Гидрокомпенсаторы устройство и принцип работы

При проектировании силовых агрегатов между деталями внутреннего двигателя вследствие тепловых процессов создаются тепловые зазоры. При запуске двигателя их поглощают, однако со временем тепловой нагрузки может быть недостаточно, что приводит к поломкам и ухудшению характеристик двигателя. Гидрокомпенсаторы позволяют избежать такой ситуации.

Эффект Теплового Расширения для Двигателя Внутреннего Сгорания

Когда двигатель внутреннего сгорания нагревается, размеры его деталей изменяются. Однако, так как детали изготовлены из разных материалов с разными коэффициентами теплового расширения, они изменяются в разной степени. Гидрокомпенсаторы помогают в некоторой степени бороться с этой проблемой.

Ответ

Влияние теплового зазора в механизме привода клапанов на работоспособность силового агрегата напрямую проявляется из-за износа деталей. С начала прошлого века двигатель был модифицирован, чтобы применять обычные гаечные ключи для регулировки клапанных зазоров. Однако, это повышало трудоемкость технического обслуживания и увеличивало его стоимость. Гидрокомпенсаторы (ГК) позволяют устранить эти проблемы, поддерживая полное поглощение зазоров между деталями двигателя, независимо от погодных условий и степени износа. Зависимость зазора в клапанном механизме в зависимости от конструкции ГРМ и используемых материалов может как увеличиваться, так и уменьшаться.

Установка гидрокомпенсаторов на ГРМ

Гидрокомпенсаторы можно поставить на любой тип газораспределительного механизма (ГРМ) и в любом положении распредвала (верхнем или нижнем). Исходя из конструкции ГРМ существуют четыре базовых модели гидрокомпенсаторов: гидротолкатели, гидроопоры, гидроопоры для установки в рычаги или коромысла и роликовые гидротолкатели.

Действие гидрокомпенсатора в толкателе с верхним распредвалом

Кулачок распредвала не передает на толкатель усилие и плунжерная пружина свободно выдвигает плунжер из втулки, чтобы выбрать нужный зазор. Последующий шаг — масло проникает через шариковый клапан внутрь полости. Далее, под действием своей пружины, шариковый клапан закрывает появившуюся полость.

Движение Кулачка

При повороте выпуклого профиля к толкателю, кулачок давит его и перемещает вниз. В результате этого воздействия гидравлический толкатель проявляет прочную силу, поскольку обратный клапан закрыт и жидкость в замкнутой камере не растягивается. Во время опускания толкателя и плунжерной пары, часть жидкости высоломляется через щели из камеры под плунжером. Длина гидрокомпенсатора меняется, создавая тепловое пространство между кулачком и толкателем. Отсутствующая жидкость восстанавливается из смазочной системы двигателя.

Восстановление Зазора Тепловым Расширением

Из-за расширения деталей клапанной системы объем «восстанавливающей» порции масла и длина гидрокомпенсатора изменяются. Таким образом, зазор восстанавливается по двум причинам — по расширению материала и износу деталей привода. Надежность гидравлических толкателей зависит от качества масла, способного сохранить при различных температурах примерно одинаковую вязкость.

Размещение гидрокомпенсаторов

На коромысле, нижнем толкателе распредвала и опоре рычага привода ГРМ размещены гидрокомпенсаторы, которые имеют:

1. Кулачок,

2. Плунжер,

3. Втулка плунжера,

4. Пространство под плунжером,

5. Пружину плунжера,

6. Пружина обратного клапана,

7. Стопорное кольцо,

8. Рычаг привода клапана и

9. Сливное отверстие.

Конструкция гидрокомпенсатора

Конструкция гидрокомпенсатора включает в себя следующие компоненты.

Исследование гидрокомпенсатора

Мы рассмотрим устройство и принцип работы гидрокомпенсатора с помощью гидравлического толкателя, установленного в головке блока цилиндров. Другие компенсаторы могут отличаться по конструкции, но все они работают по одному и тому же основному принципу. Гидравлический толкатель представляет собой корпус, в котором размещена подвижная пара плунжеров с шаровым клапаном. Этот корпус может перемещаться относительно направляющего седла, встроенного в головку блока цилиндров. Если ГЦ установлен в рычагах привода клапанов (коромыслах или коромыслах), то единственной подвижной частью является плунжер, выступающая часть которого имеет форму шаровой опоры или опорного башмака.

Плунжерная пара: Ядро ГК

Плунжерная пара является основой GC. Расстояние между втулкой и плунжером составляет всего 5–8 мкм, что обеспечивает значительную герметичность их соединения и при этом позволяет деталям двигаться. В нижней части плунжера имеется отверстие для поступления масла, защищенное подпружиненным обратным шаровым клапаном. Кроме того, между втулкой и плунжером расположена достаточно жесткая возвратная пружина.

