Насос гидроусилителя руля

Преимущества и недостатки

К перечисленным выше преимуществам ГУРа можно добавить смягчение ударов, передаваемых на руль от неровностей дороги и более четкое удержание автомобиля на выбранной траектории. Каким образом это происходит? Если, наехав на препятствие, колеса стремятся повернуться в сторону, это вызывает смещение рулевой рейки, ведущей шестерни и закручивание нижней части торсиона. Срабатывает золотниковый клапан, но “в обратную сторону”, так как усилие пришло не от руля, а от колес. Поэтому система будет не способствовать повороту колес, а противодействовать ему. То же самое происходит и при внезапном проколе шины: ГУР помогает автомобилю сохранять траекторию, а водителю – удержать руль в руках. Таким образом, усилитель повышает безопасность движения, а за счет повышения комфортности вождения снижает утомляемость водителя.

А теперь о недостатках. Во-первых, постоянно работающий насос отбирает часть мощности двигателя, даже когда ГУР не задействован. Причем производительность насоса должна быть такой величины, чтобы обеспечить легкий поворот колес на стоящем автомобиле – когда сопротивление максимально. Но ведь большую часть времени автомобиль движется, и усилий для поворота колес при этом нужно намного меньше! Вот и получается, что значительная часть отобранной у двигателя мощности пропадает впустую.

Во-вторых, производительность насоса зависит от оборотов двигателя – чем они выше, тем большее давление создает насос. А по идее все должно быть как раз наоборот – при малых скоростях движения необходимо максимальное усиление, а при высоких – небольшое. В простом гидроусилителе отсутствует возможность регулирования коэффициента усиления.

Из этого обстоятельства проистекает третий недостаток – противоречие между коэффициентом усиления и информативностью руля. Легкость и комфортность управления на малых скоростях имеет обратную сторону – “пустоту” руля на больших. Машина слишком “остро” реагирует на каждое движение руля, а отсутствие ощущения сопротивления (“обратной связи”) при повороте колес не дает возможности водителю правильно оценить их положение. Отчасти решить проблему помогают рейки с переменным передаточным отношением: в центре шаг зубьев небольшой, а к краям увеличивается

В этом случае при малых углах поворота машина не так остро реагирует на действия рулем, что очень важно на больших скоростях, зато на развороте крутить руль приходится меньше. Чем плох этот вариант? А тем, что передаточное отношение зависит от угла поворота руля, а не от скорости движения

Поэтому конструкторы стали искать другие пути.

Устройство гидроусилителя руля

Основные компоненты гидроусилителя руля

Гидроусилитель руля устанавливается на рулевой механизм любого типа. Для легковых автомобилей наибольшее распространение получил реечный механизм. В этом случае схема ГУР следующая:

• бачок для рабочей жидкости;
• масляный насос;
• золотниковый распределитель;
• гидроцилиндр;
• соединительные шланги.

Бачок ГУР

Бачок гидроусилителя

В бачке или резервуаре для рабочей жидкости установлен фильтрующий элемент и щуп для контроля за уровнем масла. С помощью масла смазываются трущиеся пары механизмов и передается усилие от насоса к гидроцилиндру. Фильтром от грязи и металлической стружки, возникающей в процессе эксплуатации, в бачке служит сетка.

Уровень жидкости внутри бака можно проверить визуально в случае, когда резервуар сделан из полупрозрачного пластика. Если пластик непрозрачный или используется металлический бачок, уровень жидкости проверяется с помощью щупа.

В некоторых автомобилях уровень жидкости можно проверить только после кратковременной работы двигателя либо при вращении рулевого колеса несколько раз в разные стороны во время работы машины на холостом ходу.

На щупах или резервуарах сделаны специальные насечки, как для «холодного» двигателя, так и для «горячего», уже работающего в течение какого-то времени. Также необходимый уровень жидкости можно определить и с помощью отметок «Max» и «Min».

Насос гидроусилителя

Лопастной насос гидроусилителя

Насос гидроусилителя необходим для того, чтобы в системе поддерживалось нужное давление, а также происходила циркуляция масла. Насос устанавливается на блоке цилиндров двигателя и приводится в действие от шкива коленчатого вала при помощи приводного ремня.

