Двухмассовый маховик: устройство, ресурс, признаки износа и диагностика ДММ по методике ZF Sachs

Автор материала: Олег Тимошенко

Двухмассовый маховик (ДММ) гасит крутильные колебания двигателя, которые раньше гасил демпфер диска сцепления, и поэтому защищает коробку передач и обеспечивает плавность движения. По рекомендации ZF (Sachs), его стоит менять вместе со сцеплением, а перед заменой - проверить двигатель и топливную аппаратуру, ведь именно неравномерная работа мотора чаще всего «убивает» ДММ. Ниже - устройство, ресурс, признаки износа и методика диагностики, которую представили на техническом семинаре ZF Services.

Зачем появился двухмассовый маховик

Автопроизводители постоянно решают противоречивые задачи: экономить топливо и повышать мощность, улучшать динамику разгона и снижать выбросы, уменьшать рабочий объем двигателей из-за налогов во многих странах и при этом получать от них привлекательные для покупателей характеристики. Именно для того, чтобы конструкция отвечала этим требованиям, появились двухмассовые маховики. С каждым годом ими оснащают все больше новых автомобилей, но информации об интервалах замены и диагностике таких маховиков до сих пор немного.

Что такое ДММ

Аббревиатуры ДММ (двухмассовый маховик), ZMS (нем. Zweimassenschwungrad) и DMF (англ. dual mass flywheel) обозначают одну и ту же деталь, установленную между двигателем и коробкой передач: маховик с двумя подвижными друг относительно друга стальными массами на одной оси. Внутри расположено «сердце» механизма - демпфер и подшипник. По данным ZF, в маховиках Sachs это всегда подшипник скольжения.

По данным ZF, в 1996 году лишь 10% легковых автомобилей с механической коробкой передач, выпущенных в Западной Европе, имели ДММ, а в 2011 году - уже около 70%. Поэтому знания о сервисе и диагностике ДММ для механиков становятся все важнее: часто известно лишь то, что маховик нужно заменить, когда он окончательно вышел из строя.

Как разрабатывают сцепления и маховики

Технический специалист ZF Вальдемар Шульц на семинаре рассказал, как разрабатывают сцепления для конвейера. Выбирая поставщика сцепления для новой модели, автопроизводитель передает разработчику большой перечень требований: установочные размеры, крутящий момент, который должно передавать сцепление, допустимая величина колебаний и ожидаемая эффективность их гашения. Производитель сцепления не знает, как будет выглядеть новый автомобиль: он оперирует только размерами пространства под двигатель и КПП, характеристиками двигателей и пожеланиями по комфорту.

Исходных данных для проектирования немного, поэтому круг компаний, которые разрабатывают такие детали с нуля, ограничен. ZF относится к ним: по данным компании, на заводах Sachs сцепления выпускают с 1929 года. Разработки и испытания сцеплений сосредоточены в исследовательском центре в Швайнфурте, где, по данным ZF, около 900 техников испытывают новые детали на 150 стендах. Автопроизводитель предоставляет двигатель и КПП новой модели, а стенды имитируют их работу в разных режимах.

По данным ZF, в 2011 году заводы Sachs концерна ZF Friedrichshafen AG выпускали 53 200 сцеплений в день (13,3 млн в год) и 9 200 двухмассовых маховиков в день (2,3 млн в год). Маховики для первичной комплектации и в сервисных коробках Sachs сходят с одной линии. На момент семинара (2013 год) ZF также заявляла, что является единственным в мире поставщиком ДММ для первичной комплектации автобусов и тяжелых грузовиков.

Как ДММ гасит колебания

Двухмассовый маховик работает в условиях сильных резонансных колебаний, и их гашение - одна из его функций, которую ДММ перенял от классического ведомого диска сцепления. Наибольшие резонансные колебания возникают при пуске и остановке двигателя, и они негативно влияют на детали сцепления и КПП. Для гашения колебаний используют пружины.

По данным ZF, в классическом диске сцепления было 6-8 пружин на радиусе до 60 мм от оси, а в современных ДММ их количество, по данным ZF, достигает 32-54, а радиус их размещения - от 120 мм. Это гораздо эффективнее обеспечивает плавность работы трансмиссии. Кроме того, чтобы увеличить угол упругого скручивания масс друг относительно друга, в ДММ предусмотрено несколько ступеней сжатия пружин: современные маховики имеют две или три ступени, а третья ступень разработана для лучшей защиты трансмиссии от пиковых нагрузок.

