Из чего состоит и как работает гидроусилитель руля. Принцип работы гур на легковом автомобиле.

Во время работы температура компонентов всегда повышается. Это повышает температуру гидравлической жидкости, что приводит к ухудшению ее физических свойств. Присадки, содержащиеся в составе, разрушаются под воздействием тепла и трения, и гидравлическая жидкость постепенно теряет свои свойства.

Устройство и принцип работы гидроусилителя рулевого управления

Сегодня трудно представить себе автомобиль без гидроусилителя руля. Усилитель рулевого управления может быть электрическим (ESC), гидравлическим (HSS) или электрогидравлическим (EHSS). Однако в настоящее время наиболее распространенным является гидравлический усилитель руля. Он разработан таким образом, что в случае отказа автомобиль все еще готов к управлению. В этой статье описаны основные функции и связанные с ними задачи.

1. Функции и назначение ГУР
2. Требования к гидроусилителю
3. Устройство гидроусилителя руля
4. Бачок ГУР
5. Насос гидроусилителя
6. Распределитель ГУР
7. Гидроцилиндр и соединительные шланги
8. Принцип работы гидроусилителя руля
9. Периодичность замены жидкости в ГУР
10. Преимущества и недостатки гидроусилителя рулевого управления
11. Заключение

Функции и назначение ГУР

Гидроусилитель руля — это элемент рулевого управления, в котором дополнительное усилие, необходимое для поворота рулевого колеса, создается за счет гидравлического давления.

В легковых автомобилях гидроусилитель руля используется в основном для обеспечения комфорта. Усилитель руля позволяет легко и комфортно управлять автомобилем. Кроме того, водителю не нужно совершать пять или шесть полных оборотов рулевого колеса в направлении поворота. Это особенно полезно при парковке и маневрировании в ограниченном пространстве.

Еще одна важная функция гидроусилителя руля — поддержание контроля над автомобилем и гашение вибраций, передающихся на рулевое колесо при столкновении его колес с неровностями дороги.

Требования к гидроусилителю

Для эффективной работы система гидроусилителя руля должна отвечать следующим требованиям:

• надежность системы и бесшумность при работе;
• простота обслуживания и минимальный размер устройства;
• технологичность и экологическая безопасность;
• небольшой поворотный момент на колесе с автоматическим возвратом в нейтральное положение;
• легкость и плавность рулевого управления;
• обеспечение кинематического следящего действия – соответствие между углами поворота управляемых колес и руля;
• обеспечение силового следящего действия – пропорциональность между силами сопротивления повороту управляемых колес и усилием на руле;
• возможность управления автомобилем при выходе системы из строя.

Принцип действия усилителя

Главная особенность гидроусилителя руля заключается в том, что система активируется сразу после запуска двигателя автомобиля, так как вал насоса вращается синхронно с коленчатым валом силового агрегата. Пока водитель не двигает рулевое колесо, давление, создаваемое в масляных магистралях, сбрасывается в расширительный бачок. Принцип работы системы гидроусилителя руля заключается в преобразовании давления жидкости, создаваемого насосом, в механическую работу, совершаемую поршнем гидроцилиндра. Гидравлический усилитель рулевого управления работает следующим образом:

1. Масло перекачивается по системе, а избыток давления направляется в расширительную емкость, пока водитель не начнет поворачивать рулевое колесо.
2. Во время поворота баранки торсион распределителя улавливает направление вращения, за счет чего срабатывает один из двух клапанов, открывающий проток гидравлической жидкости к поршню цилиндра.
3. Масло надавливает на поршень с одной стороны, заставляя его толкать рейку либо тягу в нужном направлении, пока водитель не перестанет поворачивать руль. Когда рулевое колесо останавливается в любом положении, распределитель закрывает клапан, а поршень прекращает подталкивать рейку.
4. При вращении баранки в обратную сторону первый клапан закрывается и тут же срабатывает второй. Жидкость поступает к поршню с другой стороны, заставляя его перемещаться и толкать рейку в другом направлении.

При максимальном повороте рулевого колеса и увеличении оборотов двигателя путем нажатия на педаль акселератора давление в гидравлическом контуре возрастает до максимума, что может привести к утечке сальников и разрыву трубопроводов. По этой причине производители автомобилей с гидроусилителем руля рекомендуют не удерживать рулевое колесо в крайнем положении более 5 секунд.

Если двигатель глохнет или по разным причинам отказывает гидроусилитель руля, водитель по-прежнему контролирует передние колеса. Однако для поворота рулевого колеса требуется значительное усилие.

