зачем нужен гидроусилитель руля в машине
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.
В последнее время, практически все автомобили комплектуются гидроусилителем рулевого управления. Гидроусилитель руля (ГУР) изначально был предназначен для грузовых автомобилей, а также многих всевозможных видов различной техники сельскохозяйственного назначения. В то время данное устройство было предназначено вовсе не для улучшения комфорта. Это связано с тем, что руль многих грузовых автомобилей практически невозможно повернуть без усилителя. Сейчас же он упрощает поворот колес и легковых автомобилей, уменьшая передаточное число механизма и диаметр рулевого колеса. Что же такое гидроусилитель руля и как он работает, а также рассмотрим его достоинства и недостатки.
Как вы уже поняли, изначально он создавался для упрощения поворота рулевого колеса на специальных автомобилях, где он затруднен в связи с большим передаточным числом рулевого механизма. Сейчас же это устройство успешно применяется практически на всех автомобилях, делая их маневреннее и отзывчивее на повороты руля.
Практика показала, что применение гидроусилителя сокращает количество оборотов руля и помогает избежать множества аварийных ситуаций, путем резкого маневра в противоположную сторону. Сделать это с обычным рулевым механизмом даже реечного типа достаточно проблематично.
Схема устройства ГУР
Всего существует два вида гидроусилителей рулевого механизма: стандартный и ЭГУР, который комплектуется специальным электронным блоком управления и электромагнитным клапаном. В целом их конструкция схожа и прекрасно впишется в любой рулевой механизм. Сейчас же, большая часть автомобилей комплектуется рулевой рейкой, поэтому рассмотрим устройство ГУР и ЭГУР на ее примере.
В состав основных частей гидроусилителя входят:
ЭГУР же может дополнительно комплектуется датчиком скорости, электромагнитным клапаном и специальным блоком управления.
Рабочий цилиндр и распределитель устанавливаются на рулевую рейку и представляют с ним единое целое. Назначение насоса заключается в том, чтобы создать необходимое давление жидкости и приводится в движение при помощи ременной передачи от коленчатого вала двигателя.
Как работает усилитель рулевого управления + Видео
После запуска двигателя, масляный насос начинает вращаться и создает давление внутри системы. Если руль стоит прямо, то жидкость просто циркулирует по системе, минуя золотниковую часть устройства. Однако, после поворота руля в какую либо сторону, рулевой вал воздействует на специальный торсион, который открывает золотник в какую-либо сторону. Таким образом, в работу начинает входить одна из полостей рабочего цилиндра, что упрощает усилие, прилагаемое на руль, колеса начинают поворачиваться быстрее.
Как только руль выворачивается до упора, масло достигает пиковой величины давления, оказываемого на рабочий цилиндр. В этом случае, чтобы избежать повреждений, срабатывает специальный клапан, который открывается и выпускает всю рабочую жидкость в свободную циркуляцию внутри системы. После возврата руля в исходное положение, клапан запирается, и рабочий цилиндр давит уже в другую полость, делая поворот руля быстрее.
Отличие электрогидроусилителя состоит в том, что он оборудован системой, которая позволяет менять давление рабочей жидкости внутри системы в зависимости от скорости движения автомобиля. Это осуществляется при помощи датчика скорости, частоты вращения коленчатого вала или датчика угла поворота рулевого колеса. Такое новшество позволяет отключать ЭГУР при движении на большой скорости, чтобы избежать слишком резких маневров и сделать руль более информативнее на какие-либо отклонения. Когда скорость автомобиля равна нулю, или слишком мала, то ЭГУР начинает работать на полную силу, создавая максимально допустимое давление в системе. Контроллер же нужен для более плавного или резкого открытия клапанов в зависимости от скорости движения автомобиля.
Недостатки
Несмотря на все удобство, такое устройство имеет и ряд недостатков. Прежде всего, это ременная передача, которая отбирает у двигателя определенную величину мощности и некоторая часть его КПД затрачивается на приведение в действие насоса. Таким образом, ГУР увеличивает расход топлива автомобиля и снижает его мощность.
Кроме того, гидроусилитель нуждается в тщательном уходе, потому как его неожиданный отказ воспринимается водителем, как клин рулевого колеса. Понимая это не сразу, неопытные шоферы бросаются в панику и допускают случайные столкновения с определенными препятствиями. Прежде всего, нужно поддерживать постоянную затяжку хомутов гидросистемы, а, во-вторых, менять жидкость ГУР два раза в год и следить за состоянием гидронасоса.
Бачок с рабочей жидкостью должен быть обязательно заполнен ею до необходимого уровня, иначе давление будет слишком избыточным или недостаточным.
