Гур (рулевое управление): устройство, назначение, принцип работы и требования к гуру

Устройство ГУР

На все легковые автомобили устанавливаются ГУР одинаковой системы. Схема ГУР состоит из таких основных элементов:

Устройство ГУР

1. Насос гидравлической жидкости;
2. Нагнетательный и возвратный шланги;
3. Золотниковый распределитель;
4. Гидроцилиндр с поршнем;
5. Расширительный бачок.

Гидронасос – устройство для создания нужного давления в системе. Устанавливается на корпусе блока цилиндров и приводится в действие от коленвала через шкив и приводной ремень. Насос подает гидравлическую жидкость в золотниковый распределитель, откуда она дальше поступает в гидроцилиндры.

Гидронасосы для ГУР

Трубопровод состоит из шлангов высокого и низкого давления. Шланги высокого давления соединяют элементы системы, в которых жидкость нагнетается насосом: от самого насоса на распределитель и от него на гидроцилиндры. Шланги низкого давления обеспечивают отток жидкости от распределителя в расширительный бачок и из бачка – к насосу.

Золотниковый распределитель – устройство, перенаправляющее поток жидкости на гидроцилиндры в зависимости от угла поворота рулевого колеса. Когда водитель поворачивает руль, золотниковый механизм распределителя тоже поворачивается, открывая доступ жидкости к тому гидроцилиндру, который задействован в повороте. Под давлением от насоса жидкость по каналу идет в нужную сторону цилиндра и добавляет усилие повороту.

Золотник-распределитель ГУР

Гидроцилиндр в большинстве моделей вмонтирован в рулевую рейку. Две стороны цилиндра разделяет подвижный шток, который перенаправляет давление в одну или другую сторону.

Расширительный бачок предназначен для контроля и поддержания нужного уровня жидкости, предотвращения воздушных пробок. В бачке установлен фильтр-сетка, с помощью которого отсеиваются продукты износа механизма ГУР.

Устройство бачка ГУР

Обслуживание гидроусилителя

Хозяин автомобиля, оснащенного ГУР, может самостоятельно выполнять следующие операции:

• следить за уровнем и состоянием жидкости в расширительной емкости;
• периодически осматривать патрубки и штуцеры на предмет растрескивания и протечек масла;
• менять гидравлическую жидкость с интервалом, указанным в инструкции по эксплуатации;
• отслеживать появление посторонних шумов, возникающих при критическом износе подшипников насоса;
• своевременно менять приводной ремень, чтобы он не оборвался где-нибудь по дороге.

Жидкость, залитая в систему гидроусилителя, служит не только рабочим телом, но и смазкой для насоса

Поэтому при доливке либо замене важно использовать рекомендуемые производителем масла, иначе агрегат может преждевременно выйти из строя

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.

Режимы работы

Теперь по поводу режимов работы. Дело в том, что при разных условиях движения необходимо создание конкретного усилия. Также некоторые из режимов направлены на повышение комфортабельности.

Основными из режимов работы ЭУР можно отметить:

• Парковка;
• Движение на высокой скорости;
• Подруливание;
• Возврат колес в среднее положение.

Парковка автомобиля отличается надобностью поворота колес на большие углы, при этом с минимальной скоростью движения, а то и вовсе стоя на месте. Поэтому усилие на руле при парковке – значительное. Чтобы компенсировать ЭУР начинает работать в условиях создания максимального усилия.

А вот при движении на высокой скорости для обеспечения хорошей информативности, чтобы водитель не потерял чувства дороги, при маневрах ЭУР практически не задействуется или же создает малые усилия.

Интересным является режим подруливания. Условия движения авто могут быть самыми разными – дорога со скосом в одну сторону, воздействие сторонних факторов (боковой ветер, разное давление в колесах). Все они приводят к тому, что авто «уводит» в какую-либо из сторон. Режим же подруливания обеспечивает прямолинейное движение авто, причем делает ЭУР это без какого-либо участия со стороны водителя.

Существует и режим возврата колес в среднее положение, когда снижается усилие на рулевом колесе. Это происходит при завершении поворота, когда водитель «отпускает руль», блок управления по средствам датчиков рассчитывает необходимый момент и возвращает колеса в среднее положение за счет электроусилителя.

Описанные режимы работы в ЭУР включаются автоматически (благодаря информации от дополнительных датчиков). Но этот усилитель также позволяет водителю устанавливать свои определенные режимы – «Спорт», «Норма», «Комфорт».

