Segment kół dwumasowych – dylemat: pozostać przy „dwumasie” czy zastąpić sztywnym?

, 20 września 2018, 7:12

Szacuje się, że wartość sprzedaży sprzęgieł do samochodów osobowych stanowi około 4% całej wartości rynku części samochodowych. Patrząc z punktu widzenia częstotliwości napraw, sprzęgło wymienia się lub naprawia 5 krotnie rzadziej (średni współczynnik wymiany 4) niż np. hamulce (współczynnik wymiany 20). Zakładając, że ilość samochodów w danym kraju to 10 mln, rocznie zatem ok. 2 mln będzie miało naprawiane hamulce a tylko 400 tyś sprzęgło. Jednak to naprawa sprzęgła sprawia, że zaczynamy myśleć bardziej racjonalnie ze względu na złożoność procesu samej wymiany/naprawy (czas), koszt naprawy (części + robocizna) oraz zagwarantowanie sobie „odroczenia” w czasie kolejnej naprawy tego elementu.

Od czasu wprowadzenia na rynek tzw. dwumasowego koła zamachowego (DKZ), dyskusja na temat tego rozwiązania rozgorzała na dobre. Jednocześnie jest przedmiotem wielu sporów i oscyluje wokół zagadnienia „zalety a koszty eksploatacji i obsługi”. Mimo niewątpliwych zalet tego rozwiązania, związanych głównie z komfortem (z punktu widzenia kierowcy), ma ono również istotne wady, które ujawniają się po mniejszym lub większym przebiegu i są bezpośrednio związane ze sposobem i warunkami eksploatacji pojazdu. Przebieg samego samochodu jest równie istotny, ponieważ trudno jest oczekiwać, aby nowe sprzęgło z kołem dwumasowym zamontowane w wyeksploatowanym samochodzie, wytrzymało ten sam przebieg co w nowym. Żywotność spada proporcjonalnie do poziomu wyeksploatowania i stanu auta i trzeba się z tym liczyć. Składa się na to wiele czynników takich jak: stan silnika (równomierność jego pracy uzależniona od stanu wtryskiwaczy, stopnia sprężania w poszczególnych cylindrach, itp.), stan skrzyni biegów wraz z elementami napędowymi (luzy wynikające ze zużycia) czy stan elementów zawieszenia jednostki napędowej (poduszki silnika, skrzyni).

Wszystkie powyższe czynniki wywołują konfuzje wśród wielu kierowców, zwłaszcza u tych, którzy pokonują znaczne przebiegi w trudnych, miejskich warunkach, preferują oszczędny styl jazdy na niskich obrotach itp., i którzy mieli okazję przekonać się, że wymiana na komplet nowego sprzęgła z kołem dwumasowym wcale nie pozwoliła powtórzyć przebiegu zrobionego za pierwszym razem. Zaczynamy się wówczas zastanawiać, co można zrobić aby uniknąć rosnących kosztów napraw i eksploatacji.

Firma Valeo, lider w produkcji oryginalnych sprzęgieł na pierwszy montaż (OE), jako jedyny na rynku dostawca, oferuje szeroką, kompleksową ofertę dwóch rodzajów sprzęgieł, pozwalających dobrać odpowiednie do naszych potrzeb rozwiązanie.

Pierwsze z nich to klasyczne koło dwumasowe, które zalecamy stosować w samochodach stosunkowo młodych, pokonujących nieduże przebiegi w mieszanych warunkach, dla kierowców, którzy cenią sobie fabryczne rozwiązania i których nie przekonują argumenty przemawiające za drugim typem, jakim jest zestaw konwertujący K4P –opatentowany przez Valeo i pierwszy raz zastosowany kilkanaście lat temu w samochodach madryckiej korporacji taksówkowej.

Zestaw K4P zastępuje koło dwumasowe sztywnym klasycznym kołem zamachowym skojarzonym z nowoczesnym sprzęgłem wyposażonym w tarczę zawierającą tłumki drgań skrętnych o dużym ugięciu kątowym – zbliżonym do tego w DKZ.

Rozwiązanie to, w zamian za drobną zmianę charakterystyki pracy sprzęgła, pozwala na płynne funkcjonowanie układu sprzęgło – koło zamachowe tak samo jak w przypadku DKZ. Jednocześnie jego odporność na uszkodzenia termiczne i mechaniczne pozwala uniknąć kosztownych napraw jakie związane są z eksploatacją kół dwumasowych. Z tego powodu ten rodzaj sprzęgła będzie odpowiedni dla osób, które mocno eksploatują swój samochód (TAXI, transport), które nie chcą się zastanawiać jak eksploatować pojazd aby zwiększyć żywotność DKZ. Dodatkowo jest to świetne rozwiązanie dla samochodów o znacznym stopniu wyeksploatowania oraz tych które pochodzą z rynku wtórnego. Warto zaznaczyć, że każdy taki zestaw został zaprojektowany pod konkretny model samochodu w profesjonalnych centrach badawczych, z uwzględnieniem jego charakterystyki, wrażliwości układu napędowego itp., dlatego też nie może być mowy o eksperymentowaniu czy zakazie stosowanie tego rozwiązania w powszechnym użyciu.

