Come assorbe le vibrazioni il volano bimassa?

Il volante bimassa è un tipo di volante composto da due masse distinte che smorza le vibrazioni torsionali provenienti dal motore prima che vengano trasmesse al cambio e alla linea di trasmissione. La massa primaria lavora collegata all'albero motore, mentre la massa secondaria trasmette la coppia alla frizione; il sistema di molle e smorzamento intermedio elimina le vibrazioni al minimo e la durezza degli innesti delle marce, soprattutto nei motori diesel e ad alta coppia.

Perché il motore vibra: oscillazioni torsionali dovute agli impulsi di combustione

In un motore a combustione interna la generazione di potenza è intermittente. Durante la fase di combustione in ogni cilindro la pressione interna cresce rapidamente e invia un impulso di coppia di picco all'albero motore. Ogni cilindro di un motore a quattro tempi accende solo una volta ogni due giri dell'albero motore; quindi la coppia applicata all'albero motore non è una linea fluida, ma una serie di impulsi consecutivi. Poiché questi impulsi torcono l'albero motore, nascono le oscillazioni denominate vibrazioni torsionali.

L'intensità della vibrazione è direttamente legata al regime di rotazione. Un motore a 4 cilindri a 3000 rpm effettua 6000 accensioni al minuto; 100 impulsi al secondo, il che significa un flusso di impulsi la cui differenza tra loro è quasi impercettibile. Quando il regime scende a 1200, il numero di accensioni scende a circa 40 al secondo e ogni impulso inizia a distinguersi dal precedente. Nella zona di minimo la situazione è ancora più concreta: un motore che funziona a un nominale di 975 rpm oscilla rapidamente tra 925 e 1050 rpm anche in una finestra di campionamento di soli 100 millisecondi.

Questa irregolarità, quando raggiunge l'albero primario del cambio, fa sì che gli ingranaggi collidano tra loro, cioè provoca il rumore noto come rattle al minimo. Il volante monomassa non risolve questo problema; poiché la sua massa è saldamente collegata all'albero motore e trasmette gli impulsi così come sono. La soluzione al problema è stata interrompere la vibrazione non alla fonte, ma lungo la linea di trasmissione.

Come funziona il volante bimassa?

Il volante bimassa è la versione di un disco d'acciaio monolitico diviso in due. La massa primaria è collegata all'albero motore mediante bulloni e ospita la corona dentata del motorino di avviamento; la massa secondaria trasmette la coppia al disco della frizione. Le due masse possono ruotare l'una rispetto all'altra su un cuscinetto a sfere o su una borchia piana; il collegamento tra loro è costituito da un sistema di molle alloggiato nei canali delle molle e lubrificato con grasso. Lo smorzamento passivo avviene proprio qui: gli impulsi provenienti dall'albero motore si scaricano prima sulla massa primaria, l'energia viene accumulata nelle molle e smorzata durante il movimento rotatorio delle molle; la coppia che raggiunge la massa secondaria è notevolmente più regolare di quanto fosse all'origine.

Il design delle molle non è uniforme. Esistono soluzioni a stadio singolo, parallele a due stadi, in serie e a tre stadi; l'obiettivo è adattare il carattere di smorzamento alla curva di coppia del motore e al profilo di utilizzo del veicolo. In alcuni progetti il margine di spostamento angolare è particolarmente ampio; ad esempio, le soluzioni che offrono un angolo di lavoro fino a 80 gradi mettono in serie due set di molle separati per filtrare anche gli urti più violenti durante l'avviamento.

C'è anche un aspetto fisico a parte: l'aggiunta di massa all'albero di ingresso del cambio sposta verso un regime più basso la fascia di risonanza in cui la coppia di vibrazione si concentra - normalmente la 1200–2400 giri/min come intervallo. Il risultato è uno smorzamento completo che lascia il sistema tranquillo nei regimi in cui il motore lavora di più, anche al minimo. Per questo motivo, nei veicoli con volano bimassa il disco della frizione è generalmente di tipo rigido, privo di smorzatore di coppia interno; il compito dello smorzamento è già risolto nel volano.

