Czy kiedykolwiek jechaliście Tico lub Matizem? Wielu w Nas miało z nimi styczność i narzekaliśmy na nietypowy hałas wydobywający się spod maski. To był charakterystyczny dźwięk, którego źródła należy szukać w braku dobrego wyważenia silnika. To towarzyszy również nowoczesnym silnikom o nieparzystej ilości cylindrów. Co to takiego jest? To nic innego jak skutek sił i bezwładności powstających na ruchomych elementach silnika – tłokach, korbowodzie i wale korbowym. Czym jest wyważenie?
To nic innego jak próba zrównoważenia tych sił w silniku podczas jego pracy. Dobrze wyważony silnik to taki, w którym nie ma żadnych drgań. To taki, który pracuje cicho i swoim drganiem nie obciąża karoserii pojazdu. Skąd się biorą siły, które trzęsą „budą” Tico? Ruch posuwisto-zwrotny (bez oczywistych skojarzeń) i obrotowy elementów (tu już bez skojarzeń) powoduje, że karoseria wpada w nieprzyjemne drgania. Dlaczego piszemy tylko o Tico? Silnik o nieparzystej ilości cylindrów zwykle ma największe problemy z wyważeniem.
W silniku trzycylindrowym raz w „górze” są dwa cylindry a raz jeden. Co to oznacza? Ruch mas nie zawsze kompensuje różnicę „góra-dół”. Wtedy silnik wpada w drgania. Silnik 4-cylindrowy pod tym względem wypada lepiej. Raz dwa cylindry w górze, dwa w dole – to oznacza zmniejsza drgania, ale nadal występują. Podobnie jest w każdym silniku o parzystej ilości cylindrów. Drgania występują, ale są znacznie mniejsze niż w przypadku 3-cylindrowego „potwora”. Jak wyrównać pracę takiego silnika?
Metod jest kilka. Najpopularniejsza to odchudzenie dwóch tłoków lub dodanie ciężarków na wale korbowym w miejscach, gdzie występują drgania. Czy układ rozmieszczenia tłoków i cylindrów w tym pomaga? Teoretycznie układ rzędowy lub bokser są lepsze od układu widlastego. Teoretycznie, gdyż nawet w 6-cylindrowym bokserze od Subaru występują drgania. Są na tyle małe, że można przeprowadzić „”eksperyment z kieliszkami”, ale to nie znaczy, że żaden z nich nie stłucze się podczas uruchomienia silnika. Czy można wyprodukować silnik bez drgań?
Silnik samochodu Syrena
Źródło: motorewers.pl
W silnikach 3-cylindrowych obecnie stosuje się dodatkowe tłumiki drgań, dodatkowe wałki obrotowe oraz poduszki silnika o zaawansowanej konstrukcji. Porównując silnik z Tico z silnikiem PureTech (znanym z paska rozrządu wyprodukowanego przez producenta gum „Mamba”) można zauważyć duży postęp w dziedzinie kultury pracy. Wibracje są mniejsze i nie towarzyszy nim „terkot”. Nowoczesne silniki 3-cylindrowe potrafią przejechać większe przebiegi bez awarii układu korbowodowo-tłokowego. To zasługa mniejszego zużycia.
Silnik nowej generacji wytrzyma dłuższy przebieg. Dobre wyważenie wpływa na trwałość korbowodu, uszczelnień silnika czy łożysk. Czy problemy silników 3-cylindrowych dotyczą silników 5-cylindrowych? Tak, choć w tym przypadku siły działające na ruchome elementy silnika są mniejsze. W przypadku silników Fiata lub Volvo obserwuje się pęknięcia pomiędzy 4. a 5. cylindrem. Nie jest to częsty przypadek, ale występuje. Statystyki awarii silników 2.4 Multijet oraz silników 2.5 Turbo zawierają przypadki pęknięć wałów przed 5. cylindrem.
Problem występuje, co świadczy o tym, że nawet silniki o większej ilości cylindrów dotyczy problem braku wyważenia. Najlepsza jest parzysta ilość cylindrów? Tak – to optymalne rozwiązanie. Wraz ze zwiększeniem liczby cylindrów wzrasta możliwość lepszego wyważenia. Pamiętacie reklamy z monetą lub kieliczkami na silniku? Silnik V8 lub V12 ma wszystkie wady silnika w układzie widlastym, ale jednocześnie można je łatwiej wyważyć niż silnik w tym układzie o mniejszej ilości cylindrów. Czy problem dotyczy silników elektrycznych?
Układ korbowo-tłokowy
Źródło: Facebook
Oczywiście, że TAK. Silnik elektryczny można wyważać. Ruch obrotowy nie zawsze jest idealny a dodatkowe masy rozmieszczone wewnątrz elementu wirującego (rotora) pozwalają pracować mu ciszej przy dużych prędkościach. Co z tego, że silniki tego typu są fabrycznie wyważane, ale przez wysokie obroty często ich praca pozostawia wiele do życzenia już po kilku latach użytkowania. Silniki elektryczne nie pracują na obrotach rzędu 1000-2000, ale na większych – porównywalnych z silnikami Formuły 1. Pod tym względem spalinowe silniki wolnoobrotowe są lepsze.
Z punktu widzenia fizyki problem znika wraz z wielkością silnika, ale obecnie jest nacisk na konstrukcje jak najmniejszych silników zaopatrzonych w doładowanie. W praktyce oznacza to większe siły działające na małym obszarze. To sprawia, że takie silniki nie tylko nie będą trwałe, ale ich praca również będzie coraz trudniejsza do opanowania. Jak temu zapobiec? Trzeba kupować samochody z dużymi silnikami. Oczywiście to żart – w rzeczywistości coraz trudniej o dostępność silników o dużej pojemności i ilości cylindrów większej niż 4 lub 6.
Mechanizm wyrównoważający
Źródło: Facebook
Silnik R3 wyposażony w doładowanie to standard przyjęty nie tylko w segmencie popularnych marek, ale również u marek określanych jako „premium”. Trzy cylindry w BMW? Tak, były montowane nawet w serii 3. W większości konstrukcji silnik był montowany z prawej strony nadwozia – to powodowało przeciążenie jednej ze stron pojazdu i konieczność montowania zawieszenia o różnym stopniu tłumienia na każdą stronę. Tymczasem najlepsze umieszczenie silnika to ”TO”, w którym silnik znajduje się idealnie na środku osi.
Silnik R3 powinien być umieszczony nie z prawej strony pojazdu a najlepiej na środku. Pomysł zastosowało BMW, ale tak mały silnik w luksusowej marce nie sprawdził się i wycofano go z oferty. Tymczasem w mniejszych modelach powinno umieszczać się do na środku, w konstrukcji zastosować wałki, które równoważą siły i dobrej klasy poduszki, które skutecznie będą tłumić drgania. To wystarczy aby dać odpocząć Naszym uszom i nie trząść nadwoziem na wolnych obrotach. Problemem pozostaje coraz cieńsze wygłuszenie, ale to już inna … historia.