Маховик двигателя внутреннего сгорания¶

Маховик — массивное дисковое колесо, закреплённое на коленчатом валу двигателя внутреннего сгорания, служащее для сглаживания неравномерности крутящего момента, накопления кинетической энергии и передачи вращения на трансмиссию. Маховик является обязательным элементом большинства автомобильных двигателей и выполняет несколько функций одновременно: обеспечивает равномерное вращение коленвала между тактами, позволяет двигателю преодолевать такт сжатия на малых оборотах, служит рабочим элементом для стартера и точкой сцепления с коробкой передач.

¶Устройство и принцип работы

Маховик представляет собой массивный диск, обычно изготовленный из чугуна или стали, с отверстием под вал и посадочным местом под зубчатый венец. Масса маховика подбирается в зависимости от рабочего объёма двигателя, числа цилиндров и требований к плавности хода: чем больше масса и радиус, тем больше запас кинетической энергии и тем равномернее вращение.

Принцип действия основан на законе сохранения энергии. При рабочем такте поршень передаёт через шатун и кривошипный механизм резкий импульс вращения коленвалу; в остальные такты (впуск, сжатие, выпуск) крутящий момент на валу падает. Маховик, обладающий большим моментом инерции, накапливает избыток энергии в момент рабочего такта и отдаёт её в такты, где момента недостаточно. В результате вал вращается с относительно постоянной угловой скоростью, а двигатель не «дёргается» и не глохнет на холостом ходу.

На ободе маховика обычно закреплён зубчатый венец — кольцо с зубьями, за которое цепляется шестерня стартера при запуске двигателя. С противоположной стороны к маховику крепится кожух сцепления («корзина»), через который крутящий момент передаётся на первичный вал коробки передач.

¶Виды маховиков

В автомобильной практике применяются несколько типов маховиков:

• Сплошной (одномассовый) — простейшая конструкция: единый массивный диск. Используется в двигателях, где допустима определённая неравномерность вращения, например в спортивных моторах с короткоходными поршнями.
• Двухмассовый маховик (ДММ) — состоит из двух дисков, соединённых пружинно-демпферным механизмом. Первый диск связан с коленвалом, второй — с кожухом сцепления; между ними расположены демпфирующие пружины, гасящие крутильные колебания и ударные нагрузки. Двухмассовый маховик заметно снижает вибрации и шум трансмиссии, повышает ресурс синхронизаторов и подшипников, однако имеет более сложную конструкцию и ограниченный срок службы пружин.
• Двухмассовый маховик с демпфирующей муфтой — разновидность ДММ с дополнительным гасителем колебаний, применяемая на дизельных двигателях.
• Гибридные и активные маховики — конструкции с электрическим или гидравлическим демпфированием, используемые в гибридных силовых агрегатах.

¶Маховик и стартер

Стартер взаимодействует с маховиком через зубчатый венец. При повороте ключа зажигания или нажатии кнопки запуска шестерня стартера (бендикс) входит в зацепление с венцом маховика и проворачивает коленвал до момента, когда двигатель начнёт работать самостоятельно. Износ зубьев венца — распространённая причина характерного «хруста» при запуске.

¶Маховик и сцепление

Маховик является неподвижной частью сцепления: к нему прижимается ведомый диск через корзину. Рабочая поверхность маховика — плоскость, с которой контактирует диск сцепления, — должна быть ровной и без биений. При пробуксовке сцепления поверхность перегревается, на ней появляются синие «отжиги» и трещины, что требует проточки или замены маховика.

¶Признаки неисправности

К основным симптомам проблем с маховиком относят:

• вибрации кузова и рулевого колеса на определённых оборотах;
• стуки и гул при запуске двигателя;
• «дёрганье» автомобиля на холостом ходу;
• затруднённый запуск, скрежет при включении стартера;
• посторонние шумы при выжиме сцепления.

При обнаружении подобных признаков требуется диагностика: проверка биений, состояния зубчатого венца и демпфирующего механизма.

¶Ремонт и замена

Замена маховика — трудоёмкая операция, требующая снятия коробки передач. При ремонте двухмассового маховика возможна замена только демпфирующего узла без полной замены диска, что снижает стоимость. После установки нового маховика обязательно протягиваются болты крепления к коленвалу с рекомендованным моментом затяжки, а посадочные поверхности обезжириваются.

¶Интересные факты

• В гоночных двигателях массу маховика уменьшают для повышения отклика на педаль газа, жертвуя плавностью хода.
• В некоторых гибридных системах (например, в схеме MHEV) маховик совмещён с электростартером-генератором, что позволяет реализовать функцию старт-стоп и рекуперативное торможение.
• Двухмассовые маховики получили широкое распространение на дизельных двигателях с 1990-х годов, поскольку дизели имеют выраженную неравномерность крутящего момента.

Источники:

• Кислинский Н. А. «Конструкция автомобиля»
• Вахламов В. К. «Конструкция и расчёт автомобилей»
• Справочник по устройству и эксплуатации автомобилей