Плюсы и минусы ГУР

Увидев на практике, как работает гидроусилитель руля в современном автомобиле, можно оценить все преимущества этого механизма:

1. Надежность. Гидравлическая система усиления испытана многолетней практикой на различных авто, поэтому в данный момент она устанавливается примерно на 60% выпускаемых машин.
2. ГУР способен развивать приличную мощность и преодолевать значительное сопротивление со стороны колес. Отсюда возникает возможность применять его на автомобилях любой грузоподъемности и габаритов.
3. Комфорт для водителя – главный плюс рулевого гидроусилителя. Он создавался именно с этой целью – облегчить человеку процесс управления машиной.
4. Улучшение управляемости. Поскольку баранка вращается легко, водитель получает возможность быстрее реагировать на изменение дорожной ситуации.

В дополнение к гидроусилителю руля легковые автомобили оснащаются новым поколением систем рулевого управления с усилителем, в которых для перемещения передних колес используется электродвигатель (ESC). Однако по стоимости эти системы пока не могут сравниться с гидроусилителем руля, поэтому все меньше новых автомобилей оснащаются ESC.

Использование гидравлического усилителя руля — еще одно преимущество для автопроизводителей. Поскольку они выполняют физическую работу вместо водителя, можно использовать рулевые механизмы с меньшим передаточным числом. Для водителя это означает, что количество поворотов рулевого колеса из одного крайнего положения в другое уменьшается, что повышает остроту руля. Однако в случае отказа усилителя рулевого управления или при буксировке автомобиля водителю становится гораздо сложнее поворачивать рулевое колесо.

Гидравлический усилитель руля имеет следующие недостатки:

1. Чтобы не вызвать поломку, руль нельзя долго держать в любом крайнем положении, особенно на повышенных оборотах двигателя. Из-за критического давления масло может выдавить сальники и вытечь.
2. Устройство привода насоса задумано так, что он работает безостановочно вместе с силовым агрегатом. Из-за этого насос постоянно изнашивается, требует периодического обслуживания и отнимает часть энергии двигателя, увеличивая расход топлива.
3. Другие элементы системы тоже нужно обслуживать, а также следить за уровнем гидравлической жидкости в бачке.
4. В автомобилях бюджетной ценовой категории, оборудованных ГУР, руль становится неинформативным, особенно при езде на большой скорости.

Более дорогие автомобили оснащены специальным насосом гидроусилителя руля, который снижает давление масла в системе при увеличении скорости. Это придает рулевому колесу приятную тяжесть и устраняет ощущение слабого давления при быстрой езде.

Обслуживание гидроусилителя

Владелец автомобиля с гидравлическим рулевым управлением может самостоятельно выполнить следующие действия:

• следить за уровнем и состоянием жидкости в расширительной емкости;
• периодически осматривать патрубки и штуцеры на предмет растрескивания и протечек масла;
• менять гидравлическую жидкость с интервалом, указанным в инструкции по эксплуатации;
• отслеживать появление посторонних шумов, возникающих при критическом износе подшипников насоса;
• своевременно менять приводной ремень, чтобы он не оборвался где-нибудь по дороге.

Жидкость в гидроусилителе руля является не только рабочей жидкостью, но и смазкой для насоса. Поэтому при доливке или замене масла важно использовать масла, рекомендованные производителем, иначе возможен преждевременный выход устройства из строя.

Конструкция механизма

Система гидравлического усилителя руля состоит из нескольких основных компонентов, соединенных масляными линиями. Это

• роторный насос, приводимый в движение ременной передачей от коленвала мотора автомобиля;
• гидрораспределитель, который направляет усилие в нужные стороны;
• гидравлический цилиндр с поршнем, который жёстким образом (рейками либо тягами) связан с рулевым механизмом;
• расширительный бачок с необходимым запасом гидравлической жидкости (масла).

Насос

Насос гидроусилителя руля необходим для поддержания нужного давления в системе и непрерывной циркуляции масла. Он установлен на блоке двигателя и питается от шкива коленчатого вала через приводной ремень.

В принципе, насосы могут быть разных типов. На практике, однако, наиболее распространенным типом является роторно-лопастной насос. Они характеризуются высокой эффективностью и износостойкостью. Приводной механизм этого насоса — вращающийся ротор с лопастями — помещен в металлический корпус. Во время вращения лопасти всасывают жидкость под давлением и толкают ее к распределителю, а затем к гидроцилиндру.

Поскольку насос приводится в действие шкивом коленчатого вала, мощность и давление насоса напрямую зависят от частоты вращения двигателя. Специальный клапан обеспечивает поддержание давления на нужном уровне (100-150 бар). Это пневматический или гидравлический дроссельный клапан, который работает автоматически.