Принцип работы гидрокомпенсаторов

Когда кулачок распределительного вала расположен тыльной стороной к корпусу толкателя, внешнее давление отсутствует и зазор между корпусом и кулачком холодный. Возвратная пружина выталкивает плунжер до тех пор, пока этот зазор не будет «выбран» — уменьшен практически до нуля. Одновременно масло из системы смазки двигателя через шаровой клапан и перепускной канал поступает во внутреннюю полость плунжера, заполняя ее.

При вращении вала кулачок оказывает давление на корпус толкателя и толкает его вниз, перекрывая проходы для масла — систему смазки двигателя и перепускной канал. Одновременно закрывается шаровой кран, и давление под плунжером повышается. Поскольку жидкость не является сжимаемой, плунжерная пара работает как твердая опора, передавая усилие кулачка на шток клапана двигателя.

Крошечный зазор, огромное влияние

Хотя зазор между плунжером и втулкой ничтожно мал, из-за технологического зазора небольшое количество масла выталкивается назад. В результате толкатель проседает на 10–50 мкм. Величина этой «просадки» зависит от частоты вращения коленчатого вала двигателя — при ее увеличении время нажатия на корпус гидротолкателя уменьшается, следовательно, минимизируется утечка масла.

Плюсы ГРМ

Появилась возможность обойти необходимость регулировки зазоров клапанного механизма, что привело к повышению плавности работы; снизились ударные нагрузки, а значит, износ деталей ГРМ и громкий шум двигателя; повысилась точность контроля длительности фаз ГРМ, что улучшило показатели мощности, безопасности и расхода топлива двигателя.

Недостатки ГРМ

Недостатков выявлено не было.

Некачественная работа холодного двигателя

Одним из принципиальных недостатков базовых гидрокомпенсаторов является то, что они обеспечивают некачественную работу холодного двигателя в первые несколько секунд после запуска, когда давление масла в сети смазки либо отсутствует, либо очень минимально. Основными причинами выхода из строя гидрокомпенсатора (ГК) являются загрязнение масляных каналов двигателя и износ рабочих поверхностей обратного клапана и плунжерной пары, выполненных с высокой степенью точности. К загрязнению приводит использование неподходящего масла, несоблюдение сроков замены или дефект масляного фильтра, пропускающего загрязненное масло через перепускной клапан.

Зазор в плунжерной паре

Увеличение зазора между плунжерной парой приводит к увеличению количества масла, вытекающего из камеры высокого давления. В результате гидрокомпенсатор теряет свою жесткость, что снижает его способность передавать усилие кулачка на шток ГРМ. При износе обратного клапана камеры высокого давления возникает тот же эффект.

Система смазки двигателя

Проблемы в системе смазки двигателя снижают скорость заполнения маслом ГЦ, что препятствует поглощению зазоров ГРМ.

Заполнение ГК

Внутренняя полость ГК обязательно должна быть заполнена маслом. Без масла или с меньшим его количеством не будет достигнута главная цель компенсатора — устранение зазоров между элементами ГРМ. В результате возникнут ударные нагрузки, и будет слышен характерный стук. Это приводит к ухудшению работы двигателя и ускоряет износ элементов ГРМ. Обломки изношенных деталей могут попасть в ГЦ вместе с маслом и вызвать заклинивание узла.

Профилактика неисправностей двигателя

Чтобы обеспечить бесперебойную работу двигателя и предотвратить его неисправности в будущем, необходимо выполнить несколько основных действий:

1. Соблюдайте план обслуживания. Необходимо придерживаться сервисного плана автопроизводителя, менять масло и фильтр в рекомендованные сроки, учитывая при этом условия эксплуатации машины.

2. Используйте медленно действующие промывкиПеред очередной заменой масла настоятельно рекомендуется промыть двигатель. Обязательно используйте медленно действующие промывки, рассчитанные на большой пробег.

3. Избегайте быстродействующих промывок. При обнаружении загрязнений на внутренних поверхностях двигателя (например, при снятии крышки ГРМ) следует избегать использования быстродействующих промывочных средств. Такие средства могут выбить частицы грязи и направить их во внутренние полости компенсаторов, что приведет к их неисправности.

