гидроусилитель руля что это такое в автомобиле
ГУР Назначение и устройство
Для чего нужен ГУР?
Большинство автолюбителей ответят: «Для того, чтобы легче крутить руль». И будут правы, но отчасти. Кроме повышения комфорта, гидроусилитель позволяет уменьшить передаточное число рулевого управления. Что это дает? Чем больше передаточное число, тем меньшее усилие нужно прилагать для поворота колес. Но количество оборотов руля от упора до упора при этом будет равным 4-5. Уменьшая передаточное число, можно довести количество оборотов руля до 2-3. Управляемость, маневренность и острота реакций автомобиля улучшается, что особенно важно в аварийной ситуации, когда может не хватить времени для вращения руля с перехватами. Кроме того, у гидроусилителя есть еще несколько и преимуществ, и недостатков, о которых будет сказано ниже.
Гидроусилитель может устанавливаться на автомобили с рулевым управлением разных типов: червячным, винт-шариковая гайка. Мы расмотрим самый распространенный вариант — рейку. В состав системы гидроусиления входят:
насос
распределитель
силовой цилиндр
бачок и соединительные шланги
Насос гидроусилителя, как и любой другой насос, предназначен для создания и поддержания необходимого давление в системе и циркуляции рабочей жидкости (специального масла). Конструкция насоса может быть разной. Самые распространенные — лопастные, характеризующиеся высоким к.п.д. и износоустойчивостью. Насос крепится на двигателе и приводится в действие с помощью ремня от коленвала.
Распределитель, в зависимости от положения руля, направляет поток жидкости в соответствующую полость силового цилиндра или обратно в бачок. Он устанавливается на рулевом валу. Основные части распределителя — золотниковый клапан и торсион. Клапан состоит из двух цилиндрических частей с каналами для жидкости: внешней и внутренней. Торсион — это тонкий пружинистый металлический стержень, способный закручиваться под действием крутящего момента. Один конец торсиона соединен с рулевым валом, а второй — с шестерней, входящей в зацепление с рейкой. Внутренняя часть золотникового клапана соединяется с верхней частью торсиона, а внешняя — с его нижней частью.
Силовой цилиндр встроен в рейку. Он состоит из поршня и штока, перемещающего рейку под действием давления жидкости.
Рабочая жидкость передает усилие от насоса через распределитель к силовому цилиндру и смазывает все пары трения. Резервуаром для жидкости служит бачок. В нем может быть расположен фильтр, а в пробке — щуп для измерения уровня. Шланги высокого давления соединяют насос, распределитель и силовой цилиндр, а по шлангам низкого давления жидкость поступает в насос из бачка и возвращается в него из распределителя.
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».
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.
На помощь механике и гидравлике, как всегда, пришла электроника. В результате такого симбиоза появился электрогидравлический усилитель. Впервые его применили на автомобилях «Аudi» под названием «Servotronic». Существует два типа ЭГУРа: с электромагнитным клапаном и с электронасосом. Управляет работой усилителя электронный блок на основании показаний датчиков скорости, поворота руля, оборотов коленвала. Набор датчиков может меняться в зависимости от модели автомобиля.
В первой конструкции в распределитель ГУРа дополнительно встраивается электромагнитный клапан и камера обратного действия с поршнем. При повороте колес на месте или при движении с малой скоростью клапан открыт, давление в системе максимально — руль крутить легко. При наборе скорости клапан, управляемый блоком, пропорционально закрывается. В результате давление в системе уменьшается, а усилие на руле увеличивается. Таким образом, получаем искомое чувство «обратной связи».
Во второй, более совершенной конструкции, гидронасос заменен электронасосом, т.е. приводится не от коленвала, а отдельным электромотором. Управляет его работой опять же блок управления. На малых скоростях скорость вращения насоса максимальна, а на больших — ограничивается блоком управления. Поэтому чем выше скорость движения — тем «тяжелее» становится руль. Замена гидронасоса электронасосом позволяет снизить расход топлива до 0,2 л на 100 км.
