Na rynku części zamiennych można spotkać zamienniki dwumasowego koła zamachowego. Czy takie zamienniki można i warto stosować w nowoczesnych silnikach?

Zamienniki dwumasowego koła zamachowego są oferowane jako zestaw składający się ze standardowego koła jednomasowego i tradycyjnego zestawu sprzęgłowego – zawierającego elastyczną tarczę sprzęgłową z tłumikiem drgań skrętnych.

Zamienniki koła dwumasowego

Dlaczego producenci współczesnych pojazdów, dążący do zmniejszania kosztów ich produkcji, nie stosują tańszego rozwiązania, jakim jest doskonale znane, standardowe koło zamachowe z elastyczną tarczą sprzęgłową? Wymiana takiego elementu w pojazdach starszej generacji nie przysparzała przecież większych problemów, a samo koło zamachowe co najwyżej wymagało serwisowania w postaci przetoczenia. Odpowiedzi na powyższe pytania można znaleźć w materiale przygotowanym przez Grzegorza Fedorowicza – eksperta z przedstawicielstwa ZF Friedrichshafen AG w Polsce.

Dwumasowe koła zamachowe (DKZ) zostały wprowadzone do seryjnej produkcji pod koniec lat osiemdziesiątych zeszłego stulecia, a obecnie stosowane są w układach przeniesienia napędu w około 75% produkowanych pojazdów osobowych. Coraz częściej są też fabrycznie montowane w pojazdach użytkowych powyżej 7 ton ładowności (średnica DKZ do 430 mm).

Skąd bierze się tak szerokie wykorzystanie DKZ

Coraz bardziej powszechne wykorzystanie DKZ we współczesnych pojazdach nie jest podyktowane jedynie dążeniem do poprawy komfortu jazdy poprzez skuteczniejszą filtrację drgań w układzie przeniesienia napędu. Rozwiązanie to zostało w znacznym stopniu wymuszone przez następujące czynniki:

• rozwój nowych technologii stosowanych w układzie zasilania pojazdu (skutkujące zwiększeniem ciśnienia wtrysku, szczególnie w przypadku silników wysokoprężnych),
• zastąpienie odlewów żeliwnych lżejszymi materiałami (stopami aluminium oraz magnezu, zmniejszającymi masę pojazdu, ale też posiadającymi gorsze właściwości tłumienia drgań),
• dążenie do ograniczenia emisji spalin, co jest skutkiem coraz bardziej restrykcyjnych norm EURO, sukcesywnie wprowadzanych od początku lat dziewięćdziesiątych,
• rozwój przekładni zmian biegów z coraz większą liczbą przełożeń (koncern ZF już dzisiaj wytwarza manualne przekładnie 7-biegowe), które wymagają stawienia czoła wyzwaniom konstrukcyjnym związanym z drganiami rezonansowymi. Te ostatnie występują zwłaszcza w zakresie obrotów biegu jałowego oraz przy niskich prędkościach obrotowych, które sprzyjają ograniczaniu ilości spalanego paliwa.

Zastosowanie DKZ umożliwia przeniesienie drgań rezonansowych znacznie poniżej prędkości obrotowej biegu jałowego. Warto przypomnieć, że stosunek momentów bezwładności silnika i skrzyni biegów w starszych konstrukcjach (ze standardowym pojedynczym kołem zamachowym) sprawia, że generowane przez silnik drgania w zakresie prędkości obrotowej około 1300 obr./min. (tradycyjny układ ze sztywną tarczą sprzęgłową bez tłumika drgań skrętnych) są przenoszone na przekładnię zmiany biegów z bardzo słabym współczynnikiem ich tłumienia. Dochodzi wówczas do uderzeń kół zębatych, czemu towarzyszy charakterystyczny odgłos klekotania. Umieszczenie tłumików drgań skrętnych w tarczach sprzęgłowych (w ostatnich generacjach występujących w wersjach trzystopniowych), pozwoliło co prawda na przesunięcie występowania drgań rezonansowych w zakres mniejszych prędkości obrotowych, ale spełniało swoje zadanie jedynie w starszych układach przeniesienia napędu. W konstrukcjach tych nie dochodziło do tak znaczących obciążeń, a co za tym idzie do powstawania tak dużych drgań, jak w dzisiejszych, coraz lżejszych i jednocześnie znacznie mocniejszych (ilość mocy w przeliczeniu na pojemność) konstrukcjach.

Przykładowe porównanie: Mercedes 190 (W201) z 1992 roku z silnikiem D 2.0 przy 2700-3500 obr./min. miał 75 koni mocy oraz 126 Nm. Współczesne pojazdy dysponujące tą samą pojemnością silnika, np. BMW F30 320D osiąga moc 184 koni oraz przenosi 380 Nm już pomiędzy 1750 a 2750 obr./min.

