Облегченный маховик: конструкция, преимущества и недостатки, выбор для авто и замена своими силами

Облегченный маховик создан для улучшения динамики машины на высоких оборотах. В принципе его можно установить на штатный двигатель, но только после динамической балансировки в сборе на коленвалу вместе с корзиной сцепления и регулировки газораспределительного механизма.

Маховик облегченный
Маховик облегченный

Назначение тюнинга двигателя

Необходимость облегчить маховик возникает по следующим причинам:

  • из 720 градусов рабочего хода коленвала маховик необходим на отрезке вывода кривошипно-шатунного механизма из верхней мертвой точки максимум в 50 градусов;
  • все остальное время энергия ДВС расходуется на раскручивание этой массивной детали для аккумулирования ею кинематической энергии;
  • если на холостых и малых оборотах маховик стабилизирует перемещение транспортного средства, то на высоких оборотах он снижает динамику движения.
Принцип действия маховика
Принцип действия маховика

Например, в мощных ДВС стоят тяжелые валы, инерции которых в принципе достаточно, чтобы «сдернуть» КШМ из ВМТ, даже без участия маховика.

По этой причине обтачиваются штатные и покупаются облегченные диски с зубчатыми венцами из стали и алюминиевых сплавов разных конструкций.

Однако после замены без балансировки коленвала в сборе и регулировки механизма газораспределения можно получить противоположный эффект – нагрузить двигатель в обычных режимах, что приведет к выработке КШМ, коленвала, сцепления и прочих взаимосвязанных узлов машины.

Без углубления в теорию механики и динамики можно примерно вычислить эффект от снижения массы маховика, например на 1,5 кг для машины весом 0,9 т со стандартным двигателем (обороты 3000 – 6000) для разгона до 150 км/ч:

  • момент инерции снижается только в случае удаления металла с участков маховика возле его наружного радиуса, то есть зубчатого венца;
  • для разгона до указанной скорости последовательно включаются I – IV передачи по порядку при эксплуатации четырехступенчатой коробки КПП;
  • переключение I/II происходит на 3 – 6 тысячах оборотов, II/III на 4,5 – 6,5 тысячах, III/IV при вращении 4,5 – 5,1 тысяч об/мин;
  • угловая скорость на 3000 об/мин составит 314 с-1, 4500 об/мин – 471 с-1, 5100 об/мин – 534 с-1 и 6500 об/мин – 681 с-1 ;
  • разница кинетической энергии для вращения лишних 1,5 кг стали составит 1,44 кДж при 3000 оборотах, 3,26 кДж при 4500 оборотах, 4,2 кДж при 5100 оборотах и 6,8 кДж при 6500 оборотах.
Момент инерции маховика
Момент инерции маховика

В сумме облегченный маховик сэкономит 16 кДж кинематической энергии, то есть 2% с небольшим. Для спортивных машин и ДВС с высокими рабочими оборотами эффект значительно выше.

Внимание: Следует понимать, что на малых скоростях движения и в режиме холостого хода ДВС возможны проблемы.

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
Маховик по Сингуринди облегченный

Внимание: Для водителей-новичков и пользователей, предпочитающих плавный стиль вождения, облегченный маховик не нужен в принципе. Данное руководство предназначено для профессионалов или уверенных пользователей, как минимум.

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 с прорезанными окнами
Маховик из алюминиевого сплава
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
Фрезеровка наружного радиуса
Высверливание отверстий
Высверливание отверстий
Проточка тела на токарном станке
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
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.

Замена штатного маховика облегченным

После принятия принципиального решения – стоит ли давать машину в тюнинг на СТО или производить модернизацию собственными силами, придется демонтировать штатный маховик, выбрать облегченный вариант по характеристикам или изготовить деталь самостоятельно. Затем демонтировать узел, заменить маховик вместе со сцеплением, произвести динамическую балансировку и регулировку газораспределительной системы.

Доступ для замены маховика
Доступ для замены маховика

Выбор по характеристикам

Покупая готовый маховик двигателя со сниженным весом, необходимо учесть расположение отверстий под корзину сцепления, диаметр, количество зубьев и конструкционный материал детали.

Ассортимент облегченных маховиков для конкретной модели авто
Ассортимент облегченных маховиков для конкретной модели авто

Изготовление своими силами

Как минимум, для этого необходим токарный станок и квалифицированный токарь. Рекомендуется использовать схему, чертеж и рекомендации Сингуринди:

  • из стандартного 7 кг изделия после проточки получается облегченный вариант 4,8 кг (для ВАЗ «классика»);
  • заготовкой служит б/у маховик или снятая детали с коленвала машины, подвергающейся тюнингу;
  • зубчатый венец для надежности приваривается к ободу с обеих сторон, швы зачищаются абразивным диском УШМ;
  • на подшипнике производится статическая балансировка.
Самодельный облегченный маховик
Самодельный облегченный маховик

Готовое изделие устанавливается на коленвал для последующей динамической балансировки.

