для чего нужны балансировочные валы в двигателе
Зачем нужны балансирные валы?
После недавней замены вкладышей на моем 5S-FE появилась дикая вибрация по салону на холостых и на оборотах. Что только не думал. Узнал много нового, в том числе про балансиры. Думал даже их убрать.
Плюсы вроде как тише работает на холостых
Минусы — появляется вибрация.
Вкратце о чем речь: сняв поддон, можно обнаружить прикрученную под коленом здоровую коробку, в которой находится два балансирных вала, которые приводятся в действие шестеренчатой передачей от колена и призваны гасить вибрации на холостом ходу.
Ставились на 5s (в отличие от 3s), на движки больше 2х литров.
Валы как и колено крутятся во вкладышах, но найти вкладыши нереально, а новый блок — 20тыр. Бывает вкладыши проворачаивает и машина тарахтит как дизель. В общем когда выходит блок из строя его проще выкинуть, получив немного вибраций.
Если сбита регулировка — опять вибрации.
Вот статься по удалению
Вот по регулировке(может кому пригодится)
Решил так: разберем, если люфт большой — выкинем, если норм — выставим по меткам.
За 3000км езды с вибрацией стали появляться мысли о продаже авто)) Наконец нашел время, поехал к знакомому разбирать.
Слил масло в 4ый раз за последние два месяца, до сих пор грязное(за 3000км), стружки уже нет, отложений крупных тоже. Еле оторвали поддон, прилепленый в прошлый раз на оригинальный герметик. Сняли балансиры, метки стояли верно, но вот поршень первого цилиндра в верхнюю точку никто не выставлял при установке балансиров в прошлый раз, от этого и колбасило. Проверили люфты — все четко, поэтому желание от него избавиться пропало. Установили все как надо — машина шепчет, будто после 10ки в эс класс сел)) Есть ощущение, что так хорошо никогда не было, поэтому есть вероятность, что с момента покупки ездил на неправильно установленных балансирах.
Также были поменяны гайки для крепления приемной трубы к коллектору и прокладка, номера лень искать.
08880-80375 — Масло Toyota 5w40 — 2700руб
90915-YZZE1 — фильтр масляный — 200руб (Не Япония конечно, но какой был)
НА ЗАМЕТКУ ПРО ПОДДОН:
Так как часто снимали поддон, выявили слабое место: по всему периметру болты натыканы каждые 5-6 см, а есть один участок, правая короткая сторона, так на нем наверно 15 см раст между угловыми болтиками! И на удивление далеко не каждый раз удавалось прилепить поддон на оригинальный гермет так, чтоб не текло. Поддон каждый раз отбивали до идеально ровного.
Проблему раз и навсегда решили установкой прокладки поддона, естественно неоригинальной)
Ajusa 14059700, на zzap навалом, 200руб. В ней кстати дырочки есть там, где у нас нет в блок (речь о 5sfe кстати). Была идея просверлить и посадить тот край на два болта, но оказалось весьма проблематично и забили. Прокладку с двух сторон тоненько герметиком. Купил болтики 6ки по длинее на пол см, штук 18 кажется. Ничего не течет.
Прокладка пробковая, аккуратнее при транспортировке)
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.
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.
Немалую роль в балансе работы ДВС играет и расположение цилиндров. Можно выделить три распространённые схемы:
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.
🔧 Балансирные валы 🚗 🚘
Работа кривошипно-шатунного механизма сопровождается возникновением сил инерции от движения его конструктивных элементов. Различают силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс (поршни) и вращающихся масс (шатуны). В многоцилиндровом двигателе силы инерции в отдельных цилиндрах создают еще и моменты инерции в продольной плоскости. В совокупности силы и моменты вызывают вибрацию двигателя, которая передается на кузов и сопровождается повышенным уровнем шума, перегрузками и увеличением износа элементов.
Для противодействия вибрации производится уравновешивание (балансировка) двигателя. Наиболее распространенным способом балансировки является установка дополнительных противовесов на щеках коленчатого вала. Вместе с тем данный способ не позволяет уравновесить силы инерции, возникающие в двигателях различных компоновочных схем. Так, в четырехцилиндровом рядном двигателе неуравновешенными остаются силы инерции второго порядка (силы, возникающие при движении масс с удвоенной частотой коленчатого вала). При этом величина сил инерции увеличивается с ростом объема двигателя.
