Гидрокомпенсаторы в автомобильном двигателе¶
Гидрокомпенсатор (ГК, гидравлический толкатель клапанов) — элемент механизма газораспределения двигателя внутреннего сгорания, автоматически устраняющий зазор между кулачком распределительного вала и стержнем клапана за счёт давления моторного масла. Применяется для бесшумной работы клапанного механизма и исключения необходимости ручной регулировки зазоров в процессе эксплуатации двигателя.
¶Принцип работы
Клапанный механизм двигателя работает в условиях нагрева: при повышении температуры металл расширяется, и тепловой зазор между кулачком и толкателем меняется. Если зазор слишком велик, клапан закрывается не полностью, появляется стук; если недостаточен — клапан может не закрыться до конца, что приводит к потере компрессии и прогару тарелки.
Гидрокомпенсатор решает эту задачу автоматически. Его основные элементы:
- корпус (наружная обойма);
- поршень (плунжер) с возвратной пружиной;
- обратный шариковый клапан;
- каналы подачи масла.
Принцип действия: моторное масло под давлением (обычно 1,5–4 бар, создаваемым масляным насосом) поступает через канал в полость корпуса гидрокомпенсатора, проходит через обратный клапан и заполняет полость под поршнем. Поршень под действием масла и пружины выдвигается наружу, плотно прижимаясь к кулачку распредвала и стержню клапана. Зазор полностью устраняется. При вращении кулачка и нажатии на гидрокомпенсатор давление в полости повышается, обратный клапан закрывается, и элемент работает как жёсткая деталь, передавая усилие на клапан. После снятия нагрузки клапан приоткрывается, и поршень компенсирует износ или температурное расширение, набирая необходимое количество масла.
Таким образом, гидрокомпенсатор постоянно «подстраивается» под текущий размер теплового зазора, поддерживая его равным нулю при любых температурных режимах.
¶Конструктивные разновидности
Гидрокомпенсаторы делятся на два основных типа по способу размещения в приводе клапанов:
| Тип | Расположение | Особенности |
|---|---|---|
| Гидротолкатель | В нише головки блока цилиндров, между кулачком и клапаном | Наиболее распространённая конструкция; работает на сжатие |
| Гидроопора (гидроэлемент) | Внутри коромысла (рычага) клапана | Работает на растяжение; применяется в двигателях с нижним распредвалом |
Отдельно выделяют гидрокомпенсаторы роликового типа, где между кулачком и поршнем установлен ролик, снижающий потери на трение. Такая конструкция характерна для двигателей с высокими оборотами и для моторов, где важен ресурс привода ГРМ.
¶Материалы и устройство
Корпус гидрокомпенсатора изготавливается из стали или алюминиевого сплава, поршень и его гильза — из стали с высокой точностью обработки (допуск по сопряжению — доли сотых миллиметра). Обратный клапан выполнен в виде шарика с седлом либо в виде тарельчатого элемента. Уплотнение между поршнем и гильзой обеспечивается исключительно точностью изготовления и вязкостью масла — манжеты и резиновые кольца не применяются, так как они не выдержали бы условия работы.
¶Преимущества и недостатки
Достоинства:
- полная автоматическая компенсация зазоров без вмешательства водителя;
- снижение шума и вибраций клапанного механизма;
- увеличение ресурса клапанов и сёдел за счёт исключения ударных нагрузок;
- отсутствие необходимости периодической регулировки (теоретически — на весь срок службы двигателя).
Недостатки:
- чувствительность к качеству и вязкости масла: загрязнённое или не соответствующее по классу масло приводит к быстрому износу;
- риск завоздушивания полости при длительном простое или падении уровня масла — проявляется характерным «цоканьем» на холодную;
- сложность ремонта: гидрокомпенсаторы неразборные, при износе меняются в сборе;
- более высокая стоимость двигателя в сравнении с конструкцией с ручной регулировкой.
¶Обслуживание и типичные неисправности
Основное требование к ресурсу гидрокомпенсаторов — своевременная замена масла и использование масла, рекомендованного производителем двигателя. Засорение масляных каналов, износ шарикового клапана или плунжерной пары приводят к тому, что гидрокомпенсатор перестаёт удерживать давление. Симптомы неисправности: стук («цоканье») на холодном двигателе, усиливающийся при прогреве; повышенный шум на холостых оборотах; в отдельных случаях — падение мощности из-за неполного закрытия клапанов.
Диагностика включает визуальный осмотр, проверку люфта коромысел и прослушивание стука с помощью стетоскопа. При подтверждении неисправности гидрокомпенсаторы заменяются — восстановительному ремонту они не подлежат. В отдельных случаях помогает промывка деталей и масляных каналов, однако этот способ даёт временный эффект.
¶Применение
Гидрокомпенсаторы серийно применяются на большинстве современных бензиновых и дизельных двигателей. Среди производителей, широко внедривших эту технологию, — BMW (система VANOS использует гидроэлементы в приводе фаз газораспределения), Toyota, Volkswagen Group, а также российские производители: ВАЗ устанавливает гидрокомпенсаторы на двигатели серии 21126 и 21127, ГАЗ — на моторы ЗМЗ-406 и его модификации. На дизельных двигателях гидрокомпенсаторы применяются повсеместно, поскольку дизельный клапанный механизм работает с более высокими нагрузками.
Источники:
- Кисориук В. С., Сотников В. И. «Конструкция и расчёт автомобильных двигателей»
- Вахламов В. К. «Конструкция автомобильных двигателей»
- Руководства по эксплуатации двигателей ВАЗ, ЗМЗ, Toyota
- Автомобильные справочники по устройству систем газораспределения