Volano bimassa (bimassa) - principio, design, serie

Con il termine gergale per una mosca a doppia massa o a doppia massa, esiste un dispositivo chiamato volano a doppia massa. Questo dispositivo consente la trasmissione della coppia dal motore alla trasmissione e successivamente alle ruote del veicolo. Il volano bimassa ha attirato l'attenzione del pubblico a causa della sua durata spesso limitata. Lo scambio non è solo laborioso, ma richiede anche costi finanziari, poiché il portafoglio contiene da diverse centinaia a mille euro. Tra gli automobilisti, puoi spesso sentire la domanda su a cosa servono le auto a due ruote, quando una volta non c'erano problemi con le auto.

Un po' di teoria e storia

Il motore alternativo a combustione interna è una macchina relativamente complessa, il cui funzionamento è interrotto in fase. Per questo motivo all'albero motore è collegato un volano, il cui compito è quello di accumulare sufficiente energia cinetica per vincere le resistenze passive durante le corse di compressione (non lavorative). Ciò raggiunge, tra l'altro, l'uniformità richiesta del motore. Il motore funziona in modo più equilibrato quanti più cilindri ha il motore o il volano più grande (più pesante). Tuttavia, un volano più pesante riduce la capacità di sopravvivenza del motore e riduce la sua prontezza a girare rapidamente. Questo fenomeno può essere osservato, ad esempio, con un motore 1,4 TDi o 1,2 HTP. Con un volano più potente, questi motori a tre cilindri funzionano più lentamente e rallentano. Lo svantaggio di questo comportamento è, ad esempio, cambi di marcia più lenti. La dimensione del volano è ulteriormente influenzata dalla composizione dei cilindri (in linea, a forcella o boxer). Un motore a rulli contrapposti è in linea di principio molto più bilanciato rispetto, ad esempio, a un motore a quattro cilindri in linea. Pertanto, ha anche un volano più piccolo rispetto a un motore a quattro cilindri in linea comparabile. Le dimensioni del volano influiscono anche sul principio della combustione, ad esempio i moderni motori diesel necessitano quasi sempre di un volano. Rispetto alle controparti a benzina, i motori diesel hanno in genere un rapporto di compressione molto più elevato, al di sopra del quale consumano molto più lavoro: l'energia cinetica di un volano rotante.

L'energia cinetica Ek associata ad un volano in rotazione si calcola con la seguente formula:

Ec = 1/2·J ω2

(dove J è il momento di inerzia del corpo rispetto all'asse di rotazione, ω è la velocità angolare di rotazione del corpo).

Gli alberi di equilibratura aiutano anche ad eliminare il funzionamento irregolare, ma richiedono una certa quantità di lavoro meccanico per azionarli. Oltre alle irregolarità, la ripetizione periodica dei quattro periodi porta anche a vibrazioni torsionali, che influiscono negativamente sulla trasmissione e sulla trasmissione. La massa inerziale normale di un motore a combustione interna è costituita dalle masse inerziali delle parti del manovellismo (alberi di equilibratura), volano e frizione. Tuttavia, questo non è sufficiente per eliminare le vibrazioni indesiderate nel caso di motori diesel potenti e soprattutto meno cilindrici. Di conseguenza, la trasmissione e l'intero sistema di trasmissione devono essere protetti da questi effetti negativi, poiché a determinate velocità possono verificarsi risonanze eccessive, con conseguenti sollecitazioni eccessive sull'albero motore e sulla trasmissione, spiacevoli vibrazioni della carrozzeria e ronzio all'interno del veicolo. Questo è chiaramente visibile nel diagramma sottostante, che mostra l'ampiezza delle vibrazioni del motore e della trasmissione con volani convenzionali e bimassa. Le vibrazioni dell'albero motore all'uscita dal motore e le oscillazioni all'ingresso della trasmissione hanno praticamente la stessa ampiezza e frequenza. A determinate velocità, queste fluttuazioni si sovrappongono, il che porta ai rischi e alle manifestazioni indesiderabili indicati.

È risaputo che i motori diesel sono significativamente più resistenti dei motori a benzina, quindi le loro parti sono più pesanti (meccanismo a manovella, bielle, ecc.). Dimensionare e bilanciare un tale motore è un problema davvero complesso, la cui soluzione consiste in una serie di integrali e derivate. In sintesi, un motore a combustione interna è costituito da più componenti, ciascuno con peso e rigidezza propri, che insieme formano un sistema di molle di torsione. Un tale sistema di corpi materiali, collegati da molle, tende ad oscillare a frequenze diverse durante il funzionamento (sotto carico). La prima banda significativa di frequenze di oscillazione si trova nella gamma di 2-10 Hz. Questa frequenza può essere considerata naturale e praticamente non viene percepita da una persona. La seconda banda di frequenza è compresa tra 40 e 80 Hz e percepiamo queste vibrazioni come vibrazioni e il rumore come un ruggito. Il compito dei progettisti è eliminare questa risonanza (40-80 Hz), che in pratica significa spostarsi in un luogo dove una persona è molto meno sgradevole (circa 10-15 Hz).

