Jedyną drogą do rozwiązania problemu jest amortyzator o zmiennej sile tłumienia, ale przy dzisiejszej konstrukcji amortyzatorów wiąże się to z ich bardziej skomplikowaną budową. Amortyzator firmy Delphi typu MagneRide (rys. 1.) rozwiązuje problem zmiany wartości siły tłumienia w całkowicie nowy sposób. Wnętrze amortyzatora wypełnia nie olej hydrauliczny, ale płyn o własnościach magnetoreologicznych - dlatego płyn ten jest nazywany płynem MR. Płyn MR to zawiesina mikroskopijnie małych kuleczek żelaza obecnych w płynie bazowym, którym jest syntetyczny węglowodór. Na zachowanie się strumienia płynu MR podczas przepływu ma wpływ pole magnetyczne przechodzące przez ten strumień. Te kuleczki żelaza są „magnetycznie miękkie", tzn. nie tylko łatwo dają się ustawiać (porządkować) w sposób wymuszony przez zewnętrzne pole magnetyczne, ale również po zmianie wartości natężenia tego pola zachowują się tak, jak wymusza to występujące w danym momencie pole magnetyczne, a nie tak, jak wymuszało to pole, które było obecne wcześniej (podporządkowują się polu magnetycznemu, które jest obecne w danej chwili, a nie „pamiętają", jakie było wcześniej). Aby zawiesina mikroskopijnych kuleczek żelaza nie opadła na dno komory amortyzatora, do płynu bazowego wprowadzony jest opatentowany dodatek, który temu zapobiega. MR znajdującej się bezpośrednio przy ściance kanału, nazywanej warstwą przyścienną (nr 4 na rys. 3b). Tylko warstwy płynu MR w warstwie przyściennej przemieszczają się z różną prędkością względem siebie. Warstwy płynu MR należące do rdzenia strumienia nr 5 przemieszczają się praktycznie ze stałą prędkością. Nie zostały bowiem pokonane siły, które ustawiają w liniach cząstki żelaza leżące w tych warstwach. Rozkład prędkości poszczególnych warstw płynu MR pokazuje linia nr 3. Jest on charakterystyczny dla tzw. przepływu turbulentnego. Wzrost natężenia pola magnetycznego sprawia, że siły porządkujące cząstki żelaza w płynie MR również rosną. Rośnie więc ciśnienie niezbędne, aby płyn ten mógł przepłynąć przez kanał w tłoku amortyzatora (ciśnienie p2 na rys. 3b w porównaniu do ciśnienia p1 na rys. 3a). Rośnie więc opór przepływu, co powoduje wzrost siły tłumienia amortyzatora. Wartość natężenia pola magnetycznego zależy od wartości natężenia prądu przepływającego przez uzwojenia cewki nr 4. Jest ona zasilana przewodami nr 7 przeprowadzonymi przez tłoczysko amortyzatora nr 6 do złącza nr 1 pokazanego na rys. 1. Charakterystykę amortyzatora typu MagneRide prezentuje rys. 4. Jeśli przez cewkę w tłoku amortyzatora nie przepływa prąd (I1 = 0), a więc przez strumień płynu MR, który przepływa kanałem w tłoku amortyzatora, nie przenika pole magnetyczne, to siła tłumienia amortyzatora zależy liniowo od prędkości ruchu tłoka. Jeśli jednak przez cewkę w tłoku amortyzatora przepływa prąd (I2), to przez strumień płynu MR przepływający kanałem w tłoku amortyzatora przenika pole magnetyczne, które powoduje wzrost siły tłumienia amortyzatora w całym zakresie prędkości ruchu tłoka. Wzrost natężenia prądu do wartości I3 powoduje dalszy wzrost wartości siły tłumienia

Podpisy do rysunków (Źródło: Delphi):

Rys. 1. Przekrój amortyzatora typu MagneRide. Oznaczenia na rysunku: 1 – złącze elektryczne cewki zamontowanej w tłoku; 2 – tłok z cewką (patrz: rys. 2.)