Для уравновешивания сил инерции второго порядка в четырехцилиндровых рядных двигателях рабочим объемом 2,0 и более литра применяются дополнительные валы с противовесами – т.н. балансирные валы. Впервые балансирные валы на своих автомобилях применила в 1976 году компания Mitsubishi, технология получила название Silent Shaft (бесшумный вал). В настоящее время балансирные валы достаточно широко используются в продукции других автопроизводителей – VW, Audi, BMW, Mercedes-Benz, GM.
Балансирные валы устанавливаются попарно с одной и другой стороны коленчатого вала, как правило, симметрично. Наиболее предпочтительной в плане занимаемого объема является установка балансирных валов в картере двигателя ниже коленчатого вала. Балансирный вал представляет собой деталь сложной формы, обычно это металлический стержень с выбранными в нем пазами. Балансирный вал вращается в двух подшипниках скольжения, смазываемых в составе системы смазки двигателя.
▪Привод балансирных валов осуществляется непосредственно от коленчатого вала и обеспечивает вращение валов в разные стороны с удвоенной угловой скоростью. В качестве привода могут использоваться зубчатый редуктор, цепная передача или их комбинация. Для гашения крутильных колебаний, возникающих при вращении валов, в приводной звездочке цепного привода устанавливается пружинный гаситель колебаний.
В силу своей конструкции балансирные валы при работе испытывают значительные нагрузки. Особенно нагружены дальние от привода подшипники. Все это приводит к ускоренному износу подшипников, а также элементов привода. Износ сопровождается шумом, вибрацией и может привести к обрыву приводной цепи. Последствия для двигателя такой поломки несложно представить.
▪Ремонт балансирных валов – дорогое удовольствие. Поэтому отечественные умельцы просто от валов избавляются, а отверстия в картере закрывают заглушками. Вибрация, конечно, увеличивается, но опоры двигателя с ней неплохо справляются. Помимо повышенного износа, применение балансирных валов усложняет и удорожает конструкцию двигателя. При этом потери мощности двигателя на их привод могут достигать 15 л.с.
На досуге о балансирных валах, многое узнаете
«Создатели автомобилей постоянно стремятся сделать их комфортабельнее, безопаснее и удобнее в эксплуатации». Сия мысль мне постоянно приходит в голову, когда я ищу оправдание очередному приспособлению, придуманному неистощимыми конструкторами транспортных средств и «автоматически удорожающему конечный продукт».
На протяжении всей истории своего развития автомобиль постепенно обрастал устройствами и приборами, призванными сделать его безопаснее и удобнее для водителя и пассажиров. С системами безопасности все понятно, раз надо – значит, надо, экономия здесь недопустима. Но с дополнительными средствами для повышения комфорта ситуация выглядит не столь однозначно. Некоторые из этих приспособлений — например, электрическая регулировка сидений по шести параметрам, а также массаж и вентиляция того, что на них обычно находится, — выглядят несколько избыточными, но большинство усовершенствований уже давно стали привычными и необходимыми элементами современного автомобиля.
Важнейшим показателем общей комфортабельности машины является отсутствие посторонних вибраций и шумов. Несмотря на все усилия создателей автомашин, полностью избавить их от вибраций, видимо, так никогда и не удастся. Ведь абсолютно ровных дорог не существует, а в самой конструкции автомобиля пока нет замены узлам и агрегатам с возвратно-поступательным движением. Именно они ответственны за вибрации двигателя, который остается пока самым шумным и тряским агрегатом автомашины.
Для борьбы с этими вибрациями конструкторы двигателей в последнее время все чаще применяют балансирные валы, в том числе и на тех типах двигателей, которые раньше считались достаточно уравновешенными. И вполне естественно, что, как и любая деталь двигателя, балансирный вал когда-нибудь изнашивается и требует ремонта. В двигателе все взаимосвязанно, и выход из строя балансирного вала или его привода может привести к серьезным разрушениям и, как следствие, к сложному и дорогому ремонту. Вот о том, что такое балансирный вал, чем он болеет и как его лечить, мы сегодня и поговорим.