Powstało wiele nieobiektywnych opinii dyskredytujących tę alternatywną do DKZ technologię. W tym artykule postaramy się obiektywnie wykazać różnice pomiędzy DKZ i K4P, jako producent posiadający doświadczenie w konstrukcji obydwu rozwiązań, nie sugerując żadnego z tych rozwiązań, aby pozostawić użytkownikowi wolny wybór zgodnie z jego oczekiwaniami i charakterystyką pojazdu. Niemniej jednak nieco bardziej będziemy skupiali się na K4P, jako rozwiązaniu wywołującemu więcej pytań.

Jak już napisaliśmy, DKZ charakteryzuje się niewątpliwymi zaletami i doskonale spełnia swoje zadanie – przekazuje sprawnie i płynnie moment obrotowy do skrzyni biegów i dalej na koła oraz zwiększa komfort jazdy tłumiąc drgania skrętne wału korbowego uniemożliwiając ich przenoszenie na skrzynie biegów i karoserię pojazdu. Element ten w ograniczonym tylko zakresie uwzględnia różnorodność stylów jazdy jak i warunków, dodatkowo jego parametry są skonfigurowane dla potrzeb charakterystyki nowego, fabrycznego silnika i innych podzespołów pojazdu. dlatego też nierzadko spotykamy się z opinią o krótkiej żywotności DKZ. Jest to przede wszystkim spowodowane tym że DKZ to relatywnie delikatny mechanizm składający się z wielu części, które są poddane przeciążeniom termicznym, mechanicznym czy po prostu podlegają naturalnemu zużyciu.

W trosce o żywotność dwumasowych kół zamachowych świadczą ich producenci oficjalnie zalecają określony styl jazdy. Nie każdy jednak zamierza, lub jest w stanie dostosowywać swój styl jazdy tylko po to, aby zwiększyć przebieg DKZ. Z jednej strony wprowadza się szereg, często inteligentnych, systemów dostosowujących zachowanie samochodu do stylu jazdy, tymczasem dla sprzęgła to my mamy się dostosować. Wielu osobom to nie przeszkadza, lub nawet sprzyja, ale w wielu przypadkach przeszkadza i jest nieakceptowane.

Zasadnicza różnica, z konstrukcyjnego punktu widzenia, pomiędzy układem sprzęgła z DKZ i K4P jest związana z umiejscowieniem tłumików drgań skrętnych, dla DKZ jest to koło zamachowe, dla K4P jest to tarcza sprzęgła. Nie jest to jednak zwykły rodzaj tłumików, jak niestety często jest to przywoływane w wielu opiniach. Jest to specjalny tłumik, zaprojektowany z myślą o tym rozwiązaniu.

Przeniesienie tłumików z koła do tarczy sprzęgła powoduje określone zachowania układu przeniesienia napędu w zakresie powstającego rezonansu (rys. poniżej). Rezonans ten występuje w innych zakresach prędkości obrotowej dla DKZ i K4P. Każdy układ przeniesienia napędu charakteryzuje współczynnik zdolności przenoszenia momentu obrotowego T (Transmissibility) który jest stosunkiem poziomu wibracji skrzyni biegów i poziomem wibracji silnika. Jeśli ten współczynnik ma wartość powyżej 1, oznacza to podwyższony poziom głośności pracy skrzyni biegów.

Chodzi zatem o to, aby współczynnik ten był poniżej 1. Dla DKZ najwyższą wartość tego rezonansu udało się przenieść poza zakres obrotów użytecznych (poniżej obrotów biegu jałowego), lecz jego niższe wartości nadal są obecne również w zakresie użytecznym. Dla K4P rezonans występuje w zakresie użytecznym (ok. 2000 obr/min), jednak jego zakres jest mniejszy przez co układ napędowy pozostaje pod jego wpływem stosunkowo krótko i w zasadzie tylko podczas przyśpieszania (w momencie przejścia silnika przez ten wąski zakres obrotów), jako że zarówno prędkości ekonomiczne (poniżej 2000 obr/min) jak również przejazdowe i autostradowe (powyżej 2000 obr/min) są poza tym zakresem. Jak widać, taki rozkład sprzyja ekonomicznej lub dynamicznej jeździe. W przypadku DKZ ekonomiczna jazda z niskimi prędkościami obrotowymi silnika powoduje przyśpieszone zużycie koła, ponieważ układ pozostaje w sferze permanentnego rezonansu. Jazda na wyższych obrotach jest natomiast jak najbardziej bezproblemowa.

