Балансировочный вал двигателя что это
Назначение и принцип работы балансирных валов двигателя
Содержание
- Для чего предназначены балансиры
- Принцип работы балансирных валов двигателя
- Типы привода
- На каких двигателях применяются балансирные валы
- Ремонт балансировочных валов
- Эксплуатация балансировочных валов
- Вопросы и ответы:
Очередной термин, который можно встретить в технической энциклопедии автомобилиста – балансировочный вал. Рассмотрим, в чем особенность данной детали двигателя, по какому принципу он работает, а также какие бывают неисправности.
Для чего предназначены балансиры
В процессе работы ДВС кривошипно-шатунный механизм создает вибрации внутри блока цилиндров. В конструкцию стандартных коленчатых валов входят особенные элементы – противовесы. Их назначение – гасить инерционные силы, которые возникают в результате вращения коленвала.
Не во всех моторах этих деталей достаточно, чтобы минимизировать силы инерции, из-за которых быстрее выходят из строя подшипники и другие важные элементы силового агрегата. В качестве дополнительного элемента устанавливаются балансирные валы.
Как следует из названия детали, она предназначена для более эффективной балансировки в моторе. Они поглощают излишнюю инерцию и вибрацию. Особенно актуальными такие валы стали с момента появления более мощных моторов с объемом от двух литров.
В зависимости от модификации требуется свой балансирный вал. Для рядных, оппозитных и V-образных моторов используются разные модели валов. Хотя каждая разновидность двигателей имеет свои преимущества, ни одна не способна полностью устранять вибрации.
Принцип работы балансирных валов двигателя
Балансировочные валы это цельные металлические стержни цилиндрической формы. Они устанавливаются по два с одной стороны коленчатого вала. Между собой они соединены при помощи шестерен. Когда вращается коленвал, валы тоже вращаются, только в противоположные стороны и с большей скоростью.
На уравновешенных валах имеются эксцентрики, а в приводных шестернях установлены пружины. Эти элементы предназначены для компенсации инерции, которая возникает в КШМ. Балансиры приводятся в движение коленчатым валом. Пара валов всегда вращается в противоположном направлении друг от друга.
Устанавливаются эти детали в картере ДВС для лучшей смазки. Вращаются они на подшипниках (игольчатые или скольжения). Благодаря работе этого механизма детали двигателя не так сильно изнашиваются из-за дополнительных нагрузок от вибрации.
Типы привода
Так как балансировочные валы предназначены для балансировки коленвала, то их работа должна быть синхронизирована с этой деталью агрегата. По этой причине они подсоединяются к приводу ГРМ.
Чтобы гасить вращательные колебания, приводная шестерня балансирных валов имеет пружины. Они позволяют немного проворачиваться приводу вокруг оси, обеспечивая плавное начало движения устройства.
Чаще всего используется общий приводной ремень или цепь, установленные на моторе. Намного реже встречаются приводы редукторного типа. Также бывают комбинированные модификации. В них валы приводятся в движение и зубчатым ремнем, и редуктором.
На каких двигателях применяются балансирные валы
Впервые балансировочные валы на двигатели начала устанавливать компания Mitsubishi. С 1976г. эта технология носит название Silent Shaft. Такой разработкой оснащаются в основном силовые агрегаты с рядным расположением цилиндров (4-цилиндровые модификации более подвержены возникновению инерционных сил).
Высокооборотные моторы с большой мощностью также нуждаются в таких элементах. Нередко их используют в дизельных ДВС.
Если раньше этой технологией пользовались японские производители, на данный момент нередко встречаются и европейские авто с системой бесшумных валов.
Ремонт балансировочных валов
Как и любой другой сложный механизм, привод уравновешенных валов тоже может выйти из строя. Чаще всего это происходит в результате естественного износа подшипников и зубчатых деталей, так как они испытывают достаточно большие нагрузки.
Когда блок валов приходит в негодность, это сопровождается появлением вибраций и шумами. Иногда шестерня привода из-за поломки подшипника блокируется и обрывает ремень (или цепь). Если выявлена неисправность балансировочных валов, метод устранения один – замена испорченных элементов.
Механизм имеет сложную конструкцию, поэтому за его ремонт придется заплатить приличную сумму (работы должны проводиться исключительно в сервисном центре, даже если это просто замена устаревшей детали на новую). По этой причине, когда блок валов выходит из строя, его просто удаляют из мотора, а отверстия закрывают соответствующими заглушками.
