Вибрации в моторе: 5+ причин для беспокойства

Вибрации в моторе: 5+ причин для беспокойства

Хотите познать секреты Вселенной — мыслите единицами измерения энергии, частоты и вибрации.

Никола Тесла

ДВС — это множество массивных деталей, движущихся с ускорениями. Если удается спроектировать мотор таким образом, чтобы все силы и моменты уравновешивали друг друга, получается самоуравновешенный мотор. Но на практике так выходит далеко не всегда.

Взять хотя бы коленчатый вал — весь такой «неравномерный», да еще обвешанный шатунами. Массу нижней головки шатуна вместе с шатунной шейкой удается уравновесить противовесами, расположенными на коленвалу. А еще в двигателе довольно большие массы — поршни и верхние головки шатунов — движутся возвратно-поступательно. Это вызывает появление сил, которые потряхивают двигатель вдоль оси цилиндра. Их можно разделить на силы инерции первого и второго порядка.

Силы инерции возникают из-за того, что поршень движется в цилиндре не равномерно, а достигая максимальной скорости в середине своего хода и останавливаясь в верхней и нижней мертвой точках.

  • Силы инерции первого порядка примерно пропорциональны массе деталей, движущихся возвратно-поступательно, радиусу кривошипа, квадрату угловой скорости коленвала и косинусу его угла поворота.
  • Силы инерции второго порядка пропорциональны массе деталей, движущихся возвратно-поступательно, квадратам угловой скорости и радиуса кривошипа, косинусу удвоенного угла поворота коленчатого вала и обратно пропорциональны длине шатуна. Двигатели с длинными шатунами почти не нуждаются в уравновешивании сил инерции второго порядка, но невыгодны конструктивно из-за роста высоты блока цилиндров.

Уравновешиваем!

Вибрации в моторе: 5+ причин для беспокойстваУравновешивание одно- или двухцилиндрового двигателя.

Уравновешивание одно- или двухцилиндрового двигателя.

Одно- и двухцилиндровые моторы с параллельно расположенными поршнями можно уравновесить от сил инерции первого порядка двумя балансирными валами с несимметричными массами, вращающимися с частотой вращения коленвала. Самый известный для нас пример — двигатель Оки.

Силы инерции второго порядка уравновешивают двумя валами со смещенными массами, вращающимися вдвое быстрее коленвала.

В трехцилиндровых рядных моторах с кривошипами, размещенными под углом 120 градусов, силы инерции первого и второго порядков уравновешены. Но при этом неуравновешенными будут моменты от сил инерции первого и второго порядков. Моменты от сил инерции первого порядка уравновешивают одним валом, вращающимся с частотой вращения коленвала. Другими возмущениями пренебрегают — поэтому на практике почти все трехцилиндровики имеют режимы, на которых чувствуется «зуд».

В четырехцилиндровых рядных моторах уравновешены все силы и моменты, кроме сил инерции второго порядка. Если поршни двигателя не очень велики (то есть при рабочем объеме примерно до двух литров), силы инерции второго порядка незначительны и ими пренебрегают. При большей размерности приходится устанавливать уравновешивающие валы.

Идеально сбалансированным двигателем является рядная «шестерка» и ее производная — мотор V12.

Уравновешенность двигателей от времени работы и износа не меняется. Если у мотора отказал привод балансирного вала, весьма вероятно, что жить ему осталось недолго. Например, на корейских четырехцилиндровых двигателях балансирные валы приводятся от масляного насоса, а на некоторых моторах Mitsubishi — зубчатым ремнем привода ГРМ.

Признаки самоуравновешенности двигателя — это равенство нулю суммарных сил инерции поступательно-движущихся масс (вызываемых ускорением с частотой, равной частоте вращения коленчатого вала двигателя и удвоенной частоте вращения — это силы инерции первого и второго порядка) и суммарных центробежных сил. К ним добавляются моменты этих сил, действующие относительно середины коленчатого вала в плоскости оси коленчатого вала. Итого — шесть признаков.

Вибрации в моторе: 5+ причин для беспокойстваБалансирный вал и шестерня привода второго балансира двигателя Mitsubishi 4G63.

Балансирный вал и шестерня привода второго балансира двигателя Mitsubishi 4G63.

У вас массы неисправны

У идеального двигателя массы всех одноименных деталей одинаковы, все вращающиеся детали имеют балансировку, или, наоборот, расчетный дисбаланс, но точно выдержанный. Если эти условия не соблюдены, двигатель будет вибрировать с частотой того элемента, который несбалансирован.

