雙質量（dual-mass）飛輪——原理、設計、系列

根據雙質量或雙質量飛輪的俚語，有一種設備稱為雙質量飛輪。 該裝置允許將扭矩從發動機傳遞到變速器，並進一步傳遞到車輛的車輪。 雙質量飛輪由於其壽命通常有限而引起了公眾的關注。 交換不僅費力，而且還需要財務成本，因為錢包裡有幾百到一千歐元。 在駕車者中，你經常會聽到這樣的問題，當汽車曾經沒有問題時，兩輪車是用來做什麼的。

一些理論和歷史

往復式內燃機是一種比較複雜的機器，其運轉是階段性中斷的。 為此，飛輪連接到曲軸，其任務是積累足夠的動能以克服壓縮衝程（非工作）期間的被動阻力。 除其他外，這實現了發動機所需的均勻性。 發動機擁有的汽缸越多或飛輪越大（越重），發動機運行就越平衡。 然而，較重的飛輪會降低發動機的生存能力並降低其快速旋轉的準備狀態。 例如，使用 1,4 TDi 或 1,2 HTP 發動機可以觀察到這種現象。 有了更強大的飛輪，這些三缸發動機運轉得更慢，速度也變慢。 這種行為的缺點是，例如，換檔速度較慢。 飛輪的尺寸還受到氣缸（直列式、前叉式或水平對置）的組成的影響。 對置滾子對置滾子發動機原則上比直列四缸發動機平衡得多。 因此，與同類直列四缸發動機相比，它的飛輪也更小。 飛輪的大小也會影響燃燒原理，例如，現代柴油發動機幾乎都需要飛輪。 與汽油發動機相比，柴油發動機通常具有更高的壓縮比，高於壓縮比它們消耗更多的功——旋轉飛輪的動能。

與旋轉飛輪相關的動能 Ek 使用以下公式計算：

Ec = 1/2·ω2

（在哪裡 J 是物體繞旋轉軸的慣性矩， ω 是物體旋轉的角速度）。

平衡軸也有助於消除不均勻的操作，但它們需要一定量的機械功來推動它們。 除了不均勻之外，四個週期的周期性重複還會導致扭轉振動，從而對驅動和傳動產生不利影響。 內燃機的正常慣性質量由曲柄機構（平衡軸）、飛輪和離合器部件的慣性質量組成。 然而，這不足以消除功率強勁且特別是圓柱度較小的柴油發動機的不需要的振動。 因此，必須保護變速箱和​​整個驅動系統免受這些不利影響，因為在某些速度下可能會發生過度共振，從而導致曲軸和變速箱承受過大的應力、令人不快的車身振動以及車輛內部的嗡嗡聲。 這可以從下圖中清楚地看出，該圖顯示了發動機和變速箱在傳統和雙質量飛輪的情況下的振動幅度。 發動機出口處的曲軸振動和變速器入口處的振動實際上具有相同的振幅和頻率。 在某些速度下，這些波動會重疊，從而導致所指示的不良風險和表現。

眾所周知，柴油機的動力明顯強於汽油機，所以它們的零件也更重（曲柄機構、連桿等）。 確定和平衡這樣的發動機是一個非常複雜的問題，其解決方案包括一系列積分和導數。 簡而言之，內燃機由許多部件組成，每個部件都有自己的重量和剛度，它們共同構成一個扭力彈簧系統。 這種由彈簧連接的物質體系統在運行期間（在負載下）往往會以不同的頻率振盪。 第一個重要的振盪頻率帶位於 2-10 Hz 的範圍內。 這個頻率可以被認為是自然的並且實際上不會被人感知。 第二個頻段在 40-80 赫茲範圍內，我們將這些振動視為振動，將噪音視為轟鳴聲。 設計師的任務是消除這種共振（40-80 赫茲），這實際上意味著移動到一個人不那麼不愉快的地方（大約 10-15 赫茲）。

