Гидрокомпенсаторы: что это такое в двигателе
коротко о компенсаторах для общей картинки
Четырёхтактные двигатели внутреннего сгорания имеют впускной и выпускной клапаны. Первый из них отвечает за наполнение камеры сгорания топливовоздушной смесью, а второй — за вывод отработавших газов из цилиндра. Управляет открытием и закрытием этих клапанов распределительный вал. На нём в определённой последовательности расположены выступы, которые называются кулачками — в процессе работы двигателя кулачки вращаются, оказывая давление на клапан, чтобы он открылся, а когда давление снимается, клапан закрывается под действием пружины.
Все составляющие двигателя выполнены из металлических сплавов, и в процессе его работы происходит нагревание деталей. Но с ростом температуры неизбежно и их расширение — это свойство любого металла. Оно, в свою очередь, приводит к изменению линейных размеров и формы клапанов. И пусть эти изменения незаметны невооружённым глазом, они присутствуют всегда.
Чтобы клапаны в двигателе могли свободно двигаться и плотно закрываться, инженеры на стадии проектирования закладывают в систему тепловые зазоры, компенсирующие колебания размеров. Причём визуально зафиксировать их невозможно — речь идёт о десятых и даже сотых долях миллиметра, которые удастся измерить только на холодном двигателе. На прогретом моторе тепловые зазоры «уходят», а по мере остывания агрегата они постепенно увеличиваются, пока не дойдут до своих заводских значений.
Для чего нужны гидрокомпенсаторы в двигателе? Чтобы избавить автомобилистов от рутинной операции по регулировке тепловых зазоров вручную. Раньше необходимо было делать это с периодичностью в десятки тысяч километров. Водителю предстояло либо самостоятельно заняться обслуживанием мотора, либо доверить автомобиль механикам. Так что, если вы не знаете, за что отвечают гидрокомпенсаторы, ответ простой: они автоматически компенсируют тепловой зазор между распредвалом и клапаном во время работы двигателя.
В народе их часто называют просто «гидриками». Эти детали располагаются в газораспределительном механизме двигателя. У моторов с одним распредвалом в головке (система SOHC, Single OverHead Camshaft) компенсатор обычно служит опорой рычага («коромысла»), передающего усилие от вала к клапану. В двигателях с парой распредвалов (DOHC, Double OverHead Camshaft) гидрокомпенсаторы часто выполнены в виде цилиндрических толкателей («стаканов») самих клапанов.
Как устроен гидрокомпенсатор
коротко для общей картинки
В зависимости от конфигурации двигателя «гидрик» может выглядеть по-разному, но принципиально устройство гидрокомпенсатора неизменно — это заключённые в корпус плунжер, поршень с обратным шариковым клапаном и возвратная пружина. Принцип работы гидрокомпенсаторов клапанов почти такой же, как у обычного шприца.
Когда распредвал не оказывает давления на клапан, в гидрокомпенсаторе разжимается пружина, выдвигая плунжер, а в освободившееся пространство через клапан начинает поступать моторное масло. Когда «гидрик» заполнен маслом так, что выбран весь тепловой зазор, шариковый клапан запирается и деталь готова передавать усилие от распределительного вала на клапан в цилиндре.
При повороте распредвала кулачок давит на гидрокомпенсатор, заполненный маслом, а поскольку жидкость не сжимается, то «гидрик» передаёт усилие от распредвала на клапаны, заставляя их открываться или закрываться. В ходе этого движения из плунжера уходит часть масла, возвращая необходимый зазор между кулачком распредвала и гидрокомпенсатором. И этот процесс продолжается без остановки, всё время работы двигателя. Причём объём масла в плунжере постоянно меняется, что позволяет автоматически подстраивать тепловой зазор под необходимую величину.
