Studio e funzionamento dei supporti motore

[Tode]

Avevamo già trattato l' argomento delle vibrazioni e dei rumori diversi anni fa in questo post: Rumari e vibrazioni in maniera veloce e simpatica, argomento ripreso dal nostro Nello, ma negli ultimi anni c'è una ditta che ha sviluppato software e hardware da associare all' oscilloscopio per tradurre rumori e vibrazioni in grafici e forma d' onda.
Per quanto possa apparire poco utile la cosa secondo me potrebbe essere l' anticamera di un mondo inesplorato (da noi semplici mortali) per aiutarci nelle riparazioni.
Un componente meccanico che lavora male produce una vibrazione la quale si può tradurre in un rumore che noi o il cliente la percepiamo con il tatto o con l' udito.Qui entrano in gioco molte variabili, le sensazioni e le percezioni di un rumore come fastidio o meno sono molto soggettive e vanno da persona a persona, avere la possibilità di misurarle può aiutare a dare dei limiti entro cui è " normale" oppure no.
Il vantaggio più grosso del saper tradurre dei rumori e delle vibrazioni è quello di poter risalire a chi le causa e quindi indirizzare la riparazione .
Il mondo delle vibrazioni attraverso l' oscilloscopio lo si può analizzare in due maniere, il primo nella maniera classica l' ampiezza del segnale prelevato in funzione del tempo quindi una particolare forma d' onda abbinata ad un evento ad esempio un comando iniettore, oppure l' ampiezza in funzione della frequenza ovvero attraverso un programma dedicato che fa l' analisi dello spettro del segnale, estrapola tutte le frequenze che il sensore rileva e le disegna su un grafico 3D dove avremo ampiezza (asseY), frequenza (asse X), e tempo (asseZ), nello studio dei supporti motore useremo il secondo metodo.

STUDIO DEI SUPPORTI MOTORE GRAZIE AL DISPOSITIVO NVH

I supporti motore hanno l' importante funzione di sostenere il gruppo motore/cambio delle auto, ma anche attenuare le vibrazioni che durante il funzionamento si creano e che potrebbero innescare fastidiosi rumori e risonanze all' interno dell' abitacolo diminuendo il confort di guida.
Per l'autoriparatore è importante capire se il problema è proprio un sopporto motore che è rotto o ha perso le proprie proprietà fisiche originali, questo è possibile grazie all' aiuto di un sistema NVH della Pico.
TEORIA SUL FUNZIONAMENTO D' UN SUPPORTO MOTORE
Un supporto motore è un "sistema antivibrante di tipo elastico" ed ha la funzione di isolare quanto più possibile quello che il motore e tutti i suoi componenti generano chiamate "vibrazioni forzate" , le quali se trasmesse al telaio metallico dell' auto innescherebbero fastidiosi risonanze e rumori all' interno dell' abitacolo. Chi progetta questi elementi deve tenere conto di molti fattori tra cui la natura, il range di funzionamento del motore ed il peso da sopportare, al fine di dimensionare materiale, rigidità e quindi la "frequenza naturale di vibrazione" dello stesso.
La frequenza naturale, indicata molto spesso come Fn rappresenta la frequenza con cui vibra il corpo elastico, invece di attenuare la eventuale vibrazione la moltiplica in maniera esponenziale (in linea teorica fino all'infinito, in realtà a livelli alti).
Quanto detto fa capire quanto bisogni allontanarsi dal valore di Fn al fine di realizzare un sistema antivibrante efficiente . Il valore di attenuazione ottenuto dal rapporto tra Frequenza forzata e frequenza naturale (Ff/Fn) sia quanto più possibile lontana dal valore di 1 , per standard non si deve scendere sotto il valore di 1,41 (√2), si veda il grafico sotto:

