Dvojhmotový (dvojhmotový) zotrvačník - princíp, konštrukcia, séria

Slangovým výrazom pre dvojhmotovú alebo dvojhmotovú mušku existuje zariadenie nazývané dvojhmotový zotrvačník. Toto zariadenie umožňuje prenos krútiaceho momentu z motora na prevodovku a ďalej na kolesá vozidla. Dvojhmotový zotrvačník upútal pozornosť verejnosti vďaka často obmedzenej životnosti. Výmena je nielen pracná, ale vyžaduje si aj finančné náklady, pretože peňaženka obsahuje niekoľko stoviek až tisíc eur. Medzi motoristami môžete často počuť otázku, na čo sa používajú dvojkolesové autá, keď kedysi neboli žiadne problémy s autami.

Trochu teórie a histórie

Piestový spaľovací motor je pomerne zložitý stroj, ktorého chod je fázovo prerušovaný. Z tohto dôvodu je na kľukový hriadeľ pripojený zotrvačník, ktorého úlohou je akumulovať dostatočnú kinetickú energiu na prekonávanie pasívnych odporov pri kompresných zdvihoch (nepracovných). Tým sa dosiahne okrem iného aj požadovaná rovnomernosť motora. Motor beží vyváženejšie, čím viac má motor valcov alebo čím väčší (ťažší) zotrvačník. Ťažší zotrvačník však znižuje životnosť motora a znižuje jeho pripravenosť na rýchle roztočenie. Tento jav možno pozorovať napríklad pri motore 1,4 TDi alebo 1,2 HTP. S výkonnejším zotrvačníkom tieto trojvalce bežia pomalšie a spomaľujú tiež. Nevýhodou tohto správania je napríklad pomalšie radenie prevodových stupňov. Veľkosť zotrvačníka je navyše ovplyvnená zložením valcov (radový, vidlicový alebo boxer). Motor s protiľahlými valcami je v princípe oveľa vyváženejší ako napríklad radový štvorvalcový motor. Preto má aj menší zotrvačník ako porovnateľný radový štvorvalcový motor. Veľkosť zotrvačníka ovplyvňuje aj princíp spaľovania, napríklad moderné naftové motory potrebujú zotrvačník takmer vždy. Naftové motory majú oproti benzínovým náprotivkom typicky oveľa vyšší kompresný pomer, nad ktorým spotrebúvajú podstatne viac práce – kinetickej energie rotujúceho zotrvačníka.

Kinetická energia Ek spojená s rotujúcim zotrvačníkom sa vypočíta podľa nasledujúceho vzorca:

Ec = 1/2·J ω2

(kde J je moment zotrvačnosti telesa okolo osi otáčania, ω je uhlová rýchlosť otáčania telesa).

Vyvažovacie hriadele tiež pomáhajú eliminovať nerovnomernú prevádzku, ale na ich pohon vyžadujú určité množstvo mechanickej práce. Pravidelné opakovanie štyroch periód okrem nerovností vedie aj k torzným vibráciám, ktoré nepriaznivo ovplyvňujú pohon a prevodovku. Normálna zotrvačná hmotnosť spaľovacieho motora pozostáva zo zotrvačných hmotností častí kľukového mechanizmu (vyvažovacích hriadeľov), zotrvačníka a spojky. Na odstránenie nežiaducich vibrácií to však v prípade silných a hlavne menej valcových naftových motorov nestačí. V dôsledku toho musí byť prevodovka a celý pohonný systém chránený pred týmito nepriaznivými účinkami, pretože pri určitých rýchlostiach môže dôjsť k nadmernej rezonancii, ktorá má za následok nadmerné namáhanie kľukového hriadeľa a prevodovky, nepríjemné vibrácie karosérie a hukot interiéru vozidla. To je jasne vidieť na nižšie uvedenom diagrame, ktorý ukazuje amplitúdu vibrácií motora a prevodovky s konvenčnými a dvojhmotovými zotrvačníkami. Vibrácie kľukového hriadeľa pri výstupe z motora a kmity pri vstupe do prevodovky majú prakticky rovnaké amplitúdy a frekvencie. Pri určitých rýchlostiach sa tieto výkyvy prekrývajú, čo vedie k naznačeným nežiaducim rizikám a prejavom.

