Jak działa koło dwumasowe?

Kilkadziesiąt lat temu niemal wszystkie samochody wyposażone były w sztywne koła zamachowe. Stale rozwijana myśl technologiczna zmusiła jednak konstruktorów samochodów do wynalezienia i zastosowania innowacji w postaci kół zamachowych dwumasowych. Głównym powodem wdrożenia takiej technologii była konieczność tłumienia wibracji i drgań generowanych przez jednostki napędowe, których moment obrotowy stale rósł. W przełożeniu na uproszczony język – silniki stawały się coraz mocniejsze, a konstrukcje układów napędowych ze sztywnym kołem zamachowym niezdolne były przenieść chwilowe obciążenia, jakie generowały – rolę tłumików drgań pełniły sprężyny, w które wyposażone były tarcze sprzęgłowe. Koło zamachowe dwumasowe rozwiązuje te problemy we współczesnych, mocnych jednostkach napędowych, w jakie wyposażone są nowoczesne samochody. Niemal każdy wyprodukowany w ciągu ostatnich kilkunastu lat silnik diesla jest wyposażony w zamachowe koło dwumasowe. To samo dotyczy współcześnie także znaczącej części aut z silnikami benzynowymi.

Główna przesłanką do powstania kół dwumasowych była rosnąca moc silników. Dotychczas, tłumiki drgań skrętnych umieszczone były wyłącznie w tarczy sprzęgła. Ten element spełniał podwójną rolę. Oprócz podstawowej, czyli przenoszenia momentu obrotowego z silnika na skrzynię biegów - nie mniej ważny, jakim jest tłumienie drgań. Zdolności tarczy sprzęgła do spełniania tych dwóch zadań były ograniczone. W pewnym momencie, inżynierowie dotarli do pewnej granicy - tradycyjne tarcze nie były w stanie przenieść więcej mocy. Tłumienie drgań skrętnych też przestało być wystarczające. Turbodoładowane silniki, które upowszechniły się od początku XXI wieku, mają pewną cechę, która wpływa negatywnie na wytrzymałość układu napędowego. Moc rozwijana jest bardzo gwałtownie. Coś, co jest bardzo przyjemne dla kierowców, ponieważ auto sprawia wrażenie bardzo dynamicznego, stawia duże wyzwania przed inżynierami. W celu ograniczenia wpływu tego "strzału" momentu obrotowego na układ napędowy, opracowano koła dwumasowe. Innowacja opracowana przez firmę Schaeffler (właściciel marki LuK) ma przede wszystkim dwie podstawowe zalety. Pierwsza to fakt, iż tłumiki drgań są znacznie bardziej rozbudowane niż w przypadku tarczy sprzęgła. Koło dwumasowe to po prostu większy element, który może zmieścić w swojej konstrukcji znacznie większe sprężyny. W konsekwencji - drgania są znacznie skuteczniej tłumione. Dwie masy, które mogą poruszać się względem siebie, oddzielają też w pewnym sensie silnik od skrzyni biegów. Dzięki temu, na nadwozie samochodu przenoszone są znacznie mniejsze drgania, a co ważniejsze, chroniona jest skrzynia biegów, półosie, przeguby i inne elementy przeniesienia napędu.

Tarcza sprzęgła, którą "pozbawiono" tłumików drgań jest zdolna przenosić znacznie większy moment obrotowy. Tarcza bez sprężynek, zwana "sztywną" jest bardzo lekkim i prostym w budowie elementem. Taka tarcza współpracować może wyłącznie z kołem dwumasowym, ale jej zdolność do przenoszenia momentu obrotowego jest prawie nieograniczona.

Należy pamiętać, że w niektórych autach zastosowano również rozwiązanie, gdzie tłumiki drgań skrętnych są zdublowane. Występują zarówno w kole dwumasowym, jak i w tarczy sprzęgła. Najczęściej takie rozwiązanie można znaleźć w mocnych autach. Czasem jednak są inne przesłanki ku zastosowaniu tego typu rozwiązania.

Mimo, iż wizualnie koło dwumasowe niewiele różni się od zwykłego koła zamachowego, to jego wewnętrzna konstrukcja jest dość skomplikowana.

