Влияние хонинга на Шум двигателя, вибрация и жесткость (nvh) Характеристики

Характеристики вибрации: роль поверхности и геометрии

Вибрация в двигателе может ощущаться через руль, пол и сиденья.В то время как вращающийся и поршневой баланс массы играет роль, состояние стенки цилиндра непосредственно способствует амплитуде вибрации и частотности.

Восхитительные вибрации через асимметричное трение

Если поверхность цилиндра с одной стороны более грубая, чем с другой, поршень испытывает асимметричные силы трения, которые толкают его вбок с каждым ударом. Это создает качающееся движение, которое перемещается через соединительный стержень к коленчатому валу, вызывая вибрационные силы на креплениях двигателя. Единообразная отделка плато гарантирует, что трение согласуется по всей окружности ствола. Измеренные данные испытаний динамометра двигателя показывают, что двигатели с правильно отточенным бором демонстрируют величины вибрации на 15-20% ниже при холостом ходу по сравнению с двигателями с бисквитным (незавершенным как литье) бором или тем, который был отточен изношенными камнями.

Микрогеометрия и демпфирование

Микроскопические долины на отточенной поверхности действуют как миниатюрные амортизаторы. Когда поршневое кольцо перемещается по долине, захваченная масляная пленка поглощает часть энергии, которая в противном случае передавалась бы в виде вибрации. Этот эффект особенно важен при низких оборотах двигателя, где толщина масляной пленки минимальна. Оттачивание плато с значением Rvk (сниженная глубина долины) выше 0,5 микрон обеспечивает достаточный объем масла для поддержания гидродинамической смазки во время простоя, уменьшая вибрационную жесткость. С другой стороны, отделка с недостаточной глубиной долины голодает кольца, что приводит к пограничной смазке — увеличению трения, износа и вибрации.

Боровая геометрия и вибрационные режимы

Даже поверхность с хорошей шероховатостью может по-прежнему генерировать вибрацию, если бор сужен или вне круга. Тапер заставляет кольцо изменять свое радиальное напряжение по мере его движения, создавая циклическую вариацию силы трения. Внекруглые боры создают вибрацию дважды за оборот, потому что кольцо должно расширяться и сжиматься, чтобы следовать профилю бора. Хонинг должен обращаться как к макрогеометрии (круглость, прямолинейность), так и к микрогеометрии (грубость, плато) для управления вибрацией. Использование специального калибра бора для измерения округлости до и после оттачивания является стандартным шагом контроля качества в профессиональном двигателестроении.

Суровые: субъективный опыт качества езды

Суровые — это ощущаемое воздействие низкочастотных, высокоамплитудных вибраций, которое водитель или пассажир интерпретирует как «грубость» или «причудливость».Это самый сложный параметр NVH для количественной оценки, поскольку он зависит от восприятия человеком и пути передачи через шасси.Однако оттачивание напрямую влияет на жесткость через его влияние на равномерность сгорания.

Переменность и жесткость горения

Если кольцевое уплотнение изменяется от одного цилиндра к другому из-за непоследовательного оттачивания, давление сгорания становится неустойчивым. Один цилиндр может производить пиковое давление раньше или позже, чем другие, создавая циклическое изменение крутящего момента, которое потрясает трансмиссию. Это воспринимается как дрожь во время ускорения или низкоскоростного крейсерства. Единая отточенная поверхность - та же шероховатость, тот же угол зацепления, те же характеристики плато - гарантирует, что каждое кольцо уплотняется последовательно. Двигатели с изменением от носки до носки в Ra больше чем 0,1 микрона часто проявляют заметную жесткость, которая не может быть настроена с креплениями двигателя или амортизаторами.

Холодный старт Харш

Во время холодного запуска масло толстое, а кольца еще не расширились до полной герметизации. Отточенная стенка цилиндра плато позволяет кольцам сиденье быстрее, потому что уменьшенная высота аспертиза снижает контактное давление на пиках. Это минимизирует холодный поршень-шлепок и зажимы кольца, которые делают холодный двигатель чувствовать себя суровым. Многие OEM-производители указывают на финиш плато (Ra 0,2-0,4 мкм) специально для уменьшения холодного запуска NVH. Послепродажные реконструкции, которые игнорируют эти спецификации и используют грубую наземную отделку, доставят двигатель, который чувствует себя грубым до полного тепла.

