Гидрокомпенсаторы устройство и принцип работы

При проектировании двигателя внутреннего сгорания между некоторыми компонентами оставляют пространство для теплового расширения при нагреве мотора. Это позволяет предотвратить поломки и ускоренный износ, а также сохранить характеристики силового агрегата. Однако по мере износа деталей тепловое расширение оказывается недостаточным для заполнения зазоров, что снижает эффективность работы двигателя.

Для предотвращения этого используются гидрокомпенсаторы. Они регулируют величину зазоров между деталями по мере их расширения и сжатия, обеспечивая сохранение характеристик двигателя.

Расширение компонентов

Размеры деталей работающего двигателя внутреннего сгорания увеличиваются при нагревании. Это не является серьезной проблемой, но двигатель состоит из различных материалов (чугуна, стали, алюминия), которые при повышении температуры расширяются с разной скоростью. Эта проблема может быть частично решена с помощью гидрокомпенсаторов.

Проблемы технического обслуживания решаются с помощью гидрокомпенсаторов

В начале XX века для поддержания оптимальных характеристик силового агрегата возникла необходимость введения метода регулировки зазоров клапанов с помощью обычных гаечных ключей. Это означало повышение сложности и стоимости технического обслуживания. Для решения этой проблемы были разработаны гидрокомпенсаторы (ГК), полностью поглощающие зазоры между рабочими поверхностями распределительного вала, коромыслами, клапанами и штангами независимо от температуры и степени износа деталей. Изменение зазоров в клапанном механизме может быть вызвано конструкцией ГРМ и применяемыми материалами.

Гидравлические компенсаторы

Гидрокомпенсаторы могут устанавливаться на любой тип газораспределительного механизма (ГРМ) — коромысла, рычаги или штанги — и при любом расположении распределительного вала (верхнем или нижнем). В зависимости от конструкции ГРМ различают четыре разновидности гидрокомпенсаторов: гидротолкатели, гидроопоры, гидроопоры, предназначенные для установки на рычаги или коромысла, и роликовые гидротолкатели.

Принцип работы гидрокомпенсатора в толкателе с верхним распределительным валом

Кулачок, расположенный на задней стороне толкателя, не прикладывает к нему никакого усилия, и плунжерная пружина легко выталкивает плунжер из втулки, выбирая тем самым необходимый зазор. При образовании полости под плунжером масло всасывается шаровым клапаном. После заполнения полости маслом срабатывает шаровой кран, и под действием его пружины вновь образовавшаяся полость перекрывается.

Толкательное движение гидравлического толкателя

Выпуклый профиль толкателя направлен лицевой стороной к кулачку, который под действием давления перемещается вниз. Поскольку обратный клапан закрыт, а масло внутри герметичной полости не сжимается, гидравлический толкатель передает усилие на клапан как единое целое. Во время движения толкателя и плунжера вниз часть масла из-за небольших зазоров вытесняется из полости под плунжером. Это приводит к тому, что гидрокомпенсатор немного уменьшается, и между кулачком и толкателем образуется тепловой зазор. После выхода масла оно пополняется из системы смазки двигателя.

Влияние теплового расширения на механизм клапана

Тепловое расширение деталей клапана может вызвать смещение объема «восстанавливающего» масла и размеров гидрокомпенсатора, тем самым автоматически регулируя зазоры, образовавшиеся в результате теплового расширения материала, а также ухудшение состояния деталей газораспределительного механизма.

Высококачественное масло необходимо для надежной работы

Для надежной работы гидравлических толкателей необходимо использовать масло высокого качества, способное сохранять постоянную вязкость при изменении температуры.

Расположение гидрокомпенсатора

Местом расположения гидрокомпенсатора являются коромысло, толкатель с нижним кулачком (1) и опора рычага привода ГРМ (8). Конструкция компенсатора включает в себя плунжер (2), втулку плунжера (3), полость под плунжером (4), пружину плунжера (5), пружину обратного клапана (6), стопорное кольцо (7) и сливное отверстие (9).

Исследование гидрокомпенсатора

Рассмотрим устройство и механизм работы гидрокомпенсатора на примере толкателя, установленного в головке блока цилиндров. Остальные типы гидрокомпенсаторов, хотя и отличаются по конструкции, работают по одному и тому же принципу.

Гидравлический толкатель представляет собой корпус с внутренним подвижным плунжером и шаровым клапаном. Корпус регулируется относительно направляющего седла в головке блока цилиндров. Если ГТ соединен с рычагами привода клапанов (коромыслами или коромыслами), то его подвижной частью является только плунжер, а выступающая часть имеет форму шаровой опоры или опорного башмака.

