Двигатели внутреннего сгорания из-за нагрева их компонентов имеют тенденцию к увеличению размеров в процессе работы. Это может привести к поломкам, ускоренному износу и снижению эффективности работы двигателя. Для предотвращения этого при проектировании создаются тепловые зазоры, которые при нагреве деталей могут быть восполнены за счет их расширения.

Однако по мере износа деталей выделяемого тепла оказывается недостаточно для устранения всех зазоров, что приводит к снижению эффективности работы двигателя. Для борьбы с этим используются гидрокомпенсаторы, которые поглощают разницу в расширении и поддерживают оптимальные характеристики двигателя.

Теплоиндуцированное расширение деталей двигателя

В результате нагрева размеры деталей двигателя внутреннего сгорания увеличиваются. Само по себе это явление не является катастрофическим. Однако, поскольку двигатель состоит из таких материалов, как чугун, сталь и алюминий, имеющих разные коэффициенты теплового расширения, их пропорции при увеличении отличаются. Для борьбы с этой проблемой применяются гидрокомпенсаторы.

Обслуживание упрощается с помощью гидрокомпенсаторов

Исторически сложилось так, что зазоры в клапанах регулировались вручную с помощью гаечных ключей. Это отнимало много времени и стоило дорого. Тепловой зазор в механизме привода клапана оказывает существенное влияние на производительность силовой установки, а величина зазора может изменяться из-за износа деталей.

На помощь приходят гидрокомпенсаторы (ГК). Они поглощают любой зазор между рабочими поверхностями распределительного вала и коромыслами, клапанами, штангами независимо от температуры и износа. Это упрощает техническое обслуживание и улучшает эксплуатационные характеристики силового агрегата. Величина зазора зависит от конструкции ГРМ и используемых материалов.

Текст с разными формулировками

Гидрокомпенсаторы подходят для всех типов систем газораспределения (ГРМ), в которых используются коромысла, рычаги или штанги, а также для любого типа расположения распределительного вала (верхнего или нижнего). В зависимости от схемы ГРМ существует четыре основных разновидности гидрокомпенсаторов: гидротолкатели; гидроопоры; гидроопоры, предназначенные для установки в рычаги или коромысла; роликовые гидротолкатели.

Гидравлический компенсатор в толкателе с верхним распределительным валом

Гидрокомпенсатор в толкателе с верхним распределительным валом работает следующим образом: кулачок, обращенный к толкателю тыльной стороной, не передает на него усилие, что позволяет плунжерной пружине выталкивать плунжер из втулки, создавая тем самым необходимый зазор. Образовавшееся под плунжером пространство заполняется маслом через шаровой клапан. После того как масло впитается, срабатывает шаровой клапан и под действием своей пружины герметизирует образовавшуюся полость.

Действие гидравлического толкателя

Когда выпуклый профиль устанавливается в направлении толкателя, кулачок оказывает давление и толкает его вниз. Затем гидравлический толкатель передает усилие на клапан как «неуступчивый» узел, поскольку обратный клапан закрыт и масло в замкнутой камере не сжимается. Во время движения пары толкатель — плунжер вниз небольшая часть масла вытекает через щели из области под плунжером. При этом размер гидрокомпенсатора несколько уменьшается, и между кулачком и толкателем образуется температурный зазор. Затем вытекшее масло вновь пополняется из системы смазки двигателя.

Тепловое расширение деталей клапана

Детали клапана термически расширяются, что приводит к разнице в объеме «регенерационного» участка масла, а также в длине гидрокомпенсатора. Так происходит восстановление зазора — как за счет теплового расширения материала, так и за счет обычного износа деталей газораспределительного механизма. Для надежной работы гидротолкателей необходимо использовать высококачественное масло, сохраняющее свою вязкость при изменении температуры.

Расположение гидрокомпенсаторов

Гидрокомпенсаторы находятся в коромысле, толкателе с нижним распредвалом и в опоре рычага привода ГРМ. Составными частями этих конструкций являются кулачок (1), плунжер (2), втулка плунжера (3), полость под плунжером (4), пружина плунжера (5), пружина обратного клапана (6), стопорное кольцо (7) и рычаг привода клапана (8) со сливным отверстием (9). Также представлена конструкция гидрокомпенсатора.

Гидравлический компенсатор

Для иллюстрации устройства и принципа работы гидрокомпенсатора рассмотрим гидравлический толкатель, установленный в головке блока цилиндров. Все остальные типы гидрокомпенсаторов, хотя и отличаются по конструкции, работают по одному и тому же принципу. Гидравлический толкатель имеет корпус, в котором находится подвижный плунжерно-шариковый комплект клапанов. Этот корпус подвижен относительно направляющего седла, выполненного в головке блока цилиндров. Если ГТ установлен в рычагах привода клапанов (коромыслах или коромыслах), то единственной подвижной частью является плунжер, выступающая часть которого выполнена в виде шаровой опоры или опорной подошвы.

