Poduszki dla trzech, czyli jak mocowane są silniki 3-cylindrowe

Producenci samochodów coraz częściej wprowadzają do swojej oferty silniki trzycylindrowe. Jednostki te zużywają co prawda mniej paliwa w porównaniu z ich czterocylindrowymi odpowiednikami, z drugiej jednak strony są przyczyną szeregu trudności związanych przede wszystkim z ich mocowaniem na ramach pojazdów.

W czym problem?

Zmniejszona liczba cylindrów wymaga zastosowania odpowiednich mechanizmów tłumiących, w tym m.in. wałków wyrównoważających. Przebieg charakterystyki tłumienia drgań rezonansowych musi być przy tym dostosowany do indywidualnej konstrukcji silników, odmiennej niż ma to miejsce w przypadku tradycyjnych czterocylindrowych. W celu zapewnienia właściwego tłumienia drgań jednostek trzycylindrowych, stosowane są odpowiednie poduszki silnikowe, ograniczające przede wszystkim ich ruchy wzdłużne i poprzeczne.

Hydrauliczne, elektrohydrauliczne czy „torque mount”?

Do mocowania silników trzycylindrowych mogą być używane zarówno poduszki hydrauliczne, jak i elektrohydrauliczne, charakteryzujące się stosunkowo długą żywotnością. Obecnie w pojazdach przednionapędowych coraz częściej jednak stosowane są tzw. poduszki łączące „torque mount”, zwane potocznie lizakami. W przypadku tego rozwiązania tłumienie drgań zapewnia specjalny łącznik, w którym jedna tuleja jest przymocowana do silnika, druga zaś przykręcona do nadwozia. Zaletą poduszek typu „torque mount” jest stabilne ograniczanie wychyłu silnika, wadą zaś znacznie krótsza żywotność w porównaniu z poduszkami hydraulicznymi.

Co się psuje?

Tuleje mocujące w czasie eksploatacji ulegają uszkodzeniom mechanicznym. Usterka jednej z nich skutkuje głośniejszą pracą silnika, a także wibracjami (drganiami rezonansowymi) przenoszącymi się na nadwozie pojazdu. Zbyt długa eksploatacja pojazdu z niesprawną tuleją (tulejami) może skutkować uszkodzeniem podzespołów układu przeniesienia napędu i w konsekwencji odczuwalnymi wibracjami na dźwigni zmiany biegów i kole kierownicy. W skrajnych przypadkach brak wytłumienia drgań pociąga za sobą uszkodzenie układu kierowniczego, silnika i skrzyni biegów.

Kiedy wymieniać?

Nie ma ustalonego przebiegu, po którym należałoby wymienić poduszki zawieszenia silnika. Należy zastępować je nowymi po zaobserwowaniu objawów ich uszkodzenia. Uwaga! Jeśli uszkodzona poduszka jest zamontowana osiowo z drugą poduszką (np. w środkowej strefie tłumienia silnika), powinno się wymienić obie.

Ze zmienną charakterystyką tłumienia

W nowoczesnych rozwiązaniach pojawiły się tzw. aktywne poduszki zawieszenia silnika, charakteryzujące się zmienną charakterystyką tłumienia drgań. Jedną z metod jest zastosowanie siłownika elektromechanicznego. Dzięki niemu możliwe jest dostosowanie stopnia tłumienia do aktualnych warunków jazdy lub trybu jazdy wybranego przez użytkownika, a także bardziej precyzyjnego sterowania przebiegiem charakterystyki tłumienia niewyrównoważonych drgań (jest to szczególnie istotne w przypadku rzędowych silników trzycylindrowych).

Przeciwieństwo tej metody stanowi poduszka mocowania silnika o dwóch ustawieniach roboczych (zamiast siłownika elektromagnetycznego). Tzw. miękka charakterystyka poduszki jest wyczuwalna wyłącznie na biegu jałowym. Z kolei podczas ruchu pojazdu wartość siły tłumienia jest zmienna i dobierana do aktualnych wibracji silnika.

Jak dobierane jest optymalne tłumienie? Pracą poduszki mocowania silnika zawiaduje jednostka sterująca, która odbiera sygnały z dwóch źródeł: z czujnika obrotów wału korbowego oraz czujników przyspieszenia (umieszczonych na dwóch mocowaniach silnika). Dostarczają one bieżących danych określających amplitudę niezbędną do wyeliminowania wibracji. Jeszcze innym sposobem redukcji drgań, jest użycie specjalnego rozwiązania układu hydraulicznego w mechanizmie zawieszenia silnika. Do ich tłumienia wykorzystuje się medium hydrauliczne (płyn hydrauliczny na bazie glikolu propylenowego), będące w tym przypadku wewnętrzną masą wyrównoważającą drgania. Jak to działa? Pochłanianie energii drgań o dużej amplitudzie z elementu zawieszenia, odbywa się na skutek przelewania się płynu hydraulicznego z komory roboczej (poprzez kanały tłumiące) do komory wyrównawczej. Przepływ ten stymuluje niepożądane drgania, wpływa również na zmniejszanie się wychyłów wzdłużnych i poprzecznych silnika. Z kolei przy małej amplitudzie drgań, tłumienie uzyskiwane jest przez specjalną pływającą membranę oddzielającą. Jak to działa? Membrana oddzielająca wprowadzona jest w drgania przeciwstawnie do drgań powodowanych przez silnik. W konsekwencji niepożądane drgania przenoszone na nadwozie są nieznaczne, nie trzeba zatem stosować dodatkowych wałków wyrównoważających.