Гидрокомпенсаторы устройство и принцип работы

Гидрокомпенсаторы применяются для противодействия расширению некоторых деталей двигателя внутреннего сгорания под действием нагрева. Это делается для предотвращения поломок, ускоренного износа и ухудшения характеристик силового агрегата. На этапе изготовления между некоторыми деталями образуются тепловые зазоры, которые «поглощаются» по мере прогрева двигателя. Тем не менее, по мере износа деталей выделяемого тепла оказывается недостаточно для поглощения зазоров, что негативно сказывается на характеристиках двигателя.

Тепло Влияет на Размеры деталей

Нагрев деталей работающего двигателя внутреннего сгорания делает их увеличивающимися в размерах. Но ввиду разности материалов, из которых состоят детали (чугун, сталь, алюминий) с разными коэффициентами теплового расширения, этот процесс происходит не одинаково. Гидрокомпенсаторы помогают решать эту проблему.

Тепловой зазор в приводе клапана влияет на производительность энергоблока

В начале прошлого века из-за износа деталей тепловой зазор в механизме привода клапана оказывал непосредственное влияние на работу энергоблока. Его приходилось регулярно регулировать с помощью гаечного ключа, что увеличивало сложность обслуживания и его стоимость.

Избежать этих проблем помогают гидрокомпенсаторы (ГК). Они должны поглощать зазоры между поверхностями распределительного вала и коромысел, клапанами и штангами независимо от температурного режима и степени износа. Зазор в клапанном механизме может как увеличиваться, так и уменьшаться в зависимости от конструкции двигателя и применяемых материалов.

Гидрокомпенсаторы: 4 типа

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

В толкателе с верхним распредвалом гидрокомпенсатор работает таким образом:

Кулачок распредвала приводится в движение по часовой стрелке, не передавая на него усилия. В это же время плунжерная пружина освобождает плунжер из втулки, образуя несколько целесообразных зазоров.

Этот зазор наполняется маслом посредством шарикового клапана. Как только масло заполнит полость, клапан закрывается за счёт пружины.

Полная переформулировка

Поворачиваясь своим выпуклым профилем в сторону толкателя, кулачок давит на него и перемещает вниз. Во время этого действия гидропривод передает усилие на клапан как на «жесткий» узел, так как обратный клапан закрыт и масло в закрытой полости не сжимается. При движении вниз пары «привод — плунжер» небольшая часть масла вытесняется через зазоры из полости под плунжером. При этом длина гидрокомпенсатора несколько уменьшается, а между кулачком и толкателем образуется тепловой зазор. Вытесненное масло восстанавливается из системы смазки двигателя.

Изменение Объема и Длины

Расширение частей клапанного аппарата приводит к изменению количества «восстанавливающего» масла и длины гидрокомпенсатора. Таким образом, зазор автоматически восстанавливается как из-за теплового расширения, так и из-за природного износа деталей газораспределительной механики. Гидротолкатели будут работать надежно только при использовании масла высокого качества, для которого характерно сохранение почти неизменной вязкости при изменении температур.

Расположение гидрокомпенсаторов

Размещение гидрокомпенсаторов в коленчатом валу, распределительном валу с нижним коленчатым валом и опоре привода клапанов ГРМ:

1- Кулак; 2- Плунжер; 3- Втулка плунжера; 4- Полость под плунжером; 5- Пружина плунжера; 6- Пружина обратного клапана; 7- Стопорное кольцо; 8- Рычаг привода клапана; 9- Дренажное отверстие.

Структура гидрокомпенсатора

Конструкция гидрокомпенсатора разработана таким образом, чтобы обеспечить сбалансированное и постоянное усилие на привод клапана GRM.

Гидрокомпенсатор: Описание и Принцип Работы

Обсудим принцип работы гидрокомпенсатора на примере гидротолкателя, который установлен в головке блока цилиндров. Другие виды гидрокомпенсаторов могут отличаться внешне, но действуют по аналогичному принципу.

Гидротолкатель представляет собой корпус с подвижной плунжерной парой и шариковым клапаном. Он установлен относительно направляющего седла в головке блока цилиндров. Если ГК встроен в рычаги привода клапана, подвижной частью будет только плунжер с шаровой опорой или башмаком.