Это, конечно, должна быть крайняя мера, так как отсутствие компенсаторов вибраций приводит к разбалансировке мотора. Как заверяют некоторые автомобилисты, которые воспользовались таким методом, вибрации без блока валов не настолько серьезные, чтобы соглашаться на дорогостоящий ремонт. Несмотря на это, силовой агрегат становится немного слабее (мощность может снизиться до 15 лошадиных сил).
Решаясь на демонтаж блока, автомобилист должен четко понимать, что существенное вмешательство в конструкцию мотора может сильно повлиять на его работоспособность. А это в последующем может привести к капитальному ремонту ДВС.
Эксплуатация балансировочных валов
Как уже было сказано ранее, основная причина поломки балансирных валов – естественный износ. Но автомобилист может предпринять несколько шагов, которые позволят продлить ресурс данного механизма.
- Первый шаг – не использовать агрессивный стиль вождения. Чем резче будет работать силовой агрегат, тем быстрее выйдут из строя шестерни валов. Кстати, это касается также массы других деталей автомобиля.
- Второй шаг – своевременное обслуживание. Замена масла и масляного фильтра обеспечит качественную смазку всех контактных элементов, а установка нового ремня (или цепи) привода позволит вращаться шестерням без дополнительных нагрузок.
Вопросы и ответы:
Что такое балансировочный вал? Это цилиндрические металлические стержни, которые устанавливаются по обе стороны коленвала, и соединенные между собой шестернями. Они вращаются в стороны, противоположные вращению коленвала.
![]()
Как снять балансировочный вал? Снимается ремень ГРМ – ремень балансира. Далее откручиваются все шкивы – снимается поддон – масляный насос. После этого демонтируются балансиры.
Для чего нужен вал? Он поглощает излишнюю инерцию в коленчатом валу. Благодаря этому снижаются вибрации в моторе. Этот элемент устанавливается на мощные агрегаты с объемом от двух литров.
Главная » Статьи » Устройство автомобиля » Назначение и принцип работы балансирных валов двигателя
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.
- < Назад
- Вперёд >
Балансировка двигателя и балансировочные валы – ZZPerformance
Технические статьи
Как и в случае с любым другим двигателем, особенно важен баланс, особенно на высоких оборотах. Распространено заблуждение, что уравновешивающий вал используется для балансировки двигателя, хотя на самом деле он создает вибрацию, чтобы противодействовать вибрации, которую вы чувствуете при низких оборотах двигателя. Причина этого в том, что кривошип вращается по кругу; вес в любой точке должен быть одинаковым, чтобы не было неравномерных сил, которые двигали бы двигатель в любом конкретном направлении во время его вращения, тем самым уравновешивая вращение. Простой пример можно найти в шинах вашего автомобиля. Если ваши колеса не отбалансированы, и вы попытаетесь ехать, вы почувствуете, как ваш автомобиль трясется. На высоких оборотах вы почувствуете сильные вибрации, которые могут буквально расшатать ваш двигатель. В случае с двигателем вы добавляете или снимаете вес с кривошипа, убеждаетесь, что веса штока и поршня равны, и вы следите за тем, чтобы балансир и маховик находились в равновесии. Чем лучше баланс, тем выше обороты, на которых сможет выжить ваш двигатель.
Давайте посмотрим на математику. Дисбаланс в одну унцию (вес стержневого болта) в одном дюйме от центра при 2000 об/мин будет испытывать силу в семь фунтов. При 4000 об/мин эта сила возрастает до 23,5 фунтов! Снова удвойте скорость до 8000 об/мин, и усилие станет равным 114 фунтам! Имейте в виду, что это всего лишь один дюйм от центра вращения. Идея этого примера состоит в том, чтобы продемонстрировать, как проблемы баланса незначительны при низких оборотах, но становятся значительно более важными при более высоких оборотах.
Двигатель Ecotec имеет четыре цилиндра, которые движутся попарно. Два пойдут вверх, а два других опустятся. Такая конструкция четырехцилиндрового двигателя создает тряску на холостом ходу. Тряска не обязательно означает, что двигатель не сбалансирован, это действительно так. Встряска возникает в тот момент, когда цилиндры меняют направление. Цилиндры, движущиеся вверх, меняют направление на опускание, а опускающиеся — вверх, создавая легкий толчок, который ощущается как тряска двигателя. По мере увеличения оборотов двигателя увеличивается и частота ударов, и они не так сильно ощущаются, поскольку поглощаются креплениями и шасси. Хорошим примером этого является сабвуфер против твитера. Бас - это более низкая частота, и его можно услышать на больших расстояниях. Но ваши твитеры работают на более высокой частоте и не путешествуют. Принцип, по сути, тот же.