Диагностика и замена гидрокомпенсаторов

При поломке ГК может быть слышен стук, напоминающий стук клапана. Этот звук легко проходит через металл, поэтому для определения неисправности гидрокомпенсатора используется фонендоскоп. Самодельный вариант этого прибора можно изготовить из стального стержня длиной 700 мм и диаметром 5–6 мм. К одному концу стержня прикрепите пивную банку с отрезанной крышкой, а посередине — деревянную ручку. Приложите ухо к банке и двигайте свободный конец «фонендоскопа» к головке блока в районе каждого компенсатора, пока не найдете неисправный. Вы услышите усиленный стук. Демонтируйте и осмотрите «подозрительный» ГК.

Для извлечения ГК используется магнит

Для извлечения GC из седла можно использовать магнит. Если это не помогает (ГК «застрял» или заклинил), то необходимо прибегнуть к съемнику. Предварительно необходимо приварить к нему стержень с крючком.

Разборка гидрокомпенсаторов

В некоторых случаях гидрокомпенсаторы можно разобрать. Это позволяет определить степень износа его внутренних компонентов. При разборке следует соблюдать осторожность, чтобы не повредить прилегающие детали.

Демонтаж гидравлических опор

После того как стопорное кольцо ослаблено, необходимо разобрать гидравлические опоры. Для извлечения внутренних компонентов гидравлического толкателя необходимо слегка постучать корпусом о металлическую поверхность. Для очистки компенсатора его необходимо промыть ацетоном или другим растворителем. Необходимо также визуально осмотреть торцевую поверхность гидрокомпенсатора, которая, как предполагается, будет подвергаться различным нагрузкам. В процессе эксплуатации на торцевой поверхности может образоваться даже небольшая впадина.

Альтернативный метод тестирования ГК

Для проверки GC после его разборки удобно заполнить его маслом и проверить, уменьшается ли он в размерах при ручном надавливании. Если это происходит, значит, он неисправен и подлежит замене. Если он исправен, то при сжатии в зажиме он должен оставаться прежнего размера или лишь слегка уменьшаться через 20–30 секунд.

Установка гидрокомпенсаторов

Для обеспечения нормальной работы ремня ГРМ с гидрокомпенсаторами (при замене) необходимо соблюдать следующее:

1. Свежие ГРМ, поставляемые с завода, предварительно заполнены консервантом масла, который не нужно удалять при установке. При запуске двигателя он смешается с маслом из системы смазки двигателя без каких-либо последствий.

Установка ГК

В ГРМ не обязательно устанавливать пустые гидрокомпенсаторы, образовавшиеся в результате демонтажа и промывки. Во-первых, в них должно быть залито масло. При несоблюдении этого правила могут возникнуть значительные ударные нагрузки, особенно при запуске двигателя (когда «прокачивается» система смазки). После установки ГЦ на двигатель рекомендуется 5–7 раз провернуть коленчатый вал ключом за трещотку и выждать 10–15 минут до первоначального запуска двигателя. Это необходимо для того, чтобы под давлением кулачков распределительного вала плунжерные пары заполненных компенсаторов заняли рабочее положение.

Ремонт и замена ГК

При ремонте и замене ГРМ необходимо промыть масляную систему, заменить масляный фильтр и залить новое масло в двигатель. Проворачивая коленчатый вал, можно наблюдать, как масло поступает по маслопроводам к местам установки (при снятых гидрокомпенсаторах);

Замена гидрокомпенсаторов

При ремонте двигателя автомобиля с пробегом более 150–200 тыс. км предлагается замена гидрокомпенсаторов клапанных зазоров (обычно при таком пробеге они не работают). Использование низкокачественных масел и несоблюдение сроков их замены может сократить срок службы ГК в два раза.

Изменить весь набор

При определенных условиях эксплуатации (например, длительный холостой ход, износ плунжерных пар ГЦ) возможна частичная утечка (высыхание) масла из гидрокомпенсаторов. Об этом свидетельствует дребезжащий звук из привода ГРМ прогретого двигателя.

При неисправности одного или нескольких гидрокомпенсаторов рекомендуется заменить весь комплект. В противном случае в ближайшем будущем потребуется повторное вскрытие ГРМ для ремонта.

Удаление воздуха из компенсаторов

Для удаления воздуха из компенсаторов необходимо:

1. Дать двигателю поработать в течение двух-трех минут при постоянных оборотах от двух до двух с половиной тысяч.

2. После этого поддерживать обороты на переменном уровне от двух до трех тысяч в течение еще тридцати-пятидесяти секунд.

3. В конце концов, дайте двигателю поработать на холостом ходу в течение того же времени, что и раньше.

Если звук ГРМ по-прежнему слышен, то процесс следует повторить несколько раз. В случае отсутствия улучшений следует осмотреть ГЦ и выяснить причину неисправности.