Конструктивно насос может быть разных типов. Наиболее распространенными являются лопастные насосы, которые характеризуются высоким КПД и износоустойчивостью. Устройство выполнено в металлическом корпусе с вращающимся внутри него ротором с лопастями.

В процессе вращения лопасти захватывают рабочую жидкость и под давлением подают ее в распределитель и далее в гидроцилиндр.

Привод насоса осуществляется от шкива коленчатого вала, поэтому его производительность и давление зависят от количества оборотов двигателя. Для поддержания необходимого давления в ГУР используется специальный клапан. Давление, которое создает насос в системе, может достигать до 100-150 бар.

В зависимости от типа управления масляные насосы подразделяются на регулируемые и нерегулируемые:

• регулируемые насосы поддерживают постоянное давление за счет изменения производительной части насоса;
• постоянное давление в нерегулируемых насосах поддерживает редукционный клапан.

Редукционный клапан представляет собой пневматический или гидравлический дроссель, действующий автоматически и контролирующий уровень давления масла.

Распределитель ГУР

Схематичное устройство распределителя

Распределитель гидроусилителя устанавливается на рулевом валу или на элементах рулевого привода. Его назначение – направление потоков рабочей жидкости в соответствующую полость гидроцилиндра или обратно в бачок.

Главными элементами распределителя являются торсион, поворотный золотник и вал распределителя. Торсион представляет собой тонкий пружинистый металлический стержень, который закручивается под действием крутящего момента. Золотник и вал распределителя представляют собой две цилиндрические детали с каналами для жидкости, вставленные друг в друга. Золотник связан с шестерней рулевого механизма, а вал распределителя с карданным валом рулевой колонки, то есть с рулем. Торсион одним концом закреплен на валу распределителя, другой его конец установлен в поворотный золотник.

Распределитель может быть осевым, при котором золотник перемещается поступательно, и роторным – здесь золотник вращается.

Гидроцилиндр и соединительные шланги

Гидроцилиндр встроен в рейку и состоит из поршня и штока, перемещающего рейку под действием давления жидкости.

Схема циркуляции жидкости в гидроусилителе

Соединительные шланги высокого давления обеспечивают циркуляцию масла между распределителем, гидроцилиндром и насосом.  Масло из бачка в насос и из распределителя обратно в бачок поступает по шлангам низкого давления.

Устройство и назначение

ГУР монтируется на рулевой механизм любого типа. Большая часть легковушек комплектуется устройством реечного типа. В таком случае схема ГУРа будет следующей:

• бачок, для залива технической жидкости;
• маслонасос;
• золотниковый распределитель;
• гидроцилиндр;
• соединительные шланги.

Главная функция гидроусилителя – упрощение рулежкой для обеспечения комфорта водителя. Управлять автомобилем с ГУРом очень легко и просто. К тому же автовладельцу не нужно для совершения маневра выполнять полных 5-6 оборотов в сторону поворота. Это очень актуально в плотном городском режиме или на загруженных улицах.

Читайте наc:

Бачок

В бочок заливается техническая жидкость. Также здесь установлен специальный щуп, с помощью которого можно контролировать уровень масла, и фильтрующий элемент. Техническая жидкость смазывает трущиеся пары механизмов, с его помощью также передается усилие от насоса к гидроцилиндру. Для защиты от грязи и металлической стружки, которая образуется в процессе эксплуатации, внутри бачка установлена сетка. Если бак выполнен из полупрозрачного пластика, то проверить уровень жидкости можно визуально. В противном случае это делается с помощью щупа.

В некоторых транспортных средствах уровень жидкости в бачке ГУРа можно проверить только после того, как будет запущен силовой агрегат (на короткое время), либо после вращения рулевым колесом несколько раз в разные стороны, когда машина работает на холостом ходу. На щупе или внутри резервуара можно увидеть специальные насечки. Они отражают уровень жидкости, как для «горячего» мотора, так и для «холодного». Также здесь присутствуют о и «Max».

Насос

Основная функция насоса в устройстве ГУРа – это поддержание необходимого давления для циркуляции масла. Он располагается на блоке цилиндров силового агрегата. В действие насос приводится с помощью приводного ремня. Конструкции устройства могут быть разнообразные. Чаще всего в современных машинах встречаются лопастные насосы. У них достаточно высокие КПД и износоустойчивость. Само устройство представляет собой вращающийся ротор с лопастями, помещенный в металлический корпус. В процессе работы лопасти захватывают рабочую жидкость, передавая ее под давлением в распределитель. Затем она поступает в сам гидроусилитель. Масляные насосы бывают двух типов:

• регулируемые – они поддерживают постоянное давление за счет изменения производительной части;
• нерегулируемые – давление поддерживается с помощью редукционного клапана.

