In 1990 lanceerde Toyota Lexus met een stunt die nog steeds aanvoelt als een flex. Een LS 400 zat op een loopband en haalde snelheden van meer dan 230 km/uur. Op de motorkap rustte een piramide van 15 champagnefluiten. De motor draaide. De bril wiebelde niet. Het was een bewijs van precisie. Het was ook het bewijs dat luxe stilte betekende.
Die reclame werkte. Kopers die ooit droomden van BMW of Mercedes zagen een Japanse auto die niet rammelde. Maar bewees de stunt daadwerkelijk de technische superioriteit? Of bewees het gewoon dat mensen veel belang hechten aan hoe een auto aanvoelt?
Hieruit bleek dat premiumkopers kwaliteit meten aan de hand van trillingen. Concreet geldt: hoe minder motortrillingen de cabine bereiken, hoe beter. Elke chauffeur die wel eens in een goedkope econobox heeft gezeten kent het verschil. Handen schudden. Vermoeidheid. Ongemak.
Dit valt onder NVH : Lawaai, trillingen en hardheid. Het is de maatstaf die bepaalt of je een auto koopt of gewoon wegloopt. En motortrillingen verdienen het meeste onderzoek. Het heeft invloed op het comfort. Het put uithoudingsvermogen. Het vernietigt de duurzaamheid door voortijdige slijtage te veroorzaken.
Laten we eens kijken hoe ingenieurs ertegen vechten. Te beginnen met vijf innovaties.
Flexibele motorsteunstukken
Motorsteunen vormen de eerste verdedigingslinie. Ze voorkomen dat trillingen zich door het hele voertuig verspreiden.
Maar eerst: waarom trillen motoren überhaupt? Interne verbranding is een reeks gecontroleerde explosies. Ze zijn krachtig. Binnenin het blok hebben de pompende en roterende delen massa. Wanneer ze bewegen, reageren ze met gelijke en tegengestelde kracht op het motorblok. Vermenigvuldig die reacties met duizenden per minuut, en je krijgt trillingen.
Het is natuurlijk. We willen het gewoon niet voelen.
Mounts zijn metalen flenzen die aan de motor en de baaiwanden zijn bevestigd. Ze bevatten dikke doorvoertules of blokken polyurethaan of rubber. Deze absorberen trillingsenergie. Als u nieuwe trillingen in uw hut voelt, controleer dan de steunen. Versleten steunen zijn duidelijk zichtbaar: gebarsten rubber. Gescheurd materiaal. Soms bezwijkt het rubber inwendig zonder zichtbare tekenen. Een gekwalificeerde technicus kan dit opmerken.
Controleer ook de transmissie -steunen. Hetzelfde doen ze voor de versnellingsbak. Bij zwaar schudden van de transmissie is ook isolatie nodig.
Lichaamsverstevigingstechnieken
Het onder controle houden van trillingen begint met een solide basis. Het kader. Het skelet.
Een stijf frame is bestand tegen buigen. Het is bestand tegen buigen. Het stopt vervelende trillingen tijdens het reizen. Het toevoegen van dwarsbalken, ook wel stabilisatorstangen genoemd, helpt de buiging van het lichaam te verminderen. Het maakt het voertuig stijver.
Piepen en rammelen zijn vaak afkomstig van los gemonteerde frames. Grote toleranties in de constructie maken het nog erger. In de autobranche is dit ‘pasvorm en afwerking’. Het vraagt zich af: hoeveel aandacht voor kwaliteit en precisie hebben de bouwers besteed?
Een slechte pasvorm en afwerking, gecombineerd met een flexibel frame, versterkt de trillingen van de motor. Het geluid klinkt erger. Het gevoel is schokkend.
Om trillingen op te sporen moet je soms naar de bron gaan. Onze volgende vechter zou wellicht erkenning kunnen wekken bij ervaren sleuteldraaiers.
De anatomie van motortrillingen
NVH splitst zich in twee varianten. In de lucht en structureel. Je hoort verstoringen in de lucht. Je voelt structurele.
