Гидрокомпенсаторы: устройство, принцип работы, неисправности

Четырехтактные двигатели внутреннего сгорания (ДВС) снабжены газораспределительным механизмом (ГРМ), который совершает открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов силовых агрегатов. ГРМ имеет один или несколько распределительных валов, на которых установлены исполнительные устройства – кулачки. Именно они при вращении распределительного вала в нужный момент, и на определенное время открывают и закрывают соответствующие клапаны. Кулачок нажимает на хвостовик клапана напрямую, либо через коромысло, или через штангу толкателя и коромысло.

Гидрокомпенсаторы клапанов ГРМ

В том или другом случае необходим определенный минимальный зазор – люфт между тыльной нерабочей стороной кулачка распредвала и хвостовиком клапана. Зазор служит для компенсации размеров деталей ДВС при нагреве. Если он будет слишком велик, то из двигателя будут раздаваться малоприятные для водителя стуки. Если же люфт будет отсутствовать, то клапана перестанут закрываться полностью – будут «зажаты». Это приведет к уменьшению компрессии в цилиндрах ДВС, прорыву продуктов сгорания из цилиндров во впускной и выпускной коллекторы. Произойдет падение мощности двигателя, а затем и прогорят седла клапанов.

Во время работы двигателя происходит его интенсивный нагрев, и промежуток между кулачками и клапанами исчезает. Кроме того, в процессе износа механизмов ГРМ двигателя с течением временем также происходят изменения зазоров.

Для автоматического режима регулировки промежутка между клапанами и распределительным валом были сконструированы довольно сложные детали – гидрокомпенсаторы. До них регулировались зазоры по другому принципу. Обо всем по порядку.

Регулировка зазоров в ГРМ, как все начиналось

До появления гидрокомпенсаторов система ГРМ и регулировка зазоров выглядели примерно, как на схеме:

Зазор между клапаном и регулировачным винтом. Схема ГРМ

Пояснение к рисунку:

  1. Винт для регулировки зазора между клапаном и коромыслом;
  2. Коромысло, необходимо для передачи усилия от распредвала до клапана;
  3. Тепловой зазор;
  4. Пружина для возвращения клапана;
  5. Кулачок распределительного вала;
  6. Впускной или выпускной клапан.

Необходимо периодически выполнять регулировку промежутков между хвостовиками клапанов и кулачками распредвалов. На холодном двигателе величина зазоров колеблется от 0,1 до 0,2 мм. Изменение зазоров производится вращением специальных регулировочных болтов коромысел клапанов. Интервал между этими трудоемкими операциями составляет 10 – 20 тыс. км. пробега автомобиля.

Был разработан альтернативный вид ГРМ, где регулировка зазоров ведется с помощью калиброванных по толщине (высоте) стальных круглых шайб, которые устанавливались между толкателями клапанов и кулачками распредвалов. Благодаря тому, что шайбы имеют относительно большой диаметр, пятно контакта между ними и кулачками велико. Это существенно уменьшило износ трущихся пар «шайба – кулачок». В результате интервал между регулировками зазоров вырос до 45 – 55 тыс.км. пробега автомобиля. Подобная система регулировок появилась на двигателях ВАЗ-2108 в 1983 году.

Клапана: регулировка зазоров

Появление гидрокомпенсаторов

В середине прошлого века в ДВС появился новый и очень полезный механизм – гидравлический компенсатор зазоров ГРМ, полностью устраняющий ручные регулировки. Вначале такие узлы в газораспределительных механизмах были довольно дороги, и ставились на двигатели гоночных автомобилей. Затем гидрокомпенсаторы появились на дорогих представительских автомобилях, спорткарах, но по мере совершенствования технологий автомобилестроения стали появляться на машинах более простых классов. С начала нынешнего века гидрокомпенсаторы или «гидрики» прочно «прописались» на всех типах автомобилей включая В и А классы.

Гидрокомпенсаторы в ДВС

Гидравлические компенсаторы позволили полностью, в автоматическом режиме устранить зазоры между кулачками распредвалов и соответствующими клапанами, что повысило точность работы ГРМ, улучшило мощностные и экологические характеристики ДВС.

Схема устройства гидрокомпенсатора

Пояснение к фотографии:

  1. Верхняя часть плунжерной пары (плунжер);
  2. Корпус гидрокомпенсатора;
  3. Нижняя часть плунжерной пары;
  4. Пружина.

Как еще может называться гидрокомпенсатор:

  • гидрик;
  • гидравлический толкатель;
  • гидротолкатель;
  • компенсатор зазора;
  • гидравлический компенсатор;
  • ГК.