Долгосрочная деградация

Плохое оттачивание не только повышает начальный NVH, но и ускоряет износ, что приводит к ухудшению жесткости с течением времени. Когда поверхность отделки слишком грубая, кольца быстро изнашиваются, увеличивая сдувание и остекление. В результате потеря сжатия заставляет двигатель работать усерднее, увеличивая стук и грохот сгорания. И наоборот, правильно отточенная поверхность сохраняет свою текстуру на десятки тысяч миль, сохраняя уровни NVH стабильными. Исследование крупного производителя подшипников показало, что двигатель восстанавливается с использованием оттачивания плато поддерживает уровень шума в пределах 1 дБ от начального значения после 50 000 миль, тогда как обычно отточенные двигатели показали увеличение на 3-4 дБ за тот же период.

Ключевые факторы в хонировании, которые влияют на NVH

Несколько управляемых параметров в процессе оттачивания определяют окончательную сигнатуру NVH.Квалифицированные машиностроители корректируют их в зависимости от типа двигателя, применения и желаемых эксплуатационных характеристик.

Кросс-тч Англ

Как уже упоминалось, угол между ходом оттачивания и осью цилиндра влияет на удержание масла и стабильность кольца. Стандартный угол для большинства автомобильных двигателей составляет 25-30 градусов. Для чувствительных к NVH приложений (роскошные транспортные средства, морские двигатели, генераторы) чуть более широкий угол (до 35 градусов) может уменьшить трепет кольца при низких оборотах, но может увеличить потребление масла. Гоночные двигатели часто используют более крутой угол (40-45 градусов) для минимизации трения на высоких скоростях, принимая немного более высокий шум. Компромисс должен быть сделан с учетом целевого диапазона работы.

Стоун Грит и Бонд

Размер абразивного камня определяет шероховатость поверхности. Грубые камни (120-220 грационов) производят отделку, подходящую для чугунных цилиндрических вкладышей, которые позже будут отточены на плато. Для финального шага плато используются тонкие камни (400-600 грациозных) , Использование камней, которые слишком грубы для конечного прохода, оставляет глубокие царапины, которые действуют как усилители напряжения и генераторы шума. И наоборот, камни, которые слишком тонкие, могут полировать поверхность, закрывая долины и голодая кольца масла, что приводит к потрескиванию и увеличению вибрации. Твердость связи также имеет значение: твердые камни имеют тенденцию производить более последовательный разрез, но склонны к остекленению, в то время как мягкие камни носят быстрее, но самооблегчаются, сохраняя остроту.

Смазка и скорость хонирования

Правильное охладитель-любрикант имеет решающее значение для предотвращения размазывания металла по отделке, состояние, известное как мазок. Размазывание покрывает рисунок с защелкой тонким, полированным слоем, который отслаивается в течение первых часов работы, вводя мусор и увеличивая износ как колец, так и цилиндра. Это приводит к повышению NVH во время взлома. Использование высококачественного оттачивающего масла с добавками экстремального давления при правильной вязкости предотвращает мазок. Скорость нагрева (RPM и скорость взаимности) должна быть достаточно низкой, чтобы позволить охлаждающей жидкости смывать чипы; типичные диапазоны 150-250 оборотов в минуту с частотой взаимности, которая завершает 20-30 ударов в минуту.

Использование плиты Torque

Возможно, единственным наиболее важным фактором для NVH в перестроенных двигателях является использование крутящих пластин во время оттачивания. Без крутящих моментов бор искажается от нагрузок зажима головки болта, и после повторной сборки кольца должны соответствовать некруглой форме - создание локализованных точек с высоким трением, которые вибрируют. Исследование в журнале Engine Builder Magazine показало, что двигатели, отточенные с крутящими пластинами, демонстрировали на 40% меньшую вибрацию на креплениях двигателя по сравнению с идентичными двигателями, оттачиваемыми без них. Для двигателей V-стиля пластина на каждом берегу необходима, потому что шаблон искажения отличается между левым и правым банками цилиндров.