Verstoringen in de lucht zijn geluiden met een hogere frequentie. Ze bevinden zich in het bereik van 300 Hz en hoger. Ingenieurs gaan ze tegen door ze bij de bron te elimineren of ze te dempen met geluiddempend materiaal in deur- en lichaamsholten.
Structurele storingen treden op bij lage frequenties. Je voelt ze meer dan dat je ze hoort. Ze reizen door de stoel, het stuur en de bodemplaat. Ingenieurs moeten deze onaangename sensaties meten en verzachten. Trillingsenergie wordt doorgegeven aan uw handen, voeten en zelfs de zitting van uw broek.
Stijfheid is meestal een belediging voor mensen. Voor voertuigen is het een compliment.
Misfires blijven een hoofdverdachte wanneer een motor trilt. Moderne ontstekings- en brandstofinjectiesystemen, met superieure bougies en intelligente motormanagementcomputers, zijn aanzienlijk betrouwbaarder dan de op distributeurs gebaseerde opstellingen uit het verleden.
Toch gebeuren er misbaksels. Bij een misfire slagen één of meerdere bougies er niet in om het brandstofmengsel op het geprogrammeerde moment te ontsteken. Deze storing in één of meerdere verbrandingskamers verstoort het zuigerritme. De krukas voelt de hik. Trillingen volgen. Schokken is gebruikelijk. Stilstaan is mogelijk.
Als je geen onderscheid kunt maken tussen de krampachtige trillingen van een zieke motor en louter oude, trage prestaties, staat de technologie achter je. Een cilinder die niet goed werkt of een defecte bougie zal vrijwel zeker het controlelampje op elk modern voertuig activeren. Van daaruit kunt u een betaalbare diagnostische lezer gebruiken om het probleem te identificeren. U kunt ook de auto naar een plaatselijke winkel brengen. Een technicus kan het probleem lokaliseren.
Ongewenste motortrillingen zijn in wezen een gebrek aan harmonie. Interne verbranding is een gewelddadig proces. Onze volgende innovatie probeert orde in die chaos te brengen.
De rol van harmonische balancers
Bekijk de krukas van een auto van dichtbij. Het is zwaar. Het is zwaar. Het moet zo zijn. Het is bestand tegen duizenden explosieve zuigerslagen per minuut.
Ondanks zijn duurzaamheid draait en buigt de krukas onder het bonzen van zuigers en drijfstangen. Het brengt ongewenste trillingen over in de motor en de rest van het voertuig. Bij bepaalde toerentallen kan de krukas resonantie bereiken. Dit is een toestand waarin het trilt met een frequentie die catastrofaal falen kan veroorzaken. Denk aan de reclamespots waarin een zanger met een hoge toon een wijnglas kapot gooit. Dat is resonantie.
In 1911 bedacht Frederick Lanchester een oplossing. Hij ontwierp een apparaat dat op draaiende krukassen kon worden vastgeschroefd. Het doel was om deze problemen te elimineren of te verminderen. De harmonische balancer was geboren. Het wordt ook wel trillingsdemper of krukaspoelie genoemd.
De balancer dempt de schuif- en torsiekrachten die door de zuigers worden uitgeoefend. Om de enorme energie van de krukas te absorberen, bevat de balancer een gedeelte van rubber of gevuld met energiedissiperende vloeistof.
We hebben gekeken naar passieve methoden om motortrillingen te voorkomen of te dempen. De volgende innovatie vergt een andere aanpak. Het gaat in de aanval om slechte vibraties op afstand te houden.
Gewicht scheren en de shakes riskeren
Harmonische balancers zijn noodzakelijkerwijs zwaar. Ze moeten de aanzienlijke roterende massa van de krukas tegengaan. Bij het aanpassen van hoogwaardige auto’s is het gewicht echter dodelijk voor de paardenkracht.
Veel snelheidsliefhebbers vervangen harmonische balancers uit de fabriek door lichtere aftermarket-versies. Sommigen verwijderen de eenheden volledig. Het doel is om sneller te gaan.