Баланс сил и моментов
Чтобы лучше понять, как работают в моторе балансирные валы и как их ремонтировать, я обратился к Владимиру Хрулеву, техническому директору известной фирмы «Иномотор», которая специализируется на ремонте двигателей.
Как часто случается, «в действительности все не так, как на самом деле», и этот самый вроде бы простенький лишний вал оказался весьма важной деталью двигателя. О которой некоторые ремонтники, производящие переборку и капремонт мотора, подчас либо «забывают», либо не придают ей должного значения. Дабы понять взаимосвязь между состоянием балансирного вала и нормальной работой двигателя, давайте обратимся к некоторым теоретическим моментам.
Совсем без вибраций поршневой двигатель внутреннего сгорания работать не может – так уж он устроен. И борьба с этими вибрациями нужна не столько для обеспечения комфорта пассажиров, сколько ради сохранения «здоровья и жизни» самого мотора. Сильные неуравновешенные вибрации могут вызвать элементарное разрушение деталей мотора – со всеми выпадающими оттуда последствиями.
Итак, отчего возникают вибрации?
Во-первых, при движении поршней вверх-вниз. Поршни двигаются неравномерно: они то разгоняются, то замедляются, что и порождает силы инерции.
Во-вторых, шатун в двигателе не просто болтается вверх-вниз, а совершает движение по сложной траектории. С изрядной долей приближения шатун можно представить как систему из двух масс. Одна масса вращается на шейке коленвала, а вторая масса движется вместе с поршнем.
В-третьих, в некоторых компоновках двигателей (например, V6 с развалом блока в 90 градусов) вспышки в цилиндрах происходят неравномерно. Возникающие вследствие этого пульсации крутящего момента отчасти могут быть сглажены посредством установки более массивного маховика.
Массы, перемещающиеся возвратно-поступательно, создают инерционные силы периодического действия. Неуравновешенные инерции первого порядка возникают с частотой вращения коленвала. Соответственно, силы инерции второго, третьего и прочих порядков действуют с удвоенной или утроенной частотой вращения коленвала. Кроме того, пары сил, приложенные на определенном расстоянии, образуют неуравновешенные моменты инерции. Так происходит, например, когда в соседних цилиндрах силы инерции направлены в противоположные стороны.
Неуравновешенные, или свободные моменты инерции также бывают первого, второго, третьего и так далее порядков.
Из распространенных типов двигателей уравновешенными «от рождения» являются только рядные и оппозитные «шестерки». В них все силы и моменты инерции взаимно уравновешивают друг друга – они всегда равны и направлены в противоположные стороны. Все остальные двигатели «колбасит» в большей или меньшей степени.
Уменьшить эту дрожь можно посредством специальной балансировочной системы. Она состоит из противовесов, вращающихся с равной (для сил 1-го порядка) или удвоенной (для сил 2-го порядка) частотой в противоположном направлении относительно коленвала. Эти противовесы и называют балансирными валами двигателя или валами противовращения. Силы инерции третьего и более порядков, действующие в автомобильном двигателе, столь малы, что на них просто не обращают внимание.
Типов двигателей, в которых надо уравновешивать силы инерции первого порядка, очень немного. Это четырехтактные двухцилиндровые рядные и V-образные моторы. Так, например, на отечественной «Оке» слева и справа от коленвала вращаются два балансирных вала.
На некоторых типах двигателей приходится уравновешивать только моменты инерции первого порядка, а силы инерции у них сбалансированы «от рождения». К ним с некоторой натяжкой можно отнести, например, мотор знаменитого «Запорожца». В нем установлен один балансирный вал, вращающийся со скоростью коленвала. Теми же моментами инерции первого порядка «болеют» трех- и пятицилиндровые рядные моторы и V-образные «шестерки» и «восьмерки». Subaru и Daihatsu в своих «трешках» используют балансирные валы, а вот Smart – нет. У рядных «пятерок» во время работы двигателя по блоку постоянно пробегает волна изгибающего момента, поэтому блок должен быть весьма жестким. Однако Volvo и Audi борются с вибрациями, совершенствуя подвеску силового агрегата, и только FIAT применяет балансирный вал, который полностью уравновешивает все моменты. В моторах V6, которые в последнее время вытеснили рядные, ситуация с уравновешенностью такая же, как у «трешки». Балансирный вал в таком моторе обычно размещают над коленвалом между рядами цилиндров. Однако большинство двигателей V6 не имеет балансирных валов, а возникающие вибрации частично гасятся за счет усложненной подвески силового агрегата. Моторы V8 позволяют полностью скомпенсировать моменты инерции дополнительными противовесами на коленвале, что полностью исключает вибрацию и не требует балансирных валов.