Как работает гидроусилитель руля – объясняю на «пальцах» особенности работы усилителя в разных режимах эксплуатации
Гидроусилитель руля в автомобиле (ГУР) предназначен для облегчения вращения рулевого колеса и управления машиной на малых скоростях. В большей степени он помогает управляться с «баранкой» на парковке, когда авто стоит на месте, а колеса нужно повернуть в определенную сторону.
Сегодня разберем устройство и принцип работы гидроусилителя и его основных узлов. Вкратце затронем особенности конструкции и функционирования насоса ГУР – это большая и интересная тема, которой будет посвящена отдельная статья.
Схема устройства
Разберем, из каких компонентов состоит гидравлический усилитель рулевого управления автомобиля. Рассмотрим, за что отвечает каждый из них. Основные компоненты системы:
Как работает
В автомобилях без гидроусилителя руля, рулевое колесо через вал соединяется шестерней с зубчатой рейкой – упрощенная схема. Когда «баранку» поворачивают, вращение через вал и шестерню передается рулевой рейке, она сдвигается в противоположную сторону. Она соединена с колесами тягами. Благодаря такой конструкции колеса поворачиваются в нужную сторону.
В современных машинах в рулевую рейку встроен гидроцилиндр. От исполнительного механизма к нему подводятся две трубки, закрепленные на разных его сторонах. При повороте вправо, в исполнительном механизме открываются клапаны (полости). Гидравлическая жидкость от насоса ГУР давит на правую сторону гидроцилиндра. Он двигается влево, увлекая за собой рулевую рейку. Происходит поворот колес не за счет физической силы водителя, а за счет повышения давления в цилиндре. При повороте влево, открываются другие полости в распределительном механизме, жидкость давит на противоположную сторону цилиндра, поршень сдвигается вправо вместе с рейкой.
Таким образом, гидроусилитель помогает водителю без приложения достаточной мышечной силы повернуть колеса автомобиля в нужную сторону.
Исполнительный (распределительный) механизм
Он выполнен единым целым с корпусом рулевой рейки. К нему подводятся шланги от насоса ГУР. От него трубками или шлангами передается давление жидкости к гидроцилиндру рейки.
Внутри него находится два вала – распределительный и торсионный. На последнем закреплен поворотный золотник. Торсионный вал отличается определенной гибкостью. При вращении «баранки» он закручивается, причем рейка остается неподвижной. При закручивании вала в корпусе распределительного механизма открываются определенные полости. Через них давление жидкости давит на ту или другую сторону гидравлического цилиндра усилителя. Происходит его смещение и движение рулевого механизма в нужном направлении.
Вращение торсиона относительно распределительного вала ограничено стопором. Он позволяет торсионному валу незначительно двигаться относительно распределительного вала. Если насос ГУР не работает, и нет давления жидкости, стопор дает возможность водителю вращать колеса без участия гидравлического усилителя.
Разберем схему работы распределительного механизма гидроусилителя руля. Существует три его положения – нейтраль, когда колеса прямо или рулевое колесо неподвижно, поворот влево и вправо.
Нейтральное положение
Условно говоря, в таком положении золотника распределительного механизма сливные и напорные отверстия остаются приоткрытыми. Жидкость от насоса ГУР равномерно поступает в обе полости цилиндра, часть её сливается обратно в бачок. С двух сторон гидроцилиндра создается одинаковое давление, поршень остается в нейтральном положении.
Поворот влево
Поворачивая руль влево, закручиваем торсион. Проходное сечение между валом распределителя и поворотным золотником, внутри которого помещен торсион, увеличивается. Через открытую полость жидкость устремляется в левую часть гидравлического цилиндра, на схеме показано красным цветом. С той стороны повышается давление, цилиндр смещается вправо, увлекая за собой рейку, колеса поворачивают влево.
В этот момент в противоположной стороне цилиндра находится жидкость, которую нужно куда-то слить, потому что для её сжатия понадобится дополнительная сила и водителю тяжело повернуть руль влево. В этот момент в распределительном механизме открываются сливные полости, обозначенные желтой стрелкой. Она через них сливается обратно в расширительный бачок ГУР.
