На что влияет вес маховика двигателя

Конструкция облегченного маховика

Технически обосновал, что дает облегченный маховик спортивным автомобилям, двукратный чемпион-раллист Э. Г. Сингуринди. До сих пор конструкция облегченного маховика «по Сингуринди» остается эталоном, но только с учетом конструкции всего двигателя и сцепления.

Маховик по Сингуринди облегченный

За счет чего снижается вес?

Тюнинг собственными силами в 85% случаев невозможен, так как необходима достаточно высокая квалификация сварщика, наличие стенда для динамической балансировки коленвала в сборе, поэтому производители выпускают для опытных пользователей облегченный маховик двух типов:

чугунный – фрезеровкой удалены сегменты возле наружного радиуса изделия;
дюралевый – диск цельный, чаще всего, стандартных размеров, но изготовлен из сплавов алюминия.

Маховик с прорезанными окнами

Маховик из алюминиевого сплава

Стандартные маховики весят 6 – 13 кг, облегченные модификации 4 – 2,8 кг (реже 2,5 кг)

Замена штатной детали на облегченный маховик производится только в комплекте со сцеплением, поэтому важно, чтобы посадочные отверстия корзины совпадали

Дюралевый облегченный маховик имеет плюсы и минусы:

деталь цельная, лучше противостоит механическим поломкам;
однако металл мягкий, износ значительно выше.

У чугунного и стального маховика ситуация прямо противоположная – высокая износостойкость, низкая механическая прочность возле зубчатого венца.

«Лишний» металл снимают с изделия несколькими способами:

фрезерованием в промышленных условиях;
высверливанием сквозных отверстий в гараже, на СТО;
обтачиванием на токарно-винторезных станках на заводе или в гараже.

Фрезеровка наружного радиуса

Высверливание отверстий

Проточка тела на токарном станке

Сингурдини начинал свои опыты в советские времена на двигателях «Жигулей» и 412 «Москвичей». Позже доказал, что облегченные маховики могут эксплуатироваться на тяжелых легковых машинах (ГАЗ, внедорожники) без снижения комфортности старта и на малых оборотах.

Сварка венца и обработка шва болгаркой

Основным условием является обработка (стачивание) стенки маховика, на которой расположены посадочные отверстия для корзины сцепления, до размера (толщины), не меньше диаметра внутренней резьбы. Например, если корзина крепится болтом М8, стенка должна быть минимум 8 мм. В противном случае на высоких оборотах тело детали может быть срезано крепежом.

На что влияет изменение конструкции?

Эксплуатация облегченного маховика по ощущениям добавляет мотору мощности. На самом деле после обтачивания детали своими руками на малых оборотах расходуется на 2% меньше кинетической энергии. Зато при увеличении оборотов экономия наблюдается уже в геометрической прогрессии.

Новичку сложно тронуться с таким маховиком в гору и преодолеть «лежачего полицейского». Для профессионала на низких оборотах придется чаще выжимать акселератор, зато при их увеличении комфорт и динамика резко повышаются.

Облегченный маховик: физика процесса

В современной практике есть масса способов повышения динамики авто. Один из главных — изменение веса маховика в меньшую сторону. Облегчение данного элемента — процесс несложный, а эффект можно заметить невооруженным глазом. Если деталь изготовлена из алюминия, то ее вес может быть меньше на 40-50%. Вопрос лишь в том, насколько это эффективно?

При наборе скорости транспортным средством каждое последующее переключение требует максимальных ресурсов силового узла. При этом мощность затрачивается не только на разгон, но и на прокручивание основных элементов. На первый взгляд данный фактор может показаться несущественным, но это не так.

Приведем пример с машиной, которая весит около тонны и разгоняется до 160 км/час. В процессе набора скорости происходит переключение с первой по четвертую передачу. При каждом переводе ручки КПП на новую скорость обороты мотора с 7-килограмиовым маховиком падают с 6000 до 3000 об/минуту. Двигатель при этом работает на 100%. Если использовать более легкий маховик, то энергия, которая должна идти на раскрутку, будет направлена на разгон транспортного средства. В среднем маховик отбирает около 2-3% энергии, но на 1-2 скорости данные потери действительно ощутимы. Что касается более высоких скоростей, то здесь облегчение маховика почти не дает результатов.

