W 1990 roku Toyota wprowadziła na rynek markę Lexus, podejmując wyczyn, który do dziś jest postrzegany jako przejaw wyższości. LS 400 znajdował się na bieżni, osiągając prędkość ponad 300 km/h. Na jego masce znajdowała się piramida złożona z 15 kieliszków do szampana. Silnik nabierał prędkości. Okulary nie drgnęły. To był dowód dokładności. Był to także dowód na to, że luksus oznacza spokój.
Ta kampania reklamowa zadziałała. Kupujący, którzy wcześniej marzyli o BMW lub Mercedesie, zobaczyli japoński samochód, przy którym nie szczękały zębami. Ale czy ten wyczyn naprawdę dowiódł doskonałości inżynierskiej? A może po prostu pokazało, że ludzie bardzo cenią wrażenia, jakie daje samochód?
Okazało się, że nabywcy samochodów premium mierzą jakość za pomocą wibracji. Mianowicie: im mniej wibracji silnika przedostają się do kabiny, tym lepiej. Każdy kierowca, który siedział w tanim, ekonomicznym samochodzie, zna różnicę. Drżenie rąk. Zmęczenie. Dyskomfort.
Odnosi się to do NVH – hałasu, wibracji i ostrości. To wskaźnik, który decyduje o tym, czy kupujesz samochód, czy po prostu odchodzisz. Na szczególną uwagę zasługują wibracje silnika. Wpływa na komfort. Wysysa wytrzymałość. Zmniejsza trwałość, powodując przedwczesne zużycie.
Zobaczymy, jak inżynierowie sobie z tym poradzą. Zacznijmy od pięciu innowacji.
Elastyczne elementy silnika
Wsporniki silnika stanowią pierwszą linię obrony. Zapobiegają rozprzestrzenianiu się drgań po całym pojeździe.
Ale przede wszystkim, dlaczego silniki wibrują? Spalanie wewnętrzne to seria kontrolowanych eksplozji. Są potężni. Wewnątrz urządzenia części pompujące i obracające się posiadają masę. Kiedy się poruszają, reagują na blok silnika z równą i przeciwną siłą. Pomnóż te reakcje przez tysiące na minutę, a otrzymasz wibracje.
To naturalne. Po prostu nie chcemy tego czuć.
Podporami są metalowe kołnierze mocowane do silnika i ścian komory silnika. Zawierają grube tuleje lub bloki wykonane z poliuretanu lub gumy. Pochłaniają energię wibracji. Jeśli poczujesz nowe drżenie w kabinie, sprawdź wsporniki. Ewidentnie widać zużyte mocowania – popękana guma. Podarty materiał. Czasami guma psuje się od środka bez widocznych oznak. Wykwalifikowany technik może to zauważyć.
Sprawdź także poduszki skrzyni biegów. Wykonują tę samą pracę w przypadku skrzyni biegów. Silne wibracje pochodzące z przekładni również wymagają izolacji.
Metody wzmacniania ciała
Utrzymywanie wibracji pod kontrolą zaczyna się od solidnych podstaw. Rama. Szkielet.
Sztywna rama jest odporna na zginanie. Jest odporny na odkształcenia. Zapobiega rozprzestrzenianiu się irytujących wibracji. Dodanie poprzeczek – zwanych także stabilizatorami – pomaga zmniejszyć elastyczność ciała. Dzięki temu samochód jest sztywniejszy.
Skrzypienie i grzechotanie są często spowodowane źle zmontowanymi ramami. Szerokie tolerancje projektowe pogarszają sytuację. W przemyśle motoryzacyjnym nazywa się to „montażem i wykończeniem”. Pytanie brzmi: jak dużą wagę konstruktorzy przywiązywali do jakości i precyzji?
Złe dopasowanie i wykończenie w połączeniu z wyginającą się ramą zwiększają wibracje silnika. Hałas wydaje się gorszy. Wrażenia są ostre.
Aby znaleźć źródło wibracji, czasami trzeba udać się do samego źródła. Nasz kolejny „wojownik” może zyskać uznanie wśród doświadczonych mechaników samochodowych.
Anatomia wibracji silnika
NVH dzieli się na dwa typy. Przewiewny i strukturalny. Słychać zakłócenia powietrza. Czujesz się strukturalny.
