Устройство гидроусилителя руля

Составные части усилителя. Виды ГУР

В общем, основной задачей усилителя на легковом авто является повышение безопасности, а уже потом только – обеспечение комфортабельности.

Устройство гидроусилителя руля включает в себя несколько основных составных элементов:

• насос;
• распределитель;
• силовой цилиндр;
• соединительные трубопроводы.

Элементы гидроусилителя

На технике использовалось два типа гидроусилителей:

1. Комбинированный (интегрированный).
2. Раздельный.

Комбинированный тип отличается тем, что распределитель и цилиндр интегрированы в рулевой механизм, что позволяет в значительной мере уменьшить металлоемкость конструкции и сделать ее более компактной. Благодаря этому он получил широкое распространение, в том числе и на легковых авто.

Раздельный тип применялся на ряде грузовых авто. Его особенность заключена в том, что силовой цилиндр – отдельный элемент, взаимодействующий с приводом рулевого управления. Но из-за такого решения, конструкция ГУР получилась более громоздкой, поэтому на легковых авто она не используется.

Насос

Из названия усилителя понятно, что основным рабочим элементом в этом механизме является жидкость. Поскольку она несжимаема, то при создании давления можно получить усилие, которое и будет выполнять требуемую функцию.

И давление это создается насосом. В более простой схеме механизма насос имеет ременной привод от коленчатого вала. Этот элемент конструкции может быть шестеренчатым (менее распространенный тип) или роторным (он же лопастной). Чаще всего на авто используется второй вариант.

Устройство насоса гидроусилителя роторного типа очень простое. Основными его элементами являются корпус с подающим и выходным штуцерами и вал, на одном конце которого установлен приводной шкив, а на другом – ротор с лопастями. Этот ротор располагается в камере особой формы — статоре (его роль выполняет корпус). За счет этой формы статора и обеспечивается нагнетание жидкости, которая затем подается на выходной штуцер, ведущий на распределитель.

Лопастной насос гидроусилителя

Недостатком насоса, приводимого от коленчатого вала, является изменение создаваемого давления в зависимости от оборотов мотора. Из-за этого создаваемое ГУРом усилие на малых оборотах является недостаточным, а на высоких – чрезмерным, что приводит к появлению такого эффекта, как «пустой руль» («обратная связь» рулевого управления – отсутствует, поэтому информативность рулевого управления очень мала).

Принцип работы шестеренчатого и роторного насосов

Чтобы устранить этот недостаток, в устройство насоса гидроусилителя включен регулятор давления, поддерживающий его в заданном значении. Функционирует он очень просто – при превышении давления, регулятор, смещаясь, открывает перепускной канал между подающим и выводным каналами и часть давления сбрасывается.

Распределитель

Жидкость под давлением, созданным насосом, подается на распределитель. В задачу этого составного элемента входит распределение потока жидкости в зависимости от положения рулевого управления. Наибольшее распространение на легковых авто получил золотниковый распределитель поворотного типа. Этот узел является промежуточным звеном между валом колонки и шестерней рулевого механизма.

Устройство распределителя рейки

Состоит распределитель из двух элементов – вала и поворотного золотника. Эти элементы насажены на торсион, который соединяет между собой вал колонки и шестерню.

К распределителю подходит подающий штуцер от насоса, обратка (по ней жидкость возвращается снова в насос) и два вывода, ведущих на силовой цилиндр.

Схема работы распределителя

Суть работы распределителя такая: при вращении руля сопротивление, идущее от колес, приводит к скручиванию торсиона, что в свою очередь обеспечивает проворот золотника относительно вала распределителя. Из-за этого одни каналы открываются, а вторые закрываются, то есть, происходит перераспределение потока жидкости.

Цилиндр

Силовой цилиндр выполняет роль исполнительного элемента. В комбинированном типе ГУР он полностью интегрирован в рулевой механизм. В качестве поршня выступает рулевая рейка, на которой дополнительно имеется шайба с уплотнителями, а цилиндра – корпус. Поршень делит цилиндр на две камеры, соединенных трубопроводами с распределителем.

