이중 질량(dual-mass) 플라이휠 - 원리, 설계, 시리즈

이중 질량 또는 이중 질량 플라이에 대한 속어로 이중 질량 플라이휠이라는 장치가 있습니다. 이 장치는 엔진에서 변속기로 그리고 더 나아가 차량의 바퀴로 토크를 전달할 수 있습니다. 이중 질량 플라이휠은 종종 제한된 수명으로 인해 대중의 관심을 끌었습니다. 지갑에는 수백에서 수천 유로가 포함되어 있기 때문에 교환은 힘들뿐만 아니라 재정적 비용도 필요합니다. 자동차 운전자들 사이에서는 한때 자동차에 문제가 없었을 때 이륜차가 무엇에 사용되는지에 대한 질문을 종종들을 수 있습니다.

약간의 이론과 역사

왕복 내연 기관은 상대적으로 복잡한 기계로 작동이 단계적으로 중단됩니다. 이러한 이유로 플라이휠은 압축 행정(비작동) 동안 수동 저항을 극복하기 위해 충분한 운동 에너지를 축적하는 작업인 크랭크축에 연결됩니다. 이것은 무엇보다도 엔진에 필요한 균일성을 달성합니다. 엔진에 더 많은 실린더가 있거나 더 큰(무거운) 플라이휠이 있을수록 엔진은 더 균형 있게 작동합니다. 그러나 플라이휠이 무거우면 엔진의 생존 가능성이 줄어들고 빠르게 회전할 준비가 되지 않습니다. 이 현상은 예를 들어 1,4 TDi 또는 1,2 HTP 엔진에서 관찰할 수 있습니다. 더 강력한 플라이휠을 사용하면 이 XNUMX기통 엔진이 더 느리게 작동하고 속도도 느려집니다. 이 동작의 단점은 예를 들어 기어 변속이 느리다는 것입니다. 실린더의 구성(인라인, 포크 또는 복서)은 플라이휠의 크기에 추가로 영향을 미칩니다. 대향 롤러 대향 롤러 엔진은 원칙적으로 예를 들어 인라인 XNUMX기통 엔진보다 훨씬 더 균형이 잡혀 있습니다. 따라서 유사한 인라인 XNUMX기통 엔진보다 플라이휠이 더 작습니다. 플라이휠의 크기는 연소 원리에도 영향을 미칩니다. 예를 들어 최신 디젤 엔진에는 거의 항상 플라이휠이 필요합니다. 휘발유 엔진에 비해 디젤 엔진은 일반적으로 압축비가 훨씬 높으며 그 이상에서는 회전하는 플라이휠의 운동 에너지인 훨씬 더 많은 일을 소비합니다.

회전하는 플라이휠과 관련된 운동 에너지 Ek는 다음 공식을 사용하여 계산됩니다.

EC = 1/2·제 ω2

(어디 J 회전축에 대한 물체의 관성 모멘트, ω 몸의 회전 각속도).

밸런스 샤프트는 고르지 않은 작동을 제거하는 데도 도움이 되지만 이를 추진하려면 어느 정도의 기계적 작업이 필요합니다. 불균일성 외에도 XNUMX개의 주기가 주기적으로 반복되면 비틀림 진동이 발생하여 구동 및 변속기에 악영향을 미칩니다. 내연 기관의 일반 관성 질량은 크랭크 메커니즘(밸런스 샤프트), 플라이휠 및 클러치 부품의 관성 질량으로 구성됩니다. 그러나 이것은 강력하고 특히 덜 원통형인 디젤 엔진의 경우 원치 않는 진동을 제거하기에 충분하지 않습니다. 결과적으로 변속기와 전체 구동 시스템은 특정 속도에서 과도한 공진이 발생하여 크랭크축과 변속기에 과도한 스트레스, 불쾌한 차체 진동 및 차량 내부의 윙윙거리는 소리를 초래할 수 있으므로 이러한 역효과로부터 보호되어야 합니다. 이는 기존 및 이중 질량 플라이휠이 있는 엔진 및 변속기의 진동 진폭을 보여주는 아래 다이어그램에서 명확하게 볼 수 있습니다. 엔진 출구에서의 크랭크축의 진동과 변속기 입구에서의 진동은 실질적으로 동일한 진폭과 주파수를 갖습니다. 특정 속도에서는 이러한 변동이 중첩되어 바람직하지 않은 위험과 징후가 나타납니다.

