Vikupautomsk.ru

Выкуп Авто МСК
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Балансировочный вал двигателя что это такое

Балансировочный вал двигателя что это такое

Сайт сдается в аренду — обращайтесь на ipassat@mail.ru

+7 905 688 68 78

  • Главная
  • О компании
  • Вакансии
  • Услуги автосервиса
  • Контакты

Балансировочные валы — что это такое? Зачем они нужны? Видео

При работе кривошипно- шатунного механизма возникают силы инерции. Возникновение их связано с движущимися частями механизма. Можно различить следующие виды сил инерции: возвратно- поступательные движения масс и вращающиеся. В многоцилиндровых двигателях также возникают силы инерции и в продольных плоскостях. Проще говоря всё это создаёт вибрации и шум при работе двигателя и увеличивает износ элементов двигателя.

Чтобы снизить вибрации производят балансировку двигателя. Наиболее часто при балансировке на щёки коленвала устанавливают противовесы. Но это не может позволить уравновесить инерционные силы у разных компоновочных схем двигателя. Например у рядных четырёхцилиндровых двигателей не уравновешиваются силы инерции второго порядка. Величина сил инерции возрастает с увеличением объёма двигателя.

Чтобы уравновесить инерционные силы второго порядка на рядных четырёхцилиндровых двигателях объёмом 2 и более литра, применяют специальные валы имеющие противовесы, т.е. балансировочные валы. Впервые балансировочный вал был применён в 1976 году компанией «Mitsubishi». Сейчас они довольно широко используются такими концернами как Фольксфаген, Ауди, БМВ и др.

Видео

Устанавливают балансировочные валы попарно с обоих сторон коленвала, обычно их устанавливают симметрично. Но для того чтобы уменьшить занимаемое место предпочтительно установить балансировочные валы в картере двигателя, ниже коленвала. Балансировочный вал представляет собой сложную деталь выполненную из металла, обычно он выглядит как стержень в котором выбраны пазы. Вращается балансировочный вал в подшипниках скольжения, которые включены в систему смазки двигателя.

Приводятся в движение балансировочные валы коленвалом и вращаются в разные стороны с удвоенной угловой скоростью. Приводом может служить зубчатый бесзазорный редуктор, цепные передачи либо их комбинации. Чтобы гасить крутильные колебания в процессе работы в приводной звёздочке (цепной привод БМВ) устанавливают специальный пружинный гаситель.

При работе на балансировочные валы действуют больше нагрузки. Наиболее нагружаются дальние от привода подшипники. Это приводе к повышенному износу подшипников, а также других элементов. Всё это сопровождается шумом, вибрациями, и даже возможен обрыв цепи привода. Последствия для двигателя печальные.

Видео

Так как ремонт балансировочных валов слишком дорогое удовольствие, наши умельцы просто избавляются от них. Отверстия для них закрывают заглушками. Вибрации двигателя увеличиваются, но опоры всё равно с ними могут справится. Применение балансировочных валов естественно усложнит конструкцию двигатели и повысит его стоимость. Но и это ещё не всё, при их применении снижается мощность двигателя примерно на 15 л.с.

Балансировка двигателя

Балансировка двигателя — операция, предназначенная для снижения вибраций и других нагрузок на компоненты двигателя, а также увеличения производительности, ресурса и надежности всей силовой установки.

Вышеуказанные преимущества возможны благодаря:

  • облегчённому маховику;
  • уменьшенному износу;
  • возможности уменьшить размер и массу других компонентов двигателя;
  • уменьшенным вибрациям;
  • увеличения мощности за счёт:
    • повышенных оборотов вследствие уменьшенных масс;
    • равномерной загрузки движущихся частей.

Одноцилиндровые и многоцилиндровые двигатели могут быть сбалансированы несколькими методами.

