Энциклопедия Технологий и Методик - Гидрокомпенсаторы

Гидрокомпенсаторы
что это такое, как они работают и что делать, если не работают

Практически все современные двигатели имеют гидрокомпенсаторы, автоматически устраняющие зазоры в газораспределительном механизме.

Газораспределительный механизм (ГРМ) двигателя внутреннего сгорания обеспечивает распределение топливо-воздушной смеси (или воздуха в дизелях) по цилиндрам и выпуск отработавших газов.

ГРМ состоит из следующих основных элементов (рис. 1): распределительного вала, толкателей, штанг, одно- или двуплечих рычагов (коромысел), клапанов и их пружин. Распределительный вал имеет кулачки — выступы определенного профиля, задающие порядок и время открытия и закрытия клапанов. Он может быть расположен в нижней части блока цилиндров (нижнее расположение) или в его головке (верхнее расположение) и приводится во вращение от коленчатого вала.

Рис. 1. Газораспределительные механизмы:
а — с нижним расположением распредвала; б и в — с верхним расположением распредвала; 1 — кулачок; 2 — толкатель; 3 — штанга; 4 — коромысло; 5 — одноплечий рычаг.

При нижнем расположении распредвала усилие, необходимое для открытия клапанов, передается к ним от кулачков через толкатели, штанги и коромысла.

В ГРМ с верхним расположением распределительного вала привод клапанов осуществляется кулачком либо непосредственно через толкатели, либо через рычаги или коромысла.

В процессе прогрева двигателя (от температуры окружающего воздуха до рабочей температуры) детали ГРМ нагреваются, что вызывает увеличение их размеров. Это может привести к тому, что клапан перестанет плотно закрываться. Чтобы избежать такого эффекта, в клапанном механизме предусмотрен тепловой зазор (для впускных клапанов — от 0,15 до 0,25 мм, для выпускных — от 0,20 до 0,35 мм и более).

При эксплуатации двигателя происходит износ деталей ГРМ, приводящий к увеличению теплового зазора. Поэтому периодически возникает необходимость в его регулировке, операции довольно трудоемкой и ответственной. Неправильно установленный тепловой зазор приводит к неплотному закрыванию клапанов или характерному металлическому стуку, вызывающему повышенный износ деталей ГРМ.

Гидравлические компенсаторы зазоров в ГРМ обеспечивают его безударную работу и полное закрытие клапанов.

Заключается в автоматическом изменении длины гидрокомпенсатора на величину равную зазору в ГРМ. Это достигается перемещением его деталей под действием пружины и подачей масла из системы смазки двигателя.

Основными деталями гидрокомпенсатора являются: корпус, плунжерная пара, пружина плунжера и обратный клапан (рис. 2).

Рис. 2. Расположение гидрокомпенсаторов:
а — в толкателе с верхним распредвалом; б — в толкателе с нижним распредвалом; в — в коромысле; г — в опоре рычага привода клапана ГРМ; 1 — кулачок; 2 — плунжер; 3 — втулка плунжера; 4 — полость под плунжером; 5 — пружина плунжера; 6 — пружина шарикового клапана; 7 — стопорное кольцо; 8 — рычаг привода клапана; 9 — дренажное отверстие.

Корпусом может служить (в зависимости от конструкции привода клапанов) цилиндрический толкатель, коромысло или часть головки блока цилиндров.

втулки, обеспечивающей движение плунжера в строго заданном направлении. Зазор между ними составляет 5 — 8 мкм для обеспечения герметичности;
плунжера — стального цилиндра, в нижней части которого имеется отверстие, соединяющее полости внутри плунжера и под ним. В некоторых конструкциях с одноплечим рычагом используется плунжер без внутренней полости, а верхняя часть его имеет вид сферической головки и служит опорой.

Пружина плунжера расположена между ним и втулкой (в полости под плунжером).

Обратный клапан в большинстве случаев представляет собой стальной подпружиненный шарик.

Схема работы гидрокомпенсатора, корпусом которого является толкатель, представлена на рис. 3.

Рис. 3. Схема работы гидрокомпенсатора: h — зазор.

Кулачок распредвала, повернутый к толкателю тыльной стороной, не передает на него усилие и плунжерная пружина выдвигает плунжер из втулки, выбирая зазор. В увеличившийся объем полости под плунжером через шариковый клапан поступает масло из системы смазки. После ее заполнения шариковый клапан закрывается под действием своей пружины.

Поворачиваясь выпуклой стороной к толкателю, кулачок начинает перемещать его вниз. В этот момент гидрокомпенсатор передает усилие на клапан ГРМ как «жесткий» элемент, так как шариковый клапан закрыт, а масло в замкнутой полости под плунжером практически не сжимается.

При перемещении толкателя и, соответственно, плунжерной пары вниз небольшая часть масла выдавливается через зазоры из полости под плунжером. Длина гидрокомпенсатора незначительно уменьшается и образуется зазор (упомянутый выше) между кулачком и толкателем. Утечки компенсируются дополнительной порцией масла из системы смазки двигателя.

Расширение деталей при нагреве приводит к изменению объема «пополняющей» порции масла и длины гидрокомпенсатора, то есть он автоматически «выбирает» зазор как от теплового расширения, так и от износа деталей ГРМ.

Использование низкокачественного моторного масла и (или) его загрязненность (например, при несвоевременной замене фильтра системы смазки и масла) могут привести к следующим последствиям:

увеличению зазора в плунжерной паре, что вызывает повышенные утечки масла из полости под плунжером. Гидрокомпенсатор не успевает выбирать зазоры в ГРМ, появляются характерные стуки;
износу или засорению шарикового клапана, вызывающему неплотное его закрытие и, соответственно, увеличение утечек масла из полости под плунжером;
заклиниванию плунжерной пары, которое полностью выводит гидрокомпенсатор из строя. В ГРМ возникают ударные нагрузки, приводящие к повышенному износу деталей и преждевременному выходу их из строя.

Засорение клапана в некоторых случаях может быть устранено промывкой двигателя специальным маслом. Все остальные неисправности, как правило, требуют замены гидрокомпенсаторов.