Гидрокомпенсаторы устройство и принцип работы

Гидрокомпенсаторы: функционирование и принцип работы

≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡

При увеличении размера элементов двигателя внутреннего сгорания из-за его нагревания, между некоторыми деталями устраивается тепловой зазор. Нагрев двигателя приводит к уменьшению этих зазоров, но по мере износа деталей тепла просто не достаточно для их поглощения. В результате падают характеристики двигателя.

Теплое Расширение Деталей Двигателя

Температура воздействует на размеры деталей двигателя внутреннего сгорания, приводя к их увеличению. Но, из-за различных коэффициентов теплового расширения у деталей, изготовленных из разных материалов (сталь, чугун, алюминий), их изменения происходят не одинаково. Эту проблему в некоторой степени решают гидрокомпенсаторы.

Увеличение зазора между рабочими поверхностями двигателя может привести к нарушению его работоспособности. В начале прошлого века был придуман механизм регулировки с помощью гаечных ключей, но это приводило к усилению расходов на тех. обслуживание. Выход — использование ГК, которые могут полностью поглотить зазоры, независимо от температуры и износа деталей. А также уменьшение или увеличение зазора зависит от конструкции ГРМ и материалов.

Использование гидрокомпенсаторов на механизмах перераспределения газа

Гидрокомпенсаторы могут применяться на всех типах механизмов перераспределения газа (ГРМ) — с кривошипами, рычагами, штоками — и с любым типом расположения коленчатого вала, будь то вверх или вниз. В зависимости от конструкции ГРМ можно выделить четыре основных типа гидрокомпенсаторов: гидротолкатели, гидроопоры, гидроопоры, предназначенные для рычагов или кривошипов, и роликовые гидротолкатели.

Описание работы гидрокомпенсатора с верхним распредвалом

При вращении кулачка распредвала на толкатель не передает усилие и плунжерная пружина позволяет плунжеру выбрать необходимый зазор. В результате образуется полость под плунжером, которая заполняется маслом через шариковый клапан. Когда полость наполняется, действием пружины клапан закрывает полость.

Гидрокомпенсатор

При вращении выпуклого профиля толкателя щеколда давит на него, перемещая его вниз. Во время этого действия гидротолкатель передает усилие на клапан в виде «жесткого» узла, так как обратный клапан закрыт и масло в закрытой камере не сжимается. Во время движения вниз пары толкатель — плунжер небольшая часть масла вытесняется из камеры под плунжером. При этом длина гидрокомпенсатора несколько уменьшается, а между защелкой и толкателем образуется тепловой зазор. Ушедшее масло затем восстанавливается из системы смазки двигателя.

Обеспечение Надежности Гидравлических Толкателей

Для достижения максимальной надежности цилиндро-поршневых механизмов, таких как гидравлические толкатели, необходимо восстанавливать зазор между деталями механизма, который изменяется из-за теплового расширения и истощения деталей. Требуется использование масла высокого качества, которое обеспечивает неизменную вязкость при изменении температуры.

Расположение Гидрокомпенсаторов

В коромысле, толкателе с нижним распредвалом и опоре рычага привода клапана ГРМ находятся:

1. Кулачок;

2. Плунжер;

3. Втулка плунжера;

4. Полость под плунжером;

5. Плунжерная пружина;

6. Пружина обратного клапана;

7. Фиксирующее кольцо;

8. Рычаг привода клапана;

9. Сливное отверстие.

Конструкция гидрокомпенсатора

Находятся различные компоненты: кулачок, плунжер, втулка, полость и пружины, а также фиксирующее кольцо, рычаг привода и сливное отверстие.

Более подробный взгляд на гидрокомпенсатор

Для лучшего понимания устройства и принципа его работы рассмотрим пример гидрокомпенсатора, установленного в головке блока цилиндров. Хотя другие виды гидрокомпенсаторов могут отличаться по конструкции, все они работают по одному и тому же принципу.

Гидрокомпенсатор представляет собой корпус, внутри которого находится подвижная плунжерная пара и шаровой клапан. Корпус подвижен относительно направляющего седла, которое расположено в головке блока цилиндров. Если ГК установлен в рычагах привода клапанов (в коромыслах или кулачках), то его подвижной частью является только плунжер, выступающая часть которого выполнена в виде шаровой опоры или опорного блока.