디젤 엔진은 가솔린 엔진보다 훨씬 더 강하기 때문에 부품(크랭크 메커니즘, 커넥팅 로드 등)이 더 무겁다는 것은 상식입니다. 이러한 엔진의 크기 조정 및 균형 조정은 정말 복잡한 문제이며, 그 솔루션은 일련의 적분 및 파생물로 구성됩니다. 간단히 말해서, 내연 기관은 토션 스프링 시스템을 함께 형성하는 고유한 무게와 강성을 가진 여러 구성 요소로 구성됩니다. 스프링으로 연결된 이러한 물질 본체 시스템은 작동 중에(부하 상태에서) 다른 주파수에서 진동하는 경향이 있습니다. 발진 주파수의 첫 번째 중요한 대역은 2-10Hz 범위에 있습니다. 이 주파수는 자연스러운 것으로 간주될 수 있으며 실제로 사람이 인식하지 못합니다. 두 번째 주파수 대역은 40-80Hz 범위에 있으며 이러한 진동을 진동으로, 소음을 포효로 인식합니다. 설계자의 임무는 이 공명(40-80Hz)을 제거하는 것인데, 이는 실제로 사람이 훨씬 덜 불쾌한 곳(약 10-15Hz)으로 이동하는 것을 의미합니다.

자동차에는 불쾌한 진동과 소음(무음 블록, 도르래, 소음 차단)을 제거하는 여러 메커니즘이 포함되어 있으며 핵심에는 고전적인 기존 디스크 마찰 클러치가 있습니다. 토크를 전달하는 것 외에도 그 임무는 비틀림 진동을 줄이는 것입니다. 여기에는 원하지 않는 진동이 발생할 경우 대부분의 에너지를 압축하고 흡수하는 스프링이 포함되어 있습니다. 대부분의 가솔린 ​​엔진의 경우 클러치 하나의 흡수 용량으로 충분합니다. Bosch VP 로터리 펌프가 장착된 전설적인 90 TDi가 기존 클러치와 클래식 단일 질량 플라이휠로 충분했던 1,9년대 중반까지 디젤 엔진에 유사한 규칙이 적용되었습니다.

그러나 시간이 지남에 따라 디젤 엔진은 점점 더 적은 양(실린더 수)으로 인해 점점 더 많은 전력을 제공하기 시작했고 작동 문화가 전면에 나타났으며 마지막으로 중요한 것은 "톱 플라이휠 " 또한 점점 더 엄격한 환경 기준을 개발했습니다. 일반적으로 비틀림 진동의 감쇠는 더 이상 고전적인 기술로 제공할 수 없으므로 1985질량 플라이휠이 필요하게 되었습니다. ZMS(Zweimassenschwungrad) 이중 질량 플라이휠을 도입한 최초의 회사는 LuK였습니다. XNUMX년 대량 생산이 시작되었으며 독일 BMW가 이 새로운 장치에 관심을 보인 최초의 자동차 제조업체였습니다. 이중 질량 플라이휠은 ZF-Sachs 유성 기어 트레인이 현재 가장 발전된 것으로 간주되면서 그 이후로 많은 개선을 거쳤습니다.

듀얼 매스 플라이휠 – 디자인 및 기능

듀얼 매스 플라이휠은 비틀림 진동을 감쇠하는 기능도 수행하여 원치 않는 진동과 소음을 크게 제거하는 기존 플라이휠과 같은 기능을 합니다. 이중 질량 플라이휠은 주요 부분인 플라이휠이 크랭크축에 유연하게 연결되어 있다는 점에서 클래식 플라이휠과 다릅니다. 따라서 임계 단계(압축 피크까지)에서 크랭크축의 약간의 감속을 허용한 다음 다시(팽창 중에) 약간의 가속을 허용합니다. 그러나 플라이휠 자체의 속도는 일정하게 유지되므로 기어박스 출력 속도도 진동 없이 일정하게 유지됩니다. 듀얼 매스 플라이휠은 운동 에너지를 크랭크축에 선형으로 전달하고 엔진 자체에 작용하는 반작용력이 더 매끄럽고 이러한 힘의 피크가 훨씬 낮아서 엔진도 진동하고 엔진의 나머지 부분을 덜 흔듭니다. 몸. 모터 측의 XNUMX차 관성과 기어박스 측의 XNUMX차 관성으로 분할되어 기어박스 회전부의 관성 모멘트가 증가합니다. 이렇게 하면 공진 범위가 공회전 속도보다 낮은 주파수(rpm) 범위로 이동하므로 엔진 작동 속도 범위를 벗어납니다. 이렇게 하면 엔진에서 발생하는 비틀림 진동이 변속기에서 분리되어 변속기 소음과 바디 로어가 더 이상 발생하지 않습니다. 기본 부품과 보조 부품이 비틀림 진동 댐퍼로 연결되어 있기 때문에 비틀림 서스펜션 없이 클러치 디스크를 사용할 수 있습니다.

