Автомобильная промышленность Западной Европы в 1996 г. выпускала всего 10% легковых автомобилей с МКПП, оборудованных ДММ. В 2011 г. уже около 70% всех выпущенных европейских легковых автомобилей с ручной коробкой передач имели ДММ. Но только сейчас эти автомобили начинают в значительных количествах поступать в обслуживание на независимых СТО Украины. Соответственно и уровень технической подкованности специалистов в этой сфере весьма невысок. Поэтому ZF Aftermarket уделяет большой внимание просветительской работе в этой области.
Вообще, круг компаний, которые изготавливают подобные детали с чистого листа в Европе и в мире очень ограничен. Автопроизводитель предоставляет им двигатель и КПП новой модели для разработок деталей сцепления. Поскольку ZF и относится к таким специалистам, мнение инженеров компании в этой сфере особенно ценно, ведь на заводах SACHS изготавливают сцепления с 1929 года. Все разработки и испытания сцеплений для всего мира сконцентрированы в исследовательском центре в г. Швайнфурт, где около 900 техников тестируют новые детали на 150 стендах. Часть их опыта, необходимая для работы обычного автосервиса, представлена в данном материале. Он состоит из двух основных разделов: теоретическая часть и практика ремонта.
ДММ – устройство и принцип работы
Аббревиатуры ДММ (двухмассовый маховик), ZMS (Zweimassenschwungrad) и DMF (dual mass flywheel) обозначают на трех языках одно и то же изделие – маховик с двумя подвижными друг относительно друга корпусами из стали на одной оси. Внутри одного из корпусов находится сердце механизма – демпфирующий механизм и подшипник.
Зачем же потребовалось изобретать и применять в автомобилях ДММ? Специалистам известно, что даже на установившихся режимах работы мотора на протяжении каждого оборота угловая скорость вращения его вала просто не может оставаться постоянной в силу особенностей конструкции поршневых ДВС. Угловая скорость вращения вала двигателя непостоянна и периодически меняется вследствие неравномерности крутящего момента, обусловленной периодичностью рабочего процесса в цилиндрах и кинематическими свойствами кривошипно-шатунного механизма.
Неравномерность крутящего момента накладывается на постоянный средний момент сопротивления вращению вала, создаваемый постоянной нагрузкой. Чтобы это компенсировать, коленчатый вал двигателя проектируется так, чтобы номинальные напряжения при изгибе оставались на уровне порядка 20%, а при кручении – порядка 15% от того, что может выдержать вал. Казалось бы, зачем такой запас прочности, ведь это «лишние» масса и габариты? Но дело в том, что из-за неравномерности действующего при постоянной нагрузке крутящего момента в упругом коленчатом валу возникают собственные крутильные колебания. И при определенных условиях эти крутильные колебания могут не только нарушить условия для оптимальной работы двигателя, но даже больше – причинить вред вплоть до разрушения мотора со всеми вытекающими отсюда негативными последствиями.
«Определенные условия» – это, прежде всего, условия для возникновения резонансных явлений. Резонанс характеризуется тем, что при его появлении резко возрастает амплитуда вынужденных колебаний, обусловленных совпадением частоты внешнего воздействия и частоты собственных колебаний коленвала. Распространенный пример опасности резонанса – случай с обрушением рассчитанного на многотонные грузовики моста из-за того, что по нему прошла в ногу рота солдат.
Нетрудно себе представить, что грозит двигателю автомобиля, если аналогичный по принципу действия процесс возникнет и в нем. Если воздействие тактов сгорания, вкупе с силами кинематики кривошипно-шатунного механизма, совпадет с колебаниями, обусловленными упругостью вала, то возникший в результате резонанс сломает вал как спичку. При этом для обеспечения удовлетворительной работы двигателя в широком диапазоне оборотов необходимо применение маховика.
Маховик служит для снижения значений оборотов холостого хода и начала движения – чем больше его момент инерции, тем ниже обороты. Но с другой стороны, чем маховик больше и тяжелее, тем больше крутильные колебания и выше опасность резонанса. Поэтому, кроме конструктивных приемов (облегчения деталей поршневой группы и коленвала) с целью устранения возможного резонанса конструкторы начали применять особые устройства – демпферы крутильных колебаний. Устройства различаются в зависимости от типа двигателей, но принцип их работы остается неизменным – демпферы позволяют преобразовывать крутильные колебания в тепловую энергию.
