Гидрокомпенсаторы устройство и принцип работы

Основной принцип работы гидрокомпенсатора заключается в том, что из-за того, что детали двигателя при нагревании подвергаются расширению, создаются тепловые зазоры для их компенсации. Но в процессе износа деталей двигателя, тепловой зазор не достаточно для поглощения, что влияет на двигатель.

Увеличение размеров деталей внутреннего сгорания двигателя в результате нагрева не является страшной проблемой. Однако, так как двигатель состоит из разных материалов, которые имеют разные коэффициенты теплового расширения, то увеличиваются они по-разному. Решение проблемы в части предоставляют гидрокомпенсаторы.

Влияние теплового зазора на работу механизма привода клапанов на силовой агрегат

В начале ХХ века, из-за износа деталей, постоянно изменялись зазоры клапанных механизмов и для их регулирования применялись обычные гаечные ключи. Это приводило к дополнительным трудоемким работам и повышало стоимость техобслуживания. Чтобы устранить эти проблемы, используются гидрокомпенсаторы (ГК). Они должны поглощать зазоры между рабочими поверхностями распредвала, рокеров, коромысел, клапанов и штанг независимо от температурного режима и износа. Зависимость зазора в клапанном механизме от конструкции ГРМ и применяемых материалов ведет к изменениям его величины.

Гидрокопмпенсаторы

Гидрокопмпенсаторы могут устанавливаться на все типы газораспределительных механизмов (ГРМ) — с коромыслами, рычагами, штангами — и при любом положении коленчатого вала (верхнем или нижнем). В зависимости от конструкции ГРМ различают четыре основных типа гидрокопмпенсаторов: гидротолкатели; гидроопоры; гидроопоры, предназначенные для установки в рычаги или коромысла; роликовые гидротолкатели.

Работа гидрокомпенсатора в толкателе с верхним распредвалом

Тыльная сторона кулачка распредвала приводит к толкателю не передавая усилие. Данное действие дает импульс пружине, которая производит движение плунжера и выбирает нужный зазор. Под плунжером сформируется полость которая вбирает масло через шарниковый клапан. Когда масло заполняет полость шарниковый клапан, благодаря пружине, закрывает появившуюся полость.

Гидрокомпенсатор Реагирует

При повороте выпуклого профиля к толкателю, кулачок действует на него, приводя его в движение вниз. В этот момент толкатель передает постоянное усилие клапану, поскольку задний клапан закрыт. Закончив свой опускающий ход, толкатель и плунжерная пара приводят к выдавливание масла из замкнутой полости. Это приводит к уменьшению длины гидрокомпенсатора и к возникновению теплового зазора между кулачком и толкателем. Потерянное масло пополняется из смазочной системы двигателя.

Расположение гидрокомпенсаторов

Гидрокомпенсаторы расположены в коленчатом валу, в распределительном валу с нижним коленчатым валом и в опоре рычага привода распределительного вала: 1 — втулка; 2 — плунжер; 3 — втулка плунжера; 4 — полость под плунжер; 5 — пружина плунжера; 6 — возвратная пружина клапана; 7 — стопорное кольцо; 8 — рычаг привода; 9 — сливное отверстие. Конструкция гидрокомпенсатора.

Анализ гидрокомпенсатора на примере гидротолкателя

Гидротолкатель — конструкция с подвижной плунжерной парой, установленной в головке блока цилиндров. Остальные гидрорегуляторы могут отличаться по дизайну, но работают по одинаковому принципу. Для установки в рычаги привода клапанов или коромысел плунжер выполнен в виде шаровой опоры/башмака.

Высокогерметичное Соединение

Основная часть ГК — плунжерная пара с минимальным зазором в 5–8 мкм. Это позволяет держать высокую герметичность при неизменной подвижности деталей. В нижней части плунжера расположено отверстие для масла, закрытое подпружиненным клапаном. Дополнительно предусмотрена жёсткая возвратная пружина между втулкой и плунжером.

Принцип работы гидрокомпенсаторов

Когда коленчатый вал расположен задней стороной к корпусу привода, внешняя сжимающая нагрузка отсутствует и между корпусом и коленчатым валом холодного двигателя существует зазор. Возвратная пружина толкает 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 его.