De wisselwerking is hard. Je krijgt een wankele rit. U verkort mogelijk de levensduur van uw motor.
Actieve vibratiecontrole
Denk eens aan die dure hoofdtelefoons met ruisonderdrukking die je in elke gadgetcatalogus ziet. Ze blokkeren niet alleen geluid; ze bestrijden het. Een kleine microfoon pikt het achtergrondgezoem op, creëert een identieke geluidsgolf, maar draait deze 180 graden uit fase. Wanneer die omgekeerde golf je gehoorgang raakt, wordt het oorspronkelijke geluid opgeheven. Het resultaat is kristalhelder geluid of gewoon pure, stille stilte.
Auto’s gebruiken dit exacte principe voor actieve trillingscontrole.
Het is geen magie. Het is natuurkunde toegepast op het chassis. Een bedrijf genaamd Trelleborg Automotive heeft een systeem gebouwd waarbij een microfoon luistert naar specifieke trillingsfrequenties in de cabine. Wanneer de computer een gerommel waarneemt, genereert hij een gelijke maar tegengestelde tegentrilling. Een elektromagnetische actuator, technisch bekend als een ‘shaker’, vuurt deze tegengolven af op strategische montagepunten. Meestal betekent dat het stuur of de voetenruimte.
“Een elektromagnetische actuator, een ‘shaker’ genoemd, brengt de tegentrillingen over op geselecteerde bevestigingspunten, bijvoorbeeld het stuur of de voetenruimte van de vloerplaat.”
Het doel is simpel: het gekletter, geratel en gerommel verminderen dat vanuit de motor de cockpit binnensijpelt.
Is actieve vibratiecontrole veilig?
Er is één nadeel waarmee rekening moet worden gehouden. Als het systeem te goed werkt, kan het de symptomen van een echte mechanische storing maskeren. U zult niet de subtiele huivering voelen die u gewoonlijk waarschuwt voor een falende montage of een cilinder die niet goed werkt.
Maar hier gaat het om. De auto is niet blind. U krijgt nog steeds een controlelampje of een andere dashboardwaarschuwing als het mis gaat. De trillingscontrole verbergt de interne problemen van de motor niet; het maakt de rit gewoon gemakkelijker voor u.
Motortrillingen kunnen om veel redenen voorkomen. Gelukkig voor ons bieden deze innovaties ons effectieve manieren om ongewenst lawaai en trillingen tegen te gaan.
Veelgestelde vragen over motortrillingen
Hoe voorkom ik dat mijn motor trilt?
Eén methode is actieve trillingscontrole. Het systeem reageert met een gelijke maar tegengestelde tegentrilling. Een elektromagnetische actuator, een “shaker” genoemd, brengt de tegentrillingen over op geselecteerde bevestigingspunten, bijvoorbeeld het stuur of de voetenruimte van de bodemplaat.
Is het normaal dat de motor trilt?
Ja, het is normaal dat de motor trilt tijdens gebruik. Maar als de trillende motor het normale niveau overschrijdt of gepaard gaat met een ratelend geluid, kan dat een teken zijn dat er iets mis is met de motor.
Wat veroorzaakt trillingen in de motor?
Vijf redenen waarom uw motor trilt, zijn versleten bougies, losse of losgeraakte slangen, kapotte motorsteunen, een verkeerd afgesteld brandstofinlaatsysteem of een defecte distributieriem.
Kan een laag motorolieniveau trillingen veroorzaken?
Ja. Niet alleen kan een laag motoroliepeil trillingen veroorzaken, maar ook motorolie van lage kwaliteit.
Welke impact hebben motortrillingen op bestuurders?
Van alle redenen waarom een voertuig kan trillen en rammelen terwijl het rijdt, verdienen motortrillingen speciale aandacht, omdat ze een impact kunnen hebben op het comfort van bestuurder en passagier, het uithoudingsvermogen van de bestuurder en de duurzaamheid van het voertuig – aangezien trillingen voortijdige slijtage veroorzaken.
