Устройство и принцип работы гидроусилителя рулевого управления

Возможные неисправности ГУР

О неисправностях системы могут свидетельствовать следующие признаки:

• тугой поворот рулевого колеса;
• шум при поворотах;
• вибрация и толчки на руле;
• плохая отзывчивость управляемых колес.

Чаще всего в ГУР происходят следующие поломки.

• Ослабление или износ приводного ремня гидронасоса. «Лечится» заменой на новый. О поломке свидетельствуют обратные толчки при поворотах на руле, необходимость прикладывать более серьезное усилие.
• Поломка насоса. Устраняют проблему с помощью ремонта или полной замены детали. О ней свидетельствует затруднительный поворот руля из нейтрального положения или более тяжелое вращение в какую-либо одну из сторон. Например, если сломались сальники, достаточно их заменить. Если насос по каким-либо причинам получил механические повреждения, придется менять его целиком.
• Наличие воздуха в системе. «Лечится» полной заменой жидкости. О проблеме может свидетельствовать более тугой руль или сильная отзывчивость на толчки и вибрацию.
• Недостаточный уровень масла. Устраняется дозаправкой бачка. Также проблема может быть вызвана утечкой на одном из участков системы или самопроизвольным сбросом давления с помощью редукционного клапана. В таком случае автомобиль потребует более серьезного ремонта. Он заключается в регулировке или замене клапана, восстановлении целостности гидросистемы.

Что лучше: ГУР или ЭУР?

Электрический
усилитель в отличие от гидравлического устанавливается на рулевую колонку / рейку,
а крутящий момент передается торсионным валом.

Электроусилитель
руля состоит из электрического двигателя, ЭБУ, датчиков для определения угла
поворота и крутящего момента.

Суть работы
заключается в том, что механизм передает усилие, его фиксирует датчик,
отвечающий за показания крутящего момента, информация попадает в электронный
блок управления. А блок управления решает, грубо говоря, сколько тока выделить,
чтобы можно было легко провернуть рулевое колесо.

Так что же лучше —
электрическая система управления или гидравлическая?

Особенности ГУР
таковы:

• недорого стоит;
• имеет больший запас
  мощности, что является существенным плюсом для более крупной техники –
  микроавтобусов, внедорожников, грузовой техники;
• требует постоянного
  контроля состояния – уровня жидкости, приводного ремня и других деталей,
  подверженных износу;
• напрямую зависит от
  работы двигательной системы автомобиля;
• расходует энергию
  двигателя даже при движении по прямой, так как насос ГУР работает
  постоянно;
• сложность выполнения
  поворота растет вместе со скоростью.

Кроме того,
движение с ГУР требует соблюдения некоторых правил — например, нельзя
удерживать руль в крайнем положении, так как рабочая жидкость в этом случае
может «закипеть».

Особенности ЭУР следующие:

• простота конструкции и
  компактность – никаких шлангов, масла, насосов;
• высокая стоимость;
• дорогой ремонт;
• малая мощность, что
  делает невозможной установку на крупные автомобили;
• возможность настройки
  работы под конкретный стиль вождения;
• рулевое колесо
  «чувствуется» даже на высоких скоростях, за что ЭУР заслужил признание гонщиков.

Электрический
механизм рулевого управления значительно экономит топливо.

Так как
функционирование системы контролируется ЭБУ, во время движения без
маневрирования электрический усилитель находится в «спящем» состоянии, что снижает нагрузку на двигатель автомобиля.

Чаще всего ЭУР
комплектуются более дорогие модели легковых автомобилей, так что не каждому
выгодно покупать машину с электроусилителем. Но если с деньгами нет проблем, то выбор напрашивается сам собой.

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:

• Во время вождения на рулевом колесе чувствуются сильные толчки;
• Для поворота рулевого колеса необходимо прилагать серьезные усилия, или же оно, наоборот, поворачивается чрезмерно легко;
• Руль вибрирует, «шумит» или же с трудом возвращается в исходное положение;
• Рулевое колесо время от времени поворачивается самостоятельно.