이중 질량 플라이휠은 소위 충격 흡수 장치 역할도 합니다. 이는 기어 변속 중(엔진 속도가 휠 속도와 균형을 이루어야 할 때) 클러치 히트를 완화하고 더 부드러운 출발에도 도움이 된다는 것을 의미합니다. 그러나 이중 질량 플라이휠의 탄성 요소(스프링)는 지속적으로 타이어를 사용하므로 플라이휠이 크랭크축에 비해 더 넓고 쉽게 움직일 수 있습니다. 문제는 이미 피곤할 때 발생합니다. 완전히 빠져 나옵니다. 플라이휠 마모는 스프링을 늘리는 것 외에도 잠금 핀의 구멍을 밀어내는 것을 의미합니다. 따라서 플라이휠은 진동(진동)을 약화시키지 않을 뿐만 아니라 진동을 생성합니다. 플라이휠 회전의 극한 한계에서 정지가 나타나기 시작합니다. 클러치가 결합 또는 해제되는 모든 상황에서 또는 속도를 변경할 때 기어 변속, 시동 시 범프가 가장 자주 발생합니다. 마모는 또한 불안정한 시동, 과도한 진동 및 약 2000rpm의 소음 또는 유휴 상태에서의 과도한 진동으로 나타납니다. 일반적으로 듀얼 매스 플라이휠은 불규칙성이 XNUMX기통 엔진보다 훨씬 더 작은 원통형 엔진(예: XNUMX/XNUMX기통)에서 훨씬 더 큰 응력을 받습니다.

구조적으로 이중 질량 플라이휠은 XNUMX차 플라이휠, XNUMX차 플라이휠, 내부 댐퍼 및 외부 댐퍼로 구성됩니다.

이중 질량 플라이휠의 수명에 영향을 미치거나 연장하는 방법은 무엇입니까?

플라이휠 수명은 플라이휠이 설치된 엔진의 특성과 설계의 영향을 받습니다. 동일한 제조업체의 동일한 플라이휠이 일부 엔진에서 300km를 달리고 일부 엔진에서는 절반만 차지합니다. 원래 의도는 자동차 전체와 같은 연식(km)까지 생존할 수 있는 이중 질량 플라이휠을 개발하는 것이었습니다. 불행히도 실제로 플라이휠은 클러치 디스크보다 훨씬 더 일찍, 여러 번 교체해야 하는 경우가 많습니다. 엔진 및 이중 질량 플라이휠 자체의 설계 외에도 도체는 서비스 수명에 큰 영향을 미칩니다. 한 방향 또는 다른 방향으로 타격을 전달하는 모든 상황은 서비스 수명을 단축시킵니다.

듀얼 매스 플라이휠의 수명을 늘리기 위해 엔진 언더스티어(특히 1500rpm 이하)를 자주 구동하거나 클러치를 세게 밟는 것(가급적 변속 시 변속을 하지 않는 것), 엔진 다운시프트(즉, 브레이크 엔진). 적당한 속도로만). 80km / h의 속도에서 두 번째 기어가 아닌 세 번째 또는 네 번째 기어를 켜고 점차 더 낮은 기어로 변속하는 경우가 종종 있습니다. 일부 제조업체는(이 경우 VW의 경우) 차량이 완만한 둑에 정지된 차량과 함께 주차된 경우 핸드브레이크를 먼저 적용한 다음 기어(후진 또는 XNUMX단 기어)를 연결해야 한다고 권장합니다. 그렇지 않으면 차량이 약간 움직이고 듀얼 매스 플라이휠이 이른바 영구 결속 상태가 되어 장력(스프링 스트레칭)이 발생합니다. 따라서 언덕 속도를 사용하지 않는 것이 좋습니다. 그렇다면 핸드 브레이크로 차량을 제동 한 후에 만 ​​경미한 움직임과 후속 장기 부하를 유발하지 않도록하십시오. 즉, 이중 질량 플라이휠 . 클러치 디스크의 온도 상승은 듀얼 매스 플라이휠의 수명 단축과도 직접적인 관련이 있습니다. 특히 무거운 트레일러나 다른 차량을 견인하거나 오프로드를 주행할 때 클러치가 과열됩니다. 엔진이 고장난 경우에도 클러치가 자동으로 잠금 해제됩니다. 클러치 디스크의 복사열은 다양한 플라이휠 구성 요소의 과열(특히 윤활유 누출인 경우)로 이어져 서비스 수명에 부정적인 영향을 미칩니다.