該車包含多種消除令人不快的振動和噪音的機制（靜音塊、滑輪、隔音裝置），其核心是一個經典的傳統盤式摩擦離合器。 除了傳遞扭矩外，它的任務還包括抑制扭轉振動。 它包含彈簧，在發生不需要的振動時，彈簧會壓縮並吸收其大部分能量。 在大多數汽油發動機的情況下，一個離合器的吸收能力就足夠了。 類似的規則適用於柴油發動機，直到 90 年代中期，當時帶有博世 VP 旋轉泵的傳奇 1,9 TDi 配備傳統離合器和經典的單質量飛輪就足夠了。

然而，隨著時間的推移，由於體積（氣缸數）越來越少，柴油發動機開始提供越來越多的動力，其運行文化脫穎而出，最後但並非最不重要的是，“鋸飛輪”上的壓力”還制定了越來越嚴格的環保標準。 一般來說，扭轉振動的阻尼不能再由傳統技術提供，因此對雙質量飛輪的需求成為必要。 第一家推出 ZMS (Zweimassenschwungrad) 雙質量飛輪的公司是 LuK。 它的批量生產始於 1985 年，德國寶馬是第一家對這種新設備表現出興趣的汽車製造商。 從那時起，雙質量飛輪經歷了許多改進，ZF-Sachs 行星齒輪系目前被認為是最先進的。

雙質量飛輪——設計和功能

雙質量飛輪的實際功能與傳統飛輪類似，它還具有阻尼扭轉振動的功能，從而在很大程度上消除了不需要的振動和噪音。 雙質量飛輪與經典飛輪的不同之處在於，它的主要部件——飛輪——靈活地連接到曲軸上。 因此，在關鍵階段（直到壓縮峰值），它允許曲軸減速，然後再次（在膨脹期間）加速。 然而，飛輪本身的速度保持恆定，因此變速箱輸出端的速度也保持恆定且沒有振動。 雙質量飛輪將其動能線性傳遞給曲軸，作用在發動機本身上的反作用力更平滑，這些力的峰值要低得多，因此發動機的振動和發動機其餘部分的晃動也更少。 身體。 電機側的初級慣量和齒輪箱側的次級慣量的劃分增加了齒輪箱旋轉部件的轉動慣量。 這將共振範圍移動到比怠速更低的頻率 (rpm) 範圍，因此超出了發動機的運行速度範圍。 這樣一來，發動機產生的扭轉振動就與變速箱分離，不再出現變速箱噪音和車身轟鳴聲。 由於初級部件和次級部件通過扭轉減振器連接，因此可以使用沒有扭轉懸架的離合器盤。

雙質量飛輪還用作所謂的減震器。 這意味著它有助於在換檔期間抑制離合器撞擊（當發動機轉速需要與車輪轉速平衡時），還有助於更平穩的啟動。 但是，雙質量飛輪中的彈性元件（彈簧）會不斷磨損，並允許飛輪相對於曲軸移動得更寬、更容易。 當他們已經累了時，問題就出現了——他們被完全拉了出來。 除了拉伸彈簧外，飛輪磨損還意味著推出鎖定銷上的孔。 因此，飛輪不僅不會抑制振盪（振盪），反而會產生振盪。 在飛輪旋轉的極限處停止開始出現，最常見的是換檔、啟動時的顛簸，只是在離合器接合或分離或變速時的所有情況下。 磨損還會表現為啟動不平穩、在 2000 rpm 左右出現過度振動和噪音，或者在怠速時過度振動。 一般而言，雙質量飛輪在氣缸數較少的發動機（例如三缸/四缸）中承受的應力要比六缸發動機的不均勻性大得多。

在結構上，雙質量飛輪由初級飛輪、次級飛輪、內阻尼器和外阻尼器組成。

如何影響/延長雙質量飛輪的使用壽命？

飛輪的壽命受其設計以及安裝它的發動機特性的影響。 來自同一製造商的同一飛輪在某些發動機上運行 300 公里，而在某些發動機上只需要一半。 最初的目的是開發雙質量飛輪，其壽命（km）與整車相同。 不幸的是，在現實中，飛輪通常需要更早更換，在離合器盤之前多次更換。 除了發動機和雙質量飛輪本身的設計，導體對其使用壽命也有很大影響。 導致向一個方向或另一個方向傳遞衝擊的所有情況都會縮短其使用壽命。