Создаваемое насосом давление в системе может достигать 100-150 бар.

Распределитель

Распределитель отвечает за направление потоков рабочей жидкости в нужную полость гидроцилиндра или обратно. Данное устройство находится на элементах рулевого привода либо на рулевом валу. Распределитель состоит из вала, поворотного золотника и торсиона. Он может быть осевым и роторным. В первом случае золотник перемещается поступательно, во втором – просто вращается.

Гидроцилиндр и соединительные шланги

Гидроцилиндр встроен напрямую в рейку. Он состоит из штока и поршня, которые перемещают рейку под действием давления жидкости. Для циркуляции масла между элементами используются специальные соединительные шланги низкого давления.

Порядок работы и взаимодействие составных частей

Клиновой или многоручейковый приводной ремень вращает шкив вала ротора. Посаженный на нём ротор снабжён прорезями, в которых свободно перемещаются металлические пластины. По действие центробежных сил они постоянно прижаты к эллиптической внутренней поверхности полости статора.

Жидкость поступает в полости между пластинами, после чего перемещается ими в направлении выхода, куда и вытесняется за счёт переменного объёма полостей. Набегая на криволинейные стенки статора лопасти утапливаются в ротор, после чего снова выдвигаются, принимая очередные порции жидкости.

За счёт высокой скорости вращения насос обладает достаточной производительностью, развивая при этом давление порядка 100 бар при работе «в тупик».

Режим тупикового напора существовал бы при высоких оборотах двигателя и повёрнутых до упора колёсах, когда поршень исполнительного цилиндра уже не мог бы дальше перемещаться. Но в этих случаях срабатывает подпружиненный ограничительный клапан, который открывается и запускает обратный отток жидкости, не позволяя давлению чрезмерно возрастать.

Режимы насоса рассчитаны таким образом, чтобы своё максимальное давление он мог выдавать при минимуме скорости вращения. Это необходимо при маневрировании с практически холостыми оборотами, но максимально лёгким рулём. Несмотря на большое сопротивление в случае поворота управляемых колёс на месте. Всем известно, насколько тяжёл руль без усилителя именно в этом случае. Получается, что насос может быть полностью нагружен при минимальной частоте вращения ротора, а после роста оборотов просто сбрасывает часть жидкости в противоположном направлении через регулирующий клапан.

Несмотря на то, что подобные режимы работы с избытком производительности являются штатными и предусмотренными, работа ГУР с полностью вывернутыми в упор колёсами очень нежелательна. Причиной тому перегрев рабочей жидкости, из-за которого она теряет свои свойства. Возникает угроза повышенного износа и даже поломок насоса.

Основные поломки

Так как ГУР – это механизм, рано или поздно он может сломаться. Особенно если учесть, что он постоянно находится в движении. Частота поломок и их серьезность зависит от интенсивности эксплуатации гидроусилителя и его конструкции. На практике, чаще всего «всплывают» следующие неисправности:

• шумит насос;
• ослабевает или изнашивается ремень насоса;
• засоряется фильтрующий элемент в бачке;
• ломается сам насос;
• засоряется клапан насоса;
• недостаточная вязкость у залитой жидкости;
• засоряется гидросистема;
• разгерметизация;
• недостаточно жидкости в бачке.

При возникновении одной из вышеперечисленных неисправностей становится трудно повернуть руль в одну из сторон, сильнее передаются толчки, а также появляются шум и вибрация.

Схема работы гидравлического усилителя руля

Если поворачивать рулевое колесо до упора и при этом увеличивать обороты двигателя нажатием на педаль газа, то давление в контуре гидроусилителя повышается до максимальных значений. Это может привести к протечке сальников и даже к разрыву шлангов. Поэтому производителями автомобилей с гидроусилителями и не рекомендуется удерживать рулевое колесо в крайнем положении дольше пяти секунд.

