Nel 1990, Toyota lanciò Lexus con un’acrobazia che sembra ancora flessibile. Una LS 400 sedeva su un tapis roulant, raggiungendo velocità superiori a 140 mph. Sul cappuccio poggiava una piramide di 15 flute da champagne. Il motore andò su di giri. Gli occhiali non oscillavano. Era una prova di precisione. Era anche la prova che il lusso significava silenzio.
Quella pubblicità ha funzionato. Gli acquirenti che una volta sognavano una BMW o una Mercedes hanno visto un’auto giapponese che non batteva i denti. Ma l’acrobazia ha effettivamente dimostrato la superiorità ingegneristica? O ha semplicemente dimostrato che le persone si preoccupano profondamente delle sensazioni di un’auto?
Ha dimostrato che gli acquirenti premium misurano la qualità in base alle vibrazioni. Nello specifico, meno vibrazioni del motore raggiungono l’abitacolo, meglio è. Qualsiasi conducente che si sia seduto in un econobox economico conosce la differenza. Stringere la mano. Fatica. Malessere.
Questo rientra nella categoria NVH —Rumore, vibrazioni e durezza. È il parametro che decide se compri un’auto o semplicemente te ne vai. E le vibrazioni del motore meritano il massimo controllo. Ha un impatto sul comfort. Prosciuga la resistenza. Uccide la durabilità causando un’usura prematura.
Diamo un’occhiata a come gli ingegneri lo combattono. A cominciare da cinque innovazioni.
Pezzi di supporto motore flessibili
I supporti del motore sono la prima linea di difesa. Impediscono che le scosse si propaghino all’intero veicolo.
Ma prima, perché i motori vibrano? La combustione interna è una serie di esplosioni controllate. Sono forti. All’interno del blocco, le parti pompanti e rotanti hanno massa. Quando si muovono reagiscono contro il blocco motore con forza uguale e contraria. Moltiplica quelle reazioni per migliaia al minuto e otterrai la vibrazione.
È naturale. Semplicemente non vogliamo sentirlo.
I supporti sono flange metalliche fissate al motore e alle pareti del vano. Contengono spessi anelli di tenuta o blocchi di poliuretano o gomma. Questi assorbono l’energia delle vibrazioni. Se senti nuove scosse nella tua cabina, controlla i supporti. I supporti usurati sono evidenti: gomma incrinata. Materiale strappato. A volte la gomma collassa internamente senza segni visivi. Un tecnico qualificato può individuarlo.
Controlla anche i supporti della trasmissione. Fanno lo stesso lavoro per il cambio. Anche le forti vibrazioni della trasmissione necessitano di isolamento.
Tecniche di irrigidimento del corpo
Il controllo delle vibrazioni inizia da basi solide. Il telaio. Lo scheletro.
Un telaio rigido resiste alla flessione. Resiste alla flessione. Impedisce il viaggio delle fastidiose vibrazioni. L’aggiunta di barre trasversali, chiamate anche barre stabilizzatrici, aiuta a ridurre la flessione del corpo. Rende il veicolo più rigido.
Cigolii e sonagli spesso provengono da telai assemblati in modo lasco. Ampie tolleranze nella costruzione peggiorano le cose. Nel settore automobilistico, questo è “in forma e finitura”. Ci si chiede: quanta attenzione hanno dedicato i costruttori alla qualità e alla precisione?
Scarsa vestibilità e finitura, combinate con un telaio flessibile, amplificano le vibrazioni del motore. Il rumore sembra peggiore. La sensazione è stridente.
Per scovare le vibrazioni, a volte è necessario andare alla fonte. Il nostro prossimo combattente potrebbe suscitare il riconoscimento tra gli esperti tornitori di chiavi.
L’anatomia delle vibrazioni del motore
NVH si divide in due varietà. Aviotrasportato e strutturale. Si sentono disturbi aerei. Ti senti strutturale.
I disturbi aerei sono suoni a frequenza più alta. Si trovano nella gamma dei 300 Hz e oltre. Gli ingegneri li contrastano eliminandoli alla fonte o insonorizzandoli con materiali fonoassorbenti nelle cavità delle porte e della carrozzeria.
Disturbi strutturali si verificano alle basse frequenze. Li senti più di quanto li ascolti. Viaggiano attraverso il sedile, il volante e il pianale. Gli ingegneri devono misurare e mitigare queste sensazioni spiacevoli. L’energia delle vibrazioni viene trasmessa alle mani, ai piedi e persino al fondo dei pantaloni.
La rigidità è solitamente un insulto per le persone. Per i veicoli è un complimento.
Le mancate accensioni rimangono il principale sospettato quando un motore trema. I moderni sistemi di accensione e iniezione del carburante, dotati di candele di qualità superiore e computer di gestione del motore intelligenti, sono significativamente più affidabili rispetto alle configurazioni basate sul distributore del passato.
Tuttavia, si verificano mancate accensioni. Durante una mancata accensione, una o più candele non riescono ad accendere la miscela di carburante nel momento programmato. Questo guasto in una o più camere di combustione interrompe il ritmo del pistone. L’albero motore avverte il singhiozzo. Segue la vibrazione. Scattare è comune. Lo stallo è possibile.
Se non riesci a distinguere tra le vibrazioni spasmodiche di un motore malato e le prestazioni semplicemente vecchie e lente, la tecnologia ti protegge. Un cilindro che non funziona correttamente o una candela difettosa attiveranno quasi sicuramente la spia di controllo motore su qualsiasi veicolo moderno. Da lì, puoi utilizzare un lettore diagnostico conveniente per identificare il problema. In alternativa, portare l’auto in un negozio locale. Un tecnico può individuare il problema.
