3 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое маховик в двигателе внутреннего сгорания

Маховики и их назначение. Двухмассовый маховик. Для чего нужен маховик в двс

Маховик – металлический многосоставный диск, состоящий из прочных видов закаленного металла. С виду похож на большую шестеренку, прикреплённую к коленчатому валу передающую энергию на коробку передач. Но это не единственная его функция, их у маховика много.

Например, маховик двигателя гасит колебания коленчатого вала, сглаживает работу двигателя, предотвращает его детонацию.

Следующая функция маховика служит для автоматического пуска автомобиля, минуя кривую ручку как на ваз 2101 и старых грузовиках, сейчас расскажу как. Все вы знаете, что в пуске двигателя участвует стартер, но не никто и не предполагал, что маховик причастен тоже. Если бы вы были немного внимательней, то заметили, что стартер вставлен в корпус коробки передач. На обратной его стороне (та, что в коробке) находится маленькая шестеренка, вспоминаем, что маховик – это тоже большая шестеренка, поэтому, когда мы поворачиваем ключ зажигания и заставляем крутиться стартер. В свою очередь маленькая шестеренка стартера вращает большой маховик, который вращает коленвал и заставляет поршни в цилиндрах двигаться. В цилиндры поступает воздушно топливная смесь, и автомобиль заводится.

Но это не всё. Благодаря весу маховика он является аккумулятором кинетической энергии, набирая её при ускорении и отдавая при торможении. Так же маховик способствует стабильному низкому холостому ходу для экономии топлива и меньшей нагрузки на двигатель.

На сегодняшний день используется два вида маховика.

Первый, это маховик сплошной конструкции, который используется на автомобилях ВАЗ. Он отличается простотой и надежностью своего строения. Изготовлен такой маховик из чугуна, поэтому и имеет такой большой вес. На внутренней части расположено крепление к коленчатому валу, а на наружной расположен венец с шестернями на нем.

Второй тип маховика называется двухмассовым. Двухмассовый маховик значительно отличается от одномассового, хотя бы тем, что он разборный и включает в себя два диска соединенных друг с другом пружинной системой, благодаря которой позволяет полностью изолировать коробку автомобиля от колебаний, которые негативно влияют на комфорт пассажиров и водителя. Такой тип маховика позволяет снизить посторонние шумы, повысить комфорт переключения передач, уменьшает износ синхронизаторов в коробке передач. Несмотря на множество положительных качеств маховика, он имеет и недостатки, вернее один, но большой. Этим недостатком является ремонт такого маховика, ведь ничего вечного не существует. Вот тут то владелец авто с данным типом маховика и вспомнит про маховик сплошной конструкции, ведь двухмассовый маховик не только дорог в ремонте, но и дорог в случае его полной поломки. Цена на такой маховик начинается от 1000$ за единицу. Но не стоит расстраиваться, не так давно, компания Valeo придумала и выпустила маховик сплошной конструкции, способный заменить двухмассовый маховик.

Ну и не могу не написать про облегченные маховики, ведь они являются подтипом сплошного маховика и играют немаловажную роль в автоспорте и тюнинге автомобилей.

Всем известно, что тяжелую деталь двигателя заставить двигаться сложней, чем её легкий аналог, и кто-то подумал, а почему бы нам не облегчить стандартный чугунный маховик.

Сказано – сделано, лишний металл с маховика убрали на токарном станке и отбалансировали его заново. В среднем облегченный маховик легче своего стокового аналога на 1.5 – 2 килограмма. За счет сброшенного веса детали, двигателю легче набирать максимальные обороты. Прирост мощности от такого тюнинга не велик, примерный показатель на уровне 5% от мощности всего двигателя. Не стоит забывать, что любая доработка двигателя начинает действительно работать, если деталь качественная и установлена правильно. Помните, любой тюнинг не должен идти в разрез с безопасностью автомобиля, покупайте только качественные и проверенные детали не облегченные до безрассудства.

