Автопроизводители постоянно конкурируют между собой и, несмотря на открывающиеся горизонты будущего, не очень стремятся усложнять конструкцию деталей и механизмов. Но вызов им бросают постоянно растущие требования и ожидания потенциальных покупателей. Как следствие – постоянно возникает потребность решать изначально противоречащие друг другу задачи, например, экономить топливо и повышать мощность, уменьшать разгон «до сотни» и повышать чистоту выхлопа СО2 или СН, снижать литраж двигателя из-за растущих по всему миру налогов, но при этом извлекать из него вполне амбициозные и привлекательные для покупателей характеристики. Именно в связи с тем, что конструкция механизмов должна соответствовать требованиям, которые удовлетворят все стороны, появились двухмассовые маховики (ДММ). Год за годом они применяются на все большем количестве новых автомобилей. Но при этом информации об интервалах и необходимости замены, принципах диагностики маховиков новой конструкции практически нет. Именно для этого компания ZF Services провела технический семинар в Донецке 2 апреля 2013г. с участием приглашенного немецкого специалиста Вальдемара Шульца.

Введение в ДММ

Давайте определимся сразу, что аббревиатуры ДММ (двухмассовый маховик), ZMS (Zweimassenschwungrad) и DMF (dual mass flywheel) обозначают на трех языках одно и то же изделие, установленное между двигателем и коробкой передач – маховик с двумя подвижными друг относительно друга корпусами из стали на одной оси. Внутри одного из корпусов находится сердце механизма – демпфирующий механизм и подшипник. В случае Sachs – это всегда подшипник скольжения.

Автомобильная промышленность Западной Европы в 1996г. 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. Эта динамика показывает перспективность данного направления развития комплектации сцепления автомобилей двухмассовым маховиком. Для Восточной Европы современные маховики пока что больше похожи на диковинку, чем на обыденность. Соответственно и уровень технической подкованности специалистов в этой сфере весьма невысок, если не сказать жалок. Ведь, кроме знания того, что ДММ нужно поменять, когда он окончательно вышел из строя, любой достоверной информации о сервисе и диагностике попросту нет. Поэтому информация, звучавшая на семинаре, была поистине на вес золота, даже в буквальном смысле – учитывая стоимость детали и ее высокотехнологичность.

Г-н Шульц начал с рассказа о процессе разработки новых моделей сцепления на конвейер автопроизводителя. При выборе поставщика сцепления на новую модель автомобиля, производитель автомобиля предоставляет разработчику запчастей толстую книгу с различными требованиями установочного размера, крутящего момента, который необходимо передавать с помощью деталей сцепления, допустимой величины колебаний и ожидаемой эффективности их гашения. Изготовитель трансмиссии или сцепления понятия не имеет о том, как будет выглядеть новый автомобиль – он оперирует исключительно размерами пространства отведенного под двигатель, КПП, характеристиками двигателей, которые получит новая модель и пожеланиями о комфортабельности нового автомобиля. Кто делал курсовой проект по деталям машин или ТММ согласится, что данных для проектирования немного. Именно поэтому и круг компаний, которые изготавливают подобные детали с чистого листа в Европе и в мире очень ограничен. ZF и относится к таким специалистам, ведь на заводах SACHS изготавливают сцепления с 1929 года. Все разработки и испытания сцеплений для всего мира сконцентрированы в исследовательском центре в г.Швайнфурт. Около 900 техников тестируют новые детали на 150 стендах. Автопроизводитель предоставляет двигатель и КПП новой модели для адаптации разработок деталей сцепления. Для этого механизмы имитируют работу в различных режимах на специализированных стендах.

Принцип действия ДММ основан на совмещении преимуществ накопителя кинетической энергии и на принципе рычага, известного из школьного курса физики: F x A = N x B, где F – сила нагрузки, А – плечо ее приложения, N – сила, уравновешивающая нагрузку и В – плечо этой силы.

Осью вращения рычага в данном случае является ось вращения сцепления (ось вращения маховика).

