Шиберный насос ГУР: устройство, принцип действия, достоинства и неисправности

На заре автомобилестроения не было такого понятия как усилитель руля. Потому крутить «баранку» иногда было настолько трудно, что в некоторых грузовиках этим занимались два человека. Сегодня практически каждое авто оборудовано подобной системой, среди которых наибольшее распространение получила гидравлическая (ГУР). Одним из важнейших ее элементов является насос. В настоящей статье разговор будет идти о легковых машинах — ГУР в реечном механизме с рулевыми тягами.

Двухконтурный насос ГУР Mercedes-Benz S-Class 2003

Какое место в гидравлическом усилителе руля занимает насос

На легковые автомобили массового производства ставят преимущественно интегрированные версии ГУР, т.е. встроенные в рулевой механизм. Последний чаще всего бывает реечный. (Существует еще раздельный тип, где силовой цилиндр сделан в виде отдельного элемента. Из-за этого система получается более громоздкая и применяется только на грузовиках).

Интегрированный ГУР состоит из следующих узлов и деталей:

1. Распределитель с системой дозирующих каналов. В разрез рулевого вала вставлен торсион (шток, работающий на скручивание). Это следящее устройство, которое воспринимает усилие от поворота руля и передает его на золотник в распределителе. Чем больше угол поворота, тем сильнее закручивается торсион. В результате, в зависимости от направления вращения руля, масло посылается в левую или правую камеру силового цилиндра. Если руль неподвижен, торсион с золотником не поворачиваются и масло циркулирует по малому кругу «распределитель — бачок — насос».
2. Насос с регулятором давления. В качестве рабочей в ГУР заливают жидкость ATF (англ. automatic transmission fluid), хотя вообще-то это масло с присадками. Чтобы система функционировала нормально, в ней надо поддерживать высокое (в среднем 80-140 бар) давление, для создания которого и служит насос. Он приводится в действие двигателем автомобиля, соединенным с ним через ремень со шкивом. Так что при заведенном моторе насос работает постоянно, независимо от того, включается ГУР или нет.
3. Расширительный бачок с фильтром. В него заливают рабочую жидкость, и он же служит для контроля ее уровня. Для этого на крышке закреплен мерный щуп, а на корпусе есть специальные метки. Фильтр внутри бачка защищает систему от возможного попадания в ATF пыли и грязи.
4. Силовой цилиндр двойного действия, в котором двигается поршень. Выполнен в корпусе рейки, имеет места присоединения напорных трубопроводов. Масло может подаваться в камеры с обеих сторон от поршня. Для исключения протечек они закрыты сальниками.
5. Поршень с сальником на рейке. Под давлением ATF, закачанной в одну из камер, он толкает рейку в ту же сторону, в какую она двигается из-за поворота руля. В результате складываются два усилия, действующие на рейку: мускульная сила водителя и давление масла на поршень. За счет этого процесс управления облегчается настолько, что руль можно «крутить одним пальцем». (Это, кстати, без преувеличения).
6. Трубопроводы. Служат для транспортировки масла и объединяют все элементы в единую систему. Обязаны выдерживать высокое давление рабочей жидкости.

Кроме указанных элементов, в ГУР есть шкив, приводной ремень, крепежные детали и т.п.

Принцип действия ГУР

Водитель вращает руль, золотник открывает каналы и направляет масло в «нужную» сторону. ATF заполняет одну из камер в цилиндре и давит на поршень, за счет чего «помогает» поворачивать колеса. Если руль неподвижен, масло в цилиндр не поступает.

Устройство насоса ГУР

Типы насосов

На легковые автомобили иногда ставят шестеренчатые насосы, однако намного чаще встречаются лопастные (шиберные, роторные, пластинчатые) модели двойного действия. Последние слова означают, что за один оборот вала всасывание и нагнетание осуществляется два раза, за счет чего подача становится более равномерной. Такое возможно из-за наличия двух всасывающих и двух выпускных отверстий, разнесенных между собой на 180^о. Подобный насос имеет несложную конструкцию и достаточно высокую производительность, работает надежно и хорошо подходит для вязких жидкостей.