Содержание

  • 1 Первичная и вторичная балансировка
  • 2 Одноцилиндровые двигатели
  • 3 Двухцилиндровые двигатели
  • 4 Трёхцилиндровые двигатели
  • 5 Другие конфигурации
  • 6 Литература
  • 7 См. также

Первичная и вторичная балансировка [ править | править код ]

Исторически проектировщики двигателей использовали термины «первичная балансировка» и «вторичная балансировка». Эти термины связаны с порядком возникновения проблем в процессе разработки, и потому в какой-то степени отражают важность этих аспектов в балансировке.

Определения первичной и вторичной балансировок разнятся. В общем случае первичная балансировка связана с компенсированием момента движущихся поршней (но не их кинетической энергии) во время оборота коленвала. Вторичная балансировка связана с компенсированием (или отсутствием таковой):

  • кинетической энергии поршней;
  • несинусоидального движения поршней (иногда является частью первичной балансировки);
  • поперечного движения коленвала и балансирного вала;
  • различных паразитных качаний (моментов инерции), создаваемых балансируемыми массами, как например нежелательный сдвиг противоположных цилиндров в оппозитном двигателе, создаваемые конфигурацией коленвала.

Несмотря на утверждения конструкторов и производителей, ни одна конфигурация поршней не является идеально сбалансированной. Подгоняя некоторые определения первичной и вторичной балансировок, можно утверждать, что некоторые конфигурации являются идеально сбалансированными в ограниченных рамках. Так, «рядная шестёрка», V12 и crossplane V8 (то есть V8 с углом развала 90 градусов, кривошипы которого лежат в двух взаимно перпендикулярных плоскостях) отлично сбалансированы по своей природе, а оппозитный двигатель имеет идеальную первичную балансировку, так как движение одной части компенсируется движением противоположной.

Одноцилиндровые двигатели [ править | править код ]

Одноцилиндровый двигатель порождает три вида вибраций (предполагается, что цилиндр расположен вертикально).

Во-первых, без балансирующих противовесов в двигателе будут присутствовать значительные вибрации, порождённые изменением направления движения поршня и шатуна за каждый оборот. Это порождает силу инерции I порядка, которая вызывает вертикальную вибрацию с частотой, равной частоте вращения коленвала. Практически все одноцилиндровые двигатели снабжены балансирующими массами на коленвале для уменьшения этой вибрации.

Хотя эти балансиры устраняют вибрации на коленвале, они не могут полностью сбалансировать движение поршня по двум причинам. Первая причина состоит в том, что балансиры двигаются как по вертикали, так и по горизонтали, поэтому компенсирование вертикального движения поршня массой коленвала порождает горизонтальные вибрации. Массу балансиров подбирают таким образом, чтобы уменьшить вертикальную силу инерции I порядка в два раза, при этом вертикальная и горизонтальная силы инерции становятся равными по величине и, складываясь, образуют круговую силу инерции, вектор которой вращается в сторону, противоположную вращению коленвала. Вторая причина относится к движению шатуна, который из-за конструкции заставляет поршень двигаться в верхней половине цилиндра быстрее, чем в нижней. Это порождает вертикальную силу инерции II порядка, которая вызывает вибрацию с удвоенной частотой вращения коленвала. Поэтому синусоидальное движение коленвала не может полностью скомпенсировать движение поршня. Полностью круговую силу 1-го порядка можно уравновесить двумя балансирующими валами, которые должны располагаться симметрично по бокам коленвала и вращаться в направлении, противоположном направлению вращения коленвала. Противовесы этих валов должны быть одинаковыми и ориентированы так, чтобы создавать такую же по величине круговую силу инерции, но в противоположном направлении. Вертикальную силу инерции 2-го порядка можно уравновесить двумя балансирующими валами, расположенными симметрично по бокам двигателя и вращающимися в противоположные друг относительно друга стороны в два раза быстрее коленвала. Балансирующие массы этих валов также должны быть одинаковыми и ориентированы так, чтобы создавать уравновешивающую вертикальную силу инерции в противоположном направлении. Однако это ведёт к значительному усложнению двигателя, поэтому, как правило, силу 2-го порядка оставляют неуравновешенной, к тому же она значительно меньше силы инерции 1-го порядка.