L'auto contiene diversi meccanismi che eliminano vibrazioni e rumori spiacevoli (silent block, pulegge, isolamento acustico) e al centro c'è una classica frizione a disco convenzionale. Oltre a trasmettere la coppia, ha anche il compito di smorzare le vibrazioni torsionali. Contiene molle che, in caso di vibrazione indesiderata, comprimono e assorbono la maggior parte della sua energia. Nella maggior parte dei motori a benzina è sufficiente la capacità di assorbimento di una frizione. Una regola simile valeva per i motori diesel fino alla metà degli anni '90, quando bastava il mitico 1,9 TDi con pompa rotativa Bosch VP con frizione convenzionale e un classico volano monomassa.

Tuttavia, nel tempo, i motori diesel hanno iniziato a fornire sempre più potenza a causa di un volume (numero di cilindri) sempre minore, la cultura del loro funzionamento è emersa e, ultimo ma non meno importante, la pressione sul "volano della sega" " ha anche sviluppato standard ambientali sempre più rigorosi. In generale, lo smorzamento delle vibrazioni torsionali non poteva più essere fornito dalla tecnologia classica, e quindi la necessità di un volano a due masse divenne una necessità. La prima azienda a introdurre il volano bimassa ZMS (Zweimassenschwungrad) è stata LuK. La sua produzione di massa iniziò nel 1985 e la BMW tedesca fu la prima casa automobilistica a mostrare interesse per il nuovo dispositivo. Il volano bimassa ha subito una serie di miglioramenti da allora, con il treno di ingranaggi planetari ZF-Sachs attualmente considerato il più avanzato.

Volano a doppia massa: design e funzionalità

Un volano a doppia massa funziona praticamente come un volano convenzionale, che svolge anche la funzione di smorzare le vibrazioni torsionali e quindi elimina in gran parte vibrazioni e rumori indesiderati. Il volano bimassa differisce da quello classico in quanto la sua parte principale - il volano - è collegata in modo flessibile all'albero motore. Pertanto, nella fase critica (fino al picco di compressione) consente una certa decelerazione dell'albero motore, e poi di nuovo (durante l'espansione) una certa accelerazione. Tuttavia, la velocità del volano stesso rimane costante, quindi anche la velocità all'uscita del cambio rimane costante e senza vibrazioni. Il volano a doppia massa trasferisce la sua energia cinetica linearmente all'albero motore, le forze di reazione che agiscono sul motore stesso sono più fluide e i picchi di queste forze sono molto più bassi, quindi anche il motore vibra e scuote meno il resto del motore. corpo. La suddivisione in inerzia primaria lato motore e inerzia secondaria lato riduttore aumenta il momento d'inerzia delle parti rotanti del riduttore. Ciò sposta l'intervallo di risonanza a un intervallo di frequenza inferiore (rpm) rispetto al regime minimo e quindi è fuori dall'intervallo dei regimi operativi del motore. In questo modo le vibrazioni torsionali generate dal motore vengono separate dalla trasmissione e non si verificano più rumori di trasmissione e rombo della carrozzeria. A causa del fatto che le parti primaria e secondaria sono collegate da uno smorzatore di vibrazioni torsionali, è possibile utilizzare un disco frizione senza sospensione torsionale.

Il volano a doppia massa funge anche da cosiddetto ammortizzatore. Ciò significa che aiuta a smorzare i colpi della frizione durante i cambi di marcia (quando la velocità del motore deve essere bilanciata con la velocità della ruota) e aiuta anche gli avviamenti più fluidi. Tuttavia, gli elementi elastici (molle) in un volano a doppia massa si stancano costantemente e consentono al volano di muoversi più ampiamente e più facilmente rispetto all'albero motore. Il problema sorge quando sono già stanchi: vengono tirati fuori completamente. Oltre all'allungamento delle molle, l'usura del volano comporta anche l'espulsione dei fori sui perni di bloccaggio. Pertanto, il volano non solo non smorza le oscillazioni (oscillazioni), ma, al contrario, le crea. Cominciano a comparire arresti ai limiti estremi della rotazione del volano, il più delle volte come sobbalzi durante il cambio di marcia, l'avviamento, proprio in tutte le situazioni quando la frizione è innestata o disinnestata o quando si cambia velocità. L'usura si manifesterà anche come avviamenti a scatti, vibrazioni e rumori eccessivi intorno ai 2000 giri/min o vibrazioni eccessive al minimo. In generale, i volani a doppia massa subiscono uno stress molto maggiore nei motori meno cilindrici (ad esempio tre/quattro cilindri) dove l'irregolarità è molto maggiore rispetto ai motori a sei cilindri.

Strutturalmente, un volano bimassa è costituito da un volano primario, un volano secondario, uno smorzatore interno e uno smorzatore esterno.

Come influenzare / prolungare la vita di un volano a doppia massa?

