双质量（dual-mass）飞轮——原理、设计、系列

根据双质量或双质量飞轮的俚语，有一种设备称为双质量飞轮。 该装置允许将扭矩从发动机传递到变速器并进一步传递到车辆的车轮。 双质量飞轮由于其寿命通常有限而引起了公众的关注。 交换不仅费力，而且还需要财务成本，因为钱包里有几百到一千欧元。 在驾车者中，您经常会听到有关两轮车用于什么的问题，当汽车曾经没有问题时。

一些理论和历史

往复式内燃机是一种比较复杂的机器，其运转是阶段性中断的。 为此，飞轮连接到曲轴，其任务是积累足够的动能以克服压缩冲程（非工作）期间的被动阻力。 除其他外，这实现了发动机所需的均匀性。 发动机拥有的汽缸越多或飞轮越大（越重），发动机运行就越平衡。 然而，较重的飞轮会降低发动机的生存能力并降低其快速旋转的准备度。 例如，使用 1,4 TDi 或 1,2 HTP 发动机可以观察到这种现象。 有了更强大的飞轮，这些三缸发动机运转得更慢，速度也变慢。 这种行为的缺点是，例如，换档速度较慢。 飞轮的尺寸还受到气缸（直列式、前叉式或水平对置）的组成的影响。 对置滚子对置滚子发动机原则上比直列四缸发动机平衡得多。 因此，与同类直列四缸发动机相比，它的飞轮也更小。 飞轮的大小也会影响燃烧原理，例如，现代柴油发动机几乎都需要飞轮。 与汽油发动机相比，柴油发动机通常具有更高的压缩比，高于压缩比它们消耗更多的功——旋转飞轮的动能。

与旋转飞轮相关的动能 Ek 使用以下公式计算：

Ec = 1/2·ω2

（在哪里 J 是物体绕旋转轴的惯性矩， ω 是物体旋转的角速度）。

平衡轴也有助于消除不均匀的操作，但它们需要一定量的机械功来推动它们。 除了不均匀之外，四个周期的周期性重复还会导致扭转振动，从而对驱动和传动产生不利影响。 内燃机的正常惯性质量由曲柄机构（平衡轴）、飞轮和离合器部件的惯性质量组成。 然而，这不足以消除功率强劲且特别是圆柱度较小的柴油发动机的不需要的振动。 因此，必须保护变速箱和整个驱动系统免受这些不利影响，因为在某些速度下可能会发生过度共振，从而导致曲轴和变速箱承受过大的应力、令人不快的车身振动以及车辆内部的嗡嗡声。 这可以从下图中清楚地看出，该图显示了发动机和变速箱在传统和双质量飞轮的情况下的振动幅度。 发动机出口处的曲轴振动和变速器入口处的振动实际上具有相同的振幅和频率。 在某些速度下，这些波动会重叠，从而导致所指示的不良风险和表现。

众所周知，柴油机的动力明显强于汽油机，因此它们的零件也更重（曲柄机构、连杆等）。 确定和平衡这样的发动机是一个非常复杂的问题，其解决方案包括一系列积分和导数。 简而言之，内燃机由许多部件组成，每个部件都有自己的重量和刚度，它们共同构成一个扭力弹簧系统。 这种由弹簧连接的物质体系统在运行期间（在负载下）往往会以不同的频率振荡。 第一个重要的振荡频率带位于 2-10 Hz 的范围内。 这个频率可以被认为是自然的并且实际上不会被人感知。 第二个频段在 40-80 赫兹范围内，我们将这些振动视为振动，将噪音视为轰鸣声。 设计师的任务是消除这种共振（40-80 赫兹），这实际上意味着移动到一个人不那么不愉快的地方（大约 10-15 赫兹）。

该车包含多种消除令人不快的振动和噪音的机制（静音块、滑轮、隔音装置），其核心是一个经典的传统盘式摩擦离合器。 除了传递扭矩外，它的任务还包括抑制扭转振动。 它包含弹簧，在发生不需要的振动时，弹簧会压缩并吸收其大部分能量。 在大多数汽油发动机的情况下，一个离合器的吸收能力就足够了。 类似的规则适用于柴油发动机，直到 90 年代中期，当时带有博世 VP 旋转泵的传奇 1,9 TDi 配备传统离合器和经典的单质量飞轮就足够了。

然而，随着时间的推移，由于体积（气缸数）越来越少，柴油发动机开始提供越来越多的动力，他们的操作文化脱颖而出，最后但并非最不重要的是“锯飞轮”上的压力还制定了越来越严格的环保标准。 一般来说，扭转振动的阻尼不能再由传统技术提供，因此对双质量飞轮的需求成为必要。 第一家推出 ZMS (Zweimassenschwungrad) 双质量飞轮的公司是 LuK。 它的批量生产始于 1985 年，德国宝马是第一家对新设备表现出兴趣的汽车制造商。 从那时起，双质量飞轮经历了许多改进，ZF​​-Sachs 行星齿轮系目前被认为是最先进的。

双质量飞轮——设计和功能

双质量飞轮的实际功能与传统飞轮类似，它还具有阻尼扭转振动的功能，从而在很大程度上消除了不需要的振动和噪音。 双质量飞轮与经典飞轮的不同之处在于，它的主要部件——飞轮——灵活地连接到曲轴上。 因此，在关键阶段（直到压缩峰值），它允许曲轴减速，然后再次（在膨胀期间）加速。 然而，飞轮本身的速度保持恒定，因此变速箱输出端的速度也保持恒定且没有振动。 双质量飞轮将其动能线性传递给曲轴，作用在发动机本身上的反作用力更平滑，这些力的峰值要低得多，因此发动机的振动和发动机其余部分的晃动也更少。 身体。 电机侧的初级惯量和齿轮箱侧的次级惯量的划分增加了齿轮箱旋转部件的转动惯量。 这将共振范围移动到比怠速更低的频率 (rpm) 范围，因此超出了发动机的运行速度范围。 这样一来，发动机产生的扭转振动就与变速箱分离，不再出现变速箱噪音和车身轰鸣声。 由于初级部件和次级部件通过扭转减振器连接，因此可以使用没有扭转悬架的离合器盘。

