Гидрокомпенсаторы устройство и принцип работы

Детали работающего двигателя внутреннего сгорания имеют свойство увеличиваться в размерах по мере их нагрева. Для предотвращения поломок, ускоренного износа и ухудшения характеристик силовых агрегатов между некоторыми деталями создаются тепловые зазоры. При нагреве двигателя эти зазоры «заполняются» за счет расширения деталей. Однако по мере износа деталей они перестают выделять достаточно тепла для компенсации зазоров, что сказывается на работе двигателя.

Повышение температуры вызывает расширение деталей в работающем двигателе

Теплообмен в работающем двигателе внутреннего сгорания приводит к увеличению размеров деталей. Это не является неустранимой проблемой, но поскольку детали изготовлены из различных материалов, таких как чугун, сталь, алюминий, которые расширяются с разной скоростью, это может вызвать затруднения. Для частичной компенсации этого явления используются гидрокомпенсаторы.

Снижение сложности и стоимости обслуживания энергоблоков

В начале прошлого века в двигатель был внедрен механизм регулирования зазоров клапанов с помощью обычных гаечных ключей, что привело к усложнению обслуживания и увеличению его стоимости. Для преодоления этой проблемы были внедрены гидрокомпенсаторы (ГК). Эти ГК поглощают любые зазоры между рабочими поверхностями распределительного вала и коромыслами, клапанами, штангами — независимо от температурного режима и степени износа деталей. Таким образом, отпадает проблема теплового зазора в механизме привода клапанов и сохраняется работоспособность силового агрегата. Более того, этот зазор можно регулировать в зависимости от конструкции ГРМ и применяемых материалов.

Разный текст

Гидрокомпенсаторы имеют множество применений и могут интегрироваться с различными устройствами газораспределения (ГРМ), такими как коромысла, рычаги, штанги, а также располагаться на верхних или нижних распределительных валах. Существует четыре основных типа гидрокомпенсаторов: гидротолкатели, гидроопоры, гидроопоры, устанавливаемые в рычаги или коромысла, и роликовые гидротолкатели.

Гидрокомпенсатор

Гидравлический компенсатор в толкателе с верхним распределительным валом работает за счет того, что кулачок, обращенный к задней стороне толкателя, не прикладывает к нему никакого усилия. В этом случае пружина плунжера свободно выталкивает его из гильзы, тем самым выбирая необходимый зазор. Под плунжером образуется пространство, в которое через шаровой клапан поступает масло. Как только масло заполняет полость, срабатывает шаровой клапан, который под действием своей пружины закрывает пространство.

Движение толкателя и плунжера

Когда толкатель поворачивается лицом к кулачку, кулачок оказывает на него давление, заставляя двигаться вниз. Когда обратный клапан закрыт, гидравлический толкатель заставляет его оставаться неподвижным, поскольку масло в закрытой камере не может сжиматься. При движении вниз комбинации толкателя и плунжера часть масла вытесняется из зазора между плунжером и камерой. Это приводит к уменьшению длины гидрокомпенсатора, при этом между кулачком и толкателем образуется тепловое пространство. Потерянное масло извлекается из системы смазки двигателя.

Влияние теплового расширения

Тепловое расширение деталей клапанного механизма приводит к изменению объема масла, используемого для поддержания зазора, и длины гидрокомпенсатора. Это изменение неизбежно при тепловом расширении материала и постепенном износе деталей системы газораспределения.

Надежная работа при использовании высококачественного масла

Для надежной работы гидравлических толкателей важно использовать масло высшего качества, сохраняющее постоянную вязкость даже при перепадах температуры.

Расположение гидрокомпенсаторов

Гидрокомпенсаторы расположены в коромысле, в толкателе нижнего распределительного вала и в основании рычага привода клапанов. К ним относятся:

1. Кулачок

2. Плунжер

3. Втулка плунжера

4. Полость под плунжером

5. Пружина плунжера

6. Пружина обратного клапана

7. Стопорное кольцо

8. Рычаг привода клапана

9. Сливное отверстие

Конструкция гидрокомпенсатора такова.

Гидравлический компенсатор

Мы рассмотрим гидрокомпенсатор на примере гидротолкателя, расположенного в головке блока цилиндров. Несмотря на различие в конструкции, все остальные типы гидрокомпенсаторов работают по одному и тому же принципу. Гидравлический толкатель состоит из корпуса, в котором находится подвижный плунжер, закрепленный на шаровом кране. Сам корпус подвижен относительно направляющего седла, установленного в головке цилиндра.