Читать еще:  Что такое номинальный режим автомобильного двигателя

Во-вторых, существуют вибрации, порожденные изменением в скорости и кинетической энергии поршня. Так, коленвал будет замедляться, когда поршень ускоряется и поглощает энергию, и будет ускоряться, когда поршень замедляется и отдаёт энергию в верхней и нижней точке. Эта вибрация имеет удвоенную частоту по сравнению с частотой вращения коленвала, и её поглощение —- задача маховика.

Третий тип вибраций происходит из-за того, что двигатель отдаёт мощность только во время рабочего хода. В четырёхтактном цикле эта вибрация будет на половине частоты вибраций I порядка, так как горючая смесь сгорает каждый второй оборот коленвала. Поглощение этого типа вибраций — тоже задача маховика.

Двухцилиндровые двигатели [ править | править код ]

Пара цилиндров может располагаться в следующих конфигурациях:

  • В ряд
  • Под углом
  • Противоположно друг к другу (оппозитно)

Каждый из этих вариантов имеет как преимущества, так и недостатки с точки зрения баланса.

Два цилиндра, расположенных в ряд, могут иметь простой, одноколенчатый вал, с синхронным достижением верхней мертвой точки. Для четырёхтактного двигателя это дает самую выгодную последовательность вспышек — один цилиндр за оборот, но наихудшую механическую балансировку, не лучше чем у одноцилиндрового двигателя. Поэтому в данной конфигурации часто применяют балансирующие валы, компенсирующие силу инерции 1-го порядка. Иногда для «рядных двоек» используется двухколенчатый вал с определенным углом между коленами (до 180°), за счет чего поршни достигают верхней мертвой точки в разное время, что улучшает баланс (уменьшаются неуравновешенные силы инерции 1-го и 2-го порядка, однако растут моменты от данных сил, стремящиеся повернуть двигатель вокруг оси, проходящей через середину коленвала), однако не обеспечивает равномерное чередование вспышек. В двухтактном двигателе равномерная последовательность зажигания обеспечивается при угле между коленами 180°, поэтому применяется только такая конфигурация, которая к тому же обеспечивает наилучший баланс (сила инерции 1-го порядка полностью уравновешена, однако присутствует момент от сил инерции 1-го порядка, а также сила инерции 2-го порядка). Момент 1-го порядка можно устранить одним балансирующим валом, вращающимся в противоположную сторону по отношению к коленвалу и создающим уравновешивающий момент инерции в противоположном направлении (при условии, что силы инерции 1-го порядка поршней и верхних частей шатунов, складываясь с силами, создаваемыми балансирами коленвала, образуют круговой момент инерции).

Двухцилиндровый V-образный двигатель, как правило, применяется только в четырёхтактном варианте, так как необходимость в применении разделённых кривошипных камер в двухтактном двигателе не позволяет разместить кривошипы близко друг к другу, что сводит на нет преимущества V-образной компоновки двухцилиндрового двигателя. В данном варианте силу инерции 1-го порядка можно полностью уравновесить, если угол между кривошипами равен разности между удвоенным углом развала цилиндров и 180°, при этом шатуны скрещиваются, когда кривошипы находятся вверху, если угол развала менее 90°, либо внизу, если более 90°. Вспышки в цилиндрах чередуются неравномерно, при увеличении угла развала эта неравномерность уменьшается. Если угол развала 90°, то цилиндры имеют один общий кривошип, при этом вспышки чередуются через 270 и 450° по углу поворота коленвала. При других углах развала требуются отдельные кривошипы, хотя встречаются двигатели и с общим кривошипом, у них силу 1-го порядка можно полностью скомпенсировать только дополнительными балансирующими валами, а неравномерность чередования вспышек наоборот возрастает при увеличении угла развала, поэтому применяется угол развала менее 90°. Также кривошипы могут быть расположены под углом, равным углу развала таким образом, что поршни синхронно достигают верхней мёртвой точки, таким образом обеспечивается равномерное чередование вспышек. Сила 1-го порядка уравновешивается аналогично, балансирующими валами. Сила инерции 2-го порядка у V-образного двухцилиндрового двигателя уменьшается при увеличении угла развала цилиндров. Кроме того, имеются небольшие моменты от сил инерции 1-го и 2-го порядка, вызванные сдвигом цилиндров друг относительно друга вдоль оси коленвала (если таковой имеется).