Читать еще:  В чем различие двигателя qr20 и qr20de

Маховик: что это и для чего он нужен

Схематичное изображение маховика на коленчатом валу: 1 — коленчатый вал; 2 — маховик с зубчатым венцом; 3 — шатунная шейка; 4 — коренная шейка; 5 — противовес

Маховик — это похожее на диск устройство, которое крепится к задней части коленчатого вала.

Маховик имеет достаточно значительную массу и, соответственно, способен, согласно законам физики, накапливать и отдавать кинетическую энергию. Именно благодаря такому свойству эти узлы используются в современных двигателях внутреннего сгорания в качестве конструкций, позволяющих сглаживать неравномерность вращения коленчатого вала. В периоды рабочего хода поршня маховики накапливают энергию крутящего момента, а когда поршни находятся в так называемых «мертвых точках», выводят эти детали из них, отдавая энергию.

Необходимо отметить, что чем большим количеством цилиндров оснащен ДВС, тем более равномерным крутящим моментом он обладает. Следовательно, в таких двигателях внутреннего сгорания можно использовать маховики меньшего веса, чем в тех моторах, которые имеют небольшое количество цилиндров.

Еще одной важной функцией маховиков двигателей внутреннего сгорания является трансляция крутящего момента на коленчатый вал от стартера. На внешней окружности этого узла монтируется зубчатый стальной обод, который называют венцом. Он находится в зацеплении с валом, идущим от стартера и имеющим зубчатое колесо. Когда водитель включает зажигание, стартер проворачивает этот вал, а он, в свою очередь — маховик, который приводит в движение коленчатый вал. Именно благодаря этому и производится запуск двигателя.

Кроме того, маховики играют немаловажную роль в трансмиссии современных автомобилей, играя в них роль ведущих дисков сцепления. Таким образом, именно благодаря им вращательный момент коленчатого вала ДВС передается на коробку переключения передач, а уже от них транслируется на ведущие колеса.

Физика [ править | править код ]

Кинетическая энергия вращения, накопленная во вращающемся теле (маховике), может быть рассчитана по формуле:

  • I — момент инерциимассы относительно оси вращения маховика
  • ω (омега) — угловая скорость в радианах в секунду

Для простых форм маховика известны конечные выражения момента инерции

  • Для полого цилиндра I = 1 2 m ( r 2 + r o 2 ) <2>>m(r^<2>+r_^<2>)>где m — масса полого цилиндра; r — его радиус; r o >— внутренний радиус цилиндра
  • Для тонкостенного цилиндра I = m r 2 >
  • Для сплошного цилиндра I = 1 2 m r 2 <2>>mr^<2>>

Заменив в формуле для полого цилиндра угловую скорость ω на частоту вращения f по формуле

ω = 2 π f

E = m ( π f ) 2 ( r 2 + r o 2 ) (r^<2>+r_^<2>)>

Принцип действия маховика двигателя

Маховик закреплен с торцевой части коленвала, непосредственно у заднего подшипника коренного типа. Коренной подшипник не только удерживает маховик в одном положении, но и снижает его рабочие нагрузки.

Принцип действия самого маховика заключается в снижении вибрации при вращательном моменте коленчатого вала. При интенсивной работе двигателя на такте движения идет накопление энергии, которая передается коленвалу. В других рабочих тактах происходит обратный процесс – сброс энергии.

Маховик позволяет аккумулировать энергию, обеспечивая равномерное движение коленчатого вала от одного такта к другому.

Принцип работы

Одними из первых двухмассовые маховики получили автомобили с автоматической КПП. Для роботизированной коробки характерна быстрая и частая смена передач. С этим он хорошо справляется. Затем в силу своих преимуществ их стали устанавливать на автомобили с механикой.

Принцип работы довольно прост. Крутящий момент от коленвала передается на первичный диск, который отклоняет пружинную конструкцию внутри. Достигнув определенно уровня сжатия, крутящий момент затем передается на второй диск. Такая система гасит высокие колебания от двигателя, позволяя значительно снизить нагрузку на КПП.