В двухмассовом маховике плечо уравновешивающей силы это расстояние от оси пакета пружин до оси маховика, в классическом диске сцепления – от оси пружины в демпферном механизме до оси сцепления (величина L на рисунке). Как видно из рисунков, в конструкции с ДММ плечо уравновешивающей нагрузки примерно в два раза больше. То есть, маховику для компенсации возмущающей силы достаточно будет развить упругую уравновешивающую силу в два раза меньшую. Представим себе, что в маховике установлены пружины с той же жесткостью, что и в обычном диске сцепления. Сила упругости будет одинакова, закон Гука еще никто не отменял. Однако рычаг, прикладываемый к этой силе, у нас в два раза больше! Это значит, что на "входе" в трансмиссию такая конструкция справится с крутящим моментом, в два раза большим, чем момент двигателя для обычного диска сцепления. Инженеры получают возможность решать одновременно 2 задачи для одной и той же модели автомобиля: оснащать автомобиль очень широкой линейкой двигателей и при этом использовать одну и ту же трансмиссию без риска ее повреждения. Потому что все нештатные нагрузки, которые трансмиссия может не перенести, компенсируются одним элементом, расположенным в одном и том же пространстве между двигателем и трансмиссией: двухмассовым маховиком, упругость которого меняется всего лишь изменением пакета маленьких пружин.

Вес маховика минимум в десять раз больше веса диска сцепления с демпферным механизмом: за счет увеличения веса увеличивается инерция, что позволяет добиваться равномерности вращения без ударов и колебаний.

Надеемся, что дальнейшие объяснения об ограниченности области применения классического сцепления с классическим ведомым диском не требуются. Именно поэтому в современном автомобиле механическая и автоматическая трансмиссии все чаще оснащаются этим нехитрым, но очень важным и высокотехнологичным изделием.

Двухмассовый маховик, он же у немцев ZMS, работает в режиме сильных резонансных колебаний. И одной из его функций является их гашение, которую ДММ получил в наследство от классического ведомого диска сцепления. Резонансные колебания наибольшей величины возникают при запуске и остановке двигателя. Это весьма негативно отражается на деталях сцепления и КПП. Поэтому с целью гашения колебаний применяются пружины. И если в классическом сцеплении их было 6-8, размещенных по радиусу до 60 миллиметров от оси сцепления, то в современных ДММ их количество достигает 32-54, а радиус их посадки составляет от 120 миллиметров. Это намного эффективнее обеспечивает плавность работы трансмиссии. Технология нейтрализации колебаний шагнула вперед не только благодаря возрастанию количества пружин. Для увеличения угла упругого скручивания корпусов относительно друг друга в ДММ существует несколько степеней сжатия пружин. Современные ДММ производятся с двумя и тремя степенями сжатия. Третья степень сжатия была разработана для лучшей защиты трансмиссии от пиковых нагрузок.

Каждая деталь имеет свой условный ресурс, который заложен производителем при ее проектировании и изготовлении. Ресурс деталей сцепления составляет около 180.000 км, из расчета типичного европейского годового пробега в 15.000 км. Ресурс ДММ рассчитан минимум 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. И это может привести к следующей замене «свежего» комплекта сцепления и снова возникнет необходимость сложного и недешевого процесса снятия и установки. По сути, оставить старый ДММ при установке нового сцепления – это тот же кот в мешке, как при покупке б/у детали – никто не знает, надолго ли. Клиенты хотят любой ценой избежать замены ДММ: во-первых, с непривычки менять маховик, во-вторых, из-за его высокой стоимости. Поэтому механик должен доходчиво объяснять клиенту возможные последствия, если установить новое сцепление со старым ДММ.

Конечно, к агрегатному подходу ремонта отечественному рынку еще долго придется адаптироваться. Ведь сколько десятилетий практиковалось починить даже то, что не чинится и сэкономить на чем только возможно. Но все же сдвиги в этом направлении весомые – сервисы в большинстве уже научились менять сцепление целым комплектом.

У ДММ, ввиду его дороговизны все, же остается альтернатива – замена на классический маховик. Таких предложений на рынке немало и сцепление с переоборудованным маховиком в самом деле работает. Но, одномассовый маховик не в силах справляться с такими большими значениями крутящих моментов и сильнейшими резонансными колебаниями современных автомобилей, которые «выносит» его двухмассовый собрат. Вследствие этих причин 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.