В отношении прироста мощности ситуация неоднозначна. Есть мнение, что сама по себе мощность мотора не меняется. Если плавно набирать скорость (без рывков), то замена маховика никак не повлияет на разгон. С другой стороны, если набирать скорость в динамике, то изменения все-таки будут заметны, что выразится в росте динамической мощности авто.

Представьте ситуацию, когда мотор с холостых до максимальных оборотов доходит за 1,5-2 секунды (большая часть современных авто могут этим похвастаться). Получается, что доля мощности в этот период идет на раскручивание маховика и коленвала. Если без нагрузки мотор набирает обороты за 1,5-2 секунды, то с нагрузкой показатели будут много хуже (если начинать движение с холостых оборотов). Главная помеха — тяжелый маховик и другие элементы мотора. Если бы на спортивных авто стоял тяжелый маховик, то разгон до «сотни» за 3-4 секунды был бы невозможен.

Улучшение динамики — главное из положительных качеств легкого маховика. Но это не все. Кроме этого, снижается нагрузка на трансмиссию в момент переключения коробки. Можно только представить, какие удары выдерживают шестерни КПП в случае резкого изменения числа оборотов с шести до трех тысяч. Особенно эта проблема заметна на мощных моторах.

Еще и еще одно качество. При резком изменении скорости и резком сбросе педали сцепления, начинается пробуксовка, машина не может набрать скорость. Причина — тяжелый маховик, который с трудом тянет трансмиссия. Даже на авто с небольшой мощностью возможна кратковременная пробуксовка колес на второй или третьей скорости — обычное дело.

Для кого оправдан подобный тюнинг

Изначально стандартный маховик разработан инженерами-конструкторами для каждой конкретной модели автомобиля с учетом мощности двигателя и нагрузок, которые он испытывает при различных режимах работы. Если вы приверженец стандартного стиля езды, то и нет смысла что-либо менять в конструкции своего «стального коня» (все уже придумано и установлено производителем транспортного средства). То есть, монтаж облегченного маховика будет для вас просто бесполезной тратой денежных средств.

Важно! К тому же не стоит забывать о том, что внесение изменений в конструкцию автомобиля означает «потерю» гарантийных обязательств от завода-производителя. Ну, а если вы любите «втопить» с перекреста (с «проворотом» колес), увлекаетесь дрифтом или участвуете в любительских раллийных гонках (или скоростных уличных заездах на фиксированное расстояние), то можете смело устанавливать облегченный маховик на свое транспортное средство

Как показывает практика, монтаж такой детали сократит время разгона автомобиля (даже со стоковым двигателем) на 1÷2 сек (до 100 км/час). А для соревнований этот показатель уже весьма значителен

Ну, а если вы любите «втопить» с перекреста (с «проворотом» колес), увлекаетесь дрифтом или участвуете в любительских раллийных гонках (или скоростных уличных заездах на фиксированное расстояние), то можете смело устанавливать облегченный маховик на свое транспортное средство. Как показывает практика, монтаж такой детали сократит время разгона автомобиля (даже со стоковым двигателем) на 1÷2 сек (до 100 км/час). А для соревнований этот показатель уже весьма значителен.

Естественно, и среди обычных водителей (которые не участвуют в уличных гонках) найдутся желающие добавить своему транспортному средству «прыти» при разгоне. Для них оптимальным решением будет совместить замену штатного маховика на спортивный вариант с проведением плановых технических работ по обслуживанию автомобиля (например, при очередной замене сцепления). Это позволит минимизировать расходы на производство работ по установке новой детали. К тому нужно быть готовым к тому, что автомобиль будет «вести» себя по другому, и привычный стиль вождения так или иначе придется «подкорректировать».

