Диагностика автомобилей
Повышенная вибрация силового агрегата, которую ощущают водитель и пассажиры в салоне автомобиля, обычно вызывается одним из трех факторов или их сочетанием:
- повышенная неравномерность вращения коленчатого вала;
- дисбаланс вращающихся масс;
- нарушение демпфирующих свойств опор силового агрегата.
Штатный диагностический сканер может отобразить только нарушение равномерности вращения коленчатого вала. ДПКВ «видит» перемещение коленчатого вала относительно силового агрегата, ускорения и торможения коленчатого вала сопровождаются угловыми ускорениями силового агрегата. При ускорении коленчатого вала силовой агрегат получает угловое ускорение в противоположную сторону относительно вращения вала – вал «отталкивается» от него, при замедлении коленчатый вал как бы «тащит» агрегат за собой. При повышенной неравномерности вращения – из-за различной эффективности работы цилиндров – нормальное чередование ускорения и замедления коленчатого нарушается.
На слайде представлено резкое увеличение угла закручивания силового агрегата относительно оси Х (совпадающей с осью вращения коленчатого вала) при выключении подачи топлива в третий цилиндр двигателя. Сопоставляя графики, можно пошагово проследить механизм развития колебаний с повышенной амплитудой. Для зарезонансных колебаний характерным является факт противоположного направления сил от реакции опор и сил, возбуждающих колебания. Событие 1 – пропуск воспламенения в 3-м цилиндре – привело к тому, что вместо ускорения, коленчатый вал стал замедляться. Это, в свою очередь, привело к тому, что силовой агрегат вместо углового ускорения в положительную сторону получил его в отрицательную, то есть угловая скорость, итак имеющая некоторые отрицательные значения, стала сильно отрицательной, и силовой агрегат повернулся на отрицательный угол, деформировав при этом опоры. Далее произошло событие 2 – рабочий ход в 4-м цилиндре. При этом произошло суммирование момента, вызванного деформацией опор и момента от ускорения коленчатого вала. Положительное ускорение силового агрегата при этом получилось значительно более интенсивным, что привело к перемене знака угловой скорости силового агрегата. Нормальное протекание рабочего процесса во втором и первом цилиндрах позволяет сохранить положительное значение угловой скорости силового агрегата и приводит к тому, что силовой агрегат закручивается на значительный угол уже в положительную сторону. Затем наступает событие 3 – замедление коленчатого вала перед ВМТ 3-го цилиндра и событие 4 – отсутствие воспламенения в процессе рабочего хода в 3-м цилиндре. При этом реакция на замедление коленчатого вала совпадает с реакцией от деформации опор, что приводит к ещё большему, чем в предыдущем цикле, закручиванию силового агрегата в отрицательную сторону. Событие 5 – рабочий ход в 4-м цилиндре приводит к еще более резкому, чем в первом случае, изменению скорости и закручиванию, в итоге, на еще больший положительный угол. Далее раскачивание силового агрегата повторяется.
Можно отметить, что появление зон локального резонанса – временного совпадения реакции от деформированных опор и возбуждающего колебания силового фактора – приводит к значительному увеличению амплитуды колебаний.
Если повышенная амплитуда колебаний силового агрегата вызвана дисбалансом вращающихся масс, то «увидеть» это на основании сигналов ДПКВ невозможно. Для этого нужен акселерометр.
На следующем рисунке фрагмент работы двигателя М60 на повышенных (1200 – 1300 мин-1) оборотах холостого хода. Субъективно, в салоне автомобиля, ощущается сильная вибрация. Она ощущается с минимальной частоты холостого хода, достигает максимума, которой приходится на частоту 1200 – 1300 мин-1, и постепенно уменьшается к 3000 мин-1. По графику частоты вращения можно отследить низкую эффективность работы 8-го цилиндра, по-видимому, из-за большого объема картерных газов, попадающих в этот цилиндр. Анализируя отфильтрованный сигнал акселерометра видно, что его низкочастотная составляющая равна частоте вращения двигателя. Следовательно, ее нельзя объяснить только низкой эффективностью работы 8-го цилиндра, частота работы которого в два раза ниже. Если сопоставить график частоты вращения и отфильтрованный сигнал акселерометра, можно прийти к выводу, что имеется фактор, несвязанный с неравномерностью вращения коленчатого вала, вынуждающий силовой агрегат колебаться на опорах. Таким фактором может быть, например, отсутствующая лопасть крыльчатки охлаждения радиатора. Но в данном случае все лопасти целы, а четкая фазировка колебаний относительно положения коленчатого вала приводит к выводу, что колебания вызваны дисбалансом вращающихся масс коленчатого вала. Наиболее вероятным источником дисбаланса у данного двигателя является двухмассовый маховик. Передняя часть такого маховика жестко крепится к коленчатому валу, а задняя часть крепится к передней через демпфирующий элемент. В результате эксплуатации демпфирующий элемент изнашивается, и задняя часть маховика получает радиальное смещение относительно передней. И даже незначительное смещение этой части приводит к ощутимой вибрации из-за ее большой массы.
к.т.н. А.В. Александров, к.т.н. И.А. Долгов