vir-figure1.jpg

Questa teoria abbinata ad motore di uso automobilistico, che al minimo può scendere fino ai 650giri al minuto, viene naturale pensare la sua frequenza naturale sia uguale inferiore a:
Fn< (650G/min /60)= 10,833Hz => 10,83/1.41=7,68 Hz
Per avere valori così bassi si dovrebbe ricorrere a gomme con coeficienti di rigidità molto bassi che però si scontrano con la necessità di sostenere pesi abbastanza importanti con sollecitazioni verticali e trasversali, da qui si può capire come in un supporto motore ci sia molto studio e molta tecnologia, soprattutto per i motori diesel.
COME CAPIRE SE UNA VIBRAZIONE NOCIVA E' CAUSATA DA UN SUPPORTO MOTORE
Grazie al kit NVH si è in grado di rilevare e rappresentare in forma grafica le ampiezze delle vibrazioni generate da un motore termico sia in funzione delle frequenze con un grafico 2D che anche in funzione del tempo in un grafico 3D.
La sensazione di "fastidio" derivata da rumori o vibrazioni di una persona è molto soggettiva e non è uguale per tutti quindi dobbiamo adottare un sistema scientifico e porre dei limiti al disopra dei quali si può dire c'è un problema oppure dire è tutto a posto.
Vediamo prima un esempio di alcune rilevazioni effettuate su una C3 1400 Hdi del 2004 con i supporti nuovi ed efficienti tanto che anche per il cliente non ci sono problemi in più la categoria della macchina medio bassa unita ad un motore diesel non prevede un indice di confort elevatissimo.
Un motore quattro cilindri e quattro tempi a 700 giri, se tutto in ordine, genera due importanti vibrazioni una a circa E1=11.5 Hz relativa ai giri motore ed una a E2= 23,3 Hz generata dalle esplosioni delle combustioni, salendo di giri crescono anche i valori delle frequenze e le eventuali intensità delle vibrazioni , ad esempio a 3000 giri avremo E1=50Hz e E2=100Hz.
Collocando il sensore di vibrazione sul supporto del motore lato motore ho effettuato una lenta accelerazione oltre i 3500 giri motore per poi ritornare lentamente al regime di minimo al fine di far rilevare allo strumento quanti più valori di frequenze e ampiezze delle vibrazioni prodotte:

sensore su motore.jpg

Vibrazione sul motore con supporto nuovo.jpg

Ora la stessa prova la effettuo collegando il sensore sul telaio della vettura:

sensore su telaio.jpg

vibrazione a 3000 giri.jpg

Come si può vedere il valore delle vibrazioni si attenuato tantissimo in alcuni casi alcune frequenze sono sparite, mentre quelle principali dovute alle combustioni sono SEMPRE sotto il valore di 50mg, soglia che dopo diversi rilevamenti si può definire limite per dire se un supporto è efficiente oppure no.
Questa rilevazione è stata effettuata in abitacolo collegando il sensore sulla slitta del sedile dove i valori risultano ulteriormente attenuati:

Vibrazione sul slitta sedile guidatore.jpg

Ora proviamo a vedere la stessa macchina prima della sostituzione del supporto con una forte vibrazione dai 2900 giri fino oltre i 3200, rilevando i segnali dal telaio del veicolo.

Vibrazione sul telaio supporto nuovo.jpg

La comodità della visualizzazione in 3D è quella di poter vedere le ampiezze delle vibrazioni al salire delle frequenze e quindi dei giri anche in funzione del tempo della durata della prova, in questo caso raggiunto il punto critico in cui si avverte anche in abitacolo la vibrazione, lo strumento misura un aumento deciso dell' ampiezza che arriva dal motore (generato dalle combustioni) segno che qualche supporto non riesce a filtrare ed a compiere il suo lavoro.
Ecco una foto del supporto colpevole, come si può vedere la gomma si è compressa rispetto al pezzo nuovo modificando le caratteristiche del componente :

supporti nuovo e vecchio.jpg

CONCLUSIONE
Una vibrazione non filtrata si può tramutare in rumore, attraverso le plastiche o i componenti di rivestimento dell' abitacolo i quali entrando in risonanza e facendo da casse armoniche, rendendo difficile la ricerca del guasto, con il dispositivo NVH si può estrapolare le frequenze che sono all' origine del problema e capire se coincidono con quelle generate dal motore, se così fosse come in questo caso i primi imputati sono proprio i supporti.


L' uso del sensore delle vibrazioni offre una vastissima gamma di prove e diagnosi, quello che ho affrontato è un granello di sabbia in un deserto, purtroppo per me è un mondo del tutto nuovo e quello scritto in questa discussione è solo frutto della mia esperienza in merito, ad oggi non esistono corsi sull' uso del dispositivo quindi quanto ho detto potrebbere non essere corretto, chiedo quindi a chiunque ne sappia di più di correggermi o consigliarmi e chiunque voglia chiedere informazioni, per quanto possa rispondere, è il benvenuto.

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