Вращение колеса

При вращении колеса кулачок начинает давить на толкатель, перекрывая масляные каналы — смазочную и перепускную системы двигателя. Затем закрывается шаровой клапан, и давление масла под плунжером возрастает. Поскольку жидкость несжимаема, плунжерная пара начинает действовать как жесткая опора, передавая усилие кулачка на шток клапана двигателя.

Высокое давление создается между плунжером и втулкой, хотя зазор между ними мал. Все же небольшое количество масла просаживается на 10–50 мкм. Зависимость просадки от оборотов коленвала. Если они повышаются, уменьшается время нажатия на корпус, снижается утечка масла.

Плюсы и Минусы

Внедрение ГК позволяет избежать регулировки зазоров клапанного механизма и сделать его работу более нежной. Также можно уменьшить ударные нагрузки, что позволит снизить износ деталей ГРМ и исключить высокую шумность двигателя. Длительность фаз газораспределения также может быть установлена более точно, что будет приносить пользу прочности двигателя, мощности и расходу топлива.

Низкая производительность холодных двигателей

Одной из основных проблем обычных гидрокомпенсаторов является очень низкая эффективность работы холодного двигателя в первые секунды после запуска из-за незначительного или отсутствующего давления смазочного масла. Основными причинами выхода из строя гидрокомпенсаторов (ГК) являются загрязнения в масляных каналах двигателя и износ пары обратного клапана и плунжера, изготовленных с высокой точностью. К загрязнению приводят использование неправильного масла, несвоевременная его замена или неисправность масляного фильтра, в результате чего через перепускной клапан поступает нечистое масло.

Влияние неисправностей на временные разрывы

При увеличении зазора между плунжерной парой усиливается утечка масла из камеры высокого давления. Вследствие этого гидрокомпенсатор теряет жесткость, что ухудшает передачу усилия от кулачка на шток ГРМ. Кроме того, при износе обратного клапана камеры высокого давления возникают те же последствия. При неисправности системы смазки двигателя затрудняется заполнение ГЦ маслом, что, в свою очередь, прекращает поглощение зазоров ГРМ.

Заполнение ГЦ маслом имеет большое значение

Заполнение внутреннего пространства ГК маслом имеет решающее значение. Без масла или при его недостаточном количестве гидрокомпенсатор не справляется со своей основной задачей — устранением зазоров между элементами ГРМ. Это, в свою очередь, приводит к возникновению ударных нагрузок, которые проявляются в виде отчетливого звука стука. Это значительно ускоряет износ деталей ГРМ и ухудшает эксплуатационные характеристики двигателя. Кроме того, частицы изношенных компонентов могут попадать в ГРМ вместе с маслом, что приводит к заклиниванию узла.

Предотвращение загрязнения

Чтобы снизить риск загрязнения деталей двигателя, необходимо придерживаться следующих правил:

1. Следить за чистотой внутренних деталей двигателя, соблюдая установленные производителем интервалы замены масла, составляющие от 0,6 до 0,9 от рекомендуемого времени в зависимости от условий эксплуатации машины.

2. Промывайте двигатель перед заменой масла, используя медленно действующие промывочные средства «на пробег». При наличии мусора на внутренних поверхностях двигателя, например, при снятии крышки ГРМ, не следует использовать быстродействующие промывочные средства, так как отделившиеся частицы могут попасть вместе с маслом во внутренние полости компенсаторов и вывести их из строя.

Диагностика и замена гидрокомпенсаторов

При неисправности ГК слышен стук, похожий на стук клапана. Этот звук хорошо передается через металл, поэтому для определения неисправного гидрокомпенсатора используется фонендоскоп. Подобное устройство можно изготовить самостоятельно, взяв стальной стержень длиной 700 мм и диаметром 5–6 мм. К одному концу стержня присоединяется пивная банка со снятым верхом, а к средней части крепится деревянная ручка. Приложив ухо к банке и медленно поднося свободный конец «фонендоскопа» к головке двигателя в районе каждого компенсатора, можно услышать более громкий стук, который указывает на неисправный. «Подозрительный» ГК необходимо снять и проверить.