Читать еще:  Что такое режим короткого замыкания асинхронного двигателя

Оппозитный двухцилиндровый двигатель можно представить как частный случай V-образного двухцилиндрового двигателя с углом развала 180°. Угол между кривошипами также равен 180°. При этом вспышки в цилиндрах в четырёхтактном варианте чередуются равномерно, а в двухтактном происходят одновременно в обоих цилиндрах (что не требует разделения кривошипных камер). Силы инерции 1-го и 2-го порядка взаимно уравновешиваются, но присутствуют небольшие моменты от этих сил из-за сдвига цилиндров.

Трёхцилиндровые двигатели [ править | править код ]

Цилиндры могут располагаться в следующих конфигурациях:

  • В ряд
  • Под углом (V-образно)

В рядном трёхцилиндровом двигателе наилучший баланс получается при расположении кривошипов под углом 120°, Силы инерции 1-го и 2-го порядка взаимно компенсируются, но проявляются моменты этих сил из-за того, что цилиндры смещены друг относительно друга вдоль коленвала. Уравновесить момент 1-го порядка можно дополнительным балансирующим валом, вращающимся со скоростью коленвала в противоположную сторону. Для уравновешивания момента 2-го порядка нужны два балансирующих вала, расположенные симметрично по бокам двигателя и вращающиеся в противоположные друг от друга стороны в два раза быстрее коленвала. Однако это ведёт к значительному усложнению двигателя, поэтому не применяется (тем более что данный момент инерции незначителен). Аналогично уравновешиваются любые рядные двигатели с нечётным числом цилиндров (при числе цилиндров более двух), при этом неуравновешенные моменты уменьшаются при увеличении числа цилиндров, в ряде случаев уже у пятицилиндрового двигателя можно обойтись без балансирующих валов.

Трёхцилиндровый V-образный двигатель применяется очень редко. В такой конфигурации вспышки чередуются неравномерно, средний цилиндр как правило повёрнут на угол 90° относительно двух крайних. При этом все кривошипы направлены в одну сторону, а массы поршня и верхней части шатуна среднего цилиндра в два раза больше, чем у крайних. Только так можно полностью скомпенсировать неуравновешенные силы 1-го порядка, подобрав массу противовесов на коленвале.

Другие конфигурации [ править | править код ]

Другие конфигурации с различным числом цилиндров и их расположением можно представить как комбинацию вышеперечисленных конфигураций, при этом силы и моменты инерции складываются. Например, рядный четырёхцилиндровый двигатель можно представить как комбинацию двух рядных двухцилиндровых двигателей. При этом, например в четырёхтактном варианте наиболее выгодна конфигурация, когда две рядные двойки представляют собой зеркальные копии друг друга (вместе с положением кривошипов) относительно плоскости, перпендикулярной коленвалу и проходящей через его середину, при этом кривошипы у каждой двойки развёрнуты на угол 180°. Это позволяет взаимно компенсировать моменты 1-го порядка этих двоек, а также обеспечивает равномерное чередование вспышек. Однако силы инерции 2-го порядка складываются, так как действуют в одном направлении, поэтому при большом рабочем объёме (более 2л) часто применяются балансирующие валы. V-образный шестицилиндровый двигатель можно представить как два рядных трёхцилиндрового двигателя, или как три V-образных двухцилиндровых. Силы инерции отдельных V-образных двоек, либо рядных троек действуют в разных направлениях, поэтому, складываясь, вызывают моменты инерции двигателя. При этом момент 1-го порядка можно уравновесить противовесами на крайних щёках коленвала вместе с балансирующим валом. В ряде случаев (например, когда каждая двойка имеет общий кривошип при угле развала 90°, либо кривошипы разведены на угол 60° при 60-градусном развале) балансирующий вал не требуется.

