Pod slangovým pomenovaním dvojhmota či dvojhmoťák sa skrýva zariadenie s označením dvojhmotový zotrvačník. Toto zariadenie umožňuje prenos krútiaceho momentu z motora na prevodovku a ďalej na kolesá vozidla. Do povedomia verejnosti pomohla dvojhmotovému zotrvačníku najmä jeho nezriedka obmedzená životnosť. Výmena je totiž nielen prácna, ale aj finančne náročná s prievanom niekoľko sto až tisíc eur v peňaženke.
Piestový spaľovací motor je pomerne zložitým strojom, ktorého chod je fázovo prerušovaný. Z toho dôvodu je na kľukový hriadeľ pripojený zotrvačník, ktorý má za úlohu akumulovať dostatočnú kinetickú energiu potrebnú k prekonaniu pasívnych odporov pri kompresných (mimopracovných) zdvihoch. Tým je docielená okrem iného aj požadovaná rovnomernosť chodu motora.
Chod motora je tým vyváženejší, čím viac má motor valcov alebo čím väčší (hmotnejší) má zotrvačník. Hmotnejší zotrvačník však uberá motoru na živosti a ochote vytáčať sa rýchlo do otáčok. Tento jav je možné pozorovať napr, pri motore 1,4 TDi alebo 1,2 HTP. Tieto trojvalcové motory idú vďaka mohutnejšiemu zotrvačníku pomalšie do otáčok a rovnako pomaly z otáčok klesajú. Nevýhodou takéhoto správania je napríklad pomalšie radenie rýchlostí.
Veľkosť zotrvačníka ďalej ovplyvňuje skladba valcov (radový, vidlicový alebo boxer). Motor s protiľahlými valcami typu boxer má už z princípu oveľa vyváženejší chod ako napr. radový štvorvalec. Preto má aj menší zotrvačník ako objemovo porovnateľný radový štvorvalec. Rovnako tak ovplyvňuje veľkosť zotrvačníka princíp spaľovania, napr. moderné naftové agregáty potrebujú zotrvačník takmer vždy.
Nerovnomernosť chodu pomáhajú eliminovať aj vyvažovacie hriadele, na ich pohon sa však treba určité množstvo mechanickej práce. Okrem nerovnomernosti dochádza pri periodickom opakovaní štyroch dôb aj ku vzniku torzných kmitov, ktoré majú neblahý vplyv na pohonné a prevodové ústrojenstvo.
Prečítajte si tiež: Cena spojkovej sady s dvojhmotovým zotrvačníkom pre Octaviu
Bežná zotrvačná hmota spaľovacieho motora sa skladá zo zotrvačných hmôt častí kľukového mechanizmu (vyvažovacích hriadeľov), zotrvačníka a spojky. Tie však na elimináciu nežiadúcich kmitov v prípade výkonných a najmä menej valcových dieselových motorov nestačia. Preto treba prevodovku a celé pohonné ústrojenstvo pred týmito nežiadúcimi vplyvmi chrániť, pretože pri určitých otáčkach by mohlo dôjsť k nadmernej rezonancii, prejavujúcej sa príliš veľkým namáhaním kľukového hriadeľa a prevodovky, nepríjemnými vibráciami karosérie a tiež dunením ozývajúcim sa interiérom vozidla.
Zreteľne je to vidieť z diagramu nižšie, na ktorom je znázornená amplitúda kmitania motora a prevodovky s bežným a dvojhmotovým zotrvačníkom. Kmitanie kľukového hriadeľa na výstupe z motora a kmitanie na vstupe do prevodovky majú takmer rovnako veľké amplitúdy a frekvencie.
Je všeobecne známe, že dieselové motory sú oproti benzínovým podstatne robustnejšie, ich časti sú teda ťažšie (kľukový mechanizmus, ojnice, atď). Dimenzovanie a vyváženie takéhoto motora je naozaj náročná problematika, ktorej riešenie pozostáva z množstva integrálov a derivácii. V stručnosti napísané, spaľovací motor obsahuje množstvo súčiastok, kde každá má svoju hmotnosť a tuhosť, ktoré dokopy tvoria akoby sústavu torzných pružín.
Takáto sústava hmotných telies spojených pružinami má v prevádzke (pod záťažou) tendenciu kmitať rôznou frekvenciou. Prvé výraznejšie frekvenčné pásmo kmitov leží v rozmedzí 2-10 Hz. Túto frekvenciu možno považovať za prirodzenú a človek ju takmer nevníma. Druhé frekvenčné pásmo leží v rozmedzí 40-80 Hz, pričom tieto kmity vnímame ako vibrácie a hluk - dunenie.
Vo vozidle je obsiahnutých niekoľko mechanizmov eliminujúcich nepríjemné kmitanie a hlučnosť (silentbloky, remenice, odhlučnenie), pričom základ tvorí klasická konvenčná kotúčová trecia spojka. Okrem prenosu krútiaceho momentu je jej úlohou aj tlmenie torzných kmitov. Obsahuje pružiny, ktoré sa v prípade nežiadúceho kmitu stlačia a pohltia značnú časť jeho energie. V prípade väčšiny benzínových motorov je pohlcovacia schopnosť jednoduchej spojky plne dostatočná.