Kolejnym czynnikiem, w opinii wielu osób, znacząco odróżniającym DKZ od K4P jest stopień filtrowania wibracji generowanych przez silnik, a raczej wał korbowy. Charakterystyka pracy silnika korbowo-tłokowego powoduje, że wał korbowy, z racji swojej niedoskonałości i niewystarczającej sztywności, charakteryzuje się nierównomiernością pracy objawiającymi się charakterystycznymi drganiami skrętnymi (z ang. acyclism). Drgania te uzależnione są od ilości cylindrów (zmniejszanie liczby cylindrów we współczesnych jednostek napędowych oraz stosowanie ich nieparzystej liczby bardzo niekorzystnie wpływa na poziom drgań) co z kolei jest związane z ilością, częstotliwością i kolejnością suwów pracy silnika, stanu układu zasilania czy zapłonowego (czy wszystkie cylindry pracują tak samo) itp. To właśnie te drgania tłumią tłumiki drgań skrętnych. Ich zdolność do tłumienia jest bardzo zbliżona w obydwu przypadkach i nie ma reguły, w odpowiadających sobie referencjach, które rozwiązanie robi to lepiej.

Zjawisko to zostało pokazane na poniższym wykresie. Wynika z niego, że wskaźnik obrotów w samochodzie wskaże obroty około 950 obr/min, ale w rzeczywistości wał korbowy ulega chwilowym opóźnieniom i przyśpieszeniom w zakresie 850- 1100 obr/min kilkanaście razy na sekundę, co odczuwamy jako wibracje. Tłumiki na tym przykładzie redukują wibrację o blisko połowę.

Wiele mówi się o przyczynach szybkiego zużywania się koła dwumasowego, dla którego częstotliwość napraw  (rozpatrując cały zestaw: koło + sprzęgło), innymi słowy prawdopodobieństwo awarii, jest 60% większa niż w przypadku K4P. Można by stwierdzić jednak, że  bardzo wiele zależy od jednego czynnika, niskiej odporności termicznej DKZ. Nawet biorąc pod uwagę wspomnianą powyżej jazdę z niskimi prędkościami obrotowymi, które negatywnie wpływają na trwałość DKZ ze względu na drgania, drgania te są jedynie pośrednią przyczyną zużywania się DKZ. Drgania wymuszają stałą pracę tłumików, które, choć smarowane, poddawane są tarciu, a tarcie, jak wiadomo, to podwyższona temperatura pracy. Tłumiki DKZ pracują w prowadnicach, a ponieważ koło obraca się, są poddawane sile odśrodkowej, która wypycha je na zewnątrz, dociskając do prowadnicy i zwiększając tarcie. Wymuszenie wzmożonej pracy tłumików powoduje zatem wzrost temperatury i zmęczenie sprężyn, prowadzące do zmiany charakterystyki tłumienia i zużycia DKZ.

Jak już wspomnieliśmy, tłumiki te są smarowane, jednak zastosowany smar (jego skład został specjalnie przygotowany dla kół dwumasowych) ma punkt topnienia (z ang. dropping point) poniżej 300oC. W praktyce osiągnięcie takiej temperatury na kole dwumasowym nie stanowi problemu. Jeśli zsumujemy temperatury wytwarzane podczas tłumienia drgań oraz standardowego ruszania okaże się, że jesteśmy blisko tej granicy. Jeżeli dołożymy do tego wielokrotność załączania sprzęgła w krótkim czasie (np. próbując wyjechać z zaspy śnieżnej), temperatura ta zostanie na pewno przekroczona i to czasami nawet dwukrotnie. Zostało to pokazane na poniższym wykresie.

Powyższa sytuacja powoduje „przegrzanie” smaru, który znajduje się w bezpośrednim sąsiedztwie powierzchni ciernej DKZ, co w następstwie skutkuje utratą właściwości smarnych smaru. Gorsze smarowanie to większe tarcie, jeszcze wyższa temperatura i przyśpieszone zużycie DKZ. Często prowadzi to do całkowitego zniszczenia tłumików (popękanie) i de facto pozbawienia możliwości tłumienia drgań.

W przypadku sprzęgła K4P problem ten nie istnieje, ponieważ tłumiki są umieszczone w tarczy sprzęgła i dodatkowo izolowane przez okładzinę cierną tarczy. Okładzina absorbuje jedynie ok. 10% wytworzonego ciepła, reszta jest transferowana do koła zamachowego i docisku. Dodatkowo, same tłumiki są wykonane z prostych sprężyn, niewymagających prowadnic, więc niewymagających także smarowania. W praktyce, temperatura wytwarzana podczas pracy sprzęgła nie ma negatywnego wpływu na pracę tłumików.