Корпорация Volvo исследует потенциал системы рекуперации кинетической энергии (Kinetic Energy Recovery System – KERS) в своих легковых автомобилях. Недавно проведённое исследование с участием SKF дало многообещающие результаты, которые могут привести к появлению новой продукции.

ФАКТЫ

Volvo Car Group

История: первый серийный легковой автомобиль Volvo был выпущен в Гётеборге, Швеция, в 1927 г.

Крупнейшие рынки сбыта: США, Швеция, Китай, Германия и Великобритания.

Структура собственности: компания находится в собственности китайского холдинга Zhejiang Geely.

Офисы: главное управление в Гётеборге. С 2011 г. компания имеет представительства в Шанхае и Ченгду, Китай.

ССЫЛКИ НА ТУ ЖЕ ТЕМУ

ОБРАТИТЬСЯ В ОТДЕЛ СБЫТА

Когда водитель нажимает на тормоз, большая часть энергии инерции автомобиля превращается в тепло и теряется.

В настоящее время мировой производитель автомобилей Volvo Cars ищет пути сохранения этой энергии для её последующего использования в автомобиле.

В отделе НИОКР подразделения трансмиссий Volvo Cars, который располагается неподалёку от Гётеборга, Швеция, Томас Ханнебек демонстрирует разработанный компанией образец системы рекуперации кинетической энергии (KERS).

Хотя различные варианты систем KERS в настоящее время используются в гоночных автомобилях Формулы 1, Ханнебек, директор подразделения Volvo Cars по разработке трансмиссий, поясняет, что Volvo Cars – первый автопроизводитель, разработавший переднеприводный легковой автомобиль с двигателем внутреннего сгорания, в котором система KERS установлена на заднем мосту.

«Сейчас мы исследуем варианты внедрения этой идеи в серийное производство», – рассказывает он.

Инженеры, работающие в Гётеборге, успешно установили эту систему на автомобиль Volvo S60 T5, который был специально модернизирован для этого проекта. Традиционные и альтернативные источники энергии автомобиля размещаются отдельно друг от друга. Двигатель внутреннего сгорания приводит в движение передние колёса, а блок KERS – задние.

Ключевой элемент проекта – маховик системы KERS. Он весит 6 кг и вращается со скоростью до 60 000 об/мин в герметичной вакуумной камере. Во время движения автомобиля маховик «собирает» энергию, вырабатываемую при торможении, и сохраняет её до 30 мин. При необходимости эта энергия может быть использована для ускорения.

Энергия передается с помощью бесступенчатой трансмиссии (CVT) от тормозов на маховик и дальше на задний мост при ускорении.

Технология KERS может фактически добавить до 60 кВт, что эквивалентно добавлению двух цилиндров к четырёхцилиндровому двигателю.

С точки зрения энергоэффективности ожидается, что технология KERS поможет достичь целевого показателя ЕС по уровню выбросов CO2 легковыми автомобилями 95 г/км к 2020 г., что представляет собой существенное снижение по сравнению со средним уровнем 2007 г., составлявшим 158,7 г/км.

Для разработки ряда элементов системы, включая маховик из углеродного волокна и бесступенчатую трансмиссию (CVT), были привлечены компании-партнёры Flybrid Automotive Ltd. и Torotrak. В дальнейшем, поставленные ими компоненты были доработаны для установки на Volvo S60 T5.

Общая стоимость проекта составила 20 млн шведских крон (2,2 млн евро). Volvo Cars выделила около 11 млн шведских крон (1,2 млн евро), а остальные расходы были покрыты шведским агентством инновационных систем Vinnova, компаниями SKF и Volvo Trucks. Роль SKF в данном проекте заключалась в оценке стоимости производства системы KERS с маховиком в промышленном масштабе (см. информационную врезку к данной статье).