Если по каким-либо причинам мотор автомобиля заглохнет, или сам гидроусилитель руля сломается и откажет, то у водителя при этом сохранится полный контроль над передними колёсами его автомашины. Просто для поворачивания рулевого колеса водителю уже придётся прилагать некоторые мускульные усилия. Как в «старые добрые времена».

Плюсы и минусы гидроусилителя руля

Нет никаких сомнений в том, что достоинств у системы гидроусиления рулевого управления гораздо больше, чем недостатков. Иначе ГУР не завоевал бы такой всеобщей популярности: ведь им в наше время оснащается абсолютное большинство новых машин всех ведущих автопроизводителей.

Надёжность

Гидравлическая система усиления руля очень надёжна. Она испытана многолетней практикой на различных видах автомашин и показывает практически безупречную безотказность.

Гидравлический усилитель руля обладает способностью развивать серьёзную мощность и преодолевать значительное сопротивление силе трения со стороны колёс. Поэтому применять его есть возможность на автомобилях любой грузоподъёмности и габаритных размеров.

Комфорт

Комфорт в управлении автомобилем для водителя – основная характерная черта и главный плюс рулевого гидроусилителя. ГУР, собственно, и создавался именно с такой целью – значительно облегчить человеку процесс управления автомобилем, избавить его от необходимости прилагать мышечные усилия при оборотах рулевого колеса.

Быстрое реагирование

Так как рулевое колесо вращается с ГУРом гораздо легче, чем без него, и оборотов «баранки» требуется меньше, у водителя появляется возможность живее и оперативнее реагировать на любые быстрые изменения в дорожной ситуации.

Лучшая точность и острота управляемости

Возможности, которые предоставляет использование гидравлического усилителя, дают дополнительный бонус всем производителям автомобилей. Так как ГУР фактически выполняет вместо водителя его физическую работу, в конструкции машин появилась возможность применять рулевые механизмы с меньшим передаточным отношением.

Среди недостатков гидравлического усилителя руля, отмечаются следующие его свойства.

Чтобы не спровоцировать поломку ГУРа, рулевое колесо нельзя надолго задерживать в крайнем правом или левом положении. В особенности – на повышенных оборотах двигателя. В этом случае, из-за образования критически сильного давления, масло может выдавить сальники и вытечь.

Устройство привода гидронасоса выполнено таким образом, что он функционирует безостановочно вместе с двигателем авто. Из-за этого насос изнашивается быстрее и отнимает часть энергии мотора, пусть незначительно, но всё же увеличивая расход горючего.

Все элементы системы гидроусилителя руля нуждаются в периодическом обслуживании, а также требуется следить за уровнем гидравлической жидкости в его расширительном бачке.

ГУРы на автомобилях эконом-класса и машинах бюджетных ценовых категорий при передвижении на больших скоростях делают рулевые колёса малоинформативными. Только в дорогих автомашинах реализовано особенное устройство насоса гидроусилителя руля, которое позволяет снижать давление масла в системе при повышении оборотов силового агрегата. Руль при этом как бы «наливается» некоторой тяжестью, и ощущение «пустоты» при управлении машиной на значительных скоростях не возникает.

Что предусматривается правилами обслуживания ГУРа

Для обеспечения бесперебойной работы гидроусилителя руля требуется периодически выполнять такие операции по уходу и обслуживанию:

контролировать уровень и состояние рабочей жидкости ГУРа в расширительном бачке;

производить замену гидравлической жидкости – в соотвествии с интервалом, который указан в инструкции по эксплуатации и ремонту;

обращать внимание на появление посторонних шумов, говорящих о серьёзном износе подшипников гидронасоса;

своевременно менять износившийся приводной ремень гидроусилителя руля, чтобы он не порвался в самый неподходящий момент – где-нибудь в дальней дороге. Если проявляются толчки и удары в рулевое колесо – то это характерный признак растянутого, изношенного приводного ремня гидронасоса. Когда ремень проскальзывает, то насос начинает работать рывками, и масло поступает в систему с хорошо различимой пульсацией.

4. Устройство и принцип работы клапана ГУР.

Для управления подачей жидкости в силовой цилиндр используется управляющий (золотниковый) клапан.

