Dvojhmotový zotrvačník

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. Cieľom konštruktérov je túto rezonanciu (40-80 Hz) eliminovať, čo v praxi znamená posúvať do oblasti, kde je človeku oveľa menej nepríjemná (okolo 10-15 Hz).

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. Pri dieselových motoroch platilo podobné pravidlo ešte do polovice 90-tych rokov, kedy si aj legendárny 1,9 TDi s rotačným čerpadlom Bosch VP vystačil s obyčajnou spojkou a klasickým jednohmotovým zotrvačníkom.

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. 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 odvtedy prekonal množstvo vylepšení, pričom v súčasnosti je za najpokročilejšie považované prevedenie s planétovými kolesami od firiem ZF – Sachs.

Dvojhmotový zotrvačník – konštrukcia a funkčnosť

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. Vďaka tomu, že primárnu a sekundárnu časť spojuje tlmič torzných kmitov, je možné použiť spojkovú lamelu bez torzného vypruženia.

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. 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. troj/štvorvalcových), kde je nepravidelnosť chodu oveľa väčšia ako u šesťvalcového agregátu.

Po konštrukčnej stránke sa dvojhmotový zotrvačník skladá z primárneho zotrvačníka, sekundárneho zotrvačníka, vnútorného tlmiča a vonkajšieho tlmiča.

Ako ovplyvniť/predĺžiť životnosť dvojhmotového zotrvačníka?

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. Všetky situácie vedúce k prenosov rázov jedným alebo druhým smerom skracujú jeho životnosť.

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. Treba si uvedomiť, že sálajúce teplo zo spojkovej lamely prehrieva rôzne komponenty zotrvačníka (obzvlášť ak sa jedná o mazivo, ktoré vytečie), čo ďalej negatívne ovplyvňuje životnosť.