На заметку! Если вы все-таки решились установить облегченный маховик, то лучше приобретать отбалансированное (на специальном динамическом стенде) в заводских условиях изделие от проверенных временем производителей. В противном случае ожидать положительных результатов от такой модернизации не стоит, а вот приобрести «кучу» ненужных проблем можно легко.

Источник

Теория

маховик, цельная чугунная болванка (фото взято из инета)

Сначала кратенько разберемся, а зачем он вообще нужен? Основной функцией маховика на заре создания двигателей, было накопление кинетической энергии, чтобы облегчить прохождение поршнем (именно в единственном числе), верхней и нижней мертвых точек и сделать работу двигателя равномерной. Вторая задача – работа в паре со сцеплением, выполняя роль опорной поверхности. Маховики могут быть чугунными (наш случай) и стальными. Особо хочу остановиться на следующем моменте. Маховик рассчитывается не только из объема двигателя, мощности и максимальных оборотов, но и конструкции двигателя и вида топлива. К примеру, на двухтактных лодочных и яхтенных моторах я видел маховики диаметром около 70 см и толщиной в 10 см. По сути дела двигатель работает на равномерное вращение маховика, а тот уже в свою очередь на винт. На таком же по объему четырехцилиндровом моторе, маховик нужен в два-три раза меньше, поскольку часть его функций выполняет длинный коленвал двигателя. Что нам даст облегченный маховик на ниву? Более быструю раскрутку двигателя и как следствие разгонную динамику автомобиля. В немецкой спортивной литературе мне встретилась фраза, 1кг убранный с маховика – это 15-20 кг убранных из салона.

Что такое облегченный маховик

Маховик — деталь автомобиля, которая накапливает кинетическую энергию. Изделие служит для уравновешивания поступающей автомобилю энергии. Если машина испытывает «слабость» при разгоне, маховик «дает силу» набрать обороты. Когда же энергии достаточно, деталь резервирует ее.

Стандартный вес маховика колеблется в районе 5-13 килограммов. Облегченные же версии имеют массу от трех с половиной килограмм. Чаще всего облегченный маховик изготавливается из стали, и при этом имеет меньшие размеры, либо же из алюминия c неизменными габаритами.

Производитель подбирает вес детали для конкретного автомобиля, чтобы тот соответствовал своему классу. Таким образом, сбалансированность позволяет машине отвечать потребительским требованиям.

Облегченный маховик дает некоторый бонус при разгоне и вообще при езде в целом. Однако стоит ли тратиться на модификацию детали? В самом ли деле двигатель будет более эффективнее работать? Какие минусы облегченного маховика? Ответы на подобные вопросы найдете в этой статье.

Основные плюсы и минусы облегченного маховика

Чтобы увеличить динамику разгона, и устанавливают спортивные маховики. В таком случае силовая установка будет вращать более легкий узел, благодаря чему происходит очень быстрый набор оборотов мотором. При установке легкого маховика улучшается разгон, но появляются следующие негативные стороны:

Скорость будет набираться очень быстро, но и снижаться она будет с такой же скоростью.
Двигатель начнет «кушать» топлива больше, так как разгон будет быстрее.
Когда приходится переключиться на повышенную передачу, обороты значительно снижаются. Зато передачи включаются более точно из-за низких оборотов.
Двигаясь по городу, или же стоя в пробке, проявляются некие неудобства.
Величина крутящего момента снижается, зато повышаются мощностные показатели.
Облегченный маховик может нарушить работу двигателя, если тот оборудован системой турбонаддува.

Как говорят настоящие эксперты: нельзя мешать налаженному механизму работать. Каждый автомобиль оснащен конкретной деталью, с нужной массой и конкретными характеристиками. Поэтому улучшать та уже нечего. Уменьшить время разгона на внедорожниках и больших седанах нет резона. Если разговор зайдет о купе, тогда спортивный маховик будет весьма уместен, так как улучшит динамику и время разгона.