Герметичность и подвижность

Главным компонентом ГК является плунжерная пара, которая отличается мелким зазором между втулкой и плунжером — всего 5–8 мкм. Это позволяет достичь превосходной герметичности и при этом не искажать подвижность деталей.

Система подачи масла

На нижней части плунжера предусмотрено отверстие для поступления масла, которое закрывается подпружиненным обратным шариковым клапаном. Также между втулкой и плунжером установлена очень жесткая пружина возврата.

Работа гидрокомпенсаторов

Когда кулачок распредвала стоит задней частью к корпусу толкателя, нет внешней силы сжатия и между двигателем и корпусом формируется пространство. Возвратная пружина дает давление на плунжер, пока достигается практически полное заполнение этого пространства. Также смазочное масло из двигателя через шариковый клапан и проходной канал поступает внутрь плунжера и заполняет его.

При вращении кулачка

При вращении кулачка лепестки начинают прижиматься к корпусу подъемника, перекрывая масляные каналы — системы смазки и перепуска двигателя. Затем закрывается шаровой клапан, увеличивая давление масла под плунжером. Поскольку жидкость несжимаема, плунжерная пара начинает работать как жесткая опора, передавая усилие лепестка на стержень клапана двигателя.

Зазор в плунжерной паре крошечный, однако масло достаточно тесно проникает между плунжером и втулкой.

Вследствие этого подъем толкателя ограничивается 10–50 миллиметрами. Величина «просадки» зависит от оборотов вращения коленвала двигателя. При увеличении оборотов нажатие на гидротолкатель сокращается, что приводит к уменьшению утечек жидкости из-под плунжера.

Преимущества и недостатки

Преимущества

С появлением GC стало возможным не вносить изменения в настройку клапанов и сделать их работу более плавной; снизить ударные воздействия и тем самым уменьшить износ деталей ГРМ; более точно соблюдать фазы газораспределения, что повышает безопасность, мощность и топливную экономичность двигателя.

Недостатки

Отсутствуют.

Слабые стороны простых гидрокомпенсаторов

Работа простого гидрокомпенсатора нестабильна при первом запуске двигателя, когда давление масла в системе смазки либо низкое, либо вообще отсутствует. Это основной недостаток данного типа компенсаторов.

Причины отказа ГК

Основными причинами отказа гидрокомпенсатора являются загрязнение масляных каналов двигателя и износ рабочих поверхностей пары обратного клапана и плунжера, изготовленного с высокой степенью точности. К загрязнению приводят неправильное использование масла, несоблюдение сроков его замены, а также неисправность масляного фильтра, пропускающего грязное масло через перепускной клапан.

Влияние неисправности системы смазки

При увеличении зазора между плунжерной парой камера высокого давления начинает пропускать масло. Это приводит к снижению жесткости гидрокомпенсатора и, как следствие, к снижению эффективности передачи усилия кулачка на шток ГРМ. Аналогичные проблемы возникают при неисправности обратного клапана камеры высокого давления. При нарушениях в работе системы смазки двигателя процесс заполнения маслом ГЦ замедляется, и промежутки в ГРМ не успевают заполняться.

Необходима заправка ГК маслом

Если внутренний объем ГЦ остается пустым или заполненным частично, то он не может нормально работать, что приводит к ударным нагрузкам, создающим стук. При этом увеличивается скорость износа деталей ГРМ, а также снижается качество работы двигателя. Кроме того, частицы изношенных деталей могут попадать в ГЦ вместе с маслом, что приводит к заклиниванию узла.

Предотвращение повреждения двигателя

Для защиты двигателя от разрушения необходимо предпринять определенные меры.

Соблюдение внутренней чистоты

Замена масла и масляного фильтра должна производиться в соответствии с рекомендациями производителя автомобиля, с понижающим коэффициентом 0,6–0,9, учитывающим условия эксплуатации машины.

Промывка двигателя

Перед заменой масла необходимо промыть двигатель, используя медленно действующие промывки «на пробег». В случае загрязнения внутренних поверхностей двигателя (которое можно обнаружить, например, при снятии крышки ГРМ) не рекомендуется использовать быстродействующие промывочные средства, так как частицы грязи могут попасть вместе с маслом во внутренние отсеки компенсаторов и вывести их из строя.