Схема системы ГУР с управляющим клапаном (золотником)

Он имеет вход от насоса и два выхода в разные стороны от поршня в рабочем цилиндре (в самом золотнике отверстий больше, для увеличения пропускной способности и, соответственно, скорости передачи давления). При нормальном (прямом) расположении руля и, соответственно, колёс, золотниковый механизм запирает отверстия входа, давление одинаково с обеих сторон поршня. При провороте рулевого вала золотниковый механизм совмещает с помощью пазов отверстия входа и одного из выходов. В результате с одной стороны поршня образуется избыточное давление, толкающее его, а с ним и всю рулевую рейку с рычагами в ту или иную сторону. При выравнивании руля отверстия вновь запираются и давление с обеих сторон поршня выравнивается. Вкратце пройдёмся по оставшимся элементам, обязательным, но неосновным. Уже упомянутый силовой (он же рабочий) цилиндр представляет собой двухсторонний поршень в камере с раздельными объёмами, в которые с одной или другой стороны поступает гидрожидкость, толкая его своим давлением. Поршень жёстко соединён с рулевыми тягами, которые двигают колёса при движении поршня. Редукционный (перепускной) клапан, как правило, находится в насосе и служит для сброса избыточного давления, создаваемого насосом, в магистраль в обход рабочего контура (так называемая обратка). С бачком вообще просто, он обеспечивает резерв жидкости при её активном использовании, в него же возвращается избыточная жидкость при минимальной работе ГУРа. Да, ещё маслопроводы низкого давления (из резины, которых может не быть, если бачок конструктивно смонтирован на насосе) и гидравлические маслопроводы высокого давления от насоса к управляющему клапану, а от него к рабочему цилиндру (выполняются из металла) и обратно в бачок. Таков принцип работы ГУР и вытекающее из этого принципа устройство системы гидроусилителя руля. Кроме собственно гидроусилителя может быть ЭУР, то есть электроусилитель руля и ЭГУР — электрогидроусилитель руля. Они имеют свои преимущества и недостатки по отношению к классическому ГУР, но это уже темы для отдельных статей.

Принцип действия

Как все это работает? Когда руль неподвижен (автомобиль стоит на месте, или движется по прямой), и система гидроусиления не задействована, в распределителе совмещены маслопроводы подачи и стока. Жидкость вхолостую перекачивается насосом через распределитель обратно в бачок. Когда водитель поворачивает руль, тем самым он закручивает торсион, а вместе с ним крутится и внутренняя часть золотникового клапана. Внешняя же часть пока остается неподвижной. Таким образом совмещаются каналы подачи жидкости в соответствующую полость силового цилиндра (в зависимости от того, в какую сторону повернут руль). Из другой полости силового цилиндра жидкость по открывшимся каналам сливается в бачок.Чем на больший угол повернут руль, тем сильнее закручивается торсион. Поэтому большим оказывается и размер перепускного отверстия, а, значит, и усилие, воздействующее на рейку. Рейка, перемещаясь, раскручивает через шестерню нижний конец торсиона, а вместе с ним и внутреннюю часть золотника. Обе части клапана возвращаются в исходное положение, и жидкость вновь перекачивается через распределитель в бачок.

В случае отказа системы гидроусиления потери управления не происходит, поскольку рулевой вал через торсион механически соединен с ведущей шестерней. Согласно нормам безопасности усилие на рулевом колесе легкового автомобиля не должно превышать 15 кг для полностью работоспособной и 30 кг — для неисправной системы рулевого управления. Быстродействие усилителя должно быть таким, чтобы при скорости вращения руля не менее полутора оборотов в секунду его не «закусывало».

Разновидности гидроусилителей

Утверждать, что ГУР в стандартном исполнении крайне необходим нельзя. Он полезен только в определенных моментах. Конечно, он позволяет с успехом маневрировать в городских условия, но вот на открытой трасе при высокой скорости пользы от него вовсе нет. С возрастанием скорости перестаёшь «чувствовать» дорогу, что популярно особенно в зимний период.

Чтобы, как-то перекрыть изъян, было предпринято установить рулевую рейку с переменным придаточным отношением. Однако попытка была безуспешной спасла ситуацию электроника, которая выступила модификацией гидроусилителя. Она сочетает не только комфорт, но и информативность руля. Электрогидроусилитель руля (ЭГУР) служит по тому же принципу, отличия — прибавка электронного блока и исполнительного электроклапана.

Бачок гидроусилителя