Особенности двигателя внутреннего сгорания приводят к тому, что при нагреве детали двигателя увеличиваются в размерах. Чтобы предотвратить поломки, износ и ухудшение характеристик силовых агрегатов, между некоторыми деталями создают тепловые зазоры. Они «выбираются» при разогреве двигателя, но по мере износа деталей тепло может оказаться недостаточно для поглощения этих зазоров, что негативно влияет на характеристики двигателя.
Рост Размеров Деталей Двигателя Внутреннего Сгорания Из-за Нагрева Не Является Ничем Особенным
Поскольку Компоненты Двигателя Изготовлены Из Различных Материалов
Поскольку детали двигателя изготовлены из разных материалов (чугун, сталь, алюминий), у которых свои тепловые коэффициенты расширения, то увеличиваются они в разной степени при нагреве.
Решение Данной Проблемы Обеспечивают Гидрокомпенсаторы
Для решения данной проблемы используются гидрокомпенсаторы. Они уменьшают отличия в росте размеров деталей двигателя из-за нагрева.
Увеличение теплового зазора в механизме привода клапанов влияет непосредственно на эффективность силовых установок. С начала прошлого века для их регулирования начали использовать обычные гаечные ключи, что привело к дополнительной работе и увеличению стоимости технического обслуживания. Гидрокомпенсаторы позволяют избежать этих неудобств. Они должны полностью поглотить зазоры между составляющими распредвала, клапанов, коромысел и т. д., независимо от температурного режима и степени износа. Тепловые зазоры могут изменяться в зависимости от конструкции ГРМ и используемых материалов.
Гидродемпферы для газораспределительных механизмов
Гидродемпферы могут устанавливаться на все типы газораспределительных механизмов (ГРМ) — с тягами, рычагами, штангами — и при любом положении коленчатого вала (верхнем или нижнем). В зависимости от конструкции ГРМ различают четыре основных типа гидродемпферов: гидротолкатели; гидроопоры; гидроопоры, предназначенные для установки в рычаги или штоки; роликовые гидротолкатели.
Работа гидрокомпенсатора в толкателе с верхним распредвалом
Кулачок распредвала, повернутый к толкателю с задней стороны, не приводит к действию усилий. Плунжерная пружина заставляет плунжер выйти из втулки, создавая нужный зазор.
В полости, появившейся под плунжером, масло начинает поступать через шариковый клапан. Наполнив полость, клапан, пружина которого воздействует на него, закрывает её.
Кулачок Обратите внимание
При вращении своим выпуклым профилем к толкателю, кулачок действует на него и приводит в движение вниз. При этом гидравлический толкатель передает усилие на клапан как «нерасслабляемое» соединение, т. к. задний клапан закрыт, а масло в замкнутой полости не сжимается. При опускании толкателя и плунжерной пары, небольшое количество масла выступает через зазоры из полости под плунжером. Таким образом, длина гидрокомпенсатора немного уменьшается и возникает тепловой зазор между кулачком и толкателем. Восстанавливается потерянное масло из системы смазки двигателя.
Восстановление Зазора
Детали клапанного механизма испытывают тепловое расширение, из-за чего меняется объем «восстанавливающей» порции масла и длина гидрокомпенсатора. Таким образом, происходит автоматическое восстановление зазора, учитывая и изменения материалов, и эффект износа частей газораспределительного механизма.
Важность Масла
Гидравлические толкатели должны использоваться с маслом высокого качества, способным сохранять непрерывную вязкость при изменении температуры.
Расположение Гидрокомпенсаторов
В коромысле, толкателе с нижним распредвалом и в опоре рычага привода клапана ГРМ можно увидеть такие элементы: кулачок (1), плунжер (2), втулку плунжера (3), полость под плунжером (4), плунжерную пружину (5), пружину обратного клапана (6), фиксирующее кольцо (7), рычаг привода клапана (8) и сливное отверстие (9). Настройка гидрокомпенсатора представляет собой конструкцию.
Введение в принцип работы гидрокомпенсатора
Устройство и принцип работы гидрокомпенсатора мы рассмотрим на конкретном примере — гидравлическом толкателе, установленном в головке блока цилиндров. Хотя другие типы гидрокомпенсаторов могут отличаться по конструкции, принцип их работы остается неизменным.
Гидравлический толкатель состоит из корпуса, в котором размещен подвижный плунжер в паре с шаровым клапаном. Корпус подвижен относительно направляющего седла, установленного на головке блока цилиндров. При установке ГЦ на привод клапанов (рокеров или распредвалов) его подвижной частью является только плунжер, выступающая часть которого выполнена в виде шаровой опоры или опорного башмака.