Для чего нужны гидрокомпенсаторы кроме регулировки теплового зазора? Они способны ещё и компенсировать естественный износ деталей газораспределительного механизма. Это особенно важно для автомобилей с большим пробегом. Кроме того, механизм газораспределения с компенсаторами работает тише, чем без них, — ведь в отсутствие зазора между клапаном и кулачком вала не происходит их соударения. Увы, гидрокомпенсатор в некоторых случаях может и сам издавать лишние звуки.
Далее более подробно и не менее тнтересно
С созданием новых двигателей перед инженерами и техниками стали возникать и новые требования, в частности:
* экологичность
* надежность
* снижение уровня шума
* экономичность
* удобство в обслуживании мощность
Эти требования учитываются при проектировании привода ГРМ и его элементов независимо от конструкции двигателя (с верхним или нижним расположением распредвала). Главной всегда является задача исключить зазор клапанов и обеспечить стабильную работу двигателя в течение всего срока службы. В механической системе газораспределения температурное изменение длины и износ деталей газораспределительного механизма бесконтрольно меняют рабочий зазор. Вследствие этого, время фаз газораспределения начинает отклоняться от оптимальной величины.
Применение гидрокомпенсаторов зазора клапанов в системе ГРМ современных двигателей делает двигатели:
Экологичными – конструктивно оптимизированные фазы газораспределения двигателя, а значит, и показатели состава отработанных газов остаются практически неизменными в течение всего срока эксплуатации и во всех режимах работы двигателя.
Малошумными – снижается уровень шума двигателя, поскольку уменьшается шумообразующий зазор клапанов.
Долговечными – снижается степень износа, поскольку между деталями ГРМ всегда обеспечивается жесткая кинематическая цепь, постоянно обеспечивающая низкую скорость посадки клапанов.
Экономичными – отсутствие необходимости регулировки клапанов при первичной сборке.
Необслуживаемыми – зазор клапанов не возникает в течение всего срока службы двигателя.
Устойчивыми к повышенным оборотам – конструкция гидрокомпенсаторов обеспечивает возможность длительной работы двигателя на повышенных оборотах.
Существует несколько типов гидрокомпенсаторов зазора клапанов. Каждый тип имеет различные исполнения и типоразмеры. Они определяются для каждого случая применения после согласования между конструкторами моторных заводов и инженерами производителя самих гидрокомпенсаторов.
Конструктивные разновидности:
– гидротолкатели;
– гидроопоры;
– компесаторы интегрированные в коромысло;
– роликовые толкатели.
Это четыре базовые конструкции. Существуют исполнения, соответствующие индивидуальным требованиям (например, лабиринтный толкатель для исключения стука при холодном запуске).
Фото (Рисунок 12) четырех схематических изображений самих деталей.
Гидротолкатель при верхнем расположении р/вала. Максимально возможная жесткость привода ГРМ (Рисунок 13).
Гидроопора при верхнем расположении р/вала. Снижение сил инерции благодаря размещению компенсатора зазора вне зоны действия движущихся масс. (Рисунок14).
Интегрированная гидроопора коромысла при верхнем расположении р/вала. Уменьшение высоты двигателя благодаря размещению компенсатора зазора клапана в коромысле. (Рисунок 15).
Роликовый гидротолкатель при нижнем расположении р/вала. Экономичная конструкция V образных двигателей с центральным р/валом. Снижение потерь на трение благодаря установке в зоне р/вала роликового гидротолкателя (Рисунок 16).
(Конструкция и принцип действия(гидротолкателя) (Рисунок 1)
На примере гидротолкателя можно объяснить конструкцию и принцип работы гидравлических компенсаторов зазора клапанов. Кулачек распределительного вала (1) определяет положение толкателя. Толкатель скользит в направляющем отверстии головки блока цилиндров (8).
Конструкция.