Rys. 2. Uproszczony przekrój tłoka amortyzatora typu MagneRide. Oznaczenia elementów: 1 – cylinder amortyzatora; 2 – tłok amortyzatora; 3 – kanał przepływowy płynu MR (płyn o własnościach magnetoreologicznych); 4 – cewka wytwarzająca pole magnetyczne; 5 – uszczelka tłoka; 6 – tłoczysko tłoka amortyzatora; 7 – zasilanie elektryczne cewki napięciem o wartości U. Strzałki pokazują jeden z dwóch możliwych kierunków przepływu płynu MR

Rys. 3. Zmiana wartości siły tłumienia amortyzatora typu MagneRide jest możliwa dzięki płynowi MR o własnościach magnetoreologicznych. Jeśli przez płyn MR przepływający kanałem w tłoku amortyzatora (nr 3 na rys. 2.) nie przenika strumień pola magnetycznego (a), przepływ płynu MR jest przepływem laminarnym. Jeśli natomiast przez płyn MR przepływający kanałem w tłoku amortyzatora przenika strumień pola magnetycznego (b), przepływ płynu MR jest przepływem turbulentnym. Oznaczenia na rysunku: 1 – płyn MR; 2 – rozkład prędkości poszczególnych warstw strumienia płynu MR przepływającego laminarnie przez kanał w tłoku amortyzatora; 3 – rozkład prędkości poszczególnych warstw strumienia płynu MR przepływającego turbulentnie przez kanał w tłoku amortyzatora; 4 – warstwa przyścienna; 5 – rdzeń strumienia; p1 – ciśnienie niezbędne, by płyn MR przepływał laminarnie przez kanał w tłoku amortyzatora z określoną prędkością, która wynika z prędkości ruchu tłoka; p2 – ciśnienie niezbędne do tego, aby płyn MR przepływał turbulentnie przez kanał w tłoku amortyzatora z tą samą prędkością jak przy przepływie laminarnym w przykładzie na rys. a

Rys. 4. Charakterystyka amortyzatora typu MagneRide prezentująca zmianę wartości siły tłumienia amortyzatora w zależności od prędkości ruchu tłoka amortyzatora oraz od wartości natężenia prądu (I1, I2 i I3) przepływającego przez cewkę zamontowaną w tłoku amortyzatora. Omówienie w tekście artykułu

Rys. 5. Trzy czujniki w jednym, czyli czujnik do oceny jakości, poziomu i temperatury oleju

W amortyzatorze typu MagneRide można zmieniać wartość siły tłumienia przez zmianę wartości prądu przepływającego przez cewkę umieszczoną w tłoku. Czas zmiany siły tłumienia wynosi ok. 1 tysięczną sekundy. Ważniejsze zalety amortyzatora typu MagneRide są następujące: możliwość uzyskiwania wysokich wartości sił tłumienia przy niskich prędkościach ruchu tłoka amortyzatora, możliwość zmian siły tłumienia w szerokim zakresie wartości, niewrażliwość na zanieczyszczenia i zjawisko kawitacji, niski pobór mocy przez amortyzator - 20 W na jeden amortyzator. Amortyzatory typu MagneRide są podstawą zawieszenia aktywnego nowej generacji, bez amortyzatorów z elektromechanicznymi zaworami. W czasie jednej 15-tysięcznej części sekundy będzie ono w stanie stwierdzić konieczność zmiany wartości siły tłumienia i zrobić to. Dzięki temu kierowca oraz systemy ABS i ESP będą mogły lepiej panować nad samochodem bez rezygnowania z wysokiego komfortu jazdy, o ile będzie to możliwe. Amortyzatory te są montowane przez firmy Audi, BMW, Ferrari, GM, Land Rover, Suzuki i PSA Peugeot Citroën w wybranych modelach swoich samochodów.

Olej silnikowy pod kontrolą
Instrukcje obsługi podają zalecane okresy wymiany oleju silnikowego, zaznaczając jednocześnie, że w przypadku trudnych warunków eksploatacji należy je skrócić. Czasami trudno jednak określić, kiedy takie trudne warunki eksploatacji występują. Przykładowo może to być stosowanie paliwa o nadmiernej zawartości siarki, o czym jednak nie musimy wiedzieć. Zbyt wczesna wymiana oleju silnikowego to marnotrawstwo i dodatkowe obciążenia środowiska naturalnego, z kolei zbyt późna jest szkodliwa dla silnika. Firma Delphi opracowała czujnik, który wspierany współpracującym z nim oprogramowaniem określa jakość oleju smarującego silnik, mierzy jego poziom w misce olejowej silnika i temperaturę (rys. 5.).