Składa się ono z dwóch mas – pierwotnej oraz wtórnej. Strona pierwotna  przytwierdzona jest do wału korbowego i najczęściej posiada zębaty wieniec, który współpracuje z rozrusznikiem. Zaś masa wtórna jest połączona z pierwotną i ułożyskowana za pomocą łożysk osiowych i promieniowych. W środku, pomiędzy dwoma masami pracuje tłumik drgań skrętnych łączący obie masy koła. Jest to układ tłumiący, który za pośrednictwem bardzo wydajnych sprężyn i talerzy sprężynujących niweluje wszelkie wibracje, które generuje układ napędowy. Obie masy koła dwumasowego podczas pracy silnika mogą obrócić się względem siebie nawet do 80°. Obecnie na rynku coraz częściej pojawiają się koła dwumasowe, które do tłumienia drgań z silnika wykorzystują inny typ tłumików. Tradycyjne sprężyny łukowe są tam zastąpione wytrzymałymi elementami z tworzyw sztucznych. Ich zdolność tłumienia drgań jest podobna, co sprężyn, a wytrzymałość często wyższa niż klasycznego rozwiązania.

Dwumasowe kolo zamachowe wpływa pozytywnie na płynność pracy silnika, sprawia, że gwałtowny wzrost momentu obrotowego współczesnych jednostek napędowych nie powoduje  skutków ubocznych odczuwalnych przez pasażerów samochodu. Ponadto, dwumasa niweluje drgania generowane przez układ napędowy podczas pracy w niskim zakresie obrotów silnika. Redukcji ulegają szarpnięcia w momencie, gdy sprzęgło się załącza. Rola koła dwumasowego jest więc niepodważalna, bowiem pozwala znacznie wydłużyć żywotność skrzyni biegów oraz jej pojedynczych elementów, w tym synchronizatorów biegów i łożysk. Po zastosowaniu koła dwumasowego mniej obciążony jest również wał korbowy oraz wszystkie elementy przeniesienia napędu za skrzynią biegów.  Zastosowanie koła dwumasowego często poprawia reakcję silnika na gaz. Obecnie coraz popularniejsze na rynku są samochody z małymi silnikami i dużą mocą. Wynika to z przepisów proekologicznych, które dopuszczają do ruchu wyłącznie samochody emitujące niedużo szkodliwych substancji do środowiska. Jest to nieco dyskusyjne - często podawane w wątpliwość są cykle badawcze stosowane do oceny szkodliwości. Dobrym przykładem, jak mało mają wspólnego z rzeczywistością była słynna afera Volkswagena. Nie zmienia to faktu, że silniki przy tej samej lub większej mocy, co wcześniej, mają znacznie mniejszą pojemność. To wpływa negatywnie na ich kulturę pracy. Coraz częściej są to silniki 3 - cylindrowe, a jednostki więcej niż 4 - cylindrowe zdarzają się niezwykle rzadko. Podczas pracy, takie silniki wytwarzają olbrzymie drgania. Klienci nie godzą się na takie zachowanie samochodu. Aby złagodzić efekty pracy silnika o małej liczbie cylindrów, konieczne jest zastosowanie koła zamachowego dwumasowego. Taki silnik z kołem sztywnym trząsłby mocno całym nadwoziem.

Zasada działania koła dwumasowego opiera się na dwóch fazach. Pierwsza faza dotyczy działania miękkich sprężyn w tłumiku drgań – gwarantuje płynną pracę podczas uruchamiania i gaszenia silnika. Druga faza dotyczy twardych sprężyn i zapewnia skuteczne niwelowanie drgań skrętnych generowanych podczas jazdy w różnych zakresach obrotów.

Koło dwumasowe pozwala na oszczędność paliwa, gdyż w niskim zakresie obrotów pracy silnika zapewnia prawidłowe działanie układu napędowego. Siła, jaką należy wykonać, aby zmienić biegjest mniejsza, co przyczynia się do sprawnej zmiany przełożeń. Komfort jazdy podnosi się dzięki zastosowaniu koła dwumasowego, gdyż zapewnia ono bardzo dobre tłumienie drgań przy gwałtownych zmianach obciążenia układu napędowego ze względu na nagły skok momentu obrotowego. Przyczynia się również do tłumienia hałasu jednostki napędowej. Koło dwumasowe można zastosować w dwóch typach sprzęgła – ciągnionym (pull), jak i pchanym (push).