Передовые технологии хостинга для оптимизации NVH

Помимо базового оттачивания, современные методы предлагают дополнительный контроль над характеристиками NVH.

Двухступенчатый хонинг

Этот процесс сначала разрезает скуку до размера грубым камнем, затем завершает тонким камнем (или щеткой) для получения плато. Результатом является высоконагруженная поверхность с хорошим удержанием масла. Двухступенчатое оттачивание теперь является стандартом для OEM-производителей и все чаще принимается высококлассными реконструкторами, поскольку оно сокращает время взлома и NVH. Промежуточная шероховатость с первой ступени удаляется второй, оставляя только долины.

Горящий пояс

Гибкие абразивные ремни лучше соответствуют геометрии цилиндров, чем жесткие камни, уменьшая волнистость и производя более равномерное плато. Оттачивание пояса особенно эффективно для тонкостенных цилиндров (например, алюминиевых блоков с прессованными железными вкладышами), где давление камня может искажать бор. Более гладкая поверхность дает более низкий высокочастотный шум и меньшую жесткость во время холодных запусков.

Щепка для хонирования

Нейлоновые нити накала с абразивными частицами используются в качестве заключительного шага для оттачивания перекрестного затвора и создания ультратонкого плато. Оттачивание щетки улучшает удержание масляной пленки без добавления значительной шероховатости, что приводит к уменьшению трения поршневого цилиндра на 10-15% и соответствующему падению амплитуды вибрации. Многие производительные двигатели используют оттачивание щетки после обычного каменного процесса для уточнения отделки.

Измерение и оценка улучшений NVH

Для подтверждения того, что оттачивание улучшило НВГ, следует использовать измеримые показатели. Наиболее распространенными являются:

• Параметры шероховатости поверхности (Ra, Rz, Rpk, Rvk) измеряются с помощью профилометра. Значения цели варьируются в зависимости от типа двигателя, но для оттачивания плато Ra должен составлять 0,2-0,4 мкм, а Rvk больше 0,5 мкм.
• Бореневая геометрия (круглость, сужение, прямолинейность) с использованием калибровки ствола. Круглость должна быть в пределах 0,0003 дюймов, сужение в пределах 0,0002 дюймов по длине супа.
• Показатели вибрационного акселерометра на блоке двигателя и креплениях во время контролируемого разгона. Значительным считается уменьшение 3 м/с2 в низкочастотном диапазоне (10—200 Гц).
• Измерения уровня звука в положении уха (сиденье водителя) в условиях холостого хода и крейсерского режима. Для большинства водителей заметно снижение шума в салоне на 2-3 дБ.

Комплексные перестраиватели будут записывать эти показатели до и после оттачивания, чтобы проверить их процесс. Без измерения субъективное восприятие может вводить в заблуждение — NVH — это многомерная проблема, которая требует объективной проверки.

Ошибки хостинга, которые ухудшают NVH

Инженеры должны избегать нескольких подводных камней, которые разрушают NVH.

• Использование одного и того же процесса оттачивания для всех двигателей.] Блоки из чугуна (например, GM LS, Ford Windsor) требуют различной каменной решётки и смазки, чем алюминиевые блоки с Никасилом или железными вкладышами. Общий подход часто дает плохую отделку поверхности и высокий уровень шума.
• Недостаточный поток охлаждающей жидкости.] Без достаточного количества прохладного масла камни нагреваются и глазурь, или металлические мазки. Оба производят грубую, непостоянную поверхность, которая усиливает вибрацию.
• Игнорирование консистенции цилиндра к цилиндру. Даже если один цилиндр совершенен, вариация между цилиндрами создает неравномерное трение и горение, что приводит к грубому запуску двигателя. Проверьте каждый затвор.
• Высокое ускорение уменьшает жизнь камня и может создавать следы болтовни — волны на поверхности, которые почти невозможно удалить позже. Низкая скорость с постоянным питанием обеспечивает лучшую геометрию.
• Использование изношенных камней или щеток. Изношенные абразивы вызывают потерю эффективности резки и производят разорванную, а не разрезанную поверхность. Это увеличивает шероховатость и снижает демпфирование.