Диагностика и замена гидрокомпенсаторов

При выходе из строя одного или нескольких ГК слышен стук, похожий на звук клапана. Для точного определения неисправности компенсатора используется фонендоскоп. Его можно изготовить из стального стержня (длиной 700 мм и диаметром 5–6 мм), пивной банки со срезанным верхом и деревянной ручкой посередине. Приложите ухо к банке, а свободный конец «фонендоскопа» приложите к головке блока в районе каждого компенсатора. Неисправный можно определить по усиленному стуку. После обнаружения следует разобрать и осмотреть «подозрительный» ГК.

Извлечение ГК

Для извлечения ГК из седла можно использовать магнит. Однако если он «застрял» или заклинил, необходимо использовать съемник с предварительно приваренным к нему крюком. Некоторые гидрокомпенсаторы могут быть разобраны, что позволяет оценить степень износа внутренних компонентов. При разборке необходимо быть очень осторожным, чтобы не повредить поверхности соединительных элементов.

Демонтаж гидравлических опор

Разбирать гидравлические опоры следует после снятия стопорного кольца. Чтобы вытряхнуть внутренние компоненты гидравлического толкателя, следует слегка постучать корпусом о металлическую поверхность. Загрязненный компенсатор очистить, промыв в ацетоне или другом растворителе. При визуальном осмотре следует обратить внимание на внешние повреждения торцевой поверхности гидрокомпенсатора, испытывающей давление (впадины, царапины или неровности). При регулярной эксплуатации может появиться впадина.

Альтернативный способ исследования демонтированных ГЦ

Простой и успешный метод оценки состояния разобранного ГК заключается в том, что в него заливают масло и надавливают вручную. Если он сжимается, значит, он неисправен и подлежит замене. Исправный ГК, если его сжать в зажиме, будет сопротивляться и через 20–30 секунд просто уменьшится в размерах.

Установка гидрокомпенсаторов

Для правильной работы ГРМ с гидрокомпенсаторами (после их замены) необходимо выполнить определенные действия. А именно:

1. Свежеизготовленные ГРМ заполнены защитной смазкой, которую не нужно удалять в процессе установки. При запуске двигателя моторное масло и эта смазка смешиваются без каких-либо последствий.

Нет необходимости устанавливать пустые компенсаторы

Не стоит устанавливать в ГРМ пустые гидрокомпенсаторы, «воздушность» которых образовалась после разборки и промывки. Сначала заполните их маслом. Игнорирование этого правила может привести к серьезным ударным нагрузкам, особенно при первом запуске двигателя (по мере «прокачки» системы смазки).

Проворачивать коленчатый вал перед первым запуском

После установки ГК на двигатель рекомендуется провернуть коленчатый вал ключом с трещоткой 5–7 раз и подождать 10–15 мин. до начала первого запуска. Это необходимо для того, чтобы под давлением кулачков распределительного вала плунжерные пары нагруженных компенсаторов заняли рабочее положение.

Ремонт и замена ГРМ

При ремонте и замене ГЦ необходимо промыть масляную систему, заменить масляный фильтр и залить в двигатель новое масло. Вращая коленчатый вал, можно определить, какой поток масла поступает на установочные гнезда (при снятых гидрокомпенсаторах).

Ремонт двигателя

При проведении ремонта на автомобиле с пробегом более 150–200 тыс. км целесообразно заменить гидрокомпенсаторы клапанных зазоров (при таком пробеге характерна их неисправность). Применение низкокачественных масел и несоблюдение графика замены масла может сократить срок службы ГЦ в два раза.

Прокачка гидрокомпенсаторов

При определенных условиях эксплуатации автомобиля (длительные перерывы в эксплуатации, износ плунжерных комплектов ГЦ) возможно частичное вытекание масла из гидрокомпенсаторов (сушка). Об этом свидетельствуют стуки в приводе ГРМ прогретого двигателя.

Поэтому при наличии одного или нескольких неисправных гидрокомпенсаторов лучше заменить весь комплект, чтобы избежать повторного вскрытия ГРМ для ремонта.

Процесс удаления воздуха из компенсаторов

1. Дайте двигателю поработать 2–3 минуты при постоянных оборотах 2–2,5 тыс. об/мин.

2. Затем измените число оборотов до 2–3 тыс. для переменных оборотов.

3. Пусть период холостого хода длится 30–50 секунд.

4. Если шум в ГРМ сохраняется, повторите цикл несколько раз.

5. Если шум сохраняется, исследуйте неисправный ГЦ и причину отказа.