Ресурс ДММ и почему его меняют вместе со сцеплением

Каждая деталь имеет расчетный ресурс. По расчету ZF, ресурс деталей сцепления составляет около 180 000 км при типичном европейском годовом пробеге 15 000 км, а ресурс ДММ рассчитан как минимум на один срок службы сцепления. Поэтому ZF рекомендует менять ДММ вместе со сцеплением.

Если пренебречь этой рекомендацией, велика вероятность, что ДММ сломается вскоре после ремонта. Тогда снова придется снимать КПП и, возможно, менять еще «свежее» сцепление. Оставить старый ДММ при замене сцепления - это как купить подержанную деталь: никто не знает, сколько она еще прослужит. Владельцы часто стараются избежать замены ДММ из-за его высокой цены, поэтому механик должен доступно объяснить возможные последствия установки нового сцепления со старым маховиком. Положительная тенденция в том, что большинство сервисов уже меняют сцепление комплектом.

Можно ли заменить ДММ одномассовым маховиком

Из-за высокой стоимости ДММ на рынке предлагают его замену классическим маховиком, и сцепление с таким маховиком действительно работает. Но, как отмечает ZF, одномассовый маховик не способен справиться с такими большими крутящими моментами и сильными резонансными колебаниями современных двигателей, как двухмассовый. Поэтому ухудшается комфорт при переключении передач, трогании, разгоне, торможении двигателем и остановке, а нагрузку берет на себя КПП, которая преждевременно выходит из строя.

Почему выходят из строя ДММ

Классический маховик был простой деталью - стальным диском с зубчатым венцом - и требовал замены лишь в крайних случаях. ДММ - дорогая высокотехнологичная деталь, цена которой может превышать цену комплекта сцепления, а механизм скрыт в неразборном корпусе. Поэтому механики часто ограничиваются визуальным осмотром, хотя для правильной диагностики нужно знать, при каких признаках деталь еще может работать, а при каких - нет.

По заверениям Вальдемара Шульца, брака ДММ Sachs за всю историю выпуска не встречалось. Рекламации иногда поступают, но после исследований специалисты ZF Services, как правило, приходят к выводу, что проблема не в самом маховике. По мнению ZF, все неисправности ДММ являются следствием усиленных вибраций из-за неравномерной работы двигателя. Благодаря эффективному гашению колебаний нестабильная работа мотора может быть совершенно незаметна для водителя, но основной «удар» принимает на себя ДММ, и он изнашивается преждевременно.

Причины неравномерной работы двигателя бывают механические и электрические. Без диагностики они незаметно развиваются, накладываются друг на друга и снижают ресурс всех связанных с двигателем деталей. Поэтому ZF рекомендует диагностировать двигатель и топливную систему при каждой замене сцепления. Распространенный стереотип, что автомобили с ДММ хронически проблемные, не соответствует действительности: современные двигатели и ДММ работают в тесной связке, влияют друг на друга и очень чувствительны к исправности топливной аппаратуры и качеству топлива.

Проверка ДММ без снятия коробки

Если владелец жалуется на неисправный двухмассовый маховик, Sachs советует сначала сделать все возможные внешние проверки, чтобы не снимать коробку напрасно. Начните с пробной поездки, когда за рулем механик. Если при разгоне двигателя на нейтральной передаче до максимальных оборотов и удержании их некоторое время нет шума или вибрации, проблема, скорее всего, не в маховике. Иногда вибрация или шум при пуске вызваны деталями, которые вращаются при запуске:

стартером: неисправности, нестабильное напряжение бортовой сети, выработанный ресурс или неудачное восстановление;
роликом натяжителя ремня ГРМ или поликлинового ремня;
подшипником водяного насоса.

Об износе именно ДММ, по данным Sachs, говорят:

вибрация при пуске двигателя (вплоть до легкого удара в районе рычага КПП);
мягкий металлический стук на холостом ходу;
затрудненный пуск двигателя с вибрацией или непривычным легким стуком;
вибрация при разгоне, особенно на второй-третьей передачах;
легкий толчок автомобиля от замыкания диска сцепления при включении повышенной передачи после разгона;
вибрация при выключении двигателя (часто с легким металлическим стуком).

Эти проявления вызывают механические или электрические проблемы. После первичной диагностики можно подключать профильных специалистов, чтобы сузить круг причин износа маховика.

Механические причины износа ДММ

неисправная опора двигателя;
нарушенные моменты впрыска;
негерметичность топливной системы (очень редкая неисправность);
механический износ или закоксованность форсунок.