Использование ГК
Основной компонент — плунжерная пара. Зазор между втулкой и плунжером очень маленький — не более 5–8 мкм, что гарантирует высокую герметичность, в то же время детали имеют достаточную подвижность. Внизу плунжера предусмотрено отверстие для подачи масла, которое блокируется пружинным шариковым клапаном. Для усиления герметичности соединения между втулкой и плунжером установлена твердая пружина.
Работа гидрокомпенсаторов
Когда кулачок распределительного вала расположен тыльной стороной к корпусу толкателя, давление извне отсутствует, и кулачок холодного двигателя оказывается между корпусом и кулачком, образуя зазор. Возвратная пружина выталкивает плунжер до тех пор, пока зазор не «закроется» — не уменьшится до минимума. Тем временем масло из системы смазки двигателя через шариковый клапан и перепускной канал поступает во внутреннюю область плунжера, заполняя его.
Снижение утечек масла
Зазор между плунжером и гильзой мизерный, но определенное количество масла все равно вытесняется обратно. Это приводит к «просадке» плунжера в пределах от 10 до 50 мкм. Величина просадки определяется скоростью вращения коленчатого вала в двигателе. При ускоренном вращении сокращается время прижатия плунжера к гидравлическому толкателю, что уменьшает утечку масла из-под плунжера.
Достоинства и недостатки
GC позволила избавиться от необходимости регулировки клапанного механизма и сделать его работу более щадящей; снизить ударные воздействия, т. е. уменьшить износ деталей ГРМ и устранить повышенный шум двигателя; более точно отмечать фазы ГРМ, что положительно сказывается на безопасности, производительности и топливной экономичности двигателя.
Низкая производительность холодных двигателей и гидрокомпенсаторов
Существенным недостатком традиционных гидрокомпенсаторов является плохая работа холодного двигателя в первые несколько секунд после запуска, когда давление масла в системе смазки минимально или вообще отсутствует. Загрязнение масляных каналов двигателя, износ рабочих поверхностей управляющего клапана и плунжерной пары (которые изготавливаются с высокой точностью), а также неправильное использование масла в сочетании с нарушением сроков его замены и неисправностью масляного фильтра, пропускающего грязное масло через перепускной клапан, являются основными причинами такого отказа.
Влияние увеличения зазора в плунжерной паре
При увеличении расстояния между плунжерной парой количество масла, выбрасываемого из камеры высокого давления, возрастает. Это, в свою очередь, приводит к ослаблению гидрокомпенсатора и снижению эффективности передачи усилия кулачка на шток ГРМ. Аналогичная проблема возникает и при износе обратного клапана камеры высокого давления. Проблемы в системе смазки двигателя препятствуют заполнению ГРМ маслом, поэтому зазоры в ГРМ не могут быть приняты.
Заполнить ГК маслом
Очень важно, чтобы внутренняя часть ГК была заполнена маслом. Пустой или частично заполненный гидрокомпенсатор не отвечает своему основному назначению — устранению зазоров между зубьями ГРМ. Это приводит к ударным нагрузкам и, как следствие, к появлению узнаваемого стука. Соответственно, это ускоряет износ элементов ГРМ и ухудшает работу двигателя. Кроме того, вместе с маслом в ГРМ может попасть пыль от поврежденных деталей, что может привести к его засорению.
Предотвращение ущерба
Для предотвращения повреждений необходимо следить за внутренней чистотой двигателя — менять масло и фильтр в сроки, установленные производителем автомобиля, с понижающим коэффициентом 0,6–0,9, учитывая условия эксплуатации машины. Кроме того, перед очередной заменой масла следует промыть двигатель, используя медленно действующие промывки «на пробег». В случае загрязнения внутренних поверхностей двигателя (что обнаруживается, например, при снятии крышки ГРМ) нецелесообразно использовать быстродействующие промывочные средства, так как отделившиеся кусочки грязи, попадающие с потоком масла, могут попасть во внутренние отсеки двигателя и вывести их из строя.
