Гидрокомпенсаторы устройство и принцип работы

Нагрев приводит к увеличению размеров деталей двигателя. Чтобы предотвратить поломки и износ, между деталями при проектировании должны быть тепловые зазоры. При нагреве двигателя они поглощаются за счет расширения деталей. Однако со временем истощение элементов может не дать достаточно тепла для поглощения зазоров, что плохо отражается на характеристиках двигателя.

Увеличение размеров деталей двигателя из-за нагрева

Такое не приносит ничего страшного. Однако, так как детали сделаны из разных материалов с разным коэффициентом теплового расширения, они расширяются по-разному. Чтобы как-то справиться с этой проблемой, применяют гидрокомпенсаторы.

Влияние Теплового Зазора на работоспособность Силового Агрегата

Клапанные зазоры меняются из-за износа деталей, поэтому в двигателе применяли механизм регулирования гаечными ключами. Это увеличивало трудоемкость техобслуживания и его стоимость. Но Гидрокомпенсаторы (ГК) предотвращают эти проблемы. Они полностью поглощают зазоры даже при изменении температурного режима и износа деталей. Зазор в механизме может меняться в зависимости от конструкции ГРМ и используемых материалов.

Установка гидракомпенсаторов

Гидрокомпенсаторы могут устанавливаться на все типы газораспределительных механизмов (ГРМ) — с коромыслами, рычагами, штангами — и с любым положением коленчатого вала (верхним или нижним). В зависимости от конструкции ГРМ различают четыре основных типа гидрокомпенсаторов: гидротолкатели; гидроопоры; гидроопоры для установки в рычаги или коромысла; роликовые гидротолкатели.

Работа гидрокомпенсатора в толкателе с верхним распредвалом состоит в следующем: кулачок вращается к толкателю и не передает силу. Пружинный плунжер выдвигается и происходит выбор нужного зазора. В полость, произошедшую под плунжером, происходит вбивание масла через шариковый клапан. После того, как масло заполнит полость, пружина шарикового клапана закрывает ее.

Движение Кулачка

Когда кулачок поворачивается выпуклым профилем и нажимает на толкатель, он приводит его в движение вниз. В этот момент гидравлический толкатель передает усилие клапану «жестко», так как обратный клапан закрыт. В процессе перемещения плунжерной пары и толкателя, масло выдавливается из полости под плунжером. Это приводит к мелкому уменьшению длины гидрокомпенсатора, и между кулачком и толкателем появляется тепловой зазор. Потерянное масло восстанавливается из системы смазки двигателя.

Тепловое Расширение Деталей Клапанного Механизма

Длина гидрокомпенсатора и объем «восстанавливающей» порции масла при тепловом расширении деталей изменяются, автоматически восстанавливая зазор из-за расширения материала и естественного износа.

Надежность Гидравлических Толкателей

Для достижения высокой надежности гидравлических толкателей необходимо использование высококачественного масла, способного сохранять постоянную вязкость при изменении температуры.

Расстановка Гидрокомпенсаторов в Двигателе

В состав двигателя входят гидрокомпенсаторы, установленные в коромысло, в толкатель и в подшипник рычага привода клапана ГРМ: 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

В двигателе присутствуют гидрокомпенсаторы, которые установлены в коромысло, в толкатель и в подшипник рычага привода клапана ГРМ. Они состоят из 1 кулачка, 2 плунжера, 3 втулки плунжера, 4 полости под плунжером, 5 пружины плунжера, 6 пружины обратного клапана, 7 фиксирующего кольца, 8 рычага привода клапана и 9 сливного отверстия.

Исследование гидрокомпенсатора

В этой статье мы рассмотрим устройство и работу гидрокомпенсатора на примере гидравлического толкателя. Данный тип компенсатора может несколько отличаться по конструкции, но принцип действия одинаков для всех. Это устройство заключено в корпус, внутри которого находится подвижный плунжер и шаровой кран. Корпус крепится к головке блока цилиндров двигателя, а если он установлен на рычагах привода клапанов, то единственной подвижной частью является плунжер, имеющий на конце шаровую опору или опорный башмак.

Плунжерная пара: Ядро ГК

Плунжерная пара является основой GC. Зазор между втулкой и плунжером составляет всего 5–8 мкм, что обеспечивает непроницаемое уплотнение и в то же время позволяет осуществлять движение. В основании плунжера расположено отверстие для забора масла, закрываемое подпружиненным шаровым клапаном. Между втулкой и плунжером расположена жесткая возвратная пружина.