ГУР: что это такое в автомобиле
Опытным автолюбителям, конечно же, хорошо известно, что такое ГУР в автомобиле, однако новичкам та информация, которую они смогут получить, прочтя текст, расположенный ниже, наверняка даст достаточно подробный и вполне конкретный ответ на этот вопрос. Если говорить в общем и целом, не особенно вдаваясь в подробности, то ГУР необходим для того, чтобы существенно облегчить рулевое управление автомобилем, причем любого типа: обычной легковой малолитражкой, внедорожником или грузовиком. Расшифровывается эта аббревиатура, как «гидроусилитель рулевого управления» и достаточно полно раскрывает суть действия устройства.
Что такое ГУР и зачем он нужен?
Все, кто хоть раз сидел за рулем автомобиля, который не оборудован гидроусилителем (или же электроусилителем) рулевого управления, наверняка замечали, что на малой скорости для поворота рулевого колеса приходится прилагать немалые усилия. В то же самое время если авто движется на достаточно значительной скорости, то наблюдается обратный эффект: руль поворачивается чрезмерно легко, практически безо всяких усилий. Это создает немалые неудобства при управлении автомобилем (особенно неопытными водителями) и, как свидетельствует опыт и статистика, нередко вызывает аварийные ситуации.
Именно поэтому конструкторы еще на заре автомобилизации задумались о том, как же можно нивелировать этот недостаток. В итоге в 1925 году американец Фрэнсис Дэвис догадался поставить на свой личный автомобиль Pierce-Arrow Roadster гидроусилитель рулевого управления. Следует заметить, что конструкция этого устройства уже тогда отнюдь не была какой-то инновацией: дело в том, что задолго до средины двадцатых годов прошлого века гидравлические усилители уже активно использовались на морских судах.
Как устроен ГУР и как он работает?
Конструктивно практически любой гидроусилитель рулевого управления автомобиля состоит из таких основных частей, как:
Гидравлический насос предназначен для того, чтобы создавать в системе гидроусилителя руля необходимое давление и обеспечивать циркуляцию по ней рабочей жидкости (в ее качестве чаще всего выступает масло). В современных автомобилях чаще всего используются гидравлические насосы пластинчатого типа, поскольку они имеют высокий КПД и отличаются длительным сроком эксплуатации. Практически всегда привод к ним осуществляется при помощи ременной передачи от коленчатого вала двигателя автомобиля.
Распределитель, как нетрудно догадаться из его названия, необходим для того, чтобы распределять рабочую жидкость и направлять ее в строго определенные полости гидроцилиндра, а также в бачок. Специалисты различают две разновидности распределителей: осевые и роторные. Если его золотник совершает вращательные движения, то распределитель является роторным, а если поступательные — то осевым. Сам распределитель может размещаться и непосредственно на валу с рулевым механизмом, и среди элементов рулевого привода.
Гидроцилиндр предназначен для того, чтобы под воздействием давления рабочей жидкости (масла) приводить в движение поршень и шток. Этот элемент ГУР или же встраивается непосредственно в рулевой механизм, или же устанавливается между приводом и кузовом автомобиля.
Что касается соединительных шлангов, то они необходимы для того, чтобы обеспечить свободный ход рабочей жидкости по всему механизму. Эти элементы конструкции принято подразделять на шланги низкого и высокого давления. Первый используются для возврата рабочей жидкости после отработки, а по вторым она следует между такими элементами ГУР, как насос, цилиндр и распределитель.
ГУР в работе. В верхней части показано, как золотник распределяет гидравлическую жидкость.
Бачок в системе ГУР представляет собой ни что иное, как емкость, в которой хранится рабочая жидкость (масло), и через которую она циркулирует. В нем имеется специальный фильтр очистки, а также щуп, который необходим для того, чтобы проверять уровень рабочей жидкости.
Принцип работы всех гидроусилителей рулевых механизмов, вне зависимости от особенностей их конструкции, практически одинаков. Если руль находится в центральном положении, то в таком же располагается и центральный золотник ГУР, который удерживают специальные пружины. При этом обеспечивается совершенно свободное перемещение рабочей жидкости по всей системе. Ее циркуляцию обеспечивает работающий насос. Когда происходит поворот руля, золотник перемещается и перекрывает сливную магистраль, в результате чего рабочая жидкость подается в одну из полостей цилиндра под давлением. Это приводит к тому, что под ее воздействием поворачивают и корпус распределителя, и колеса в ту сторону, в которую движется золотник. В тот момент, когда корпус распределителя «настигает» этот самый золотник, подача рабочей жидкости под давлением в цилиндр прекращается, и это означает, что поворот уже выполнен. Руль возвращается в нейтральное положение, золотник — тоже, и через него рабочая жидкость сливается в магистраль.
Читайте также: Почему гудит ГУР при повороте руля на месте и на скорости.
