Dvouhmotový (dvouhmotový) setrvačník - princip, provedení, řada

Podle slangového výrazu pro dvouhmotovou nebo dvouhmotovou mušku existuje zařízení nazývané dvouhmotový setrvačník. Toto zařízení umožňuje přenos točivého momentu z motoru na převodovku a dále na kola vozidla. Dvouhmotový setrvačník upoutal pozornost veřejnosti díky často omezené životnosti. Výměna je nejen pracná, ale vyžaduje také finanční náklady, protože peněženka obsahuje několik stovek až tisíc eur. Mezi motoristy můžete často slyšet otázku, k čemu slouží dvoukolová auta, když kdysi nebyly problémy s auty.

Trochu teorie a historie

Pístový spalovací motor je poměrně složitý stroj, jehož chod je fázově přerušován. Z tohoto důvodu je ke klikovému hřídeli připojen setrvačník, jehož úkolem je akumulovat dostatečnou kinetickou energii k překonání pasivních odporů při kompresních zdvihech (nepracovních). Tím je mimo jiné dosaženo požadované jednotnosti motoru. Motor běží vyváženěji, čím více válců má motor nebo čím větší (těžší) setrvačník. Těžší setrvačník však snižuje životnost motoru a snižuje jeho připravenost k rychlému roztočení. Tento jev lze pozorovat například u motoru 1,4 TDi nebo 1,2 HTP. Se silnějším setrvačníkem tyto tříválce běží pomaleji a také zpomalují. Nevýhodou tohoto chování je například pomalejší řazení. Velikost setrvačníku je navíc ovlivněna složením válců (řadový, vidlicový nebo boxer). Motor s protilehlými válci je v principu mnohem vyváženější než například řadový čtyřválcový motor. Proto má také menší setrvačník než srovnatelný řadový čtyřválcový motor. Velikost setrvačníku ovlivňuje i princip spalování, například moderní naftové motory potřebují setrvačník téměř vždy. Vznětové motory mají oproti benzinovým protějškům typicky mnohem vyšší kompresní poměr, nad kterým spotřebují podstatně více práce – kinetické energie rotujícího setrvačníku.

Kinetická energie Ek spojená s rotujícím setrvačníkem se vypočítá podle následujícího vzorce:

Ec = 1/2·J ω2

(kde J je moment setrvačnosti tělesa kolem osy otáčení, ω je úhlová rychlost otáčení tělesa).

Vyvažovací hřídele také pomáhají eliminovat nerovnoměrný provoz, ale k jejich pohonu vyžadují určité množství mechanické práce. Pravidelné opakování čtyř period vede kromě nerovností také k torzním vibracím, které nepříznivě ovlivňují pohon a převodovku. Normální setrvačná hmotnost spalovacího motoru se skládá ze setrvačných hmot částí klikového mechanismu (vyvažovacích hřídelí), setrvačníku a spojky. Na odstranění nežádoucích vibrací to ale v případě výkonných a hlavně méně válcových vznětových motorů nestačí. V důsledku toho musí být převodovka a celý pohonný systém chráněny před těmito nepříznivými vlivy, protože při určitých rychlostech může dojít k nadměrné rezonanci, což má za následek nadměrné namáhání klikového hřídele a převodovky, nepříjemné vibrace karoserie a hučení interiéru vozidla. To je jasně vidět na níže uvedeném diagramu, který ukazuje amplitudu vibrací motoru a převodovky s konvenčními a dvouhmotovými setrvačníky. Vibrace klikového hřídele na výstupu z motoru a kmity na vstupu převodovky mají prakticky stejné amplitudy a frekvence. Při určitých rychlostech se tyto výkyvy překrývají, což vede k naznačeným nežádoucím rizikům a projevům.

Je všeobecně známo, že naftové motory jsou výrazně pevnější než benzínové motory, takže jejich části jsou těžší (klikový mechanismus, ojnice atd.). Dimenzování a vyvážení takového motoru je opravdu složitý problém, jehož řešení se skládá z řady integrálů a derivací. Stručně řečeno, spalovací motor se skládá z řady komponent, z nichž každý má svou vlastní hmotnost a tuhost, které dohromady tvoří systém torzních pružin. Takový systém hmotných těles, spojených pružinami, má při provozu (při zatížení) tendenci kmitat na různých frekvencích. První významné pásmo oscilačních frekvencí leží v rozsahu 2-10 Hz. Tuto frekvenci lze považovat za přirozenou a člověk ji prakticky nevnímá. Druhé frekvenční pásmo je v rozsahu 40-80 Hz a tyto vibrace vnímáme jako vibrace a hluk jako řev. Úkolem konstruktérů je tuto rezonanci (40-80 Hz) eliminovat, což v praxi znamená přesun na místo, kde je člověku mnohem méně nepříjemný (cca 10-15 Hz).