Резюмируя

Классический маховик представлял собой элементарную деталь – стальной диск с зубчатым венцом, поэтому требовал замены лишь в крайних случаях. ДММ, пришедший ему на смену, весьма дорогостоящая и высокотехнологичная деталь, взявшая на себя функции гасителя колебаний в условиях современных мощностей и крутящих моментов. Его цена, превышающая цену комплекта сцепления, шокирует обывателя, и он стремится всеми силами сохранить старую запчасть. Дело осложняет неизвестность методов диагностики ДММ. Механизмы современного маховика заключены внутри неразборного корпуса, поэтому чаще всего мастера ограничиваются лишь визуальным осмотром. Для того чтобы правильно диагностировать неисправность ДММ, нужно знать различные тонкости, при которых деталь может продолжать работу или уже выходит из строя. Для этого на семинаре рассматривались распространенные внешние проявления износа ДММ.

Распространенные проблемы ДММ

Технологии производства ДММ Sachs настолько высоки, что по заверениям технического специалиста ZF Вальдемара Шульца за всю историю выпуска брака продукции не встречалось вообще. Хотя рекламации на продукцию иногда и поступают, но, после проведения исследований специалисты ZF Services , приходят к выводу, что проблема не в маховике. И это неудивительно, ведь ДММ, поставляемые на сборочные конвейеры автопроизводителей и упакованные в синие коробки Sachs выпускаются на одной и той же производственной линии.

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. Негативные воздействия от неправильной работы двигателя развиваются подобно болезням внутри здорового организма и, накладываясь друг на друга, существенно снижают ресурс каждой сопряженной с двигателем детали. В связи с этим диагностика работы двигателя и топливной системы рекомендуется при каждой замене сцепления. На слуху существующий стереотип, что автомобили с установленным ДММ хронически проблемные. 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.

Итак, на Вашей СТО владелец автомобиля с жалобой на вышедший из строя двухмассовый маховик. Чтобы проверить, так ли это в действительности и не начинать зря снимать коробку, Sachs рекомендует вначале сделать все возможные поверхностные тесты. Начнем с обычной ознакомительной поездки вместе с владельцем, только за рулем находитесь Вы. Заведите двигатель. 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. Иногда вибрация/шум при старте происходит из-за дефектов деталей, приводящихся в движение при запуске:

• стартер: проблемы в работе, нестабильное напряжение в бортовой сети, выработанный ресурс агрегата либо он был восстановлен;
• ролик натяжителя ремня ГРМ или поликлинового ремня;
• подшипник водяного насоса.

Об износе именно ДММ однозначно говорят:

• вибрация при запуске двигателя (вплоть до легкого удара в районе рычага КПП);
• мягкий металлический стук на холостом ходу;
• затруднения при запуске двигателя, сопровождаемые вибрацией или непривычным легким стуком;
• вибрация при разгоне, особенно на второй-третьей передачах;
• легкий толчок автомобиля от замыкания диска сцепления при включении повышенной передачи после разгона;
• вибрация при выключении двигателя (часто с легким металлическим стуком).

Данные проявления являются результатом воздействия причин из области механики или электрики. После их диагностики следующим шагом можно подключать профильных специалистов для сужения круга причин износа маховика.

Механические проблемы, приводящие к износу ДММ:

• Дефект опоры двигателя;
• Расстроенные моменты впрыска;
• Негерметичность системы топлива (очень редкая неисправность);
• Механический износ инжекторов или закоксованность форсунок.

Причины из области электрики:

• Проблемы с системой впрыска;
• Синхронизирующий угол элементов насоса-форсунки;
• Проверка впрыскиваемого объема топлива;
• Проверка времени впрыска;
• Демонтаж и проверка форсунок;
• Каблирование;
• Дефект форсунки;
• Дефект блока управления;
• Чип-тюнинг;
• Проблемы с питанием в бортовой сети;
• Проблемы со стартером.

Визуальная диагностика неисправностей ДММ

Следующим этапом диагностики неисправностей ДММ является визуальная диагностика при снятии детали. Проверка нужна для тех случаев, если вопрос о дальнейшем использовании ДММ не удовлетворен. На семинаре рассматривались характерные проявления неисправностей ДММ на наглядных примерах.