Признаки неисправности и типичные поломки
Гидроусилитель рулевого управления автомобиля представляет собой достаточно сложную по своей конструкции систему, и, несмотря на то, что отличается высокой надежностью, порой может выходить из строя. О том, что ГУР неисправен, можно определить по целому ряду признаков. Основными из них являются следующие:
Как показывает практика, в тех случаях, когда на рулевом колесе ощущаются сильные толчки, причина чаще всего кроется в приводном ремне ГУР: он имеет очень слабое натяжение. Если это так, натяжение требуется восстановить, или же поменять старый, растянутый от времени ремень.
Если рулевое колесо поворачивается с трудом, то, скорее всего, проблема кроется или в том же приводном ремне, или в том, что в бачке содержится недостаточное количество рабочей жидкости. Поэтому необходимо проверить, соответственно, натяжение ремня и уровень масла, а также бачок и соединительные шланги на наличие трещин и возможных утечек.
Если руль вибрирует или «шумит», то, скорее всего, ослабли соединения трубок ГУР. В тех же случаях, когда руль периодически поворачивается самостоятельно, без участия водителя, чаще всего плохо работает насос, и поэтому следует проверить в первую очередь именно его.
Следует заметить, что гидроусилитель руля автомобиля лучше всего не ремонтировать самостоятельно, а обратиться на станцию технического обслуживания. Там опытные специалисты проведут тщательную диагностику ГУР и оперативно устранят все выявленные неисправности. Самостоятельный же ремонт чаще всего оборачивается тем, что гидроусилитель рулевого управления автомобиля начинает работать еще хуже, чем до его проведения.
Читайте также: Скрип при повороте руля на месте или в движении.
Принцип работы гидроусилителя руля автомобиля
Гидроусилитель позволяет увеличить усилие, которое водитель прикладывает к рулю. При использовании усилителя руль будет легко проворачиваться, при этом обратная связь и возможность напрямую воздействовать на рулевую рейку останется.
В гидроусилителе управляющей сигнал подводимый от рулевой колонки усиливается с помощью энергии потока жидкости. Насос нагнетает жидкость из бака и подаёт ее к распределителю. Распределитель позволяет подавать жидкость в одну из полостей гидроцилиндра, шток которого соединён с рулевой рейкой. Рассмотрим подробнее как работают эти устройства.
Насос гидроусилителях
Насос всасывает жидкость из бака и попадает к распределителю. Давление в системе ограничено настройкой предохранительного клапана.
Распределитель
Руль с помощью карданных валов соединён с поворотным золотником. При вращении руля вращается и золотник. На золотнике расположено несколько пазов, через которые и будут соединяться заданные каналы при повороте золотника Золотник размещён внутри поворотной втулки. Во втулке выполнены окна для подвода жидкости к золотнику и канавки, через которые жидкость подводится к отверстиям для присоединения трубопроводов, выполненным в корпусе.
При повороте золотника, он поворачивается относительно втулки, через паз соединяются окна, через которые жидкость от насоса подводится в одну из полостей гидроцилиндра, а из другой полости жидкость отводится на слив.
При прекращении поворота, окна должны закрыться это происходит за счёт того, что втулка объединена с зубчатым колесом рулевой рейки. И при движении колес и рейки поворачивается втулка, в результате чего окна перекрываются. Получается, что при в повороте золотника открываются каналы для течения жидкости, а при повороте колес втулка «догоняет» золотник, и окна перекрываются.
Максимально возможное рассогласование между положением золотника и втулки ограничено. В золотнике выполнен паз в которым перемещается штифт, соединённый со втулкой, при достижении максимального положения штифт упирается в кромку и золотник движется вместе со втулкой. Таким образом сохраняется механическая связь золотника и втулки, позволяющая управлять автомобилем даже в случае отказа гидроусилителя руля.
Гидроцилиндр с рулевой рейкой
В гидроусилителях руля используют гидроцилиндр двухстороннего действия с двухсторонним штоком. Жидкость подводится по трубкам к резьбовым отверстиям, выполненным в гильзе. В гильзе размещены поршень и шток, который соединён с рулевой рейкой или выполнен с ней единой деталью. С торцов уплотнение гильзы и штока обеспечивается манжетами. Для герметичного разделения полостей на гильзе установлены два односторонних или одно двухстороннее уплотнение.
Поддержание постоянного расхода
Скорость поворота колес должна быть постоянна, не зависимо от оборотов двигателя. Но при изменении частоты вращения вала ДВС будет изменяться и подача насоса, поэтому необходимо использовать устройство для поддержания постоянного расхода.
Электромагнитный клапан
Для экономии энергии и снижения давления в тех случаях, когда гидроусилитель не задействуется в систему может устанавливаться электромагнитный клапан с соленоидом. При отсутствии управляющего воздействия, клапан открывается, и жидкость отправляется на слив, давление в системе падает, как только руль сдвигается с места, клапан закрывается и гидроусилитель готов к работе. Быстродействие клапана очень велико, поэтому заметить момент его срабатывания практически не возможно (без применения специальных приборов).