1990 року Toyota запустила бренд Lexus з трюком, який досі сприймається як демонстрація переваги. Автомобіль LS 400 знаходився на біговій доріжці, розвиваючи швидкість понад 140 миль на годину. На його капоті стояла піраміда із 15 келихів для шампанського. Двигун набирав обертів. Келихи не хиталися. Це було підтвердженням точності. Це також було доказом того, що розкіш означає тишу.
Ця рекламна кампанія спрацювала. Покупці, які раніше мріяли про BMW чи Mercedes, побачили японський автомобіль, який не стукав зубами. Але чи справді цей трюк довів інженерну перевагу? Чи він просто показав, що люди глибоко цінують, як відчувається автомобіль?
Він показав, що покупці преміум-сегменту вимірюють якість вібрації. А саме: що менше вібрація двигуна проникає в салон, то краще. Будь-який водій, який сидів у дешевому економічному автомобілі, знає різницю. Тремтять руки. Втома. Дискомфорт.
Це стосується NVH — шуму, вібрації та жорсткості (Noise, Vibration, and Harshness). Це показник, який вирішує, чи купуєте ви автомобіль або просто йдете. І вібрація двигуна заслуговує на особливу увагу. Вона впливає комфорт. Вона виснажує витривалість. Вона знижує довговічність, викликаючи передчасне зношування.
Погляньмо, як інженери борються з нею. Почнемо із п’яти інновацій.
Гнучкі елементи двигуна
Двигуни – це перша лінія оборони. Вони запобігають розповсюдженню трясіння по всьому автомобілю.
Але спочатку чому двигуни взагалі вібрують? Внутрішнє згоряння – це серія контрольованих вибухів. Вони сильні. Усередині блоку насосні та обертові деталі мають масу. Коли вони рухаються, вони реагують на блок двигуна з рівною та протилежною силою. Помножте ці реакції на тисячі за хвилину, і ви отримаєте вібрацію.
Це природно. Ми просто не хочемо цього відчувати.
Опори являють собою металеві фланці, прикріплені до двигуна та стінок моторного відсіку. Вони містять товсті втулки або блоки з поліуретану або гуми. Вони поглинають енергію вібрації. Якщо ви відчуваєте нову тряску у салоні, перевірте опори. Зношені опори очевидні — гума, що тріснула. Порваний матеріал. Іноді гума руйнується зсередини без ознак. Кваліфікований технік це може помітити.
Також перевірте опори трансмісії. Вони виконують ту ж роботу для коробки. Сильна тряска від трансмісії також потребує ізоляції.
Методи посилення кузова
Підтримка вібрації під контролем починається із міцного фундаменту. Рама. Скелет.
Жорстка рама пручається вигинам. Вона чинить опір деформації. Вона запобігає поширенню дратівливих вібрацій. Додавання поперечних балок – також званих стабілізаторами – допомагає зменшити вигин кузова. Це робить автомобіль жорсткішим.
Скрипи та деренчання часто виникають через слабо зібрані рами. Широкі допуски у конструкції погіршують ситуацію. В автомобільній промисловості це називається «якістю складання та оздоблення» (fit and finish). Це питання: скільки уваги до якості та точності приділили будівельники?
Погане складання та оздоблення в поєднанні з рамою, що згинається, посилюють вібрацію двигуна. Шум здається гіршим. Відчуття – різкими.
Щоб знайти джерело вібрації, іноді доводиться звертатися до джерела. Наш наступний «боєць» може викликати впізнавання у досвідчених автомеханіків.
Анатомія вібрації двигуна
NVH ділиться на два види. Повітряні та структурні. Ви чуєте повітряні збурення. Ви відчуваєте структурні.
Повітряні обурення – це звуки високої частоти. Вони перебувають у діапазоні 300 Гц і від. Інженери протидіють їм, усуваючи їх у джерелі або глушучи за допомогою звукопоглинаючих матеріалів у дверних та кузовних порожнинах.
Структурні збурення відбуваються на низьких частотах. Ви відчуваєте їх більше, аніж чуєте. Вони передаються через сидіння, рульове колесо та підлогу. Інженери повинні вимірювати та пом’якшувати ці неприємні відчуття. Енергія вібрації передається вашим рукам, ногам і навіть у сидінні ваших штанів.
Жорсткість зазвичай є образою людей. Для автомобілів це комплімент.
Пропуски займання залишаються головною причиною тремтіння двигуна. Сучасні системи запалення та упорскування палива, оснащені покращеними свічками запалення та інтелектуальними комп’ютерами управління двигуном, значно надійніше застарілих систем із розподільником.
Тим не менш, перепустки займання трапляються. Під час пропуску одна або кілька свічок запалювання не спалахують паливну суміш у запрограмований момент. Цей збій в одній або кількох камерах згоряння порушує ритм роботи поршнів. Колінчастий вал відчуває цей «кашель». За ним слідує вібрація. Характерні ривки. Можливе зупинення двигуна.
Якщо ви не можете відрізнити спазматичні вібрації несправного двигуна від просто старої та млявої роботи, технології прийдуть на допомогу. Несправний циліндр або faulty запалювання свічка майже напевно активують контрольну лампу перевірки двигуна на будь-якому сучасному автомобілі. Далі можна використовувати недорогий діагностичний сканер для виявлення проблеми. Або зверніться до місцевого автосервісу. Спеціаліст точно визначить причину несправності.