Если перестают вращать руль, вал распределительного механизма возвращается в нейтральное положение. Проходные сечения между валом распределителя и золотником становятся первоначальными. Гидравлическая схема гидроусилителя рулевого управления возвращается в исходное состояние, давление в обеих полостях цилиндра уравнивается, поршень прекращает движение.
Поворот вправо
Аналогичным образом происходит при повороте вправо. Золотник поворачивается в правую сторону относительно распределительного вала. Увеличиваются зазоры проходных сечений, жидкость поступает в правую часть цилиндра. Одновременно, через открытые сливные полости, она сливается из левой полости гидроцилиндра. Поршень двигается влево вместе с рейкой, осуществляется поворот колес в правую сторону.
Повернув «баранку» на определенный угол, и прекратив её вращение, вал распределительного механизма возвращается в нейтральное положение относительно золотника. Размеры проходных сечений возвращаются в исходные значения. Схема гидравлического усилителя переходит в начальное состояние, поршень перестает двигаться.
Как гидроусилитель выключается при повышении скорости автомобиля
На значительных скоростях автомобиля, необходимо отключать ГУР в целях безопасного управления машиной. Лёгкая «баранка» может привести к чрезмерной управляемости и большой чувствительности колес на малейшее отклонение рулевого колеса. Чтобы этого избежать в схеме гидроусилителя руля применяется несколько систем, изменяющих усилие в зависимости от числа оборотов двигателя или скорости машины.
ГУР с регулированием давления по числу оборотов
С увеличением количества оборотов двигателя, поток жидкости на выходе пластинчатого насоса уменьшается, как следствие – снижается давление. Ослабевает помощь гидроусилителя водителю.
В клапане регулирования выходного потока, расположенном в корпусе насоса ГУР, установлен дополнительный золотник. Находиться между клапаном формирования потока и проходным отверстием. Он уменьшает поток гидравлики на выходе из насоса путем уменьшения выходного сечения. Рассмотрим наглядный пример.
При низких оборотах мотора давление в камере «А» давит на золотник. Его недостаточно, чтобы преодолеть сопротивление пружины, он не смещается и проходное сечение не изменяется.
По мере роста числа оборотов, давление в камере «А» возрастает. Оно продолжает давить на стенку золотника и преодолевает сопротивление возвратной пружины. Он смещается, перекрывая выходное отверстие. Поток гидравлической жидкости уменьшается. Это вызывает большую разницу давления в камерах «А» и «С», клапан управления потоком смещается влево, больше открывая выходное отверстие со стороны всасывания насоса. Это уменьшает давление, выходящее из насоса, поступающее в распределительный механизм ГУР.
При дальнейшем росте числа оборотов двигателя, золотник больше перекрывает выходной канал. Полностью выходное отверстие не перекрывается, какими бы не были высокими обороты коленвала, в системе усилителя остается минимальное давление. Таким образом, минимизируется помощь гидроусилителя по мере роста числа оборотов двигателя.
ГУР с регулированием давления по скорости движения
Работа этой системы основана на датчике скорости автомобиля. Компьютер дает сигнал на электромагнитный клапан, установленный в распределительном механизме.
Внутри распределителя находится управляющая камера. По мере увеличения скорости авто, открывается электромагнитный клапан. Он подает гидравлическую жидкость в камеру распределителя. Внутри её повышается давление, препятствующее скручиванию торсиона. В результате руль становиться «тяжелее».
Существуют типы гидроусилителей, где на торсион влияет не давление в камере, а плунжер. По мере роста скорости автомобиля, давление давит на плунжер. Он толкает вал распределителя в направление, противоположное вращению рулевого колеса. Это увеличивает реактивное сопротивление на руле.
Насос ГУР
Он необходим для создания и поддержания заданного давления в системе. Существует два типа – шестеренчатый и пластинчатый. Последний тип устанавливается на большинстве современных автомобилях.