Perché i Motori Diesel e ad Alta Coppia Hanno Più Bisogno di Questo Componente?

Il motore diesel funziona ad accensione per compressione e i suoi rapporti di compressione sono nettamente più alti di quelli dei motori a benzina. Un'elevata compressione significa un aumento di pressione più brusco all'inizio della combustione; gli sbalzi di coppia sull'albero motore crescono. Quando si aggiunge il regime di minimo basso, il quadro peggiora ulteriormente, perché abbiamo appena visto: man mano che il numero di accensioni diminuisce, gli impulsi si distaccano l'uno dall'altro e la vibrazione diventa più evidente. Poiché il diesel è dominato anche dall'abitudine di utilizzo a coppia elevata e regime basso, il volano bimassa è diventato equipaggiamento standard su questi motori anni fa.

Due tendenze degli ultimi quindici anni hanno portato il problema anche ai motori a benzina: il downsizing e il downspeeding. Per gli obiettivi di consumo di carburante e CO2 la cilindrata viene ridotta - al posto di sei cilindri arrivano quattro cilindri sovralimentati, la potenza viene mantenuta con la sovralimentazione - e la coppia massima viene spostata a regimi più bassi; picchi di coppia che scendono da 2500 giri/min a 1500 giri/min sono ormai comuni. L'inerzia della massa è diminuita, la coppia erogata a basso regime è aumentata; la combinazione dei due significa una vibrazione dell'albero motore più elevata. Oggi, in alcuni dei moderni motori a benzina e diesel ad alta coppia, persino il classico volano bimassa può non essere sufficiente; in tal caso gli sviluppatori passano a progetti avanzati dotati di assorbimento a pendolo centrifugo.

Confronto tra Volano Monomassa e Volano Bimassa

Il riassunto che si legge dalla tabella è questo: il volano monomassa, essendo più leggero e con minore inerzia rotazionale, offre una risposta all'acceleratore più netta; il volano bimassa invece vince sul fronte del comfort, dell'assenza di vibrazioni e dell'economia di carburante. Il loro reciproco compromesso è una scelta ingegneristica, non una gara di superiorità. Va aggiunto che anche nei volani monomassa destinati alle prestazioni vengono utilizzati progetti con smorzatori a molle; perché un disco completamente rigido, ad alto torque, mette a rischio il cambio.

Quali sono i sintomi di un volano bimassa guasto?

Il guasto del volano bimassa è un pezzo che si diagnosizza da sé; i sintomi si avvertono generalmente più chiaramente al minimo. Man mano che le molle e gli elementi di smorzamento si usurano, il gioco controllato tra le due masse aumenta, gli impulsi non vengono più smorzati completamente e le vibrazioni arrivano fino al volante e ai sedili. I tre segnali principali da tenere d'occhio sono:

• Vibrazioni evidenti e intense al volante e sui sedili al minimo; la carrozzeria ronzia anche se il contagiri appare stabile.
• Scrocchi e rumori metallici quando si rilascia la frizione; gli ingranaggi del cambio si colpiscono tra loro.
• Trepidazione della frizione, inserimento difficile delle marce e oscillazioni dei regimi; su alcuni veicoli si nota un'irregolarità che peggiora solo intorno ai 1200 giri/min.

Il guasto non segue un unico percorso; le diverse forme di usura dell'architettura interna producono firme di vibrazione differenti. Per questo in alcuni veicoli il sintomo è solo una lieve irregolarità al minimo, mentre in altri si manifesta come un comportamento insolito come la necessità di cambiare marcia ad alto regime. La regola comune è questa: scrocchi eccessivi e rumori anomali segnalano quasi sempre l'inizio del guasto di questo volano, e rimandare la diagnosi mette a rischio anche il cambio.