Одним из самых распространенных явлений негативного воздействия на ДММ является перегрев. Поверхность ДММ вследствие влияния повышенных температурных режимов имеет характерные следы (т.н. побежалости). Наличие тепловых нагрузок, в которых работал ZMS можно определить по наличию побежалостей на фрикционной поверхности. От величины тепловой нагрузки зависит решение, может ли ДММ использоваться дальше или его следует заменить. Работа в условиях повышенной тепловой нагрузки влечет за собой разрушение сепараторов и пружин внутри маховика, при этом внешние проявления могут не выдавать внутренних неисправностей и отличаться только цветом поверхности детали. Проявления тепловых нагрузок в которых работает ДММ делятся на:

• Незначительную: фрикционная поверхность окрашена золотисто-желтым цветом, потускнения на внешней кромке отсутствуют. ДММ исправен и не требует замены;
• Среднюю: окрас на фрикционной поверхности синего цвета, что свидетельствует о кратковременном нагреве до 220 градусов Цельсия. Замена ДММ не требуется;
• Высокую: проявляется в виде потускнения по внешнему диаметру или в районе заклепок крепления, что свидетельствует о продолжительной работе в режиме перегрева (около 280 гр. Цельсия). ДММ требует замены;
• Чрезмерно высокую: окрас ДММ по бокам или с обратной стороны, а также возникновение трещин на поверхности свидетельствует о сильнейшем перегреве. ДММ однозначно подлежит замене.

У сепараторов, установленных в ДММ, существует определенный предел прочности. При его превышении сепараторы разрушаются. Это происходит при превышении максимального угла кручения, когда ДММ работает в предельно высоких или не предусмотренных конструкцией режимах. При этом работа маховика ZMS сопровождается сильным шумом. Такой же эффект возникает и при чип-тюнинге двигателя. При проектировании всей системы сцепления инженерами рассчитываются стандартные нагрузки, но никак не спортивные или экстремальные, которым подвергают автомобиль любители полихачить. Подобное губительно не только для ДММ, но и для классической компоновки сцепления с одномассовым маховиком.

При продолжительном воздействии повышенного температурного режима, из-за работы на постоянных высоких мощностях внутри ДММ выгорает смазка. При возникновении такой ситуации вспомогательная масса ДММ смещается от центрального положения и блокирует его. При этом снять маховик не повредив его нет никакой возможности. Для того чтобы снять ДММ в таком случае, нужно аккуратно срезать верхний слой покрытия с помощью болгарки и открутить расположенные под ним болты. Недопустимым является разблокирование ДММ с помощью сварки: ее использование может повредить остальные агрегаты и детали. Основанием для замены ZMS всегда является также обильно выступающая наружу смазка, которая свидетельствует о потере герметичности корпуса. При демонстрации вскрытия такого маховика на семинаре внутри обнаружились разрушенные пружины.

Распространенным явлением, требующим замены ДММ, является появление задиров на фрикционной поверхности маховика. Появление на той же поверхности темных пятен даже в большом количестве, напротив, замены не требует и позволяет дальше эксплуатировать маховик ZMS.

Диагностика ДММ с помощью специального оборудования

Если способов увидеть состояние внутренностей ДММ не существует, так как он является неразборным, то диагностика его рабочих характеристик все же есть. С помощью специального оборудования можно проверить максимальный угол кручения, осевой и радиальный зазоры.

У двух и трехступенчатого ДММ различается максимальный угол кручения от 60 до 75 градусов. Так как выяснить достоверно тип ДММ невозможно, градус угла промеряют до максимальных 60, но даже 30-40 градусов позволяет использовать маховик ZMS дальше. Для того чтобы измерить необходимые параметры, необходимо найти специальное отверстие снизу ДММ, выставить позицию, сделать отметку и прокручивать влево-вправо. Прокручивание должно осуществляться плавно без каких-либо скачков, рывков, блокировок. В противном случае ДММ следует заменить.

Радиальный и осевой зазоры измеряются в трех различных точках для точности показателей. При превышении допустимых значений даже в одной точке маховик ZMS подлежит замене. Для измерения необходимо приложить 100 Н к вспомогательной массе и потянуть ее. Осевой зазор должен быть не более 0,2 мм, радиальный не более 0,15 мм.

Пожалуй, все.

Хотелось бы поблагодарить компанию ZF Services за уникальное содержание технического семинара и его высочайший уровень организации. Ведь на сегодняшний день обучение и подачу современной сервисной информации обеспечивают считанные компании. И многие из них просто повторяют из года в год одно и то же. Остается только надеяться, что подобное обучение станет поистине необходимостью для автомехаников, и залы технических семинаров будут заполнены, как залы кинотеатров на выходные.