Принцип работы гидрокомпенсаторов

Когда кулачок распределительного вала находится в положении, при котором его задняя сторона обращена к корпусу плунжера, внешняя сжимающая нагрузка отсутствует, и между корпусом и кулачком остается небольшой зазор. Затем возвратная пружина выталкивает плунжер до тех пор, пока зазор не уменьшится практически до нуля. В это время смазочное масло из двигателя через шаровой клапан и перепускной канал поступает во внутреннюю полость плунжера и заполняет ее.

При вращении вала

Кулачок начинает давить на корпус толкателя, перекрывая одновременно систему смазки двигателя и перепускной канал. Шаровой клапан также закрывается, что приводит к росту давления масла под плунжером. Поскольку жидкость не может сжиматься, плунжерная пара служит надежной опорой, передавая усилие кулачка на шток клапана двигателя.

Снижение утечки масла

Хотя разница между плунжером и втулкой минимальна, часть масла все же просачивается через технологический зазор между ними, вызывая опускание плунжера на 10–50 мкм. Степень «просадки» зависит от частоты вращения коленчатого вала. Если частота вращения увеличивается, то утечка масла под плунжер уменьшается за счет сокращения продолжительности давления на корпус гидротолкателя.

Достоинства и недостатки

Внедрение GC позволило отказаться от необходимости разнесения клапанной системы, сделав ее работу более «щадящей»; уменьшить ударные воздействия и, соответственно, разрыв элементов ГРМ; обеспечить более точное управление фазами ГРМ, что благоприятно сказывается на безопасности работы двигателя, его мощности и топливной экономичности.

Проблемы простых гидрокомпенсаторов

Существенным конструктивным недостатком простых гидрокомпенсаторов является их плохая работа при холодном двигателе. Обычно это связано с накоплением грязи в масляных каналах или износом рабочих поверхностей обратного клапана и плунжерной пары. Загрязнению может способствовать использование неподходящего масла, несоблюдение рекомендованных циклов замены, а также неисправности масляного фильтра, пропускающего неочищенное масло через перепускной клапан.

Увеличение зазора плунжерной пары приводит к утечке масла

Увеличение зазора в плунжерной паре приводит к увеличению утечки масла из камеры высокого давления. В результате гидрокомпенсатор теряет свою «жесткость», что снижает эффективность передачи усилия кулачка на шток ГРМ. Аналогичная проблема возникает при износе обратного клапана камеры высокого давления. Неисправности системы смазки двигателя препятствуют заполнению ГЦ маслом и не позволяют поглотить временные зазоры.

Масло для заполнения компенсатора

Компенсатор GC должен быть заполнен маслом, чтобы выполнять свое предназначение — устранять зазоры в деталях ГРМ. Если он не заполнен или заполнен частично, то устройство «завоздушивается» и не выполняет своего назначения. Это приводит к резким ударам, издающим характерный стук, что влечет за собой ускоренный износ деталей ГРМ, а также снижение мощности двигателя. Кроме того, изношенные частицы могут попасть в ГЦ и вызвать заклинивание узла.

Для предотвращения этого необходимо выполнить следующие действия:

1. Обеспечение надлежащего технического обслуживания и чистоты двигателя путем замены масла и масляного фильтра через интервалы, рекомендованные производителем, с учетом коэффициента от 0,6 до 0,9, исходя из условий эксплуатации машины.

2. Промывать двигатель перед очередной заменой масла, используя медленно действующие промывки «на пробег». В случае загрязнения внутренних поверхностей двигателя (обнаруженного, например, при снятии крышки ГРМ) нецелесообразно использовать быстродействующие промывочные средства, так как частицы грязи, отлетающие в потоке масла, могут попасть во внутренние отсеки компенсаторов и вывести их из строя.

Диагностика и замена гидрокомпенсаторов

При выходе из строя одного или нескольких ГК раздается громкий шум, похожий на шум клапана. Этот звук хорошо проходит через металл, поэтому для поиска неисправного гидрокомпенсатора используется фонендоскоп. Этот прибор можно изготовить в домашних условиях из стального стержня длиной около 700 мм и диаметром 5–6 мм. К одному концу стержня прикрепляется пивная банка со срезанным верхом, а к ее середине — деревянная ручка. Приложите ухо к банке и поочередно прикладывайте свободный конец фонендоскопа к головке блока в области каждого компенсатора. После этого по усиленному шуму можно определить неисправный. «Подозрительный» ГК следует разобрать и осмотреть.