Что делать, если насос гидроусилителя руля гудит после замены?

Если была выполнена смена насосного механизма ГУР своими руками, а шум остался, есть несколько вариантов. Иногда это связано с ошибкой, допущенной при установке механизма либо использованием менее густой смазки. При длительной эксплуатации между плоскостью статорного кольца и пластинами роторного устройства появляется выработка. Образование неровностей на поверхности механизма может привести к вибрированию пластин.

Для решения проблемы необходимо залить качественное масло, которое рекомендовано производителем авто. Появление шумов иногда связано с заменой магистрали высокого давления ГУР, сам патрубок может быть некачественным. Возможно, вместо необходимой трубы был установлен обычный гидравлический шланг. Это приведет к образованию пробок и появлению шумов. Чтобы ликвидировать проблему, от завоздушивания необходимо избавиться.

Назначение и особенности конструкции

Гидроусилитель руля предназначается не только для облегчения водителю управления машиной при маневрах на дороге, но и для того, чтобы смягчались удары от неровностей и поврежденного дорожного покрытия

Особенно важно, что гидроусилитель значительно снижает вероятность аварии при разрыве шины, в первую очередь на передних колесах

ГУР — это закрытая гидросистема, в состав которой входят:

• бачок, в который заправляют гидравлическую жидкость;
• регулятор давления;
• управляющий золотник;
• насос;
• силовой цилиндр.

Основной агрегат конструкции гидроусилителя — насос. Он обеспечивает перекачку жидкости из бачка в трубопроводы и ее дальнейшее движение под большим давлением по кольцу. Тип применяемых механизмов — шиберные или пластинчатые агрегаты. Они имеют достаточный уровень КПД и небольшой износ рабочих поверхностей. В то же время у них есть слабое звено, возможен выход из строя подшипника, из-за чего нужен ремонт насоса гидроусилителя.

Рабочее давление в насосах этого типа, предназначенных для системы ГУР, высокое, по максимуму в пределах 150 бар. В движение такой агрегат приводится ремнем, который крутит одновременно генератор и помпу.

Зазоры, которые установлены на заводе при сборке, должны сохраняться в промежутке 0,005—0,01 мм. Если зазор будет увеличиваться и станет превышать допустимый на 0,01 мм, тогда возможно падение давления в системе на малых оборотах, это ощущается на руле, как увеличение нагрузки или языком профессионалов — «тугой» руль.

Ремонт рулевого редуктора гидроусилителя руля (своими руками)

Рулевой редуктор — главная часть автомобиля. Совместно с другими частями рулевого управления, гарантирует плавное и комфортное управления автотранспортным средством.

Его цель — помогать водителю с усилиями поворачивать руль, то есть облегчает этот процесс.

Как отремонтировать редуктор ГУРа

Ремонт редуктора очень сложный процесс. При его починки нужна ювелирная работа и терпение. Если у вас недостаточно знаний, то предоставьте эту работу специалистам, а если опыт есть, то следует:

Отрегулировать рулевой редуктор при люфте или странных звуках. Для этого дела потребуется помощник и набор инструментов.

Далее нужно отпустить контргайку и закрутить регулировочный винт.

Если регулировка редуктора вам не помогла или вы заметили течь технической жидкости, то данный участок необходимо разобрать. Для этого:

Снимаем заглушку вала, стопорную гайку и кольцо.

Выбить вал и извлечь нижний сальник.

Убрать стопорный штифт и кольцо, дальше выдерните верхний сальник.

Почистить все компоненты и заменить уплотнительные детали, втулки и подшипники.

Собираем редуктор гидроусилителя в обратной последовательности.

Дефекты вала и зубчатое зацепление можно определить с помощью специального оборудования, которое имеется только у специалистов в автосервисах. Так что при ремонте своими руками состояние компонентов придётся определять «на глаз».