Все перечисленные типы двигателей вместе взятые не составляют и половины от общего их числа. Большинство выпускаемых, а значит, ремонтируемых моторов – рядные четырехцилиндровые. В них несбалансированными остаются только силы инерции второго порядка, особенно заметные при больших объемах двигателя.
Когда-то считалось, что на эти силы можно просто не обращать внимания. Но в 1976 году компания Mitsubishi разработала технологию Silent shaft («бесшумный вал») и впервые использовала ее на Mitsubishi Astron 80, тем самым внедрив идею компактных балансирных валов в современное двигателестроение. Эта технология заключается в компенсации сил инерции второго порядка с помощью двух балансирных валов, расположенных по обе стороны коленвала и вращающихся с удвоенной частотой в противоположные стороны (система Ланчестера). Такая система конструктивно весьма усложняет двигатель и оказывает существенное влияние на рост его цены. Одновременно такие двигатели отличаются повышенной требовательностью к качеству и периодичности технического обслуживания. Однако несмотря на некоторые недостатки конструктивного усложнения двигателей, эта система прижилась и ныне используется не только Mitsubishi, но и Ford, Saab, FIAT, VW, Opel, Mercedes, Lancia, Alfa-Romeo, Porsche, Toyota, Honda, Mazda и многими другими. Раньше в Mitsubishi Motors балансирные валы устанавливали на все моторы с рабочим объемом более 1,8 л, в последние годы это делают начиная с 2-литровых моторов. Остальные фирмы-производители не злоупотребляют этой системой, ограничиваясь ее установкой либо на двигатели, которыми комплектуются автомобили классов E и F по европейской классификации, либо на те модели двигателей, где без балансирных валов обойтись просто невозможно – например, на 3-цилиндровые моторы для Volkswagen Polo.
Привод балансирных валов в конструкции, разработанной инженерами Mitsubishi довольно сложен, так как они вращаются в разные стороны. При ременном приводе ГРМ для одного из валов приходится ставить отдельный зубчатый ремень. При разрыве этого ремня его разлетающиеся обрывки вызывают обрыв ремня ГРМ с очень печальными последствиями для двигателя.
Собственно балансирный вал представляет собой чугунную деталь сложной формы, которая вращается на двух подшипниках. Передний подшипник находится рядом с хвостовиком, за который вал и приводится во вращение. Это, как правило, подшипник скольжения, смазываемый маслом под давлением. В некоторых моторах встречаются и подшипники качения (например, FIAT, Lancia, Alfa-Romeo). Передний подшипник, равно как и шейка вала в этом месте, как правило, проблем не создают.
Основная нагрузка падает на задний подшипник, по обе стороны от которого находится балансировочный груз. Задний подшипник также представляет собой подшипник скольжения, который смазывается маслом, поступающим под давлением из системы смазки двигателя. Хорошо, если к нему из блока подведен отдельный масляный канал, но чаще всего смазка заднего подшипника осуществляется через передний подшипник по каналу внутри балансирного вала. Даже при незначительном износе передней втулки масло начинает вытекать мимо вала, оставляя задний подшипник «голодающим».
Из-за сильнейшего биения самого вала, которое не то что неизбежно, а даже необходимо, нагрузка на задний подшипник очень велика. Более того, в большинстве типов двигателей балансирный вал вращается в два раза быстрее коленвала, то есть его скорость может достигать 12 000 об./мин. При таких скоростях бронза в качестве материала для втулки подшипника не годится, поэтому используются сталеалюминиевые втулки.
Наши консультанты считают, что при любом ремонте двигателя, снабженного балансирными валами, ревизии их состояния следует уделять особое внимание, начиная с оценки состояния задней втулки. Помимо биения, о котором шла речь выше, ее ускоренный износ связан с масляным голоданием этого узла, которое, в свою очередь, является нередким явлением для изрядно поношенных моторов. Мы с вами помним, что при масляном голодании в первую очередь страдают шатунные подшипники и шейки коленвала. Если же мы имеем дело с двигателем, оснащенным балансирным валом или валами, то прежде всего масляное голодание скажется на состоянии втулок балансирного вала.