Разница между режимами сводится к изменению реакции ЭУР на условия движения. К примеру, в режиме «Спорт» обеспечивается большая информативность (руль более «тяжелый»), а при «Комфорте» создает больше усилия, обеспечивая удобство управления авто. «Норма» же является средним положением, при котором, на малых скоростях ЭУР работает по максимуму, а на высоких – создает минимальное усилие.

ЭКСПЛУАТАЦИЯ В ГОРОДСКОМ РЕЖИМЕ

Когда водитель большую часть времени ездит в городе, будет удобнее, если после поворота руль самостоятельно будет возвращаться в прямое положение. Так называемый активный возврат колес значительно упрощает вождение при интенсивном маневрировании. Если же предстоит длительное движение по прямой, то здесь поможет функция стабилизации. Она может автоматически поддерживать колеса в прямом положении – это актуально при неправильном развале-схождении колес или боковом ветре.

Нередко в электрических усилителях, специально созданных для переднеприводных автомобилей, предусмотрена программа, которая компенсирует увод машины, если были установлены приводные валы разной длины. В современных машинах электрика вовсе работает независимо от водителя – сама подруливает и возвращает колеса, помогает правильно парковаться.

Принцип работы гидроусилителя

Основным компонентом узла считается золотник, его положение определяет процесс функционирования узлов и элементов системы. Независимо от типа перемещения золотника, которое может быть осевым либо роторным, отличий в принципе действия нет.

Когда рулевое колесо установлено в центральном положении, золотник удерживается посредством центрирующих пружинных элементов. Это обеспечивает возможность свободного перемещения масла по всем компонентам системы. Но при условии, что распределитель находится в правильном положении.

Насосное устройство функционирует в усиленном режиме, перегоняя рабочую жидкость по системе. Этот узел работает всегда, независимо от того, выполняются маневры или нет. Основное предназначение насосного устройства заключается именно в прокачке масла.

Когда водитель поворачивает руль, золотник начинает передвигаться, в результате чего закрывает сливной патрубок. Это приводит к подаче масла в одну из полостей цилиндра, процедура закачки выполняется под воздействием давления. Одновременно компоненты поршня и шток из-за перемещения жидкости проворачивают колеса и корпус распределительного устройства в ту сторону, куда перемещается золотник. Корпус распределительного устройства может настигнуть золотник только в момент, когда он перестает двигаться, это свидетельствует о выполнении маневра. Затем золотниковый элемент перемещается в изначальное состояние, открывается патрубок для слива масла.

Саня Маевский подробно рассказал о принципе работы ГУР.

Устройство ГУР

В зависимости от типа гидравлического усилителя его конструкция может быть разной.

Классический ГУР

Схема ГУР

Составные компоненты системы гидроусилителя руля:

1. Насосный механизм. Этот узел предназначен для обеспечения всей системы необходимым давлением, чтобы жидкость циркулировала. На большинстве современных авто применяются пластинчатые механизмы. Это обусловлено повышенным КПД и увеличенным ресурсом использования. Сам насос обычно монтируется на двигателе, а его работа обеспечивается благодаря ременной передаче.
2. Распределительный узел. Этот механизм используется для распределения масла и его направления на конкретные полости цилиндра. В зависимости от системы в ГУР может использоваться роторный либо осевой распределительный механизм. Если движения золотника поступательные, распределительный узел оснащен осевым распределителем, вращательные — то роторным. Узел устанавливается на компонентах рулевого привода или непосредственно на валу с рулевым механизмом. Этот механизм чувствителен к наличию загрязнений в рабочей жидкости.
3. Гидравлический цилиндр. Используется для обеспечения работы поршня и штока при подаче жидкости. Для поворота колес машины применяются специальные рычаги. Сам цилиндр располагается между кузовом и приводом либо на рулевом механизме.
4. Магистрали. По патрубкам производится перемещение масла в системе ГУР. Магистрали могут быть низкого либо высокого давления. Первые используются для возврата рабочей жидкости из расширительного резервуара в насосное устройство и опять в бачок после отработки. Вторые предназначены для подачи расходного вещества между насосным устройством, распределительным механизмом и цилиндром.
5. Масло. Смазочное вещество необходимо для обеспечения подачи усилия к гидравлическому цилиндру от насосного устройства. С его помощью выполняется смазывание всех компонентов усилителя.
6. Расширительный резервуар. Бачок предназначен для хранения расходного материала и его циркуляции. Оборудуется фильтрующим устройством, посредством которого выполняется очистка вещества от грязи. На резервуаре имеются отметки, которые позволяют контролировать уровень жидкости.

ЭГУР

Схематическое описание устройства ЭГУР

Такой тип усилителя имеет аналогичное устройство, только ЭГУР оснащается управляющим модулем, а также электромагнитным клапаном. Также система может быть дополнена контроллером скорости.

