Гидрокомпенсаторы устройство и принцип работы

От увеличения размеров деталей двигателя внутреннего сгорания из-за нагревания нужно защищаться. При конструировании между некоторыми компонентами ставят тепловые зазоры. Во время разогрева мотора из-за расширения деталей они восстанавливаются. Тем не менее, по мере износа деталей их нагревание может не справиться с зазорами, что плохо повлияет на характеристики двигателя.

Растяжение деталей внутреннего двигателя вследствие нагрева

В результате использования тепла происходит увеличение размеров деталей двигателя. Ничего плохого в этом нет, но при этом материалы, используемые для производства этих деталей (чугун, сталь, алюминий), имеют различные коэффициенты теплового расширения, что приводит к разносторонним расширениям. Эта проблема может быть решена с помощью гидрокомпенсаторов.

Влияние Теплового Зазора на Работоспособность Двигателя

Тепловой зазор в механизме привода клапанов непосредственно действует на работоспособность двигателя. Из-за износа деталей клапанные зазоры непрерывно меняются, и поэтому в начале прошлого столетия был внедрён механизм регулирования зазоров с использованием обычных гаечных ключей. Это увеличивало расходы на техобслуживание. Гидрокомпенсаторы (ГК) позволяют избежать этих проблем: полностью поглощают зазоры между деталями двигателя, независимо от температурного режима и степени износа деталей. Зазор в клапанном механизме может меняться благодаря конструкции ГРМ и используемым материалам.

Гидролокомотивы могут быть установлены на всех типах газораспределительных механизмов

В зависимости от конструкции ГРМ можно выделить четыре основных типа гидромоторов: гидротолкатели, гидроподы, гидроподы для установки в рычаги или коромысла и роликовые гидромоторы. Независимо от расположения распределительного вала (верхнее или нижнее), гидромоторы могут применяться на всех типах ГРМ.

Работа Гидрокомпенсатора в толкателе с верхним распредвалом

Кулачок распредвала, отражая тыльную сторону к толкателю, не передает на него никакого усилия, а пружинная плунжерная система выдвигает плунжер из втулки, выбирая соответствующий зазор. После этого в появившуюся полость под плунжером средством шарикового клапана начинает подаваться масло. После того как полость заполнится, шариковый клапан, под действием пружины, начинает закрываться.

Дестабилизация для Привода

При повороте выпуклого профиля к толкателю, кулачок оказывает давление на него, что вызывает движение вниз. При этом гидравлический толкатель передает силу на клапан, так как клапан закрыт, и масло при этом не сжимается в замкнутой полости. Во время опускания плунжерной пары и толкателя, часть масла выступает из полости под плунжером. Длина гидрокомпенсатора также снижается, что образует промежуток тепла между кулачком и толкателем. Выходившее масло восстанавливается посредством смазочной системы двигателя.

Восстановление Зазора с помощью Теплового Расширения

Зазор в клапанном механизме автоматически восстанавливается из-за теплового расширения материала и естественного износа деталей. Для достижения надежности, гидравлические толкатели должны быть применены с маслом высокого качества, чтобы оно сохраняло постоянную вязкость при изменении температуры.

Расположение Гидрокомпенсаторов

Гидрокомпенсаторы находятся в коромысле, в толкателе нижнего распределителя и в опоре рычага привода клапана ГРМ. Подробное описание позиций: 1- кулачок, 2 — плунжер, 3 — втулка плунжера, 4 — полость под плунжером, 5 — пружина плунжера, 6 — пружина обратного клапана, 7 — фиксирующее кольцо, 8 — рычаг привода клапана, 9 — сливное отверстие. Структура гидрокомпенсатора.

Расположение Гидрокомпенсаторов

Расположение гидрокомпенсаторов в коромысле, толкателе с нижним распредвалом и опоре рычага привода клапана ГРМ следующее: 1 — кулачок, 2 — плунжер, 3 — втулка плунжера, 4 — полость под плунжером, 5 — пружина плунжера, 6 — пружина обратного клапана, 7 — фиксирующее кольцо, 8 — рычаг привода клапана, 9 — сливное отверстие. Конструкция гидрокомпенсатора представляет собой интересную систему.

Устройство и принцип работы гидрокомпенсатора

Для демонстрации работы гидрокомпенсатора приведем пример гидротолкателя, который находится в головке цилиндра. Другие виды гидрокомпенсаторов, хотя и отличаются по конструкции, действуют по тому же принципу. В гидротолкателе находится подвижная плунжерная пара с шаровым клапаном, которая вращается по отношению к приводу из головки цилиндра. Если гидрокомпенсатор встроен в рычаг привода клапана (в рокеры или коромысла), его подвижной частью будет являться только плунжер с шаровой опорой или опорным башмаком.

