fb logo

Aktualne wydanie

AMS 01 2024

Poduszki silnikowe

Producenci samochodów w dążeniu do zmniejszenia zużycia paliwa coraz częściej stosują silniki czterosuwowe o trzech cylindrach. Zmniejszenie liczby cylindrów powoduje wiele negatywnych skutków i wymaga zmiany mocowania jednostki napędowej.
Negatywne skutki stosowania silników trzycylindrowych wynikają głównie z braku możliwości wyrównoważenia momentów zewnętrznych pochodzących od sił dośrodkowych i sił I i II rzędu. Więcej na ten temat napiszemy w kolejnym wydaniu „Auto Moto Serwisu”.

Zmniejszenie liczby cylindrów pociąga za sobą wiele utrudnień konstrukcyjnych i stosowania odpowiednich mechanizmów tłumiących, których przebieg charakterystyki tłumienia rezonansowych drgań musi być dostosowany do indywidualnej konstrukcji silnika, parametrów jego obiegu termodynamicznego oraz możliwości zastosowania odpowiednich mechanizmów tłumiących, np. wałków wyrównoważających czy zawieszenia silnika w danej konstrukcji samochodu.

poduszka hydraulicznaHydrauliczne i łączone
Bez względu na liczbę cylindrów i budowę silnika musi on być w jakiś sposób przytwierdzony do ramy. W klasycznym rozwiązaniu stosowano poduszki metalowo-gumowe. Dziś, ze względu na rosnące wymagania komfortu użytkowania pojazdu, stosuje się wyłącznie poduszki hydrauliczne i elektro-hydrauliczne. Poduszki silnikowe są produkowane przez wiele firm, np. Febi, Lemforder, Hutchinson, Fortuna Line, Yamato, Continental, Corteco, TrelleborgVibracoustic czy Meyle.
Nowością na rynku są poduszki łączone typu „torque mount”, odpowiedzialne za łagodzenie skutków oddziaływania sił dynamicznych. Niestety, ich żywotność jest znacznie krótsza od poduszek hydraulicznych. Poduszki typu „torque mount” występują w pojazdach z przednim napędem. Jedna tuleja jest przymocowana do silnika, druga do nadwozia pojazdu.
Podczas pracy silnika poduszki ograniczają jego ruchy wzdłużne i poprzeczne. Uszkodzenie jednej z tulei prowadzi najczęściej do głośniejszej pracy silnika i generowania odgłosów przypominających stuki w obrębie zawieszenia silnika. W trakcie prowadzenia samochodu wibracje uszkodzonej tulei przenoszą się na nadwozie pojazdu na każdym z biegów przy tej samej wartości obrotów (drgania rezonansowe). Objawy wraz z wydłużaniem okresu eksploatacji narastają, prowadząc do wychylania silnika w rożnych płaszczyznach i do narastania stuków i hałasu samego silnika. Z wymianą nie należy zwlekać, gdyż zbyt długi okres eksploatacji uszkodzonej poduszki silnika może prowadzić do szybkiego uszkodzenia pozostałych poduszek (przejmują one obciążenia dynamiczne pochodzące z niewyważenia silnika z uszkodzonej poduszki), uszkodzenia podzespołów układu przeniesienia napędu (odczuwalne wibracje na dźwigni zmiany biegów i kole kierownicy). Niewytłumione drgania w wyniku uszkodzenia poduszki mogą stać się przyczyną uszkodzenia układu kierowniczego, a nawet silnika i skrzyni biegów.
Nie ma ogólnie przyjętych przedziałów przebiegów pojazdu w aspekcie okresowych wymian poduszek zawieszenia silnika. Każdy silnik charakteryzuje się indywidualną metodyką wyrównoważenia mechanizmu tłokowo-korbowego i sposobem tłumienia niewyrównoważonych drgań przenoszonych na nadwozie samochodu. Tak więc przyjmuje się, że poduszki niezależnie od typu wymienia się po zaobserwowaniu niepokojących objawów ich uszkodzenia lub wadliwej pracy – wystąpienie drgań, wibracji i hałasu z komory silnika w pobliżu zawieszenia silnika, zwłaszcza podczas jego uruchamiania. Jeżeli poduszka uszkodzona znajduje się w osi z drugą poduszką, np. w środkowej strefie tłumienia silnika, zaleca się wymianę obu poduszek. Nie jest to normą, ale zapobiegnie to prawdopodobnie ponownemu odczepianiu silnika od jego zawieszenia przy wymianie drugiej poduszki, po przeciwnej stronie.

