Тепло, выделяемое двигателями внутреннего сгорания, приводит к увеличению размеров их деталей. Для предотвращения поломок, быстрого износа и снижения эксплуатационных характеристик между некоторыми деталями на стадии изготовления создаются тепловые зазоры. При прогреве двигателя эти зазоры соответственно уменьшаются. Однако по мере износа выделяемого тепла будет недостаточно для устранения всех зазоров, что приведет к снижению производительности двигателя.
Ответ
Вследствие нагрева размеры деталей двигателя повышаются, и, так как они изготовлены из разных материалов с различными коэффициентами теплового расширения, это может стать проблемой. Для решения этой ситуации используются гидрокомпенсаторы.
Ключевые Принципы ГК позволяют избежать трудоемкого ручного техобслуживания. Они помогают поглощать изменение зазоров между рабочими поверхностями и рокерами коромыслами, клапанами, штангами без зависимости от температуры и степени износа. Зазор может изменяться в зависимости от конструкции и материалов ГРМ. Таким образом, применение ГК обеспечивает более низкую трудоемкость и стоимость обслуживания.
Гидрокомпенсаторы
Гидрокомпенсаторы могут устанавливаться на все типы газораспределительных механизмов (ГРМ) — с коленчатыми валами, рычагами, штоками — и с любым положением коленчатого вала (верхним или нижним). В зависимости от конструкции ГРМ различают четыре основных типа гидрокомпенсаторов: гидротолкатели; гидроопоры; гидроопоры, предназначенные для установки на рычаги или коленчатые валы; роликовые гидротолкатели.
Гидрокомпенсатор толкателя с верхним распредвалом
Распредвал повернут к толкателю тыльной стороной не передает усилия и плунжерная пружина производит выдвижение плунжера из втулки. В результате появляется полость под плунжером, которая заполняется маслом благодаря шариковому клапану. Когда вся полость заполнена, клапан срабатывает и под действием пружины закрывает появившуюся полость.
Движение Кулачка и Толкателя
Вращаясь вокруг толкателя по выпуклой кривой, кулачок давит на него, перемещая его вниз. В результате усилия гидравлического двигателя толкатель активируется как узел, причем обратный клапан закрыт, так что масло в замкнутой полости не сжимается. При перемещении вниз толкателя и плунжерной пары, небольшое количество масла выплескивается из полости. Для этого уменьшается длина гидрокомпенсатора, формируя тепловой зазор между кулачком и толкателем. Все потерянное масло восстанавливается из смазочной системы двигателя.
Гидрокомпенсатор: Автоматическое Восстановление Зазора
Исходя из теплового расширения деталей клапанного механизма, гидрокомпенсатор автоматически восстанавливает зазор. Изменение объема «восстанавливающей» порции масла и длины гидрокомпенсатора приводит к изменениям и от теплового расширения материала, так и от естественного износа деталей газораспределительного механизма.
Надежность Гидравлических Толкателей
Для достижения надежности работы гидравлических толкателей необходимо использовать масло превосходного качества, которое имеет примерно постоянную вязкость при изменении температуры.
Расположение Гидрокомпенсаторов
В коромысле, в толкателе с нижним распредвалом и в опоре рычага привода клапана ГРМ присутствуют механизмы гидрокомпенсатора: 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 коромысле, в толкателе с нижним распредвалом и в опоре рычага привода клапана ГРМ представлены различные детали механизма гидрокомпенсатора: кулачок, плунжер, втулка плунжера, полость под плунжером, плунжерная пружина, пружина обратного клапана, фиксирующее кольцо, рычаг привода клапана и сливное отверстие.
Принцип работы гидрокомпенсатора
Устройство и принцип работы гидрокомпенсатора мы рассмотрим на примере гидросъемника, установленного в блоке головки блока цилиндров. Хотя другие типы гидрокомпенсаторов отличаются по конструкции, они работают по одному и тому же принципу.
Гидрокомпенсатор состоит из корпуса, в котором установлена подвижная плунжерная пара с шаровым клапаном. Корпус подвижен относительно направляющего седла в блоке головки цилиндров.
Если ГЦ установлен в рычагах привода клапанов (в коромыслах или толкателях), то его подвижной частью является только плунжер, выступающая часть которого выполнена в виде шаровой опоры или опорного кронштейна.