Устройство и типы «гидриков»

Гидрокомпенсаторы могут иметь различные виды исполнения и назначения, такие как:

  • Гидротолкатель;
  • Гидроопора ;
  • Гидротолкатель роликовый;
  • Существуют другие типы компенсаторов, но они встречаются редко.

Типы гидрокомпенсаторов

Действия всех таких устройств используют одинаковые принципы устранения зазоров с помощью рабочей пружины компенсатора, и передачи нажима кулачка на клапан цилиндра ДВС с помощью запираемого в «гидрике» моторного масла, поступающего из системы смазки двигателя.

В состав любого гидрокомпенсатора входят:

  • Цилиндрический корпус, верхняя торцевая часть которого воспринимает усилие от кулачка распредвала;
  • Гильза (втулка) цилиндрической формы, которая по скользящей посадке установлена во внутреннюю часть корпуса «гидрика». Своей торцевой поверхностью втулка опирается на хвостовик клапана ДВС;
  • Плунжер, который под действием рабочей пружины давит на корпус гидрокомпенсатора;
  • Обратный шариковый клапан, установленный в плунжере.

Подробное устройство отображено в следующей схеме:

Устройство и работа гидрокомпенсатора

 

Пояснение к схеме:

  1. кулачок распределительного вала;
  2. проход для масла к плунжерной паре в теле цилиндрического толкателя;
  3. втулка плунжера;
  4. плунжер;
  5. пружина шарикового клапана плунжерного механизма;
  6. клапанная пружина;
  7. цилиндрический толкатель;
  8. шариковый клапан;
  9. отверстие для прохода масла в компенсатор;
  10. масляный канал в головке блока цилиндров;
  11. пружина гидрокомпенсатора;
  12. клапан ГРМ.

Принцип действия гидравлических компенсаторов

Устройство и работа гидрокомпенсаторов ГРМ

Пояснение к схеме:

  • А – между кулачком и “непрокачанным” гидрокомпенсатором имеется зазор;
  • Б – положение когда клапан ГРМ закрыт, плунжерные пары ГК в рабочем положении;
  • В – положение когда гидрокомпенсатор открыл клапан.

В начальный момент времени, когда тыльная, нерабочая часть кулачка не оказывает давления на торец корпуса гидротолкателя, рабочая пружина, отталкиваясь от дна гильзы, давит на плунжер. Тот в свою очередь, изнутри нажимает на торец корпуса гидрокомпенсатора, заставляя его плотно прижиматься к образующей кулачка (положение Б на схеме), устраняя промежуток между хвостовиком клапана двигателя, «гидриком» и распредвалом (положение А на схеме). Моторное масло по каналам в блоке цилиндров двигателя и головке блока цилиндров (ГБЦ) поступает сквозь проточку и сверление в корпусе «гидрика» внутрь узла, в цилиндрическую полость плунжера. Оттуда через нормально открытый шариковый клапан масло попадает в полость гильзы. В результате весь объем гидрокомпенсатора заполнен маслом.

Распредвал ДВС вращается, и наступает момент, когда рабочая – выступающая часть кулачка начинает надавливать на торец корпуса узла. Нижняя часть гильзы компенсатора уперта в хвостовик клапана и неподвижна. Корпус начинает двигаться вниз, при этом шариковый клапан закрывается, и запирает масло в полости «гильза – плунжер». Поскольку масло, как и любая жидкость, не сжимается, перемещение корпуса компенсатора от воздействия нажатия кулачка практически полностью передается через плунжер и гильзу на клапан двигателя, заставляя его открыться (положение В на схеме).

После продолжения поворота распредвала, кулачок перестает давить на корпус «гидрика», клапан двигателя закрывается и возвращает гильзу в исходное состояние. Рабочая пружина давит на плунжер, и через него поджимает торец корпуса к тыльной части кулачка распредвала, не давая появиться зазору. Шариковый клапан открывается, и пропускает внутрь гильзы небольшую дозу масла, которая в результате работы компенсатора незначительно вытесняется в полость корпуса. На этом цикл работы гидрокомпенсатора завешается.

Плюсы и минусы гидравлических компенсаторов

Безусловно, гидравлические компенсаторы зазоров принесли существенную пользу двигателям автомобилей, что и привело к массовому внедрению подобных механизмов.

Среди основных преимуществ «гидриков»:

  • Снижение затрат на обслуживание автомобиля;
  • Тихая и мягкая работа двигателя, без каких либо стуков из ГРМ;
  • Улучшение топливной экономичности и экологичности ДВС,
  • Увеличение ресурса работы деталей и узлов ГРМ.
При своевременной замене масла и фильтра, согласно регламенту марки автомобиля, срок службы гидрокомпенсаторов может составить 100 – 150 тысяч километров пробега.