Гидротолкатель состоит из направляющей и гидравлической части. Направляющая часть включает в себя корпус толкателя (2) и жестко связанную с ним внутреннюю часть корпуса (5), гидравлическая частьцилиндр (3), плунжер (4) и шаровой обратный клапан. Шаровой обратный клапан состоит из шарика (15), спиральной пружины (7) и фиксирующего колпачка (16). Цилиндр (3) и плунжер (4) перекрывают камеру высокого давления (12). Между обеими частями расположена возвратная пружина (9). Она разжимает поршень (4) и цилиндр (3). Тем самым, выбирается зазор между корпусом толкателя (2) и кулачком (1). Камера высокого давления (12) через обратный клапан заполняется маслом. Под нагрузкой обратный клапан герметично перекрывает камеру высокого давления (12).
Просадка (Рисунок 2).
В фазе подъема кулачка распределительного вала на гидротолкатель действует сила пружины клапана двигателя и инерционные силы. Плунжер (4) и цилиндр (3) образуют при этом жесткую кинематическую систему, связывающую подъем кулачка (1) со штоком клапана. В этой фазе из камеры высокого давления (12) через точно подобранный зазор (17) выжимается небольшое количество масла. Тем самым, расстояние между плунжером (4) и цилиндром (3) уменьшается на несколько тысячных миллиметра. Поэтому в конечной фазе просадки возникает небольшой зазор, который в основной фазе сразу снова компенсируется. Уменьшение расстояния между плунжером (4) и цилиндром (3) необходимо, чтобы компенсировать механические и температурные уменьшения зазора.
Процесс компенсации (Рисунок 3).
Если между корпусом толкателя (2) и кулачком (1) возникает зазор, возвратная пружина (9) разжимает плунжер (4) и цилиндр (3) до тех пор, пока не будет выбран зазор между кулачком (1) и штоком клапана (11). При этом в камере высокого давления (12) возникает разрежение. Это разрежение и давление масла в двигателе открывают обратный клапан. Масло из камеры низкого давления (18) устремляется в камеру высокого давления (12) и заполняет ее, пока не будет восстановлена жесткая кинематическая цепь. После этого спиральная пружина (7) прижимает шарик (15) обратного клапана к седлу плунжера (4) и перекрывает выход из камеры высокого давления (12) в камеру низкого давления (18). Этот процесс осуществляется в основной фазе цикла.
Принцип действия роликового рокера с гидроопорой.
Просадка (подъем кулачка) Рисунок 4.
На гидроопору действуют силы пружины клапана двигателя и инерционные силы. Расстояние между плунжером и корпусом уменьшается. Тем самым, из камеры высокого давления через зазор (1) выжимается небольшое количество масла и через маслоприемный желоб, и впускное отверстие возвращается в камеру низкого давления (2). В конце фазы сжатия в приводе ГРМ возникает небольшой зазор. Небольшое количество воздуха и масла выжимается через отверстие (3) и зазор.
Процесс компенсации (основная фаза) Рисунок 5.
Возвратная пружина разжимает плунжер и корпус до тех пор, пока не будет компенсирован зазор клапана. Шаровой обратный клапан открывается за счет перепада давления в камере высокого давления и в камере низкого давления. Масло из камеры низкого давления через открывающийся обратный клапан перетекает в камеру высокого давления (4)Обратный клапан закрывается, в приводе ГРМ восстанавливается жесткая кинематическая схема.Принцип действия роликового коромысла.На гидроопоры действует сила пружины клапана двигателя и силы инерции.Расстояние между плунжером и корпусом уменьшается. Тем самым, из камеры высокого давления через зазор (1) выжимается небольшое количество масла.В конце фазы сжатия в приводе ГРМ возникает небольшой зазор.Небольшое количество воздуха и масла выжимается через дроссельный зазор, вентиляционную канавку и вентиляционное отверстие (2).
Процесс компенсации (основная фаза) (Рисунок 9).
Возвратная пружина разжимает плунжер и корпус до тех пор, пока не будет компенсирован зазор клапана. Шаровой обратный клапан открывается за счет перепада давления в камере высокого давления и в камере низкого давления. Масло из камеры низкого давления через открытый обратный клапан перетекает в камеру высокого давления (3). Обратный клапан закрывается, в приводе ГРМ восстанавливается жесткая кинематическая схема.