Kolejnym elementem  podlegającym zużyciu jest łożysko DKZ (choć tu zużycie związane jest przede wszystkim z uszkodzeniami mechanicznymi i niską odpornością łożysk ślizgowych na działanie sił bocznych) które łączy masę pierwotną i wtórną DKZ oraz umożliwia ich obrót względem siebie.  Stosowane są dwa rodzaje łożysk, ślizgowe oraz kulkowe. Obydwa podlegają zużyciu tym szybszemu, na które zdecydowanie największy wpływ ma stopień wyeksploatowania piasty tarczy sprzęgłowej i zużycie wieloklinu wałka sprzęgłowego. Jest to kolejny element, który uzależnia żywotność DKZ od stylu i warunków jazdy. W rozwiązaniu K4P takie łożyska w ogóle nie występują.

Często poruszana jest również kwestia spalania, gdzie padają nieuzasadnione stwierdzenia, że DKZ pozwala osiągnąć niższe spalanie w porównaniu do K4P. Jest to nieprawda, spalanie zależne jest (w odniesieniu do sprzęgła) od bezwładności tego elementu, i dla obydwu rozwiązań ta bezwładność jest identyczna lub zbliżona. Wyniki spalania pojazdów wyposażonych w DKZ i K4P nie różnią się od siebie, więc ten wskaźnik nie może być argumentem w dyskusji porównującej te dwa układy sprzęgła.

Reasumując, Valeo produkując dwa rozwiązania dedykowane do nowoczesnych silników, chcąc pokryć zapotrzebowanie całego rynku związanego z DKZ. Oferując równolegle DKZ oraz K4P  dla niezależnego rynku części zamiennych, ale również na potrzeby OEM/OES daje swoim klientom wolny wybór. Należy zwrócić uwagę na fakt, że oferta zestawów K4P jest ograniczona do aplikacji w przypadku których taka oferta może być wprowadzona z korzyścią dla użytkownika pojazdu (co jest wynikiem wielu testów zarówno drogowych jak i laboratoryjnych). Ponieważ obydwa rozwiązania mają swoje wady i zalety, podejście takie pozwala dobrać sprzęgło bardziej odpowiadające naszym preferencjom.

Zapraszamy na szkolenie techniczne dotyczące zestawów konwersyjnych K4P

Podczas szkolenia dowiecie się Państwo dlaczego możliwa jest konwersja z układu sprzęgła wyposażonego w koło dwumasowe na zestaw sprzęgła z kołem stałym. Jakie benefity niesie ze sobą zastosowanie zestawu konwersyjnego, jakie są jego specyficzne cechy oraz co klient powinien wiedzieć decydując się na zakup takiego zestawu.

Rejestracja na darmowe szkolenie online + certyfikat

Zachęcamy do rejestracji i udziału w szkoleniu live.

Komentarze

Redakcja nie ponosi odpowiedzialności za treść komentarzy, które są wyłącznie prywatną opinią ich autorów. Jeśli uważasz, że któryś z kometarzy jest obraźliwy, zgłoś to pod adres redakcja@motofocus.pl.

Fordg, 21 września 2018, 0:01 1 -2

Ja pierdziu, bardziej sponsorowanego artykułu dawno nie widziałem

Odpowiedz

WWaa, 21 września 2018, 6:57 2 -2

A co widzisz w nim niezgodnego z prawdą?

Odpowiedz

Qkuryku, 22 września 2018, 17:32 2 -1

"Często poruszana jest również kwestia spalania, gdzie padają nieuzasadnione stwierdzenia, że DKZ pozwala osiągnąć niższe spalanie w porównaniu do DKZ."
I coś takiego wyszło z biura prasowego valeo? Ludzie czytacie ze zrozumieniem? Druga spraws moja Avensis T27. Wcześniej i oryginalnie montowane były dkz łącznie z tarczą sprzęgła z dodatkowymi tłumikami. Takie 2w1 tłumiące wibracje. Jeszcze w czasie gwarancji kierowcy skrarżyli się na stuki ze sprzęgła- wina: tłumiki drgań na tarczy. Cicha wymiana w ramach gwarancji i tetaz czy w aso czy zamiennikach została tylko sztywna tarcza. Dla mnie jeśli producent stosuje dkz to nie ma co poprawiać fabryki stosując tarcze z tłumikami zamiast dkz. No chyba że chodzi o samonakęcający się biznes napraw...

Odpowiedz