Електрогідравлічний підсилювач рульового механізму – конструкція і принцип дії

Конструкція рульового управління автомобіля невпинно вдосконалювалася разом з іншими його вузлами. Зі зростанням швидкостей і маси машин, а також зі збільшенням їхньої кількості актуальним стало питання підсилювачів обертання керма – м'язи водія вже не справлялися під час маневрування і паркування.

Першою схемою підсилювача керма стала гідравлічна, з приводом від колінчастого вала за допомогою ремінної передачі. Вона застосовується й досі, оскільки є надійною і ефективною, але має суттєві мінуси, головні з яких – залежність продуктивності насоса від обертів двигуна і постійні витрати частини його потужності на обертання гідронасоса, навіть якщо автомобіль їде по прямій. Назрівала еволюція гідропідсилювача.

Як з'явилися електрогідропідсилювачі керма

Початковим етапом створення гідравлічної системи зі змінними параметрами став сервотронік – клапан, який скидав тиск у гідравлічній магістралі, коли автомобіль рухався на великій швидкості. Рульове управління набувало більшої пружності та чуйності, але це була лише половина проблем. У гідропідсилювачів традиційної конструкції великі труднощі виникають під час маневрування, особливо на місці, коли потрібне максимальне посилення керма, проте двигун зазвичай працює з мінімальними обертами. Конструкторам доводилося розраховувати насос на максимальну потужність, а надлишок робочої рідини за високих частот обертання вала двигуна зливати через байпас.

До того ж, сервотронік не розв'язував основної проблеми гідравлічної системи: постійного обертання під час роботи ДВЗ і супутніх йому істотних мінусів, таких, як:

• підвищена витрата палива та викидів в атмосферу;
• швидший знос насоса підсилювача і зниження якості рідини;
• наявність ремінної передачі, а отже, прив'язаність до конкретного місця встановлення.

Тому в міру підвищення потужності автомобільних генераторів і вдосконалення електроніки з'явилася можливість обладнати гідравлічний насос електродвигуном. Спочатку це були мотори колекторного типу. Такі насоси ще не вміли змінювати продуктивність, однак завдяки відсутності ременя приводу агрегат стало можна встановлювати в будь-якому місці моторного відсіку. Продуктивність насоса перестала безпосередньо залежати від оборотів двигуна. Пізніше їх оснастили системою плавного запуску, а потім ще й блоком управління гідропідсилювачем з можливістю діагностики.

Оскільки претензій до нагнітальної частини насосів, яка вирізняється високою якістю і продуктивністю, не було, подальше вдосконалення агрегатів пішло шляхом розвитку електродвигунів приводу. З'явилися безколекторні електродвигуни з постійними магнітами (BLDC). Усі види і типи електромоторів ми порівняємо нижче.

Будова і принцип дії електрогідропідсилювача

Принцип роботи першої з появою електромоторів і електроніки, яка ними керує, залишився практично незмінним. Посилення обертання водієм керма, як і раніше, здійснюється за рахунок тиску робочої рідини, хоча тепер він створюється насосом з незалежним від ДВЗ електроприводом. Тільки в корпусі поворотного золотника з'явився датчик підсилювача керма, який передає дані про швидкість повороту рульового колеса на електронний блок управління, щоб той мав змогу коригувати оберти насоса.

До системи гідравлічного підсилювача керма входять:

• насос;
• регулятор тиску робочої рідини;
• розширювальний бачок;
• керуючий клапан (золотник);
• рульова рейка (або рульовий редуктор) із силовим циліндром;
• шланги високого і низького тиску.

Крім цього, в системі гідропідсилювача керма додатково можуть встановлюватися фільтр та/або охолоджувач гідравлічної рідини.

Пристрій і принцип роботи насоса

Конструкцію цього агрегату можна розділити на дві частини:

1. Гідравлічна.
2. Електрична.

На більшості автомобілів вони об'єднані в один блок. У його складі:

• гідравлічний модуль із шестеренним насосом і редукційним клапаном;
• електродвигун;
• бачок для робочої рідини;
• блок керування підсилювачем керма.

