Dwumasowe koło zamachowe

Silnik spalinowy jest daleki od ideału, a sprzężenie go ze skrzynią biegów za pomocą sprzęgła stwarza dodatkowe problemy, które projektanci próbują rozwiązać od lat. I trzeba przyznać, że robią to coraz skuteczniej.

Zmiany przyspieszenia tłoków, wynikające zarówno z dodania lub podania gazu przez kierowcę, jak i samych przerw w zapłonie, a także zmiany kierunku ruchu tłoków powodują zmiany prędkości obrotowej silnika. . To z kolei powoduje wibracje przenoszone z wału korbowego przez koło zamachowe, sprzęgło i wał do skrzyni biegów. Tam przyczyniają się do zębów przekładni. Hałas, który temu towarzyszy, jest znany jako grzechotanie. Wibracje silnika powodują również drżenie ciała. Wszystko razem obniża komfort podróżowania.

Zjawisko przenoszenia drgań z wału korbowego na kolejne elementy układu napędowego ma charakter rezonansowy. Oznacza to, że intensywność tych oscylacji występuje w pewnym zakresie prędkości obrotowych. Wszystko zależy od wirujących mas silnika i skrzyni biegów, a raczej od ich momentów bezwładności. Im większy moment bezwładności wirujących mas przekładni, tym mniejsza prędkość, przy której występuje niepożądane zjawisko rezonansu. Niestety w klasycznym rozwiązaniu przekładni znacznie większa część mas wirujących znajduje się po stronie silnika.

Tłumik w osłonie

Mimo takich trudności konstruktorzy od dawna znajdują sposób na zapobieganie swobodnemu przenoszeniu drgań z silnika na skrzynię biegów. W tym celu tarcza sprzęgła jest wyposażona w tłumik drgań skrętnych. Składa się z elementów skrętnych i ciernych. Te pierwsze obejmują tarczę napędową i tarczę oporową oraz sprężyny śrubowe umieszczone w odpowiednich wycięciach w obudowie tarczy. Zmieniając rozmiar wycięć i sprężyn, można uzyskać różne charakterystyki tłumienia drgań. Zadaniem elementów ciernych jest zapobieganie nadmiernemu kołysaniu się amortyzatora drgań. Wymagany współczynnik tarcia pomiędzy powierzchniami roboczymi uzyskuje się poprzez zastosowanie pierścieni ciernych wykonanych np. z odpowiedniego tworzywa sztucznego.

Tłumik drgań w tarczy sprzęgła był przez lata udoskonalany. Obecnie m.in. dwustopniowy tłumik drgań z oddzielnym tłumikiem wstępnym oraz dwustopniowy tłumik drgań ze zintegrowanym tłumikiem wstępnym i zmiennym tarciem.

Tłumienie drgań na tarczy sprzęgła nie jest w pełni skuteczne. Rezonans i towarzyszący mu hałas występują w zakresie obrotów biegu jałowego lub nieco wyższych. Aby się go pozbyć należy odpowiednio zwiększyć moment bezwładności ruchomych części skrzyni biegów za pomocą dodatkowego koła zamachowego umieszczonego na wale przekładni. Jednak takie rozwiązanie spowodowałoby znaczne problemy z przerzutkami, ponieważ wymagana byłaby synchronizacja ze względu na dodatkową masę wirującą tego koła o dużej bezwładności.

Dwumasowe koło zamachowe

Znacznie lepszym rozwiązaniem byłoby podzielenie masy koła zamachowego na dwie części. Jeden jest sztywno połączony z wałem korbowym, drugi jest połączony z obracającymi się częściami skrzyni biegów poprzez tarczę sprzęgła. W ten sposób powstało dwumasowe koło zamachowe, dzięki któremu bez zwiększania całkowitej masy koła zamachowego uzyskano z jednej strony zwiększenie momentów bezwładności wirujących mas przekładni, a z drugiej zmniejszenie momentu bezwładności obracających się części silnika. W rezultacie skutkowało to niemal równymi momentami bezwładności po obu stronach. Zmieniono również położenie amortyzatora drgań, który został przeniesiony z tarczy sprzęgła pomiędzy częściami koła zamachowego. Dzięki temu amortyzator może pracować przy kątach skrętu do 60 stopni (przy tarczy sprzęgła poniżej 20 stopni).

Zastosowanie dwumasowego koła zamachowego umożliwiło przesunięcie zakresu oscylacji rezonansowych poniżej obrotów biegu jałowego, a więc poza zakres pracy silnika. Oprócz wyeliminowania drgań rezonansowych i towarzyszącego im charakterystycznego hałasu przekładni, dwumasowe koło zamachowe ułatwia również zmianę biegów i wydłuża żywotność synchronizatorów. Pozwala również o kilka procent (około 5) zmniejszyć zużycie paliwa.

Do klas młodszych

Poprzeczne zamocowanie silnika oraz ograniczona przestrzeń w komorze silnika sprawiają, że zastosowanie dwumasowego koła zamachowego zamiast tradycyjnego jest utrudnione lub wręcz niemożliwe. Opracowane przez firmę LuK sprzęgło DFC (Damped Flywheel Clutch) pozwala na wykorzystanie zalet dwumasowego koła zamachowego w małych i średnich pojazdach. Połączenie koła zamachowego, tarczy dociskowej i tarczy sprzęgła w jednym urządzeniu sprawia, że ​​sprzęgło DFC jest równie obszerne jak klasyczne sprzęgło. Ponadto zespół sprzęgła DFC nie wymaga centrowania tarczy sprzęgła.

Wymagania, trwałość i koszt

Specjalne dwumasowe koło zamachowe jest przeznaczone do konkretnego silnika i skrzyni biegów. Z tego powodu nie można go zainstalować na żadnym innym typie pojazdu. Jeśli tak się stanie, nie tylko zwiększy się hałas przekładni, ale może również dojść do zniszczenia samego koła zamachowego. Producenci zabraniają również demontażu dwumasowego koła zamachowego na części. Niedopuszczalne są również wszelkie zabiegi mające na celu naprawę powierzchni trących, wszelkie „modyfikacje” felgi.

Jeśli chodzi o trwałość dwumasowego koła zamachowego, jest to trudna sprawa, ponieważ jego trwałość zależy od wielu czynników, w tym od stanu silnika, stylu jazdy i rodzaju. Jednak pojawiają się opinie, że powinien wytrzymać co najmniej tak długo, jak tarcza sprzęgła. Są też takie zalecenia technologiczne, że wraz z zestawem sprzęgła należy wymienić również koło zamachowe dwumasowe. To oczywiście zwiększa koszt wymiany, ponieważ koło dwumasowe nie jest tanie. Przykładowo w BMW E90 320d (163 km) cena seryjnej oryginalnej felgi to 3738 zł, natomiast jej wymiana kosztuje 1423 zł.