Если автовладелец решит установить на свой автомобиль такой маховик, тогда он столкнется с рядом проблем:

Двигаться по городу можно будет лишь с очень быстрым разгоном, и таким же торможением. Это не очень хорошо будет влиять на аппетит автомобиля.
Если двигаться, при установленном спортивном маховике, на длинные дистанции, тогда педаль газа нужно вдавливать сильнее. Из-за этого обороты двигателя увеличатся, что повлечет за собой сильный нагрев деталей мотора.
Сильный перегрев силовой установки несомненно приведет к быстрому износу его составных частей.

Те, кто обладает динамичным характером стиля езды, спортивная деталь подойдет хорошо. Для этого нужно выбрать аксессуар, которая будет легче обычной, желательно сделанная из алюминиевых материалов. Такой аксессуар встречается в специальных ателье, занимающихся тюнингом. Стоить такой тюнинг будет около 2000 рублей. И это при том, что всю процедуру замены владелец будет проводить сам.

Перед тем, как устанавливать спортивный аксессуар, нужно как следует изучить характеристики этой модели. Самый главный фактор, которым должна обладать действительно хорошая деталь – это прочность. Нежелательная поломка маховика во время эксплуатации на высоких оборотах может привести к сильным повреждениям силовой установки, элементам коробки передач, а также деформациям кузова. В связи с этим, установка спортивного маховика дело очень решительное. Поэтому вся ответственность за его последующую работу лежит только на автовладельце.

Есть ли смысл устанавливать облегченный маховик на авто?

Чтобы понять, для чего служит маховик, следует разобраться, что он из себя представляет. По сути, это массивное вращающееся колесо, которые служит в роли накопителя кинетической энергии.

Преимущества от установки устройства:

во-первых, для того чтобы запустить в ход лёгкий маховик, не требуется много энергии и, соответственно, количества сжигаемого топлива;
во-вторых, при уменьшении момента инерции маховика снижается нагрузка на коленвал, а также на элементы трансмиссии;
в-третьих, поскольку двигатель легче раскручивается, то остаётся определенный запас мощности, благодаря чему авто становится более динамичным и надежным. Как показывают расчеты, то при установке маховика весом на 1,5 кг меньше стандартного наблюдается прирост показателя мощности на 2 %

Эффект от установки облегчённого маховика во многом зависит от самого автомобиля. К примеру, при установке на ВАЗ он может вызвать совершенно негативные последствия, оказывая влияние на динамику разгона. Специалисты рекомендуют устанавливать облегчённые маховики на двигатели с высокими оборотами. Большое влияние имеет вес детали. Облегчать её до значения менее 4,5–5 кг в большинстве случаев не имеет смысла, а порой и небезопасно. Нельзя не учитывать тот факт, что эффективность работы маховика также зависит от профессиональных качеств водителя, поскольку добиться нужного эффекта можно лишь при удерживании оборотов двигателя в пределах максимальной мощности.

Облегчённый маховик на ВАЗ

Естественно, при решении установки устройства необходимо обратиться к опыту автолюбителей, которые имели с ним дело. Те, кто установил облегчённые маховики на свои авто, отмечают:

Интенсивный набор скорости;
Прекрасная реакция авто на нажатие педали газа вне зависимости от передачи;
Плавный и комфортный переход с высоких передач на низкие без рывков;
Ощущается лёгкость работы двигателя, обороты набираются достаточно быстро и резво;
Меньший расход топлива.

Следует отметить, что такая деталь может оказать неплохую помощь любителям драгрейсинга, кросса, ралли, однако категорически не подходит для авто, предназначенных для преодоления препятствий в условиях бездорожья.

Облегчённый маховик для любителей драгрейсинга, кросса и ралли

Учитывая плюсы такого рода установки, трудно не остановиться на минусах:

При работе двигательной системы на малых оборотах коленвал начинает вращаться неравномерно, что негативно отражается на трансмиссии автомобиля;
Установка неотбалансированного маховика может повлечь крупные проблемы с авто, из-за чего бюджетный тюнинг может повлечь дорогостоящий ремонт;
Изделие значительно затрудняет торможение.