Je všeobecne známe, že naftové motory sú podstatne pevnejšie ako benzínové, preto sú ich časti ťažšie (kľukový mechanizmus, ojnice a pod.). Dimenzovanie a vyváženie takéhoto motora je skutočne zložitý problém, ktorého riešenie pozostáva zo série integrálov a derivácií. Stručne povedané, spaľovací motor sa skladá z množstva komponentov, z ktorých každý má svoju vlastnú hmotnosť a tuhosť, ktoré spolu tvoria systém torzných pružín. Takáto sústava hmotných telies, spojených pružinami, má pri prevádzke (pri zaťažení) tendenciu kmitať na rôznych frekvenciách. Prvé významné pásmo oscilačných frekvencií leží v rozsahu 2-10 Hz. Túto frekvenciu možno považovať za prirodzenú a človek ju prakticky nevníma. Druhé frekvenčné pásmo je v rozsahu 40-80 Hz a tieto vibrácie vnímame ako vibrácie a hluk ako hukot. Úlohou konštruktérov je túto rezonanciu (40-80 Hz) eliminovať, čo v praxi znamená presun na miesto, kde je človeku oveľa menej nepríjemný (asi 10-15 Hz).

Auto obsahuje niekoľko mechanizmov, ktoré eliminujú nepríjemné vibrácie a hluk (silentbloky, remenice, odhlučnenie) a jadrom je klasická konvenčná kotúčová trecia spojka. Jeho úlohou je okrem prenosu krútiaceho momentu aj tlmenie torzných vibrácií. Obsahuje pružiny, ktoré v prípade nežiaduceho chvenia stlačia a pohltia väčšinu jeho energie. V prípade väčšiny benzínových motorov stačí absorpčná kapacita jednej spojky. Podobné pravidlo platilo pre naftové motory až do polovice 90. rokov, kedy si legendárny 1,9 TDi s rotačným čerpadlom Bosch VP vystačil s konvenčnou spojkou a klasickým jednohmotovým zotrvačníkom.

Naftové motory však postupom času začali poskytovať stále viac energie vďaka stále menšiemu objemu (počtu valcov), do popredia sa dostala kultúra ich prevádzky a v neposlednom rade tlak na „zotrvačník“ “taktiež vyvíjali čoraz prísnejšie environmentálne normy. Tlmenie torzných vibrácií už vo všeobecnosti nemohlo byť zabezpečené klasickou technológiou, a preto sa potreba dvojhmotového zotrvačníka stala nevyhnutnosťou. Prvou spoločnosťou, ktorá predstavila dvojhmotový zotrvačník ZMS (Zweimassenschwungrad), bol LuK. Jeho sériová výroba sa začala v roku 1985 a nemecké BMW bolo prvou automobilkou, ktorá prejavila záujem o nové zariadenie. Dvojhmotový zotrvačník odvtedy prešiel niekoľkými vylepšeniami, pričom planétový súkolesie ZF-Sachs je v súčasnosti považované za najpokročilejší.

Dvojhmotový zotrvačník – dizajn a funkcia

Dvojhmotový zotrvačník funguje prakticky ako klasický zotrvačník, ktorý plní aj funkciu tlmenia torzných vibrácií a tým do značnej miery eliminuje nežiaduce vibrácie a hluk. Dvojhmotový zotrvačník sa od klasického líši tým, že jeho hlavná časť - zotrvačník - je pružne spojený s kľukovým hriadeľom. Preto v kritickej fáze (až po vrchol kompresie) umožňuje určité spomalenie kľukového hriadeľa a potom opäť (pri expanzii) určité zrýchlenie. Otáčky samotného zotrvačníka však zostávajú konštantné, takže konštantné a bez vibrácií zostávajú aj otáčky na výstupe z prevodovky. Dvojhmotový zotrvačník prenáša svoju kinetickú energiu lineárne na kľukový hriadeľ, reakčné sily pôsobiace na samotný motor sú plynulejšie a vrcholy týchto síl sú oveľa nižšie, takže motor aj menej vibruje a trasie zvyškom motora. telo. Rozdelenie na primárnu zotrvačnosť na strane motora a sekundárnu zotrvačnosť na strane prevodovky zvyšuje moment zotrvačnosti rotujúcich častí prevodovky. Toto posúva rezonančný rozsah do nižšieho frekvenčného rozsahu (ot./min.), ako sú otáčky voľnobehu, a teda je mimo rozsahu prevádzkových otáčok motora. Týmto spôsobom sa torzné vibrácie generované motorom oddelia od prevodovky a už nevzniká hluk prevodovky a hukot karosérie. Vzhľadom na to, že primárna a sekundárna časť sú spojené tlmičom torzných vibrácií, je možné použiť spojkový kotúč bez torzného pruženia.

