Răzbunare

volan

Dintre toate piesele care pot fi înlocuite sau modificate, așa cum este permis de regulile tehnice, atunci când reglați un motor de mașină rutieră într-o unitate de curse, volanta este printre primele pe care este activată atenția.

Pentru a înțelege mai bine motivul, să reamintim pe scurt funcțiile principale ale acestui dispozitiv foarte simplu.
Volanta obține excesul de lucru al ciclului motor față de munca pierdută, sub formă de energie cinetică, de minimizând fluctuația de viteză unghiulară.

Acest lucru este esențial într-un motor cu ardere internă în care neregularitatea mișcării este efectul fizic al principiului de funcționare al motorului în sine.
Desigur, fluctuația turației unghiulare poate fi redusă prin proiectarea motorului cu un număr mai mare de cilindri pentru aceeași dimensiune, astfel încât momentul motorului să poată fi distribuit peste ele și să fie mai aproape de o formă de undă sinusoidală, cu o valoare medie mai mare.
Cele două imagini de mai jos arată momentul motorului unui motor bifam vs. un motor cu șase cilindri.

Numărul de cilindri este dictat în principal de cerințele legate de greutate, dimensiuni, costuri, necesitatea instalării aceluiași sistem de propulsie pe diferite tipuri de mașini.

În ultimii ani, toți producătorii de autoturisme au mers spre o „reducere” a motoarelor că, ignorând toate implicațiile economice ale proiectării și costurilor de producție ale motoarelor cu mai mulți cilindri și motoarelor de peste doi litri, au oferit posibilitatea de a reduce dimensiunea și greutatea mașinilor cu avantaje din punct de vedere al consumului și emisiilor, în special de CO2 pentru motoarele pe benzină.

Din păcate, reducerea deplasării și numărul mai mic de cilindri fără a sacrifica performanța a dus la motoare mai severe în ceea ce privește stresul și vibrațiile.
Acest lucru i-a obligat pe proiectanții de motoare să utilizeze dispozitive care ar putea garanta cerințele din ce în ce mai mari de confort de funcționare și zgomot cu motoare care, pentru propriile caracteristici, înrăutățesc aceste aspecte.

Printre ei volanta cu masa dubla poate fi menționat. Funcția sa principală este de a filtra vibrațiile de torsiune provenite de la arborele cotit care sunt transmise la transmisie, de la cutia de viteze, la diferențial, până la arbori de transmisie și roți.
Acest dispozitiv, utilizat acum în mod obișnuit pe aproape toate motoarele diesel și majoritatea motoarelor pe benzină pentru autoturisme, își îndeplinește funcția în detrimentul dimensiunilor axiale și în special al greutății, mult mai mari decât cele ale unei volante cu o singură masă care nu sunt consistente cu greutatea, dimensiunile totale și cuplurile motorului unei aplicații de curse.

Desigur, producătorii de mașini, atunci când proiectează arborele cotit și volanta, efectuează o analiză și un studiu detaliat înainte de a îngheța caracteristicile atât ale accesoriilor, cât și ale dispozitivelor conectate la acestea.

Acum să revenim la subiectul nostru.

Când transformați un motor de serie în motor de curse, unul dintre primii pași este reducerea masei volantului.
Acest lucru permite motorului să fie mai receptiv la intrarea clapetei de accelerație și să accelereze mai repede.
Aceasta vine din ecuația de mai jos, care descrie accelerația motorului în funcție de momentele motorului și de momentul rezistent

Mmot - Mres = I x Aang


Este ușor de subliniat modul în care accelerarea motorului depinde de momentul de inerție al volantului: cu cât volanta este mai mică, cu atât accelerația este mai mare.

Prin reducerea momentului de inerție al volantei, fluctuația de viteză va crește, în special la rpm reduse, dar aceasta nu este o preocupare pentru un motor de curse care nu este obligat să îndeplinească caracteristici speciale în ceea ce privește flexibilitatea și confortul, dar în principal caracteristicile de performanță turații mai mari decât turația de mers în gol a unui motor de mașină rutieră.

Din păcate (nu este cazul departamentelor de curse din fabrică sau ale tunerelor profesionale de motoare), prea des iluminarea volanului și reducerea dimensiunii, cu scopul de a reduce momentul de inerție, se efectuează fără a analiza complet rezultatele posibile.

Pentru a înțelege mai bine ce se întâmplă, trebuie să introducem conceptul de linie elastică de torsiune a arborelui cotit și modurile sale de vibrație.
Să luăm în considerare un motor în patru timpi, în linie, cu patru cilindri, așa cum se arată mai jos.

Ca urmare a sarcinilor generate de arderea în diferiți cilindri, arborele va avea deformări de torsiune la frecvențe diferite.
Să ne concentrăm pe primul mod de vibrație, ale cărui amplitudini și frecvență pot fi calculate utilizând algoritmi complexi încă din etapa de proiectare.

Linia elastică va avea, în ceea ce privește amplitudinile de rotație, un nod pe axa arborelui cotit foarte aproape de volant, care este masa cu cel mai mare moment de inerție.

Ce se întâmplă când deschizi volanta?
O reducere a momentului de inerție al volantului, pe lângă schimbarea frecvenței proprii a arborelui cotit pentru diferite moduri de vibrație (acest subiect va fi discutat într-un alt articol), va face ca nodul să se deplaseze spre stânga și amplitudinea vibrației pe volant pentru a crește (vezi figura de mai jos).

O astfel de modificare a liniei elastice poate duce la efecte diferite:

  1. Nodul se deplasează într-o zonă a arborelui cotit în care secțiunile nu sunt capabile să reziste noii solicitări de torsiune, cu o posibilă reducere a factorului de siguranță și a nivelului de fiabilitate al arborelui cotit în sine
  2. Amplitudinile de torsiune mai mari de pe partea volantului sunt transmise liniei de transmisie cu posibile efecte negative asupra cutiei de viteze, diferențialului, arborilor de transmisie dacă nu sunt contracarate corespunzător
  3. Amplitudinile mai mari ale vibrațiilor de torsiune cresc, de asemenea, vibrațiile de îndoire ale arborelui cotit care sunt transferate în carter și apoi în punctele de fixare ale motorului pe șasiu.

Doar pentru a spune o scurtă poveste, în urmă cu câțiva ani ni s-a cerut să identificăm cauza defecțiunilor ciudate ale suporturilor motorului și ale cutiei de viteze pe o mașină de turism.

După o analiză detaliată a modificărilor aduse motorului și ajutorul unui model de simulare, a fost destul de clar cum simpla ușurare a volantului, în scopuri de performanță fără contracaruri adecvate, a dus la ruperea.

Desigur, există tehnici de analiză și calcul disponibile pentru a prezice efectele unor astfel de modificări, precum și posibile contramăsuri, pentru a garanta fiabilitatea componentelor fără a pune în pericol performanța așteptată.