Уравновешивающие валы на самом деле представляют собой неуравновешенные стержни, создающие вибрацию. Это сделано специально, так как гасит вибрацию, присущую четырехцилиндровому двигателю. В основном они работают на холостом ходу и на малых оборотах двигателя, где больше всего ощущаются вибрации. Нарушение баланса плохо сказывается на производительности; однако этот компромисс того стоит для среднего потребителя. Настоящая проблема возникает, когда вы хотите использовать двигатель на высоких скоростях. Вспомните математику выше и то, как силы связаны с оборотами в минуту. Заводской уравновешивающий вал имеет радиус чуть более дюйма, что делает противовес намного больше унции, что, в свою очередь, создает ужасную тряску двигателя. Для работы двигателя на высоких оборотах необходимо отказаться от заводских уравновешивающих валов или использовать нейтральные валы (которые могут вращаться на любой скорости, не вызывая вибраций). Это также помогает добавить 10/210 и мод супердемпфера ATI. Мы прошли через множество стандартных шкивов коленчатого вала, пока не сдались и, наконец, не запустили это.
Еще от: Технические статьи
Вернуться к техническим статьямУравновешивающий вал | Автопедия | Fandom
В поршневых двигателях уравновешивающий вал представляет собой утяжеленный эксцентриком вал, который компенсирует вибрации в конструкциях двигателей, которые не сбалансированы по своей природе (например, большинство четырехцилиндровых двигателей). Впервые они были изобретены британским инженером Фредериком Ланчестером в 1904 году. [1]
Содержание
- 0029
- 2 Применение с четырьмя цилиндрами
- 3 Применение с шестью цилиндрами
- 4 Производственные реализации
- 5 См. также
- 6 Каталожные номера
- 7 Внешние ссылки
Обзор
Уравновешивающие валы чаще всего используются в рядных четырехцилиндровых двигателях, которые из-за асимметрии конструкции имеют присущую им вибрацию второго порядка (вибрация при удвоенном числе оборотов двигателя), которую невозможно устранить независимо от того, насколько хорошо работают внутренние компоненты. сбалансированы. В плоских двигателях поршни расположены горизонтально друг против друга, поэтому они естественным образом сбалансированы и не требуют дополнительной сложности, затрат или потерь мощности, связанных с уравновешивающими валами. Эта вибрация возникает из-за того, что движение шатунов в рядном двигателе несимметрично при вращении коленчатого вала; таким образом, в течение заданного периода вращения коленчатого вала опускающийся и восходящий поршни не всегда полностью противоположны в своем ускорении, что приводит к возникновению чистой вертикальной инерционной силы дважды за каждый оборот, интенсивность которой увеличивается квадратично с частотой вращения, независимо от того, насколько точно компоненты согласованы. для веса. [2]
Проблема усугубляется с увеличением рабочего объема двигателя, поскольку единственными способами добиться большего рабочего объема являются увеличение длины хода поршня, увеличение разницы в ускорении или увеличение диаметра цилиндра, увеличение массы поршней; в любом случае, Величина инерционной вибрации увеличивается. В течение многих лет два литра считались «неофициальным» пределом рабочего объема серийного рядного четырехцилиндрового двигателя с приемлемыми характеристиками NVH.
Основная концепция балансирных валов существует с 1904, когда он был изобретен и запатентован британским инженером Фредериком Ланчестером. Два уравновешивающих вала вращаются в противоположных направлениях с удвоенной частотой вращения двигателя. Эксцентриковые грузы одинакового размера на этих валах рассчитаны и сфазированы таким образом, что инерционная реакция на их вращение в противоположных направлениях компенсируется в горизонтальной плоскости, но добавляется в вертикальной плоскости, давая результирующую силу, равную всего лишь 180 градусам, не совпадающую по фазе с нежелательной. вибрации второго порядка базового двигателя, тем самым отменяя ее. Однако фактическая реализация концепции достаточно конкретна, чтобы ее можно было запатентовать. Основная проблема, представленная концепцией, заключается в адекватной поддержке и смазке детали, вращающейся с удвоенной частотой вращения двигателя при более высоких оборотах, когда вибрация второго порядка становится неприемлемой.
