Почему двигатель автомобиля вибрирует при запуске? » Азбука науки

Двигатели автомобилей вибрируют из-за неуравновешенных сил, возникающих в результате возвратно-поступательного и вращательного движения компонентов двигателя.

Для большинства из нас типичный день в машине состоит из того, чтобы завести ее, переключить передачу и заняться своими делами. Пока машина оживает, мы почти не задумываемся об исходящих от нее устойчивых, порой незаметных вибрациях.

Что вызывает вибрацию двигателя при запуске или на холостом ходу? Давай выясним!

Рекомендуемое видео для вас:

Хотя нам может показаться, что мы не обращаем внимания на вибрацию в автомобиле, они являются тонким напоминанием о том, что машина работает. Одним из наиболее распространенных признаков неисправности является отклонение от этой «незаметной» рабочей вибрации.

Вибрацию часто связывают с движением внутренних компонентов трансмиссии. Однако это верно лишь отчасти, поскольку электромобили, у которых также есть движущиеся внутренние компоненты (двигатели), не проявляют такой вибрации.

Ответ на эту загадку кроется в конструкции двигателей внутреннего сгорания.

Двигатели внутреннего сгорания являются поршневыми двигателями. Они состоят из компонента возвратно-поступательного движения (поршня и шатуна), обеспечивающего вращательное движение (коленчатый вал). Сочетание возвратно-поступательного и вращательного движения создает циклические и неуравновешенные силы. Эти силы воспринимаются как вибрации, которые мы ощущаем при запуске автомобиля.

Читайте также: Что такое двигатель Ванкеля и как он работает?

Несбалансированные силы возникают, когда все силы в движущейся системе не уравновешиваются противодействующими силами. Остаточные силы вызывают различные возмущения, в данном случае – вибрации.

Читайте также: Что такое детонация в двигателе и октановое число топлива?

Вибрации в автомобилях возникают из-за возвратно-поступательного и вращательного движения поршня, шатуна и коленчатого вала. Желательно, чтобы компоненты демонстрировали «симметрию» сил при движении. То есть как возвратно-поступательные, так и вращающиеся компоненты должны быть спроектированы так, чтобы в движущейся системе оставалось как можно меньше остаточных сил. Вибрации в двигателях в основном возникают из двух источников.

Это относится к неравенству весов и центров тяжести различных возвратно-поступательных компонентов по отношению друг к другу. В идеальной системе они одинаковы для каждого поршня и шатуна двигателя.

Имеется в виду наличие эксцентричных вращающихся масс, которые приводят к возникновению неуравновешенных центробежных сил при движении двигателя. В идеальной системе центр масс вращающихся элементов должен лежать на оси вращения.

Важно сбалансировать остаточные силы, возникающие из-за движения компонентов двигателя. Если его не остановить, его изнурительные последствия включают дискомфорт для пассажиров и полный механический отказ двигателя. Первым шагом к балансировке двигателей является устранение любого статического дисбаланса обрабатываемых компонентов до чрезвычайно близких и одинаковых допусков. Инженеры стремятся решить большинство проблем дисбаланса с помощью статической балансировки.

То, что не может быть решено с помощью статической балансировки, решается с помощью динамической балансировки. Здесь неуравновешенным силам противодействуют расположенные напротив них балансировочные валы.

Однако важно отметить, что в поршневых двигателях невозможно полностью устранить дисбаланс, вызывающий вибрацию. Их можно только уменьшить до приемлемого уровня механических ограничений и комфорта пассажиров.

Динамическая балансировка связана с временем работы двигателя и состоит из первичной и вторичной балансировки. Первичная балансировка выполняется для неуравновешенных сил, действующих на скорость вращения коленчатого вала. Вторичная балансировка выполняется для неуравновешенных сил, действующих со скоростью, вдвое превышающей скорость вращения. Шатун, длина которого превышает радиус коленчатого вала, создает эти неуравновешенные силы. Это известно как наклон. Хотя первичные неуравновешенные силы больше, их легче сбалансировать, чем вторичные неуравновешенные силы.