Гидрораспределитель

Распределитель усилителя рулевого управления установлен на рулевом валу или компонентах рулевого управления. Его назначение — направлять поток гидравлической жидкости в соответствующую полость гидроцилиндра или возвращать его в расширительный бак.

Основными компонентами рулевой тяги являются торсионный шарнир, золотник и распределительный вал. Торсионный вал — это тонкий, упругий металлический стержень, который скручивается под действием крутящего момента. Управляющий поршень и распределительный вал представляют собой две цилиндрические детали с каналами для жидкости. Они вставляются друг в друга. Золотник соединен с рулевым механизмом, а распределительный вал — с приводным валом рулевой колонки, т.е. с рулевым колесом. Шпиндель одним концом соединен с валом распределителя, а другой конец вставлен в золотник.

Распределитель может быть осевым (когда золотник движется линейно) или ротационным (когда золотник вращается).

Исполнительный (распределительный) механизм

Он изготовлен как единое целое с корпусом рулевого колеса. К нему подключаются шланги насоса рулевого управления. Давление жидкости передается на рулевой цилиндр через шланги.

В нем два вала — распределительный вал и торсионный вал. Торсионный вал оснащен вращающимся золотником. Торсионный вал характеризуется определенной гибкостью. При повороте рулевого колеса он закручивается, и стойка останавливается. При вращении шпинделя открываются определенные полости в корпусе распределителя. Через них давление жидкости направляется в ту или иную сторону цилиндра гидроусилителя. В результате цилиндр смещается и перемещает рулевой механизм в нужном направлении.

Вращение торсиона относительно распределительного вала ограничивается упором. Он обеспечивает небольшое перемещение торсионного вала относительно распределительного вала. Если насос гидроусилителя руля не работает и давление жидкости отсутствует, крышка позволяет водителю поворачивать колеса без гидроусилителя руля.

Давайте рассмотрим расположение распределительного вала усилителя рулевого управления. Существует три положения: нейтральное, когда колеса стоят прямо или руль неподвижен, левое и правое.

Нейтральное положение

В этом положении форсунка распределителя обычно остается открытой, а выпускные и напорные отверстия остаются открытыми. Жидкость из насоса рулевого управления равномерно поступает в полости двух цилиндров, а часть ее направляется обратно в бачок. На обе стороны цилиндра оказывается одинаковое давление, и поршень остается в нейтральном положении.

Поворот влево

Поворот рулевого колеса влево затягивает поворот. Проход между распределительным валом и роторным клапаном, в котором установлен торсион, расширяется. Через открытую полость жидкость поступает в левую часть гидроцилиндра, которая на рисунке показана красным цветом. С этой стороны давление увеличивается, цилиндр перемещается вправо, увлекая за собой стойку, а колеса поворачиваются влево.

В этот момент на противоположной стороне цилиндра находится жидкость, которую необходимо куда-то слить, поскольку для ее сжатия требуется дополнительное усилие, и водителю трудно повернуть руль влево. В этот момент открываются дренажные отверстия, отмеченные желтой стрелкой в дозирующем механизме. Через них он поступает обратно в уравнительный бак рулевого механизма.

Когда рулевое колесо перестает поворачиваться, распределительный вал возвращается в нейтральное положение. Проходы между распределительным валом и клапаном впрыска должны соответствовать оригиналу. Гидравлический контур гидравлического рулевого устройства возвращается в исходное положение, давление в двух полостях цилиндра выравнивается, и движение поршня прекращается.

Как гидроусилитель выключается при повышении скорости автомобиля

На высоких скоростях движения автомобиля для обеспечения безопасности движения необходимо отключить усилитель рулевого управления. Небольшое «движение руля» может вызвать чрезмерную реакцию руля и большую чувствительность к малейшему движению рулевого колеса. Чтобы избежать этого, в гидроусилителе руля используется несколько систем, которые изменяют усилие в зависимости от скорости двигателя или автомобиля.

ГУР с регулированием давления по числу оборотов

При увеличении частоты вращения двигателя поток жидкости на выходе лопастного насоса уменьшается и, соответственно, снижается давление. Уменьшается помощь водителю с усилителем руля.

Дополнительный регулирующий клапан, расположенный в корпусе насоса гидроусилителя руля, установлен в клапане управления выпускным потоком. Он расположен между клапаном формирования потока и отверстием потока. Он уменьшает гидравлический поток на выходе из насоса за счет уменьшения сечения выходного отверстия. Рассмотрим наглядный пример.

При низких оборотах двигателя давление в камере «А» давит на поршень. Этого недостаточно, чтобы преодолеть сопротивление пружины, она не перемещается, и проходное сечение не изменяется.

