Így csökkenti a fogyasztást a kettős tömegű lendkerék

2021.06.29. 12:25

A kéttömegű lendkerék témában írt cikkemben említettem, hogy az alkatrész egyik előnye az egytömegűvel szemben a fogyasztás bizonyos mértékű csökkentése. Ez elsőre tényleg hihetetlennek hangzik, és a kommenteket olvasva úgy gondolom, hogy ez a téma bővebb magyarázatra szorul.

A lendkerék feladata függetlenül a tömegek számától az, hogy a szakaszosan üzemelő belsőégésű motor járása során keletkező egyenetlen főtengely szögsebességből egy viszonylag egyenletes szögsebességet hozzon létre. Ez a magyarázata annak, hogy nincs túl nagy lendkerék egy gázturbinában, ahol egyáltalán nincs alternáló mozgás, az üzem pedig folyamatosnak tekinthető. A lendkerék tehát gyakorlatilag egy energiatároló, mely a motorból egyenetlenül - főleg a gyújtások utáni égési csúcsnyomás során - távozó mozgási, illetve forgási energiát felveszi, majd a sűrítési ütemben leadja. Szerepe tehát kísértetiesen hasonló a kondenzátoréhoz egy Graetz híd alapú egyenirányító kapcsolásban. Nélküle nagyon magas csúcsok és minimális energiájú pillanatok váltanák egymást. Különösen igaz ez egy háromhengeres dízelmotorra, míg egy soros hathengeres, vagy V10-es motor egy viszonylag kis lendkerékkel is vígan elketyeg. Érdekes jelenség, amikor leállítunk egy sok hengeres sportautót, a főtengely szinte azonnal megáll, esetleg csak egy minimális túllendülés tapasztalható, aminek oka a viszonylag kis tehetetlenségi nyomatékú lendkerék.

Képzeljünk el két szélsőséges esetet. Mi történik, ha az autóban egyáltalán nincsen lendkerék, se egytömegű se kéttömegű. Ez persze szigorúan nézve nem történhet meg, mert a főtengely saját tömege már lendkeréknek számít, de a tehetetlenségi nyomatéka jóval kisebb, mint a nagy átmérőjű lendkeréké. Ilyen esetben a motor könnyen felpörög (tegyük fel, hogy elindul egyáltalán), rövid a reakcióideje, de mindezek ellenére igencsak kellemetlen élmény volna egy ilyen autóval közlekedni, sőt már az elindulás is gondot okozna az erős rángatás miatt, nem beszélve a borzasztó alapjáratról. Lendkerék nélkül irgalmatlanul nagy terhelés jutna a teljes hajtásláncra a gyújtások utáni és a sűrítések előtti pillanatokban. A zajokról pedig már ne is beszéljünk. Ez tehát nem járható út, valamilyen lendkerék mindenképp kell.

Főtengely – lendkerék összeállítás.
Főtengely – lendkerék összeállítás.

Nézzük meg a másik végletet, tegyük be egy malomkövet a lendkerék helyére. Ebben az esetben a motor nagyon simán jár, semmi rángatást sem érzünk, a fordulatszám ingadozás gyakorlatilag nulla. Nem lennék azonban az indítómotor helyében, melynek a hatalmas tehetetlenségi nyomatékú lendkereket pár tized másodperc alatt kell 800 fordulat/percre gyorsítania. Tény azonban, hogy akusztikai szemmel nézve, illetve füllel hallva, igen kedvező járműben ülünk. Igen ám, de mi történik, ha gázt adunk? A motornak gyorsításkor nem csak az autót, hanem a teljes hajtásláncot is fel kell gyorsítania, amiben ott van a malomkő. Egy kifejezetten lomhán gyorsító autót kaptunk, mely ráadásul igen nehéz is. Ahhoz, hogy dolgokat mozgásba hozzunk, energiára van szükség, amit üzemanyagból nyerünk. Ha nagyobbak ezek a dolgok, akkor praktikusan több energiára. Így amellett, hogy igen lassan érjük el a kívánt sebességet, a fogyasztásunk is nőni fog valamelyest. Ez persze inkább városi üzemben jelenik meg, ahol gyakori a gyorsítás-lassítás, autópályázás során ez nem jelent különbséget, mert van, hogy 100 kilométeren át közel azonos a motor fordulatszáma.