Postupom času však začali dieselové motory poskytovať čoraz väčší výkon z čoraz menšieho objemu (počtu valcov), do popredia sa dostávala aj kultúra ich chodu a v neposlednom rade tlak na "zotrvačníkovú pílu" vyvíjali aj čoraz prísnejšie ekologické normy. Suma sumárum, utlmenie torzných kmitov už nešlo zabezpečovať klasickou technikou, a tak sa potreba dvojhmotového zotrvačníka stala nutnosťou.
Dvojhmotový zotrvačník
Prvou firmou, ktorá predstavila dvojhmotový zotrvačník ZMS (Zweimassenschwungrad) bola spoločnosť LuK. Začal sa sériovo vyrábať v roku 1985 a prvou automobilkou, ktorá prejavila o nové zariadenie záujem bolo nemecké BMW. Dvojhmotový zotrvačník prakticky funguje ako normálny zotrvačník, ktorý naviac plní funkciu tlmenia torzných kmitov a do veľkej miery tak eliminuje nežiadúce vibrácie a hluk.
Dvojhmotný zotrvačník sa od toho klasického líši tak, že jeho hlavná časť - zotrvačníkové koleso, je s kľukovým hriadeľom spojená pružne. Preto v kritickej fáze (pred vrcholom kompresie) umožňuje isté spomalenie kľukového hriadeľa, potom zase (pri expanzii) isté zrýchlenie. Rýchlosť samotného zotrvačníkového kolesa však zostáva konštantná, preto aj výstupná rýchlosť do prevodovky je konštantná a bez vibrácií. Dvojhmotný zotrvačník lineárne prenáša svoju kinetickú energiu na kľukový hriadeľ, priebeh reakčných síl na samotný motor je plynulejší a vrcholné hodnoty týchto síl sú ďaleko nižšie, preto sa aj motor menej chveje a menej rozochvieva zvyšok karosérie.
Rozdelením na primárnu zotrvačnú hmotu na strane motora a sekundárnu zotrvačnú hmotu na strane prevodovky sa zvyšuje moment zotrvačnosti otáčavých dielov prevodovky. Tým sa presunie oblasť rezonancie do oblasti nižších frekvencií (otáčok), než sú otáčky behu naprázdno, a neležia tak v oblasti prevádzkových otáčok motora. Tak sú torzné kmity vytvárané motorom oddelené od prevodovky a k hluku prevodovky a duneniu karosérie už nedochádza. Dvojhmotový zotrvačník zároveň slúži ako tzv. tlmič záberu. To znamená, že pomáha zjemniť rázy na spojku pri radení (kedy je potreba vyrovnať otáčky motora s otáčkami kolies) a taktiež pomáha k plynulejšiemu rozjazdu.
Opotrebenie a životnosť
Pružné elementy (pružiny) sa však v dvojhmotovom zotrvačníku priebežne unavujú a umožňujú stále väčší a ľahší pohyb zotrvačníkového kolesa voči kľukovému hriadeľu. Problém nastane, keď už sú unavené - vyťahané úplne. Pod opotrebovaním zotrvačníka sa rozumie okrem vyťahania pružín aj vytlačenie dier na dorazové kolíky. Tým pádom zotrvačník nielenže kmity (vibrácie) netlmí, ale naopak ich produkuje. Začnú sa prejavovať dorazy na krajné medze natočenia zotrvačníka, najčastejšie ako údery pri radení, rozjazdoch, jednoducho vo všetkých situáciách, kedy dochádza k zopnutiu alebo rozopnutiu spojky alebo pri zmene otáčok. Taktiež sa začne opotrebovanie prejavovať ako trhavé rozjazdy, či nadmerné vibrovanie a hluk v okolí 2000 ot/min alebo nadmerné vibrácie na voľnobehu. Vo všeobecnosti sú oveľa viac namáhané dvojhmotové zotrvačníky pri menej valcových motoroch (napr.
Na životnosť zotrvačníka má vplyv jeho konštrukcia, ale aj vlastnosti motora do ktorého sa implementuje. Rovnaký zotrvačník od rovnakého výrobcu tak s niektorým motorom najazdí 300 000 km a s niektorým odíde už po polovičnej porcii. Pôvodným zámerom bolo navrhnúť také dvojhmotné zotrvačníky, ktoré by sa dožili rovnakého veku (km) ako celé vozidlo. Bohužiaľ, realita je často taká, že zotrvačník je potrebné vymeniť výrazne skôr, mnohokrát skôr ako spojkovú lamelu. Okrem konštrukčných daností motora a samotného dvojhmotného zotrvačníka má na jeho životnosť výrazný vplyv vodič.