Przeniesienie tłumika drgań skrętnych z tarczy sprzęgłowej do koła zamachowego oraz podzielenie tego ostatniego na dwie części (masy), przyczyniło się do powstania układów charakteryzujących się mniejszym współczynnikiem sztywności sprężyn, bardziej elastyczną pracą oraz kątami skrętu dochodzącymi do 60^o. Dodatkowo, zastosowanie specjalnych smarów umożliwia redukcję tarcia wewnętrznego oraz dodatkowe tłumienie hydrokinetyczne. Poprzez zmianę stosunków bezwładności oraz zastosowanie tłumika drgań umiejscowionego w kole zamachowym, zakres drgań rezonansowych zostaje przesunięty do niższych prędkości obrotowych od pracy silnika na biegu jałowym (blisko zakresu obrotów rozrusznika).

Współczesne pojazdy wyposażone w DKZ, nie tylko pracują z prędkościami rzędu 700-800 obr./min. na biegu jałowym, ale też umożliwiają jazdę z mniejszymi prędkościami obrotowymi na poszczególnych biegach, co przyczynia się do ograniczenia emisji spalin oraz zmniejsza zużycia paliwa nawet do 5%.

Projektowane obecnie manualne przekładnie zmiany biegów również powstają pod kątem zastosowania DKZ. Wiąże się to z:

• zastosowaniem w przekładniach rzadszych olejów syntetycznych,
• rozwojem nowoczesnych synchronizatorów, w których elementy cierne coraz częściej wykonane są przy użyciu włókien węglowych, zamiast molibdenu,
• stosowaniem stopów metali lekkich, które z jednej strony redukują masę pojazdu, a z drugiej są bardziej podatne na przenoszenie drgań na inne elementy układu przeniesienia napędu oraz karoserię.

Zestawy czteroelementowe – argumenty na nie

W tym miejscu powróćmy do kluczowego zagadnienia: czy jako zamiennika DKZ, można użyć zestawu popularnie zwanego czteroelementowym? Przypomnijmy, że w skład takiego zestawu wchodzi jednoelementowe koło zamachowe oraz konwencjonalny tłumik drgań skrętnych w tarczy sprzęgłowej. Odpowiedź na powyższe pytanie brzmi: oczywiście można, ale należy liczyć się z konsekwencjami. Praktyka warsztatowa wskazuje, że taka zamiana może w krótkim czasie doprowadzić do uszkodzenia elementów w układzie przeniesienia napędu, generując dodatkowo znaczne koszty naprawy. Zestawy z jednomasowym kołem zamachowym zdecydowanie odbiegają też charakterystyką tłumienia drgań od tej, którą zapewnia DKZ.

Każda jednostka napędowa oraz układ przeniesienia napędu jest zestrajany nie tylko mechanicznie, ale także za pomocą specjalistycznego oprogramowania. Wymiana fabrycznego zestawu z DKZ na zestaw czteroelementowy wymusza zmianę związaną z przeprogramowaniem jednostki sterującej silnikiem, a przede wszystkim konieczność podniesienia obrotów biegu jałowego. Zastosowanie jednoelementowego koła zamachowego skutkuje także szybszym zużyciem elementów w układzie przeniesienia napędu – m.in. krótszą żywotnością skrzyni biegów w skutek szybszego zużycia synchronizatorów oraz innych elementów. Znacząco wzrasta też poziom drgań przenoszonych na elementy zewnętrzne pojazdu, co przekłada się na gorszy komfort jazdy. Dalsze konsekwencje wynikające z takiej zamiany mogą mieć wpływ nawet na takie elementy, jak przeguby napędowe czy łożyskowanie silnika i skrzyni biegów.

Z perspektywy pracowników warsztatu trzeba liczyć się z ewentualnymi reklamacjami klientów wynikającymi z efektów ubocznych zastosowania zestawu czteroelementowego. Najczęstsze z nich to: niepokojące hałasy (dudnienie, terkot) podczas jazdy lub pracy silnika na obrotach biegu jałowego, jak również zwiększone wibracje. W skutek użycia konwencjonalnej tarczy sprzęgłowej, zwiększa się też siła potrzebna do wysprzęglania na pedale sprzęgła. Do tego dochodzą problemy z poprawną interpretacją pojawiających się hałasów, które często diagnozowane są jako efekt uszkodzonego łożyska.

Zdaniem ZF

W opinii specjalistów ZF, czteroelementowy zestaw sprzęgła ze sztywnym kołem zamachowym nie powinien być stosowany jako zamiennik w miejsce DKZ. W przypadku, gdyby jednak miał miejsce wybór takiego rozwiązania, należy dokładnie zadbać o dostosowanie innych elementów pojazdu do pracy w takiej konfiguracji układu przeniesienia napędu, co jest działaniem kosztownym i skomplikowanym. Ograniczenie się jedynie do mechanicznej wymiany koła dwumasowego na jednomasowe (co teoretycznie jest rozwiązaniem tańszym) w wielu przypadkach generuje w przyszłości dodatkowe koszty związane z wcześniejszą wymianą sprzęgła, a nawet remontem lub wymianą całej skrzyni biegów.