Koło dwumasowe – czy naprawdę jest potrzebne?

Słuszność stosowania dwumasowych kół zamachowych budzi kontrowersje. Od około 15 lat koła dwumasowe są standardem w niemal wszystkich silnikach wysokoprężnych, a od kilku lat trafiają masowo do silników benzynowych. Czy naprawdę są potrzebne? Nie poznacie odpowiedzi na to pytanie, dopóki nie zrozumiecie, po co się je stosuje.

fot. partinfo.co.uk

Koło dwumasowe to w uproszczeniu tłumik drgań skrętnych. Już samo to osobom rozumiejącym mechanikę i znającym podstawową budowę silnika oraz układu napędowego wystarczy, by pojąć, jaką rolę odgrywa koło dwumasowe. Mam nadzieję, że rozjaśnię tę niełatwą kwestię wszystkim czytelnikom. W tym celu musimy zacząć od samego początku, czyli wyjaśnienia, czym jest koło zamachowe.

Każdy silnik wyposażony jest w koło zamachowe, które odgrywa rolę akumulatora energii kinetycznej pochodzącej z silnika. Gdyby go nie było, silnik pracowałby bardzo nierówno i z określoną częstotliwością, wciąż przyspieszając i zwalniając. O ile bowiem w suwie ssania i wydechu opory nie zbyt duże, o tyle w suwie sprężania silnik traci dużo energii, która z kolei powstaje podczas suwu pracy. Koło zamachowe służy zatem do zapobiegania wytracaniu prędkości obrotowej podczas kolejnych suwów pracy silnika, głównie suwu sprężania. Dzięki prędkości wirowania zapewnia płynną pracę silnika.

Ważny jest moment bezwładności tego elementu, czyli odporność na zmianę prędkości obrotowej. Im większy moment bezwładności, tym płynniejsza praca silnika. Duży moment bezwładności koło zamachowe zawdzięcza swojej dużej masie. Jak ważna jest masa koła zamachowego, można zauważyć w samochodach wyścigowych, które mają bardzo lekkie koła zamachowe. Co za tym idzie — praktycznie nie są w stanie pracować na prawdziwie wolnych obrotach. Bolidy F1 mają 10-krotnie mniejszy moment bezwładności całego sprzęgła razem z kołem zamachowym niż samochody drogowe, ale w nich wolne obroty zaczynają się tam, gdzie kończą się w silnikach normalnych autach.

Koło zamachowe jest też w pewnym sensie elementem układu sprzęgła, ponieważ docisk sprzęgła dociska tarczę sprzęgłową właśnie do koła zamachowego. Cześć jego powierzchni przenosi więc moment obrotowy z silnika na tarczę sprzęgła i dalej. Z tego powodu koło zamachowe musi być odporne na ścieranie i przegrzanie.

W momencie włączania sprzęgła, tj. dociskania tarczy sprzęgłowej do koła zamachowego, występują nie tylko poślizgi, ale też liczne drgania i wibracje spowodowane pracą silnika i stojącym lub kręcącym się z inną prędkością układem napędowym. Dlatego też przez lata standardem było umieszczanie wewnątrz tarcz sprzęgła sprężyn, fachowo nazwanych tłumikami drgań skrętnych. I tu dochodzimy do… początku artykułu, w którym pisałem, że koło dwumasowe jest tłumikiem drgań skrętnych.

Koło dwumasowe

W momencie przyspieszenia rozwoju silników Diesla i szybkiego wzrostu jego popularności producenci samochodów musieli sprostać wielu wyzwaniom. Silniki osiągały coraz wyższą moc i moment obrotowy. Diesle trafiały do odbiorców jeżdżących wcześniej samochodami z napędem benzynowym i producenci nie mogli sobie pozwolić na obniżenie komfortu jazdy ich klientów. A z tym wiążą się wibracje silników wysokoprężnych, które są znacznie wyższe niż benzynowych. Mówiąc kolokwialnie, trzeba było pokazać potencjalnym klientom, że silnik Diesla jest przynajmniej tak samo dobry i komfortowy jak benzynowy. Konieczne stało maksymalne wytłumienie drgań pochodzących z silnika i przenoszonych na karoserię oraz układ napędowy.

