму на приобретение детали. Чтобы сэкономить, некоторые размышляют относительно возможности поставить на место демпферного (двухмассового) маховика обычный цельнометаллический элемент. В отношении вопроса взаимозаменяемости нужно учитывать несколько очень важных моментов.

1. Если установить одномассовый цельнометаллический маховик на место двухмассового в двигателе, то снизится показатель комфорта при эксплуатации. Но это не всё. Также будет снижаться ресурс ШРУСов, коробки переключения передач, редуктора, как и всего автомобильного мотора в целом.
2. Если на место традиционного цельнометаллического маховика поставить облегчённый тип конструкции, то потеря в комфорте будет ощущаться в намного меньшей степени. Но чтобы всё работало хорошо, придётся перенастроить весь двигатель под изменённый эксплуатационный режим работы силовой установки.
3. При замене традиционного одномассового элемента на демпферный требуется обязательно установить новый комплект автомобильного сцепления, а также специально его отрегулировать. Если этого не сделать, то будет плохо включаться вторая передача и возникнут проблемы с включением задней передачи.

Насколько рационально менять один маховик на другой, вопрос крайне спорный. Замена возможна, то есть детали можно считать взаимозаменяемыми. Но дополнительно приходится проводить ряд мероприятий, менять некоторые компоненты, проводить настройки и жертвовать некоторыми моментами комфорта. Финансово это всё равно не получается дешевле переходить с двухкомпонентного маховика на цельнометаллический, либо наоборот.

Классический одномассовый вариант конструкции отлично подходит двигателям внутреннего сгорания, поскольку он обладает простой конструкцией и большим запасом эксплуатационной надёжности. Двухмассовые пока не так распространены, потому их использовать нужно лишь на тех автомобилях, под которые они были разработаны. Облегчённые элементы являются сугубо прерогативой спортивных автомобилей или машин, которые подвергаются серьёзному техническому тюнингу. Это не такое частое явление, поскольку поменять характеристики мотора можно многими другими методами, достигая высокого уровня отдачи.