Volan cu dublă masă (dual-mass) - principiu, design, serie

Prin termenul de argou pentru o mușcă dublă sau dublă, există un dispozitiv numit volant cu dublă masă. Acest dispozitiv permite transmiterea cuplului de la motor la transmisie și mai departe la roțile vehiculului. Volantul cu masă dublă a atras atenția publicului datorită duratei sale de viață deseori limitate. Schimbul nu este doar laborios, ci necesită și costuri financiare, deoarece portofelul conține de la câteva sute la o mie de euro. Dintre șoferi, puteți auzi adesea întrebarea pentru ce sunt folosite mașinile cu două roți, când odată nu au existat probleme cu mașinile.

Un pic de teorie și istorie

Motorul cu combustie internă alternativă este o mașină relativ complexă, a cărei funcționare este întreruptă în fază. Din acest motiv, la arborele cotit este conectat un volant, a cărui sarcină este să acumuleze suficientă energie cinetică pentru a depăși rezistențele pasive în timpul curselor de compresie (nefuncționează). Astfel se realizează, printre altele, uniformitatea necesară a motorului. Motorul funcționează mai echilibrat cu cât are mai mulți cilindri sau cu cât volantul este mai mare (mai greu). Cu toate acestea, un volant mai greu reduce capacitatea de supraviețuire a motorului și reduce disponibilitatea acestuia de a se învârti rapid. Acest fenomen poate fi observat, de exemplu, cu un motor 1,4 TDi sau 1,2 HTP. Cu un volant mai puternic, aceste motoare cu trei cilindri funcționează mai încet și încetinesc de asemenea. Dezavantajul acestui comportament este, de exemplu, schimbările mai lente ale vitezelor. Mărimea volantului este influențată suplimentar de compoziția cilindrilor (în linie, furcă sau boxer). Un motor cu role opuse este în principiu mult mai echilibrat decât, de exemplu, un motor cu patru cilindri în linie. Prin urmare, are și un volant mai mic decât un motor comparabil cu patru cilindri în linie. Mărimea volantului afectează și principiul arderii, de exemplu, motoarele diesel moderne au nevoie aproape întotdeauna de un volant. În comparație cu omologii pe benzină, motoarele diesel au de obicei un raport de compresie mult mai mare, peste care consumă mult mai multă muncă - energia cinetică a unui volant rotativ.

Energia cinetică Ek asociată cu o volantă rotativă este calculată utilizând următoarea formulă:

Ec = 1/2·J ω2

(Unde J este momentul de inerție al corpului față de axa de rotație, ω este viteza unghiulară de rotație a corpului).

Arborii de echilibru ajută, de asemenea, la eliminarea funcționării inegale, dar necesită o anumită cantitate de lucru mecanic pentru a le propulsa. În plus față de denivelări, repetarea periodică a celor patru perioade duce și la vibrații de torsiune, care afectează negativ acționarea și transmisia. Masa inerțială normală a unui motor cu ardere internă constă din masele inerțiale ale părților mecanismului manivelei (arborii de echilibru), volanta și ambreiaj. Cu toate acestea, acest lucru nu este suficient pentru a elimina vibrațiile nedorite în cazul motoarelor diesel puternice și mai ales mai puțin cilindrice. În consecință, transmisia și întregul sistem de acționare trebuie protejate de aceste efecte adverse, deoarece rezonanța excesivă poate apărea la anumite viteze, rezultând stres excesiv pe arborele cotit și transmisie, vibrații neplăcute ale corpului și zumzetul interiorului vehiculului. Acest lucru poate fi văzut clar în diagrama de mai jos, care arată amplitudinea vibrațiilor motorului și a transmisiei cu volante convenționale și cu masă dublă. Vibrațiile arborelui cotit la ieșirea din motor și oscilațiile de la intrarea transmisiei au practic aceleași amplitudini și frecvențe. La anumite viteze, aceste fluctuații se suprapun, ceea ce duce la riscurile și manifestările nedorite indicate.