Kolejna rzecz to właśnie układ napędowy, który trzeba chronić przed bardzo wysokim momentem obrotowym silnika Diesla. Przed erą TDI i Common Rail silniki wysokoprężne nie wytwarzały tak dużego momentu obrotowego jak współczesne, nawet jeśli były turbodoładowane. Inna sprawa, że turbosprężarki nie dawały tak dużego i gwałtownego przyrostu momentu obrotowego wraz z obrotami. Wzrost momentu obrotowego spowodował poważne zagrożenie dla elementów układu napędowego poddawanego większym obciążeniom. O ile stałe przenoszenie nawet dużego momentu nie jest jeszcze groźne, to już ruszanie czy zmiana biegu, a także przyspieszanie i hamowanie silnikiem z dużym stopniem sprężania powodują znaczne zmiany obciążeń układu i to skutkuje poważnym ryzykiem uszkodzenia jego elementów. Dlatego też tłumik drgań skrętnych musi być nie tylko skuteczniejszy, ale też pozwalać na płynniejsze przekazywanie momentu obrotowego na układ napędowy.

Kolejnym powodem stosowania kół dwumasowych jest możliwie płynne ruszanie z miejsca. Silniki są coraz mniejsze i choć wspomagane turbosprężarkami wytwarzają duży maksymalny moment obrotowy, to jego realna wartość przy takich obrotach, przy jakich odbywa się włączanie sprzęgła podczas ruszania, jest bardzo mała. Tu przewagę mają stare konstrukcje o dużej pojemności. Tymczasem współczesny silnik Diesla 1,6–1,8 l wytwarzający maksymalną moc i moment obrotowy porównywalny z dawnymi 3-litrówkami jest tak słaby na najniższych obrotach, że gdyby nie koło dwumasowe tłumiące wibracje i dające pozorny poślizg podczas włączania sprzęgła, ruszanie z miejsca byłoby bardzo trudne i wiązałoby się z dużym poślizgiem tarczy sprzęgła. To z kolei powodowałoby jej bardzo szybkie zużycie.

Zobacz również: Goodyear - konferencja

Dwumasowe koła zamachowe mają też ogromny wpływ na kulturę pracy układu napędowego w samochodach wyposażonych w skrzynie półautomatyczne, zwłaszcza dwusprzęgłowe. Gdyby nie obecność koła, bardzo szybka, niemal niezauważalna zmiana biegów powodowałaby mocne, choć krótkie szarpnięcia, podobne do tych w samochodach wyścigowych. Nawet pomijając komfort jazdy, same skrzynie biegów długo by nie wytrzymały takiej pracy. Koła dwumasowe całkowicie niwelują takie niedogodności.

Jest jeszcze inny aspekt ważny z punktu widzenia producentów. Rosnące wymagania norm emisji spalin powodowały, że trzeba było maksymalnie ograniczyć zużycie paliwa, a to rośnie wraz z obrotami silnika. Badanie zużycia paliwa i norm emisji spalin, na podstawie których samochody są homologowane pod kątem norm Euro, odbywa się na stanowiskach z hamownią. Samochody pokonują wirtualny dystans w nierealnych warunkach i na nierealnie niskich obrotach, by potem producent podał w katalogu nierealne wartości spalania. Niskie obroty silnika, zarówno na hamowniach, jak i już podczas użytkowania, powodowałyby wibracje, gdyby nie koła dwumasowe.

Na wyświetlaczach komputera pokładowego bardzo wielu modeli wyświetlane są informacje o tym, kiedy należy włączyć wyższy bieg. Często podczas łagodnej jazdy komputer żąda włączenia czwartego biegu do prędkości 50 km/h, a do 70 km/h proponuje jechać na najwyższym przełożeniu. Gdyby nie koło dwumasowe, żaden kierowca nawet nie pomyślałby o czymś takim. Dawniej przy prędkości 50 km/h można było jechać na 4 biegu, ale już mocniejsze wciśnięcie pedału gazu powodowało nierzadko wibracje całego samochodu. Dziś nie ma problemu, by na 5 biegu przy 1200 obr./min wcisnąć gaz do oporu. Samochód niekoniecznie ma chęć przyspieszać, ale koło dwumasowe niemal całkowicie niweluje wibracje.