Uzupełnieniem opisu działania koła dwumasowego jest animacja, którą możemy obejrzeć poniżej:

Niestety, z racji swojej skomplikowanej budowy, koło dwumasowe jest elementem, który ulega częstym awariom. Głównie spowodowane jest to  jego nieprawidłowym użytkowaniem oraz  stylem jazdy, który naraża dwumasowe koło zamachowe na mocne obciążenia i prowadzi do znacznego skrócenia jego żywotności. Na koło dwumasowe działają bardzo duże siły, przez co element ten ma ograniczoną trwałość.

Jak używać samochodu z kołem dwumasowym, by wydłużyć jego żywotność?

Opinia wielu kierowców jest jednoznaczna - koło dwumasowe to samo zło. Czy jednak to rzeczywiście prawda? Należy pamiętać, że koło dwumasowe oraz sprzęgło są elementami eksploatacyjnymi - podobnie jak opony czy klocki hamulcowe. A więc żaden producent nie przewiduje dożywotniej eksploatacji tych części w samochodach. Okazuje się, że prawidłowo użytkowane koło dwumasowe może posłużyć nawet przez kilkaset tysięcy kilometrów. Szybkość zużycia koła dwumasowego jest różna dla różnych modeli samochodu. W niektórych koło dwumasowe wytrzymuje maksymalnie 150 000 kilometrów, a w niektórych zdarzają się przypadki, gdy na fabrycznym kole dwumasowym uda się przejechać nawet 400 000 kilometrów. W większości przypadków element ten jest naprawdę trwały. Warto tylko przestrzegać kilku zasad:

1. Właściwie używaj sprzęgła. Po prostu obchodź się z nim delikatnie. Popuszczaj pedał sprzęgła - zarówno przy ruszaniu jak i przy zmianie biegów płynnie. Nie przedłużaj niepotrzebnie jazdy na półsprzęgle. Gwałtowne naciskanie sprzęgła, czy nawet "strzały ze sprzęgła" również nie będą sprzyjać żywotności koła dwumasowego ani żadnego innego elementu auta.
2. Zapalaj i gaś silnik z wciśniętym sprzęgłem. Podczas gaszenia i zapalania silnika na koło dwumasowe działają największe siły, przy niskich obrotach. Wciskając sprzęgło, rozłączamy dwumasę od skrzyni biegów. Dzięki temu, możemy zdecydowanie wydłużyć żywotność koła dwumasowego.
3. Ruszaj delikatnie - ale płynnie. Ostre ruszanie spod świateł nie przysłuży się żywotności żadnej części samochodu. Bardzo dynamiczna jazda, powoduje szybsze zużycie tarczy sprzęgła, koła dwumasowego, skrzyni biegów i pozostałych elementów układu. Dodatkowo dużo szybciej zużywają się opony, no i spala się więcej paliwa. Jest to nie tylko dotkliwe dla portfela ale również otaczającej nas przyrody. Należy pamiętać również o tym, że płynna i rozsądna jazda jest bezpieczniejsza.
4. Unikaj jazdy na zbyt niskich obrotach. W większości samochodów osobowych z kołem dwumasowym zalecana jest jazda na obrotach silnika ponad 1500 RPM. Dzięki temu unikniemy przedwczesnego uszkodzenia koła dwumasowego. A zatem przesadny eko-driving wcale nie musi być taki eko.
5. Unikaj jazdy na zbyt wysokich obrotach oraz wkręcania silnika na obroty bez załączonego biegu. Takie zachowanie może wyjątkowo zwiększyć szanse na uszkodzenie koła dwumasowego. Wysokie obroty generują silne drgania które są szkodliwe dla tego elementu.
6. Nie przesadzaj z hamowaniem silnikiem. Hamowanie silnikiem może doprowadzić do przedwczesnego uszkodzenia sprzęgła, skrzyni biegów i koła dwumasowego. Dlatego warto używać tej metody zmniejszania prędkości z rozsądkiem. Nie doprowadzaj do spadania obrotów poniżej 1500 RPM.
7. Niezwłocznie diagnozuj wszelkie objawy usterek silnika i układu napędowego. Niektóre objawy - tj. wypadanie zapłonów mogą zostać źle zinterpretowane jako uszkodzone koło dwumasowe. Dlatego warto przeprowadzić kompleksową diagnostykę. Dodatkowo dłuższa jazda z nierówno pracującym silnikiem także może przyczynić się do wcześniejszego uszkodzenia dwumasowego koła zamachowego. Silnik, który nie pracuje idealnie równo wytwarza drgania, z którymi musi "radzić sobie" koło dwumasowe.

