Koło zamachowe dwumasowe (dwumasowe) - zasada działania, konstrukcja, seria

Slangowym określeniem dwumasowej lub dwumasowej muchy jest urządzenie zwane dwumasowym kołem zamachowym. Urządzenie to umożliwia przeniesienie momentu obrotowego z silnika na skrzynię biegów i dalej na koła pojazdu. Dwumasowe koło zamachowe przyciągnęło uwagę opinii publicznej ze względu na często ograniczoną żywotność. Wymiana jest nie tylko pracochłonna, ale również wymaga nakładów finansowych, ponieważ portfel zawiera od kilkuset do tysiąca euro. Wśród kierowców często można usłyszeć pytanie, do czego służą samochody dwukołowe, kiedy kiedyś nie było problemów z samochodami.

Trochę teorii i historii

Tłokowy silnik spalinowy jest stosunkowo złożoną maszyną, której działanie jest przerywane w fazie. Z tego powodu z wałem korbowym połączone jest koło zamachowe, którego zadaniem jest zgromadzenie wystarczającej energii kinetycznej do pokonania oporów biernych podczas suwów sprężania (niepracujących). Osiąga to między innymi wymaganą jednorodność silnika. Silnik pracuje bardziej zrównoważony, im więcej cylindrów ma silnik lub im większe (cięższe) koło zamachowe. Jednak cięższe koło zamachowe zmniejsza żywotność silnika i zmniejsza jego gotowość do szybkiego obracania się. Zjawisko to można zaobserwować np. przy silniku 1,4 TDi lub 1,2 HTP. Dzięki mocniejszemu kołu zamachowemu te trzycylindrowe silniki pracują wolniej i wolniej. Wadą takiego zachowania jest np. wolniejsza zmiana biegów. Na wielkość koła zamachowego dodatkowo wpływa skład cylindrów (rzędowy, widełkowy lub bokserski). Silnik z przeciwbieżnymi rolkami jest w zasadzie znacznie bardziej zrównoważony niż na przykład czterocylindrowy silnik rzędowy. Dlatego ma również mniejsze koło zamachowe niż porównywalny czterocylindrowy silnik rzędowy. Rozmiar koła zamachowego wpływa również na zasadę spalania, na przykład nowoczesne silniki Diesla prawie zawsze potrzebują koła zamachowego. W porównaniu do benzynowych odpowiedników, silniki wysokoprężne mają zwykle znacznie wyższy stopień sprężania, powyżej którego zużywają znacznie więcej pracy - energii kinetycznej obracającego się koła zamachowego.

Energia kinetyczna Ek związana z obracającym się kołem zamachowym jest obliczana według następującego wzoru:

Ec = 1/2·J ω2

(gdzie J jest momentem bezwładności ciała względem osi obrotu, ω jest prędkością kątową obrotu ciała).

Wały wyważające również pomagają wyeliminować nierówną pracę, ale wymagają pewnego nakładu pracy mechanicznej, aby je napędzać. Oprócz nierówności, okresowe powtarzanie czterech okresów prowadzi również do drgań skrętnych, które niekorzystnie wpływają na napęd i przekładnię. Normalna masa bezwładna silnika spalinowego składa się z mas bezwładnościowych części mechanizmu korbowego (wałki wyrównoważające), koła zamachowego i sprzęgła. To jednak nie wystarczy, aby wyeliminować niepożądane drgania w przypadku mocnych, a zwłaszcza mniej cylindrycznych silników wysokoprężnych. W związku z tym skrzynia biegów i cały układ napędowy muszą być chronione przed tymi niekorzystnymi skutkami, ponieważ przy pewnych prędkościach mogą wystąpić nadmierne rezonanse, powodujące nadmierne obciążenia wału korbowego i skrzyni biegów, nieprzyjemne drgania nadwozia i szum wewnątrz pojazdu. Widać to wyraźnie na poniższym schemacie, który pokazuje amplitudę drgań silnika i skrzyni biegów z konwencjonalnymi i dwumasowymi kołami zamachowymi. Drgania wału korbowego na wyjściu z silnika oraz oscylacje na wejściu do skrzyni biegów mają praktycznie te same amplitudy i częstotliwości. Przy pewnych prędkościach wahania te nakładają się, co prowadzi do wskazanych niepożądanych zagrożeń i przejawów.