Он состоит из пластинок. Работает по принципу мельничного колеса. Соединен ременной передачей со шкивом коленвала. Поэтому производительность зависит от скорости вращения коленчатого вала мотора. Если оборотов недостаточно, водитель может ощущать неприятную упругость при вращении рулевого колеса.
Его конструкция не так проста, как все думают. В нем установлено несколько перепускных и запорных клапанов, регулирующих давление в системе гидроусилителя при больших оборотах двигателя. Но это тема отдельной статьи.
Добавить комментарий Отменить ответ
Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.
Насос ГУР: зачем он нужен, как понять, что его пора менять и как выбрать новый
Усилитель руля — почти обязательный компонент современного автомобиля. Этот компонент не только повышает комфорт водителя и облегчает управление машиной, но без преувеличения является одной из тех систем, которая влияет на безопасность. О том, каково это влияние, как устроен и работает гидравлический усилитель руля (ГУР) и почему для ремонта ГУР стоит выбирать изделия Hella, расскажем в этом посте.
Как работает гидроусилитель руля
Гидроусилитель руля — часть рулевого управления; он, как ясно из его названия, увеличивает усилие, передаваемое с руля на поворотные механизмы управляемых колёс, и даёт два важных преимущества:
1) для управления автомобилем не нужна большая физическая сила, что особенно актуально для грузовиков и автобусов, для поворота колёс которых может не хватить сил даже у физически крепких людей. Более того, ГУР, освобождая водителя от более-менее тяжёлой физической работы, позволяет тому дольше сохранять внимание и работоспособность;
2) ГУР принимает на себя нагрузки от дорожных неровностей, воспринимаемые колёсами. Это значит, что при наезде на случайный камень или при попадании в колею руль не вырвет из рук водителя — а это уже вопрос безопасности.
Ещё ГУР позволяет уменьшить передаточное число рулевого управления — руль становится острее, для совершения манёвра требуется повернуть его на меньший угол. Это опять-таки не только облегчает работу водителя, но и делает вождение безопаснее, позволяя быстрее реагировать в экстренной ситуации.
Не вдаваясь в мелкие детали, опишем из чего состоит гидроусилитель. Это:
— бачок с запасом гидравлической жидкости;
— насос;
— управляющий золотник;
— силовой гидроцилиндр;
— регулятор давления.
Насос создаёт давление жидкости, золотник в зависимости от поворота руля направляет поток жидкости в тот или иной контур силового цилиндра, регулятор давления обеспечивает стабильное давление в системе вне зависимости от оборотов насоса. Положение золотника меняется в зависимости от поворота руля. Существуют разные способы преобразовать поворот рулевого вала в перемещение золотника, но это отдельная большая тема, и здесь мы не будем на ней останавливаться.
Наглядно работа ГУР показана в этом ролике:
На практике гидроусилитель должен не просто увеличивать вращающий момент, но и выполнять при этом множество условий:
— задержка между поворотом руля и срабатыванием системы должна быть минимальной;
— поворот колеса должен пропорционально соответствовать повороту руля;
— вращающий момент на колесе не должен быть слишком большим;
— руль должен самостоятельно возвращаться в нейтральное положение;
— усилитель должен гасить удары и толчки, которые передаются от колес на руль в результате проезда по неровному дорожному покрытию;
— при поломке системы управляемость автомобиля должна полностью сохраняться.
И при всём этом система должна быть недорогой в производстве, долговечной и нетребовательной в эксплуатации. И если функциональность системы определяется её конструкцией, то долговечность и надёжность — во многом качеством изготовления компонентов.
Насос ГУР как ключевой компонент системы гидроусиления
Насос поддерживает циркуляцию жидкости и создаёт давление, которое приводит в действие силовой гидроцилиндр. Во вращение он приводится двигателем автомобиля через ремённую передачу. Существуют также электрогидравлические системы (ЭГУР), в которых насос вращается электромотором. Главное преимущество таких систем в том, что насос не работает непрерывно, а включается автоматически, когда в этом есть необходимость.