Одна часть демпфера соединяется с валом жестко, в то время как вторая его часть соединяется с первой через упругий элемент. При неравномерном угловом движении вала части демпфера движутся с разной угловой скоростью, в результате чего совершается работа над упругим элементом, преобразующаяся в теплоту. Преимущественно демпферы устанавливаются на носок вала двигателя, где крутильные колебания достигают самых больших значений. При этом они нередко совмещают еще и функцию привода вспомогательного оборудования.
Долгое время такое решение оставалось удовлетворительным, однако в последние годы ситуация изменилась. Во-первых, поперечное расположение мотора в подкапотном пространстве автомобиля требует максимальной компактности. Но основная причина разработки альтернативы демпферам – повышение крутящего момента двигателя при его работе в нижнем диапазоне оборотов. Неравномерность более высокого крутящего момента при росте постоянной средней нагрузки – эти условия способствуют усилению крутильных колебаний вала. Соответственно, возрастает и риск резонанса.
Еще один момент – для передачи возросшего момента надо усиливать сцепление, желательно без увеличения габаритов. То есть – за счет увеличения мощности диафрагменной пружины «корзины» сцепления и применения новых материалов фрикционных накладок. Однако при этом возрастает и жесткость включения сцепления. Мощная пружина более резко нагружает агрегаты, двигатель и КПП, а значит опасность резонансных колебаний, ранее угрожавшая прежде всего моторам, теперь в полной мере распространяется и на валы КПП. В дополнение снижается комфорт управления сцеплением. Таким образом, необходимость демпфирования становится актуальной уже и для трансмиссии.
Нарастающий ком этих проблем и привел конструкторов к необходимости искать замену демпферам крутильных колебаний. Специалисты компании ZF предложили оригинальное решение – передать функции демпфирующего устройства непосредственно маховику, который, в связи с этим, лишился своего привычного вида и был заменен на новую, двухмассовую конструкцию.
Механизм ДММ состоит из двух массивных деталей – первичной и вторичной. Первая стандартным образом соединяется с коленчатым валом двигателя. На ней расположен зубчатый венец, взаимодействующий со стартером при запуске двигателя. Через зубчатое кольцо с упорами, укомплектованное набором шестерен и пружин, эта деталь двухмассового маховика соединяется со вторичной частью, которая исполняет роль ведущего диска сцепления.
Составляющие двухмассового маховика соединены друг с другом посредством подшипников (в случае Sachs это всегда подшипник скольжения). Все комплектующие располагаются в густой масляной среде, часто с увеличивающейся при нагреве вязкостью. Внутренняя полость маховика плотно заполнена консистентной смазкой, что еще более смягчает работу узла в целом. Если в классическом сцеплении было 6-8, размещенных по радиусу до 60 миллиметров от оси сцепления, то количество пружин, поглощающих энергию взаимного смещения частей в современных ДММ достигает 54, а радиус их посадки составляет от 120 миллиметров. Более того, внутри каждой такой пружины могут быть еще одна или две, для повышения эффективности.
Для увеличения угла упругого скручивания корпусов относительно друг друга в ДММ существует несколько степеней сжатия пружин. Блоки пружин разделены сепараторами на центральный и крайний. Крайний блок пружин более жесткий. При работе двигателя в стандартных условиях массы двухмассового маховика смещаются на некоторый угол относительно друг друга, сжимая при этом центральный блок пружин. Но при более высоких нагрузках в работу вступает более жесткий крайний бок пружин, компенсируя возросший угол поворота масс маховика относительно друг друга. Такой режим работы соответствует работе мотора в режимах резкого старта или торможения двигателем. Современные ДММ производятся с двумя и тремя степенями сжатия – для лучшей защиты трансмиссии от пиковых нагрузок.
Благодаря такой конструкции двухмассовый маховик Sachs производства ZF может имитировать работу своего более массивного одномассового аналога в «идеальном» режиме при условии, что резонансные явления в ДВС не возникают. Более того, разделение маховика на две массы позволило решить задачу исключения резонансных колебаний еще и в трансмиссии. В результате надежность и долговечность КПП возрастает, хотя передаваемая ими мощность увеличивается. Растет и комфорт – нежелательные вибрации и непредусмотренный шум от работы агрегатов практически не возникают.