Na predĺženie životnosti dvojhmotného zotrvačníka sa neodporúča jazdiť často na podtočený motor (najmä pod 1500 ot/min), prudko spúšťať spojku (pokiaľ možno bez rázov pri preraďovaní) a nepodraďovať motor z príliš vysokých otáčok (to znamená brzdiť motorom len na primeranú rýchlosť, aby často nedochádzalo, že pri 80 km/h zaradíte druhý prevodový stupeň, ale skôr tretí alebo štvrtý a postupne podraďovať na nižší). Niektorí výrobcovia vydali odporúčanie (v tomto prípade VW), že ak sa parkuje so stojacim vozidlom v miernom brehu, treba najskôr zatiahnuť ručnú brzdu a následne zaradiť prevodový stupeň (spiatočku alebo I. stupeň). V opačnom prípade sa totiž vozidlo mierne pohne a dvojhmotný zotrvačník sa dostane do tzv. stáleho záberu, čím sa namáha (naťahujú pružiny). Takže sa odporúča nezaradiť rýchlosť v kopčeku a keď tak, až po zabrzdení vozidla ručnou brzdou, aby nedošlo k malému pohnutiu a následnému dlhodobému zaťaženiu - zapretiu prevodovej sústavy, teda aj dvojhmotového zotrvačníka.
So skracovaním životnosti dvojhmotového zotrvačníka priamo súvisí aj rastúca teplota spojkovej lamely. Spojka sa prehrieva najmä pri ťahaní ťažkého prívesu alebo druhého vozidla, jazde v teréne, atď. Svoje si spojka odmaká aj pri načipovanom motore.
Výmena a oprava
Oprava nadmerne opotrebovaného zotrvačníka ako taká sama o sebe neexistuje. Pod opravou sa rozumie výmena zotrvačníka spolu s kompletom spojky (lamela, prítlačná pružina, ložiská). Celá oprava je pomerne náročná na prácu (cca 8-10 hod), kde treba demontovať prevodovku a niekedy dokonca aj motor. Samozrejme netreba zabúdať na financie, kedy najlacnejšie zotrvačníky sa predávajú za cca 400 €, najdrahšie stoja aj cez 2000 €.
Prečo treba meniť aj lamelu spojky, ktorá je ešte na pohľad v dobrom stave? No už len z dôvodu, že pri zachovaní lamely spojky je len otázka času, kedy odíde a pracný proces, ktorý je niekoľko násobne drahší ako lamela bude treba zopakovať.
Veľmi často sa možno stretnúť s informáciou, nahradiť dvojhmotový zotrvačník klasickým, ktorý používa lamely s torzným tlmičom. Ako už bolo v predchádzajúcich statiach popísané, dvojhmotný zotrvačník plní okrem komfortných funkcií aj funkciu tlmiča torzných kmitov, ktoré neblaho vplývajú na kondíciu pohyblivých častí motora (kľukový hriadeľ) alebo prevodovky. Do určitej miery tlmenie kmitov dokáže eliminovať aj samotná odpružená lamela, rovnakú prácu ako oveľa mohutnejší a prepracovanejší dvojhmotový zotrvačník však nedokáže zabezpečiť. Taktiež, keby to bolo také jednoduché, už dávno by to začali uplatňovať výrobcovia vozidiel a ich financmajstri, neustále sa zaoberajúci znižovaním nákladov.
Odďaľovanie výmeny nadmerne opotrebovaného zotrvačníka sa rozhodne neodporúča. Okrem vyššie spomínaných prejavoch existuje totiž riziko uvoľnenia (oddelenia) niektorej časti zotrvačníka. Okrem deštrukcie samotného zotrvačníka sa môže fatálne poškodiť aj motor či prevodovka.
Nadmerne opotrebený zotrvačník má vplyv aj na správnu funkciu snímača otáčok kľukového hriadeľa. Postupným opotrebovaním pružiacich elementov sa obe časti zotrvačníka vychyľujú viac a viac, až sa dostanú mimo tolerancie prednastavených hodnôt v riadiacej jednotke. Niekedy to vyústi do chybovej hlášky a niekedy sa naopak pokúša riadiaca jednotka prispôsobiť a na základe zlých údajov riadiť motor. To rezultuje do zhoršenia prevádzkových vlastností a v horšom prípade do problémov s naštartovaním. Tento problém sa týka najmä starších motorov, kde snímač kľukového hriadeľa sníma pohyb na výstupnej strane dvojhmotového zotrvačníka.
Záver
Dvojhmotný zotrvačník patrí azda k najväčším postrachom pri kúpe jazdeného vozidla. Využíva sa najmä pri vznetových motoroch a skladá sa z primárneho zotrvačníka, sekundárneho zotrvačníka a dvoch tlmičov Je veľmi náchylný na štýl jazdy a jeho výmena je finančne náročnejšia. Hlavnou úlohou dvojhmotného zotrvačníka je zabezpečiť lepší chod motora, zamedziť prenosu vibrácií a tým znížiť hluk. Paradoxne práve táto práca sa podpisuje na jeho životnosti, ktorú je len veľmi ťažké odhadnúť v kilometroch.
tags: #luk #spojka #a #zotrvacnik #funkcia