Устройство пластинчатого (лопастного) насоса ГУР: пластины прижимаются к стенкам корпуса центробежной силой. Фото: loginov-rocks/DRIVE2
Как и к любому компоненту автомобиля, к насосу ГУР предъявляется комплекс требований:
— поскольку насос всегда работает вместе с двигателем, его ресурс должен быть соответствующим;
— износ механизма насоса не должен отражаться на его производительности;
— продукты износа не должны мешать работе других механизмов;
— при работе он не должен сильно шуметь;
— устройство насоса и технология его изготовления должны быть удобными для массового производства.
Работу насоса можно увидеть в этом коротком видеоролике:
Как на практике понять, что система ГУР не работает как надо
Неполадки в работе гидроусилителя явно отражаются на рулевом управлении: руль становится тяжёлым. Если это произошло, функционирование гидроусилителя серьёзно нарушено, однако многие неисправности ГУР проявляются раньше, чем тяжелеет «баранка». Наиболее частые симптомы таковы:
— подтекание жидкости, в том числе через сальник насоса;
— повышенный и необычный шум ГУР при работе, усиливающийся при повороте руля;
— ослабление и проскальзывание ремня привода;
— завоздушивание жидкости (появление пены в бачке ГУР).
На практике рулевой механизм с гидроусилителем — устройство очень надёжное и, как правило, не нуждающееся в сложном обслуживании. Даже при полном отказе ГУР автомобиль сохраняет управляемость и можно продолжать путь, хотя для поворота руля придётся прилагать большие усилия, особенно когда машина стоит на месте, движется с малой скоростью или по бездорожью.
Обслуживание гидроусилителя описывается в руководстве по эксплуатации автомобиля:
— проверяйте уровень жидкости в бачке;
— следите за герметичностью системы, подтекания незамедлительно устраняйте;
— проверяйте натяжение приводного ремня, регулируйте его в соответствии с регламентом;
— меняйте жидкость и фильтр в соответствии с указаниями завода-изготовителя, используйте только рекомендованные марки жидкостей.
Это общие для всех ГУР рекомендации, однако для конкретных моделей машин могут быть дополнительные специфические мероприятия — информацию о них ищите в руководстве по эксплуатации вашей машины.
Насосы ГУР в продуктовой линейке Hella
Компания Hella выпускает насосы гидроусилителя руля для множества моделей автомобилей. Вернее, для рулевых систем крупных производителей, которые устанавливаются в эти автомобили.
Пример насоса ГУР с ремённым шкивом из каталога Hella. Здесь модель для рулевого управления от ZF в Mercedes-Benz Sprinter/Viano/Vito. Источник: Hella
Мы уже убедились, что устройство насоса ГУР принципиально не такое уж и сложное — вся хитрость в точности изготовления деталей и в качестве используемых материалов.
Если, например, лопатки насоса не будут плотно прилегать к стенкам корпуса, насос не сможет выдавать в систему необходимое давление жидкости, которое на легковых автомобилях достигает 100 атмосфер. Если металл, из которого сделаны лопатки будет не соответствовать требованиям по прочности и износостойкости, очень быстро жидкость засорится стружкой, и заменой насоса ремонт не ограничится — для удаления стружки придётся разбирать всю систему.
Для потребителя проблема в том, что «на глазок» определить качество изготовления насосов невозможно. Единственный выход — покупать продукцию солидного производителя, не разменивающего свою репутацию на халтуру.
Чтобы подобрать насос ГУР для своего автомобиля, воспользуйтесь каталогом Hella:
1) зайдите на сайт и в списке выберите свой автомобиль: марку, модель, год выпуска, двигатель и т. д.;
2) в разделе «Тип продукта» отметьте пункт «Гидравлический насос, рулевое управление».
Если вы знаете артикул гидравлического насоса (он написан на самом насосе) и хотите узнать детали о нём, введите артикул в строку поиска, чтобы открыть карточку продукта.
Подобрать насос ГУР производства Hella можно в каталоге компании, а приобрести — у официальных дилеров. Источник: Hella