Снятие ГК с седла

Если у вас под рукой есть магнит, вы можете использовать его для извлечения GC из седла. Однако если он не справляется с задачей (застревает или заклинивает), на помощь приходит съемник. Но прежде чем использовать его, необходимо приварить к нему стержень с крючком.

В некоторых случаях можно разобрать гидрокомпенсатор, чтобы определить степень износа внутренних деталей. При этом следует соблюдать предельную осторожность, чтобы не повредить поверхности сопрягаемых элементов.

Демонтаж гидравлических опор

После снятия стопорного кольца необходимо разобрать гидравлические опоры. Для удаления внутренних компонентов гидравлического толкателя следует аккуратно постучать корпусом о твердую поверхность. Для очистки загрязненного компенсатора его промывают в ацетоне или любом другом растворителе.

Визуальный осмотр

Для выявления внешних повреждений торцевой поверхности гидрокомпенсатора, на которую оказывается давление (в том числе выбоин, царапин, задиров), необходимо проводить визуальный осмотр. В процессе эксплуатации возможно также образование впадины на торцевой поверхности.

Альтернативный вариант

Другая простая и полезная стратегия проверки состояния отвинченного GC заключается в наблюдении за тем, сжимается ли он при подаче давления. Если этого не происходит, значит, он неисправен и должен быть заменен. Исправный ГК, зажатый в зажиме, упругий и уменьшается в длину только через 20–30 секунд.

Установка гидрокомпенсаторов

Для обеспечения оптимальной работы зубчатого ремня с недавно замененными гидрокомпенсаторами необходимо соблюдать определенные рекомендации:

1. Свежие ГК на заводе-изготовителе предварительно заполняются консервационным маслом. При установке его не нужно сливать. После запуска двигателя эта смесь смешивается с маслом из схемы смазки двигателя без каких-либо неблагоприятных последствий.

Инструкции по установке

Заполнение компенсаторов:Очень важно заполнить компенсаторы маслом перед установкой, так как если оставить их пустыми, то при запуске двигателя могут возникнуть ударные нагрузки.

Проворачивание коленчатого вала:После установки ГК на двигатель рекомендуется провернуть коленчатый вал ключом с трещоткой 5–7 раз и подождать 10–15 минут перед запуском двигателя. Это поможет плунжерным парам нагруженных компенсаторов занять рабочее положение.

Необходимые ремонты и замены

При ремонте и замене ГЦ крайне важно промыть масляную систему, заменить масляный фильтр и залить в двигатель новое масло. Проворачивая коленчатый вал, можно наблюдать, как масло поступает по масляным магистралям к посадочным местам (после снятия гидрокомпенсаторов);

На автомобиле с пробегом более 150–200 тыс. км целесообразно заменить гидрокомпенсаторы, отвечающие за зазоры в клапанах (при таком пробеге они обычно выходят из строя). Использование низкосортных масел и игнорирование интервалов замены масла может сократить срок службы ГЦ вдвое.

Замена всего комплекта гидрокомпенсаторов

При наличии одного или нескольких неисправных гидрокомпенсаторов рекомендуется заменить весь комплект, чтобы избежать необходимости повторного обслуживания ГРМ в ближайшее время.

Прокачка гидрокомпенсаторов

При некоторых условиях эксплуатации автомобиля (длительное бездействие, износ плунжерных пар ГРМ) из гидрокомпенсаторов может выходить (высыхать) некоторое количество масла. Это проявляется в виде стуков в приводе ГРМ на прогретом двигателе.

Удаление воздуха из компенсаторов

Чтобы избавиться от воздуха в компенсаторах, сначала необходимо дать двигателю поработать 2–3 минуты на обычных оборотах (2−2,5К). Затем переключите скорость на переменную (2−3К) и, наконец, дайте двигателю поработать на холостом ходу в течение 30–50 с. Вы должны услышать уменьшение тикающего звука, если это не так, повторите цикл, возможно, несколько раз. Если тиканье сохраняется, то необходимо искать неисправный GC и искать причину его неисправности.