Основной компонент ГК — плунжерная пара. Между деталями есть небольшой зазор в 5–8 мкм, который обеспечивает герметичность соединения и поддерживает подвижность.

В нижней части плунжера установлено отверстие для масла, которое закрыто подпружиненным шариковым клапаном. Между втулкой и плунжером установлена достаточно твердая пружина.

Принцип действия гидрокомпенсаторов

При заднем положении коленчатого вала относительно блока цилиндров внешняя сжимающая сила отсутствует, и между картером и коленчатым валом холодного двигателя имеется зазор. Возвратная пружина давит на плунжер до тех пор, пока этот зазор не «выберется» — практически уменьшится до нуля. Одновременно масло из системы смазки двигателя проходит через шаровой клапан и перепускной канал во внутреннюю полость плунжера и заполняет ее.

При вращении распределительного вала толкатель начинает прижиматься к блоку двигателя и перемещает его вниз, перекрывая масляные каналы — систему смазки и перепускной канал. После этого шаровой клапан закрывается, и давление масла под плунжером увеличивается. Поскольку жидкость несжимаема, плунжерная пара начинает выполнять роль жесткой опоры, передавая усилие толкателя на стержень клапана двигателя.

Несмотря на маленький зазор плунжерной пары, масло все же протекает через технический зазор между плунжером и втулкой, в результате происходит опускание («просадка») плунжера на 10–50 мкм. Величина «просадки» зависит от скорости вращения коленвала двигателя. Увеличение оборотов приводит к снижению протекания масла через корпус гидротолкателя.

Преимущества и недостатки

Внедрение привода клапанов позволило отказаться от регулировки зазоров в клапанном механизме и сделать его работу более плавной, снизить ударные нагрузки, а значит, уменьшить износ деталей двигателя и устранить повышенный шум. Достигнуто более точное управление фазами газораспределения, что положительно сказывается на долговечности двигателя, его мощности и расходе топлива.

Недостатки Гидрокомпенсаторов

При пуске холодного двигателя простые гидрокомпенсаторы могут работать некачественно, потому что давление масла минимально или отсутствует. Причины неисправности плохи: загрязнение масла, несоответствие типу масла, задержка в замене масла и неисправность фильтра. Также выход из строя может быть вызван износом плунжерной пары и обратного клапана.

Последствия расширения посадочного зазора

Увеличение зазора в плунжерных парах приводит к увеличению утечки масла из камеры высокого давления. Гидрокомпенсатор теряет «жесткость», и результатом становится снижение эффективности передачи усилия кулачка на стержень клапана ГРМ. Аналогичный результат получается при износе обратного клапана камеры высокого давления. Неисправности системы смазки препятствуют наполнению ГК маслом и не позволяют поглощать зазоры в ГРМ.

Заполнение ГК маслом необходимо

Пустой или частично заполненный гидрокомпенсатор не сможет выполнить задание, которое было поставлено перед ним — избавить от зазоров в деталях ГРМ. В результате этого будут появляться ударные нагрузки, демонстрирующие себя стуком. Это приводит к ускоренному износу деталей ГРМ и худшению работы мотора. Также может произойти попадание различных частиц в ГК, из-за чего может возникнуть заклинивание узла.

Для избежания этих негативных последствий внутренний объем ГК обязательно должен быть заполнен маслом.

Предотвращение износа двигателя

Чтобы избежать этого, необходимо:

1. Следить и поддерживать внутреннюю чистоту двигателя — производить замену масла и масляного фильтра в сроки, рекомендованные производителем автомобиля, с понижающим коэффициентом 0,6 − 0,9, учитывающим условия эксплуатации автомобиля;

2. Промыть двигатель перед очередной заменой масла, используя медленно действующие промывки «на ходу». Если внутренние поверхности двигателя загрязнены (что можно обнаружить, например, при снятии крышки ремня ГРМ), не следует применять быстродействующие промывочные средства, так как отделившиеся частички грязи с потоком масла могут попасть во внутренние полости компенсаторов и вывести их из строя.