Замена балансировочного вала

  • Диагностика
  • Обслуживание
  • ТО
  • Тюнинг
  • Ремонт
    • Ремонт двигателей Мерседес М274, М270
    • Ремонт АКПП Мерседес
    • Гильзовка
    • Замена балансировочного вала
    • Ремонт подвески
    • Ремонт двигателя Мерседес
  • Кузовной ремонт
  • Покраска автомобиля

Рассмотрим такую проблему как износ балансировочного вала встречается практически на всех моделях двигателей выпущенных до 2007 Мерседес.
Цепные приводы ГРМ на двигателях М272 и М273 конструктивно отличаются между собой, но проблема, существующая на этих моторах 2004-2006 годов производства Мерседес-Бенс, решается аналогично.
Причиной появления неисправности является износ промежуточного балансировочного вала ввиду использования при производстве некачественного материала.

Этапы работы по замене балансировочного вала.

Впоследствии завод-изготовитель устранил этот недостаток с некачественными балансировочными валами и на Мерседесах, произведенных с 2007 года, данная неисправность не встречается как например на фото ниже (зубья шестерней от валов в карторе).

Как правило, лампочка check engine загорается при пробеге более 80,000 км.
В следствии износа балансировочного вала происходит смещение фаз газораспределения в сторону позже, что приводит к потере мощности двигателя и динамики разгона автомобиля. На старых проблемных моторах Мерена установлены магниты фазорегуляторов шестерни распределительных валов с окончанием номера «0077», впоследствии изменившимися на «0177». Это легко обнаружить, не прибегая к разборке мотора.

Точнее можно убедиться, проверив фазы газораспределения. Для этого необходимо снять два датчика положения распределительных валов на правой ГБЦ двигателя (если смотреть из салона автомобиля), совместить с меткой на передней крышки коленчатый вал с отметкой 305 градусов.

Читать еще:  Что происходит когда двигатель заклинивает

Через отверстия можно видеть положения импульсных дисков. Кружки на дисках должны точно совпадать с отверстиями. Если кружки смещены книзу, это свидетельствует о том, что балансировочный вал установлен в неправильном положении, соответственно износе привода газораспределения.

Для решения проблемы необходимо снять силовой агрегат (фото прилагается).

Балансировочный вал подлежит замене на новую деталь, либо шестерню (применительно к 273 двигателю), в обязательном порядке устанавливается новая цепь с натяжителем и нижняя шестерня колен вала. Объем запчастей зависит от износа и определяется при разборке мотора.

Данная неисправность при дальнейшей эксплуатации больше не возникает.

Специалисты автосервиса Мастер МБ всегда готовы, квалифицировано помочь в решении проблем связанных с ремонтом и заменой балансировочного вала для Мерседеса. Надеемся, что эта информация будет вам полезна.

Назначение и принцип работы балансирных валов двигателя

При работе кривошипно-шатунного механизма в двигателе внутреннего сгорания возникают силы инерции. Эти силы подразделяются на уравновешенные и неуравновешенные, которые также называют силами инерции второго порядка. Они возникают от движения поршней и других деталей, а также зависят от веса силового агрегата. В результате дисбаланса появляются вибрация и шумы. Стандартных противовесов на щеках коленвала и наличия маховика бывает недостаточно, поэтому для дополнительной балансировки устанавливаются балансирные валы.

