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主持专家:汪学慧(本刊编委会委员)

2022-05-19

汽车维修与保养 2022年2期
关键词:飞轮曲轴共振

汽车维修高级技师,坚持在维修一线工作20余年;

深圳市汽车维修行业特聘专家;

深圳市首届优秀技师;

深圳市消费者委员会特聘汽车专家;

深圳市交通电台“爱车有道”栏目嘉宾;

一汽丰田“爱车空中大讲坛”节目嘉宾;

2000年获得全国丰田技能大赛第三名。

Q一辆2013年款的丰田锐志,装配5GR发动机,已正常行驶超过180 000km。一次交通事故后,修复时更换了发电机部件,蓄电池恢复正常充电。近日偶发转向沉重的故障现象,仪表盘上会突然出现ABS、发动机故障、防滑VSC等多个故障警告灯亮起。检查转向装置及车轮制动等外部状况及电路连接,没有发现异常。检修时发现,发动机运转时仪表盘上确实有多个故障警告灯亮起。随后用元征诊断仪读取出故障码C1201和C1417(图1),后者指示 “IG1供电电压太高”。检查发电机电压为14V左右,能正常发电。请问为何会有“电压太高”的故障码呢?

江西读者:杨林料

A 从调出的两个故障码入手进行分析,故障码C1201的含义是发动机/EV控制系统故障,但没有具体指出是何部件的故障,C1417的含义是IG1供电电压太高。但在发动机怠速时检查,万用表指示发电机输出电压正常,在14V左右,那么,为什么会出现提示电压太高的故障码呢?

结合车主反映的,车辆偶发转向沉重的故障这一情况,在读取车辆的动态数据流时,重点关注与助力转向相关的内容。结果发现在电子辅助动力转向系统,以及ABS/VSC/TRC系统内,会出现失去通讯的故障。进一步查找“失去通讯”的现象,相关故障码有多个:U0123-横摆率传感器模块、U0124-横向加速传感器模块、U0126-转向角度传感器模块、U0130-与转向VGRS系统控制模块、U0131-动力转向模块等(图2)。

从故障码的测试条件中,查到“失去通讯”故障的一个共同原因,是“端子IG1的电压在10V和17.4V之间时,不能接收到相关数据,此状况持续1s或更长时间”,或“端子IG1的电压在10V和17.4V之间时,以下情况连续发10次,不能接收到相关数据在5s内出现一次或更多次”而造成的。而故障码C1417指向IG1供电电压太高,与上述故障原因吻合。

那么造成供电电压太高的具体原因又是什么呢?据维修技师介绍,回顾此车的检修过程,半年前此车因偶发转向沉重,曾更换过方向机总成。后制动系统曾有故障又换过了ABS执行器总成。现在同类故障又重复出现,似乎大部件都换了,维修一时陷入僵局。

与“IG1电源过高”有关联的是何部件呢?进一步用诊断仪查找车辆的动态数据流,利用诊断仪的录屏功能,观察发现IG1端子的电压,有时确实瞬间会窜升到17.4V以上(图3),符合触及故障码的检测条件,推断这是造成出现上述多个故障码的原因。按国标规定发电机的输出电压应在14V±0.5V间变化,与蓄电池一道起稳定充电电压的作用。但此车发电瞬间电压升到17.4V以上的现象,说明发电机输出的尖峰电压,没有被有效抑制,可判断该发电机的电压调节装置工作不良,平稳电压波动的效果较差。

分析该车曾在山区更换过发电机,可能使用的不是原厂配件。重购原厂的发电机总成更换,经过近4个月的使用跟踪,原车之前出现的,多种故障及多个警告灯点亮的现象再也没有出现过。由此推断之前更换的方向机总成及ABS执行器总成,只是治标而没有治本,当时并没有找到故障的根本原因。该案例说明,细致观察和分析动态数据流是很重要的。

Q在维修一辆交通事故车,大众宝来的手动挡轿车时,在拆解发动机时发现该车采用了“双质量飞轮”的结构。我不明白这种双质量飞轮有何优点。请教了身旁的几位维修技师,也没有得到理想的答案。我只知道高中档轿车装用双质量飞轮结构的较多,如豪华版的奔驰轿车,大众的宝来、速腾、朗逸等多款车型都装配了双质量飞轮。请问老师这种双质量飞轮的结构有何特点?谢谢!