A Trevithick 1802 gőzmozdony lendkereke masszív darab
A Trevithick 1802 gőzmozdony lendkereke masszív darab
Fotó: Craig McHugh

A mérnököknek tehát meg kell találni azt a lendkerék méretet, amivel az autó elfogadhatóan simán jár, de mindez még nem megy a tömeg, a menetdinamika, a méret és a fogyasztás kárára. És itt jön a képbe a kéttömegű lendkerék. Tegyük fel, hogy a piac és konkurencia kutatásból megállapított főtengely szögsebesség ingadozás mértéke már 1000 fordulat/perctől x. Innentől ez alapvető elvárás az autó fejlesztése során. Az autóban ez az érték tehát nem lehet nagyobb, mint x, különben bizony senki sem viszi haza a szalonból a kocsit. Fontos megemlíteni, hogy ezt az x értéket a downsizing aranykorában egyre nehezebb - nem nevetségesen nagy méretű lendkerekekkel - betartani. Tegyük fel tehát, hogy ez az x érték elérhető egy 12 kg-os egytömegű lendkerék használatával. Ugyanakkor ugyanez a cél elérhető egy összesen 8 kg-os kéttömegű lendkerék használatával is. Az rögtön feltűnik, hogy a második esetben az autó teljes élete során 4 kg-al kevesebb súlyt cipel, azonban ennél sokkal fontosabb, hogy ez 4 kg forgó tömeg, melyet bizony gyakran fel kell gyorsítani és ehhez bizony több üzemanyagra van szükség. Akár 10-15% fogyasztáscsökkenésről is beszélhetünk, de ez igen erősen függ az üzemállapottól.

Azt persze senki ne gondolja, hogy ha a gyárilag egytömegű lendkerékkel szerelt autójába valahogy sikerül beleépítenie egy kéttömegűt, akkor a fogyasztása hirtelen 10%-kal csökken. Gandhi óta tudjuk, hogy minden összefügg mindennel, kiváltképp igaz ez egy mai autó hajtásláncára. Az említett alacsonyabb fogyasztás csak akkor érhető el, ha az autó teljes hajtáslánca annak megfelelően lett megtervezve, hogy abba majd egy kéttömegű lendkerék fog kerülni, és ennek megfelelően lett méretezve a főtengely, a hajtórudak, a kuplung, a váltó és a féltengelyek.

A kéttömegű lendkerekek fejlesztése a mai napig folyik. Egy bevált módszer a hatékonyság további növelésére az úgynevezett lengésfojtó inga kéttömegű lendkerékbe való integrálása, amely gyakorlatilag pár, görgőkön mozogni képes tömeget jelent. Ezek a tömegek viszont olyan különleges módon vannak a görgők segítségével rögzítve, hogy a lendkerék forgás közbeni szögsebesség lengése során változtatni képesek a tömegközéppontjuk távolságát a forgástengelytől, így mozgási energiát tudnak helyzeti energiává alakítani és vice versa. Ezzel további csillapítás érhető el.

Erre a megoldásra igencsak büszkék lehetnünk, mert a szombathelyi Schaeffler gyár épp az elmúlt napokban gyártotta le a tízmilliomodik lengésfojtó ingáját. A gyár lengésfojtóival ellátott kéttömegű lendkerekeit a világ szinte minden autógyártója alkalmazza autóiban.

Amikor egy autógyártó eldönti, hogy egy vagy kéttömegű esetleg lengésfojtó ingával ellátott kéttömegű lendkereket választ, a döntéshozatali mátrixában szerepel a fogyasztás mellett egy rakás további szempont, a károsanyag kibocsátás, az alkatrész bekerülési költség, a jármű össztömeg, a menetdinamika, a zaj és rezgés-szint stb. A tapasztalat azt mutatja, hogy a gyártónál a legtöbb esetben a mérleg nyelve a kéttömegű lendkerék felé billen. Egy dologban azonban biztosak lehetünk. A szempontok között egyáltalán nem szerepel az, hogy mennyire érinti anyagilag érzékenyen az autó harmadik-negyedik tulajdonosát a lendkerék csere költsége. Ez egyszerűen nem szerepel az egyenletben, az autógyártók azoknak tervezik az autót, akik képesek azt újonnan megvásárolni, ők pedig a legtöbb esetben azelőtt eladják a kocsit, hogy bármi baja lenne a kéttömegű lendkeréknek.

Hirdetésblokkolóval néznéd éppen a Totalcart, és ettől mi éhen halunk.

A TC olvasása ingyen van, de a működtetése nem: szerzőink és családjaik táplálkoznak, és ami fontosabb: rendszeresen tankolnak, pénzért.

Kérjük, engedélyezd a TC-n a hirdetések megjelenítését, vagy ellehetetleníted a működését annak, amit épp olvasni szeretnél.