Плунжерная пара GC

Основным элементом GC является плунжерная пара. Расстояние между втулкой и плунжером составляет всего 5–8 микрон, что обеспечивает высокий уровень герметичности и при этом позволяет перемещать детали. В нижней части плунжера находится отверстие для забора масла, которое перекрывается подпружиненным обратным шаровым клапаном. Кроме того, между втулкой и плунжером установлена достаточно мощная возвратная пружина.

Принцип работы гидрокомпенсаторов

Когда кулачок распределительного вала расположен тыльной стороной к корпусу толкателя, внешнее давление отсутствует, и между корпусом и кулачком остается небольшой зазор. Затем возвратная пружина выталкивает плунжер назад до тех пор, пока этот зазор не станет минимальным. В то же время масло из системы смазки двигателя через шаровой клапан и перепускной канал поступает во внутреннюю часть плунжера, заполняя его.

При вращении шпинделя кулачок начинает оказывать давление на корпус плунжера, в результате чего он смещается и перекрывает масляные каналы — систему смазки двигателя и перепускной канал. Одновременно закрывается шаровой клапан, и давление масла под плунжером усиливается. Поскольку жидкость не является сжимаемой, плунжерная пара будет работать как мощная опора, передавая усилие кулачка на шток клапана двигателя.

Утечки масла и плунжерные пары

Хотя пространство между плунжером и гильзой очень мало, через технологический зазор все равно проталкивается некоторое количество масла. Это приводит к уменьшению высоты плунжера на 10–50 мкм. Величина уменьшения зависит от частоты вращения коленчатого вала двигателя. При ее увеличении количество масла, просачивающегося из-под плунжера, уменьшается за счет сокращения времени прижатия плунжера к корпусу толкателя.

Преимущества GC

GC позволила отказаться от регулировки зазоров клапанного узла, сделав его работу более плавной; смягчила ударные нагрузки, тем самым уменьшив износ деталей ГРМ и устранив повышенный шум двигателя; позволила более точно соблюдать интервалы ГРМ, что благотворно сказывается на надежности двигателя, его мощности и расходе топлива.

Низкая производительность при запуске

Одна из основных проблем простого гидрокомпенсатора заключается в том, что он может привести к ухудшению характеристик при запуске холодного двигателя. Это связано с отсутствием или низким давлением в системе смазки. Основными причинами неисправности ГК являются загрязнение масляных магистралей двигателя и износ обратного клапана и плунжерной пары, которые обычно изготавливаются с большой точностью. К загрязнению может привести использование неподходящего масла, пренебрежение сроками его замены или проблемы с масляным фильтром, пропускающим нечистое масло через перепускной клапан.

Увеличение посадочного зазора приводит к проблемам

Увеличение посадочного зазора плунжерной пары приводит к увеличению утечки масла в камере высокого давления. В результате гидрокомпенсатор теряет свою «жесткость», что приводит к снижению эффективности передачи усилия кулачка на шток ГРМ. Аналогичная проблема возникает и при износе обратного клапана камеры высокого давления. Неисправности системы смазки двигателя препятствуют заполнению ГЦ маслом и затрудняют поглощение зазоров в ГРМ.

Держите двигатель в хорошем состоянии

Чтобы максимально использовать возможности ГРМ, он должен быть полностью заполнен маслом. Если компенсатор пуст или заполнен частично («задушен»), то его основное назначение — устранение зазоров в деталях ГРМ — не будет достигнуто. Это приводит к возникновению ударных нагрузок, в результате чего появляется стук, который, в свою очередь, вызывает ускоренный износ деталей ГРМ и снижение работоспособности двигателя. Кроме того, частицы изношенных деталей, попадающие в ГРМ вместе с маслом, также могут стать причиной заклинивания.

Предотвращение повреждения внутренних деталей двигателя

Для предотвращения повреждений внутренних компонентов двигателя необходимо соблюдать следующие правила:

1. Производить замену масла и масляного фильтра в сроки, установленные производителем автомобиля с учетом условий его эксплуатации. Это следует делать с понижающим коэффициентом 0,6–0,9.

2. Перед очередной заменой масла промойте двигатель, используя медленно действующую промывку «на пробег». Если на внутренней поверхности двигателя обнаружены загрязнения (например, при снятии крышки ГРМ), не рекомендуется использовать быстродействующую промывку, так как частицы грязи могут попасть в компенсаторы и нанести им непоправимый ущерб.