Принцип действия лабиринтного гидротолкателя.
Просадка (подъем кулачка) (Рисунок 10).
На гидротолкатель действует сила пружины клапана двигателя и силы инерции. Расстояние между плунжером и корпусом уменьшается. Тем самым, из камеры высокого давления через зазор (1) выжимается небольшое количество масла и через маслоприемную канавку и впускное отверстие возвращается в камеру низкого давления (2).Вконцефазысжатия вприводе ГРМ возникает небольшой зазор.Небольшое количество воздуха и масла выжимается через вентиляционное отверстие или направляющий зазор (3) .
Процесс компенсации (основной цикл) (Рисунок 11).
Возвратная пружина разжимает плунжер и цилиндр, пока не будет компенсирован зазор клапана. Шаровой обратный клапан открывается за счет перепада давления между камерами высокого и низкого давления (плунжер). Масло из камеры низкого давления (внешний корпус) через перепускной желоб, плунжер и обратный клапан перетекает в камеру высокого давления (4). Шаровой обратный клапан закрывается, восстанавливается жесткая кинематическая схема привода ГРМ.
Основные рекомендации по монтажу.
1. Замена после 100 000 км пробега. При ремонте двигателя с пробегом свыше 100 000 км гидравлические компенсаторы зазора клапанов в принципе должны быть заменены. Поскольку допуски весьма жесткие, то при таком пробеге, как правило, уже достигается, или даже превышается предел износа гидравлических элементов.
2. Заменяется всегда комплект При наличии одного или нескольких неисправных гидрокомпенсаторов необходимо заменить весь комплект. Если заменяются лишь несколько элементов, то не может быть обеспечен равномерный подъем всех клапанов, поскольку объем выжимаемого масла будет неравным. Это может вызвать заклинивание, что в свою очередь часто ведет к подгоранию седла клапана.
3. Новый распределительный вал новые гидротолкатели. Замена гидротолкателей всегда предполагает одновременную замену распредвала и наоборот. Поскольку как на торце толкателя, так и на кулачке распредвала возникает пятно контакта, комбинация новых и старых деталей едва ли обеспечит ожидаемую долговечность.
4. Выбор гидравлических элементов. Основными критериями выбора гидравлических элементов всегда являются эффективная габаритная длина (не всегда соответствует общей длине гидравлического элемента), внешний диаметр, а также размеры и расположение масляных каналов. Внимание! Необходимо следить, чтобы гидротолкатели стандартного размера не устанавливались в отверстиях головки блока цилиндров большего диаметра!
5. Заполнение гидравлических элементов. Приобретаемые на рынкеавтозапчастей гидравлические компенсаторы чаще уже на заводе изготовителе заполняются соответствующим объемом масла или количеством достаточным для запуска двигателя. Сухими элементы практически не встречаются, но если были приобретены, то перед установкой их следует заправить небольшим количеством моторного масла, необходимым для холодного пуска. Такие толкатели сами обезвоздушиваются при запуске двигателя, однако, в отличие от заранее заполненных элементов, вызывают характерные шумы в области головки цилиндров, пока не заполнятся достаточным количеством масла. При заполнении гидравлического элемента чрезмерным количеством масла существует опасность, что при первом обороте распределительного вала вытеснение масла через зазор в плунжерной паре будет слишком длительным и произойдет контакт клапанов с днищем поршня. Может произойти неполное прилегание клапана к седлу, потеря герметичности цилиндра. Плохой запуск и работудвигателя.
6. Общие рекомендации поустановке:
а) слить старое моторноемасло; б) промыть систему смазкидвигателя, в особенности масляные каналы к гидравлическим элементам, при необходимости снять и промыть масляный поддон и сетку маслозаборника; в) заменить масляный фильтр и залить масло до требуемого уровня, проверить поступление масла; г) проверить позволяет ли гидрокомпесатор полностью закрыться клапану при поднятом кулачке распредвала.