Oleje silnikowe są do siebie podobne pod względem składu. Składają się z oleju bazowego i pakietu dodatków uszlachetniających. Tylko najwięksi producenci sami dobierają dodatki uszlachetniające i ustalają ich zawartość. Wielu kupuje gotowe zestawy dodatków uszlachetniających, które są dostarczane w różnych stężeniach. W efekcie oleje silnikowe różnych producentów różnią się udziałami poszczególnych dodatków uszlachetniających. Przyjmuje się, że stopniowe zużywanie się oleju jest równoznaczne ze zmianą jego własności fizycznych (związanych np. ze wzrostem lepkości, wzrostem kwasowości oleju) oraz utratą aktywności przez poszczególne dodatki uszlachetniające. Ponieważ oleje różnią się między sobą udziałami poszczególnych dodatków uszlachetniających, nie można przyjąć jednej czy nawet dwóch wartości granicznych dla oceny oleju. W wyniku badań wielu gatunków oleju różnych klas i lepkości oraz procesu ich zużycia (analiza wielkości fizycznych i chemicznych określających przydatność oleju do swoich zadań) konstruktorzy z firmy Delphi doszli do wniosku, że o przebiegu zużycia oleju informuje przewodność elektryczna oleju, nazywana również konduktywnością. Jest to wielkość, która określa łatwość, z jaką olej przewodzi prąd elektryczny. Ta wielkość jest na bieżąco mierzona przez opracowany do tego czujnik. Nie da się jednak określić jakości oleju przez zanurzenie w nim czujnika, pomiar jego przewodności oraz porównanie z wartością graniczną przewodności, bowiem takiej wartości granicznej nie ma. Czujnik przeprowadza na bieżąco pomiar przewodności oleju przez cały okres jego eksploatacji, w trakcie wielu tysięcy kilometrów przejechanych przez samochód. Wartości sygnału czujnika są zapamiętywane we współpracującym z nim sterowniku elektronicznym. Program, w który jest wyposażony ten sterownik, bada, kiedy przewodność oleju malała, rosła lub zachowywała stałą wartość. Analizuje więc tzw. trendy zmian. Przebieg zmian sygnału czujnika odpowiadającego przewodności oleju jest podany na rys. 6. Zmiany zachodzące w trakcie eksploatacji oleju można podzielić na 4 etapy. Charakterystyczne zmiany aktywności dodatków myjąco-dyspergujących i przeciwutleniających oraz zmiany wartości liczby kwasowej i lepkości zachodzące w poszczególnych etapach są zestawione w tabeli. W każdym z etapów dominuje jakiś proces, co skrótowo opisuję poniżej.

Etap 1. Rozróżniono dwa typy olejów (rys. 6.). W olejach typu A przewodność oleju zmienia się nieznacznie wraz ze wzrostem przebiegu. W olejach typu B wraz ze wzrostem przebiegu przewodność oleju maleje, począwszy od dużej wartości początkowej. To, czy dany olej jest typu A lub B, zależy od zawartości dodatków uszlachetniających olej. W obu typach olejów spadek przewodnictwa
wynika z początku zaniku aktywności dodatków uszlachetniających.

Etap 2. Zanika aktywność dodatków myjącodyspergujących i przeciwutleniających. Powolny wzrost zawartości kwasów w oleju powoduje wzrost przewodności.

Etap 3. Rośnie zawartość kwasów w oleju i jego lepkość. Decydujący jest jednak wzrost zawartości kwasów, dlatego przewodność oleju rośnie.

Etap 4. Rośnie zawartość kwasów w oleju i jego lepkość. Na tym etapie przeważa już jednak wzrost lepkości oleju, który coraz bardziej utrudnia ruch naładowanych cząstek w oleju, a więc przewodność oleju maleje.

Na podstawie tendencji zmian przewodności oleju znajdującego się w misce olejowej silnika są dla niego wyznaczane dwa punkty, charakterystyczne dla oceny starzenia się oleju i określeniu momentu jego wymiany (rys. 6.). Punkt oznaczony COS (skrót od określenia „Change Oil Soon") znajdujący się w miejscu, w którym przewodność oleju osiąga najwyższą wartość, czyli pomiędzy etapami 3 i 4, określa konieczność wymiany oleju w najbliższym możliwym czasie (sugerowana). Jeśli olej nie zostanie zmieniony, to przewodność oleju nadal maleje. Zostaje więc wyznaczony punkt CON (skrót od określenia „Change Oil Now"), który informuje o natychmiastowej wymianie oleju. Są jednak oleje silnikowe, których przewodność począwszy od etapu 2. stale maleje. Wówczas nie ma maksymalnej wartości przewodności pomiędzy etapami 3. i 4., więc nie można wyznaczyć punktu COS. W tej sytuacji wyznaczany jest tylko punkt CON. Ponieważ omawiany czujnik mierzy też poziom oleju przez pomiar wielkości elektrycznych, to dolanie porcji świeżego oleju jest wykrywane - wzrasta bowiem poziom oleju i następuje skokowa zmiana jego przewodności. Powoduje to, że moment wymiany oleju jest opóźniany. W podobny sposób wykrywana jest wymiana oleju, a wówczas procedura śledzenia zmian stanu oleju rozpoczyna się od początku.

Stefan Myszkowski

Więcej interesujących artykułów w nowym "autoEXPERCIE" 12/2011.