Wróćmy do postawionego na początku pytania: czy koło dwumasowe jest potrzebne? Odpowiedź może być dla was zaskakująca i będzie również pytaniem: czy potrzebny jest wam silnik Diesla o dużej mocy? Jeśli tak, macie również odpowiedź na pytanie o dwumasę. Owszem jest potrzebne, wręcz niezbędne. Osoby, które są krytyczne wobec tej opinii, zwykle odnoszą się do trwałości tego elementu, a to już zupełnie Inny temat.

Koło dwumasowe w przeciwieństwie do standardowego koła zamachowego skuteczniej tłumi wibracje całego układu napędowego, pozwala przy tym na łatwiejszą zmianę biegów i wpływa na niższy poziom hałasu. Zabezpiecza też skrzynię biegów, sprzęgło i pozostałe elementy układu napędowego przed nadmiernymi przeciążeniami, występującymi zwłaszcza podczas ruszania, gwałtownego przyspieszania i hamowania silnikiem. Mówiąc wprost: jeśli chcesz mieć samochód z silnikiem Diesla i jeździć komfortowo, nie możesz dyskutować na temat słuszności stosowania przez producentów kół dwumasowych.

Jednak jak wiemy, silniki benzynowe również wyposaża się w koła dwumasowe, ale na razie dotyczy to jednostek o dużej mocy i silników turbodoładowanych. Dlaczego? Główne powody to ochrona układu przeniesienia napędu (silniki o dużej mocy), możliwość płynnego ruszania z miejsca oraz tłumienie wibracji na niskich obrotach (małe silniki turbo). Tak więc i w silnikach benzynowych znacząco wpływają na kulturę pracy układu napędowego i komfort jazdy.

W kolejnych częściach poznacie budowę i zasadę działania koła dwumasowego, a także kilka porad eksploatacyjnych z nim związanych.

Rodzaje dwumasowych kół zamachowych

Pierwsze dwumasowe koło zamachowe zaprezentowane przez LuKa w 1985 roku przeszło od tego czasu szereg modyfikacji. Coraz to wyższe wartości momentu…

Zobacz więcej artykułów z serii: Sprzęgło i koło dwumasowe

Podziel się:

Przeczytaj także:

Także w kategorii Poradniki i mechanika:

Smarowanie mechanizmów różnicowych - czy wymiana oleju jest konieczna? Dach w kabriolecie - podstawy pielęgnacji Płyny chłodnicze - skład, rodzaje i eksploatacja Awarie i problemy z układem chłodzenia cieczą Budowa i zasada działania układu chłodzenia cieczą Zasady ecodrivingu – poradnik Mocowania fotelików dziecięcych - czego o nich nie wiedziałeś? Awarie hydraulicznego sterowania sprzęgłem Hydrauliczne sterowanie sprzęgłem Jak działają amortyzatory? Testy zderzeniowe - co jest badane Jak prawidłowo holować samochód - poradnik Systemy pomocne podczas parkowania Jak działa klimatyzacja - poradnik Hybrydowa przyszłość Wady lakiernicze - rodzaje, przyczyny, usuwanie [cz. 1] Jak usunąć z auta nieprzyjemne zapachy - poradnik Jak obniżyć zużycie paliwa - poradnik Pompy paliwa w silnikach Diesla - budowa i zasada działania Manualna skrzynia biegów – budowa i działanie Jak używać świateł przeciwmgłowych - poradnik Jak poprawnie jeździć automatem? [cz. 2] Jak przygotować samochód do wiosny - poradnik Skrzynie automatyczne - jak jeździć poprawnie?

Popularne w tym tygodniu:

Zabierz zwierzaka w podróż, ale zrób to bezpiecznie Podróżowanie trasami szybkiego ruchu: błędy i dobre praktyki Na które towarzystwa ubezpieczeniowe kierowcy skarżą się najczęściej? Jak przewozić dziecko w foteliku samochodowym? Wyścigi na ćwierć mili wychodzą z podziemia. Wreszcie oficjalny puchar Polski Wiosną pada śnieg, a mamy opony letnie. Czy to niebezpieczne? Jak czytać oznaczenia na szybach samochodowych? Które firmy oferują najtańsze polisy OC? Bezpieczna świąteczna podróż Jak czytać ogłoszenia sprzedaży samochodów? Automatyczna skrzynia biegów: ryzyko czy pewniak? Jak i ile można zaoszczędzić na paliwie w trasie?