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.

Гидроусилитель руля: что это и из чего состоит

Гидравлический усилитель руля – часть рулевого механизма, которая облегчает управление машиной при повороте, наезде на неровности дороги. Гидроусилитель снижает усилия, которые прилагает водитель на рулевое колесо во время движения. При наличии исправного гидроусилителя водителю гораздо комфортнее ездить, меньше нагрузка на руки, легче процесс парковки.

Составляющие ГУР:

• Насос. Основная часть системы. Ремень, соединяющий усилитель с коленвалом, приводит в действие насос, поэтому весь механизм работает при повороте;
• Распределитель. Насос под высоким давлением подает масло в распределитель, чувствительный к уровню и степени загрязнения масла. Если рулевые тяги находятся по бокам рейки, то поршень — по центру корпуса. Может быть другой тип распределителя. Когда поршень находится сбоку, а тяги по центру рейки;
• Рулевой механизм;
• Рулевая сошка. Она же соединительная тяга. Основная часть механизма, которая выполняет функцию передачи усилия от вала сектора к продольной тяге;
• Соединительные шланги. Отвечают за циркуляцию жидкости по всему механизму. Соединяют бачок с гидравлической жидкостью с насосом, распределителем и гидроцилиндром;
• Бачок для гидравлического масла. Из бачка масла попадает во все составляющие механизма, смазывая все детали, а затем возвращается в резервуар.

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.

Признаки и причины неисправностей

Считается, что пластинчатый агрегат — это долговечный механизм, однако, если допущены нарушения его эксплуатации, то возможно возникновение разных аварийных случаев. Выход из строя насосного агрегата гидроусилителя руля возможен по нескольким причинам, как то:

• утечка жидкости и понижение его уровня в бачке и трубопроводах;
• рабочая жидкость длительное время не меняется, а также применяется материал не соответствующий инструкции для этого агрегата;
• попадание посторонних примесей в систему;
• отсутствие движения жидкости и возможный перегрев гидроагрегата.

Выход из строя насоса ГУР определяется достаточно просто. Эти признаки сразу определяются автовладельцем.

1. На малых или холостых оборотах на руле возникают повышенные, по сравнению со штатной ездой, усилия при повороте колес. При увеличении оборотов двигателя усилия пропадают.
2. При вращении рулевого вала возникает неприятный посторонний звук.
3. Обнаруживается характерное подтекание рабочей жидкости по ее пятнам на деталях двигателя или дорожном покрытии.
4. Появляется свист подшипника. При снятом ремне и покачивании вала насоса обнаруживается люфт.

При появлении подобных признаков водитель должен произвести внешний осмотр всей системы ГУРа и принять решение, нужен ли ремонт насоса ГУР, или надо заниматься другими частями этой конструкции.

Сравнение усилителей рулевого управления разной конструкции.

Удобство и безопасность управления

Все типы усилителей рулевого управления «подчиняются» только повороту руля, реакции управляемых колёс на них не действуют или действуют очень незначительно.

В автомобилях, оборудованных ГУР, с целью снизить усилие, которым водитель поворачивает руль, выводя машину из поворота, и для поддержания устойчивости прямолинейного движения, конструкторы увеличили схождение управляемых колёс, увеличили кастор и шаг винтовых канавок в зацеплении «винт — шариковая гайка».

Это создаёт у водителя впечатление обратной связи, «информативности» руля и чувство непосредственного управления.

Электронное управление ЭУР обеспечивает возможность его настройки в зависимости от условий и скорости движения. Чем больше скорость — тем меньше усилие ЭУР и «тяжелее» руль. В городских условиях водитель может отключить ЭУР от датчика скорости, и руль будет постоянно «лёгким».

В программу управления ЭУР можно ввести функции возвращения руля в «ноль» и удержания колес в среднем положении при разном давлении в шинах.

Надёжность

Детали усилителей руля любого типа и конструкции подвержены механическому износу.