Dvojhmotový zotrvačník slúži aj ako takzvaný tlmič. To znamená, že pomáha tlmiť nárazy spojky počas radenia prevodových stupňov (keď je potrebné vyvážiť otáčky motora s otáčkami kolesa) a tiež pomáha plynulejšiemu rozbehu. Pružné prvky (pružiny) v dvojhmotovom zotrvačníku sa však neustále unavia a umožňujú zotrvačníku širší a ľahší pohyb v porovnaní s kľukovým hriadeľom. Problém nastáva, keď sú už unavené – sú vytiahnuté úplne. Opotrebenie zotrvačníka znamená okrem natiahnutia pružín aj vytlačenie otvorov na poistných čapoch. Zotrvačník teda oscilácie (kmitanie) nielen netlmí, ale naopak vytvára. Začínajú sa objavovať dorazy na krajných hraniciach otáčania zotrvačníka, najčastejšie ako buchoty pri radení, rozbiehaní, proste vo všetkých situáciách pri zapínaní alebo vypínaní spojky, alebo pri zmene rýchlosti. Opotrebenie sa prejaví aj trhavým rozbehom, nadmernými vibráciami a hlukom okolo 2000 otáčok, či nadmernými vibráciami na voľnobeh. Vo všeobecnosti dvojhmotové zotrvačníky podliehajú oveľa väčšiemu namáhaniu v menej valcových motoroch (napr. troj/štvorvalcových), kde je nerovnomernosť oveľa väčšia ako pri šesťvalcových motoroch.

Štrukturálne pozostáva dvojhmotový zotrvačník z primárneho zotrvačníka, sekundárneho zotrvačníka, vnútorného tlmiča a vonkajšieho tlmiča.

Ako ovplyvniť / predĺžiť životnosť dvojhmotového zotrvačníka?

Životnosť zotrvačníka je ovplyvnená jeho konštrukciou, ako aj vlastnosťami motora, v ktorom je nainštalovaný. Ten istý zotrvačník od rovnakého výrobcu ubehne na niektorých motoroch 300 km a na niektorých zaberie len polovičnú porciu. Pôvodným zámerom bolo vyvinúť dvojhmotové zotrvačníky, ktoré prežijú do rovnakého veku (km) ako celé auto. Žiaľ, v skutočnosti je často potrebné zotrvačník vymeniť oveľa skôr, mnohokrát pred kotúčom spojky. Okrem konštrukcie motora a samotného dvojhmotového zotrvačníka má vodič značný vplyv na jeho životnosť. Všetky situácie vedúce k prenosu úderu v jednom alebo inom smere znižujú jeho životnosť.

V záujme predĺženia životnosti dvojhmotového zotrvačníka sa neodporúča často podraďovať motor (najmä pod 1500 ot./min), silno stláčať spojku (najlepšie bez preraďovania pri zmene prevodových stupňov) a nepodraďovať motorom (t.j. brzdiť). motor). len primeranou rýchlosťou). Často sa stáva, že pri rýchlosti 80 km/h nezaradíte druhý prevodový stupeň, ale tretí alebo štvrtý a postupne preradíte na nižší prevodový stupeň). Niektorí výrobcovia odporúčajú (v tomto prípade VW), že ak je auto zaparkované so stojacim autom na miernom brehu, treba najskôr zatiahnuť ručnú brzdu a až potom zaradiť spiatočku alebo XNUMX-ku. V opačnom prípade sa vozidlo mierne pohne a dvojhmotový zotrvačník sa dostane do takzvaného trvalého záberu, čo spôsobí pnutie (natiahnutie pružín). Preto sa odporúča nepoužívať rýchlosť kopca a ak áno, tak až po zabrzdení auta ručnou brzdou, aby nedošlo k miernemu pohybu a následnému dlhodobému zaťaženiu - uzavretie prevodového ústrojenstva, teda dvojhmotový zotrvačník. . So znížením životnosti dvojhmotového zotrvačníka priamo súvisí aj zvýšenie teploty spojkového kotúča. Spojka sa prehrieva, najmä pri ťahaní ťažkého prívesu alebo iného vozidla, jazde v teréne a pod. Spojka sa sama odblokuje aj pri rozbitom motore. Treba si uvedomiť, že sálavé teplo z kotúča spojky vedie k prehrievaniu rôznych komponentov zotrvačníka (najmä ak ide o únik maziva), čo ďalej negatívne ovplyvňuje životnosť.

