Žmonėms sunku įsivaizduoti elektrą ar vibraciją – dažniausiai juntame tik jų sukeliamą poveikį. Pavyzdžiui, jaučiame šilumą, kai per kaitinimo elementą teka srovė, arba pajuntame drebėjimą, kai komponentą veikia vibracija. Kad galėtume išmatuoti ir pavaizduoti šiuos reiškinius sukeliančią energiją, galime pasitelkti PicoScope.
Naudojant PicoScope reikia dviejų pagrindinių įgūdžių: vienas – fiksavimas (osciloskopo nustatymai ir pan.), kitas – užfiksuotų duomenų analizė. Vibracijų analizė niekuo nesiskiria: nors sąvoką suvokti gali būti nelengva, tai tas pats, kas matuoti įtampą grandinėje. Pritaikome tinkamą zondą ir nustatymus, kad išmatuotume energijos, kurią galime pajusti (vibracijos), poveikį.
Daugeliui Pico automobilių vibracijų diagnostika vis dar tik pradeda skintis kelią, tačiau kuo daugiau naudojuosi NVH rinkiniu ir peržiūriu rezultatus, tuo daugiau, atrodo, atrandu.
Toliau pateikiama Maserati Quattroporte atvejo analizė – šį automobilį kartu su Top Technician konkurso nugalėtoju Stuartu White'u turėjome malonumą diagnozuoti ir, dar svarbiau, sutvarkyti.
Stuartas, kuriam priklauso ir kurį valdo Complete Car Maintenance (CCM), užsiminė apie kliento skundą dėl minėto automobilio vibracijos ties maždaug 1600 sūkių per minutę tiek stovint, tiek važiuojant.
Su vibracijomis sunku dėl to, kad kiekvienas jas interpretuoja skirtingai (todėl reikia matuoti, o ne spėlioti), tačiau šio automobilio atveju negalėjai paneigti, kad labai konkrečiame variklio sūkių ruože per visą automobilį eina nemenka vibracija. Nuo 1450 iki 1700 sūkių per minutę vibracija buvo akivaizdi, o didžiausia – ties maždaug 1600 sūkių per minutę.
Paruošę PicoDiagnostics NVH rinkinį, vibracijos dažnį ir amplitudę galėjome išmatuoti gana lengvai, tiesiog vadovaudamiesi NVH programinės įrangos nustatymo vedliu.
Variklio sūkių nustatymas yra bet kokios vibracijų analizės kertinis akmuo, nes variklis yra šaltinis, nuo kurio skaičiuojame visas vibracijas. Visų automobilio besisukančių komponentų dažnį galima apskaičiuoti, kai žinome variklio sūkius, pavarų dėžės ir diferencialo perdavimo santykius bei ratų ir padangų dydį.
Šiuo atveju turime vibraciją iš variklio automobiliui stovint, todėl į NVH programinę įrangą per mūsų ELM laidą paduodamų variklio sūkių pakako įvertinti tik varikliui priskiriamas vibracijas. (ELM laidas naudoja J2534 protokolą VIN, variklio ir važiavimo greičio duomenims užklausti per OBD lizdą.)
Akselerometras iš pradžių buvo pritvirtintas prie dešinės pusės sparno atramos skydo (variklio skyriuje), nes atrodė, kad būtent ši sritis kelia rūpesčių, atsižvelgiant į vairuotojo padėtį šiame dešiniavairiame automobilyje.
Labai greitai buvo parodyti vibracijos dažnis ir amplitudė, atskleidę nebūdingą daugiau nei 116 mg vibracijos smailę ties 40,38 Hz (prisiminkite: sūkiai per minutę / 60 = Hz).
Šios vibracijos padėtis tiksliai atitiko „variklio eilę“ E1.5 (1,5 karto didesnę už variklio sūkius).