Об их критическом состоянии говорит характерный негромкий частый стук, на который обычно ни хозяин авто, ни некоторые ремонтники не обращают особого внимания, а иногда и путают его со стуками, издаваемыми клапанным механизмом. Результат обычно не заставляет себя ждать. Истертая втулка проворачивается в блоке и разбивает свое посадочное место. За считанные секунды прикипевшая к валу втулка образует в блоке большое отверстие, в котором весь вал начинает с грохотом болтаться. На этот шум, который сопровождается заметным падением давления масла не обратить внимания уже невозможно.
Технология восстановления разбитого посадочного места под задний подшипник балансирного вала (а именно оно-то и страдает в подавляющем большинстве случаев) относительно несложна, но достаточно трудоемка. Первым делом следует выточить стальную втулку-проставку, которая впоследствии станет посадочным местом под новый подшипник. Для этого годится обычный токарный станок. Оптимальная толщина стенки такой проставки – 1,5 мм, но не менее 1,2 мм. Затем помещаем блок в расточной станок и, центрируясь по переднему подшипнику, растачиваем в корпусе блока место под изготовленную нами проставку. При сильном износе посадочного места втулки лучше сначала его расточить до получения ровного цилиндрического отверстия. А уже затем под размер полученного отверстия, с учетом натяга, изготовить втулку – проставку. Третьим, заключительным этапом, будет запрессовка в расточенное отверстие проставки с заранее запрессованной в нее новой сталеалюминиевой втулкой.
Состояние опорных шеек балансирного вала проверяется вполне традиционным способом. При их износе вал, конечно, можно заменить на новый. Но обычно дешевле оказывается его наварить по стандартной технологии восстановления коленвала. То есть провести грубую шлифовку, наварку и шлифовку до номинального размера. Как и в случае с коленвалом.
Почти все фирмы выпускают втулки балансирного вала как запчасти (пожалуй, кроме Toyota). Mitsubishi и некоторые другие фирмы производят даже втулки ремонтного размера, что, впрочем, не очень нужно, так как износ отверстий в блоках, попадющих в руки мастера, почти всегда оказывается больше ремонтного размера.
Кроме износа подшипников, у балансирного вала есть еще одно «узкое место» – это изгиб переднего хвостовика, на который крепится приводная звездочка. Максимально допустимое биение хвостосика – 0,05 мм. Небольшой изгиб можно править, а при большом вал придется заменить. Альтернативным способом ремонта хвостовика является его наварка и последующая шлифовка, которая и устранит биение.
При сборке двигателя стоит обратить особое внимание на правильное положение балансирных валов. На некоторых двигателях (например, Mitsubishi 4G63) можно правильно выставить все метки, а у мотора все равно будут заметные вибрации на всех режимах. Дело в том, что один из балансирных валов может быть установлен с ошибкой в 180о, что в моторе 4G63 очень легко сделать даже при полном совпадении всех меток. Если ремонтник неопытный, то для устранения вибраций он может попытаться менять подушки двигателя, а то и ремонтировать трансмиссию. Понятно, что такая работа приведет только к лишним расходам и недовольству клиента.
Некоторые «умельцы» рекомендуют заранее, чтобы потом не мучаться с ремонтом, отключать привод балансирных валов, оставляя их неподвижными. Действительно, в слегка изношенной рядной «четверке» небольшое добавление вибраций может пройти почти незамеченным. Однако, по мнению Владимира Хрулева, такая операция, скорее всего, обойдется дороже своевременного ремонта. Если верить «советам бывалых», то достаточно всего лишь снять зубчатый ремень привода балансирного вала (в том же 4G63). Но проблема в том, что в этом моторе ремень приводит в движение только один из валов, а второй задействован от шестерни маслонасоса где-то внутри двигателя, а значит, потребуется его разборка. Похожую конструкцию имеют и многие другие двигатели с двумя встречно вращающимися балансирными валами.
В любом случае задача мастера на автосервисе заключается в том, чтобы убедить клиента в необходимости грамотного, пусть и дорогого ремонта. Лишних деталей в двигателе не бывает.