Este cunoscut faptul că motoarele diesel sunt semnificativ mai puternice decât motoarele pe benzină, astfel încât piesele lor sunt mai grele (mecanism de manivelă, biele etc.). Dimensionarea și echilibrarea unui astfel de motor este o problemă cu adevărat complexă, a cărei soluție constă într-o serie de integrale și derivate. Pe scurt, un motor cu ardere internă este alcătuit dintr-un număr de componente, fiecare cu propria greutate și rigiditate, care împreună formează un sistem de arcuri de torsiune. Un astfel de sistem de corpuri materiale, legate prin arcuri, tinde să oscileze la frecvențe diferite în timpul funcționării (sub sarcină). Prima bandă semnificativă de frecvențe de oscilație se află în intervalul 2-10 Hz. Această frecvență poate fi considerată naturală și practic nu este percepută de o persoană. A doua bandă de frecvență este în intervalul 40-80 Hz, iar noi percepem aceste vibrații ca vibrații, iar zgomotul ca un vuiet. Sarcina designerilor este să elimine această rezonanță (40-80 Hz), ceea ce înseamnă, în practică, mutarea într-un loc în care o persoană este mult mai puțin neplăcută (aproximativ 10-15 Hz).

Mașina conține mai multe mecanisme care elimină vibrațiile și zgomotul neplăcut (blocuri silențioase, scripete, izolație fonică), iar la bază se află un ambreiaj clasic cu frecare cu disc convențional. Pe lângă transmiterea cuplului, sarcina sa este și de a amortiza vibrațiile de torsiune. Conține arcuri care, în cazul unei vibrații nedorite, comprimă și absorb cea mai mare parte a energiei sale. În cazul majorității motoarelor pe benzină, capacitatea de absorbție a unui ambreiaj este suficientă. O regulă similară aplicată motoarele diesel până la mijlocul anilor 90, când legendarul 1,9 TDi cu pompă rotativă Bosch VP era suficient cu un ambreiaj convențional și un volant clasic monomasă.

Cu toate acestea, de-a lungul timpului, motoarele diesel au început să ofere din ce în ce mai multă putere datorită volumului din ce în ce mai mic (numărul de cilindri), cultura funcționării lor a ieșit în prim plan și, nu în ultimul rând, presiunea asupra „volantului ferăstrăului „a dezvoltat, de asemenea, standarde de mediu din ce în ce mai stricte. În general, amortizarea vibrațiilor de torsiune nu mai putea fi asigurată de tehnologia clasică și, prin urmare, necesitatea unei volante cu două mase a devenit o necesitate. Prima companie care a introdus volanta cu dublă masă ZMS (Zweimassenschwungrad) a fost LuK. Producția sa în serie a început în 1985, iar BMW-ul german a fost primul producător de automobile care a manifestat interes pentru noul dispozitiv. Volantul cu masă dublă a suferit o serie de îmbunătățiri de atunci, trenul planetar ZF-Sachs fiind considerat în prezent cel mai avansat.

Volan cu masă dublă – design și funcție

Un volant cu masă dublă funcționează practic ca un volant convențional, care îndeplinește și funcția de amortizare a vibrațiilor de torsiune și astfel elimină în mare măsură vibrațiile și zgomotul nedorit. Volanul cu dublă masă diferă de cel clasic prin faptul că partea sa principală - volanta - este conectată flexibil la arborele cotit. Prin urmare, în faza critică (până la vârful compresiei) permite o oarecare decelerare a arborelui cotit și apoi din nou (în timpul expansiunii) o oarecare accelerație. Cu toate acestea, viteza volantului în sine rămâne constantă, astfel încât viteza la ieșirea cutiei de viteze rămâne, de asemenea, constantă și fără vibrații. Volanul cu masă dublă își transferă energia cinetică liniar către arborele cotit, forțele de reacție care acționează asupra motorului în sine sunt mai netede, iar vârfurile acestor forțe sunt mult mai mici, astfel încât și motorul vibrează și scutură mai puțin restul motorului. corp. Împărțirea în inerție primară pe partea motorului și inerția secundară pe partea cutiei de viteze crește momentul de inerție al părților rotative ale cutiei de viteze. Aceasta mută domeniul de rezonanță la o frecvență mai mică (rpm) decât turația de mers în gol și, prin urmare, se află în afara intervalului de turații de funcționare a motorului. În acest fel, vibrațiile de torsiune generate de motor sunt separate de transmisie, iar zgomotul transmisiei și vuietul caroseriei nu mai apar. Datorită faptului că părțile primare și secundare sunt conectate printr-un amortizor de vibrații de torsiune, este posibil să se utilizeze un disc de ambreiaj fără suspensie de torsiune.

Volanul cu dublă masă servește și ca așa-numit amortizor de șoc. Aceasta înseamnă că ajută la atenuarea loviturilor de ambreiaj în timpul schimbărilor de viteză (atunci când turația motorului trebuie echilibrată cu turația roții) și, de asemenea, ajută la porniri mai lin. Cu toate acestea, elementele elastice (arcuri) dintr-un volant cu masă dublă obosesc în mod constant și permit volantului să se miște mai lat și mai ușor în raport cu arborele cotit. Problema apare atunci când sunt deja obosiți - sunt scoși complet. Pe lângă întinderea arcurilor, uzura volantului înseamnă și împingerea orificiilor de pe știfturile de blocare. Astfel, volantul nu numai că nu atenuează oscilațiile (oscilațiile), ci, dimpotrivă, le creează. Încep să apară opriri la limitele extreme de rotație a volantului, cel mai adesea ca denivelări la schimbarea vitezelor, la pornire, doar în toate situațiile când ambreiajul este cuplat sau decuplat, sau la schimbarea vitezei. Uzura va apărea și ca porniri sacadate, vibrații și zgomot excesive în jurul a 2000 rpm sau vibrații excesive la ralanti. În general, volantele cu masă dublă suferă un stres mult mai mare la motoarele mai puțin cilindrice (de exemplu, trei/patru cilindri), unde denivelările sunt mult mai mari decât la motoarele cu șase cilindri.

Structural, o volantă cu masă dublă constă dintr-o volantă primară, o volantă secundară, un amortizor intern și un amortizor extern.

Cum să afectezi / să extinzi viața unei volante cu masă dublă?

Durata de viață a volantului este influențată de designul său, precum și de proprietățile motorului în care este instalat. Același volant de la același producător rulează 300 km pe unele motoare, iar pe unele va dura doar o jumătate de porțiune. Intenția inițială a fost de a dezvolta volante cu dublă masă care să supraviețuiască până la aceeași vârstă (km) ca întreaga mașină. Din păcate, în realitate, volantul trebuie adesea înlocuit mult mai devreme, de multe ori înainte de discul ambreiajului. În plus față de proiectarea motorului și a volantului cu masă dublă, conductorul are un impact semnificativ asupra duratei sale de viață. Toate situațiile care duc la transmiterea unei lovituri într-o direcție sau alta reduc durata de viață a acesteia.

Pentru a prelungi durata de viață a volantului cu dublă masă, nu este recomandat să conduceți frecvent subvirarea motorului (în special sub 1500 rpm), să apăsați puternic ambreiajul (de preferință fără a schimba viteza la schimbarea vitezelor) și să nu reduceți motorul (adică frâna). motorul). doar la o viteză rezonabilă). Se întâmplă adesea ca la o viteză de 80 km/h să nu porniți treapta a doua, ci a treia sau a patra și treceți treptat într-o treaptă inferioară). Unii producători recomandă (în acest caz VW) ca, dacă mașina este parcata cu mașina staționată pe un mal ușor, mai întâi trebuie să fie aplicată frâna de mână și apoi să fie cuplată o treaptă de viteză (marșarier sau treapta a XNUMX-a). În caz contrar, vehiculul se va mișca ușor, iar volantul cu dublă masă va intra într-o așa-numită angrenare permanentă, provocând tensiune (întinderea arcurilor). Prin urmare, se recomandă să nu folosiți viteza de pantă și, dacă da, numai după frânarea mașinii cu frâna de mână, pentru a nu provoca o mișcare ușoară și o sarcină ulterioară pe termen lung - închiderea sistemului de transmisie, adică un volant cu masă dublă . O creștere a temperaturii discului de ambreiaj este, de asemenea, direct legată de o reducere a duratei de viață a volantului cu dublă masă. Ambreiajul se supraîncălzește, în special atunci când tractați o remorcă grea sau alt vehicul, când conduceți în teren, etc. Ambreiajul se va debloca singur chiar dacă motorul este stricat. Trebuie remarcat faptul că căldura radiantă de la discul de ambreiaj duce la supraîncălzirea diferitelor componente ale volantului (mai ales dacă este o scurgere de lubrifiant), ceea ce afectează negativ și mai mult durata de viață.

Reparație - înlocuirea volantului cu dublă masă și înlocuirea cu un volant convențional

Nu există așa ceva cum ar fi repararea unui volant excesiv de uzat. Reparatia presupune inlocuirea volantului impreuna cu ansamblul ambreiajului (lamele, arc de compresie, rulmenti). Întreaga reparație este destul de laborioasă (aproximativ 8-10 ore), când este necesară demontarea cutiei de viteze și, uneori, chiar și a motorului. Desigur, nu trebuie să uităm de finanțe, unde cele mai ieftine volante se vând cu aproximativ 400 de euro, cele mai scumpe - peste 2000 de euro. De ce să schimbi un disc de ambreiaj care este încă în stare bună? Dar pur și simplu pentru că la întreținerea unui disc de ambreiaj, este doar o chestiune de timp până când acesta dispare, iar acest proces consumator de timp, care este de câteva ori mai scump decât discul de ambreiaj, va trebui repetat. Când înlocuiți un volant, este o idee bună să vedeți dacă există o versiune mai sofisticată care poate face față mai multor kilometri - susținută și aprobată de producătorul vehiculului, desigur.

Foarte des puteți găsi informații despre înlocuirea unei volante cu două mase cu una clasică, în care sunt utilizate lamele cu amortizor de torsiune. După cum sa menționat deja în articolele anterioare, o volantă cu masă dublă, pe lângă funcțiile sale convenabile, îndeplinește și funcția de amortizor de vibrații torsional, care afectează negativ starea părților în mișcare ale motorului (arborele cotit) sau ale cutiei de viteze. Într-o anumită măsură, amortizarea vibrațiilor poate fi, de asemenea, eliminată chiar de placa arcuită, dar nu poate oferi aceleași performanțe ca volantul cu masă dublă mult mai puternic și mai complex. În plus, dacă ar fi atât de simplu, ar fi fost mult timp practicat de producătorii de mașini și de proprietarii lor financiari, care lucrează constant pentru a reduce costurile. Prin urmare, în general nu se recomandă înlocuirea volantului cu masă dublă cu o volantă cu masă unică.

Nu subestimați înlocuirea unei volante uzate

Nu este recomandat să amânați înlocuirea unei volante uzate excesiv. În plus față de manifestările de mai sus, există riscul de slăbire (separare) a oricărei părți a volantului. Pe lângă distrugerea volantului în sine, motorul sau transmisia pot fi, de asemenea, deteriorate fatal. Uzura excesivă a volantului afectează și funcționarea corectă a senzorului de turație al motorului. Pe măsură ce elementele arcului se uzează treptat, cele două părți ale volantului deviază din ce în ce mai mult până când cad în afara toleranțelor stabilite în unitatea de comandă. Uneori, acest lucru duce la un mesaj de eroare și, uneori, dimpotrivă, unitatea de control încearcă să adapteze și să controleze motorul pe baza datelor incorecte. Acest lucru duce la performanțe slabe și, în cel mai rău caz, la probleme de pornire. Această problemă este frecvent întâlnită în special la motoarele mai vechi, unde un senzor al arborelui cotit detectează mișcarea pe partea de ieșire a volantului cu masă dublă. Producătorii au eliminat această problemă schimbând montarea senzorului, astfel încât la motoarele mai noi determină viteza arborelui cotit la intrarea în volant.