Zaburzenia powietrza to dźwięki o wysokiej częstotliwości. Mieszczą się w zakresie 300 Hz i powyżej. Inżynierowie przeciwdziałają im, eliminując je u źródła lub tłumiąc materiałami dźwiękochłonnymi we wnękach drzwi i nadwozia.
Zaburzenia strukturalne występują przy niskich częstotliwościach. Częściej je czujesz, niż słyszysz. Przenoszone są przez siedzenie, kierownicę i podłogę. Inżynierowie muszą mierzyć i łagodzić te nieprzyjemne odczucia. Energia wibracji przekazywana jest na Twoje ramiona, nogi, a nawet pośladki spodni.
Sztywność jest zwykle obrazą dla ludzi. W przypadku samochodów jest to komplement.
Główną przyczyną wibracji silnika pozostają wypadanie zapłonu. Nowoczesne układy zapłonu i wtrysku paliwa, wyposażone w ulepszone świece zapłonowe i inteligentne komputery sterujące silnikiem, są znacznie bardziej niezawodne niż przestarzałe układy rozdzielaczy.
Jednak zdarzają się wypadki zapłonu. Podczas wypadania zapłonu jedna lub więcej świec zapłonowych nie powoduje zapłonu mieszanki paliwowej w zaprogramowanym czasie. Ta awaria w jednej lub kilku komorach spalania zakłóca rytm tłoków. Wał korbowy wyczuwa to „kaszel”. Następnie następują wibracje. Szarpnięcia są typowe. Silnik może się zatrzymać.
Jeśli nie potrafisz odróżnić spazmatycznych wibracji wadliwego silnika od starych, powolnych osiągów, na ratunek może przyjść technologia. Zły cylinder lub wadliwa świeca zapłonowa prawie na pewno aktywuje kontrolkę silnika w każdym nowoczesnym samochodzie. Następnie możesz użyć niedrogiego skanera diagnostycznego, aby zidentyfikować problem. Możesz też skontaktować się z lokalnym warsztatem samochodowym. Specjalista dokładnie określi przyczynę nieprawidłowego działania.
Niepożądane wibracje silnika to w istocie brak harmonii. Spalanie wewnętrzne jest procesem gwałtownym. Nasza kolejna innowacja ma na celu uporządkowanie tego chaosu.
Rola amortyzatora wału korbowego
Przyjrzyj się uważnie wałowi korbowemu samochodu. To jest ciężkie. Jest trwały. Powinien taki być. Wytrzymuje tysiące wybuchowych uderzeń tłoka na minutę.
Pomimo swojej trwałości wał korbowy skręca się i wygina pod wpływem tłoków i korbowodów. Przenosi niepożądane wibracje na cały silnik i resztę samochodu. Przy pewnych prędkościach wał korbowy może wejść w rezonans. Jest to stan, w którym wibruje z częstotliwością, która może spowodować katastrofalną awarię. Pamiętacie reklamy, w których piosenkarz rozbija kieliszek do wina, wydając wysoki dźwięk. To jest rezonans.
W 1911 roku Frederick Lanchester wymyślił rozwiązanie. Opracował urządzenie przymocowane do obracającego się wału korbowego. Celem było wyeliminowanie lub ograniczenie tych problemów. W ten sposób narodził się amortyzator wału korbowego. Nazywa się go również tłumikiem drgań lub kołem pasowym wału korbowego.
Amortyzator tłumi siły ścinające i skręcające przenoszone przez tłoki. Aby pochłonąć kolosalną energię wału korbowego, amortyzator zawiera sekcję wykonaną z gumy lub wypełnioną płynem w celu rozproszenia energii.
Przyjrzeliśmy się pasywnym metodom zapobiegania wibracjom silnika lub tłumienia ich. Następna innowacja wymaga innego podejścia. Przystępuje do ofensywy, aby zapobiec złym wibracjom.
Redukcja masy ciała i ryzyko wstrząsów
Amortyzatory wału korbowego są z konieczności ciężkie. Muszą przeciwdziałać znacznej masie obrotowej wału korbowego. Jednak przy dostosowywaniu samochodów o wysokich osiągach masa zabija moc.