По мере увеличения скорости давление в камере «А» возрастает. Он продолжает прижиматься к стенке золотника и преодолевает сопротивление возвратной пружины. Он смещается и блокирует выходное отверстие. Поток гидравлической жидкости уменьшается. Это приводит к большей разнице давлений в камерах «А» и «С», клапан управления потоком смещается влево и открывает большую часть выходного отверстия на стороне всасывания насоса. Это снижает давление, исходящее от насоса и поступающее в распределительный механизм рулевого механизма.

При дальнейшем увеличении оборотов двигателя регулятор еще больше закрывает выпускное отверстие. Выхлопное отверстие закрыто не полностью, и независимо от того, насколько высока частота вращения коленчатого вала, в системе зарядки остается минимальное давление. Это минимизирует помощь усилителя при увеличении оборотов двигателя.

ГУР с регулированием давления по скорости движения

Работа этой системы основана на датчике скорости автомобиля. Компьютер подает сигнал на электромагнитный клапан, установленный в распределителе.

Внутри распределителя находится отсек управления. Когда скорость автомобиля увеличивается, электромагнитный клапан открывается. Он подает гидравлическую жидкость в дозирующую камеру. В камере распределителя создается давление, которое препятствует повороту торсионного стержня. В результате рулевое колесо становится «тяжелее».

Существуют и другие типы гидроусилителей руля, в которых на вращение влияет не давление в корпусе, а поршень. При увеличении скорости автомобиля на поршень оказывается давление. Он толкает распределительный вал в направлении, противоположном вращению рулевого колеса. Это увеличивает реактивное сопротивление в рулевом колесе.

Насос ГУР

Он необходим для создания и поддержания регулируемого давления в системе. Существует два типа: шестеренчатый и пластинчатый. Этот тип устанавливается в большинстве современных автомобилей.

Он состоит из пластин. Он работает по принципу мельничного колеса. Он соединен со шкивом коленчатого вала через приводной ремень. Поэтому КПД зависит от частоты вращения коленчатого вала двигателя. Если скорость недостаточна, водитель может почувствовать неприятное покачивание при повороте рулевого колеса.

Его конструкция не так проста, как все думают. Он имеет несколько перепускных и запорных клапанов, которые регулируют давление в системе гидроусилителя руля при высоких оборотах двигателя.

Делиться:

Преимущества и недостатки ГУР

Несмотря на широкое распространение гидроусилителя руля в автомобилях, этот механизм имеет как преимущества, так и недостатки, причем преимущества все же перевешивают недостатки. К положительным характеристикам гидроусилителя руля относятся:

Улучшение и облегчение управления автомобилем, что значительно снижает утомляемость водителя,

Однако, помимо преимуществ, у гидроусилителя руля есть и недостатки:

Своевременное обслуживание системы,

Несмотря на эти недостатки, главное преимущество гидроусилителя руля заключается в том, что он значительно облегчает управление автомобилем, особенно если автомобиль тяжелый. Поэтому систему следует время от времени осматривать и при малейших повреждениях не откладывать ремонт.

Самые частые поломки гидроусилителя руля

Как и все механизмы, система гидроусилителя руля рано или поздно может выйти из строя. Однако существуют распространенные и очень редкие неисправности, и многое зависит от конструкции, производителя и способа эксплуатации системы гидроусилителя руля. Поскольку системы рулевого управления с усилителем являются подвижными, они склонны со временем выходить из строя. На практике чаще всего происходят следующие сбои:

Ослабленные или изношенные ремни насоса CPS,

Можно сказать, что это основные неисправности, которые в любом случае возникают в процессе эксплуатации. Эти неисправности могут проявляться в трудоемком повороте рулевого колеса, передаче усилия на рулевое колесо, затрудненном повороте рулевого колеса в одну сторону с небольшим отклонением от центра, шумах, вибрациях и нечеткой работе рулевого колеса (оно работает спазматически). Это первые признаки того, что отдельные компоненты системы гидроусилителя руля повреждены.

В большинстве случаев устранение таких неисправностей усилителя руля заключается в своевременной замене или регулировке ремня, доливе жидкости в бачок, ремонте или полной замене насоса усилителя руля, устранении утечки в системе и, возможно, разгерметизации всей системы. Это может показаться банальностью, но управление рулем — не повод для шуток, ведь дорога не прощает ошибок.

Стоимость ремонта и деталей гидроусилителя руля

Когда речь идет о ремонте системы гидроусилителя руля, и особенно о стоимости запасных частей, все зависит от марки, модели и самого агрегата. Цена может быть пропорциональна