Toliau pateikta dažnių diagrama rodo didelę vibracijos amplitudę ties 1,5 × variklio sūkių:
Kad paaiškintume variklio vibracijų eiles, pagalvokite apie keturtaktį keturių cilindrų variklį. Pirmiausia, visos vibracijų eilės matuojamos g vienetais (pagreitis dėl gravitacijos). Mus dominantys lygiai pasireiškia mg (mili-g) amplitudėmis, esant įvairiems dažniams, išreikštiems Hz.
E1 (pirmosios eilės variklio vibracija) – tai tiesiog variklio sūkiai, išreikšti Hz (E1 × 60 = sūkiai per minutę). E1 vibracijas galima priskirti su variklio sūkiais susijusiems komponentams, pavyzdžiui, smagračiui ir skriemuliams.
Paprastai E2 (antrosios eilės variklio vibracija) pasireiškia dvigubais variklio sūkiais ir būna didžiausio lygio (keturių cilindrų varikliui), nes kiekvienam alkūninio veleno apsisukimui tenka du degimo įvykiai (du smūgiai alkūniniam velenui), sukuriantys būdingai aukštą E2. E2 vibracijos lygį galima priskirti degimo įvykiams arba komponentams, besisukantiems dvigubais variklio sūkiais.
Šešių cilindrų variklyje didžiausia būtų E3 (o ne E2), o aštuonių cilindrų – atitinkamai E4, kaip ir turėtų būti mūsų Maserati atveju.
Didelį vibracijų lygį ties E0.5 galima priskirti puse variklio sūkių besisukantiems komponentams, pavyzdžiui, skirstomiesiems velenams ir su jais susijusiems pagalbiniams įrenginiams. Grįžtant prie mūsų Maserati: kokie komponentai galėtų būti atsakingi už mūsų nebūdingą E1.5 vibraciją ir kaip galėtume rasti jos šaltinį? Remiantis pateikta informacija, aukštos E1.5 eilės paprastai būdingos trijų cilindrų varikliams, o čia mes turime V8!
Žemiau pateikta stulpelinė diagrama rodo aukštą E1.5 vibracijos lygį kartu su įtraukta pagalbos byla:
Prieš pultant stačia galva, kaip ir atliekant bet kokią diagnozę, niekada negalima praleisti pagrindinės apžiūros. Buvo patvirtinta, kad variklio alyvos ir aušinimo skysčio lygiai teisingi; žarnos, laikikliai, pynės vedžiojimas ir variklio atramos buvo patikrinti dėl tvirtumo, trynimosi ar kliuvimo į kėbulą.
Taip pat buvo patvirtinta, kad cilindrų kompresija, balansas ir emisijos yra tvarkingi, o serpantininis pavaros diržas buvo nuimtas, kad būtų atmesti bet kokie pagalbinių įrenginių pavaros komponentai. Vibracijai vis dar esant akivaizdžiai, reikalai pasidarė rimti! Atėjo metas įvertinti mūsų variklio schemas ir išsiaiškinti, kokie komponentai sukasi 1,5 karto didesniu už variklio greičiu.
Atidžiai apžiūrėjus paskirstymo mechanizmo krumpliaračių ir grandinių išdėstymą, paaiškėjo sudėtinga variklio alyvos siurblio pavaros konstrukcija. Alyvos siurblys įrengtas atokiau nuo paskirstymo krumpliaračių (variklio gale dešinėje), tačiau sujungtas šešiabriauniu pavaros velenu. Žvelgiant į alyvos siurblio pavaros krumpliaračio ir alkūninio veleno paskirstymo krumpliaračio santykį, turime paprastą 1:1 pavaros santykį. Toks santykis turėtų sukelti pagrindines variklio vibracijas pirmojoje variklio eilėje (E1), tačiau, priklausomai nuo alyvos siurblio pavaros ir komponentų nusidėvėjimo, gali sukelti ir kitų vibracijų (harmonikų). Prisiminkite E1 ir E2 mūsų keturių cilindrų varikliuose: E1 yra pagrindinė vibracija, o E2 – E1 harmonika, atsirandanti dėl degimo smūgių, perduodamų alkūniniam velenui variklio sūkių dažniu.
Alyvos siurblio pavaros konstrukcija
Tad kaip galėtume patvirtinti šią variklio sritį prieš imdamiesi remonto? Paprastas atsakymas – „negalime“. Tačiau galime paieškoti aplink variklį intensyvios vibracijos zonų (čia akselerometrą imame naudoti kaip stetoskopą).
Kad atsirastų vibracija, reikia vibracijos jėgos (pavyzdžiui, variklio), perdavimo kelio (pavyzdžiui, išmetimo sistemos) ir vibruojančio elemento (pavyzdžiui, automobilio kėbulo).
Neapsigaukite: šio automobilio remonto sąskaita bus didelė. Bet kokie diagnostikos rezultatai, padedantys ir Stuartui, ir man įsitikinti, kad šį variklį būtina ardyti, priimami išskėstomis rankomis.
Atminkite, kad verta pasinaudoti tuo, jog gedimą dar galime „pačiupinėti“, nes diagnozė atliekama prieš ardymą. Kai variklis bus išardytas, liksime vieni, nes atkurti šį gedimą tada bus nebeįmanoma.
Vibracijos lygio (amplitudės) fiksavimas prieš remontą ir po jo tose pačiose vietose duos kur kas objektyvesnius rezultatus nei vien mūsų pojūčiai, nes kiekvienas vibraciją interpretuojame skirtingai.
Žinome, kad mūsų vibracijos jėga yra variklio viduje, o labiausiai tikėtinas perdavimo kelias – išmetimo sistema. Kruopščiai parenkant akselerometro padėtį greitai paaiškėjo, kad didžiausia mūsų E1.5 vibracijos amplitudė yra ties apatiniu dešiniuoju išmetimo sistemos tvirtinimo laikikliu, kuriuo išmetimo sistema tvirtinama prie pavarų dėžės.
Kai atsižvelgiame į vibracija besiskundusio vairuotojo sėdėjimo vietą (tai dešiniavairis automobilis) ir dabar žinome variklio alyvos siurblio sukimosi greitį bei jo padėtį perdavimo kelio atžvilgiu, matome besiformuojantį dėsningumą... net akselerometrą pritvirtinus prie kairiojo sparno atramos skydo vibracijos lygiai buvo mažesni nei prie dešiniojo. Tikrasis Pico NVH rinkinio grožis čia tas, kad galime labai greitai ir tiksliai išmatuoti vibracijas nedarydami jokių prielaidų.
Lyginamasis testavimas yra neįkainojamas vertinant bet kurį automobilį diagnozės metu. Naudodami PicoScope dabar galime tikrinti ir matuoti automobilius taip, kaip gamintojas niekada nenumatė. Turiu omenyje, kad turime dinaminę įžvalgą į komponentų veikimą ir jų elgseną, kuriai paprasčiausiai neturime techninių duomenų rezultatams patvirtinti. Pavyzdžiui, kiek gamintojų nurodo savo automobilių vibracijų lygius esant įvairiems variklio sūkiams ir važiavimo greičiams? Mūsų laimei, Stuartas sugebėjo patvirtinti, kad kitas Maserati rodė būdingą salono vibraciją prie identiškų variklio sūkių, tačiau priimtino lygio, atitinkančio šio tipo sportinį variklį.
Tad į ką sutelkti dėmesį bandant sumažinti šį vibracijos lygį? Kėbulas yra mūsų vibruojantis elementas, tačiau grindų skydo ir kitų dalių slopinimu vibracijos tiesiog nepataisysime. Išmetimo sistema yra mūsų perdavimo kelias, tačiau ji tik perduoda per didelę vibraciją, kylančią iš variklio. Todėl turime imtis vibracijos šaltinio (variklio) – tokiu atveju tai geriausia praktika, nes nepaisant problemos gali laukti katastrofiški pažeidimai.
Apibendrinant tai, ką žinome:
- Skundas dėl salono vibracijos ties 1600 sūkių per minutę, juntamos vairuotojo sėdynėje, grindų skyde ir vairaratyje
- Didžiausias vibracijos lygis išmatuotas ties dešiniuoju išmetimo sistemos tvirtinimo laikiklio varžtu
- Didžiausias vibracijos lygis pasireiškia ties E1.5 (1,5 × variklio sūkiai)
- Nėra trynimosi tarp variklio pynės, vamzdynų, laidų ir kėbulo
- Nėra degimo praleidimų ar cilindrų disbalanso, nėra gedimo kodų, geros emisijos
- Vibracijos nesukelia pagalbiniai įrenginiai (pagalbinis pavaros diržas atjungtas)
- Alyvos siurblio vieta puikiai dera su didžiausia išmatuota vibracija (karterio dubens galinė dešinė dalis)
Turėdami visa tai, surinkome pakankamai įrodymų, kad prašytume nuimti karterio dubenį ir atidengti prie cilindrų bloko pritvirtintus komponentus (ypač alyvos siurblį). Nuėmus karterio dubenį daugiau vibracijos matavimų atlikti nebebuvo galima – tai parodo, kokie svarbūs visi veiksmai, atlikti prieš žengiant šį žingsnį.
Alyvos siurblys ir pavara buvo išimti, kad būtų galima prieiti prie visų matomų karterio komponentų ir juos apžiūrėti, įsitikinant, kad viskas gerai pritvirtinta (varžtų patikra) ir nėra matomo trynimosi ar kontakto žymių. Viskas buvo tvarkoje.
Kadangi mums rūpėjo E1.5 vibracija, alyvos siurblys tada buvo išardytas ir išmatuotas nusidėvėjimas tarp: siurblio korpuso ir varomojo rotoriaus, varančiojo ir varomojo rotoriaus bei varomojo rotoriaus šoninis tarpelis. Nors ant siurblio korpuso matėsi tam tikrų subraižymo požymių, visi matavimai buvo teisingi (nieko stebėtino, atsižvelgiant į tai, kad variklis neturėjo jokių su alyvos slėgiu susijusių problemų).
Kadangi siurblio mazge gedimų nerasta, dėmesys nukrypo į šešiabriaunę siurblio pavarą. Žiūrėdami į šešiabriaunės pavaros fiksavimo taškus abiejuose galuose, aiškiai matome kontakto žymes ant pavaros paviršiaus, atsiradusias dėl paskirstymo krumpliaračio sukimo jėgos ir siurblio pasipriešinimo (apkrovos) alyvos slėgio sudarymo metu.
Abi šios jėgos priešinasi viena kitai ir galiausiai lemia alyvos siurblio varančiojo rotoriaus sukimąsi bei variklio alyvos suslėgimą. Įstačius šešiabriaunę pavarą į varantįjį rotorių paaiškėjo, kad prieš perduodant sukimą varančiajam rotoriui yra per didelė laisva eiga (tarpelis). Kontakto žymės ant mūsų šešiabriaunės pavaros paviršiaus abiejuose galuose rodo skirtingo dydžio sąlyčio plotus tarp varančiojo rotoriaus ir paskirstymo krumpliaračio, o tai leidžia manyti, kad šešiabriaunė pavara ir nusidėvėjusi, ir deformuota.
Prie šešiabriaunės pavaros buvo pridėta liniuotė ir tarpelių matuoklis, kad būtų nustatytas bet koks iškrypimas – gauta 0,076 mm vertė alyvos siurblio varančiojo rotoriaus kryptimi (šiam matavimui specifikacijų nėra).
Taigi dabar turime nuspręsti, kuriuos komponentus keisti, remdamiesi apžiūra, vibracijos testų rezultatais ir atliktais matavimais. Visos šios informacijos centre – vibracija, akivaizdi ties 1,5 × variklio sūkių (E1.5).
Žinome, kad alkūninio veleno disbalansas pasireikštų pirmosios eilės variklio vibracija (E1), o mūsų alkūninį veleną dėl degimo veikia ketvirtosios eilės variklio vibracija (E4) (4 darbiniai taktai per apsisukimą) – nė vienas iš jų mūsų testų rezultatuose neaktualus.
Alyvos siurblio varantysis rotorius sukasi variklio sūkių dažniu (1:1 santykiu su alkūniniu velenu), tačiau jį veikia 6 impulsai, atsirandantys dėl alyvos suspaudimo tarp varančiojo ir varomojo rotoriaus. Tai būtų šeštosios eilės variklio vibracija (E6), kurios paprasčiausiai nematyti. Ar alyvos siurblio apkrova, taikoma šešiabriaunei pavarai, kuri iš dalies nusidėvėjusi arba deformuota, galėtų sukelti E1.5 vibraciją?
Alyvos siurblio ir pavaros apkrova (iš variklio), taikoma šešiabriaunei pavarai, kurios paviršiaus sąlytis geras, sukeltų mažai vibracijos arba jos visai nesukeltų, o apkrova, taikoma nusidėvėjusiam šešiabriaunės pavaros paviršiui, gali sukelti triukšmą ir vibraciją (atminkite: triukšmas ir vibracija yra vienas ir tas pats).
Atsižvelgdamas į alyvos siurblio, šešiabriaunės pavaros ir paskirstymo krumpliaračio keitimo remonto kainą, klientas leido pakeisti tik alyvos siurblį ir šešiabriaunę pavarą. Įtraukus paskirstymo krumpliaratį, darbo sąnaudos smarkiai išaugtų dėl paskirstymo grandinės nuėmimo.
Surenkant iškart tapo akivaizdu, kad tarp šešiabriaunės pavaros ir alyvos siurblio varančiojo rotoriaus laisvos eigos (tarpelio) beveik nėra, todėl sukimas alyvos siurbliui perduodamas akimirksniu. Variklis buvo surinktas, o akselerometras pritvirtintas lygiai toje pačioje vietoje, kad būtų išmatuotas vibracijos lygis ties 1600 sūkių per minutę.
Vibracijos lygis ties 1600 sūkių per minutę visame automobilyje iškart pagerėjo (bet nebuvo visiškai pašalintas), o gautos vertės kalba pačios už save: 113 mg prieš remontą ir 6 mg po jo.
Prie per didelės E1.5 variklio eilės vibracijos prisidėjo visų šių veiksnių derinys: šešiabriaunės pavaros paviršiaus nusidėvėjimas, tarpelis tarp šešiabriaunės pavaros ir alyvos siurblio varančiojo rotoriaus bei šešiabriaunės pavaros išlygiavimas tarp paskirstymo krumpliaračio ir varančiojo rotoriaus.
Verta paminėti, kad vertindami vibraciją sugebėjome atmesti daugybę variklio komponentų remdamiesi jų atitinkamais vibracijos dažniais. Iš variklio komponentų sąrašo ieškojome to, kuris atsakingas už E1.5 eilės vibraciją, o visi kiti komponentai sukosi kitais dažniais.
Žvelgiant atgal, būtų buvę fantastiška prieš remontą ir po jo išanalizuoti variklio alyvos slėgio svyravimus naudojant WPS500X slėgio keitiklį. Ar būtų buvę įmanoma pamatyti alyvos slėgio svyravimus ties 1600 sūkių per minutę dėl mūsų alyvos siurblio pavaros nusidėvėjimo? Matyt, niekada nesužinosime, tačiau apie tai verta pagalvoti dabar, kai turime PicoScope ir visus šiuos naujus matavimo metodus.
Ir vėl: neįkainojama ne tik įrodyti, kas vibruoja, bet ir greitai įrodyti, kas nevibruoja.
Objektyvūs rezultatai prieš remontą ir po jo pasirodė neįkainojami: būdinga variklio vibracija ties 1600 sūkių per minutę išliko, tačiau gerokai sumažėjo, o remontą patvirtino nenuginčijami mūsų NVH rinkinio pateikti įrodymai. Didelis ačiū Stuartui White'ui iš CCM už pagalbą ir palaikymą per visą šią sudėtingą, bet naudingą atvejo analizę.
Straipsnis išverstas iš Pico Technology bibliotekos su gamintojo leidimu. Originalas: picoauto.com. PicoScope įrangą rasite mūsų kataloge.