Извлечение ГК с помощью магнита или съемника

Чтобы освободить GC от седла, сначала используйте магнит. Если он не снимается, используйте съемник с подсоединенным к нему стержнем и крюком.

Разборка гидрокомпенсаторов

При необходимости можно разобрать некоторые гидрокомпенсаторы. Но делать это следует осторожно, чтобы не повредить внутренние детали или соединительные элементы.

Демонтаж гидравлических опор

После снятия стопорного кольца необходимо демонтировать гидравлические опоры. Для извлечения внутренних частей гидравлического толкателя необходимо постучать его корпусом о металлическую поверхность. Для очистки компенсатора его следует промыть ацетоном или любым другим растворителем.

Визуальный осмотр

Визуальный осмотр торцевой поверхности гидрокомпенсатора необходим для того, чтобы проверить, не повреждена ли она какими-либо внешними факторами, например выбоинами, царапинами или задирами. Кроме того, в процессе эксплуатации на поверхности может образоваться впадина.

Простой и эффективный способ проверки состояния разобранного ГЦ

Заполнив ГК маслом, можно легко определить его целостность по усилию, которое требуется приложить для его сжатия. Если ГК сжимается с небольшим усилием и не возвращается к исходной длине после освобождения, значит, он неисправен и подлежит замене. Исправный ГК должен сжиматься с трудом и лишь через 20–30 секунд немного уменьшать свою длину.

Установка гидрокомпенсаторов

Для обеспечения правильной работы ремня ГРМ с новыми гидрокомпенсаторами (после их замены) необходимо выполнить следующие действия:

1. Установленные на заводе ГРМ уже заполнены защитным маслом, которое не нужно удалять при установке. После запуска двигателя это масло без проблем смешается со смазочным маслом двигателя.

Нет необходимости в пустых гидрокомпенсаторах Компенсаторы

Нет необходимости устанавливать пустые гидрокомпенсаторы в ГРМ, образовавшиеся после промывки и демонтажа. Сначала их необходимо заполнить маслом. Игнорирование этого правила может привести к серьезным ударным нагрузкам, особенно в момент запуска двигателя (пока система смазки «прокачивается»).

Коленчатый вал должен быть провернут

После установки ГК на двигатель перед первым запуском двигателя рекомендуется 5–7 раз провернуть коленчатый вал ключом и подождать 10–15 минут. Это делается для того, чтобы плунжерные пары нагруженных компенсаторов заняли свое рабочее положение под давлением кулачков распределительного вала.

Ремонт и замена

При техническом обслуживании и замене двигателя необходимо промыть масляную систему, установить новый масляный фильтр и залить в двигатель свежее масло. Проворачивая коленчатый вал, можно увидеть, как масло поступает по масляным магистралям к точкам крепления (при снятых гидрокомпенсаторах);

На автомобилях с пробегом более 150–200 тыс. км рекомендуется заменить гидрокомпенсаторы клапанных зазоров (как правило, после такого пробега они выходят из строя). Использование некачественных масел и несоблюдение графика замены может сократить срок службы двигателя в два раза.

Прокачка гидрокомпенсаторов

При неисправности одного или нескольких гидрокомпенсаторов целесообразно заменить весь комплект. В противном случае вскоре потребуется повторная регулировка фаз газораспределения.

При определенных условиях эксплуатации, таких как длительное неиспользование и износ плунжерных пар ГЦ, из гидрокомпенсаторов (сушек) может происходить утечка масла. Это проявляется в том, что на прогретом двигателе привод ГРМ издает стучащие звуки.

Удаление воздуха из компенсаторов

Для удаления воздуха из компенсаторов следует начать с того, что дать двигателю поработать на холостом ходу 2–3 минуты при постоянном числе оборотов 2–2,5 тыс. После этого установите переменные обороты — 2–3 тыс. и дайте поработать на холостом ходу в течение 30–50 секунд. Как правило, шум в ГРМ исчезает, однако если он сохраняется, то весь цикл необходимо повторить, причем, возможно, несколько раз. Если этот процесс не привел к желаемому результату, необходимо искать проблемы в ГРМ и источник их неисправности.