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. 

Предъявляемые требования

Думаю, если вам этот материал окажется полезным, будет создана еще одна статья. В ней мы говорим о том, какие неполадки могут случаться с этим узлом.

К примеру, мы уже отдельно изучали причины скрипа руля при вращении. Еще отдельно рассматривался вопрос, когда руль не возвращается в исходное положение. В этих случаях потенциальным виновником также часто выступает гидрач.

Чтобы ГУР обеспечивал надежную и качественную работу, он должен соответствовать определенным требованиям. Среди них:

• надежность и качество сборки;
• бесшумность;
• простота даже самостоятельного обслуживания;
• минимально возможные габариты;
• экологичность;
• автовозврат руля в исходное положение;
• плавность;
• пропорциональность усилий;
• сохранение работоспособности рулевого узла при поломке ГУР и пр.

Действительно важные требования. И если даже ГУР перестал им соответствовать, у водителя должна сохраняться возможность доехать до ближайшего СТО или своего гаража, к примеру. А не просто стоять и на холостых оборотах дожидаться эвакуатор.

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 . 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 такое ГУР

Вначале кратко рассмотрим рулевого управления. Как уже говорилось, система замкнутая, а значит, находится под давлением. В ГУР входит насос, с гидроцилиндром, бачок с запасом жидкости, регулятор давления (перепускной клапан), управляющий золотник, а также напорный и обратный трубопроводы.

Схема устройства ГУР

При повороте руля управляющий золотник вращается, переключая гидравлические потоки. Гидроцилиндр интегрируется с рулевой рейкой и работает в обоих направлениях. Насос имеет ременной привод от двигателя и создает рабочее давление в системе. Перепускной клапан регулирует давление, отводя излишки жидкости при необходимости. В качестве жидкости в системе применяется специальное масло.

Виды и их особенности

Как отмечено, в устройстве ЭУР применяются одни и те же составные элементы, но с разной компоновкой. Все применяемые электрические усилители рулевого управления можно разделить на:

• Встроенные в рулевую колонку;
• Монтируемые на рулевой механизм;

Особенность первого типа заключается в том, что все составные части объединены в единую конструкцию, устанавливаемую на рулевой колонке. В таком механизме используется червячная силовая передача, воздействующая на вал рулевой колонки (червяк соединен с ротором электродвигателя, а шестерня, с которой он находится в зацеплении – на валу колонки, после торсиона). Такой тип ЭУР является самым дешевым и его можно встретить на автомобилях бюджетного сегмента.

ЭУР встроенный в рулевую колонку

Что касается усилителей, устанавливаемых на рулевой механизм, то у этих типов конструкция раздельная – датчики установлены на колонке, блок управления располагается где-то в салоне, а двигатель с редуктором расположен на рулевом механизме.

Причем существует несколько типов ЭУР с такой компоновкой:

• С червячным редуктором;
• Двухвальный;
• Шарико-винтовой;

С червячным редуктором

Если рассмотреть общую концепцию ЭУР, установленного на рулевой колонке, и раздельного усилителя с червячным редуктором, то разница между ними сводится лишь к тому, что у второго варианта исполнительное устройство располагается возле рулевого механизма, хотя в нем все также используется червяк с шестерней (установленной на валу рулевой колонки).

Червячный редуктор ЭУР

Двухвальный ЭУР

Двухвальный тип ЭУР с момента появления являлся достаточно популярным, но сейчас он используется значительно реже. Конструктивное исполнение этого типа усилителя очень интересно: сочленение «колонка-рулевой механизм» здесь осталось без изменений (так же, как и на авто без усилителя).