Демонтаж

Перед тем, как облегчить маховик собственными силами, следует понимать, что для этого придется демонтировать несколько узлов и механизмов:

  • коробку КПП, чтобы снять сцепление, которое меняют вместе с маховиком;
  • ДВС частично для доступа к коленвалу и элементам КШМ, так как может потребоваться установка шатунов меньшей массы, обтачивание колен на валу.
Демонтаж с коленвала
Демонтаж с коленвала

Работы удобнее производить на подъемнике, в крайнем случае, на яме с вывешиванием на домкрат для демонтажа переднего колеса с водительской стороны.

Установка облегченного маховика

Величина силы инерции на коленчатом валу ДВС зависит от веса/угловой скорости шатунов и противовесов. После обточки маховика угловая скорость возрастает, поэтому сила инерции так же увеличивается, а противовесы остаются штатными.

Существует два варианта:

  • снижение радиуса вращения – потеря рабочего объема;
  • уменьшение массы вращающихся деталей – обычно шатунов.
Шатуны облегченные
Шатуны облегченные

Внимание: Требуется точный расчет, сколько «лишних» граммов убрать из веса шатуна. Иначе, эффект получится противоположным – снижение ресурса КШМ и ДВС в целом.

Обрезка колен приводного вала
Обрезка колен приводного вала

Если происходит обточка элементов коленвала, эта деталь вначале балансируется на динамическом стенде отдельно, затем на нее надевается маховик и корзина сцепления.

Балансировка коленчатого вала
Балансировка коленчатого вала

Балансировка

Обычно учитывают вес снятого с поверхности заготовки конструкционного материала – 35% в среднем. Точнее вес внешнего диаметра облегченного маховика снижается на 500 – 700 г/мм. На некоторых авто существует выбор нескольких типоразмеров сцепления, поэтому нужно учесть:

  • корзина и диск большего диаметра увеличивают поверхность контакта и качество зацепления, соответственно;
  • однако сцепление меньшего диаметра по аналогии с облегченным маховиком повышают динамику машины;
  • на штатном креплении М8 корзина может болтаться, сбивая настройки балансировки, поэтому при тюнинге диаметр часто увеличивают до М10 (рассверлить, нарезать резьбу).
Балансировка в сборе с маховиком
Балансировка в сборе с маховиком

Чтобы не дать разбалансированной детали разрушить подшипники и КШМ, коленвал балансируется на стенде в сборе.

Балансировка в сборе с корзиной
Балансировка в сборе с корзиной

Регулировка механизма газораспределения

В теории ДВС клапаны должны срабатывать при нахождении поршня в мертвых точках ВМТ и НМТ, соответственно. Однако на высоких оборотах время прохождения поршнем мертвой точки исчисляется тысячными долями секунды, поэтому цикл очистки камер сгорания от остаточных продуктов и наполнение их новой смесью будет неизбежно запаздывать.

Бортовой компьютер получает с датчика коленвала реальную информацию о пространственном положении поршней, но корректирует ее для инжекторной системы с учетом показаний датчика оборотов, то есть дает нужные параметры опережения или запаздывания, соответственно.

Принцип работы ГРМ
Принцип работы ГРМ

Другими словами, впускной клапан срабатывает с опережением ВМТ на 10 – 32 градуса, закрывается с опозданием на 40 – 85 градусов относительно НМТ. Аналогичные параметры выпускного клапана составляют 40 – 70 градусов опережения НМТ и 10 – 50 градусов запаздывания ВМТ, соответственно.

Кроме того, важно понимать, зачем между элементами клапанного привода используются зазоры:

  • в зависимости от температурного режима ДВС необходим тепловой зазор;
  • при нагреве клапан, головка цилиндров и блока расширяются, удлиняются;
  • зазором компенсируются линейные удлинения конструкционных материалов.
Тепловой клапанный зазор
Тепловой клапанный зазор

Облегченный маховик сбивает регулировки ГРМ, рассчитанные на другой момент инерции этой детали. Происходит запаздывание или опережение зажигания, теряется смысл тюнинга ДВС. Регулировку ГРМ лучше производить в СТО, а не гараже, у специалистов, обладающих необходимой квалификацией и оборудованием.

Регулировка ГРМ после установки облегченного маховика
Регулировка ГРМ после установки облегченного маховика

Таким образом, замена штатного маховика облегченным вариантом подходит исключительно для опытных пользователей, в идеале – на автомобилях с высокооборотными двигателями. Тюнинг по умолчанию стоит дорого, так как необходима разборка сцепления, КПП (частично), мотора (частично), балансировка коленвала динамическая, затем узла в сборе с маховиком, и окончательная с присоединенной корзиной сцепления на специальном стенде.

Поиск автомобиля

Что бы не пропустить лучшие материалы с сайта

А также задавать вопросы в комментариях и получать ответы