Більшість автолюбителів дадуть відповідь: “Для того, щоб легше крутити кермо“. І матимуть рацію, але частково. Крім підвищення комфорту, гідропідсилювач дозволяє зменшити передатне число кермового керування. Що дає? Чим більше передатне число, тим менше зусилля слід докладати для повороту коліс. Але кількість оборотів керма від упору до упору буде рівним 4-5. Зменшуючи передатне число, можна довести кількість обертів керма до 2-3. Керованість, маневреність та гострота реакцій автомобіля покращується, що особливо важливо в аварійній ситуації, коли може не вистачити часу для обертання керма з перехопленнями. Крім того, у гідропідсилювача є ще кілька переваг, і недоліків, про які буде сказано нижче.
Гідропідсилювач може встановлюватися на автомобілі з кермовим керуванням різних типів: черв’ячним, гвинт-кулькова гайка. Ми розглянемо найпоширеніший варіант – рейку. До складу системи гідропідсилення входять:
- насос
- розподільник
- силовий циліндр
- бачок та з’єднувальні шланги
Насос гідропідсилювача, як і будь-який інший насос, призначений для створення та підтримки необхідного тиску в системі та циркуляції робочої рідини. Конструкція насоса може бути різною. Найпоширеніші – лопатеві, що характеризуються високим к.п.д. та зносостійкістю. Насос кріпиться на двигуні та приводиться в дію за допомогою ременя від колінвалу.
Розподільник, залежно від положення керма, направляє потік рідини у відповідну порожнину силового циліндра або назад у бачок. Він встановлюється на кермовому валу. Основні частини розподільника – золотниковий клапан та торсіон. Клапан складається з двох циліндричних частин із каналами для рідини: зовнішньої та внутрішньої. Торсіон – стрижень, кінці якого защемлені в деталях, що зазнають пружного кутового зміщення. Один кінець торсіону з’єднаний з кермовим валом, а другий – з шестернею, що входить у зачеплення з рейкою. Внутрішня частина золотникового клапана з’єднується з верхньою частиною торсіону, а зовнішня з його нижньою частиною.
Силовий циліндр вбудований у рейку. Він складається з поршня та штока, що переміщує рейку під впливом тиску рідини.
Робоча рідина передає зусилля від насоса через розподільник до силового циліндра та змащує всі пари тертя. Резервуаром для рідини є бачок. У ньому може бути розташований фільтр, а в пробці щуп для вимірювання рівня. Шланги високого тиску з’єднують насос, розподільник та силовий циліндр, а по шлангах низького тиску рідина надходить у насос із бачка і повертається до нього з розподільника.
ПРИНЦИП ДІЇ
Як це все працює? Коли кермо нерухоме (автомобіль стоїть на місці, або рухається по прямій), і система гідропідсилення не задіяна, в розподільнику поєднані маслопроводи подачі та стоку. Рідина вхолосту перекачується насосом через розподільник у бачок. Коли водій повертає кермо, цим він закручує торсіон, а разом з ним крутиться і внутрішня частина золотникового клапана. Зовнішня ж частина поки що залишається нерухомою. Таким чином поєднуються канали подачі рідини у відповідну порожнину силового циліндра (залежно від того, в який бік поверне кермо). З іншої порожнини силового циліндра рідина по каналах, що відкрилися, зливається в бачок. Чим на більший кут повернутий кермо, тим сильніше закручується торсіон. Тому більшим виявляється і розмір отвору перепускного, а, значить, і зусилля, що впливає на рейку. Рейка, переміщаючись, розкручує через шестірню нижній кінець торсіону, а разом із ним і внутрішню частину золотника. Обидві частини клапана повертаються у вихідне положення і рідина знову перекачується через розподільник в бачок.
У разі відмови системи гідропідсилення втрати управління не відбувається, оскільки кермовий вал через торсіон механічно з’єднаний з провідною шестернею. Відповідно до норм безпеки зусилля на рульовому колесі легкового автомобіля не повинно перевищувати 15 кг для повністю працездатної та 30 кг для несправної системи кермового управління. Швидкодія підсилювача повинна бути такою, щоб при швидкості обертання керма не менше півтора обертів на секунду його не «закусувало».
ПУРУВАГИ ТА НЕДОЛІКИ
До перелічених вище переваг ГПК можна додати пом’якшення ударів, що передаються на кермо від нерівностей дороги і більш чітке утримання автомобіля на вибраній траєкторії.
Як це відбувається? Якщо, наїхавши на перешкоду, колеса прагнуть повернутись убік, це викликає зміщення рульової рейки, що веде шестірні та закручування нижньої частини торсіону. Спрацьовує золотниковий клапан, але “на зворотний бік”, так як зусилля прийшло не від керма, а від коліс. Тому система не сприятиме повороту коліс, а протидіятиме йому. Те саме відбувається і при раптовому проколі шини: ГПК допомагає автомобілю зберігати траєкторію, а водію – утримати кермо в руках. Таким чином, підсилювач підвищує безпеку руху, а за рахунок підвищення комфортності водіння знижує стомлюваність водія.
Про недоліки:
По-перше, постійно працюючий насос, відбирає частину потужності двигуна, навіть коли ГПК не задіяний. Причому продуктивність насоса повинна бути такої величини, щоб забезпечити легкий поворот коліс на автомобілі, що стоїть – коли опір максимальний. Але ж більшість часу автомобіль рухається, і зусиль для повороту коліс при цьому потрібно набагато менше!
По-друге, продуктивність насоса залежить від оборотів двигуна – чим вони вищі, тим більший тиск створює насос. А за ідеєю все має бути якраз навпаки – при малих швидкостях руху необхідне максимальне посилення, а при високих – невелике. У простому гідропідсилювачі відсутня можливість регулювання коефіцієнта посилення.
З цієї обставини виникає третя вада – протиріччя між коефіцієнтом посилення та інформативністю керма. Легкість та комфортність керування на малих швидкостях має зворотний бік – “порожнечу” керма на великих. Машина надто “гостро” реагує на кожен рух керма, а відсутність відчуття опору (“зворотного зв’язку”) при повороті коліс не дає можливості водієві правильно оцінити їхнє положення. Частково вирішити проблему допомагають рейки зі змінним передавальним ставленням: у центрі крок зубів невеликий, а до країв збільшується. В цьому випадку при малих кутах повороту машина не так гостро реагує на дії кермом, що дуже важливо на великих швидкостях, зате на розвороті крутити кермо доводиться менше. Чим поганий цей варіант? А тим, що передатне відношення залежить від кута повороту керма, а не від швидкості руху. Тому конструктори почали шукати інші шляхи.
ЕЛЕКТРОГІДРАВЛІЧНИЙ ПІДСИЛЮВАЧ
На допомогу механіці та гідравліці, як завжди, прийшла електроніка. Внаслідок такого симбіозу з’явився електрогідравлічний підсилювач. Вперше його застосували на автомобілях Audi під назвою “Servotronic”. Існує два типи ЕГПК: з електромагнітним клапаном та з електронасосом. Керує роботою підсилювача електронний блок на підставі показань датчиків швидкості, повороту керма, обертів колінвала. Набір датчиків може змінюватись в залежності від моделі автомобіля.
У першій конструкції в розподільник ГПК додатково вбудовується електромагнітний клапан і камера зворотної дії з поршнем. При повороті коліс на місці або під час руху з малою швидкістю клапан відкритий, тиск у системі максимальний – кермо крутити легко. При наборі швидкості клапан, керований блоком, закривається пропорційно. В результаті тиск у системі зменшується, а зусилля на кермі збільшується. Таким чином, отримуємо почуття “зворотного зв’язку”.
У другій, досконалішої конструкції, гідронасос замінений електронасосом, тобто. наводиться не від колінвалу, а окремим електромотором. Керує його роботою знову ж таки блок управління. На малих швидкостях швидкість обертання насоса максимальна, але в великих – обмежується блоком управління. Тому чим вища швидкість руху – тим “важчим” стає кермо. Заміна гідронасосу дозволяє знизити витрату палива до 0,2 л на 100 км.
Залишити відповідь