Насосы ГУР: шестеренчатый (слева) и шиберный (справа)

Насос может быть одно- или двухконтурным. В первом случае он обслуживает только ГУР, поэтому менее мощный. Такие модели конструктивно проще и дешевле. Во втором — работает еще и на гидросистему самовыравнивающейся подвески, поэтому отличается более высокой производительностью и стоит дороже.

В некоторых моделях насос сделан вместе с расширительным бачком. Но чаще имеет место раздельное исполнение, при котором бачок монтируют где-нибудь в моторном отсеке. В этом случае и детали компоновать под капотом проще, и насос снимать да обратно ставить легче.

Устройство

Главными элементами лопастного насоса являются:

• Ротор с шиберами (лопастями), которые способны двигаться в пазах.
• Выполненный в корпусе либо отдельно овальный статор.
• Распределительная пластина с впускными и выпускными окнами.

Ротор посажен на вал с подшипниками и вставлен в углубление статора. Сверху эта пара закрыта распределительной пластиной. Снаружи на валу жестко закреплен приводной шкив. Также имеются предохранительный и перепускной клапаны, датчики, уплотнения, патрубки, штуцеры и прочие дополнительные детали. Вся конструкция собрана в герметичном корпусе, закрыта крышкой и стянута четырьмя болтами.

С коленвалом двигателя насос соединяется при помощи клиноременной передачи (бывает еще шестеренчатая, но ее применяют на средних и тяжелых грузовиках). Для привода может использоваться одиночный, сдвоенный либо поликлиновый ремень. Первые два типа встречаются редко. На легковые машины, небольшие коммерческие грузовики и микроавтобусы в основном ставят третий вид.

Регулятор давления

Из-за того, что насос приводится в действие двигателем автомобиля, создаваемое им давление масла напрямую зависит от частоты вращения коленвала. Когда она слишком мала, то воздействие, которое поршень ГУР оказывает на рейку, получается слабым, а если большая — чрезмерным. Из-за этого возникает эффект «пустого руля», который проявляется в незначительной информативности системы рулевого управления из-за отсутствия «обратной связи» между дорожным покрытием и «баранкой».

Для устранения этого недостатка в конструкции насоса предусмотрен регулятор давления. Это фактически перепускной клапан. Если число оборотов коленвала большое и давление рабочей жидкости слишком высокое, он открывает проток между подающим и выпускным каналами, сбрасывает часть масла в расширительный бачок и тем самым понижает давление. Сколько масла уходит через клапан? Впускные и выпускные отверстия в распределительной пластине имеют калиброванные диаметры. Когда производительность связанного с двигателем насоса резко возрастает, все масло просто не успевает выйти в напорный патрубок — то, что остается, отправляется в бачок.

Кроме перепускного, в насосе есть предохранительный клапан. Если давление в системе ГУР повышается из-за неисправностей или засорения рабочей жидкости, он открывается и тоже отводит часть масла в бачок или ко впускному патрубку. Во многих современных моделях насосов для управления клапанами применяются электроприводы с датчиками.

Темная ATF, которую давно надо сменить

Принцип действия насоса ГУР

За счет овальной формы статора, между ним и круглым ротором образуются два серповидных резервуара. Отверстия распределительной пластины рассчитаны так, что всасывающие окна расположены в начале каждого из резервуаров, а выпускные — в конце. Шиберы вставлены в ротор с небольшим зазором, поэтому могут свободно передвигаться в пазах. Когда они выдвинуты, между соседними элементами образуются замкнутые объемы (камеры).

Возле всасывающего окна серповидный участок расширяется. В его начале шиберы задвинуты, расстояние между ротором и статором минимальное, как и объем камеры между лопастями. По мере поворота ротора шиберы выдвигаются, объем камеры увеличивается и создается разрежение. За счет этого рабочая жидкость всасывается во внутреннее пространство, запирается между соседними лопастями и транспортируется до выпускного окна. Перед ним серповидный участок сужается, шиберы «прячутся» в пазы, объем камеры уменьшается. Но количество жидкости в ней остается прежним, поэтому давление многократно возрастает и достигает максимума перед выпускным окном. Камера проходит мимо выпускного окна, и жидкость выталкивается в него с огромной силой.

Далее камера подходит к следующему впускному окну, и процесс повторяется. Незначительная часть масла попадает в шиберные пазы и смазывает их. За счет этого обеспечивается свободное движение лопастей и надежный их прижим к стенкам статора.

Какие требования предъявляются к насосу ГУР

Насос ГУР, как и любой компонент современного автомобиля, должен отвечать определенным требованиям. Т.к. он получает крутящий момент от основного двигателя машины и постоянно работает вместе с ним, то обязан иметь соответствующий ресурс (как правило он составляет 100-200 тысяч километров). По мере использования данный узел, естественно, изнашивается. Но это не должно снижать его производительность.

Также нельзя, чтобы металлические опилки, попадающие в рабочую жидкость, резко ухудшали характеристики усилителя. В плане комфортности насос обязан работать достаточно тихо. Ну и, конечно же, экономический аспект. Насос не должен иметь очень сложную конструкцию. Надо чтобы технология его изготовления была не слишком дорогой и подходящей для массового производства.

Достоинства и недостатки насоса ГУР

Плюсов у шиберного насоса довольно много. Среди основных:

1. Надежный и долговечный.
2. Простая конструкция, компактный.
3. Достаточно большая производительность.
4. Широкий диапазон температур (от — 400^оС до +2000^оС).
5. Высокий, по сравнению с другими моделями, КПД.
6. Экономичный, потребляет мало энергии, недорогой в обслуживании.
7. Может перекачивать вязкие (от 01 до 100 000 сСт) и абразивные (твердые включения — до 500 мк) жидкости.
8. Запускается без предварительной заливки.
9. Работает тихо.

Хотя есть и минусы:

1. Требует высокой точности изготовления деталей.
2. Не способен долго работать без жидкости.
3. При заведенном двигателе автомобиля работает постоянно.
4. Забирает часть полезной мощности мотора и повышает расход бензина.
5. Создаваемое давление зависит от числа оборотов коленвала.

П. 1 в «минусах» объясняет, из-за чего шиберные насосы стараются не ремонтировать, а заменить. Их детали плотно подогнаны одна к другой. При какой-нибудь неисправности замена любой из них в лучшем случае решит проблему лишь на короткое время. Ремонт поможет только если надо менять уплотнения, заглушки, патрубки и прочие второстепенные «мелочи». А из п. 2 можно понять, почему, когда из системы ГУР вытекла рабочая жидкость, но надо доехать до СТО, следует отключить насос. Если этого не сделать, то, работая «на сухую», он полностью выйдет из строя.

При завоздушивании магистрали, если снять крышку бачка, можно увидеть пузырьки воздуха и пену

Неисправности насосов ГУР

Какие факторы сокращают срок службы насоса

Как уже было сказано, насос ГУР имеет большой ресурс. Но его можно существенно снизить. Этому способствуют агрессивный стиль вождения, особенно на плохих дорогах, слишком сильно натянутый приводной ремень и удержание руля в крайнем положении более 5-10 секунд при высоких оборотах мотора. Кроме того, неподходящее по характеристикам либо не замененное вовремя масло с продуктами выработки поверхностей засоряет систему и усиливает износ деталей.