Vůz obsahuje několik mechanismů, které eliminují nepříjemné vibrace a hluk (silentbloky, řemenice, hluková izolace) a jádrem je klasická konvenční kotoučová třecí spojka. Jeho úkolem je kromě přenosu točivého momentu také tlumit torzní vibrace. Obsahuje pružiny, které v případě nežádoucího chvění většinu jeho energie stlačí a pohltí. U většiny benzinových motorů stačí absorpční kapacita jedné spojky. Podobné pravidlo platilo pro naftové motory až do poloviny 90. let, kdy si legendární 1,9 TDi s rotačním čerpadlem Bosch VP vystačila s konvenční spojkou a klasickým jednohmotovým setrvačníkem.

Vznětové motory však postupem času začaly díky stále menšímu objemu (počtu válců) poskytovat stále větší výkon, do popředí se dostala kultura jejich provozu a v neposlední řadě tlak na „setrvačník“ „také vyvíjeli stále přísnější environmentální normy. Obecně již tlumení torzních vibrací nemohla zajišťovat klasická technologie, a proto se nutnost dvouhmotového setrvačníku stala nutností. První společností, která představila dvouhmotový setrvačník ZMS (Zweimassenschwungrad), byl LuK. Jeho sériová výroba začala v roce 1985 a německé BMW bylo první automobilkou, která projevila zájem o nové zařízení. Dvouhmotový setrvačník od té doby prošel řadou vylepšení, přičemž planetový soukolí ZF-Sachs je v současné době považováno za nejpokročilejší.

Dvouhmotový setrvačník – design a funkce

Dvouhmotový setrvačník funguje prakticky jako běžný setrvačník, který zároveň plní funkci tlumení torzních vibrací a do značné míry tak eliminuje nežádoucí vibrace a hluk. Dvouhmotový setrvačník se od klasického liší tím, že jeho hlavní část - setrvačník - je pružně spojena s klikovou hřídelí. Proto v kritické fázi (až do vrcholu komprese) umožňuje určité zpomalení klikového hřídele a poté opět (při expanzi) určité zrychlení. Samotné otáčky setrvačníku však zůstávají konstantní, takže konstantní a bez vibrací zůstávají i otáčky na výstupu z převodovky. Dvouhmotový setrvačník přenáší svou kinetickou energii lineárně na klikovou hřídel, reakční síly působící na samotný motor jsou plynulejší a vrcholy těchto sil jsou mnohem nižší, takže motor také méně vibruje a třese zbytkem motoru. tělo. Rozdělení na primární setrvačnost na straně motoru a sekundární setrvačnost na straně převodovky zvyšuje moment setrvačnosti rotujících částí převodovky. Tím se rezonanční rozsah posouvá do rozsahu nižších frekvencí (ot./min.), než jsou otáčky volnoběhu, a tím je mimo rozsah provozních otáček motoru. Tímto způsobem jsou torzní vibrace generované motorem odděleny od převodovky a již nedochází k hluku převodovky a hučení karoserie. Vzhledem k tomu, že primární a sekundární část jsou spojeny tlumičem torzních kmitů, je možné použít spojkový kotouč bez torzního odpružení.

Dvouhmotový setrvačník slouží zároveň jako tzv. tlumič. To znamená, že pomáhá tlumit nárazy spojky během řazení (když je třeba vyvážit otáčky motoru s otáčkami kola) a také pomáhá plynulejším rozjezdům. Pružné prvky (pružiny) v dvouhmotovém setrvačníku se však neustále unaví a umožňují setrvačníku pohybovat se širší a snadněji vzhledem ke klikové hřídeli. Problém nastává, když už jsou unavení – jsou vytahaní úplně. Opotřebení setrvačníku znamená kromě natažení pružin také vytlačení otvorů na pojistných čepech. Setrvačník tedy oscilace (kmitání) nejen netlumí, ale naopak vytváří. Začínají se objevovat dorazy na krajních mezích otáčení setrvačníku, nejčastěji jako boule při řazení, rozjezdu, prostě ve všech situacích při sepnutí nebo rozepnutí spojky nebo při změně rychlosti. Opotřebení se projeví i trhanými rozjezdy, nadměrnými vibracemi a hlukem kolem 2000 otáček za minutu nebo nadměrnými vibracemi na volnoběh. Obecně platí, že dvouhmotové setrvačníky podléhají mnohem většímu namáhání u méně válcových motorů (např. tří/čtyřválcových), kde jsou nerovnosti mnohem větší než u šestiválcových motorů.

Strukturálně se dvouhmotový setrvačník skládá z primárního setrvačníku, sekundárního setrvačníku, vnitřního tlumiče a vnějšího tlumiče.

Jak ovlivnit / prodloužit životnost dvouhmotového setrvačníku?

Životnost setrvačníku je ovlivněna jeho konstrukcí a také vlastnostmi motoru, ve kterém je instalován. Stejný setrvačník od stejného výrobce u některých motorů najede 300 km a u některých zabere jen poloviční porci. Původním záměrem bylo vyvinout dvouhmotové setrvačníky, které by přežily do stejného věku (km) jako celé auto. Bohužel ve skutečnosti je často nutné setrvačník vyměnit mnohem dříve, mnohokrát před spojkovým kotoučem. Kromě konstrukce motoru a samotného dvouhmotového setrvačníku má vodič významný vliv na jeho životnost. Všechny situace vedoucí k přenosu nárazu v jednom nebo druhém směru snižují jeho životnost.