Диагностика и замена гидрокомпенсаторов
Когда ГК перестает нормально функционировать, слышен звук, похожий на звук клапана. Звук легко проходит через металл, поэтому фонендоскоп является идеальным прибором для определения неисправности гидрокомпенсатора. Если вы хотите сделать фонендоскоп самостоятельно, вам понадобится стальной стержень длиной около 700 мм и диаметром 5–6 мм. Прикрепив к одному концу стержня пивную банку со срезанным верхом, а к ее середине — деревянную ручку, вы сможете определить неисправный ГК на слух. Приложите ухо к банке и прикоснитесь свободным концом стержня к головке блока возле каждого компенсатора. Прислушавшись к усиленному стуку, можно выделить тот, который необходимо разобрать и проверить.
Использование магнита для извлечения GC
Для извлечения GC из седла можно использовать магнит. Если он заклинен или застрял, его необходимо извлечь с помощью съемника. Перед этим необходимо приварить стержень с крючком.
Демонтаж гидрокомпенсаторов
В некоторых случаях гидрокомпенсаторы могут быть разобраны, что позволяет определить степень износа внутренних деталей. При этом следует соблюдать особую осторожность, чтобы не повредить поверхности соединяемых элементов.
Демонтаж гидравлических опор
Гидравлические опоры разбираются после снятия стопорного кольца. Кусочки гидротолкателя можно «вытряхнуть», слегка ударив его корпус о металлическую поверхность. Для очистки загрязненного компенсатора его промывают ацетоном или другим растворителем. Путем визуального наблюдения можно выявить любые внешние повреждения торцевой поверхности гидрокомпенсатора, испытывающей давление (выбоины, царапины или задиры). В процессе эксплуатации может образоваться даже впадина.
Альтернативный способ тестирования демонтированных ГЦ
Простой и надежный способ проверки качества разобранного ГК — заполнить его маслом и, надавив на него руками, проверить, не сжимается ли он. Если это происходит, то ГК неисправен и подлежит замене. С другой стороны, исправный ГК, если его зажать, будет сопротивляться давлению и уменьшится в размерах только через 20–30 секунд.
Установка гидрокомпенсаторов
Для обеспечения нормальной работы ремня ГРМ с гидрокомпенсаторами (после их замены) необходимо соблюдать следующие указания:
- Новые ГК поставляются с маслом для консервации, которое не нужно удалять при установке. Эта смесь без проблем смешается с маслом из системы смазки двигателя после его запуска.
Установка гидрокомпенсаторов
Не обязательно устанавливать в ГРМ пустые гидрокомпенсаторы, образовавшиеся в результате демонтажа и промывки. Первоначально необходимо заполнить их маслом. Пренебрежение этим правилом может привести к серьезным ударным нагрузкам, в основном при первом включении двигателя (когда система смазки «прокачана»).
После установки ГК на двигатель предлагается провернуть коленчатый вал ключом с трещоткой 5–7 раз и подождать 10–15 минут до первого зажигания двигателя. Это необходимо для того, чтобы под давлением кулачков распределительного вала плунжерные пары заряженных компенсаторов заняли рабочее положение.
Замена и ремонт ГК
Для ремонта и замены ГЦ необходимо промыть масляную систему, заменить масляный фильтр и залить новое масло в двигатель. Кроме того, полезно вручную провернуть коленчатый вал и понаблюдать за движением масла по масляным каналам к установочным гнездам (при снятых гидрокомпенсаторах).
При ремонте двигателя автомобиля с пробегом более 150–200 тыс. км рекомендуется заменить гидрокомпенсаторы клапанных зазоров, так как после такого пробега эти детали обычно выходят из строя. Использование некачественного масла и несоблюдение графика его регулярной замены может сократить срок службы ГЦ на 50%.
Необходимость замены гидрокомпенсаторов
При наличии одного или нескольких неисправных гидрокомпенсаторов целесообразно заменить весь комплект для предотвращения дальнейших ремонтных работ.
Возможность утечки масла в гидрокомпенсаторах
При определенных условиях эксплуатации автомобиля (например, длительное неиспользование, износ плунжерных пар ГЦ) может произойти частичная утечка масла из гидрокомпенсаторов (так называемая сушка). Обычно это можно заметить при работе двигателя в прогретом состоянии, так как при этом возникает слышимый стук в приводе ГРМ.
Удаление воздуха из компенсаторов
Сначала двигатель работает на фиксированной скорости (2–2,5 тыс. об/мин) в течение 2–3 минут, затем тот же процесс повторяется с переменной скоростью 2–3 тыс. об/мин, после чего 30–50 секунд работает на холостом ходу. Шум должен прекратиться, но если он продолжается, то цикл следует повторить несколько раз. Если же это не помогло, то следует глубже искать неисправный ГЦ и причину его поломки.