Двухвальный ЭУР от компании ZF

То есть, на конце вала колонки установлена шестерня, которая имеет постоянное зацепление с рейкой. Но в рулевой механизм с другой стороны корпуса монтируется исполнительный механизм, состоящий из электродвигателя, на валу которого тоже установлена шестерня, тоже взаимодействующая с рейкой. Для этого на рейку приходится наносить дополнительный зубчатый сектор.

Схема работы двухвального ЭУР

Работает такой механизм очень просто: водитель, как и на авто без усилителя, посредством шестерни перемещает рейку. В то же время блок управления включает в работу электродвигатель, который благодаря зубчатому зацеплению помогает ее перемещать.

Шарико-винтовой усилитель

Последний тип – шарико-винтовой. В этом ЭУР усилие также передается на рулевую рейку, а не валы колонки. Но делается это при помощи шарико-винтовой гайки. Для передачи усилия используются шарики, движущиеся по винтовой канавке, проделанной на рейке.

Шарико-винтовой ЭУР с ременной передачей

Принцип работы электроусилителя руля этого типа сводится к тому, что усилие, создаваемое электродвигателем, передается на гайку, установленную на рейку (посредством ременной передачи) или же напрямую, когда электромотор встроен в рулевую рейку. В результате гайка начинает вращаться, при этом она из-за конструкции корпуса не может смещаться в продольном направлении. Поэтому вращение гайки приводит к перемещению самой рейки, тем самым и создается дополнительное усилие на рулевом механизме.

ЭУР с шарико-винтовой передачей и встроенным электромотором

В каждом из указанных типов есть определенные достоинства и недостатки, которые сказываются на их распространенности на авто. К примеру, устройство, монтируемое на рулевую колонку отличается дешевизной, но при этом информативность работы у него невысокая. Что касается шарико-винтового ЭУР, то он считается лучшим по информативности, но очень сложный в обслуживании и дорогостоящий.

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.

Преимущества и недостатки

Конкурировать гидроусилителям руля приходится с электрическими усилителями (ЭУР). Недостатков не лишено ни одно из этих устройств

Но ГУР незаменим там, где требуется значительная мощность для усиления, например, на тяжёлых автомобилях или на спортивных, где важно равномерное усилие при быстром вращении, что также требует значительного запаса по мощности

Аналогичный электромотор с редуктором имел бы большую массу, габариты, и сильно нагружал бортовую электросеть.

При этом ГУР с большим трудом поддаётся тонкой настройке, что связано с ограниченными возможностями чисто механического распределителя управляющего давления. Он не может учитывать дополнительные параметры движения, такие как скорость, угол поворота колёс, состояние дорожного покрытия.

Для совмещения полезных качеств ГУР и ЭУР были созданы электрогидравлические системы, где давление насоса создаётся или модулируется чисто электрически, что позволяет управлять им от бортового компьютера. Функции существенно расширяются.

К недостаткам можно отнести и необходимость периодического обслуживания ГУР. Надо вовремя менять масло, следить за сохранностью уплотнений и прочих деталей гидравлики. Но это не так сложно, делается относительно редко, поэтому ГУР продолжают успешно применяться на самых разных автомобилях.

Принцип работы гидроусилителя руля

Теперь, зная общее устройство и функции отдельных компонентов системы ГУР, можно рассмотреть и принцип его работы. На виде-уроке, ниже есть четкое объяснения принципа работы гидроусилителя руля, начиная с 3-й минуты.

1. При работе двигателя насос гидроусилителя руля приводится в движение от коленвала.

2. Во время езды по прямой, когда руль не задействован, гидравлическая жидкость перекачивается «вхолостую», от насоса на золотниковый клапан, от него сразу на обратную магистраль и в расширительный бачок. Небольшая часть «подкачивается» в гидроцилиндр, чтобы в нём всё время поддерживалось рабочее давление.

