Устройство гидроусилителя руля

Сейчас практически все выпускаемые автомобили оснащены гидроусилителем руля (сокр. ГУР). Этот механизм позволяет значительно снизить усилие водителя на рулевом колесе при управлении автомобилем, тем самым делая вождение более комфортным.

Изначально гидроусилитель руля устанавливался исключительно на грузовые автомобили и спецтехнику, так как сопротивление при изменении положения колес, особенно на малых скоростях на такой технике, очень велико, водитель просто не мог без приложения значительного усилия повернуть управляемые колеса.

Усилитель руля теперь устанавливается и на легковые автомобили. В целом на легковых автомобилях усилие, необходимое для поворота колес, невелико и управление автомобилем, не оборудованным гидроусилителем руля, не вызывает затруднений. То есть как будто этот механизм не особо нужен, но имеет очень положительное качество, за счет чего усилитель по большей части распространился на легковые автомобили. Все сводится к тому, что гидроусилитель руля позволяет поддерживать прямолинейное движение автомобиля при взрыве покрышки ведущей оси, и не забывать о стремлении человека к максимальному комфорту.

Составные части усилителя. Виды ГУР

Вообще, основная задача усилителя в легковом автомобиле - повысить безопасность и только потом обеспечить комфорт.

Устройство гидроусилителя руля включает в себя несколько основных узлов:

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

Элементы гидроусилителя руля

По технике применялись гидроусилители двух типов:

1. Комбинированный (интегрированный).
2. Отдельный.

Комбинированный тип отличается тем, что распределитель и цилиндр интегрированы в рулевой механизм, что значительно снижает металлоемкость конструкции и делает ее более компактной. Благодаря этому он получил широкое распространение даже в легковых автомобилях.

Отдельный тип использовался на ряде грузовиков. Его особенность заключается в том, что силовой цилиндр представляет собой отдельный элемент, взаимодействующий с рулевой трансмиссией. Но из-за этого решения конструкция гидроусилителя руля оказалась более громоздкой, поэтому на легковых автомобилях она не применяется.

Насос

Из названия усилителя понятно, что основной рабочий элемент в этом механизме - жидкость. Поскольку он несжимаемый, при создании давления можно получить усилие, которое будет выполнять требуемую функцию.

И это давление создается насосом. В более простой схеме механизма насос имеет ременной привод от вала двигателя. Этот структурный элемент может быть приводным (реже) или вращающимся (он же лопасть). Чаще всего на автомобиле используется второй вариант.

Устройство насоса гидроусилителя роторного типа очень простое. Его основными элементами являются корпус с подающей и выходной арматурой, а также вал с ведущим шкивом на одном конце и ротор с лопастями на другом. Этот ротор находится в камере особой формы - статоре (его роль выполняет корпус). Благодаря такой форме статора перекачивается жидкость, которая затем подается к выходному патрубку, ведущему к распределителю.

Пластинчатый насос гидроусилителя руля

Недостатком насоса, приводимого в действие валом двигателя, является изменение создаваемого давления в зависимости от скорости двигателя. По этой причине усилие, создаваемое гидроусилителем руля на низких оборотах, недостаточное, а на высоких - чрезмерное, что приводит к появлению такого эффекта, как «пустой руль» (отсутствует «обратная связь» рулевого управления, следовательно, информативность руля очень мала).

Принцип работы шестеренчатых и роторных насосов

Для устранения этого недостатка в устройство насоса гидроусилителя руля включен регулятор давления, который поддерживает его на определенном значении. Работает он очень просто: при превышении давления регулятор, перемещаясь, открывает байпасный канал между подающим и выпускным каналами и часть давления сбрасывается.

Распределитель

Жидкость под давлением, создаваемая насосом, подается в распределитель. Задача этого компонента - распределять поток жидкости в зависимости от положения рулевого. Наиболее распространенным в легковых автомобилях является распределитель роторного типа. Этот узел представляет собой промежуточное звено между валом колонки и рулевым механизмом.

Устройство ж / д распределителя

Распределитель состоит из двух элементов: вала и поворотного клапана. Эти элементы установлены на торсионе, который соединяет вал колонны и шестерню.

Для распределителя подходят подводящий патрубок от насоса, возвратный трубопровод (через который жидкость снова возвращается в насос) и два выхода, ведущие к силовому цилиндру.

Схема работы дистрибьютора

Суть распределителя заключается в следующем: при вращении рулевого колеса сопротивление со стороны колес приводит к закручиванию торсиона, который в свою очередь обеспечивает вращение мотовила относительно вала распределителя. Из-за этого одни каналы открываются, а вторые закрываются, то есть происходит перераспределение потока жидкости.