Высокий Уровень Герметичности Достигается Для ГК
Основная часть ГК — плунжерная пара с малым зазором между втулкой и плунжером всего 5–8 мкм, что делает соединение достаточно герметичным, не потеряв при этом подвижность деталей. В нижней части плунжера расположен отверстие для подачи масла, уплотненное подпружиненным шариковым клапаном. Для предотвращения перебоев в движении между втулкой и плунжером установлена достаточно жесткая возвратная пружина.
Итого, высокий уровень герметичности соединения достигается путём использования малого зазора, подпружиненного клапана и жесткой пружины.
Принцип работы гидрокомпенсаторов
Когда коленчатый вал установлен задней стороной к корпусу толкателя, внешняя нагрузка отсутствует и между корпусом и кривошипом холодного двигателя имеется зазор. Возвратная пружина толкает плунжер до тех пор, пока этот зазор не будет «выбран» — практически сведен к нулю. При этом масло из системы смазки двигателя через шаровой клапан и перепускной канал проходит во внутреннюю полость плунжера и заполняет ее.
При вращении кулачка
При вращении кулачка толкатель начинает прижиматься к блоку двигателя, перекрывая масляные каналы — систему смазки двигателя и перепускной канал. Одновременно закрывается шариковый клапан, и давление масла под плунжером возрастает. Поскольку жидкости несжимаемы, плунжерная пара работает как жесткая опора, передавая усилие от толкателя к штоку клапана двигателя.
Перефразированный текст
Несмотря на маленький зазор в плунжерной паре, некоторое количество масла все же проникает обратно через техническую проблему между плунжером и втулкой. В результате толкатель падает на 10–50 мкм. Значение уровня снижения зависит от частоты вращения коленвала двигателя. При его увеличении из-за сокращения времени нажатия на корпус гидротолкателя уменьшаются утечки масла из-под плунжера.
Плюсы и минусы
Появление GC позволило избежать изменения зазоров клапанного механизма и сделать его работу более «плавной»; снизить ударные нагрузки, то есть минимизировать истирание элементов ГРМ и устранить повышенный шум двигателя; точно соблюдать временные рамки фаз ГРМ, что благотворно сказывается на защите двигателя, его мощности и расходе топлива.
Плохая работа на холодном двигателе
Основной проблемой простых гидрокомпенсаторов является их неудовлетворительная работа на холодном двигателе в первые секунды после запуска, когда давление масла в системе смазки либо минимально, либо вообще отсутствует. Причины выхода из строя гидрокомпенсатора (ГК) обычно связаны с накоплением грязи в масляных каналах двигателя, а также с износом пары плунжер — обратный клапан, выполненной с высокой степенью точности. Кроме того, загрязнению может способствовать неподходящее масло, несоблюдение сроков его замены или дефект масляного фильтра, позволяющий грязному маслу проходить через перепускной клапан.
Увеличение зазора в плунжерной паре приводит к утечке масла
При увеличении зазора в плунжерной паре происходит утечка масла из камеры высокого давления. В результате снижается «жесткость» гидрокомпенсатора, что препятствует передаче усилия кулачка на шток ГРМ. Аналогично, при износе обратного клапана камеры высокого давления эффективность работы снижается. Неисправность системы смазки двигателя препятствует заполнению ГК маслом и делает невозможным поглощение зазоров ГРМ.
Заправка маслом необходима в GC
Для обеспечения нормального функционирования внутреннего объема ГЦ необходимо заполнять его маслом. Если ГЦ пуст или заполнен частично, он не может выполнять свою основную задачу — устранять зазоры между деталями ГРМ. Это приводит к возникновению ударных нагрузок, которые слышны в виде стука. В результате ускоряется износ деталей ГРМ и снижается производительность двигателя. Кроме того, частицы изношенных деталей могут попасть в ГЦ вместе с маслом и вызвать его заклинивание.
Предотвращение загрязнения двигателя
Чтобы предотвратить загрязнение двигателя, необходимо предпринять определенные шаги:
-
Соблюдать рекомендации автопроизводителя по замене масла и масляного фильтра через указанные интервалы времени с понижающим коэффициентом от 0,6 до 0,9 с учетом условий эксплуатации двигателя.
-
При промывке двигателя перед очередной заменой масла используйте медленно действующие промывки по пробегу.
-
При обнаружении загрязнений на внутренних поверхностях двигателя (например, при снятии крышки ГРМ) не рекомендуется использовать быстродействующие промывочные средства, так как они могут привести к попаданию частиц грязи во внутренние компенсаторы и выводу их из строя.