Плунжерная пара: Важнейшая часть GC

Плунжерная пара является основой GC. Зазор между втулкой и плунжером составляет всего 5–8 мкм, что обеспечивает надежное сцепление и в то же время необходимое движение компонентов. Масло поступает в нижнюю часть плунжера через отверстие, которое перекрывается клапаном с подпружиненным обратным шариком. Между втулкой и плунжером установлена более жесткая возвратная пружина.

Принцип работы гидрокомпенсаторов

Когда кулачок распределительного вала расположен так, что его задняя сторона обращена к корпусу толкателя, внешняя сжимающая нагрузка отсутствует, и кулачок холодного двигателя располагается между корпусом и кулачком с зазором. Возвратная пружина выталкивает плунжер до тех пор, пока этот зазор не будет «выбран» и уменьшен до минимума. Одновременно масло из системы смазки двигателя проходит через шаровой клапан и перепускной канал и заполняет внутреннюю полость плунжера.

Вращающийся вал

При вращении вала кулачок оказывает давление на корпус толкателя, заставляя его перемещаться вниз и перекрывая пути движения масла — систему смазки двигателя и перепускной канал. Одновременно закрывается шаровой клапан, повышая давление под плунжером. Поскольку жидкость не является сжимаемой, плунжерная пара начинает выполнять роль прочной опоры, передавая усилие кулачка на стержень клапана двигателя.

Маленький зазор, большое влияние

Несмотря на крошечный зазор между плунжером и гильзой, определенному количеству масла все же удается протиснуться через него. В результате плунжер опускается на 10–50 мкм, что называется «просадкой». Величина этой просадки зависит от частоты вращения коленчатого вала двигателя. Увеличение частоты вращения приводит к уменьшению количества вытекающего масла за счет сокращения времени прижатия плунжера к корпусу гидросистемы.

Преимущества GC

Внедрение этой технологии позволило обойти необходимость калибровки пространства между элементами привода клапанов, что сделало его функционирование более деликатным. Уменьшается влияние ударных нагрузок, а значит, увеличивается продолжительность периодов работы элементов ГРМ и снижается шумность работы двигателя. Кроме того, происходит более точный учет фаз газораспределения, что приводит к повышению надежности работы двигателя, улучшению его эксплуатационных характеристик и топливной экономичности.

Сложные гидрокомпенсаторы

Простые гидрокомпенсаторы часто испытывают проблемы при запуске холодных двигателей, поскольку давление масла в них либо минимально, либо вообще отсутствует. Некачественная работа является следствием двух основных причин: загрязнения масляных каналов двигателя и износа пары обратного клапана и плунжера, которая должна быть выполнена с высокой точностью. Неподходящее масло, несоблюдение графика его замены или неисправность масляных фильтров также могут привести к загрязнению.

Результат увеличения посадочного зазора

При увеличении посадочного зазора в плунжерной паре увеличивается утечка масла из камеры высокого давления. Гидрокомпенсатор уже не может обеспечить необходимую «жесткость», что снижает передачу усилия кулачка на шток ГРМ. Аналогичный результат может иметь место и при износе обратного клапана камеры высокого давления. Неисправность системы смазки двигателя не позволяет ГК заполниться маслом, тем самым не обеспечивая всасывание зазоров ГРМ.

Заполнение ГК маслом обязательно

Пустой или частично заполненный («задушенный») гидрокомпенсатор не будет выполнять свою основную функцию — избавляться от расхождений временных интервалов. Это приведет к возникновению ударных нагрузок, которые будут определяться по отчетливому стуку. Это ускорит темп износа деталей ГРМ и снизит производительность двигателя. Кроме того, частицы изношенных деталей могут попасть в ГЦ вместе с маслом и засорить всю систему.

Для того чтобы избежать этого

Необходимо принять определенные меры предосторожности:

1. Поддерживать чистоту внутренних компонентов двигателя путем замены масла и масляного фильтра в соответствии с рекомендациями производителя, с понижающим коэффициентом 0,6–0,9, учитывая условия эксплуатации машины;

2. Промыть двигатель перед очередной заменой масла с использованием медленно действующих промывок «по пробегу». Если внутренние поверхности двигателя загрязнены (например, при снятии крышки ГРМ), то лучше отказаться от использования быстродействующих промывочных средств, так как оторвавшиеся в потоке масла частички грязи могут попасть во внутренние детали компенсаторов и вызвать их неисправность.