Облегченный маховик: плюсы и минусы

Среди автомобилистов встречаются любители всё переделывать, в том числе и маховик. Его меняют на более легкий, масса которого на 1,5 килограмма меньше массы стандартного. Такая замена преследует несколько целей:

двигателю гораздо легче раскручивать облегченный маховик, так как он обладает меньшей инерцией, по сравнению с обычным;
двигатель быстрее достигает максимальных оборотов;
увеличивается мощность примерно на 4% (но изменение этого параметра не влечет за собой увеличения скорости на такое же значение);
сокращается время, требуемое для разгона машины.

Вроде все неплохо, но почему-то производители не установили сразу облегченный маховик. В чем причина?

На самом деле причин несколько. Основная из них — это изменение массы одной части силового агрегата обязательно приводит к необходимости его полной перестройки, а это целый комплекс мероприятий. И только выполнив его целиком, водитель сможет ощутить положительные изменения в управляемости автомобилем.

К сожалению, некоторые автомобилисты проводят модернизацию узлов и механизмов, не вдаваясь в технические тонкости, что приводит не только к дорогостоящим ремонтам, но и серьезным травмам самих водителей.

Какими бывают маховики

Чаще всего автомобили укомплектовывают маховиками весом примерно 13 килограмм, реже встречаются с пятикилограммовым маховиком. Если произвести вычисления, и вычесть 1,5 кг из номинала, то получается, что вес облегченного маховика составляет от 3,5 кг.

Каковы задачи маховика

Он предназначен для поддержания оборотов во время переключения передач. Другая задача – придать ускорение при разгоне автомобиля.

При установке маховика на предприятии производится балансировка деталей так, чтобы автомобиль обладал заявленными в техническом паспорте параметрами. Вес маховика зависит еще и от принадлежности авто к тому или иному классу.

Сообщество автолюбителей знает о положительных и отрицательных сторонах стандартных маховиков. К положительным относятся:

хорошее сохранение скорости и стабильность работы на низких оборотах, но при этом страдает динамика разгона;
возможность начать движение на высоких передачах, но делать так не рекомендуется;
высокий крутящий момент.

Тюнингованный маховик, то есть облегченный также имеет как плюсы, так и минусы. Чаще всего причиной для установки облегченного варианта является желание владельца машины увеличить динамику разгона.

Но надо учитывать известные законы физики, один из которых говорит, что ничто не исчезает бесследно, а значит «приобретение» в одном месте обязательно обернется «убыванием» в другом. Так и с облегченным маховиком:

скорость разгона увеличивается, но она также быстро снижается;
расход топлива увеличивается, так он находится в прямой зависимости от ускорения;
более точно включаются передачи, но при переходе на повышенную передачу происходит снижение оборотов;
повышается мощность, но уменьшается крутящий момент.

Облегченный маховик способен привести к дополнительным проблемам:

в городе, где приходится часто разгоняться и также часто тормозить, неминуемо увеличится расход бензина;
на больших перегонах потребуется сильнее утапливать газ, а это значит, двигатель будет работать на более высоких оборотах, что приведет к быстрому нагреву всего агрегата;
повышенный нагрев – это ускорение износа узлов двигателя.

Теперь о неоспоримых минусах тюнинга: наблюдаются затруднения езды по скользким и грязным дорогам, проблемы передвижения в условиях многокилометровых пробок.

Кому подойдет модернизация маховика?

В первую очередь тем, кто на обычном авто «гоняет» по дорогам как на спорткаре.

Однако, в погоне за весом не стоит забывать и прочности материала, из которого изготовлен маховик. Поломка некачественного маховика обязательно приведет к повреждению двигателя, силовой передачи и некоторых элементов кузова.

Поэтому необходимо проследить, чтобы центральная часть маховика оставалась укрепленной, чтобы исключить срыв. Ведь разорванный маховик с легкостью пробивает переднюю перегородку кузова и травмирует водителя.