Если гидрокомпенсатор соединен с рычагами привода клапанов (коромыслами или коромыслами), то его подвижной частью является просто плунжер, верхняя часть которого выполнена в виде шаровой опоры или опорного башмака.

Высокая герметичность и подвижность, сохраняемая плунжерной парой

Плунжерная пара является наиболее важным элементом GC. Зазор между втулкой и плунжером составляет всего 5–8 мкм, что обеспечивает плотное прилегание и в то же время плавное перемещение деталей. В нижней части плунжера имеется отверстие для забора масла, которое перекрывается подпружиненным обратным шаровым клапаном. Кроме того, между втулкой и плунжером установлена надежная возвратная пружина.

Работа гидрокомпенсаторов

Когда кулачок распределительного вала установлен в задней части корпуса толкателя, внешнее сжатие отсутствует, а в пространстве между корпусом и кулачком находится кулачок холодного двигателя. Затем возвратная пружина перемещает плунжер наружу до тех пор, пока зазор между ними не станет близким к нулю. Во время этого процесса масло из системы смазки двигателя движется через шаровой клапан и перепускной канал и заполняет внутреннюю полость плунжера.

При вращении кривошипа кулачок начинает толкать корпус плунжера вниз, перекрывая масляные пути — систему смазки двигателя и перепускной канал. Одновременно закрывается шаровой клапан, и давление под плунжером увеличивается. Поскольку жидкость несжимаема, плунжерная пара служит жесткой опорой, передавая усилие кулачка на шток клапана двигателя.

Утечки масла уменьшаются при увеличении частоты вращения коленчатого вала

Между плунжером и гильзой имеется очень маленький зазор, через который вытесняется небольшое количество масла. В результате плунжер опускается («проседает») на 10–50 мкм. Величина «просадки» определяется скоростью вращения коленчатого вала двигателя. При ее увеличении уменьшается время прижатия гидротолкателя к корпусу, что ограничивает утечку масла из-под плунжера.

Достоинства и недостатки

Внедрение GC позволило исключить необходимость регулировки зазоров в клапанной системе, что обеспечило более плавную работу; снизить ударные нагрузки, что уменьшило износ деталей ГРМ и устранило лишние шумы двигателя; более точно контролировать фазы ГРМ, что благотворно сказалось на безопасности, мощности и расходе топлива двигателя.

Неудовлетворительная работа гидрокомпенсаторов

Недостаточная эффективность работы простых гидрокомпенсаторов проявляется при запуске холодного двигателя, когда давление в системе смазки отсутствует или минимально. Причины отказа ГК связаны с загрязнением масляных трактов, износом рабочих поверхностей обратного клапана и плунжерной пары, выполненных с высокой степенью точности. Кроме того, к загрязнению может привести использование масла неправильного типа, несоблюдение инструкции по замене или неисправность масляного фильтра, пропускающего неочищенное масло через перепускной клапан.

Увеличение зазора в плунжерной паре

Увеличение зазора между плунжерной парой приводит к увеличению просачивания масла из камеры высокого давления и уменьшению «жесткости» гидрокомпенсатора, что снижает его способность передавать усилие кулачка на шток ГРМ. К подобным последствиям приводит и износ обратного клапана камеры высокого давления. Неисправности системы смазки двигателя ограничивают заполнение ГК маслом, что делает невозможным поглощение зазоров в ГРМ.

Заполнение маслом необходимо для предотвращения неисправностей

Гидрокомпенсатор должен быть заполнен маслом, если он пуст или заполнен частично, то это не будет выполнять свою задачу по устранению зазоров в деталях ГРМ. Это приведет к возникновению ударных нагрузок, слышимых как стук, что приведет к ускоренному износу деталей ГРМ и ухудшению работы двигателя. Кроме того, узел может заклинить из-за попадания в ГР вместе с маслом частиц от изношенных деталей.

Избегание проблем

Для предотвращения проблем с двигателем необходимо соблюдать следующие меры:

1. Выполнять предписания производителя автомобиля по регулярной замене масла и фильтра с понижающим коэффициентом 0,6–0,9, учитывающим особенности эксплуатации машины.

2. При наступлении срока очередной замены масла используйте промывку замедленного действия. Если двигатель уже загрязнен, не используйте быстродействующие промывочные средства, так как частицы грязи могут попасть вместе с маслом в компенсаторы, что приведет к их выходу из строя.

