Как работает двухмассовый маховик

Время чтения: ~10 мин


Современные автопроизводители постоянно сталкиваются с противоположными требованиями. С одной стороны, нужно обеспечить большую мощность и динамику, с другой - снизить расход топлива и уровень выбросов. Чтобы объединить эти задачи, инженеры стали применять двухмассовые маховики.
Такие механизмы все чаще устанавливаются на новые автомобили, они помогают уменьшить вибрации и сделать работу трансмиссии более плавной. В то же время у многих СТО до сих пор не хватает подробной информации об интервалах их замены или особенностях диагностики, что затрудняет обслуживание этой важной детали.
В 1996 году в Западной Европе только около 10% легковых автомобилей с механической коробкой передач оснащались двухмассовыми маховиками. Уже в 2011 году эта доля выросла до 70%, и сегодня большинство автомобилей из МКПП имеют ДММ. Однако только сейчас такие машины в больших количествах начинают поступать на обслуживание в независимые СТО в Украине. Соответственно, уровень осведомленности и технических навыков мастеров в этой сфере пока остается невысоким. Поэтому компания ZF Aftermarket уделяет большое внимание образовательной работе и повышению квалификации специалистов.

Круг производителей, разрабатывающих подобные комплектующие с нуля, довольно ограничен как в Европе, так и в мире. Автопроизводители передают им двигатель и коробку передач новой модели для создания компонентов сцепления. ZF входит в число ведущих специалистов. Важно подчеркнуть, что на заводах SACHS сцепление выпускается еще с 1929 года. Сегодня все ключевые исследования и испытания этой продукции для мирового рынка сосредоточены в исследовательском центре Швайнфурта (Германия), где около 900 инженеров проверяют новые детали на 150 специализированных стендах.

Часть этого огромного опыта, которая будет полезна для работы обычного автосервиса, представлена ​​в этом материале. Он состоит из двух главных блоков: теоретической части и практики ремонта.

ДММ – строение и принцип работы
Сокращения ДММ (двухмассовый маховик), ZMS (Zweimassenschwungrad) и DMF (dual mass flywheel) обозначают одну и ту же конструкцию – маховик с двумя стальными корпусами, которые могут двигаться друг относительно друга на общей оси. Внутри одного из корпусов расположен ключевой элемент – демпферный механизм вместе с подшипником.

Почему возникла необходимость создавать и внедрять ДММ в автомобилях? Специалисты хорошо знают, что даже при стабильных режимах работы двигателя коленчатый вал не вращается с абсолютно равномерной угловой скоростью. Это обусловлено конструктивными особенностями поршневых ДВС. Угловая скорость вала постоянно изменяется из-за неравномерности крутящего момента. Такая неравномерность возникает в результате цикличности рабочих процессов в цилиндрах и кинематических характеристик кривошипно-шатунного механизма.

Неравномерность крутящего момента и резонансные колебанияНеравномерность крутящего момента накладывается на постоянный средний момент сопротивления вращению вала, создаваемого стабильной нагрузкой. Чтобы компенсировать эти колебания, коленчатый вал проектируется с запасом прочности: номинальные напряжения при изгибе остаются примерно на уровне 20%, а при кручении – около 15% от предельно допустимых значений. На первый взгляд может показаться, что это лишние масса и габариты. Однако именно из-за неравномерности крутящего момента, действующего даже при постоянной нагрузке, в эластичном коленчатом валу возникают собственные крутящиеся колебания. В определенных условиях эти колебания способны не только нарушить оптимальную работу двигателя, но и нанести ему серьезный ущерб вплоть до полного разрушения.
Под "определенными условиями" подразумевается возникновение резонансных явлений. Резонанс возникает тогда, когда частота внешнего воздействия совпадает с частотой колебаний вала, что резко повышает амплитуду вынужденных колебаний. Классический пример опасности резонанса – разрушение моста, рассчитанного на тяжелые грузовики после того, как по нему прошла колонна солдат в ногу.
Вообразить последствия такого процесса для автомобильного двигателя нетрудно. Если влияние тактов сгорания в сочетании с силами, действующими в кривошипно-шатунном механизме, совпадет с колебаниями, вызванными упругостью вала, резонанс может сломать его, как спичку. Именно поэтому для обеспечения стабильной работы двигателя в широком диапазоне оборотов необходимо использование маховика.
Усиление сцепления и появление новой конструкции маховика
Еще один немаловажный момент – для передачи растущего крутящего момента необходимо усиливать сцепление, желательно без увеличения его размеров. Это достигается путем повышения жесткости диафрагменной пружины корзины сцепления и использования новых материалов для фрикционных накладок. Однако в таком случае растет и жесткость работы механизма: более сильная пружина резче нагружает узлы, двигатель и коробку передач. Соответственно, опасность резонансных колебаний, ранее угрожавшая преимущественно двигателю, теперь в полной мере распространяется и на валы КПП. Дополнительно снижается комфорт в управлении сцеплением. Таким образом, потребность в эффективном демпфировании становится актуальной и для трансмиссии.
Рост комплекса этих проблем подтолкнул инженеров к поиску замены традиционным демпферам крутильных колебаний. Специалисты компании ZF предложили оригинальное решение – передать функцию демпфирующего механизма самому маховику. В результате он утратил свою классическую форму и получил новую – двухмассовую конструкцию.