Le vibrazioni indesiderate del motore sono fondamentalmente una mancanza di armonia. La combustione interna è un processo violento. La nostra prossima innovazione tenta di imporre ordine a quel caos.
Il ruolo dei bilanciatori armonici
Esamina da vicino l’albero motore di un’automobile. È pesante. È dura. Deve essere. Resiste a migliaia di colpi di pistone esplosivi al minuto.
Nonostante la sua durata, l’albero motore si torce e si flette sotto i colpi dei pistoni e delle bielle. Trasmette vibrazioni indesiderate al motore e al resto del veicolo. A determinati regimi l’albero motore può raggiungere la risonanza. Questo è uno stato in cui vibra a una frequenza in grado di causare guasti catastrofici. Pensa agli spot pubblicitari in cui un cantante frantuma un bicchiere di vino con una nota acuta. Questa è risonanza.
Nel 1911 Frederick Lanchester inventò una soluzione. Ha progettato un dispositivo da imbullonare sugli alberi motore rotanti. L’obiettivo era eliminare o ridurre questi problemi. È nato il bilanciatore armonico. È noto anche come smorzatore di vibrazioni o puleggia dell’albero motore.
Il bilanciatore smorza le forze di taglio e torsione impartite dai pistoni. Per assorbire l’enorme energia dell’albero motore, il bilanciatore comprende una sezione in gomma o riempita con fluido che dissipa energia.
Abbiamo esaminato metodi passivi per prevenire o attutire le vibrazioni del motore. La prossima innovazione adotta un approccio diverso. Va all’attacco per tenere a bada le vibrazioni negative.
Radere il peso e rischiare i frullati
I bilanciatori armonici sono pesanti per necessità. Devono contrastare la notevole massa rotante dell’albero motore. Nella personalizzazione delle auto ad alte prestazioni, tuttavia, il peso uccide la potenza.
Molti appassionati di velocità sostituiscono i bilanciatori armonici di fabbrica con versioni aftermarket più leggere. Alcuni rimuovono completamente le unità. L’obiettivo è andare più veloce.
Il compromesso è duro. Ottieni una corsa più traballante. Potresti potenzialmente accorciare la vita del tuo motore.
Controllo attivo delle vibrazioni
Pensa a quelle costose cuffie con cancellazione del rumore che vedi in ogni catalogo di gadget. Non bloccano solo il suono; lo combattono. Un minuscolo microfono capta il ronzio di sottofondo, crea un’onda sonora identica, ma la gira fuori fase di 180 gradi. Quando l’onda invertita colpisce il condotto uditivo, cancella il rumore originale. Il risultato è un audio cristallino o semplicemente un silenzio puro e silenzioso.
Le automobili utilizzano esattamente questo principio per il controllo attivo delle vibrazioni.
Non è magia. È fisica applicata al telaio. Una società chiamata Trelleborg Automotive ha costruito un sistema in cui un microfono ascolta specifiche frequenze di vibrazione all’interno dell’abitacolo. Quando rileva un rombo, il computer dell’auto genera una controvibrazione uguale ma opposta. Un attuatore elettromagnetico, tecnicamente noto come “shaker”, spara queste controonde in punti di montaggio strategici. Di solito si tratta del volante o del vano piedi.
“Un attuatore elettromagnetico, chiamato ‘scuotitore’, trasmette le controvibrazioni in punti di montaggio selezionati, ad esempio sul volante o nel vano piedi del pianale.”
L’obiettivo è semplice: ridurre il rumore, il tintinnio e il rombo che penetra nell’abitacolo dal motore.
Il controllo attivo delle vibrazioni è sicuro?
C’è uno svantaggio da considerare. Se il sistema funziona troppo bene, potrebbe mascherare i sintomi di un vero guasto meccanico. Non sentirai il sottile brivido che di solito ti avverte di un supporto difettoso o di un cilindro che non funziona correttamente.
Ma ecco il punto. L’auto non è cieca. Riceverai comunque una spia del motore di controllo o un altro avviso sul cruscotto se le cose vanno male. Il controllo delle vibrazioni non nasconde le difficoltà interne del motore; ti facilita semplicemente il viaggio.
Le vibrazioni del motore si verificano per molte ragioni. Fortunatamente per noi, queste innovazioni ci offrono metodi efficaci per combattere rumori e vibrazioni indesiderati.
Domande frequenti sulle vibrazioni del motore
Come posso evitare che il mio motore vibri?
Un metodo è il controllo attivo delle vibrazioni. Il sistema risponde con una controvibrazione uguale ma opposta. Un attuatore elettromagnetico, chiamato “shaker”, trasmette le controvibrazioni in punti di montaggio selezionati, ad esempio il volante o il vano piedi del pianale.
È normale che il motore vibri?
Sì, è normale che il motore vibri durante l’uso. Ma se la vibrazione del motore supera i livelli normali o è accompagnata da un rumore sferragliante, potrebbe essere un segno che qualcosa non va nel motore.
Che cosa causa le vibrazioni nel motore?
Cinque motivi per cui il tuo motore potrebbe vibrare includono candele usurate, tubi flessibili allentati o scollegati, supporti motore rotti, sistema di aspirazione del carburante regolato difettoso o cinghia di distribuzione difettosa.
Il livello basso dell’olio motore può causare vibrazioni?
Sì. Non solo un basso livello di olio motore può causare vibrazioni, ma anche un olio motore di bassa qualità.
In che modo le vibrazioni del motore influiscono sui guidatori?
Tra tutti i motivi per cui un veicolo può tremare e vibrare mentre è in movimento, le vibrazioni del motore meritano un’analisi speciale perché possono avere un impatto sul comfort del conducente e del passeggero, sulla resistenza del conducente e sulla durata del veicolo, poiché le vibrazioni causano usura prematura.