poduszki1
Obecnie producenci poduszek wprowadzają nowe bardzo innowacyjne rozwiązania tych urządzeń. Przekładnie 6-biegowe manualne stosowane w celu zmniejszenia zużycia paliwa działają przy nieznacznym obciążeniu lub bez obciążenia przez dłuższy okres czasu, co powoduje znaczny wzrost emitowanego hałasu i drgań. Firma TrelleborgVibracoustic wprowadziła nowe rozwiązanie mocowania skrzyni biegów za pomocą specjalnego uchwytu z klapami dającymi możliwość prostego dostosowania układu tłumiącego do określonych wartości częstotliwości drgań w zależności od danej skrzyni biegów. Grubość i wysokość osiową płatów tłumiących dobiera się fabrycznie w zależności od częstotliwości drgań danej skrzyni biegów.
Dla coraz popularniejszych pojazdów typu SUV o dużej masie własnej skonstruowano specjalne systemy tłumienia drgań. Konwencjonalne wkłady gumowe oraz wkłady z tworzywa sztucznego mogą obsługiwać obciążenia do dwukrotnej masy własnej pojazdu. Takie rozwiązanie stało się niewystarczające w ciężkich pojazdach terenowych. Firma TrelleborgVibracoustic opracowała specjalne tuleje tłumiące drgania przeznaczone do Range Rovera Sport. Urządzenia takie posiadają medium hydrauliczne, które może przemieszczać się swobodnie w obrębie dwóch komór w aluminiowej tulei. Kiedy pojazd znajduje się w ruchu, płyn hydrauliczny przepływa do wnętrza korpusu przez kanały wewnętrzne. Opor przepływu cieczy tłumi wibracje generowane przez urządzenia pośredniczące zamocowane do podwozia pojazdu.