Диагностика и замена гидрокомпенсаторов
При выходе из строя ГК он издает стук, который отражается от металлических деталей. Для поиска неисправной детали используется фонендоскоп. Этот прибор можно изготовить в домашних условиях из стального стержня длиной около 700 мм и диаметром 5–6 мм. Один конец стержня крепится к пивной банке со срезанной верхней частью. Посередине приделывается деревянная ручка. Если приложить ухо к банке и подвести свободный конец фонендоскопа к головке блока вокруг каждого компенсатора, то по усиливающемуся стуку можно определить, какой из них неисправен. Проблемный ГК следует извлечь и проанализировать для дальнейшей проверки.
GC Removal
Для извлечения GC из седла можно использовать магнит. Если этот способ не срабатывает (если он «застрял» или заклинил), следует применить съемник. Перед этим необходимо приварить к нему стержень с крюком. Некоторые гидрокомпенсаторы можно разобрать, что позволяет оценить степень износа внутренних элементов. Делать это нужно очень осторожно, чтобы не повредить поверхности сопряженных деталей.
Демонтаж гидравлических опор
После снятия стопорного кольца необходимо разобрать гидравлические опоры. Внутренние компоненты гидравлического толкателя можно извлечь, слегка постучав его корпусом о металлическую поверхность. Загрязненный компенсатор необходимо промыть в ацетоне или другом растворителе. Визуальный осмотр позволит обнаружить внешние повреждения торцевой поверхности гидрокомпенсатора, подвергающейся нагрузкам (выбоины, царапины, задиры). Со временем на поверхности может даже появиться впадина.
Чтобы сохранить демонтированный ГК в хорошем состоянии, простым и эффективным способом является заливка его маслом. После этого при надавливании рукой он не должен уменьшиться в размерах. Если это происходит, то деталь повреждена и подлежит замене. При сжатии рабочего ГК струбциной он должен быть устойчивым и лишь слегка уменьшаться в длину примерно через двадцать-тридцать секунд.
Установка гидрокомпенсаторов
При эксплуатации нового ГРМ с гидрокомпенсаторами после их замены важно соблюдать определенные инструкции. Первоначальные ГРМ предварительно заполняются на заводе консервирующей масляной смесью, которую не следует удалять при установке. При запуске двигателя эта смесь смешается с маслом из системы смазки двигателя без каких-либо неблагоприятных последствий.
Установка пустых компенсаторов
Не обязательно устанавливать в ГРМ пустые гидрокомпенсаторы, «воздушность» которых образовалась после демонтажа и промывки. Предварительно их необходимо заполнить маслом. Пренебрежение этим правилом может привести к серьезным ударным нагрузкам, особенно при первом включении двигателя (пока система смазки «прокачивается»).
Поворот 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 необходимо для того, чтобы под давлением кулачков распределительного вала плунжерные пары нагруженных компенсаторов заняли рабочее положение.
Ремонт и замена ГК
При ремонте и замене ГЦ необходимо промыть систему смазки, заменить масляный фильтр и залить в двигатель свежее масло. Проворачивая коленчатый вал, можно наблюдать, как масло поступает по маслопроводам к точкам крепления (при исключенных гидрокомпенсаторах);
При ремонте двигателя автомобиля с пробегом более 150–200 тыс. км рекомендуется отключить гидрокомпенсаторы клапанных зазоров (обычно при таком пробеге они перестают работать). Использование низкосортных масел и несоблюдение сроков замены может сократить срок службы ГЦ в два раза.
Замена гидрокомпенсатора
Если неисправен один или несколько гидрокомпенсаторов, то лучше всего заменить весь комплект. В противном случае вскоре потребуется повторная регулировка ГРМ для ремонта.
Прокачка гидрокомпенсаторов
При определенных условиях (длительное бездействие или износ плунжерных пар ГЦ) может происходить частичная утечка масла из гидрокомпенсаторов (осушение). Это можно определить по стукам в ГРМ двигателя, проработавшего некоторое время.
Удаление воздуха из компенсаторов
Для удаления воздуха из компенсаторов необходимо дать двигателю поработать около 2–3 минут на постоянных оборотах 2–2,5 тыс. об/мин, затем перейти на переменные обороты 2–3 тыс. об/мин в течение еще 30–50 секунд и завершить работу на холостом ходу. Если шум в ГРМ не исчезает, то процесс следует повторить, возможно, несколько раз. Если это не поможет, то, возможно, необходимо исследовать возможные неисправности ГРМ и причину их нарушения.