  1. Для чего предназначены балансиры
  2. Принцип работы
  3. Типы привода
  4. На каких двигателях применяются балансирные валы
  5. Ремонт балансировочных валов

Для чего предназначены балансиры

Главной задачей балансировочных валов является поглощение лишней инерции и уменьшение вибрации. Это стало актуальным после появления более мощных двигателей с объемом от двух литров.

Блок балансирных валов с шестеренчатым приводом от коленчатого вала двигателя

Немалую роль в балансе работы ДВС играет и расположение цилиндров. Можно выделить три распространённые схемы:

  1. Расположение в ряд, когда цилиндры располагаются в одной плоскости.
  2. Оппозитная схема, когда оси цилиндров находятся в одной плоскости противоположно направлены друг другу.
  3. V-образное расположение цилиндров.

Расположение осей цилиндров напрямую влияет на балансировку двигателя. Рядная схема хорошо себя зарекомендовала в 4-х цилиндровых двигателях небольшого объема. Оппозитная схема дает самые лучшие показатели балансировки. V-образное расположение требует точно выверенных углов между цилиндрами, чтобы достичь оптимального баланса.

Как бы то ни было, идеального баланса не удается достичь ни в одной схеме, поэтому и устанавливают балансиры.

Принцип работы

Балансирные валы устанавливаются парами с каждой стороны коленвала и представляют собой сложные по конструкции цилиндрические стержни. Каждый балансирный вал имеет сложную геометрическую форму. Вращаются валы в противоположную сторону в два раза быстрее скорости движения коленвала, тем самым уравновешивая инертные силы второго порядка.

Устанавливаются валы в картере двигателя на подшипниках скольжения (либо игольчатых) и приводятся в движение при помощи привода от коленвала. Подшипники связаны с системой смазки двигателя. Именно они испытывают самую большую нагрузку в процессе работы валов. Это обуславливает их быстрый износ, который сопровождается шумом и вибрацией.

Типы привода

Наиболее распространенным вариантом привода балансиров является цепной или зубчатый ремень. Также приводом может служить зубчатый редуктор или комбинированный вариант: зубчатый редуктор плюс ремень. Чтобы снизить колебания самих валов, в звездочке привода устанавливается пружинный гаситель.

На каких двигателях применяются балансирные валы

Первой балансирные валы применила японская компания Mitsubishi в 1976 году. Новинка получила название «Silent Shaft», что в переводе означает «бесшумный вал».

Главным образом они устанавливаются на четырехцилиндровых двигателях с объемом больше двух литров и с рядным расположением цилиндров, так как именно эта схема наиболее подвержена вибрациям и шумам.

Также балансирные валы часто применяются на мощных дизельных моторах. Сейчас их можно встретить не только на японских моделях, но и на европейских и американских.

Ремонт балансировочных валов

Нагрузки на балансирные валы сопровождаются износом подшипников и других деталей привода. Ремонт обходится дорого, что обусловлено его сложностью. Поэтому некоторые автовладельцы вместо замены или дорогого ремонта предпочитают просто демонтировать блок валов. При этом крепления и отверстия закрываются заглушками.

Отсутствие балансиров повышает уровень вибрации и шума, нарушается балансировка двигателя. Однако, многие автолюбители заверяют, что вибрации при этом остаются незначительные и их успешно компенсируют подушки двигателя. Также работа валов забирает часть мощности самого двигателя. Снижение может достигать до 15 л.с.

При этом всем следует понимать, что демонтаж блока балансирных валов является существенным изменением конструкции двигателя и никто не сможет спрогнозировать как это отразится на работе мотора и его ресурсе в дальнейшем. Решаясь на данную процедуру, владелец автомобиля полностью берет на себя всю ответственность и риски за его исправность и срок службы. Наилучшим вариантом будет замена неисправной детали на новую в специализированном центре.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector