Paliekoša vibrācija. Kas tas ir?

Šoreiz ievadraksts par paliekošo vibrāciju. 

Kā jau no nosaukuma var noprast, runa būs par dzinēja vibrāciju. Diemžēl, šī problēma tiek apskatīta ļoti reti. Ļoti maz meistaru vispār novērtē cilindru darbību. Benzīna dzinējiem palielinātu vibrāciju to lietotāji tolerē labi (it sevišķi, pārsēžoties no dīzeļauto), jo šie dzinēji subjektīvi vibrē mazāk izteikti pat pie paliela cilindru disbalansa. Dīzeļdzinējiem biežāk dzirdam par palielinātu vibrāciju (dēļ degvielas sadegšanas ''asāka'' procesa šo vibrāciju var just spēcīgāk - ar visu ķermeni), tad parasti ''meistari'' ķeras klāt dzinēja un ātrumkārbas spilveniem. Jā, šāda ''risinājuma'' metode ir fail pēc būtības. Kāpēc?

Turpmākā piemērā apskatīšu 6 cilindru dzinēja darbību. Līdzīga tā, protams, ir arī ar 4; 3 un citu konfigurāciju spēka agregātiem, tādēļ tos atsevišķi neaplūkošu.

Šajā attēlā - korekta dzinēja darbība. Attēlots katra cilindra mehāniskais darbs. Uz X ass - laiks.

Protams, šajā attēlā cilindru pienesums attēlots vienkāršoti. Mehāniskā pienesuma līknes nav tik smukas; piem., benzīna dzinējiem attīstītā spēka līknes ir ar ''noapaļotāku'' pīķa apgabalu, dīzeļdzinējiem - ar ''asākiem'' pīķiem. Atkarībā no dzinēja paaudzes/tipa šī mehāniskā enerģija 6 cilindru dzinējam var nedaudz pārklāties. Šāda pārklāšanās nav iespējama 3 un 4 cilindru dzinējiem, bet 8 cilindru dzinējiem tā ir izteikta. Attēls (šis un nākošie) paredzēti principa attēlošanai.

Šajā attēlā redzams, kā izskatās korekti strādājoša dzinēja mehāniskā enerģija (laikā), ja tam pievienots spararats (līkne 1).

Spararats izlīdzina spēka pulsācijas. Brīdī, kad kāds no cilindriem veic mehānisko darbu, daļu enerģijas spararats uzņem (akumulē), bet brīžos, kad mehāniskā enerģija samazinās - atdod to slodzei.

Šajā attēlā salīdzināts vienmasas (1) un divmasu (2) spararata pienesums.

Vienmasas spararats ir otrās kārtas Low Pass mehāniskais filtrs, kas nozīmē - efektīvas darbības apgabalā tas pulsācijas slāpē 4 reizes efektīgāk, pulsāciju frekvencei pieaugot 2 reizes. Divmasu spararats veido 3. vai pat 4.tās kārtas filtru, kas nodrošina vēl efektīvāku cilindru enerģijas slāpēšanu.

Parēķināsim šo pulsāciju frekvenci.

Tukšgaitā dzinējs darbojas ar ap 600 RPM, kas nozīmē: kloķvārpstas griešanās frekvence ir 600/60 = 10 apgriezieni/sekundē.

Katrs no cilindriem darba ciklu veic uz katru otro apgriezienu, tātad katrs cilindrs to (darbu) veic 10/2 = 5 reizes sekundē. Attiecīgi , 6 cilindru dzinējam cilindri veido darba ciklus 5*6 = 30 reizes/sekundē. Tātad - 30 reizes sekundē kāds no cilindriem mehānisko enerģiju nodod kloķvārpstai.

Ievērojiet šo skaitli: 30. Tā ir pietiekoši augsta frekvence! Šādu frekvenci cilvēks dzird (cilvēks dzird frekvences, kas pārsniedz 20 Hz) un sajūt kā ''tirpināšanu'', nevis izteiktu vibrāciju.

Izteiktas, zemas vibrācijas cēlonis ir cits!

Lūk, šādi izskatās dzinējs, kuram kāds no cilindriem strādā ar lielāku mehānisko enerģiju.

Iemesli šādai situācijai var būt:

a. tekoša sprausla

b. nekorekti piekodēta sprausla

c. nenomērīta vai nekorekti nomērīta sprausla

Identiskas problēmas radīs arī cilindrs, kura efektivitāte ir samazināta. Iemesli šādai problēmai var būt:

a. nekorekti piekodēta sprausla

b. nenomērīta vai nekorekti nomērīta sprausla

c. samazināts gaisa daudzums degkamerā (dzinējiem, kas aprīkoti ar Valvetronic)

d. mehāniskas problēmas (palielināti zudumi/noplūdes virzuļgrupai)

e slikta izmidzinātās degvielas atomizācija, nepareizs beam (izteikti dīzeļdzinējiem; benzīnam - Stratified charge)

Savukārt, ņemot vērā spararata ietekmi, kopējā dzinēja attīstītā mehāniskā enerģija (apakšējā līkne) šadā problēmgadījumā izskatās sekojoši:

Attēlā mēs redzam:

a. 30 reizes sekundē (augšējā līkne) kāds no cilindriem veic mehānisko darbu. Šo pulsāciju frekvence - 30 vibrācijas sekundē;

b. kloķvārpsta veic (apakšējā līkne) arī zemākas frekvences pulsācijas: 5 reizes sekundē kloķvārpsta paātrinās un palēninās.

Atceramies vēl dažas mehānikas pamatsakarības:

a. dzinējs ar tā masu arī veido 2.kārtas Low Pass mehānisko filtru;

b. jebkuras kloķvārpstas griešanās ātruma (enerģijas) izmaiņas rada tieši tādas pašas, pretēji vērstas pieliktā spēka izmaiņas dzinējam. Kloķvārpsta griežas vienā virzienā, dzinējs ''mēģina'' griezties pretējā virzienā. Tāpat arī ar ar griešanās/spēka izmaiņām - tās kloķvārpstai un dzinējam ir ar identisku spēku, vērstas pretējā virzienā.

Tieši šīs zemo frekvenču (šajā gadījumā: 5 svārstības sekundē) svārstības cilvēks uztver kā vibrāciju. Vibrē viss - auto virsbūve, salons. Turklāt, šīs vibrācijas īsti neslāpē spararats. Kāpēc? Kā jau iepriekš minēju, spararats veido Low Pass filtru, šī filtra efektivitāte pieaug, pieaugot vibrāciju frekvencei. Savukārt, jo zemāka vibrāciju frekvence, jo sliktāk tās spēj slāpēt spararats. Vienmasas spararata efektivitāte teorētiski samazinās (vibrāciju frekvencei samazinoties 6 reizes) ap 36 reizēm; divmasu spararata efektivitāte krīt vēl dramatiskāk! Šīs vibrācijas īsti neslāpē arī pats dzinējs, jo arī tā (kā Low Pass filtra) mehāniskās enerģijas ''akumulatora'' spējas strauji samazinās, pazeminoties vibrāciju frekvencei. 

Lūk, vēl viens attēls - divu (ne secīgu) cilindru mehāniskā efektivitāte atšķiras no ideālās. 

Šajā piemēra dzinēja vibrācijas būs 3 reizes zemākas kā cilindru darba ''pamatfrekvence'' jeb 30/3 = 10 svārstības sekundē. Šī vibrācija ir ''smalkāka'' (un arī aritmiskāka) kā iepriekšējā gadījumā, taču tāpat kā iepriekš - arī šī NAV dzinēja cilindru normālas darbības sekas! 

Jau kopš senseniem laikiem gan DME, gan DME izlīdzina cilindru mehānisko efektivitāti. Ļoti senos laikos šāda izlīdzināšana notika tikai tukšgaitā, bet pēdējos 20+ gados - visos darba režīmos. Attiecīgi - ja ir jūtama palielināta vibrācija, ir nevis jāmaina dzinēja spilveni, bet jānoskaidro, kurš(i) cilindrs(i) ir ar nekorektu mehānisko efektivitāti.Acīmredzot, DME/DDE kādu iemeslu dēļ nav izdevies izlīdzināt visu cilindru pienesumu kopējā ''katlā''.