Диагностика и замена гидрокомпенсаторов

При выходе из строя одного или нескольких компонентов раздается стук, похожий на стук клапана. Этот звук хорошо слышен через металл, поэтому для определения неисправного гидрокомпенсатора используется фонендоскоп. Самодельный вариант этого прибора можно изготовить, используя стальной стержень диаметром 5–6 мм длиной 700 мм. К одному концу стержня крепится пивная банка с отрезанным верхом, а к середине — деревянная ручка. Чтобы определить сломанный ГК, приложите свободный конец стержня к головке блока в районе каждого компенсатора и прислушайтесь ухом к торцу пивной банки. Сломанный будет слышен из-за усиленного стука. После этого «подозрительный» ГК следует извлечь и осмотреть.

Удаление ГК

При попытке извлечь GC из седла обычно достаточно магнита. Однако если он не может сдвинуться с места (т. е. «застрял» или заклинил), то для его извлечения необходимо использовать съемник. Перед использованием съемника необходимо закрепить на ГК стержень с крючком.

Разборка гидрокомпенсаторов

Некоторые гидрокомпенсаторы можно разобрать, чтобы проверить степень износа внутренних деталей. Разборка гидрокомпенсатора должна производиться с большой осторожностью, чтобы не повредить поверхности сопрягаемых элементов.

Демонтаж гидравлических опор

Разборка гидравлических опор производится после снятия стопорного кольца. Для извлечения внутренних компонентов гидротолкателя его слегка постукивают о металлическую поверхность. Загрязненный компенсатор промывается ацетоном или любым другим растворителем. Визуальный осмотр позволяет обнаружить внешние повреждения торца гидрокомпенсатора, подвергшегося давлению (кратеры, царапины, ямы). В процессе эксплуатации может образоваться даже вмятина.

Альтернативная стратегия

Для оценки состояния демонтированного ГК можно применить давление рукой. Если ГК сжимается, значит, он неисправен и подлежит замене. Исправный ГК должен оказывать заметное сопротивление и лишь слегка сжиматься через 20–30 секунд при сжатии в зажиме.

Установка гидрокомпенсаторов

Для оптимальной работы зубчатого ремня вместе с новыми гидрокомпенсаторами необходимо выполнить определенные действия:

1. В заводские ГРМ предварительно заливается защитное масло, которое не следует сливать при установке. Это масло смешается со смазочным маслом двигателя после его запуска без каких-либо негативных последствий.

Установка компенсаторов

Перед установкой пустых гидрокомпенсаторов в ГРМ их необходимоЗаполнить маслом. В противном случае двигатель может подвергнуться большим ударным нагрузкам, особенно при первом запуске (когда система смазки еще «прокачивается»).

После установки ГЦ на двигатель рекомендуетсяПрокрутить коленчатый вал за трещотку5–7 раз ключом, после чего подождать 10–15 минут до первого запуска двигателя. Это позволит убедиться, что под действием давления кулачков распределительного вала плунжерные пары нагруженных компенсаторов находятся вРабочем положении.

Основные шаги при ремонте/замене ГК

1. Промойте масляную систему

2. Замените масляный фильтр

3. Добавьте свежее масло в двигатель

4. Поверните коленчатый вал, чтобы проверить поток масла.

5. Замените гидрокомпенсаторы, если пробег автомобиля составляет +150–200 тыс. км

Негативное влияние некачественных масел и несоблюдения сроков замены масла

При использовании низкокачественных масел и несоблюдении сроков их замены срок службы ГП может сократиться вдвое.

Замена всего комплекта компенсаторов

При неисправности одного или нескольких гидрокомпенсаторов целесообразно заменить весь комплект гидрокомпенсаторов, а не переделывать ГРМ для ремонта в ближайшее время.

Прокачка гидрокомпенсаторов

При определенных условиях, например, при длительном простое автомобиля или износе плунжерных пар ГРМ, может происходить частичная утечка масла из гидрокомпенсаторов (сушка). Это проявляется в виде стуков в приводе ГРМ прогретого двигателя.

Удаление воздуха из компенсаторов

Для удаления воздуха из компенсаторов необходимо прогнать двигатель в течение 2–3 минут на постоянных оборотах 2–2,5 тыс. об/мин, затем на переменных оборотах 2–3 тыс. об/мин и, наконец, в течение 30–50 секунд на холостом ходу. Если шум в ГРМ не прекращается, то весь процесс необходимо повторить, возможно, несколько раз. В случае если это не помогло, необходимо найти неисправный ГЦ и установить причину его выхода из строя.