Основная часть ГК: плунжерная пара

Расстояние между втулкой и плунжером не превышает 5–8 мкм, что гарантирует высокую герметичность соединения, при этом сохраняется подвижность компонентов. В нижней части плунжера есть отверстие для поступления масла, которое закрыто подпружиненным обратным шариковым клапаном. Между втулкой и плунжером установлена достаточно жесткая пружина.

Принцип действия гидрокомпенсаторов

Когда коленчатый вал расположен задней стороной к корпусу толкателя, внешняя сжимающая нагрузка отсутствует и между корпусом и коленчатым валом холодного двигателя имеется зазор. Возвратная пружина толкает плунжер до тех пор, пока этот зазор не будет «выбран» — уменьшен практически до нуля. При этом масло из системы смазки двигателя проходит через шаровой клапан и перепускной канал и попадает во внутреннюю полость плунжера, заполняя ее.

Поворот кулачка

При повороте кулачка коромысло начинает давить на корпус толкателя, перекрывая масляные каналы — системы смазки двигателя и перепускной канал. Одновременно закрывается шаровой клапан, и давление масла под плунжером возрастает. Поскольку жидкость несжимаема, плунжерная пара начинает выполнять роль жесткой опоры, передавая усилие коромысла на стержень клапана двигателя.

Несмотря на крошечную щель в паре плунжера и втулки, тем не менее, масло оттуда проникает обратно, приводя к спуску плунжера на 10–50 миллиметров. Размер сдвига зависит от оборотов вращения коленвала двигателя. Увеличение оборотов приводит к снижению утечки масла, засчет сокращения времени приложения давления к корпусу гидротолкателя.

Достоинства и Недостатки

Внедрение ГК привело к избежанию регулировки зазоров клапанного механизма для создания более мягкой работы; к уменьшению ударных нагрузок, то есть к снижению износа ГРМ и к отмене увеличенной шумности двигателя; также к большей точности выполнения длительности фаз газораспределения, что позитивно влияет на сохранность двигателя, его мощность и топливный расход.

Недостатки Простых Гидрокомпенсаторов

Некачественная работа холодного двигателя в первые секунды пуска проявляется в отсутствии или минимальном давлении масла в системе смазки — один из основных причин неисправности гидрокомпенсатора (ГК). Его износ и загрязнение масляных каналов двигателя вызваны плохим качеством масла, пропуском грязного через перепускной клапан или несоблюдением сроков его замены.

Повышение расстояния между плунжером и парой приводит к увеличению утечки масла из камеры высокого давления. Гидрокомпенсатор теряет эластичность, что приводит к снижению обмена силой между кулачком и стержнем клапана ГРМ. То же справедливо для износа обратного клапана камеры высокого давления. Неисправности в системе смазки двигателя замедляют заполнение ГК маслом и мешают поглощать зазоры в ГРМ.

Необходимо заполнить внутренний объем ГХ маслом

Очень важно убедиться в том, что внутренний объем ГК заполнен маслом. Пустой или частично заполненный («задушенный») гидрокомпенсатор не будет выполнять свою основную функцию — избавление от расхождений в ГРМ. В итоге возникнут ударные нагрузки, вызывающие ощутимый стук, что приведет к ускоренному износу деталей ГРМ и ухудшению характеристик двигателя. Кроме того, вместе с маслом в ГРМ могут попасть мелкие кусочки изношенных деталей, что может привести к заклиниванию узла.

Предотвращение повреждений двигателя

Чтобы защитить двигатель от повреждений, необходимо:

1. Следить за состоянием внутренних деталей двигателя и поддерживать их в чистоте путем замены масла и масляного фильтра через интервалы, предлагаемые автопроизводителем, с учетом условий эксплуатации машины при коэффициенте снижения 0,6–0,9;

2. Промывать двигатель перед очередной заменой масла, используя медленно действующие промывки, рассчитанные на «пробег». В случае загрязнения внутренних деталей двигателя (например, при снятии крышки ГРМ) не рекомендуется использовать быстродействующие промывочные средства, так как отделившиеся частицы грязи, смешавшись с маслом, попадут во внутренние полости компенсаторов и нарушат их работу.