Небажана вібрація двигуна це, по суті, відсутність гармонії. Внутрішнє згоряння – це бурхливий процес. Наше наступне нововведення намагається навести лад у цьому хаосі.
Роль демпфера колінчастого валу
Уважно розгляньте автомобільний колінчастий вал. Він важкий. Він міцний. Він має бути таким. Він витримує тисячі вибухових ходів поршнів за хвилину.
Незважаючи на свою довговічність, колінчастий вал скручується і згинається під ударами поршнів та шатунів. Він передає небажану вібрацію по всьому двигуну та решті автомобіля. При певних оборотах колінчастий вал може увійти до резонансу. Це стан, у якому він вібрує із частотою, здатної викликати катастрофічну поломку. Згадайте рекламні ролики, де співак розбиває келих для вина високим звуком. Це і є резонанс.
У 1911 році Фредерік Ланчестер винайшов рішення. Він розробив пристрій, який кріпиться до колінчастого валу, що обертається. Мета полягала у усуненні чи зниженні цих проблем. Так народився демпфер колінчастого валу. Його також називають вібраційним демпфером або шківом колінчастого валу.
Демпфер гасить сили, що зсувають і крутять, передані поршнями. Щоб поглинути колосальну енергію колінчастого валу, демпфер включає секцію з гуми або заповнену рідиною, що розсіює енергію.
Ми розглянули пасивні методи запобігання або глушенню вібрацій двигуна. Наступне нововведення використовує інший підхід. Воно переходить у наступ, щоб не допустити поганих вібрацій.
Зменшення ваги та ризик тряски
Демпфери колінчастого валу за потребою важкі. Вони повинні протидіяти значній масі, що обертається, колінчастого валу. Однак у кастомізації високопродуктивних автомобілів вага вбиває потужність.
Багато любителів швидкості замінюють заводські демпфери на більш легкі аналоги від сторонніх виробників. Деякі повністю демонтують ці пристрої. Мета – їхати швидше.
Ціна цього компромісу висока. Ви отримуєте більш тряску їзду. Ви потенційно скорочує термін служби двигуна.
Активний контроль вібрацій
Згадайте ті дорогі навушники з функцією шумоподавлення, які можна зустріти у кожному каталозі електроніки. Вони не просто блокують звук; вони активно протистоять йому. Крихітний мікрофон уловлює фоновий гул, створює ідентичну звукову хвилю, але зрушує її на 180 градусів по фазі. Коли ця інвертована хвиля потрапляє до вашого вушного каналу, вона гасить вихідний шум. Результатом стає або кришталево чисте аудіо, або просто абсолютна тиша.
Автомобілі використовують цей же принцип для активного управління вібрацією.
Не магія. Це фізика, застосована до шасі. Компанія Trelleborg Automotive розробила систему, у якій мікрофон відстежує певні частоти вібрацій усередині салону. Виявивши гомін, бортовий комп’ютер генерує рівну, але протилежну контрвібрацію. Електромагнітний актуатор, технічно званий вібратором (shaker), випромінює ці контрхвилі в стратегічно важливих точках кріплення. Зазвичай це кермо або простір для ніг.
«Електромагнітний актуатор, званий „вібратором“, передає контрвібрації у вибрані точки кріплення, наприклад, у рульове колесо чи область для ніг на підлозі кузова».
Мета проста: зменшити стукіт, деренчання і гул, що проникають у салон від двигуна.
Чи безпечне активне керування вібрацією?
Є одна вада, яку варто враховувати. Якщо система працює надто ефективно, то вона може маскувати симптоми реальної механічної несправності. Ви не відчуватимете легке тремтіння, яке зазвичай попереджає про несправну опору або пропуск запалювання в циліндрі.
Але ось у чому річ: автомобіль не сліпий. Якщо щось піде не так, ви все одно отримаєте сигнал Check Engine або інше попередження на панелі приладів. Управління вібрацією не приховує внутрішніх проблем двигуна; воно просто робить їзду більш плавною для вас.
Вібрації двигуна виникають з багатьох причин. На щастя, ці інновації дають нам ефективні способи боротьби з небажаним шумом та тряскою.
Часті питання про вібрацію двигуна
Як зупинити вібрацію двигуна?
Один із методів — активне керування вібрацією. Система реагує рівною, але протилежною контрвібрацією. Електромагнітний актуатор, званий «вібратором», передає контрвібрації у вибрані точки кріплення, наприклад, рульове колесо або область для ніг на підлозі кузова.
Нормально, коли двигун вібрує?
Так, нормально, коли двигун вібрує під час роботи. Але якщо вібрація перевищує нормальні рівні або супроводжується шумом, що деренчить, це може бути ознакою несправності двигуна.
Що викликає вібрацію у двигуні?
П’ять причин, з яких ваш двигун може вібрувати, включають зношені свічки запалювання, ослаблені або від’єднані шланги, зламані опори двигуна, несправну систему регулювання подачі палива або несправний ремінь ГРМ.
Чи може низький рівень масла в двигуні викликати вібрацію?
Так. Низький рівень масла в двигуні може викликати вібрацію, як і масло низької якості.
Як вібрація двигуна впливає на водіїв?
З усіх причин, з яких автомобіль може трястись і деренчити під час руху, вібрація двигуна заслуговує на особливу увагу, оскільки вона може впливати на комфорт водія та пасажирів, витривалість водія та довговічність автомобіля – оскільки вібрація викликає передчасне зношування.