Электрические причины

проблемы с системой впрыска: угол синхронизации элементов насос-форсунок, объем и время впрыска (с демонтажем и проверкой форсунок);
проводка;
неисправная форсунка;
неисправный блок управления;
чип-тюнинг;
проблемы с питанием бортовой сети;
проблемы со стартером.

Визуальная диагностика снятого ДММ

Неисправности ДММ часто незаметны снаружи и обнаруживаются лишь после снятия. Если вопрос о дальнейшем использовании маховика остается открытым, следующий этап - визуальная диагностика снятой детали. На семинаре рассматривали характерные проявления неисправностей на наглядных примерах.

Одно из самых распространенных негативных явлений - перегрев. Из-за повышенных температур на поверхности ДММ появляются характерные цвета побежалости. От величины тепловой нагрузки зависит, можно ли дальше использовать маховик. Работа с повышенной тепловой нагрузкой разрушает сепараторы и пружины внутри, причем снаружи это может проявляться лишь цветом поверхности. По критериям Sachs, тепловая нагрузка бывает:

незначительная: фрикционная поверхность золотисто-желтая, потускнений на внешней кромке нет - ДММ исправен и замены не требует;
средняя: фрикционная поверхность синего цвета, что говорит о кратковременном нагреве примерно до 220 °C - замена не требуется;
высокая: потускнение по внешнему диаметру или в зоне заклепок говорит о длительной работе с перегревом (около 280 °C) - ДММ требует замены;
чрезмерно высокая: окрас по бокам или с обратной стороны, а также трещины на поверхности - признак сильного перегрева, ДММ однозначно подлежит замене.

Сепараторы в ДММ имеют определенный предел прочности. Он превышается, когда маховик работает с превышением максимального угла скручивания, то есть в слишком тяжелых или не предусмотренных конструкцией режимах; тогда работа ДММ сопровождается сильным шумом. Такой же эффект дает чип-тюнинг двигателя: инженеры рассчитывают систему сцепления на стандартные нагрузки, а не на спортивные или экстремальные. Это вредит не только ДММ, но и классическому сцеплению с одномассовым маховиком.

При длительной работе с перегревом на постоянно высоких нагрузках смазка внутри ДММ выгорает или закипает. Тогда вторичная масса смещается от центрального положения и блокирует маховик, и снять его без повреждения невозможно. По рекомендации ZF, в таком случае нужно аккуратно срезать верхний слой крышки угловой шлифмашиной и открутить болты под ним; разблокировать ДММ сваркой недопустимо, так как это может повредить другие узлы. Основанием для замены всегда является и обильное вытекание смазки наружу - признак потери герметичности корпуса. При вскрытии такого маховика на семинаре внутри обнаружили разрушенные пружины.

Задиры на фрикционной поверхности маховика - распространенное основание для замены ДММ. А вот темные пятна на этой поверхности, даже в большом количестве, по критериям Sachs, замены не требуют.

Диагностика ДММ специальным оборудованием

Увидеть состояние неразборного ДММ изнутри невозможно, но его рабочие характеристики можно проверить специальным оборудованием: максимальный угол скручивания, осевой и радиальный зазоры.

По данным ZF, у двухступенчатых и трехступенчатых ДММ максимальный угол скручивания разный - от 60 до 75 градусов. Поскольку достоверно определить тип ДММ сложно, угол измеряют до 60 градусов, а, по словам специалистов ZF, даже 30-40 градусов позволяют использовать маховик дальше. Для измерения находят специальное отверстие снизу ДММ, выставляют позицию, делают отметку и проворачивают массу влево-вправо. Проворачивание должно быть плавным, без скачков, рывков и блокировок, иначе ДММ следует заменить.

Радиальный и осевой зазоры для точности измеряют в трех разных точках, прикладывая к вторичной массе усилие 100 Н. По данным семинара, осевой зазор должен быть не более 0,2 мм, радиальный - не более 0,15 мм; если допустимое значение превышено хотя бы в одной точке, маховик подлежит замене. Допуски для конкретной модели ДММ сверяйте с данными ее производителя.

Материал подготовлен по данным технического семинара ZF Services. TESMA поможет подобрать двухмассовый маховик и комплект сцепления для вашего автомобиля.

Дефектовку, ремонт и восстановление двухмассовых маховиков выполняет специализированный сервис TESMA remont-mahovikov.com.ua. Решение о ремонте или замене принимают после проверки конкретного маховика.