Идея использования механических маховиков не является чем-то новым для Volvo Cars. В 1979 г. компания разработала образец маховика, который проходил несколько испытаний. Частота его вращения составляла всего 12 000 об/мин, и эффективность была невысока. Его вес, 128 кг, означал, что маховик слишком громоздкий и способен создать угрозу для устойчивости автомобиля.

Матиас Йоргенссон, ведущий инженер по разработке опытного образца, рассказывает, что с тех пор конструкции элементов существенно улучшились и появились новые материалы. Это позволило создать новый, лёгкий маховик из углеродного волокна, работающий с высокой частотой вращения без потери контроля над гироскопическими силами.

Главная сложность для Йоргенссона и его коллег заключалась в интеграции этого маховика и бесступенчатой трансмиссии со всеми системами автомобиля Volvo S60 T5, включая тормозную систему, коробку передач, сцепление и трансмиссию.

Это было необходимо для того, чтобы обеспечить максимальную экономию топлива и наиболее эффективное переключение передач во время трогания с места и ускорения на высоких скоростях.

«Мы должны были синхронизировать работу всех этих систем, чтобы обеспечить плавность хода», – рассказывает Йоргенссон.

Найти свободное место для маховика также было нелегко. В конце концов, инженеры предложили разместить его в отсеке для запасного колеса в багажнике.

«Нам не хотелось занимать свободное пространство в багажника », – говорит Йоргенссон.

Оценка, проведённая SKF
Корпорация Volvo обратилась к SKF в начале 2011 г. с просьбой провести оценку расходов на производство системы KERS с маховиком в промышленных масштабах.

Работа по оценке была проведена Центром разработки изделий для автомобильной промышленности SKF в Ньювегейне, Нидерланды, и включала в себя оценку каждого из 90 элементов, используемых в системе.

Подразделение SKF Aerospace предоставило оценку стоимости обода маховика из углеродного волокна. По деталям, которые поставлялись бы сторонними поставщиками, например, по компонентам гидравлической системы, SKF запросила данные у своих поставщиков.

Окончательная оценка стоимости системы включала в себя затраты на изготовление элементов, закупку, сборку и проведение испытаний.

Менеджер проекта Марк Вербакель говорит, что результаты работы были представлены Volvo в апреле 2012 г.

Компания Volvo была основана в 1926 г. как дочерняя автомобилестроительная компания в составе SKF Group. Несмотря на то, что Volvo обрела полную независимость в 1935 г., SKF долгое время являлась поставщиком этого автопроизводителя.

Частичный ремонт своими руками


Меняем венец маховика

На всех маховиках независимо от конструкции присутствует венец в виде зубцов, который участвует в передаче усилия со стартера при запуске двигателя. Он изготовлен из стали и конструктивно запрессован на тело чугунного маховика. При износе зубьев или появлении трещин, венец необходимо заменить. Данная операция оправдывается тем, что цена нового изделия в 5-6 раз выше стоимости венца. Процесс самостоятельной замены достаточно сложен, и состоит из следующих этапов:

1. Снятый маховик кладут на надежное основание, и наносят равномерные удары по всему периметру. В большинстве случаев венец сдвигается и слетает. Если это не удается сделать зубилом, деталь предварительно разогревают.

2. Нагрев венца маховика для его увеличения в диаметре за счет теплового расширения. Для этого деталь помещают на 25-30 минут в печь с t о около 250 о С или при ее отсутствии готовят 3-4 опоры, кладут на них венец, по диаметру развешивают смоченную в соляре ветошь и поджигают. При разогреве недопустимо раскалять венец докрасна, а также нежелательно воздействовать прямым огнем костра или газовой плиты.

3. После разогрева быстро, но без суеты переносят деталь к маховику, на который она должна сразу сесть. При необходимости точность совмещения достигается воздействием молотка.

4. После полного остывания отремонтированный маховик готов к установке на двигатель.

При изношенной передней части венца зубьями стартера и отсутствии других повреждений, менять весь венец нет необходимости. Достаточно перевернуть его на другую сторону.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector