Dual-mass (dual-mass) vliegwiel - principe, ontwerp, serie

Door de slangterm voor een dual-mass of dual-mass fly, is er een apparaat dat een dual-mass vliegwiel wordt genoemd. Dit apparaat maakt de overdracht van koppel van de motor naar de transmissie en verder naar de wielen van het voertuig mogelijk. Het tweemassavliegwiel heeft vanwege de vaak beperkte levensduur veel publieke aandacht getrokken. De uitwisseling is niet alleen arbeidsintensief, maar vereist ook financiële kosten, aangezien de portemonnee enkele honderden tot duizenden euro's bevat. Onder automobilisten hoor je vaak de vraag waar tweewielige auto's voor worden gebruikt, toen er nog geen problemen waren met auto's.

Een beetje theorie en geschiedenis

De zuigermotor met inwendige verbranding is een relatief complexe machine, waarvan de werking in fase wordt onderbroken. Om deze reden is een vliegwiel verbonden met de krukas, waarvan de taak is om voldoende kinetische energie te verzamelen om passieve weerstanden tijdens compressieslagen (niet werkend) te overwinnen. Hiermee wordt onder meer de gewenste uniformiteit van de motor bereikt. De motor loopt evenwichtiger naarmate de motor meer cilinders heeft of het grotere (zwaardere) vliegwiel. Een zwaarder vliegwiel vermindert echter de overlevingskansen van de motor en vermindert de bereidheid om snel te draaien. Dit fenomeen is bijvoorbeeld waar te nemen bij een 1,4 TDi of 1,2 HTP motor. Met een krachtiger vliegwiel lopen deze driecilindermotoren langzamer en vertragen ze ook. Het nadeel van dit gedrag is bijvoorbeeld langzamer schakelen. De grootte van het vliegwiel wordt bovendien beïnvloed door de samenstelling van de cilinders (in lijn, vork of boxer). Een tegengesteld draaiende tegenrollen motor is in principe veel evenwichtiger dan bijvoorbeeld een viercilinder lijnmotor. Daarom heeft hij ook een kleiner vliegwiel dan een vergelijkbare viercilinder lijnmotor. De grootte van het vliegwiel heeft ook invloed op het verbrandingsprincipe, moderne dieselmotoren hebben bijvoorbeeld bijna altijd een vliegwiel nodig. In vergelijking met benzine-tegenhangers hebben dieselmotoren doorgaans een veel hogere compressieverhouding, waarboven ze aanzienlijk meer arbeid verbruiken - de kinetische energie van een roterend vliegwiel.

De kinetische energie Ek van een roterend vliegwiel wordt berekend met de volgende formule:

Ec = 1/2·J ω2

(waar J is het traagheidsmoment van het lichaam rond de rotatieas, ω is de hoeksnelheid van rotatie van het lichaam).

Balansassen helpen ook ongelijkmatige werking te elimineren, maar ze vereisen een bepaalde hoeveelheid mechanisch werk om ze voort te stuwen. Naast oneffenheden leidt de periodieke herhaling van de vier perioden ook tot torsietrillingen, wat de aandrijving en overbrenging nadelig beïnvloedt. De normale traagheidsmassa van een verbrandingsmotor bestaat uit de traagheidsmassa's van de onderdelen van het krukmechanisme (balansassen), vliegwiel en koppeling. Dit is echter niet voldoende om ongewenste trillingen te elimineren bij krachtige en vooral minder cilindrische dieselmotoren. Daarom moeten de transmissie en het gehele aandrijfsysteem worden beschermd tegen deze nadelige effecten, omdat bij bepaalde snelheden overmatige resonantie kan optreden, wat resulteert in overmatige belasting van de krukas en transmissie, onaangename lichaamstrillingen en het gebrom van het interieur van het voertuig. Dit is duidelijk te zien in het onderstaande diagram, dat de trillingsamplitude van de motor en transmissie met conventionele en dubbele massa vliegwielen laat zien. Trillingen van de krukas bij de uitgang van de motor en trillingen bij de ingang van de transmissie hebben praktisch dezelfde amplitudes en frequenties. Bij bepaalde snelheden overlappen deze fluctuaties elkaar, wat leidt tot de aangegeven ongewenste risico's en manifestaties.

Het is algemeen bekend dat dieselmotoren aanzienlijk sterker zijn dan benzinemotoren, dus hun onderdelen zijn zwaarder (krukmechanisme, drijfstangen, enz.). Het dimensioneren en balanceren van zo'n motor is een heel complex probleem, waarvan de oplossing bestaat uit een reeks integralen en afgeleiden. Kort gezegd is een verbrandingsmotor opgebouwd uit een aantal componenten met elk hun eigen gewicht en stijfheid, die samen een systeem van torsieveren vormen. Een dergelijk systeem van materiële lichamen, verbonden door veren, heeft de neiging om tijdens bedrijf (onder belasting) met verschillende frequenties te oscilleren. De eerste significante band van oscillatiefrequenties ligt in het bereik van 2-10 Hz. Deze frequentie kan als natuurlijk worden beschouwd en wordt praktisch niet door een persoon waargenomen. De tweede frequentieband ligt in het bereik van 40-80 Hz en we nemen deze trillingen waar als trillingen en het geluid als gebrul. De taak van ontwerpers is om deze resonantie (40-80 Hz) te elimineren, wat in de praktijk betekent verhuizen naar een plek waar een persoon veel minder onaangenaam is (ongeveer 10-15 Hz).

De auto bevat verschillende mechanismen die onaangename trillingen en geluiden elimineren (stille blokken, katrollen, geluidsisolatie), en de kern is een klassieke conventionele schijfwrijvingskoppeling. Naast het overbrengen van het koppel is het ook zijn taak om torsietrillingen te dempen. Het bevat veren die, in het geval van een ongewenste trilling, het grootste deel van zijn energie samendrukken en absorberen. Bij de meeste benzinemotoren is het absorptievermogen van één koppeling voldoende. Een vergelijkbare regel gold voor dieselmotoren tot halverwege de jaren 90, toen de legendarische 1,9 TDi met Bosch VP-rotatiepomp volstond met een conventionele koppeling en een klassiek vliegwiel met één massa.

Na verloop van tijd begonnen dieselmotoren echter steeds meer vermogen te leveren door steeds minder volume (aantal cilinders), kwam de cultuur van hun werking naar voren en, last but not least, de druk op het "zaagvliegwiel " ontwikkelde ook steeds strengere milieunormen. In het algemeen kon de demping van torsietrillingen niet langer worden geleverd door klassieke technologie, en daarom werd de behoefte aan een tweemassavliegwiel een noodzaak. Het eerste bedrijf dat het ZMS (Zweimassenschwungrad) tweemassavliegwiel introduceerde, was LuK. De massaproductie begon in 1985 en de Duitse BMW was de eerste autofabrikant die interesse toonde in het nieuwe apparaat. Het tweemassavliegwiel heeft sindsdien een aantal verbeteringen ondergaan, waarbij de ZF-Sachs planetaire tandwieloverbrenging momenteel als de meest geavanceerde wordt beschouwd.

Vliegwiel met dubbele massa - ontwerp en functie

Een dubbelmassavliegwiel werkt praktisch als een conventioneel vliegwiel, dat ook de functie vervult van het dempen van torsietrillingen en zo ongewenste trillingen en geluiden grotendeels elimineert. Het vliegwiel met dubbele massa verschilt van het klassieke doordat het hoofdonderdeel - het vliegwiel - flexibel is verbonden met de krukas. Daarom laat het in de kritieke fase (tot aan de piek van compressie) enige vertraging van de krukas toe, en dan weer (tijdens expansie) enige versnelling. De snelheid van het vliegwiel zelf blijft echter constant, dus ook de snelheid aan de uitgang van de versnellingsbak blijft constant en trillingsvrij. Het dubbelmassavliegwiel brengt zijn kinetische energie lineair over op de krukas, de reactiekrachten die op de motor zelf inwerken zijn soepeler en de pieken van deze krachten zijn veel lager, waardoor de motor ook minder trilt en de rest van de motor schudt. lichaam. De opdeling in primaire traagheid aan de motorzijde en secundaire traagheid aan de tandwielkastzijde vergroot het traagheidsmoment van de draaiende delen van de tandwielkast. Dit verplaatst het resonantiebereik naar een lager frequentiebereik (rpm) dan het stationaire toerental en valt dus buiten het bereik van de bedrijfstoerentallen van de motor. Op deze manier worden de door de motor gegenereerde torsietrillingen gescheiden van de transmissie en treden er geen transmissiegeluiden en carrosseriegeluiden meer op. Doordat de primaire en secundaire delen zijn verbonden door een torsietrillingsdemper, is het mogelijk om een ​​koppelingsplaat zonder torsieophanging te gebruiken.

Het dubbelmassavliegwiel dient tevens als zogenaamde schokbreker. Dit betekent dat het helpt bij het dempen van koppelingsstoten tijdens het schakelen (wanneer het motortoerental in balans moet zijn met de wielsnelheid) en het helpt ook om soepeler te starten. De veerkrachtige elementen (veren) in een vliegwiel met twee massa's worden echter constant moe en zorgen ervoor dat het vliegwiel breder en gemakkelijker kan bewegen ten opzichte van de krukas. Het probleem doet zich voor wanneer ze al moe zijn - ze worden volledig uitgetrokken. Naast het uitrekken van de veren, betekent vliegwielslijtage ook het naar buiten drukken van de gaten op de borgpennen. Het vliegwiel dempt dus niet alleen oscillaties (oscillaties), maar creëert ze integendeel. Stops bij de uiterste limieten van vliegwielrotatie beginnen te verschijnen, meestal als hobbels bij het schakelen, starten, gewoon in alle situaties wanneer de koppeling wordt in- of uitgeschakeld, of bij het veranderen van snelheid. Slijtage zal zich ook uiten als schokkerig opstarten, overmatige trillingen en geluid rond 2000 tpm, of overmatige trillingen bij stationair draaien. Over het algemeen ervaren vliegwielen met dubbele massa veel meer spanning in minder cilindrische motoren (bijv. Drie/vier cilinders) waar de oneffenheden veel groter zijn dan in zescilindermotoren.

Structureel bestaat een dubbelmassavliegwiel uit een primair vliegwiel, een secundair vliegwiel, een interne demper en een externe demper.

Hoe de levensduur van een dubbelmassavliegwiel beïnvloeden/verlengen?

De levensduur van het vliegwiel wordt beïnvloed door het ontwerp en de eigenschappen van de motor waarin het is geïnstalleerd. Hetzelfde vliegwiel van dezelfde fabrikant draait op sommige motoren 300 km en op sommige duurt het maar een halve portie. De oorspronkelijke bedoeling was om tweemassavliegwielen te ontwikkelen die even oud (km) als de hele auto zouden overleven. Helaas moet het vliegwiel in werkelijkheid vaak veel eerder worden vervangen, vele malen vóór de koppelingsplaat. Naast het ontwerp van de motor en het tweedelig vliegwiel zelf, heeft de geleider een grote invloed op zijn levensduur. Alle situaties die leiden tot het overbrengen van een slag in de ene of de andere richting verkorten de levensduur.

Om de levensduur van het dubbelmassavliegwiel te verlengen, wordt het afgeraden om de motor vaak onderstuur te laten rijden (vooral onder de 1500 tpm), de koppeling hard in te trappen (bij voorkeur zonder te schakelen bij het schakelen) en niet terug te schakelen (d.w.z. remmen). de motor). alleen bij een redelijke snelheid). Het komt vaak voor dat je bij een snelheid van 80 km/u niet de tweede maar de derde of vierde versnelling inschakelt en geleidelijk naar een lagere versnelling schakelt). Sommige fabrikanten adviseren (in dit geval VW) dat als de auto met stilstaande auto op een flauwe helling wordt geparkeerd, eerst de handrem moet worden aangetrokken en daarna een versnelling (achteruit of XNUMXe versnelling) moet worden ingeschakeld. Anders gaat het voertuig iets bewegen en komt het tweemassavliegwiel in een zogenaamd permanent contact, waardoor spanning ontstaat (uitrekken van de veren). Daarom wordt aanbevolen om geen heuvelsnelheid te gebruiken, en zo ja, alleen na het remmen van de auto met een handrem, om geen lichte beweging en daaropvolgende langdurige belasting te veroorzaken - het transmissiesysteem sluiten, d.w.z. een vliegwiel met dubbele massa . Een stijging van de temperatuur van de koppelingsplaat houdt ook rechtstreeks verband met een verkorting van de levensduur van het tweemassavliegwiel. De koppeling raakt oververhit, vooral bij het trekken van een zware aanhanger of ander voertuig, bij off-road rijden enz. De koppeling ontgrendelt zichzelf zelfs als de motor kapot is. Opgemerkt moet worden dat stralingswarmte van de koppelingsplaat leidt tot oververhitting van verschillende vliegwielcomponenten (vooral als het een smeermiddellek is), wat de levensduur verder negatief beïnvloedt.