Диагностика и замена гидрокомпенсаторов

При прекращении работы одного или нескольких ГК слышен шум, напоминающий работу клапана. Этот звук легко передается через металл, поэтому для определения неисправного компенсатора используется фонендоскоп. Для изготовления фонендоскопа можно использовать стальной стержень длиной около 700 мм и диаметром 5–6 мм. К одному его концу прикрепите пивную банку со срезанным верхом, а к середине — деревянную ручку. Приложите ухо вплотную к банке и перемещайте свободный конец «фонендоскопа» к головке блока вокруг каждого компенсатора. Определить неисправный можно по усиленному звуку. Определив «подозрительный» ГК, разберите и осмотрите его.

Снятие ГК с седла

Для отсоединения GC от седла можно использовать магнит. Если же он застрял, то необходимо использовать съемник, предварительно закрепив крюк на штоке. В некоторых случаях можно разобрать гидрокомпенсатор, чтобы оценить степень износа его внутренних компонентов. Разборку следует проводить осторожно, чтобы не повредить поверхности деталей.

Демонтаж гидравлических опор

После снятия стопорного кольца необходимо разобрать гидравлические опоры. Для извлечения внутренних частей толкателя его корпус можно слегка постучать о металлическую поверхность.

Очистка компенсатора

Компенсатор следует очистить ацетоном или другим подходящим растворителем. Осмотрите его на предмет внешних повреждений, которые могли возникнуть в результате ударов (выбоины, царапины и т. д.) или последствий эксплуатации (например, вмятина).

Альтернативный способ проверки долговечности ГК

Чтобы убедиться в том, что ГЦ находится в надлежащем состоянии после его разборки и заполнения маслом, можно измерить его сопротивление давлению. Если ГК выдерживает усилие руки, не сжимаясь, значит, он находится в хорошем состоянии. С другой стороны, если ГЦ не выдерживает усилия и начинает сжиматься, то он непригоден для использования и подлежит утилизации. Если ГК работает правильно, то через 20–30 секунд после зажатия он лишь немного уменьшится в размерах.

Установка гидрокомпенсаторов

При установке свежих гидрокомпенсаторов (после их замены) для правильной работы ремня ГРМ необходимо соблюдать определенные рекомендации:

1. Новые ГК с завода поставляются предварительно заполненными защитной масляной смесью, которую не нужно удалять при установке. После запуска двигателя эта смесь без проблем смешивается с маслом системы смазки двигателя.

Избежать ненужной установки пустых компенсаторов

Не следует устанавливать гидрокомпенсаторы, опустевшие в результате демонтажа и промывки. Перед установкой их необходимо предварительно заполнить маслом. Игнорирование этого правила может привести к экстремальным ударным нагрузкам при первом запуске двигателя (пока не сработает система смазки).

Проворачивание коленчатого вала после установки

После установки ГК на двигатель рекомендуется 5–7 раз провернуть коленчатый вал ключом и подождать 10–15 минут перед запуском. Это необходимо для того, чтобы плунжерные пары нагруженных компенсаторов заняли правильное рабочее положение под давлением кулачков распределительного вала.

Ремонт и замена GC

При ремонте и замене ГЦ необходимо промыть масляную систему, заменить масляный фильтр и залить свежее масло в двигатель. Прокручивая коленчатый вал, можно наблюдать за циркуляцией масла по масляным каналам к установочным гнездам (при исключенных гидрокомпенсаторах).

Пробег более 150–200 тыс. км

При ремонте двигателя автомобиля с пробегом более 150–200 тыс. км рекомендуется заменить гидрокомпенсаторы клапанных зазоров (при таком пробеге они обычно выходят из строя). Использование некачественных масел и несоблюдение сроков их замены может сократить срок службы ГЦ в два раза.

Признаки неисправности гидрокомпенсатора

В случае неисправности одного или нескольких гидрокомпенсаторов настоятельно рекомендуется заменить весь комплект, а не ждать, пока потребуется ремонт.

Причины утечки масла

При работе автомобиля в определенных условиях (длительные остановки, изношенные плунжерные пары ГК) из гидрокомпенсатора (сушки) может просачиваться некоторое количество масла. Это можно определить по стукам в приводе ГРМ после прогрева двигателя.

Удаление воздуха из компенсаторов

Для удаления воздуха из компенсаторов необходимо проработать двигатель в течение 2–3 минут на постоянных оборотах (2–2,5 тыс. об/мин). После этого установите переменные обороты (2–3 тыс. об/мин), а затем проработайте двигатель на холостом ходу в течение 30–50 секунд. Шум в ГРМ должен утихнуть, однако если он сохраняется, то цикл следует повторить, иногда несколько раз. Если это не дало результата, следует найти неисправный ГРМ и выявить причину его неисправности.