З рульовим механізмом насос сполучається через спеціальні нагнітальні шланги. Так само, як і в звичайній гідросистемі, зливний трубопровід з'єднаний з розширювальним бачком. У моторному відсіку насос кріпиться за допомогою пружних гумових елементів до кронштейна, який зазвичай закріплений на силовому елементі кузова або рами.

Будова гідравлічної частини насоса підсилювача

Незважаючи на те, що нагнітальні елементи насосів рульового керування можна розділити на три типи:

• шестеренні;
• поршневі;
• лопатеві,

Найчастіше в сучасних автомобілях встановлюють насоси першого типу. Причина - відносно проста конструкція, високий ККД і велика продуктивність.

Обертові шестерні, що перебувають у зачепленні, набирають рідину в простір між зубами і переносять її із зони низького тиску в зону високого тиску, нагнітаючи його таким чином у магістралі. Через те, що зазор між корпусом і вершинами зубів практично відсутній, забезпечується гарне ущільнення. З боків воно доповнюється і посилюється пластинками або втулками, які одночасно виконують роль підшипників для шестерень.

Гідравлічна частина насосного агрегату не потребує будь-якого обслуговування. Його деталі змащуються робочою рідиною в процесі роботи.

Електрична частина

До неї належать електродвигуни, що приводять у рух насос, а також електроніка, яка ними керує. Залежно від моделі автомобіля, типу електромотора та інших факторів це може бути блок управління, мікроконтролер або реле. Існує низка способів керування електронікою насоса:

• Подача струму на клему (найпростіший тип).
• Управління через широтно-імпульсну модуляцію (ШІМ) на основі показань датчиків оборотів двигуна і швидкості автомобіля.
• Через інтерфейс для діагностики K-line (використовується в агрегатах ЕГПК ранніх поколінь).
• CAN-шина – найсучасніший метод, який використовують у насосах як для керування, так і для діагностики.

В електричних і електрогідравлічних підсилювачах керма використовують два види електромотрів:

1. Колекторні (щіткові);
2. Безколекторні (безщіткові, або BLDC).

Колекторні почали встановлювати раніше, вони обмежені в деяких функціях. Між тим, їх не можна вважати однозначно гіршими, кожен з обох типів моторів має свої плюси та мінуси.

Щітково-колекторний двигун

Переваги:

1. Простота виготовлення та обслуговування.
2. Легкість регулювання швидкості.
3. Низька порівняно з BLDC вартість.

Недоліки:

• Необхідність технічного обслуговування щітково-колекторного вузла.
• Низький показник крутного моменту під час старту.
• Більш низький ККД

Безщітковий двигун (BLDC)

Переваги:

1.  Високі показники ККД і крутного моменту.
2.  Відсутність щіток, схильних до тертя і зносу.
3. Висока надійність і тривалий термін служби.
4. Можливість плавного регулювання швидкості обертання насоса.

Слабкі місця:

• Висока вартість порівняно з щітково-колекторними двигунами за рахунок застосування дорогих магнітів.
• Складніша система управління роботою електроніки.

Типові несправності електрогідравлічного підсилювача керма

Так само, як і деталі насосного агрегату, поломки вузла можна розділити на механічні та електричні. З першої групи найчастіше зустрічаються:

• протікання робочої рідини через порушення ущільнень або пошкодження шлангів і трубок магістралі;
• забруднення редукційного клапана;
• знос шестерень.
• Про несправності в першому випадку можна дізнатися по плямах мастила під автомобілем, а в інших – по падінню тиску в системі і тугому керму.

Електричні поломки більш різноманітні. Це:

• знос або пошкодження деталей електродвигуна: щіток, обмотки, колектора;
• несправність електроніки: керуючої плати, польових транзисторів;
• несправність датчиків;
• відсутність зв'язку з блоком або платою управління.
• Частими причинами бувають корозія контактів або деталей, а також короткі замикання, пов'язані з проникненням робочої рідини в електронний блок.

Ремонт електрогідропідсилювачів керма

Хоча виробники часто рекомендують у разі несправності міняти весь агрегат у зборі, насоси гідропідсилювальної системи цілком піддаються ремонту. Головне, звернутися по допомогу до кваліфікованих майстрів – наприклад, до компанії STS, фахівці якої мають все необхідне обладнання для ремонту, а також багаторічний досвід обслуговування і відновлення будь-яких рульових систем.