Диагностика и ремонт гидрокомпенсаторов

Для определения поврежденного ГК через металл проходит стук, похожий на звук клапана, поэтому используется фонендоскоп. Самодельный вариант можно изготовить из стального стержня (длина 700 мм, диаметр 5–6 мм), пивной банки со срезанным верхом и деревянной ручки. Прослушайте фонендоскопом каждый компенсатор, и неисправный будет слышен. «Подозрительный» ГК следует разобрать и проверить.

Извлечение GC из седла с помощью магнита

Извлечь GC из седла можно с помощью магнита. Если этот способ не работает (ГК «застряла» или заклинила), то ее необходимо извлечь с помощью съемника. Перед этим необходимо приварить к нему стержень с крюком. Некоторые гидрокомпенсаторы могут быть разобраны, что позволяет определить степень износа их внутренних элементов. Разборку следует производить осторожно, чтобы не повредить сопрягаемые поверхности деталей.

Демонтаж гидравлических опор

Для демонтажа гидравлических опор необходимо сначала снять стопорное кольцо. Затем можно вытряхнуть компоненты гидротолкателя, слегка ударив его корпус о твердую поверхность. После этого необходимо очистить загрязненный компенсатор с помощью ацетона или другого растворителя. Наконец, торцевая поверхность гидрокомпенсатора, испытывающая нагрузку, визуально осматривается на предмет выявления внешних повреждений — вмятин, царапин, неровностей. В процессе эксплуатации на ней может образоваться даже впадина.

Альтернативный метод оценки демонтированных ГЦ

Для оценки состояния демонтированного ГК можно воспользоваться простым, но действенным способом: заполнить его маслом и надавить на него руками. Если он не сжимается, значит, он находится в отличном состоянии. В противном случае его следует выбросить и приобрести новый. Исправный ГК, если его зажать в тисках, будет оказывать существенное сопротивление и через 20–30 секунд может немного уменьшиться в длину.

Установка гидрокомпенсаторов

Для обеспечения нормальной работы ГРМ с гидрокомпенсаторами после их замены необходимо соблюдать определенные инструкции:

1. Сразу после выпуска новые ГРМ заполняются защитной масляной смесью, которую не нужно вынимать при установке. При запуске двигателя эта смесь соединяется с маслом системы смазки двигателя, не оказывая на него негативного воздействия.

Нет необходимости устанавливать пустые компенсаторы

Нет необходимости устанавливать гидрокомпенсаторы без жидкости в ГРМ, так как они были опустошены в результате демонтажа и промывки. Предварительно их необходимо заполнить маслом, чтобы избежать сильных ударов, особенно при первом включении двигателя.

Подождите перед запуском двигателя

После установки ГК в двигатель рекомендуется 5–7 раз провернуть коленчатый вал ключом и подождать 10–15 минут до первого запуска. Это позволит плунжерам заряженных компенсаторов занять рабочее положение после того, как на них надавят кулачки распределительного вала.

Замена и восстановление GC

При восстановлении и замене ГЦ необходимо промыть масляную систему, заменить масляный фильтр и залить в двигатель свежее масло. Проворачивая коленчатый вал, можно проследить за движением масла по масляным каналам к установочным гнездам (при снятых гидрокомпенсаторах).

При ремонте двигателя автомобиля с пробегом более 150–200 тыс. км целесообразно заменить гидрокомпенсаторы клапанных зазоров (как правило, при таком пробеге они выходят из строя). Использование низкосортных масел и пренебрежение сроками их замены может сократить срок эксплуатации ГЦ в два раза.

Замена гидрокомпенсаторов

При определенных условиях эксплуатации автомобиля (длительные перерывы в работе, износ плунжерных пар ГЦ) возможна частичная потеря масла из гидрокомпенсаторов (осушение). Это проявляется в виде стуков в приводе ГРМ прогретого двигателя.

При неисправности одного или нескольких компенсаторов лучше всего заменить весь комплект. В противном случае, возможно, вскоре придется вскрывать ГРМ для ремонта.

Удаление воздуха из компенсаторов

Для удаления воздуха из компенсаторов необходимо сначала дать двигателю поработать в течение двух-трех минут на постоянных оборотах от двух до двух с половиной тысяч. Затем, после работы на переменных оборотах от двух до трех тысяч, дать двигателю поработать на холостом ходу в течение тридцати-пятидесяти секунд. Если шум в ГРМ сохраняется, повторите цикл еще раз, возможно, несколько раз. Если это не помогло, следует искать неисправный ГРМ и причину его выхода из строя.