Двухмассовый маховик состоит из двух массивных частей – первичной и вторичной. Первичная часть стандартным способом соединяется с коленчатым валом двигателя и имеет зубчатый венец, взаимодействующий со стартером при запуске. Через зубчатое кольцо с упорами, дополненное набором шестерен и пружин, эта часть соединяется со вторичной. Конкретно вторичная масса выполняет роль ведущего диска сцепления.

Конструктивные особенности двухмассового маховика
Части двухмассового маховика соединены между собой с помощью подшипников (в изделиях Sachs всегда подшипник скольжения). Все элементы работают в густой смазочной среде, вязкость которой возрастает при нагревании. Внутренняя полость маховика заполнена консистентной смазкой, дополнительно смягчающей работу узла. Если в классической сцепке обычно устанавливалось 6–8 пружин с радиусом до 60 мм от оси, то в современных ДММ количество пружин, поглощающих энергию взаимного смещения частей, может достигать 54, а их радиус крепления достигает 120 мм. Более того, внутри каждой пружины может размещаться еще одна или даже две дополнительные для повышения эффективности.
Чтобы обеспечить больший угол упругого скручивания корпусов друг относительно друга, в ДММ применяют несколько степеней сжатия пружин. Пружинные блоки разделены сепараторами на центральный и крайний. Крайний блок отличается большей жесткостью. При работе двигателя в обычных режимах массы двухмассового маховика смещаются под определенным углом, сжимая центральный блок пружин. Когда же нагрузка возрастает, в работу подключается более жесткий крайний блок, компенсируя увеличенный угол поворота масс маховика относительно друг друга. Такой режим актуален при резком старте или торможении двигателем.
Современные двухмассовые маховики выпускаются с двумя или даже тремя степенями сжатия, что позволяет еще более эффективно защищать трансмиссию от пиковых нагрузок.

Преимущества конструкции двухмассового маховик
Благодаря такой конструкции двухмассовый маховик Sachs от ZF способен имитировать работу своего более массивного одномассового аналога в идеальных условиях, когда в двигателе не возникают резонансные колебания. Более того, разделение маховика на две массы позволило эффективно устранить риск резонансных явлений и в трансмиссии. В итоге увеличивается надежность и долговечность коробки передач, даже несмотря на рост передаваемой мощности. Дополнительным плюсом становится повышенный комфорт – нежелательные вибрации и посторонние шумы при работе агрегатов практически не возникают.

Конструктивные особенности двухмассового маховика
Части двухмассового маховика соединены между собой посредством подшипников (в изделиях Sachs всегда подшипник скольжения). Все элементы работают в густой смазочной среде, вязкость которой возрастает при нагревании. Внутренняя полость маховика наполнена консистентной смазкой, дополнительно смягчающей работу узла. Если в классической сцепке обычно устанавливалось 6–8 пружин с радиусом до 60 мм от оси, то в современных ДММ количество пружин, поглощающих энергию взаимного смещения частей, может достигать 54, а их радиус крепления достигает 120 мм. Более того, внутри каждой пружины может размещаться еще одна или даже две дополнительные для повышения эффективности.
Чтобы обеспечить больший угол упругого скручивания корпусов друг относительно друга, в ДММ применяют несколько степеней сжатия пружин. Пружинные блоки разделены сепараторами на центральный и крайний. Крайний блок отличается большей жесткостью. При работе двигателя в обычных режимах массы двухмассового маховика смещаются под определенным углом, сжимая центральный блок пружин. Когда же нагрузка растет, в работу подключается более жесткий крайний блок, компенсируя увеличенный угол поворота масс маховика относительно друг друга. Такой режим актуален при резком старте или торможении двигателем.
Современные двухмассовые маховики выпускаются с двумя или даже тремя степенями сжатия, что позволяет еще более эффективно защищать трансмиссию от пиковых нагрузок.
Преимущества конструкции двухмассового маховика

Благодаря такой конструкции двухмассовый маховик Sachs от ZF способен имитировать работу своего более массивного одномассового аналога в идеальных условиях, когда в двигателе не возникают резонансные колебания. Более того, разделение маховика на две массы позволило эффективно устранить риск резонансных явлений и в трансмиссии. В итоге увеличивается надежность и долговечность коробки передач, даже несмотря на рост передаваемой мощности. Дополнительным плюсом становится повышенный комфорт – нежелательные вибрации и посторонние шумы при работе агрегатов практически не возникают.