3. При повороте руля поворачивается вал распределителя и торсион. При этом открываются каналы, по которым жидкость под давлением поступает в одну из рабочих половин гидроцилиндра. В ней нарастает давление, во второй половине давление уменьшается (жидкость стравливается в сливную магистраль), поршень перемещается и доворачивает рулевую рейку и колёса. Работа ГУР при повороте руля вправо Работа ГУР при повороте руля влево
4. При длительном повороте, когда водитель продолжает держать руль вывернутым, гидросистема приходит в равновесие: в цилиндре уравнивается давление между двумя камерами, и жидкость циркулирует по малому кругу. При обратном движении руля гидроусилитель вновь сработает, возвращая рулевую рейку и колеса к прямолинейному движению.

Как правильно выбрать жидкость для гидроусилителя руля

Чтобы разобраться, какая жидкость в гидроусилителе руля следует изучить техническую информацию или рекомендации автопроизводителя. Только при использовании такого масла можно быть уверенным в надежной работе системы ГУР. Следует также отметить, что если в гидроусилитель руля нового авто залить жидкость, которая не соответствует требованиям автопроизводителя, то можно лишиться гарантии на машину.

Собственники автомобилей часто интересуются, можно ли смешивать разные типы масла для ГУР.

Нужно отметить, что смешивание допускается только в крайних случаях и при соблюдении следующих правил:

• Недопустимо совмещение минеральных и синтетических масел, даже если их цвет одинаков.
• С некоторой долей условности можно соединять масла одинаковые по цвету со сходной основой (минеральные с минеральными, синтетику с синтетикой).
• Условно допускается смешивание красного и желтого масла, если они имеют одинаковую основу.
• Условно разрешается соединение одинаковых масел, которые выпущены разными производителями.
• Запрещается смешивание зеленого масла ГУР с жидкостями других оттенков.

Почему, так важно знать, какая жидкость заливается в гидроусилитель руля? Дело в том, что разные масла отличаются по своему химическому составу и при смешивании могут происходить непредсказуемые реакции (жидкость может стать слишком густой, потеряет смазывающие или антикоррозийные свойства, выпадет нерастворимый осадок и т.д.). В результате ГУР выйдет из строя и потребуется дорогостоящий ремонт узла.. Именно с учетом, описанных выше факторов, мы говорим, что смешивание разных жидкостей гидроусилителя допускается условно

Даже одинаковы по цвету и основе масла разных производителей могут включать разные присадки, которые несовместимы между собой

Еще раз отметим, что заливать в ГУР разные масла стоит очень осторожно и только в случае крайней необходимости

Именно с учетом, описанных выше факторов, мы говорим, что смешивание разных жидкостей гидроусилителя допускается условно. Даже одинаковы по цвету и основе масла разных производителей могут включать разные присадки, которые несовместимы между собой

Еще раз отметим, что заливать в ГУР разные масла стоит очень осторожно и только в случае крайней необходимости.

Принцип работы ГУР

Если автомобиль находится без движения, двигается прямо, насос перекачивает вхолостую гидравлическое масло внутри системы. Когда рулевое колесо приходит в движение, начинает закручиваться торсион, а золотник поворачивается относительно гильзы распределения. Одновременно открываются соединительные шланги, по которым масло из бачка попадает в определенную камеру в силовом цилиндре (это зависит от того, в какую сторону маневрирует автомобиль под действием поворота руля). А из другой камеры одновременно по открытым протокам гидравлическое масло попадает в бачок. Поршень цилиндра перемещает рулевую рейку, с одновременной передачей усилия рулевым тягам, поворачивающим колёса.

Если авто маневрирует на невысокой скорости, то КПД гидроусилителя руля максимален. Это достигается возрастанием количества оборотов электродвигателя насоса. Увеличение его производительности способствует интенсивному притоку гидравлической жидкости в цилиндр и сила, прикладываемая к повороту руля, уменьшается в разы. Повышение скорости движения машины снижает частоту вращения электродвигателя, при этом в действие вступает электромагнитный клапан, который уменьшает проходимость каналов гидросистемы, а для поворота руля приходится прикладывать больше усилий.