CPA, czyli odśrodkowy tłumik
typu wahadłowego

18 Sie 2020
Dwumasowe koło zamachowe z wahadłami 1 generacji.

Drgania w układzie napędowym mają bardzo negatywny wpływ na jego niezawodność i trwałość, więc konstruktorzy starają się je ograniczyć. Jednym ze sposobów jest użycie tłumika drgań typu wahadłowego.

 

Tłumienie drgań nowoczesnych silników spalinowych to olbrzymie wyzwanie dla inżynierów. Krokiem milowym w tej dziedzinie było wprowadzenie do masowej produkcji w 1985 roku dwumasowego koła zamachowego (DKZ). Od tamtego czasu sztandarowy produkt firmy Schaeffler jest ciągle rozwijany. I tak w 2008 roku innowacyjne rozwiązanie w postaci sprężyn łukowych zostało uzupełnione o dodatkowy tłumik drgań typu wahadłowego (CPA). Z technologii tej jako pierwsze zdecydowało się skorzystać BMW. Od tamtej pory powstały już 3 generacje ruchomych sztabek pełniących funkcję tłumika bezwładnościowego.

Budowa CPA

Jak to działa?

Wewnątrz niektórych dwumasowych kół zamachowych LuK znajdują się wahadłowo posadowione ciężarki w kształcie wyprofilowanych sztabek o precyzyjnie obliczonej masie. W momencie, gdy wał korbowy doznaje nagłego przyśpieszenia (na skutek zapłonu wewnątrz któregoś cylindra) lub opóźnienia (na skutek kompresji) to wahadło, na zasadzie przeciwwagi, skutecznie redukuje drganie wywołane nagłą zmianą prędkości obrotowej wału.

Dlaczego jest to potrzebne?

Współczesne silnik spalinowe samochodów osobowych osiągają maksymalny moment obrotowy już przy bardzo niskich prędkościach wału korbowego (np. 1300 obr/min). Jednocześnie jednostka napędowa średniej klasy auta generuje moment obrotowy na poziomie 500 Nm. Te imponujące osiągi bezpośrednio wpływają na zwiększenie drgań, zwłaszcza przy niskich prędkościach obrotowych, gdyż występuje wówczas relatywnie niska częstotliwość zapłonów. Jeżeli dodamy do tego downsizing oraz dezaktywację cylindrów (w celu zmniejszenia zużycia paliwa), to poziom drgań rośnie nawet pięciokrotnie.

Zmiany w charakterystykach silnika.

Aby zatem skutecznie redukować te drgania, niezbędny stał się rozwój tłumków drgań. Siłą rzeczy spowodowało to niestety dalszą komplikację układów przeniesienia napędu i związany z tym wzrost trudności ich diagnozowania przez mechaników.

Wpływ CPA to zmniejszenie amplitudy drgań nawet o 70%.

Co mechanik musi wiedzieć?

Podczas montażu koła zamachowego z CPA wahadła znajdujące się w środku mogą się swobodnie poruszać, wydając metaliczny dźwięk. Nie jest to wada produkcyjna. Wręcz przeciwnie, odgłosy takie świadczą o poprawnym zachowaniu tłumika.

Service Info LuK opisujące CPA w tarczy sprzęgłowej.
Service Info LuK opisujące CPA w DKZ.

Gdy wał korbowy wiruje, a wraz z nim także koło zamachowe, siła odśrodkowa rozpycha wahadła, wyciszając układ. Już przy prędkościach powyżej 60 obr/min CPA stają są całkowicie bezdźwięczne. Dodajmy jeszcze, że w przeciwieństwie do sprężyn łukowych wahadła nie przenoszą momentu obrotowego, co czyni CPA bardzo odpornym na zużycie.

Co dalej?

Dwumasowe koła zamachowe zrewolucjonizowały układy przeniesienia napędu przesuwając częstotliwości rezonansowe poniżej prędkości biegu jałowego silnika. W układach klasycznych, ze sztywnym kołem zamachowym, rezonans występuje w zakresie pracy silnika, a to może skutkować bardzo szybkim przeciążeniem układu i skutkami w postaci pękniętych sprężyn tarczy sprzęgła, pękniętej piasty tarczy lub wypadnięcia sprężyn z tarczy. Dlatego tylko w przypadku silników o maksymalnym momencie obrotowym nie przekraczającym 250 Nm stosowane są sztywne koło zamachowe.

Różne konstrukcje CPA w tarczy sprzęgłowej LuK.

Aby jednak, również w takich jednostkach zminimalizować skutki rezonansu, LuK wprowadził CPA do tarczy sprzęgłowej. Zastosowany w niej tłumik wahadłowy przenosi rezonans poniżej biegu jałowego, tak jak czyni to DKZ. Pierwszym silnikiem, któremu towarzyszy takie rozwiązanie jest jednostka 1.6D Kappa koncernu Hyundai-Kia.

W samochodach napędzanych silnikami o momencie obrotowym przekraczający 250 Nm, jedynym skutecznym, a tym samym i słusznym rozwiązaniem pozostaje jednak dwumasowe koło zamachowe.

Kacper Zabłocki, Schaeffler

 

 

 

POWIĄZANE POSTY

Zostaw Komentarz