Powszechnie wiadomo, że silniki Diesla są znacznie mocniejsze niż silniki benzynowe, więc ich części są cięższe (mechanizm korbowy, korbowody itp.). Wymiarowanie i wyważenie takiego silnika to naprawdę złożony problem, którego rozwiązanie składa się z szeregu całek i pochodnych. Krótko mówiąc, silnik spalinowy składa się z wielu elementów, z których każdy ma własny ciężar i sztywność, które razem tworzą system sprężyn skrętnych. Taki układ ciał materialnych połączonych sprężynami ma tendencję do oscylacji z różnymi częstotliwościami podczas pracy (pod obciążeniem). Pierwsze znaczące pasmo częstotliwości oscylacji mieści się w przedziale 2-10 Hz. Częstotliwość tę można uznać za naturalną i praktycznie nie jest postrzegana przez człowieka. Drugie pasmo częstotliwości mieści się w przedziale 40-80 Hz i odbieramy te wibracje jako wibracje, a hałas jako ryk. Zadaniem projektantów jest wyeliminowanie tego rezonansu (40-80 Hz), co w praktyce oznacza przeniesienie się w miejsce, w którym człowiek jest znacznie mniej nieprzyjemny (ok. 10-15 Hz).

Samochód zawiera kilka mechanizmów eliminujących nieprzyjemne wibracje i hałas (silentbloki, koła pasowe, izolację akustyczną), a jego trzon stanowi klasyczne, konwencjonalne tarczowe sprzęgło cierne. Oprócz przenoszenia momentu obrotowego, jego zadaniem jest również tłumienie drgań skrętnych. Zawiera sprężyny, które w przypadku niepożądanej wibracji ściskają i pochłaniają większość jego energii. W przypadku większości silników benzynowych chłonność jednego sprzęgła jest wystarczająca. Podobna zasada obowiązywała w dieslach do połowy lat 90., kiedy to legendarny 1,9 TDi z pompą rotacyjną Bosch VP wystarczał z konwencjonalnym sprzęgłem i klasycznym jednomasowym kołem zamachowym.

Jednak z biegiem czasu silniki Diesla zaczęły dostarczać coraz więcej mocy ze względu na coraz mniejszą objętość (liczbę cylindrów), na pierwszy plan wysunęła się kultura ich pracy, a wreszcie nacisk na „koło zamachowe piły” " opracowali również coraz bardziej rygorystyczne normy środowiskowe. Ogólnie rzecz biorąc, klasyczna technologia nie mogła już zapewnić tłumienia drgań skrętnych, dlatego konieczność zastosowania dwumasowego koła zamachowego stała się koniecznością. Pierwszą firmą, która wprowadziła dwumasowe koło zamachowe ZMS (Zweimassenschwungrad) była firma LuK. Jego masowa produkcja rozpoczęła się w 1985 roku, a niemieckie BMW było pierwszym producentem samochodów, który wykazał zainteresowanie nowym urządzeniem. Od tego czasu dwumasowe koło zamachowe przeszło wiele ulepszeń, przy czym przekładnia planetarna ZF-Sachs jest obecnie uważana za najbardziej zaawansowany.

Koło dwumasowe – budowa i działanie

Dwumasowe koło zamachowe działa praktycznie jak konwencjonalne koło zamachowe, które dodatkowo pełni funkcję tłumienia drgań skrętnych, a tym samym w dużej mierze eliminuje niepożądane wibracje i hałas. Dwumasowe koło zamachowe różni się od klasycznego tym, że jego główna część - koło zamachowe - jest elastycznie połączona z wałem korbowym. Dlatego w fazie krytycznej (do szczytu sprężania) pozwala na pewne wyhamowanie wału korbowego, a następnie ponownie (podczas rozprężania) na pewne przyspieszenie. Jednak prędkość samego koła zamachowego pozostaje stała, więc prędkość na wyjściu skrzyni biegów również pozostaje stała i bez wibracji. Dwumasowe koło zamachowe przenosi swoją energię kinetyczną liniowo na wał korbowy, siły reakcji działające na sam silnik są płynniejsze, a szczyty tych sił są znacznie niższe, więc silnik również wibruje i mniej trzęsie resztą silnika. ciało. Podział na bezwładność pierwotną po stronie silnika i bezwładność wtórną po stronie przekładni zwiększa moment bezwładności obracających się części przekładni. Powoduje to przesunięcie zakresu rezonansowego do niższego zakresu częstotliwości (obr./min.) niż prędkość obrotowa biegu jałowego, a zatem poza zakresem prędkości roboczych silnika. W ten sposób drgania skrętne generowane przez silnik są odseparowane od przekładni, a hałas przekładni i ryk nadwozia nie występują. Dzięki temu, że część pierwotna i wtórna są połączone tłumikiem drgań skrętnych, możliwe jest zastosowanie tarczy sprzęgła bez zawieszenia skrętnego.