Ведутся споры о том, сколько мощности стоят двигателю сдвоенные балансирные валы. Базовая приведенная цифра обычно составляет около 15 л.с. (11 кВт), но она может быть чрезмерной для чисто потерь на трение. Возможно, это просчет, полученный из-за обычного использования инерционного динамометра, который рассчитывает мощность по угловому ускорению, а не по фактическому измерению крутящего момента в установившемся режиме. Таким образом, мощность 15 л.с. (11 кВт) включает в себя как фактические потери на трение, так и увеличение угловой инерции быстро вращающихся валов, что не будет иметь значения при постоянной скорости. Тем не менее, некоторые владельцы модифицируют свои двигатели, удаляя балансирные валы, как для того, чтобы восстановить часть этой мощности, так и для уменьшения сложности и потенциальных областей поломки для повышения производительности и использования в гонках, поскольку обычно (но ошибочно) считается, что плавность, обеспечиваемая уравновешивающие валы могут быть получены после их снятия путем тщательной балансировки возвратно-поступательных компонентов двигателя.
Четырехцилиндровые двигатели
Компания Mitsubishi Motors впервые в современную эпоху разработала двигатели Astron с бесшумным валом в 1975 году, с уравновешивающими валами, расположенными внизу на боковой стороне блока цилиндров и приводимыми в движение цепями от масляного насоса. впоследствии лицензировал патент Fiat, Saab и Porsche. [1]
Компания Saab дополнительно усовершенствовала принцип уравновешивающего вала для преодоления второй гармоники боковых вибраций (из-за той же базовой асимметрии в конструкции двигателя, но гораздо меньшей по величине) путем размещения уравновешивающих валов с поперечной симметрией, но на разных высотах. над коленчатым валом, тем самым создавая крутящий момент, который противодействует боковым вибрациям при удвоенных оборотах двигателя, что обеспечивает исключительно плавную работу двигателя B234.
Шестицилиндровые двигатели
Другая конструкция уравновешивающего вала используется во многих двигателях V6. В то время как оптимально спроектированный двигатель V6 будет иметь угол 60 градусов между двумя рядами цилиндров, многие современные двигатели V6 являются производными от старых двигателей V8, которые имеют угол 90 градусов между двумя рядами цилиндров. В то время как это обеспечивает равномерный порядок воспламенения в 8-цилиндровом двигателе, в шестицилиндровом двигателе это приводит к скачкообразному ритму, когда при каждом обороте коленчатого вала три цилиндра зажигаются с частотой 9Интервалы 0 градусов, за которыми следует промежуток 90 градусов без импульса мощности. Этого можно избежать, используя более сложный и дорогой коленчатый вал, который изменяет соотношение между цилиндрами в двух рядах, чтобы обеспечить эффективную разницу в 60 градусов, но в последнее время многие производители сочли более экономичным адаптировать концепцию балансирного вала, используя один вал с противовесами, расположенными так, чтобы обеспечить вибрацию, которая компенсирует тряску, присущую 90-градусному V6.
Внедрение производства
Другие производители, выпускающие двигатели с одним или двумя уравновешивающими валами, включают(d):
- Четырехцилиндровый двигатель Alfa Romeo 2,0 л, устанавливаемый на Alfa Romeo 156
- Двигатель Крайслер К
- Chrysler 2,4 л и 2,5 л Неоновый двигатель
- Модульный двигатель Ford V10
- Двигатель Ford Taunus V4
- Бьюик 3800 V6
- General Motors Corporation Quad 4 и Ecotec
- Двигатель GM Atlas четырех- и пятицилиндровые двигатели (два балансирных вала) Двигатель
- GM Quad-4, который использовался в Pontiac Sunfire 1995 года.
- Двигатель GM Vortec V-6 (один балансирный вал)
- Четырехцилиндровый двигатель Honda 2,2 л (F22)
- Двигатель Mazda 2,3 л MZR (два балансирных вала)
- Двигатель Mitsubishi 'Astron'
- Четырехцилиндровый двигатель Nissan 2,5 л (QR25DE)
- Рядные четырехцилиндровые двигатели Porsche 2,5 л, 2,7 л и 3,0 л
- Двигатель Subaru EF
- Тата Нано
- Тойота 2,4 л (2AZ-FE)
- Двигатель Saab H
- Volvo B234F, B204GT и B204FT (четыре цилиндра, два уравновешивающих вала, головка 16V, используется в сериях 700 и 900)
а также многочисленные мотоциклетные двигатели, особенно вертикальные близнецы, и даже некоторые небольшие одноцилиндровые двигатели.