Признаки поломки насоса

О том, что возникли проблемы именно с насосом, водитель может догадаться по внешним проявлениям:

1. Насос издает нехарактерные звуки: гудит, свистит, воет, визжит, пищит и т.п.
2. «Биение» руля, особенно на плохой дороге.
3. Тугой руль, чтобы повернуть его в одну или обе стороны, надо прилагать усилие.
4. Падение уровня рабочей жидкости.
5. Масляные пятна под капотом.
6. Пузырьки воздуха в бачке.
7. Масло выработало свой ресурс. Если капнуть его на белую поверхность, оно будет непрозрачное, темное, с пеной, вкраплениями и посторонним, обычно горелым, запахом.

В некоторых случаях (например, п. 7) причина может быть не только в насосе, а и в других деталях ГУР.

Этот насос никто не будет ремонтировать

Причины поломки насоса

Когда насос сильно гудит, а при открытой крышке бачка в ATF хорошо видны пузырьки и пена, то налицо завоздушивание магистрали. Это происходит, если треснет корпус, поврежден трубопровод либо одно из соединений. То же самое — при слишком изношенных резиновых шлангах, сальниках либо уплотнительных кольцах. Когда насос гудит постоянно, это значит, что он не может создать необходимое давление. Причин тому множество — люфт на валу, неравномерная выработка статора, износ рабочей пары, маслозаборных лопастей или подшипника вала. В последнем случае при повышении оборотов гул усиливается. Свист насоса на поворотах свидетельствует о том, что приводной ремень слабо натянут либо износился.

«Биение» руля обычно бывает из-за того, что ослабло натяжение приводного ремня. Неприятный звук со стороны насоса на легком руле во время поворота, а на прогретом двигателе он затихает — начала подтекать ATF. Слегка тугой руль и неприятный звук не умолкает даже после прогрева — более сильное протекание. Если жидкости мало, то движущиеся детали насоса плохо смазываются, трение возрастает, на металле появляются потертости и задиры. То же самое будет, если не поменять вовремя масло. Тогда у ATF постепенно ухудшаются характеристики, а твердые включения начинают работать как абразивы, истирающие поверхности деталей и приводящие к преждевременному износу. Если руль не крутится совсем, то возможно поврежден редукционный клапан, износился корпус распределителя рейки или полностью вышел из строя насос.

Насос реагирует на сильные удары по управляемым колесам так же, как и любой другой узел рулевого управления. Поэтому неаккуратная езда вполне способна привести к тому, что где-то что-то застрянет, заклинит или сломается. Когда при высоких оборотах руль долго держать в крайнем положении, насос перегревается. Если же оборвется приводной ремень, узел просто перестанет работать. Ну и, наконец, механический износ насоса. Обычно он проявляется при малых оборотах коленвала на небольших скоростях. Причины его усугубления — несоблюдение правил эксплуатации ГУР и длительная езда с низким уровнем масла. В этом случае насос начинает выть, а руль становится тяжелым. Но даже при соблюдении всех правил при большом пробеге в паре ротор-статор будет значительная выработка в посадочных местах уплотнителей, после чего ГУР начнет отказывать.

Как продлить срок службы насоса ГУР

Чтобы насос ГУР отработал положенный срок и не огорчал владельца авто преждевременными поломками, надо заливать рекомендованное по допускам масло, следить за его уровнем и качеством. А также контролировать состояние уплотнений и патрубков, чтобы в систему не попадала грязь, которая способна быстро превратить ATF в абразив. Через препятствия (ямы, бугры) проезжать медленно, не «дергая» управляемые колеса.

Когда руль вывернут, по возможности не газовать, иначе нагрузка на гидравлику резко возрастает. И вообще, в крайнем положении держать руль желательно не дольше 5-10 секунд, а то масло перегреется так, что может закипеть, и тогда система выйдет из строя. Не бросать машину на стоянке с вывернутыми колесами, ставить их ровно. И, самое главное, в случае появления указанных выше признаков поломки насоса, поскорее обратиться на СТО. Если надеяться, что «само пройдет», то со временем будет только хуже.