Dwumasowe koło zamachowe pełni jednocześnie funkcję tzw. amortyzatora. Oznacza to, że pomaga tłumić uderzenia sprzęgła podczas zmiany biegów (gdy prędkość silnika musi być zrównoważona z prędkością kół), a także pomaga w płynniejszym ruszaniu. Jednak elementy sprężyste (sprężyny) w dwumasowym kole zamachowym stale się męczą i umożliwiają szersze i łatwiejsze poruszanie się koła zamachowego względem wału korbowego. Problem pojawia się, gdy są już zmęczone – są całkowicie wyciągnięte. Oprócz rozciągania sprężyn zużycie koła zamachowego oznacza również wypychanie otworów w kołkach blokujących. W ten sposób koło zamachowe nie tylko nie tłumi oscylacji (oscylacji), ale wręcz przeciwnie je tworzy. Zaczynają się pojawiać zatrzymania na skrajnych krańcach obrotu koła zamachowego, najczęściej jako szarpnięcia podczas zmiany biegów, ruszania, we wszystkich sytuacjach, gdy sprzęgło jest włączone lub wyłączone, lub podczas zmiany prędkości. Zużycie objawia się również nierównym rozruchem, nadmiernymi wibracjami i hałasem w okolicach 2000 obr./min lub nadmiernymi wibracjami na biegu jałowym. Ogólnie rzecz biorąc, dwumasowe koła zamachowe podlegają znacznie większym obciążeniom w silnikach mniej cylindrycznych (np. trzy/czterocylindrowych), w których nierówności są znacznie większe niż w silnikach sześciocylindrowych.

Strukturalnie dwumasowe koło zamachowe składa się z głównego koła zamachowego, wtórnego koła zamachowego, amortyzatora wewnętrznego i amortyzatora zewnętrznego.

Jak wpłynąć na / przedłużyć żywotność dwumasowego koła zamachowego?

Na żywotność koła zamachowego wpływa jego konstrukcja, a także właściwości silnika, w którym jest zainstalowane. To samo koło zamachowe tego samego producenta na niektórych silnikach przejedzie 300 km, a na niektórych zajmie tylko pół porcji. Pierwotnym zamiarem było opracowanie dwumasowych kół zamachowych, które przetrwałyby do tego samego wieku (km) co cały samochód. Niestety w rzeczywistości koło zamachowe często wymaga wymiany dużo wcześniej, wielokrotnie przed tarczą sprzęgła. Oprócz konstrukcji silnika i samego dwumasowego koła zamachowego, przewodnik ma znaczący wpływ na jego żywotność. Wszystkie sytuacje prowadzące do przeniesienia uderzenia w jednym lub drugim kierunku skracają jego żywotność.

Aby wydłużyć żywotność dwumasowego koła zamachowego, nie zaleca się częstego zwiększania podsterowności silnika (zwłaszcza poniżej 1500 obr./min), silnego wciskania sprzęgła (najlepiej bez zmiany biegu przy zmianie biegów) oraz nie redukowania biegu silnika (np. silnik). tylko z rozsądną prędkością). Często zdarza się, że przy prędkości 80 km/h włączasz nie drugi bieg, ale trzeci lub czwarty i stopniowo przechodzisz na niższy bieg). Niektórzy producenci zalecają (w tym przypadku VW), aby w przypadku parkowania samochodu stojącego na łagodnym zboczu najpierw zaciągnąć hamulec ręczny, a następnie włączyć bieg (wsteczny lub XNUMX. bieg). W przeciwnym razie pojazd lekko się przesunie, a dwumasowe koło zamachowe wejdzie w tzw. stałe zazębienie, powodując naprężenie (rozciągnięcie sprężyn). Dlatego zaleca się nie używać prędkości pod górę, a jeśli tak, to dopiero po wyhamowaniu samochodu hamulcem ręcznym, aby nie spowodować lekkiego ruchu i późniejszego długotrwałego obciążenia - zamknięcia układu przeniesienia napędu, czyli dwumasowego koła zamachowego . Wzrost temperatury tarczy sprzęgła jest również bezpośrednio związany ze skróceniem żywotności dwumasowego koła zamachowego. Sprzęgło przegrzewa się, zwłaszcza podczas holowania ciężkiej przyczepy lub innego pojazdu, jazdy w terenie itp. Sprzęgło odblokuje się samoczynnie, nawet jeśli silnik jest uszkodzony. Należy zauważyć, że ciepło promieniujące z tarczy sprzęgła prowadzi do przegrzania różnych elementów koła zamachowego (zwłaszcza jeśli jest to wyciek smaru), co dodatkowo negatywnie wpływa na żywotność.