poduszka continentalPoduszki aktywne
Oczekiwania użytkowników pojazdów odnośnie do komfortu jazdy ciągle rosną, stąd wielu producentó zaczęło wprowadzać aktywne poduszki zawieszenia silnika, o zmiennej charakterystyce tłumienia drgań.
W zawieszeniu silnika proponowanym przez firmę Continental złagodzono kompromis pomiędzy tłumieniem drgań, a przenoszeniem ich do przedziału pasażerskiego. Duża sztywność układu tłumiącego drgania silnika zapewnia stabilność ruchu samochodu. Aby zapewnić wysoki komfort jazdy, sztywność taka powinna być możliwie niska. Kompromis między tymi sprzecznymi wymaganiami osiągnięto dzięki wprowadzeniu elektromechanicznego siłownika. Umożliwia on dostosowanie stopnia tłumienia do aktualnych warunków jazdy lub trybu jazdy wybranego przez użytkownika. Siłownik elektromechaniczny zastąpił siłownik pneumatyczny, stosowany w dotychczasowych rozwiązaniach, gdyż daje on możliwość bardziej precyzyjnego sterowania przebiegiem charakterystyki tłumienia niewyrównoważonych drgań, zwłaszcza silników trzycylindrowych rzędowych.
Inne rozwiązanie układu zawieszenia silnika proponuje firma VW w pojazdach wyposażonych w silniki 1.6 TDI. Silniki takie pomimo czterech cylindrów nie posiadają wałków wyrównoważających, co stanowi problem przy wyrównoważeniu momentów zewnętrznych pochodzących od sił II rzędu. W mechanizmie zawieszenia tego silnika zastosowano specjalne rozwiązania układu hydraulicznego, dzięki któremu istnieje możliwość wykorzystania medium hydraulicznego jako wewnętrznej masy wyrównoważającej drgania wynikające z niewyrównoważenia momentów II rzędu. Płyn hydrauliczny w zespole zawieszenia silnika składa się z glikolu propylenowego. Jeżeli na element zawieszenia silnika działają drgania o dużej amplitudzie, które determinują nierówności nawierzchni drogi, energia drgań jest pochłaniana na skutek tłumienia w hydraulicznym elemencie zawieszenia silnika. Jest to wywołane przelewaniem płynu hydraulicznego z komory roboczej przez kanały tłumiące do komory wyrównawczej przy dużych amplitudach drgań. Przetłaczanie płynu powoduje redukcję drgań, szarpnięć i zmniejsza przesuwanie wzdłużne i poprzeczne silnika. Jeżeli na element zawieszenia działają drgania o małej amplitudzie, tłumienie uzyskiwane jest przez pływającą membranę oddzielającą. W tym złożeniu zawieszenia silnika membrana oddzielająca wraz z płynem hydraulicznym drga przy określonym zakresie liczby obrotów/zakresie częstotliwości, przeciwstawnie do drgań powodowanych przez silnik. Pływająca membrana oddzielająca zapobiega przedwczesnemu przyjmowaniu twardej charakterystyki (dużej sztywności układu tłumiącego, co pogarsza komfort jazdy przy nieznacznych prędkościach ruchu samochodu) przez element zawieszenia. W efekcie tych działań drgania przenoszone na nadwozie są nieznaczne, co umożliwiło rezygnację ze stosowania dodatkowych wałków wyrównoważających. Niesprawność membrany elementu zespołu zawieszenia silnika prowadzi do utraty płynu hydraulicznego i do mniej efektywnego działania układu tłumiącego drgania silnika. Takie uszkodzenie wymaga najczęściej poważnych zabiegów naprawczych, co z praktyki prowadzi do wymiany uszkodzonych elementów i demontażu niektórych bardzo trudno demontowanych podzespołów silnika i układu napędowego – w zależności od typu i marki pojazdu grupy VAG.
Jeszcze inną metodę tłumienia drgań stosuje Audi w dużych silnikach, również z odłączanymi cylindrami (np. model S8). Zamiast siłowników elektromagnetycznych zastosowano wyrafinowane poduszki mocowania silnika o dwóch ustawieniach roboczych: na biegu jałowym mają „miękką” charakterystykę, aby zapobiec dotarciu do wnętrza hałasu i wibracji, ale gdy samochód jest w ruchu wartość siły tłumienia jest zmienna i dobierana do aktualnych wibracji silnika. Jednostka sterująca odbiera sygnały z dwóch źródeł. Prędkość obrotowa silnika jest określana przez czujnik obrotów wału korbowego. Te sygnały są wykorzystywane do obliczenia fazy i częstotliwości drgań siłownika elektromagnetycznego. Czujniki przyspieszenia na dwóch mocowaniach silnika dostarczają danych, które określają amplitudę niezbędną do wyeliminowania wibracji. Idea pomysłu polega bowiem na eliminacji drgań silnika za pomocą przesuniętych w fazie przeciw wibracji wywołanych w płynie. Kluczowym elementem jest elektromagnetyczny siłownik oscylacyjny (cewka), którego odpowiednio wyliczone drgania są przenoszone przez elastyczną membranę do płynu hydraulicznego znajdującego się w komorze powyżej.
Wprowadzenie „ekologicznych” silników trzycylindrowych spowodowało nowe problemy techniczne, z którymi musieli uporać się konstruktorzy samochodów. Również stosowanie systemów start-stop we współczesnych pojazdach wymusiło zastosowanie tłumienia drgań również w układach napędów pasowych. Ich częściowe wytłumienie przejmowane jest np. przez elastyczne koło pasowe paska wieloklinowego.

Piotr Wróblewski

Truck Serwis

TRUCK 2023 2

homeWyszukiwarka

mailNewsletter

PassThru

Redakcja „Auto Moto Serwisu” w 2017 roku rozpoczęła cykl publikacji dotyczących PassThru – procedury dostępu online do portali internetowych wybranych producentów pojazdów. Przedstawiamy proces pierwszej rejestracji, diagnostyki pojazdu i programowania sterowników dla poszczególnych marek samochodów.

Czytaj więcej

Prenumerata 2024

3

 

UWAGA! Ten serwis używa cookies i podobnych technologii.

Brak zmiany ustawienia przeglądarki oznacza zgodę na to. Czytaj więcej…

Zrozumiałem