广东读者:安逸

A 发动机上装用双质量飞轮,是上世纪90年代发展的一项在高中档轿车上装用的技术,很多维修技师对这项技术还是比较陌生。所谓双质量飞轮,其最大的特点是使发动机的隔振和减振效果十分明显,车辆的乘坐舒适性可得到大幅提高,该技术已逐步在中级轿车上推广使用。图4所示为双质量飞轮的实物。

发动机只在作功行程才产生动力,而进气、压缩和排气行程是消耗动力的。多缸发动机间隔性轮流作功,输出的转矩有脉动的特点,给曲轴施加了一个周期变化的扭转力,这会使曲轴转动忽慢忽快。飞轮固装在曲轴后端突缘面上,是带有齿圈的大质量铸钢圆盘,具有很大的惯性。当曲轴转速增快时能吸收部分能量阻碍其增速,当降速时又能释放部分能量使其减速受阻,这样一增一减,提高了曲轴旋转的均匀性。飞轮的另一作用是将发动机动力传递给离合器,当汽车起步时扭力突然急剧增大,也因飞轮的储能作用,可避免发动机转速急降而使车辆熄火。

即便发动机作等速旋转,各缸作用在曲轴上的扭转力仍是周期变化的,飞轮会发生强迫振动。同时由于曲轴本身的拐状特点,以及曲轴上平衡块、活塞连杆等运动件的惯性,曲轴也会发生自由扭转振动。上述两种振动会产生共振,为此有的发动机在振幅最大的曲轴前端,加装了用橡胶或硅油做的减振器,以吸收这种衰减性的振动。

另外车辆传动系的固有频率一旦与曲轴扭转振动的频率重合,也会产生共振,使其振幅和噪声变得很大。故在离合器的从动盘上串装弹性元件,即在两块摩擦片之间夹一个减振盘,其上均布卧式螺旋弹簧,通过摩擦使扭转振动迅速衰减,降低对传动系零部件的振动,以减缓车辆起步或换挡时的冲击。

传动系共振的大小取决于旋转圆盘的转动惯量,临界转速越低或转动惯量越大,共振也越大。在离合器上装扭转减振器,同时受两方面的局限,一是不能使发动机到变速器间的固有振动频率,降低到怠速转速以下;二是受从动盘尺寸限制,弹簧刚度无法降低,减振效果较差。

为了使发动机有效地隔振和减振,就产生了双质量飞轮。所谓双质量飞轮,是将原飞轮分成两部分,一部分称为初级质量,仍留在发动机原位置,与曲轴输出端突缘盘相连,用于启动和传递发动机的转动扭矩,起到原飞轮的作用。另一部分质量则放置在传动系变速器一侧,通过轴承安装在初级飞轮上,上面装有离合器,可提高变速器的转动惯量,这一部分称为次级质量。初、次飞轮之间由弹簧减振器连接为一个整体。图5为双质量飞轮的结构示意图。

双质量飞轮利用次级质量增大了传动系的惯性转矩,使共振转速降到怠速转速以下。发动机怠速转速一般在800r/min左右,共振转速不在发动机运行的转速范围。只在发动机刚启动和停机转速很低时,才会通过共振转速范围,这就是发动机刚启动和熄火时振动才特别厉害的原因。飞轮的次级质量与变速器的离合,是一个不带减振器的刚性离合器盘,质量明显减小(图6)。减振弹簧组装在双质量飞轮中,并能在盘中滑动,使换挡更平顺容易。图7所示为“双质量”飞轮的工作原理。

现在的高档轿车中,装配双质量飞轮的逐步增多,隔振和减振的效果十分明显,乘坐的舒适性得到大幅提高,受到市场的欢迎。尤其是性价比较高的柴油版轿车,为减少柴油机的振动,更多的采用双质量飞轮,舒适性可媲美汽油轿车。

双质量飞轮的常见故障,是连接初次级飞轮间减振螺旋弹簧的疲劳变形。正常情况初次级质量“相角”位置差很小,一旦减振弹簧变形使相角差超过12°以上时,在怠速工况下发动机抖动较明显,会有明显的“嗒嗒”金属敲击声,一挡升二挡会发出金属摩擦声,出现此类症状,应是双质量飞轮的故障,更换新的飞轮即可消除故障。

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