Naprawa - wymiana koła dwumasowego na koło zamachowe konwencjonalne

Nie ma czegoś takiego jak naprawa nadmiernie zużytego koła zamachowego. Naprawa polega na wymianie koła zamachowego wraz z zespołem sprzęgła (lamele, sprężyna dociskowa, łożyska). Cała naprawa jest dość pracochłonna (około 8-10 godzin), kiedy konieczny jest demontaż skrzyni biegów, a czasem nawet silnika. Oczywiście nie możemy zapominać o finansach, gdzie najtańsze koła zamachowe sprzedawane są za około 400 euro, najdroższe - ponad 2000 euro. Po co wymieniać tarczę sprzęgła, która jest wciąż w dobrym stanie? Ale po prostu dlatego, że podczas serwisowania tarczy sprzęgła to tylko kwestia czasu, zanim zniknie, a ten czasochłonny proces, który jest kilka razy droższy niż tarcza sprzęgła, trzeba będzie powtórzyć. Podczas wymiany koła zamachowego dobrze jest sprawdzić, czy istnieje bardziej wyrafinowana wersja, która może przejechać więcej kilometrów - oczywiście wspierana i zatwierdzona przez producenta pojazdu.

Bardzo często można znaleźć informacje o wymianie dwumasowego koła zamachowego na klasyczne, w którym zastosowano lamele z tłumikiem skrętnym. Jak już wspomniano w poprzednich artykułach, dwumasowe koło zamachowe, oprócz swoich wygodnych funkcji, pełni również funkcję tłumika drgań skrętnych, co negatywnie wpływa na stan ruchomych części silnika (wał korbowy) lub skrzyni biegów. Do pewnego stopnia tłumienie drgań może być również wyeliminowane przez samą płytkę resorowaną, ale nie może ona zapewnić takich samych osiągów jak znacznie mocniejsze i bardziej złożone dwumasowe koło zamachowe. Dodatkowo, gdyby to było tak proste, od dawna praktykowaliby to producenci samochodów i ich właściciele finansowi, którzy nieustannie pracują nad cięciem kosztów. Dlatego generalnie nie zaleca się zastępowania dwumasowego koła zamachowego kołem jednomasowym.

Nie lekceważ wymiany zużytego koła zamachowego

Zdecydowanie nie zaleca się odkładania wymiany nadmiernie zużytego koła zamachowego. Oprócz powyższych objawów istnieje ryzyko poluzowania (oddzielenia) dowolnej części koła zamachowego. Oprócz zniszczenia samego koła zamachowego, silnik lub skrzynia biegów mogą również zostać śmiertelnie uszkodzone. Nadmierne zużycie koła zamachowego wpływa również na prawidłowe działanie czujnika prędkości obrotowej silnika. W miarę jak elementy sprężyste stopniowo się zużywają, obie części koła zamachowego odchylają się coraz bardziej, aż do przekroczenia tolerancji ustawionych w jednostce sterującej. Czasami prowadzi to do komunikatu o błędzie, a czasami wręcz przeciwnie, jednostka sterująca próbuje dostosować i sterować silnikiem na podstawie nieprawidłowych danych. Prowadzi to do słabej wydajności, aw najgorszym przypadku do problemów z rozruchem. Ten problem jest szczególnie powszechny w starszych silnikach, w których czujnik wału korbowego wykrywa ruch po stronie wyjściowej dwumasowego koła zamachowego. Producenci wyeliminowali ten problem zmieniając mocowanie czujnika, dzięki czemu w nowszych silnikach wykrywa on prędkość wału korbowego na wlocie koła zamachowego.