Балансировочные валы двигателя

Предметом нашей сегодняшней беседы станет балансировочный вал ДВС – сложный с конструктивной точки зрения механизм, который выполняет важнейшую функцию в работе автомобильных силовых установок. Деталь представляет собой стержень с пазами, ее задача – способствовать равновесию циркулирующих масс в цилиндрах мотора. 

Впервые балансирный вал использовал автоконцерн Mitsubishi, постепенно решение стали внедрять в конструкцию авто и другие производители. Сегодня балансиры применяются повсеместно, они используется в транспортных средствах таких известных мировых марок, как Mercedes, Audi, BMW и пр.

Силы инерции первого порядка и второго порядка

Прежде чем описывать устройство и принцип работы механизма, ставшего темой данного материала, необходимо углубиться в тонкости физических процессов и разобраться с понятием сил инерции, которые бывают первого и второго порядка.

Силы первого порядка – это продукт изменения направления движения элементов поршневой группы во время функционирования ДВС. Предельных показателей указанные силы достигают в тот момент, когда поршень проходит так называемые мертвые точки. Возникновение таких сил приводит к поперечной вибрации мотора, частота которой соответствует периодичности вращения коленвала.

Что касается сил инерции второго порядка, то они прямо пропорциональны весу ВПДЧ, а также половине диаметра кривошипа и квадратам угловой скорости. При этом силы инерции обратно пропорциональны расстоянию, на котором находятся оси головок шатунного механизма. Иными словами, чем больше шатун, тем меньше силы инерции второго порядка.

Принцип работы и устройство балансировочных валов

Валы фиксируются на задней стенке картера, они вращаются на подшипниках скольжения. Верхний и нижний балансирные валы соединяются посредством приводов, верхний из которых оснащен зубчатым ремнем, оказывающим воздействие на привод нижнего. Валы – детали исключительно парные, находятся они по обе стороны и на равном расстоянии от коленвала. 

Балансировочный вал вращается в противоположную от коленвала сторону, скорость его движения вдвое превышает частоту вращения последнего. Это обеспечивает возможность снижения вибраций, так как силы инерции благодаря противоположной направленности компенсируют силы балансировочных валов коленвала. 

Фиксируются валы продольно, для этого используется специальная пластина, именуемая стопорной, фиксируется она на кольцевых канавках, расположенных на каждой шестеренке обоих валов – нижнего и верхнего. 

Работа кривошипно-шатунного механизма основана на возникновении сил инерции благодаря взаимодействию его рабочих элементов, одни из которых совершают возвратно-поступательные движения, а другие вращаются.

Важно

Влияние инерционных сил в цилиндрах силового агрегата, а также высокий уровень шума в нем же становится причиной того, что отдельные комплектующие в двигателе постоянно находятся под воздействием максимальных нагрузок и быстро выходят из строя. Чтобы предотвратить преждевременный износ, прибегают к установке балансировочных валов.

Говоря об устройстве механизма, необходимо отметить тот факт, что его привод осуществляется от коленчатого вала.

Главной задачей является обеспечение возможности вращения валов в противоположном друг от друга направлении строго с требуемой скоростью. Чаще всего функции привода выполняет зубчатый ремень балансировочного вала. Для снижения вращательных вибраций в конструкцию включен гаситель пружинного типа, монтируемый в звездочке на приводе.

На каких двигателях применяются балансирные валы

Впервые балансиры использовала компания Mitsubishi – в середине 70 годов прошлого века она изобрела технологию под названием Silent Shaft. Инновационное по тем временам решение стали внедрять в рядные двигатели, ведь практика показывает, что четырехцилиндровые силовые агрегаты больше подвержены появлению сил инерции. 

Чем большее количество оборотов развивает мотор в процессе работы, тем выше потребность в балансирных валах. Следовательно, отвечая на вопрос, поставленный абзацем выше, отметим, что устанавливаются детали в ДВС высокой мощности, нередко – в тех, которые работают на дизельном топливе. 

Неисправности и ремонт балансировочных валов

Все сложные механизмы, и балансиры – не исключение, рано или поздно ломаются. Причиной выхода из строя деталей, которым посвящена наша беседа, обычно становится износ зубчатых элементов и подшипников в результате исчерпания их ресурса. Это логично, ведь данный конструктивный элемент функционирует под постоянным воздействием высоких нагрузок.

Признаком проблемы и свидетельством того, что возникла необходимость замены балансировочного вала, являются посторонние шумы и повышенный уровень вибраций. Во многих случаях в результате неисправности блокируется шестеренка привода, а это ведет к обрыву цепи балансировочных валов.

В любом случае ремонт деталей невозможен, необходимо заменить отслужившие свое элементы. В виду конструктивной сложности детали ремонт будет стоить недешево, причем, доверить выполнение поставленной задачи необходимо опытным специалистам. 

Некоторые автолюбители начинают экспериментировать и после износа балансиров попросту демонтируют их, а отверстия в моторе закрывают заглушками. Эксперты не советуют заниматься подобным, так как из-за отсутствия компенсаторов возможна разбалансировка силового агрегата, да и на мощности последнего это сказывается далеко не лучшим образом.

Практика показывает, что отсутствие балансировочных валов, которые предусмотрены конструкцией транспортного средства, приводит к снижению мощности мотора не менее чем на 15-20 л.с.

Чтобы деталь служила максимально долго, надлежащим образом выполняя возложенные на нее функции, в процессе эксплуатации необходимо уделять внимание таким моментам:

1.  Отказаться от агрессивной манеры езды. Чем резче работает двигатель, тем быстрее изнашиваются шестерни всех валов, не только балансирных. То же самое касается и других деталей.
2.  Не игнорировать требования производителя ТС относительно планового техобслуживания. Нужно вовремя менять масло и фильтры, при первой необходимости выполнять замену ремня привода – и шестерни будут вращаться без воздействия дополнительных нагрузок, что продлит срок службы всего механизма.

Итог

Балансиры – детали не то чтоб незаменимые, однако они повышают комфорт езды, уровень безопасности участников дорожного движения и положительным образом сказываются на длительности эксплуатации целого ряда узлов и агрегатов современных автомобилей.