Источник

Назначение маховика

Необходим маховик двигателя для набора инерции вращения коленчатого вала, которая позволяет поршням преодолеть мертвые точки. Кроме того, эта деталь двигателя внутреннего сгорания передает крутящий момент на стартер и коробку передач. Снижается неравномерность вращения кривошипно-шатунного механизма.

К каким системам относится?

Несмотря на то, что крепится деталь на коленчатый вал ДВС, относится маховик сразу к нескольким системам двигателя:

редуктор системы запуска – на него передается вращение;
стартер – работа маховика обеспечивает начальное вращение вала ДВС;
коробка передач – на нее передается крутящий момент с диска сцепления;
кривошипно-шатунный механизм – сглаживаются импульсы неравномерного вращения.

Рис. 2 Зацепление венца маховика с бендиксом стартера

Рис. 3 Жесткая связь маховика 1 с диском сцепления 2

Крупные размеры маховика позволяют при начальном вращении набрать этой детали инерцию. Поскольку она жестко связана с коленвалом, поршни в нижней/верхней точке не задерживаются, а увлекаются дальше по ходу вращения для нового цикла сжатия/воспламенения топлива.

Рис. 4 Преодоление поршнями мертвых точек за счет инерции маховика

Из-за наличия мертвых точек вал вращается неравномерно, вначале набирает угловую скорость, затем теряет ее. Поэтому диаметр маховика подбирается для каждого мотора индивидуально, чтобы сгладить значения этих угловых скоростей в разные отрезки времени. Основными проблемами при этом становятся:

расположение вращающегося маховика на одном конце коленвала – резкое увеличение нагрузки на подшипник с этой стороны;
повышение общего веса коленвала – нагрузка возрастает на оба подшипника, кривошипы и шатуны.

Рис. 5 Расположение маховика на валу ДВС

Поэтому подшипники усиливаются, чтобы вращаться в экстремальных эксплуатационных условиях весь заявленный ресурс.

Местоположение внутри ДВС

Находится эта деталь всегда у коренного подшипника коленчатого вала, являющегося самым мощным в моторе. Более подробно увидеть местоположение внутри ДВС позволяет чертеж маховика сборочный. К фланцу коленвала он крепится ступицей, обратная сторона приходит в зацепление с главным диском сцепления. Зубчатый венец на наружном диаметре маховика предназначен для зацепления с бендиксом стартера в момент запуска ДВС.

Рис. 6 Чертеж двигателя с местоположением маховика

Поскольку во всех указанных приводах используются зубчатые передачи, метка на маховике показывает его нормальное положение относительно вала и ведущего диска сцепления. Чтобы деталь, в свою очередь, не создавала вибраций на коленвал ДВС, производится балансировка маховика на стенде.

Конструкция облегченного маховика

За счет чего снижается вес?

чугунный – фрезеровкой удалены сегменты возле наружного радиуса изделия;
дюралевый – диск цельный, чаще всего, стандартных размеров, но изготовлен из сплавов алюминия.

Стандартные маховики весят 6 – 13 кг, облегченные модификации 4 – 2,8 кг (реже 2,5 кг)

Дюралевый облегченный маховик имеет плюсы и минусы:

деталь цельная, лучше противостоит механическим поломкам;
однако металл мягкий, износ значительно выше.

«Лишний» металл снимают с изделия несколькими способами:

фрезерованием в промышленных условиях;
высверливанием сквозных отверстий в гараже, на СТО;
обтачиванием на токарно-винторезных станках на заводе или в гараже.

На что влияет изменение конструкции?

Какой вывод нужно сделать?

В статье были конкретно описаны все плюсы и все минусы установки спортивной детали. Как заключение, следует выделить, что свой выбирать лучше детали, которые изготовлены из алюминия. Все объясняется тем, что уменьшают вес путем использования более легких материалов, а не уменьшения количества материала на квадратный сантиметр, что уменьшает прочность в разы.

Если же такие маховики вас не интересуют, и выбор пал на стальные детали, тогда лучше обратить свое внимание на тот факт, что металл должен быть вырезан максимально близко к раю детали. Это при том, что центральная часть должна быть максимально оснащена металлом