La durata del volano è influenzata dal suo design e dalle proprietà del motore in cui è installato. Lo stesso volano dello stesso produttore percorre 300 km su alcuni motori e su alcuni ne richiederà solo metà. L'intenzione originale era quella di sviluppare volani a doppia massa che sarebbero sopravvissuti fino alla stessa età (km) dell'intera vettura. Purtroppo, in realtà, spesso il volano va sostituito molto prima, molte volte prima del disco della frizione. Oltre al design del motore e al volano bimassa stesso, il conduttore ha un impatto significativo sulla sua durata. Tutte le situazioni che portano alla trasmissione di un colpo in una direzione o nell'altra ne riducono la durata.

Per prolungare la durata del volano a doppia massa, si sconsiglia di guidare frequentemente il motore sottosterzo (soprattutto al di sotto dei 1500 giri/min), premere con forza la frizione (preferibilmente senza cambiare marcia quando si cambia marcia) e non scalare il motore (ad es. il motore). solo a una velocità ragionevole). Accade spesso che a una velocità di 80 km / h non si inserisca la seconda marcia, ma la terza o la quarta e si passi gradualmente a una marcia inferiore). Alcuni produttori consigliano (in questo caso VW) che se l'auto è parcheggiata con un'auto ferma su una leggera pendenza, il freno a mano deve essere prima tirato e quindi deve essere inserita una marcia (retromarcia o XNUMXa marcia). In caso contrario, il veicolo si muoverà leggermente e il volano bimassa entrerà in un cosiddetto innesto permanente, provocando tensione (allungamento delle molle). Pertanto, si consiglia di non utilizzare la velocità in salita e, in tal caso, solo dopo aver frenato l'auto con il freno a mano, in modo da non provocare un leggero movimento e il conseguente carico a lungo termine - chiusura del sistema di trasmissione, ad es. . Un aumento della temperatura del disco frizione è anche direttamente correlato ad una riduzione della vita del volano bimassa. La frizione si surriscalda, soprattutto quando si traina un rimorchio pesante o un altro veicolo, si guida fuoristrada, ecc. La frizione si sblocca anche se il motore è rotto. Va notato che il calore radiante dal disco della frizione porta al surriscaldamento di vari componenti del volano (soprattutto se si tratta di una perdita di lubrificante), che influisce ulteriormente negativamente sulla durata.

Riparazione: sostituzione del volano bimassa e sostituzione con un volano convenzionale

Non esiste una cosa come riparare un volano eccessivamente usurato. La riparazione comporta la sostituzione del volano insieme al gruppo frizione (lamelle, molla di compressione, cuscinetti). L'intera riparazione è piuttosto laboriosa (circa 8-10 ore), quando è necessario smontare il cambio, e talvolta anche il motore. Certo, non dobbiamo dimenticare la finanza, dove i volani più economici vengono venduti per circa 400 euro, i più costosi - più di 2000 euro. Perché cambiare un disco frizione ancora in buone condizioni? Ma semplicemente perché durante la manutenzione di un disco della frizione, è solo una questione di tempo prima che scompaia, e questo processo che richiede tempo, che è molte volte più costoso del disco della frizione, dovrà essere ripetuto. Quando si sostituisce un volano, è una buona idea vedere se esiste una versione più sofisticata in grado di gestire più chilometri, ovviamente supportata e approvata dal produttore del veicolo.

Molto spesso puoi trovare informazioni sulla sostituzione di un volano a due masse con uno classico, in cui vengono utilizzate lamelle con uno smorzatore di torsione. Come già accennato negli articoli precedenti, un volano bimassa, oltre alle sue comode funzioni, svolge anche la funzione di smorzatore di vibrazioni torsionali, che influisce negativamente sulle condizioni delle parti mobili del motore (albero motore) o del cambio. In una certa misura, lo smorzamento delle vibrazioni può essere eliminato anche dalla piastra sospesa stessa, ma non può fornire le stesse prestazioni del volano bimassa molto più potente e complesso. Inoltre, se fosse così semplice, sarebbe stato a lungo praticato dalle case automobilistiche e dai loro proprietari finanziari, che lavorano costantemente per ridurre i costi. Pertanto, generalmente non è consigliabile sostituire il volano a doppia massa con un volano a massa singola.

Non sottovalutare la sostituzione di un volano usurato

È fortemente sconsigliato posticipare la sostituzione di un volano eccessivamente usurato. Oltre alle manifestazioni di cui sopra, esiste il rischio di allentamento (separazione) di qualsiasi parte del volano. Oltre a distruggere il volano stesso, anche il motore o la trasmissione possono subire danni mortali. L'eccessiva usura del volano influisce anche sul corretto funzionamento del sensore giri motore. Man mano che gli elementi elastici si consumano, le due parti del volano si flettono sempre di più fino a uscire dalle tolleranze impostate nella centralina. A volte questo porta a un messaggio di errore, a volte, al contrario, la centralina cerca di adattare e controllare il motore in base a dati errati. Ciò comporta scarse prestazioni e, nel peggiore dei casi, problemi di avviamento. Questo problema è particolarmente comune con i motori più vecchi in cui un sensore dell'albero motore rileva il movimento sul lato di uscita del volano bimassa. I produttori hanno eliminato questo problema modificando il montaggio del sensore, quindi nei motori più recenti rileva la velocità dell'albero motore all'ingresso del volano.