Wielu entuzjastów prędkości zastępuje fabryczne amortyzatory lżejszymi analogami zewnętrznych producentów. Niektórzy całkowicie demontują te urządzenia. Celem jest jechać szybciej.
Koszt tego kompromisu jest wysoki. Masz trudniejszą jazdę. Potencjalnie skracasz żywotność silnika.
Aktywna kontrola wibracji
Pomyśl o tych drogich słuchawkach redukujących hałas, które widzisz w każdym katalogu elektroniki. Nie tylko blokują dźwięk; aktywnie się temu sprzeciwiają. Mały mikrofon wychwytuje szum tła, tworzy identyczną falę dźwiękową, ale przesuwa ją w fazie o 180 stopni. Kiedy ta odwrócona fala dostanie się do kanału słuchowego, wyeliminuje pierwotny hałas. Rezultatem jest krystalicznie czysty dźwięk lub po prostu absolutna cisza.
Samochody stosują tę samą zasadę w przypadku aktywnej kontroli wibracji.
To nie magia. To fizyka zastosowana do podwozia. Trelleborg Automotive opracował system, w którym mikrofon monitoruje określone częstotliwości wibracji wewnątrz kabiny. Kiedy komputer pokładowy wykryje szum, generuje równe, ale przeciwne wibracje. Siłownik elektromagnetyczny, technicznie nazywany wytrząsarką, emituje te fale przeciwne w strategicznych punktach mocowania. Zwykle jest to kierownica lub przestrzeń na nogi.
„Siłownik elektromagnetyczny, zwany „wibratorem”, przenosi przeciwwibracje do wybranych punktów mocowania, takich jak kierownica lub przestrzeń na nogi na podłodze pojazdu.”
Cel jest prosty: ograniczyć stukanie, grzechotanie i buczenie dochodzące do kabiny z silnika.
Czy aktywna kontrola wibracji jest bezpieczna?
Należy wziąć pod uwagę jedną wadę. Jeśli system działa zbyt wydajnie, może maskować objawy prawdziwego problemu mechanicznego. Nie poczujesz lekkiego drżenia, które zwykle ostrzega o złym łożysku lub wypadaniu zapłonu w cylindrze.
Ale o to chodzi: samochód nie jest ślepy. Jeśli coś pójdzie nie tak, na desce rozdzielczej nadal będzie wyświetlać się kontrolka silnika lub inne ostrzeżenie. Kontrola wibracji nie ukrywa wewnętrznych problemów silnika; po prostu sprawia, że jazda staje się dla Ciebie płynniejsza.
Wibracje silnika występują z wielu powodów. Na szczęście te innowacje zapewniają nam skuteczne sposoby zwalczania niepożądanego hałasu i wibracji.
Często zadawane pytania dotyczące wibracji silnika
Jak zatrzymać wibracje silnika?
Jedną z metod jest aktywna kontrola wibracji. System reaguje równymi, lecz przeciwnymi wibracjami. Siłownik elektromagnetyczny, zwany „wibratorem”, przenosi przeciwwibracje do wybranych punktów mocowania, takich jak kierownica czy przestrzeń na nogi w podłodze nadwozia.
Czy wibracje silnika są normalne?
Tak, to normalne, że silnik wibruje podczas pracy. Jeśli jednak wibracje przekraczają normalny poziom lub towarzyszy im grzechotanie, może to być oznaką problemów z silnikiem.
Co powoduje wibracje silnika?
Pięć powodów, dla których silnik może wibrować, to zużyte świece zapłonowe, luźne lub odłączone węże, uszkodzone mocowania silnika, wadliwy układ uzupełniania paliwa lub uszkodzony pasek rozrządu.
Czy niski poziom oleju silnikowego może powodować wibracje?
Tak. Niski poziom oleju silnikowego może powodować wibracje, podobnie jak olej złej jakości.
Jak wibracje silnika wpływają na kierowców?
Ze wszystkich powodów, dla których samochód może się trząść i grzechotać podczas jazdy, na szczególną uwagę zasługują wibracje silnika, ponieważ mogą mieć wpływ na komfort kierowcy i pasażera, wytrzymałość kierowcy i żywotność pojazdu, ponieważ wibracje powodują przedwczesne zużycie.