Ресурс и замена двухмассового маховика

Средний ресурс деталей сцепления составляет около 180–200 тыс. км, то есть рассчитан с определенным запасом на один срок службы сцепления. Поэтому оптимальным решением является одновременная замена ДММ вместе со сцеплением. Если проигнорировать эту рекомендацию, существует большая вероятность, что поломка двухмассового маховика произойдет вскоре после ремонта сцепления. Поэтому механик должен четко объяснить клиенту возможные последствия установки нового сцепления со старым ДММ.

Еще один распространенный соблазн, которого следует избегать – замена комплекта на сцепление с «улучшенными» демпфирующими свойствами в сочетании с классическим маховиком. Подобных предложений на рынке достаточно, и на первый взгляд решение кажется приемлемым: сразу после запуска трансмиссия вроде бы работает исправно. Однако такие альтернативные системы не способны выдержать высокие крутящие моменты и сильные резонансные колебания современных двигателей, под которые разработан ДММ.

В результате при установке обычного маховика снижается комфорт: переключение передач, старт с места, разгон, торможение двигателем и остановка сопровождаются рывками и вибрациями. При этом основная нагрузка переходит на коробку передач, что приводит к ее преждевременному выходу из строя. Поэтому замена одного узла на другой неизбежно влечет негативные последствия для надежности, долговечности и комфорта автомобиля в целом.Диагностика ДММ

Есть распространенный миф, что автомобили с установленным датчиком маховика (ДММ) постоянно проблемны. Однако технологии производства ДММ компании Sachs настолько совершенны, что, по словам технического специалиста ZF Aftermarket Вальдемара Шульца, за всю историю выпуска ни один брак не зафиксирован. Иногда поступают рекламации на продукцию, но после проведения исследований специалисты ZF Aftermarket приходят к выводу, что причина проблем не в маховике.

На самом деле современные двигатели и ДММ работают в тесной взаимосвязи и оказывают значительное влияние друг на друга, будучи очень чувствительными к исправности топливной системы и качеству топлива. Все неисправности ДММ возникают из-за увеличения вибраций в области двигателя при его неравномерной работе. Благодаря эффективному гашению резонансных колебаний современных маховиков ZMS нестабильная работа двигателя может оставаться почти незаметной. При этом основная «нагрузка» от таких колебаний принимает на себя именно ДММ, что приводит к его преждевременному износу.

Причины и диагностика неравномерной работы двигателя

Причины неравномерной работы двигателя делятся на механические и электрические. Отсутствие своевременной диагностики и игнорирования возможных проблем приводят к их незаметному развитию и усложнению ситуации. Поэтому проверка работы двигателя и топливной системы рекомендуется при каждой замене сцепления.

Современные маховики выполнены в виде неразборного корпуса, поэтому важно ориентироваться на косвенные признаки износа ДММ, по которым можно определить, способен ли датчик продолжать работу или он уже выходит из строя. При подозрении на неисправность ДММ не следует сразу снимать коробку передач. Sachs советует сначала провести все доступные поверхностные тесты.

Начать следует с простой ознакомительной поездки. Если при разгоне двигателя на нейтральной передаче до максимальных оборотов и удержании их некоторое время не слышно шума и не проявляется вибрация, то вероятно проблема не в маховике.

Подводя итог, можно сказать, что знания в области диагностики ДММ развеивают все мифы о «проблемности» этого узла. Безусловно, его ресурс меньше, чем у стандартного одномассового маховика, но это плата за комфорт, высокую мощность и низкий расход топлива. Отказ от замены или замена одномассового маховика не даст экономии, а лишь приведет к дорогостоящим ремонтам. И эту плату автовладелец уже фактически согласился платить, покупая машину. Задача СТО – грамотно организовать обслуживание и своевременное устранение проблем этого «налога на комфорт»

  • Автор статьи: Тимошенко Олег
  • Опубликовано: 08.09.2025