수리 - 듀얼 매스 플라이휠 교체 및 기존 플라이휠 교체

과도하게 마모된 플라이휠을 수리하는 것과 같은 것은 없습니다. 수리에는 클러치 어셈블리(라멜라, 압축 스프링, 베어링)와 함께 플라이휠을 교체하는 작업이 포함됩니다. 전체 수리는 매우 힘들며(약 8-10시간) 기어박스, 때로는 엔진까지 분해해야 합니다. 물론 가장 저렴한 플라이휠이 약 400 유로, 가장 비싼 2000 유로 이상에 판매되는 금융을 잊지 말아야합니다. 아직 상태가 좋은 클러치 디스크를 교체하는 이유는 무엇입니까? 하지만 단순히 클러치 디스크를 정비할 때 시간 문제로 없어지는 경우가 있고, 클러치 디스크보다 몇 배는 더 비싼 이 시간 소모적인 과정을 반복해야 하기 때문입니다. 플라이휠을 교체할 때 더 많은 마일을 처리할 수 있는 더 정교한 버전이 있는지 확인하는 것이 좋습니다. 물론 차량 제조업체에서 지원하고 승인합니다.

매우 자주 XNUMX 질량 플라이휠을 토션 댐퍼가 있는 라멜라가 사용되는 클래식 플라이휠로 교체하는 방법에 대한 정보를 찾을 수 있습니다. 이전 기사에서 이미 언급했듯이 이중 질량 플라이휠은 편리한 기능 외에도 비틀림 진동 댐퍼의 기능을 수행하여 엔진(크랭크 샤프트) 또는 기어박스의 움직이는 부품 상태에 부정적인 영향을 미칩니다. 어느 정도 진동 감쇠는 스프링 플레이트 자체에 의해 제거될 수도 있지만 훨씬 더 강력하고 복잡한 이중 질량 플라이휠과 동일한 성능을 제공할 수 없습니다. 게다가 그것이 그렇게 간단했다면 비용 절감을 위해 끊임없이 노력하는 자동차 제조업체와 재정 소유주들이 오랫동안 실천했을 것입니다. 따라서 일반적으로 이중 질량 플라이휠을 단일 질량 플라이휠로 교체하는 것은 권장되지 않습니다.

마모된 플라이휠 교체를 과소평가하지 마십시오.

과도하게 마모된 플라이휠의 교체를 연기하지 않는 것이 좋습니다. 위의 증상 외에도 플라이휠의 일부가 풀림(분리)될 위험이 있습니다. 플라이휠 자체를 파괴하는 것 외에도 엔진이나 변속기도 치명적으로 손상될 수 있습니다. 과도한 플라이휠 마모는 엔진 속도 센서의 올바른 작동에도 영향을 미칩니다. 스프링 요소가 점차 마모됨에 따라 두 개의 플라이휠 부품이 제어 장치에 설정된 허용 오차를 벗어날 때까지 점점 더 편향됩니다. 때로는 이것이 오류 메시지로 이어지고 때로는 반대로 제어 장치가 잘못된 데이터를 기반으로 엔진을 조정하고 제어하려고 시도합니다. 이로 인해 성능이 저하되고 최악의 경우 시작 문제가 발생합니다. 이 문제는 크랭크축 센서가 이중 질량 플라이휠의 출력 측에서 움직임을 감지하는 구형 엔진에서 특히 일반적입니다. 제조업체는 센서 장착을 변경하여 이 문제를 제거했으므로 최신 엔진에서는 플라이휠 입구에서 크랭크축 속도를 감지합니다.