Reparatie - vervanging van het tweemassavliegwiel en vervanging door een conventioneel vliegwiel

Er bestaat niet zoiets als het repareren van een overmatig versleten vliegwiel. Reparatie omvat het vervangen van het vliegwiel samen met het koppelingssamenstel (lamellen, drukveer, lagers). De hele reparatie is behoorlijk arbeidsintensief (ongeveer 8-10 uur), wanneer het nodig is om de versnellingsbak en soms zelfs de motor te demonteren. Natuurlijk mogen we de financiën niet vergeten, waar de goedkoopste vliegwielen worden verkocht voor ongeveer 400 euro, de duurste - meer dan 2000 euro. Waarom een ​​koppelingsplaat vervangen die nog in goede staat is? Maar simpelweg omdat het bij het onderhoud van een koppelingsplaat slechts een kwestie van tijd is voordat deze weggaat, en dit tijdrovende proces, dat vele malen duurder is dan de koppelingsplaat, zal moeten worden herhaald. Bij het vervangen van een vliegwiel is het een goed idee om te kijken of er een meer geavanceerde versie is die meer kilometers aankan - uiteraard ondersteund en goedgekeurd door de voertuigfabrikant.

Heel vaak vind je informatie over het vervangen van een tweemassavliegwiel door een klassiek exemplaar, waarbij gebruik wordt gemaakt van lamellen met een torsiedemper. Zoals reeds vermeld in eerdere artikelen, vervult een dubbelmassavliegwiel, naast zijn handige functies, ook de functie van een torsietrillingsdemper, die de toestand van de bewegende delen van de motor (krukas) of versnellingsbak negatief beïnvloedt. Tot op zekere hoogte kan trillingsdemping ook worden geëlimineerd door de verende plaat zelf, maar deze kan niet dezelfde prestaties leveren als het veel krachtigere en complexere dubbelmassavliegwiel. Bovendien, als het zo eenvoudig was, zou het al lang worden toegepast door autofabrikanten en hun financiële eigenaren, die voortdurend werken om kosten te besparen. Daarom wordt het over het algemeen niet aanbevolen om het dubbelmassavliegwiel te vervangen door een enkelmassavliegwiel.

Onderschat het vervangen van een versleten vliegwiel niet

Het wordt ten zeerste afgeraden om het vervangen van een overmatig versleten vliegwiel uit te stellen. Naast bovenstaande verschijnselen bestaat er een risico op losraken (losraken) van enig onderdeel van het vliegwiel. Naast het vernielen van het vliegwiel zelf, kan ook de motor of transmissie dodelijk worden beschadigd. Overmatige vliegwielslijtage beïnvloedt ook de juiste werking van de motortoerentalsensor. Naarmate de veerelementen geleidelijk verslijten, buigen de twee vliegwieldelen meer en meer door totdat ze buiten de toleranties vallen die zijn ingesteld in de regeleenheid. Soms leidt dit tot een foutmelding, soms juist probeert de regeleenheid de motor aan te passen en aan te sturen op basis van onjuiste gegevens. Dit leidt tot slechte prestaties en in het ergste geval tot opstartproblemen. Dit probleem komt vooral voor bij oudere motoren waarbij de krukassensor beweging detecteert aan de uitgangszijde van het dubbelmassavliegwiel. Fabrikanten hebben dit probleem geëlimineerd door de sensorbevestiging te wijzigen, dus in nieuwere motoren detecteert het de krukassnelheid bij de vliegwielinlaat.