Диагностика и замена гидрокомпенсаторов

При неисправности одного или нескольких ГК можно обнаружить звук, напоминающий шум клапана. Этот звук легко проходит через металл, поэтому для определения вышедшего из строя гидрокомпенсатора используется фонендоскоп. Имитацию этого устройства можно изготовить с помощью стального стержня длиной 700 мм и диаметром 5–6 мм. К одному его концу прикрепите пивную банку со срезанным верхом, а в его середину вставьте деревянную ручку. Приложите ухо к банке и, в свою очередь, прижмите свободный конец «фонендоскопа» к головке блока в районе каждого компенсатора. Отличить неисправный можно по усиленному стуку. Для проверки необходимо вынуть и осмотреть «подозрительный» ГК.

GC Removal

Для извлечения ГК из седла можно использовать магнит. Если это не удается (ГК «застрял» или заклинил), следует применить съемник, предварительно присоединив крюк к штоку с помощью сварки. Некоторые гидрокомпенсаторы можно разобрать, что позволяет оценить степень износа внутренних элементов. Разборку следует производить осторожно, чтобы не повредить поверхности соответствующих деталей.

Демонтаж гидравлических опор

После снятия стопорного кольца необходимо разобрать гидравлические опоры. Для того чтобы извлечь внутренние компоненты гидравлического толкателя, необходимо постучать его корпусом о металлическую поверхность.

Очистка загрязненного компенсатора

Загрязненный компенсатор следует отмыть ацетоном или другим химическим растворителем. Путем визуальной оценки можно выявить любые внешние повреждения торцевой поверхности гидрокомпенсатора, подвергавшейся нагрузкам (например, выбоины, царапины или задиры). В процессе эксплуатации там может образоваться даже впадина.

Альтернативный метод

При осмотре демонтированного ГК очевидным способом определения его состояния является надавливание рукой. Если размер ГЦ не уменьшается, значит, он исправен, в то время как неисправный сразу же уменьшится. При использовании зажима здоровый ГК должен слегка уменьшиться в размерах только после 20–30 секунд давления.

Установка гидрокомпенсаторов

Для обеспечения нормальной работы ремня ГРМ с гидрокомпенсаторами после его замены необходимо соблюдать некоторые рекомендации:

1. Новые ГРМ поставляются с завода предварительно заполненными консервирующим маслом, которое не нужно вынимать при установке. При запуске двигателя это масло смешается с маслом системы смазки двигателя, и проблем с ним не возникнет.

Не стоит устанавливать пустые гидрокомпенсаторы

Не стоит ставить в ГРМ пустые гидрокомпенсаторы, образовавшиеся в результате демонтажа и промывки. Прежде всего, их необходимо заполнить маслом. Невыполнение этого действия может привести к большим ударным нагрузкам, особенно при первом запуске двигателя (пока «прокачивается» система смазки).

Подготовка перед запуском двигателя

После установки ГЦ на двигатель рекомендуется провернуть коленчатый вал ключом с трещоткой 5–7 раз и подождать 10–15 минут перед первым запуском двигателя. Это делается для того, чтобы под действием давления от кулачков распределительного вала плунжерные пары заряженных компенсаторов пришли в рабочее состояние.

Ремонт и замена ГК

При проведении работ по ремонту двигателя и замене ГЦ необходимо обязательно промыть масляную систему и заменить масляный фильтр, а также залить в двигатель свежее масло. Также необходимо прокрутить коленчатый вал, чтобы убедиться в правильности прохождения масла по масляным каналам до посадочных мест (без гидрокомпенсаторов).

Пробег и гидрокомпенсаторы

Если пробег автомобиля превысил 150–200 тыс. км, то рекомендуется заменить гидрокомпенсаторы клапанных зазоров (как правило, после такого пробега они выходят из строя). Использование некачественных масел и несоблюдение установленных сроков их замены может сократить срок службы ГЦ вдвое.

Накачка гидрокомпенсаторов

Если один или несколько гидрокомпенсаторов неисправны, целесообразно заменить весь комплект. В противном случае через некоторое время вам снова придется ремонтировать ГРМ.

При определенных условиях эксплуатации автомобиля (длительное бездействие, износ плунжерных пар ГЦ) может произойти частичный выход масла из гидрокомпенсаторов (высыхание). Это проявляется в стуках в механизме ГРМ на прогретом двигателе.

Удаление воздуха из компенсаторов

Чтобы освободить компенсаторы от воздуха, необходимо сначала дать двигателю поработать 2–3 минуты на постоянных оборотах 2–2,5 тыс. об/мин, затем на переменных оборотах 2–3 тыс. об/мин, а затем 30–50 секунд на холостом ходу. Шум в ГРМ должен утихнуть, но если этого не происходит, то цикл необходимо повторить, в некоторых случаях несколько раз. Если это не дает желаемого эффекта, то необходимо искать неисправные газовые компенсаторы и причину их неисправности.