Abitudini di utilizzo che allungano e accorciano la vita utile

Nella maggior parte dei veicoli ci si aspetta che la durata del volano bimassa sia 160.000 km superiore. Lo stile di guida influenza sensibilmente questa cifra in entrambe le direzioni: con una guida morbida il componente può durare per tutta la vita del veicolo, mentre con una guida aggressiva la durata può ridursi in modo significativo. Il principale fattore di danno è il calore eccessivo; i cicli bruschi di accelerazione-frenata e l'abitudine di tenere il piede sulla frizione accelerano il surriscaldamento di molle ed elementi di smorzamento.

In pratica esistono alcune regole comportamentali che agevolano il lavoro: tenere il veicolo in pendenza con la frizione senza rilasciarla completamente, fare sgommate appariscenti alla partenza e tenere la frizione a metà per lunghi periodi nel traffico con fermate e ripartenze accorciano direttamente la vita di questo componente. Non è margine meccanico senza trucchi; le molle del volano assorbono energia a ogni sgommata e questa energia si trasforma in calore, usurando gli elementi di smorzamento.

Costo di sostituzione: nessuna riparazione, solo sostituzione

Nel volano bimassa il sistema di molle e smorzamento tra le due masse non è sottoponibile a manutenzione; il componente non si ripara, si può solo sostituire. Questo determina direttamente il quadro dei costi: il prezzo di listino del solo volano è tipicamente 800–1100 $ banda; al setto dell'embrione e alla manodopera si aggiungono qualche centinaio di dollari in più. Al 2026, la maggior parte delle sostituzioni generali del volano viene completata tra 600 e 1500 $ mentre sui veicoli con volano bimassa il totale può salire fino a 1000-2500 $, e in alcuni casi superarlo. Per questo ci si aspetta che l'officina che apre il lavoro rispetti tre regole: non tentare mai di riparare il volano, montare i bulloni del nuovo volano con le coppie di serraggio del produttore e sostituire sempre il kit embrione completo - l'abbinamento disco usato e volano nuovo torna a guastarsi nel breve termine.

Il risultato naturale dell'alto costo è la domanda di conversione spesso posta nelle officine: ha senso passare al volano monomassa? Alcuni utenti diesel sostengono questa conversione per la lunga durata e il basso costo dei ricambi. Anche l'argomento della controparte è concreto: i carichi torsionali smorzati dal volano bimassa, nel design monomassa gravano direttamente sugli ingranaggi del cambio e sulla trasmissione; alla perdita di comfort si aggiunge il rischio di usura della trasmissione. Questo rischio non deve essere ignorato nelle conversioni non effettuate con la calibrazione del produttore.

Conclusione: il prezzo del componente che assorbe le vibrazioni

Il volano bimassa è un'elegante scelta ingegneristica che risolve il difetto insopprimibile del motore - la produzione di coppia pulsante - prima che raggiunga il cambio. L'elevata compressione dei motori diesel e la tendenza al downsizing dei motori moderni hanno collocato questo componente al centro delle trasmissioni odierne. Il prezzo è l'obbligo, un giorno, della sostituzione completa; ma la vita attesa superiore ai 160.000 km è un obiettivo davvero raggiungibile con corrette abitudini d'uso.

Fonti

• Volano Bimassa (DMF)
• Origini e sviluppo del volano bimassa
• Il volano bimassa - Simposio Schaeffler
• Volano bimassa per lo smorzamento delle vibrazioni torsionali
• Volano bimassa
• Cos'è un volano bimassa? - RAC
• Volano bimassa vs monomassa: qual è la differenza?
• Volani monomassa contro bimassa - AmTech OEM
• Guasto del volano bimassa: sintomi e costo di sostituzione
• Quanto costa la sostituzione del volano nel 2026?
• Sostituzione del volano bimassa - Underhood Service
• Cos'è un volano bimassa? Funzione e manutenzione del DMF