Doświadczenie wielu kierowców potwierdza, że stosowanie tych kilku zasad potrafi wydłużyć bezawaryjną eksploatację nie tylko koła dwumasowego ale też całego samochodu. Wymiana koła dwumasowego - szczególnie gdy nie jest spodziewana, może rzeczywiście nieprzyjemnie zaskoczyć i obciążyć nasz portfel. Jeśli Twoje auto jest uszkodzone i zdiagnozowano uszkodzone koło dwumasowe, możesz jednak skorzystać z kilku tańszych opcji. Nie polecamy regeneracji kół dwumasowych. Biorąc pod uwagę koszt samej wymiany który zawsze wiąże się z demontażem skrzyni biegów, nie warto ryzykować niepewnej jakości regeneracji. Na rynku dostępnych jest wiele producentów oferujących zamienne koła dwumasowe (i inne części sprzęgła) właściwie do wszystkich samochodów. Inną opcją na naprawę auta, gdzie uszkodzona dwumasa, jest zamiana koła na sztywne koło zamachowe. Nie w każdym aucie da się przeprowadzić taką operację, jednak zestawów modyfikacyjnych pojawia się na rynku coraz więcej. [LINK DO ARTYKUŁU O ZAMIANIE NA KOŁO SZTYWNE]

Wpływ chiptuningu na koło dwumasowe

Na koło dwumasowe we współczesnym aucie działają ogromne siły. Przenosi moment obrotowy rzędu kilkuset niutonometrów. Badania wykazały, że w aucie którego silnik wytwarza 300Nm, chwilowo na dwumas może działać nawet 600Nm. Dzieje się tak np. podczas gwałtownego ruszania z miejsca. Układ napędowy jest w stanie poradzić sobie z takimi przeciążeniami. Jednak jest tak tylko, gdy auto posiada seryjną moc silnika. Wraz z upowszechnieniem się mocnych silników turbo, popularne zaczęły być ich modyfikacje, również w turbodieslach. Na rynku pojawiło się bardzo wielu tunerów, którzy obiecywali wykorzystanie "pełnego potencjału auta", znaczne podniesienie mocy, często przy spadku spalania za bardzo niską cenę. Często takie działania określane są jako "poprawianie po fabryce". Auta po chiptuningu faktycznie są znacznie bardziej dynamiczne, jednak jest to tylko jedna strona medalu. To, co tunerzy określają jako "niewykorzystane rezerwy silnika", zostało zaprojektowane przez producentów nie bez powodu. Okazuje się, że auta ze zwiększoną mocą zużywają się znacznie szybciej. Podzespołem, który jako pierwszy odczuwa wzmożoną eksploatację jest często układ napędowy.

Rozważmy przypadek chiptuningu silnika 1.9 TDI o mocy 130km występującego w wielu autach koncernu Volkswagen. Tunerzy gwarantują w tym przypadek podniesienie mocy do ok. 190km i 480 Nm bez większych nakładów, jedynie modyfikując sterownik silnika. Seryjnie, ten silnik generuje 285 Nm. O ile wzrost 60 koni mechanicznych nie wydaje się znaczący, to przyrost 200 Nm jest czymś, z czym seryjnie sprzęgło sobie nie poradzi. Koło dwumasowe musi radzić sobie z niemal dwukrotnie większymi obciążeniami niż te, do których zostało zaprojektowane. Przy 480Nm generowanych przez silnik, na dwmasie mamy nawet ponad 900 Nm. Nic dziwnego, że już po kilku tysiącach kilometrów jazdy ze zwiększoną mocą, wymiany będzie wymagać koło zamachowe. Jest też duże prawdopodobieństwo, że zacznie ślizgać się sprzęgło. Krótko mówiąc - kierowcę czekają duże wydatki, o czym najczęściej nie wspominają tunerzy.

Co więcej, użytkownik takiego auta staje przed bardzo dużym problemem. O ile sprzęgło można wzmocnić do większej mocy, to na rynku nie występują żadne wzmacniane koła dwumasowe. Można kupić seryjne koło i liczyć się z tym, że wytrzyma ono ekstremalnie mały przebieg i nie ma na nie żadnej gwarancji. Wszystkie części układu napędowego dostępne w sklepach, czy hurtowniach są projektowane wyłącznie do seryjnej mocy danego silnika. Zwiększona moc odciska tak duże piętno na częściach, że w toku reklamacji producent bez problemu to wychwytuje i z miejsca odrzuca wszelkie roszczenia.