Цилиндр

Силовой цилиндр действует как исполнительный элемент. В комбинированном типе гидроусилителя он полностью встроен в рулевой механизм. Рулевая рейка служит поршнем, на котором дополнительно установлена ​​шайба с уплотнениями, а цилиндр - корпусом. Поршень делит цилиндр на две камеры, соединенные трубками с распределителем.

Принцип работы

А теперь о том, как все между собой взаимодействует. Усилитель руля - это герметичный механизм, в котором жидкость циркулирует по кругу. Но в определенных режимах количество жидкости меняется, поэтому такие перепады компенсируются расширительным бачком (он же заправочный бачок). Этот резервуар обычно находится на насосе, но его также можно снять.

В целом гидроусилитель руля имеет два режима работы:

• Прямое движение. В этом режиме катушка соединяет все подходящие каналы. Жидкость в распределителе сразу же подается в обратную линию и возвращается в насос. Причем часть его подается в обе камеры силового цилиндра, обеспечивая в них одинаковое давление;
• Круглый. При вращении рулевого колеса вращается торсион, что приводит к смещению золотника относительно вала. Например, рассмотрите действие механизма при повороте направо. Затем катушка поворачивается, поэтому питающий канал и канал, ведущий в правую камеру гидроцилиндра, соединяются. В этом случае левая камера подключается к обратной. Поток жидкости в правую камеру начинает давить на поршень, увеличивая силу. Из левой камеры, чтобы не было сопротивления давлению, жидкость течет через распределитель и попадает в насос. При этом, если рулевое колесо повернуть не полностью, а лишь частично и оставить в таком положении, торсион раскрутится. Это приведет к возвращению змеевика в исходное положение: соединение всех каналов и давление в камерах силового цилиндра выровняются, но с учетом текущего положения рейки вместе с поршнем.

Схема работы гидроусилителя руля с клапаном сервотроника (штатные системы отличаются только отсутствием предохранительного клапана и сервотроника)

При повороте влево клапан работает противоположно описанному. То есть жидкость под давлением подается в левую камеру цилиндра. Как видите, основная работа гидроусилителя руля ложится на трамблер.

Положительные и отрицательные качества

Некоторые положительные качества использования гидроусилителя в конструкции рулевого управления уже были перечислены, но есть и другие. В целом, преимущества включают:

• Повышенная безопасность (гидроусилитель руля позволяет удержать машину в случае взрыва шины во время движения);
• Снижение усилий, необходимых для выполнения или поддержания маневра;
• Изменение передаточного числа рулевого механизма (для поворота колес на определенный угол необходимо меньше поворота рулевого колеса, чем в механизме без гидроусилителя);
• Удобное управление автомобилем.

У усилителя меньше недостатков, но они довольно существенные:

• ГУР - дополнительный механизм, к тому же он сложен конструктивно и требует обслуживания;
• Некоторые элементы очень чувствительны к загрязнениям, поэтому отказ от работы может привести к поломкам;
• Насос, приводимый в действие валом двигателя, «берет на себя» часть мощности двигателя;
• Усилитель работает только при работающем моторе.

Следует отметить, что благодаря установке распределителя в рулевой коробке можно продолжить движение даже в случае выхода из строя одного из элементов гидроусилителя руля или разгерметизации. В любом случае торсион будет передавать вращение с вала колонки на шестерню механизма, поэтому автомобиль по-прежнему будет контролировать управление, но это увеличит усилие на рулевом колесе.

Еще один недостаток этого механизма - зависимость от частоты вращения коленчатого вала. Решением этой проблемы и следующим этапом развития гидроусилителя стал электрогидравлический усилитель.

Его особенность заключается в том, что привод осуществляется отдельным электродвигателем, который входит в конструкцию насоса. Это позволяет не только поддерживать давление на необходимом значении для всех режимов работы двигателя, но и обеспечивать работу гидроусилителя руля даже при выключенном двигателе.

Кроме того, электрогидравлический усилитель управляется ЭБУ. То есть механизм подстраивается под конкретные условия движения, создавая оптимальное усилие на рулевом колесе и обеспечивая точную передачу информации - «обратную связь». Для этого ЭБУ собирает данные с ряда датчиков, согласно которым он управляет насосом и распределителем.

Несмотря на то, что гидроусилитель конструктивно намного сложнее другого типа усилителя - электрического, за счет обеспечения «обратной связи» он более предпочтителен, поэтому применяется чаще.

Рулевое управление автомобиля

Устройство электроусилителя руля

Строение автомобильных шин

Устройство маховика

Система непосредственного впрыска топлива