Oprava - výmena dvojhmotového zotrvačníka a výmena za klasický zotrvačník

Oprava nadmerne opotrebovaného zotrvačníka neexistuje. Oprava zahŕňa výmenu zotrvačníka spolu so zostavou spojky (lamely, tlačná pružina, ložiská). Celá oprava je dosť prácna (cca 8-10 hodín), kedy je potrebné demontovať prevodovku, niekedy aj motor. Samozrejme nesmieme zabudnúť ani na financie, kde sa najlacnejšie zotrvačníky predávajú za približne 400 eur, najdrahšie – nad 2000 eur. Prečo meniť spojkovú lamelu, ktorá je stále v dobrom stave? Ale jednoducho preto, že pri servise lamely spojky je len otázkou času, kedy odíde a tento časovo náročný proces, ktorý je niekoľkonásobne drahší ako lamela spojky, sa bude musieť opakovať. Pri výmene zotrvačníka je dobré pozrieť sa, či neexistuje sofistikovanejšia verzia, ktorá zvládne viac kilometrov – samozrejme podporovaná a schválená výrobcom vozidla.

Veľmi často nájdete informácie o výmene dvojhmotového zotrvačníka za klasický, v ktorom sú použité lamely s torzným tlmičom. Ako už bolo uvedené v predchádzajúcich článkoch, dvojhmotový zotrvačník okrem svojich pohodlných funkcií plní aj funkciu torzného tlmiča vibrácií, ktorý negatívne ovplyvňuje stav pohyblivých častí motora (kľukového hriadeľa) alebo prevodovky. Tlmenie vibrácií môže do istej miery eliminovať aj samotná odpružená doska, nemôže však poskytnúť rovnaký výkon ako oveľa výkonnejší a komplexnejší dvojhmotový zotrvačník. Navyše, keby to bolo také jednoduché, dlho by to praktizovali výrobcovia automobilov a ich finanční majitelia, ktorí neustále pracujú na znižovaní nákladov. Preto sa vo všeobecnosti neodporúča nahradiť dvojhmotový zotrvačník jediným hmotnostným zotrvačníkom.

Výmenu opotrebovaného zotrvačníka nepodceňujte

Dôrazne sa neodporúča odkladať výmenu nadmerne opotrebovaného zotrvačníka. Okrem vyššie uvedených prejavov existuje riziko uvoľnenia (oddelenia) akejkoľvek časti zotrvačníka. Okrem zničenia samotného zotrvačníka môže dôjsť aj k smrteľnému poškodeniu motora alebo prevodovky. Nadmerné opotrebovanie zotrvačníka má vplyv aj na správnu činnosť snímača otáčok motora. Ako sa pružinové prvky postupne opotrebovávajú, obe časti zotrvačníka sa stále viac odkláňajú, až kým nespadajú mimo tolerancie stanovené v riadiacej jednotke. Niekedy to vedie k chybovému hláseniu a niekedy sa naopak riadiaca jednotka pokúša prispôsobiť a ovládať motor na základe nesprávnych údajov. To vedie k slabému výkonu a v najhoršom prípade k problémom so spustením. Tento problém je obzvlášť bežný u starších motorov, kde snímač kľukového hriadeľa detekuje pohyb na výstupnej strane dvojhmotového zotrvačníka. Výrobcovia tento problém odstránili zmenou uloženia senzora, takže v novších motoroch detekuje otáčky kľukového hriadeľa na vstupe zotrvačníka.