Chiptuning często zlecają kierowcy rodzinnych aut z silnikami diesla, kuszeni wizją tego, że auto będzie jeździć dużo lepiej niewielkim kosztem. Gdy pojawia się problem zbyt słabego sprzęgła i koła dwumasowego, nie ma dobrego rozwiązania. Do tego typu aut, nikt nie produkuje sportowych sprzęgieł dostosowanych do wyższej mocy. Seryjny dwumas może "umrzeć" po kilku tysiącach kilometrów.

Planując tuning swojego samochodu, należy zawsze dokładnie przeanalizować całą sytuację. Kierowca musi liczyć się z tym, że wiele elementów trzeba będzie wymienić na nowe, mocniejsze. Trzeba również sprawdzić, czy do danego samochodu takie części są w ogóle dostępne.

Podnoszenie parametrów auta nigdy nie jest tanie, bezproblemowe i zawsze niesie ze sobą ryzyko. Nie ma możliwości "poprawienia fabryki" minimalnym kosztem, a jeśli decydujemy się na takie działanie, jest duża szansa, że w przyszłości koszty naprawy auta będą kolosalne.

Najczęściej kupowane sprzęgła z kołem dwumasowym

Obserwując rynek sprzęgieł i kół dwumasowych w Polsce, można dojść do wniosku, że najczęściej sprzedają się elementy do samochodów bardzo popularnych na drogach. Da się jednak też zauważyć inne ciekawe prawidłowości.

Pod względem sprzedaży, przodują auta koncernu VW. Audi, Skody czy Seaty to niesamowicie popularny widok na naszych drogach, a koła dwumasowe i sprzęgła w tych autach nie wykazują się zbyt dużą wytrzymałością. Może to wynikać zarówno ze sposobu użytkowania tych aut, jak i dość dużych mocy osiąganych przez silniki. Po drugiej stronie jest BMW. Mimo, że również tych aut jest mnóstwo na polskich drogach, części do nich sprzedają się rzadziej. Znane są przypadki, gdy koło dwumasowe w BMW wytrzymuje nawet 400 000 km od nowości, chociaż najczęściej w autach użytkowanych na długich trasach.

Obecnie w sprzedaży sprzęgieł z kołami dwumasowymi dominują auta z silnikami turbodiesla. Rośnie sprzedaż zestawów do benzyn i przewidywana jest bardzo duża dynamika w tym segmencie. Obecnie niemal każdy nowy samochód z mocnym silnikiem benzynowym ma koło dwumasowe. Są marki, jak BMW, czy Mercedes, które od wielu lat wszystkie auta wypuszczają z dwumasami. Niektórzy producenci odchodzą zupełnie od diesli na rzecz benzyn z turbodoładowaniem, które niemal wszystkie współpracują z kołami dwumasowymi.

Jeszcze innym segmentem sprzedaży są koła dwumasowe do skrzyń automatycznych. Nowoczesne konstrukcje dwusprzęgłowe wymagają zastosowania dwumasy. Ich wytrzymałość jest w tego typu autach dość niska, więc i takie elementy często się sprzedają. Podobnie w skrzyniach zautomatyzowanych - zestawy sprzęgła i koła zamachowego to dość często poszukiwane części zamienne.

Polecane dla Ciebie – zobacz koniecznie:

Regeneracja koła dwumasowego - Czy warto regenerować dwumasę?

Wymiana koła dwumasowego - Kiedy wymienić dwumasę?

Działanie sprzęgła samochodowego - Schemat sprzęgła

Regulacja sprzęgła, jak prawidłowo wyregulować sprzęgło?

Zużywanie się sprzęgła, Jak zapobiegać zużywaniu się sprzęgła?

Budowa sprzęgła samochodowego - Projekt budowy sprzęgła

Z kategorii – zobacz również:

Czy regeneracja koła dwumasowego się opłaca?

Wymiana koła dwumasowego – cennik warsztatów - tabela

Sprzęgło dwumasowe – opinie o wymianie, regeneracji i cenach

Skrzynia biegów CVT - budowa i działanie skrzyni CVT

Naprawa koła dwumasowego, Objawy zużycia koła dwumasowego

Objawy Zużycia Koła Dwumasowego: hałas, szarpanie, stukanie, nierówna praca silnika