В эксплуатации чаще всего проблемы возникают вследствие износа тех или иных деталей. Например, сильную вибрацию двигателя вызывают шкивы коленвала с резиновым демпфером при разрушении последнего. Тот же эффект могут обеспечивать разрушенные двухмассовые маховики.

Свою долю может внести неграмотный ремонт двигателя. Например, важна установка поршней с минимальным отличием по массе (желательно — не более одного грамма). Естественно, при ремонте нужно точно установить балансирные валы — иначе вместо снижения вибрации силовой агрегат может пуститься в пляс.

Дисбаланс способна внести даже неточная шлифовка коленвала в ремонтный размер, когда у четырехцилиндрового двигателя шатунные шейки получаются лежащими не точно через 180 градусов.

Вибрации в моторе: 5+ причин для беспокойстваИдеально сбалансированный рядный шестицилиндровый двигатель.

Идеально сбалансированный рядный шестицилиндровый двигатель.

Вибрации в моторе: 5+ причин для беспокойстваУравновешивание четырехцилиндрового ­двигателя.

Уравновешивание четырехцилиндрового ­двигателя.

Откуда вибрации?

Самой частой причиной повышенной вибрации двигателя является разнобой в работе цилиндров. Худшая работа одного или нескольких цилиндров приводит к тому, что коленчатый вал начинает вращаться неравномерно — двигатель начинает трясти. В простейшем случае двигатель «троит» — так во все времена говорили водители автомобилей с четырехцилиндровым двигателем, у которого не работал один цилиндр.

Вибрации в моторе: 5+ причин для беспокойстваЗаставить цилиндр работать плохо могут форсунка, свеча, плохое уплотнение поршня и клапанов.

Заставить цилиндр работать плохо могут форсунка, свеча, плохое уплотнение поршня и клапанов.

Влияние одного цилиндра на работу мотора очень заметно, ведь мы лишаемся не четверти мощности, а еще больше вследствие насосных потерь и потерь на трение. Добавим сюда неравномерность вспышек — и вот возникает неприятнейшая тряска. Зато некоторые нерадивые водители восьмицилиндровых ЗИЛ‑130 могли всю смену ездить с неработающим цилиндром. Когда цилиндров много, потеря одного не так ощутима.

Кто испортил цилиндр

У ненормальной работы цилиндра возможны несколько причин. Рассмотрим их подробнее.

  • Отсутствует (или низкая) компрессия

Причин потери компрессии может быть много. Например, прогар поршня, выражающийся в отверстии в донышке или в районе поршневых колец.

  • Прогар клапана — появление щели, через которую газы свободно выходят, даже когда клапан прижат к седлу.

Прогорание прокладки головки блока цилиндров тоже ведет к отсутствию компрессии, особенно на моторах со старыми, толстыми металлоасбестовыми прокладками.

Если компрессия сохранилась, но заметно упала, цилиндр тоже в полную силу хорошо работать не будет, а потому вызовет вибрацию. Причины — задранные цилиндры или залегшие кольца, неплотно закрывающиеся клапаны и начинающая прогорать прокладка ГБЦ.

  • Недостатки в топливоподаче

Форсунка может полностью выйти из строя, и тогда цилиндр вообще не будет работать. А плохо работать он будет с форсункой, у которой засорен распылитель. Меньше это будет чувствоваться на двигателе с распределенным впрыском топлива и гораздо сильнее на моторе с прямым впрыском или на дизеле.

  • Отсутствие искры или плохое искрообразование

Перебои в искрообразовании могут быть вызваны неисправностью либо сильным загрязнением свечи. Тот же эффект обеспечивают пробитые или с утечками тока катушки зажигания и высоковольтные провода.

  • Неправильное воздухоснабжение

В один из цилиндров может поступать слишком мало или слишком много воздуха. Мало — когда сильно разрегулирован клапан или проблемы с заслонками, регулирующими длину впускного канала. Много воздуха поступает, когда повреждена прокладка впускного трубопровода в месте подвода воздуха к цилиндру.

Симметрия нужна!

Двигатель — механизм симметричный. Сколько бы цилиндров в нем ни было, все должны работать одинаково и ровно. Иначе будет трясти.

Фото: фирмы-производители

Самые интересные новости автомобилей от журнала «За Рулем» zr.ru

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.