Если руль в системе гидравлического управления находится в исходном состоянии, величина давления смазочного вещества составит 5-7 бар. Когда выполняется маневр и задействуется насосное устройство, то параметр давления увеличится до 79-86 бар.

История создания гидроусилителя руля

К концу 30-х годов на карьерные самосвалы ставили первые усилители рулевого управления. В начале ими были пневмоусилители, они запитывались через компрессор уже существующей системы пневматических тормозов. Однако гидравлика, являясь дороже и сложнее пневматики, выполняла работу точнее и тише

Ее и взяли во внимание конструктора легковушек. Американцы (главные ценители комфорта) первые выпустили серийный ГУР

Первый автомобиль, который имел в стандартной комплектации гидравлический усилитель руля это Chrysler Crown Imperial (1951 г.). Европа в 1954 году поставила гидроусилитель на Citroen DS 19.

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.

Лучшие инструкторы по вождению:

Чем отличается гидроусилитель руля от электроусилителя

Переходим к сравнительной характеристики ЭУР и ГУР, чтобы в итоге выяснить, что из них лучше.

Для сравнения возьмем следующие параметры: конструкция устройства, удобство управления, надежность и эффективность, сфера применения.

Конструкция устройства

Вариант размещения ЭУР в автомобиле

ГУР – достаточно простой механизм, не зависящий от электронного управления и не подверженный программным сбоям. С другой стороны, система гидроусилителя состоит из множества соединений и уплотнений, подверженных износу при  эксплуатации. Вследствие этого узел считается менее надежным и требующим регулярной диагностики.

ЭУР, в отличие от ГУР, как правило, расположен непосредственно на рулевом валу и занимает меньше места в подкапотном пространстве. Конструктивно электроусилитель значительно проще ГУР, да и в применении дополнительных расходных материалов не нуждается.

Что касается сбоев в работе электроники, то случаются они довольно редко, а в случае отказа системы предусмотрен аварийный режим работы, который позволяет сохранить управление автомобилем. В гидроусилителе такой режим также предусмотрен.

Удобство управления

Лучшую обратную связь с дорогой обеспечивает ГУР, также он позволяет водителю чувствовать пределы возможностей автомобиля на крутых поворотах.

Чтобы достичь таких же ощущений, ЭУР необходима тщательная калибровка, которую могут обеспечить только производители премиального сегмента.

Таким образом, гидроусилитель более информативен и дает своим владельцам более естественные ощущения от вождения, но управлять им физически тяжелее.

Надежность и эффективность

Часть мощности двигателя автомобиля при использовании ГУР расходуется на привод насоса, который работает постоянно. Поэтому при прочих равных условиях применение гидроусилителя приводит к повышению расхода топлива и к ухудшению динамических параметров. Помимо этого ГУР не может долгое время работать в предельных режимах. При удерживании рулевого колеса в крайнем положении в течение 10-15 секунд произойдет перегрев насоса, что приведет к повышенному износу элемента.

Электроусилитель в этом плане более экономичен: он не отбирает мощность двигателя напрямую и работает только при повороте колес. Дополнительного расхода топлива нет, равно как и ухудшения динамических характеристик автомобиля. Основной причиной отключения ЭУР можно считать перегрев электродвигателя. При этом узел подаст предупреждение водителю и ограничит производительность. В случае продолжения движения ЭУР отключится до полного остывания.

Область применения

Чем могут отличаться механизмы по этому параметру? Категорией транспортных средств, для которых применим тот или иной узел. Например, ЭУР слабый для тяжелых машин: его нельзя устанавливать на грузовой транспорт или тяжелые внедорожники. ГУР подходит для любых типов автомобилей.

Плюсы и минусы ГУР

Бесспорным преимуществом ГУР и его главное свойство – облегчить работу рук при маневрах во время парковки. Но усилитель имеет еще одно полезное свойство – он смягчает усилие на руль от ударов о неровности дороги.

Недостаток ГУР это отсутствие либо малое реактивное усилие на рулевом колесе. Гидроусилитель черезчур сильно помогает водителю, исключая возвращающееся усилие, которое обеспечивает «чувство автомобиля». И конструкторам при разработке и регулировке ходовой части нужно достичь отменной информативности рулевого привода и в то же время не сделать руль слишком тугим. Учитывать нужно много факторов: продуктивность насоса, геометрию задней и передней подвески, углы монтирования колес, сводные характеристики резины и даже жесткость скручивания кузова!