為了延長Dual Mass Flywheel的壽命，不建議頻繁駕駛發動機轉向不足（尤其是1500rpm以下），用力踩下離合器（換檔時最好不要換檔），不要將發動機降檔（即剎車）引擎）。 僅以合理的速度）。 經常發生的情況是，在 80 公里/小時的速度下，您打開的不是二檔，而是三檔或四檔，然後逐漸換到較低的檔位。 一些製造商（在本例中為 VW）建議，如果汽車停在平緩的坡度上且靜止不動，則必須先拉手剎，然後掛入檔位（倒檔或 XNUMX 檔）。 否則，車輛會輕微移動並且雙質量飛輪會進入所謂的永久嚙合，從而導致拉緊（彈簧拉伸）。 因此，建議不要使用山地速度，如果使用，只能在用手剎制動汽車後，以免造成輕微移動和隨後的長期負載 - 關閉傳動系統，即雙質量飛輪. 離合器盤溫度的升高也與雙質量飛輪壽命的縮短直接相關。 離合器會過熱，尤其是在牽引重型拖車或其他車輛、越野行駛等時。即使發動機損壞，離合器也會自行解鎖。 應該注意的是，離合器片的輻射熱會導致各種飛輪部件過熱（尤其是在潤滑油洩漏的情況下），從而進一步影響使用壽命。

維修 - 更換雙質量飛輪和更換傳統飛輪

沒有修理過度磨損的飛輪這樣的事情。 維修包括更換飛輪和離合器總成（薄片、壓縮彈簧、軸承）。 整個維修過程相當費力（大約8-10小時），需要拆卸變速箱，有時甚至需要拆卸發動機。 當然，我們不能忘記金融，最便宜的飛輪售價約為 400 歐元，最貴的 - 超過 2000 歐元。 為什麼要更換狀況良好的離合器片？ 但僅僅是因為在維修離合器片時，它會消失只是時間問題，而且必須重複這個耗時的過程，其成本是離合器片的數倍。 更換飛輪時，最好看看是否有更複雜的版本可以處理更多里程——當然，這是由汽車製造商支持和批准的。

您經常可以找到有關用經典飛輪替換雙質量飛輪的信息，該飛輪使用帶扭轉阻尼器的薄片。 正如在之前的文章中已經提到的，雙質量飛輪除了方便的功能外，還具有扭轉減振器的功能，這會對發動機（曲軸）或變速箱的運動部件的狀況產生負面影響。 在一定程度上，彈簧板本身也可以消除振動阻尼，但它無法提供與更強大和復雜的雙質量飛輪相同的性能。 另外，如果真的這麼簡單，那麼汽車製造商及其財務所有者早就在實踐了，他們一直在努力削減成本。 因此，一般不建議用單質量飛輪代替雙質量飛輪。

不要低估更換磨損的飛輪

強烈不建議推遲更換過度磨損的飛輪。 除上述表現外，飛輪的任何部分都存在鬆動（分離）的風險。 除了損壞飛輪本身，發動機或變速箱也可能受到致命的損壞。 飛輪過度磨損也會影響發動機轉速傳感器的正常工作。 隨著彈簧元件逐漸磨損，兩個飛輪部件偏轉越來越大，直到超出控制單元中設置的公差。 有時這會導致錯誤消息，有時相反，控制單元會嘗試根據錯誤數據調整和控制發動機。 這會導致性能不佳，在最壞的情況下還會導致啟動問題。 這個問題在老式發動機中尤其常見，其中曲軸傳感器檢測雙質量飛輪輸出側的運動。 製造商通過改變傳感器安裝消除了這個問題，因此在較新的發動機中，它檢測飛輪入口處的曲軸速度。