Диагностика и замена неисправных гидрокомпенсаторов

При неисправности одного или нескольких ГК слышен отчетливый стук. Поскольку этот звук хорошо отражается от металла, для точного определения неисправного гидрокомпенсатора можно использовать фонендоскоп. Фонендоскоп можно изготовить самостоятельно, используя стальной стержень длиной около 700 мм и диаметром 5–6 мм. К одному концу прикрепите пивную банку с отрезанным верхом, а к середине — деревянную ручку. Приложите ухо к банке и поднесите свободный конец «фонендоскопа» к головке блока цилиндров, рядом с каждым компенсатором. Неисправный компенсатор можно определить по усиленному стуку. Определив «подозреваемого», следует снять его и осмотреть.

Отсоединение ГК

Для снятия ГК с седла можно использовать магнит. В случае неудачи следует использовать съемник с приваренным к нему крюком. При разборке гидрокомпенсатора можно оценить степень износа внутренних компонентов. Разборку следует выполнять осторожно, чтобы не повредить соприкасающиеся элементы.

Демонтаж гидравлических опор

После снятия стопорного кольца необходимо разобрать гидравлические опоры. Содержимое гидравлического толкателя можно извлечь, аккуратно постучав его корпусом о плоскую металлическую поверхность. Загрязненный компенсатор следует промыть ацетоном или другими подходящими растворителями. Визуальный осмотр торцевой поверхности гидрокомпенсатора, подвергающейся нагрузкам, позволяет выявить любые внешние повреждения, такие как выбоины, царапины или вмятины. Кроме того, следует обратить внимание на впадины, которые могут появиться в процессе эксплуатации.

Альтернативный способ проверки работоспособности демонтированного ГХ

Для оценки качества работы демонтированного ГЦ можно воспользоваться простым и эффективным методом: заполнить его маслом и поместить в зажим. Если ГК исправен, то он должен оказывать некоторое сопротивление и демонстрировать небольшое уменьшение длины только через двадцать-тридцать секунд. В противном случае он неисправен и подлежит замене.

Установка гидрокомпенсаторов

При замене гидрокомпенсаторов на ремень ГРМ для их правильной работы необходимо соблюдать определенные правила:

1. Свежие ГК предварительно заполняются с завода защитным маслом, которое не нужно удалять при установке. При включении двигателя эта смесь смешивается со смазочным маслом двигателя, не оказывая на него негативного воздействия.

Не допускать установки пустых компенсаторов

Не рекомендуется устанавливать гидрокомпенсаторы без масла, образовавшегося в результате демонтажа и промывки. Это необходимо сделать, чтобы избежать огромных ударных нагрузок, особенно при первом включении двигателя (в момент «запуска» системы смазки).

Проворачивание коленчатого вала

После установки ГЦ на двигатель рекомендуется 5–7 раз провернуть коленчатый вал ключом с трещоткой и подождать 10–15 минут до первого запуска двигателя. Это необходимо для того, чтобы за счет натяжения кулачков распределительного вала плунжеры заряженных компенсаторов заняли рабочее положение.

Восстановление и замена ГК

При восстановлении и замене ГЦ необходимо промыть систему смазки, заменить масляный фильтр и залить в двигатель свежее масло. Вращая коленчатый вал, можно наблюдать, как масло по маслопроводам поступает к монтажным стульям (при снятых гидрокомпенсаторах).

Восстановление двигателя автомобиля с большим пробегом

Если двигатель автомобиля имеет пробег более 150–200 тыс. км, рекомендуется заменить гидрокомпенсаторы клапанных зазоров (в таких случаях они, как правило, не работают). Использование низкосортных масел и несоблюдение сроков их замены может сократить срок службы ГК вдвое.

Прокачка гидрокомпенсаторов

При наличии одного или нескольких неисправных гидрокомпенсаторов целесообразно заменить весь комплект, что позволит избежать необходимости повторного ремонта ГРМ в ближайшее время. При определенных условиях эксплуатации автомобиля (длительный простой, износ плунжерных пар ГЦ) из гидрокомпенсаторов может вытекать некоторое количество масла (подсыхание), что приводит к появлению стуков в приводе ГРМ при прогреве двигателя.

Удаление воздуха из компенсаторов

1. Запустите двигатель и дайте ему поработать 2–3 минуты при установившихся оборотах 2–2,5 тыс. об/мин.

2. Затем измените частоту вращения двигателя до 2–3 тыс. об/мин в течение 30–50 секунд.

3. Если шум сохраняется, периодически повторяйте цикл.

4. Если проблема сохраняется, проверьте неисправные ГЦ и причину их неисправности.