Потому хорошие автомобили в этом плане попадаются крайне редко. Все же многие фирмы сознательно отказываются от информативности в пользу комфорта, зная симпатию своей клиентуры. Яркий тому пример – автомобили Toyota. Хотя в Европе все наоборот.

Плоды труда конструкторов вызывают восторг. Еще одно задание для них – сделать так, чтобы при небольшой скорости руль оставался легким, а на большой делался упругим и информативным. Есть разные выходы из положения. В схемы немецких гидроусилителей известной фирмы ZF (все модели Jaguar, Audi A6 & A8, BMW 5-й и 7-й серии) добавлен электрогидравлический модулятор давления. При увеличении скорости он сдерживает давление в рабочем контуре, из-за чего помощь гидроусилителя приравнивается к нулю.

Имеется еще один способ решения проблемы – приводить насос гидроусилителя от электромотора вместо коленчатого вала. Меняя частоту вращения электропривода при помощи электроники, есть возможность варьировать эффективность насоса как заблагорассудится.

Типы конструкций усилителей рулевого привода

Первый тип — элементы расположены близко к рулевому колесу — высокая чувствительность, минимальная длина трубопроводов, компактность (автомобили марок «ЗИЛ», «КамАЗ»).

СИЛОВОЙ ЦИЛИНДР — РУЛЕВОЙ МЕХАНИЗМ — РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ

Второй тип — силовой цилиндр и распределитель далеко от механизма рулевого управления, который установлен автономно — чувствительность ухудшается, большая длина трубопроводов (автомобили марок «МАЗ», «КрАЗ»).

СИЛОВОЙ ЦИЛИНДР — РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ — РУЛЕВОЙ МЕХАНИЗМ

Третий тип — автономное расположение всех элементов — чувствительность хуже, большая длина трубопроводов, но удобна в обслуживании (автомобиль ГАЗ).

СИЛОВОЙ ЦИЛИНДР — РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ -РУЛЕВОЙ МЕХАНИЗМ

Четвертый тип — механизм рулевого управления соединен с распределителем — чувствительность хорошая, большая длина трубопроводов (автомобиль Урал-4320).

СИЛОВОЙ ЦИЛИНДР — РУЛЕВОЙ МЕХАНИЗМ/РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ

Встроенный гидроусилитель автомобиля ЗИЛ. Корпус распределителя крепится к промежуточной крышке картера механизма рулевого управления. Золотник распределителя крепится между упорными шариковыми подшипниками на винте. Золотник представляет собой цилиндр с двумя проточками. Упорные шарикоподшипники стянуты гайкой с подложенной под нее конической пружиной шайбой, обращенной вогнутой стороной к шарикоподшипнику. Длина золотника больше отверстия для него в корпусе распределителя, вследствие чего золотник и винт могут перемещаться в осевом направлении примерно на 1 мм в каждую сторону от среднего положения. Шесть реактивных пружин с реактивными плунжерами с каждой стороны. Пружины стремятся удержать золотник в среднем (нейтральном) положении. Если возникающая при вращении винта осевая сила больше силы предварительного сжатия реактивных пружин, то винт и золотник смещаются вправо или влево (на 1 мм) в зависимости от направления вращения винта, сообщая одну из полостей картера (силового цилиндра) механизма рулевого управления с магистралью высокого давления, а другую со сливным каналом. Масло под давлением (в современных усилителях используется давление 7—15 МПа) воздействует на тот или другой торец поршня рейки, создавая дополнительное усилие, способствующее повороту вправо или влево управляемых колес. При среднем (нейтральном) положении золотника жидкость из наcoca, заполнив обе полости силового цилиндра, вытекает через золотник в бачок гидронасоса.При повороте вправо винт, выкручиваясь из поршня-рейки, вследствие сопротивления, возникающего при повороте колес, стремится сдвинуться в осевом направлении. Как только сдвигающая сила будет больше силы предварительно сжатых пружин реактивных плунжеров, золотник переместится вправо, соединяя магистраль высокого давления с полостью вправо от поршня, а полость слева от поршня со сливным каналом. Поршень-рейка перемещается под действием усилий, возникающих при выкручивании винта и от давления жидкости.В случае поворота колес автомобиля влево золотник под аналогичным воздействием перемещается также влево, соединяя полость слева от поршня с магистралью высокого давления, а полость справа от поршня со сливным каналом.Увеличение сопротивления повороту колес, оказываемое дорогой, вызывает повышение давления в рабочей полости картера и под реактивными плунжерами. Чем больше сопротивление повороту колес, тем с большей силой золотник стремится вернуться в среднее положение. Одновременно с этим возрастает и усилие на рулевом колесе, благодаря чему у водителя возникает «чувство дороги».