Ресурс и замена ДММ
Ресурс деталей сцепления составляет около 180-200 тыс. км, то есть рассчитан с некоторым запасом на один срок службы сцепления. Поэтому идеальным является замена ДММ вместе с заменой сцепления. Если проигнорировать эти регламентные рекомендации, существует большая вероятность того, что поломка ДММ случится в скором времени после ремонта сцепления. Поэтому механик должен доходчиво объяснять клиенту возможные последствия установки нового сцепления со старым ДММ.
Еще один соблазн, которому не стоит поддаваться – замена на сцепление с улучшенными свойствами демпфирования в сочетании классическим маховиком. Таких предложений на рынке немало и решение, на первый взгляд, может работать. То есть сразу же после пуска трансмиссия не развалится. Тем не менее, альтернативные системы не в силах справляться с такими же большими пиковыми значениями крутящих моментов и сильнейшими резонансными колебаниями современных автомобилей, на которые рассчитан ДММ. Поэтому при установке маховика классического типа страдает комфорт при переключении передач, трогании с места, разгоне, торможении двигателем и остановке, а всю отдачу принимает на себя КПП, преждевременно выходя из строя. Замена одного узла на другой не может быть осуществлена без негативных последствий для надежности, долговечности и комфорта автомобиля в целом.
Диагностика ДММ
Есть предрассудок, что автомобили с установленным ДММ хронически проблемные. Однако технологии производства ДММ Sachs настолько совершенны, что по заверениям технического специалиста ZF Aftermarket Вальдемара Шульца за всю историю выпуска брака продукции не встречалось вообще. Хотя рекламации на продукцию иногда и поступают, но, после проведения исследований специалисты ZF Aftermarket, приходят к выводу, что проблема не в маховике.
Но на самом деле современные двигатели и ДММ работают в жесткой спайке и взаимно влияют друг на друга, и очень чувствительны к исправной работе топливной аппаратуры и самому топливу. Все неисправности ДММ происходят вследствие нарастания вибраций в области двигателя при его неравномерной работе. Благодаря эффективному гашению резонансных колебаний современных маховиков ZMS нестабильная работа двигателя может быть совершенно незаметна. При этом основной «удар» от подобной нагрузки принимает на себя именно ДММ и поэтому изнашивается преждевременно.
Причины, лежащие в корне неравномерной работы двигателя, делятся на механические и электрические проблемы. Отсутствие диагностики, игнорирование возможных проблем и как следствие – их незаметное развитие приводит к усугублению проблем. В связи с этим диагностика работы двигателя и топливной системы рекомендуется при каждой замене сцепления.
Механизмы современного маховика заключены внутри неразборного корпуса, поэтому необходимо знать косвенные признаки и проявления износа ДММ, по которым можно определить, может ли ДММ продолжать работу или уже выходит из строя. Если есть подозрение по части ДММ – не спешите снимать коробку. Sachs рекомендует вначале сделать все возможные поверхностные тесты.
Начать следует с обычной ознакомительной поездки. Если при разгоне двигателя на нейтральной передаче до максимальных оборотов и удержании их некоторое время не слышно шума или не проявляется вибрация, то проблема, скорее всего, кроется не в маховике.
Подытоживая, стоит сказать, что знаниями в области диагностики ДММ развеиваются все мифы относительно «проблемности» данного узла. Конечно, его ресурс меньше, чем стандартного одномассового маховика. Но это плата за комфорт, и высокую мощность при низком расходе топлива. Отказом от замены, либо заменой на одномассовый маховик, никакая экономия уже не может быть достигнута, поскольку они приведут лишь к более дорогостоящим ремонтам. И вносить эту плату при замене сцепления автовладелец по умолчанию согласился, когда покупал машину. А задача СТО заключается в грамотном взимании с водителей этого своеобразного «налога на роскошь».
Какие неисправности и причины появления возможны в двухмассовых маховиках. Советы эксперта
|
Производителям агрегатов для современных автомобилей постоянно противоречащие друг другу задачи. С одной стороны, автопроизводители хотят больше мощности и динамичности, с другой – экономии топлива и снижения выбросов. Именно в связи с тем, что конструкция механизмов должна соответствовать требованиям, одновременно появились двухмассовые маховики. Они применяются на все большем количестве новых автомобилей. Но при этом на СТО информации о необходимости их замены и ее интервалах, а также принципах диагностики маховиков новой конструкции практически нет.