Aby se prodloužila životnost dvouhmotového setrvačníku, nedoporučuje se často řídit nedotáčivost motoru (zejména pod 1500 ot./min), silně mačkat spojku (nejlépe bez řazení při řazení) a nepodřazovat motorem (t.j. brzdit motor). pouze přiměřenou rychlostí). Často se stává, že při rychlosti 80 km/h nezařadíte druhý rychlostní stupeň, ale třetí nebo čtvrtý a postupně řadíte na nižší rychlostní stupeň). Někteří výrobci doporučují (v tomto případě VW), že pokud je vůz zaparkován se stojícím vozem na mírném náklonu, je třeba nejprve zatáhnout ruční brzdu a poté zařadit rychlostní stupeň (zpátečku nebo XNUMX. rychlostní stupeň). V opačném případě se vozidlo mírně pohne a dvouhmotový setrvačník se dostane do tzv. trvalého záběru způsobujícího tah (natahování pružin). Proto se doporučuje nepoužívat kopcovou rychlost a pokud ano, tak až po zabrzdění vozu ruční brzdou, aby nedošlo k mírnému pohybu a následnému dlouhodobému zatížení - uzavření převodového ústrojí, tedy dvouhmotového setrvačníku . Se snížením životnosti dvouhmotového setrvačníku přímo souvisí i zvýšení teploty kotouče spojky. Spojka se přehřívá zejména při tažení těžkého přívěsu nebo jiného vozidla, jízdě v terénu apod. Spojka se sama odblokuje i při rozbitém motoru. Je třeba si uvědomit, že sálavé teplo od kotouče spojky vede k přehřívání různých součástí setrvačníku (zejména pokud se jedná o únik maziva), což dále negativně ovlivňuje životnost.

Oprava - výměna dvouhmotového setrvačníku a výměna za klasický setrvačník

Oprava nadměrně opotřebovaného setrvačníku neexistuje. Oprava zahrnuje výměnu setrvačníku spolu se sestavou spojky (lamely, tlačná pružina, ložiska). Celá oprava je poměrně pracná (cca 8-10 hodin), kdy je potřeba demontovat převodovku, někdy i motor. Samozřejmě nesmíme zapomenout na finance, kde se nejlevnější setrvačníky prodávají za zhruba 400 eur, nejdražší - více než 2000 eur. Proč měnit spojkovou lamelu, která je stále v dobrém stavu? Ale jednoduše proto, že při servisu spojkové lamely je jen otázkou času, kdy odejde a tento časově náročný proces, který je několikanásobně dražší než spojkový kotouč, bude nutné opakovat. Při výměně setrvačníku je dobré se podívat, zda neexistuje sofistikovanější verze, která zvládne více kilometrů – samozřejmě podporovaná a schválená výrobcem vozidla.

Velmi často najdete informace o výměně dvouhmotového setrvačníku za klasický, u kterého jsou použity lamely s torzním tlumičem. Jak již bylo zmíněno v předchozích článcích, dvouhmotový setrvačník kromě svých pohodlných funkcí plní také funkci torzního tlumiče vibrací, který negativně ovlivňuje stav pohyblivých částí motoru (klikového hřídele) nebo převodovky. Tlumení vibrací může do jisté míry eliminovat i samotná odpružená deska, ale nemůže poskytnout stejný výkon jako mnohem výkonnější a složitější dvouhmotový setrvačník. Navíc, kdyby to bylo tak jednoduché, dlouho by to praktikovali výrobci automobilů a jejich finanční majitelé, kteří neustále pracují na snižování nákladů. Proto se obecně nedoporučuje nahrazovat dvouhmotový setrvačník jediným hmotnostním setrvačníkem.

Nepodceňujte výměnu opotřebeného setrvačníku

Důrazně se nedoporučuje odkládat výměnu nadměrně opotřebeného setrvačníku. Kromě výše uvedených projevů existuje riziko uvolnění (oddělení) jakékoli části setrvačníku. Kromě zničení samotného setrvačníku může dojít i k smrtelnému poškození motoru nebo převodovky. Nadměrné opotřebení setrvačníku také ovlivňuje správnou činnost snímače otáček motoru. Jak se pružinové prvky postupně opotřebovávají, obě části setrvačníku se stále více odklánějí, dokud nespadají mimo tolerance stanovené v řídicí jednotce. Někdy to vede k chybové zprávě a někdy se naopak řídicí jednotka snaží přizpůsobit a ovládat motor na základě nesprávných údajů. To vede ke špatnému výkonu a v nejhorším případě k problémům se spuštěním. Tento problém je obzvláště běžný u starších motorů, kde snímač klikového hřídele detekuje pohyb na výstupní straně dvouhmotového setrvačníku. Výrobci tento problém odstranili změnou uložení senzoru, takže u novějších motorů detekuje otáčky klikového hřídele na vstupu setrvačníku.