Однако есть и некоторые недостатки в применении гидравлических компенсаторов:

  • Возрастает стоимость ДВС, так, как подобные устройства требуют точного изготовления. Кроме того приходится дорабатывать узлы и агрегаты двигателя для подведения моторного масла к «гидрикам».
  • Гидрокомпенсаторы чувствительны к качеству моторного масла, и к надежной работе системы смазки мотора. Снижение давления масла нарушает правильное действие не только узлов ГРМ, но и всего двигателя.

Стоит напомнить, что гидрокомпенсаторы появились на автомобилях ВАЗ в 1999г. на семействе шестнадцати клапанных двигателей ВАЗ-2112. Сегодня «гидрики» применяются в двигателях ВАЗ-21126 и 21127, которые устанавливают на модели Гранта, Калина, Приора.

Основные неисправности «гидриков»

При несоблюдении правил эксплуатации ДВС, применения несоответствующего моторного масла низкого качества, увеличения пробега автомобиля без замены смазки и масляного фильтра могут привести к выходу из строя гидравлических компенсаторов. Возможны следующие неисправности:

  1. Сильный износ трущихся поверхностей корпуса, гильзы и плунжера, засорение шарикового клапана повлекут за собой неполное запирание полости «гильза – плунжер» и, как следствие случится искажение фаз работы клапанов ДВС, их неполное открытие. Отсюда потери мощности двигателя, повышенный расход топлива.
  2. Недостаточная фильтрация моторного масла попадание твердых частиц продуктов износа ДВС может привести к заклиниванию «гидриков», появлению стуков ГРМ, прогару седел клапанов, быстрому износу распредвалов. В результате дорогостоящий ремонт ГБЦ и узлов ГРМ.
  3. Более редкими проблемами с гидротолкателями можно назвать их “завоздушивание”, то есть попадание воздуха в масляные каналы. И отсутствие достаточного количества масла, это может произойти при забитых каналах в ГБЦ и низком масляном давлении.

Диагностика неисправностей и ремонт ГРМ с «гидриками»

Звонкие стуки из двигателя предупреждают автовладельца о необходимости замены масла и фильтра системы смазки. Если при их смене стуки не исчезают, то, скорее всего, пришло время замены компенсаторов. Ревизия ГБЦ и ГРМ укажут на это. Ремонт газораспределительного механизма с «гидриками» производится заменой этих узлов.

Менять гидрокомпенсаторы необходимо полным комплектом. Даже хорошие на вид узлы, скоро могут выйти из строя, и непростую операцию замены гидрокомпенсаторов придется повторить.

Если у автовладельца есть опыт ремонта двигателей, соответствующий инструмент и закрытое от осадков место, то замену «гидриков» возможно провести собственными силами. Если таких условий нет, то следует обратиться в автосервис, имеющий хорошую репутацию.

Правила замены

При замене гидротолкателей придерживаются следующих правил:

  1. Новые “гидрики” заполнены консервирующим маслом, которое не требуется удалять при замене деталей.
  2. “Пустые” компенсаторы, перед установкой, заполняют маслом, чтобы избежать “завоздушенности” детали. Незаполненные ГК (гидрокомпенсаторы) могут повредиться из за ударов и нагрузок до момента заполнения маслом. Чтобы заполнить ГК, в небольшую емкость набирают масло. Перед погружением в неё деталь сжимают. А когда ГК полностью опустится в масло убирают напряжение с пружины, то есть отпускают зажим. Под действием пружины внутренняя полость гидрокомпенсатора заполняется жидкостью.
  3. После установки ГК на свои места, перед пуском двигателя со стартера, необходимо вручную, гаечным ключом провернуть коленвал не менее 5 раз. От проворачивания коленчатого вала руками до пуска двигателя стартером должно пройти не менее 15 минут. Это процедура дает возможность плунжерным парам плавно занять рабочее место при соприкосновении с кулачками распредвала.
  4. После замены ГК необходимо заменить фильтр и масло на новые. При ручном прокручивании коленвала (если крышка ГБЦ не поставлена), можно визуально оценить поступление нового масла к компенсаторам и их правильную работу.

Резюме

Поскольку альтернативы классическим ГРМ с распредвалами нет, и вряд ли будет, (речь идет о серийных моторах, бензиновых и дизельных), то масляные гидрокомпенсаторы буду служить автомобилистам верой и правдой еще достаточно долго, пока сами ДВС не будут вытеснены более перспективными электродвигателями.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

*