В гидравлических усилителях к этому добавляется постепенное ухудшение свойств рабочей жидкости и износ манжет и уплотнений.

При удерживании руля в крайнем положении циркуляция масла прекращается, резко поднявшееся давление в системе может разорвать рукав высокого давления.

Понижение уровня масла в результате утечки вызовет работу насоса «всухую» с немедленным задиром поверхностей ротора и корпуса.

О выходе ГУР из строя водитель узнаёт последним, и если это произойдёт на большой скорости — аварийная ситуация неизбежна.

Бесщёточные, с внутренним обдувом, электродвигатели ЭУР надёжно защищены от перегрузок тремя барьерами — предохранителями в цепи питания, электронным блоком управления и общей программой процессора (контроллера) автомобиля.

При возникновении проблем ЭБУ уменьшает число оборотов электромотора, на приборной панели загорается соответствующий символ, водитель успевает отреагировать снижением скорости и торможением.

Существует ряд мнений, что достоинством той или иной конструкции является возможность управлять машиной при выходе усилителя руля из строя.

Топливная экономичность

ГУР потребляет часть мощности двигателя на вращение насоса, создающего высокое давление в гидросистеме.

Основной недостаток гидравлических усилителей — насос высокого давления работает, если вращается коленчатый вал двигателя. Движется ли машина или стоит неподвижно на холостых оборотах — ротор насоса крутится, срабатывая собственный ресурс.

Электродвигатель ЭУР включается электроникой только на время поворота руля, при стоянке в пробке или движении по прямой он не работает.

Существует тезис о повышенном расходе топлива автомобилями, оснащёнными гидравликой в рулевом управлении. При этом не учитывается, что киловатты, «съедаемые» электромотором ЭУР и непрерывно потребляемые системами управления, тоже произведены коленвалом, вращающим генератор.

Никто не проводил ходовых испытаний одинаковых авто с одинаковыми двигателями, но разным типом усилителя рулевого управления, поэтому достоверных данных о «прожорливости» машин с ГУР не существует.

Область применения

Гидравлические рулевые устройства, в последнее время, практически не применяются в переднеприводных автомобилях с подвеской типа «МакФерсон» и рулевым механизмом реечного типа. Исключение — ЭГУР.

В транспортных средствах, где поворот управляемых колёс осуществляется рулевой трапецией, — в полноразмерных внедорожниках, средних и тяжёлых грузовиках — передние колёса поворачиваются с помощью ГУР.

Перспективы развития

Гидравлические конструкции — тупиковая ветвь автомобильного прогресса.

Современные электронные системы безопасности движения, торможения, объезда препятствий и парковки требуют и электронного рулевого управления.

Развитие гибридного привода, появление электромобилей и машин с элементами искусственного интеллекта в управлении — лишили «гидравлику» места под капотом.

БМВ: дизель или бензин — что лучше?

Судя по отзывам владельцев тех или других моделей семейства БМВ, предпочтение отдают именно бензиновому варианту. Хотя, опять же, это, скорее всего, дань традиции. Бензиновый агрегат, естественно, куда как сильнее своего дизельного «собрата». Если хочется почувствовать «дух скорости» то следует выбирать именно машину на такой тяге. Однако такая «лошадка» любит хорошо кушать – потребление топлива составляет 10–15 литров/100 километров.

В то же время дизельный вариант предлагает более спокойную и комфортную езду и расход топлива не превысит 6 литров. Но, как замечают владельцы, у такой модели авто на холостом ходу жестко стучит мотор, а в салоне ощущается легкая вибрация. Да и стоимость дизеля на 200–300 тысяч больше, чем у бензинового аналога.

Опрос проводился среди автовладельцев БМВ Х5. Каждый из них подчеркивал достоинства своей модели и недостатки другой. Для БМВ Х5 дизель или бензин — что лучше? Выбрать достаточно непросто. Все зависит от потребностей будущего хозяина.