双质量飞轮还用作所谓的减震器。 这意味着它有助于在换档期间抑制离合器撞击（当发动机转速需要与车轮转速平衡时），还有助于更平稳的启动。 但是，双质量飞轮中的弹性元件（弹簧）会不断磨损，并允许飞轮相对于曲轴移动得更宽、更容易。 当他们已经累了时，问题就出现了——他们被完全拉了出来。 除了拉伸弹簧外，飞轮磨损还意味着推出锁定销上的孔。 因此，飞轮不仅不会抑制振荡（振荡），反而会产生振荡。 在飞轮旋转的极限处停止开始出现，最常见的是换档、启动时的颠簸，只是在离合器接合或分离或变速时的所有情况下。 磨损还会表现为启动不平稳、在 2000 rpm 左右出现过度振动和噪音，或者在怠速时过度振动。 一般而言，双质量飞轮在气缸数较少的发动机（例如三缸/四缸）中承受的应力要比六缸发动机的不均匀性大得多。

在结构上，双质量飞轮由初级飞轮、次级飞轮、内阻尼器和外阻尼器组成。

如何影响/延长双质量飞轮的使用寿命？

飞轮的寿命受其设计以及安装它的发动机特性的影响。 来自同一制造商的同一飞轮在某些发动机上运行 300 公里，而在某些发动机上只需要一半。 最初的目的是开发双质量飞轮，其寿命（km）与整车相同。 不幸的是，在现实中，飞轮通常需要更早更换，在离合器盘之前多次更换。 除了发动机和双质量飞轮本身的设计，导体对其使用寿命也有很大影响。 导致向一个方向或另一个方向传递冲击的所有情况都会缩短其使用寿命。

为了延长Dual Mass Flywheel的寿命，不建议频繁驾驶发动机转向不足（尤其是1500rpm以下），用力踩下离合器（换档时最好不要换档），不要将发动机降档（即刹车）引擎）。 仅以合理的速度）。 经常发生的情况是，在 80 公里/小时的速度下，您打开的不是二档，而是三档或四档，然后逐渐换到较低的档位。 一些制造商（在本例中为 VW）建议，如果汽车停在平缓的坡度上且静止不动，则必须先拉手刹，然后挂入档位（倒档或 XNUMX 档）。 否则，车辆会轻微移动并且双质量飞轮会进入所谓的永久啮合，从而导致拉紧（弹簧拉伸）。 因此，建议不要使用山地速度，如果使用，只能在用手刹制动汽车后，以免造成轻微移动和随后的长期负载 - 关闭传动系统，即双质量飞轮. 离合器盘温度的升高也与双质量飞轮寿命的缩短直接相关。 离合器会过热，尤其是在牵引重型拖车或其他车辆、越野行驶等时。即使发动机损坏，离合器也会自行解锁。 需要注意的是，离合器片的辐射热会导致各种飞轮部件过热（特别是在润滑油泄漏的情况下），从而进一步影响使用寿命。

维修 - 更换双质量飞轮和更换传统飞轮

没有修理过度磨损的飞轮这样的事情。 维修包括更换飞轮和离合器总成（薄片、压缩弹簧、轴承）。 整个维修过程相当费力（大约8-10小时），需要拆卸变速箱，有时甚至需要拆卸发动机。 当然，我们不能忘记金融，最便宜的飞轮售价约为 400 欧元，最贵的 - 超过 2000 欧元。 为什么要更换状况良好的离合器片？ 但仅仅是因为在维修离合器片时，它会消失只是时间问题，而且必须重复这个耗时的过程，其成本是离合器片的数倍。 更换飞轮时，最好看看是否有更复杂的版本可以处理更多里程——当然，这是由汽车制造商支持和批准的。

您经常可以找到有关用经典飞轮替换双质量飞轮的信息，其中使用带扭转阻尼器的薄片。 正如在之前的文章中已经提到的，双质量飞轮除了方便的功能外，还具有扭转减振器的功能，这会对发动机（曲轴）或变速箱的运动部件的状况产生负面影响。 在一定程度上，弹簧板本身也可以消除振动阻尼，但它无法提供与更强大和复杂的双质量飞轮相同的性能。 另外，如果真的这么简单，那么汽车制造商及其财务所有者早就在实践了，他们一直在努力削减成本。 因此，一般不建议用单质量飞轮代替双质量飞轮。

不要低估更换磨损的飞轮

强烈不建议推迟更换过度磨损的飞轮。 除上述表现外，飞轮的任何部分都存在松动（分离）的风险。 除了损坏飞轮本身，发动机或变速箱也可能受到致命的损坏。 飞轮过度磨损也会影响发动机转速传感器的正常工作。 随着弹簧元件逐渐磨损，两个飞轮部件越来越偏转，直至超出控制单元中设置的公差。 有时这会导致错误消息，有时相反，控制单元会尝试根据错误数据调整和控制发动机。 这会导致性能不佳，在最坏的情况下还会导致启动问题。 这个问题在老式发动机中尤其常见，其中曲轴传感器检测双质量飞轮输出侧的运动。 制造商通过改变传感器安装消除了这个问题，因此在较新的发动机中，它检测飞轮入口处的曲轴速度。