Гидроопора двигателя: как устроена, как её диагностировать и можно ли ремонтировать

Редко можно встретить современный двигатель, который не поддерживается под капотом гидравлическими подушками, чтобы как можно меньше беспокоить водителя и пассажиров своими вибрациями. Для чего используются эти опоры, когда они появились в автомобилестроении, как они развиваются и…. когда они исчезнут?

История гидроопоры в автомобилестроении

То, что вибрирующие детали механизма должны быть изолированы от неподвижных, было ясно еще древним римлянам, которые еще в первом веке до нашей эры предположили, что они подвешивают «тело» повозки на шасси с колесами на ремнях из толстой, амортизирующей кожи. В автомобилестроении резиновые амортизаторы для крепления двигателя к шасси были введены Уолтером Крайслером в конце 1920-х годов — первоначально для моделей Plymouth. Изоляция от вибрации была хорошим конкурентным преимуществом, поэтому технология даже получила маркетинговое название Floating power. В Европе пионером внедрения резиновых амортизаторов стал Citroën, который купил права на эту технологию у Chrysler, чтобы внедрить ее в конструкцию автомобиля Traction Avant.

Резиновая подушка крепления двигателя оставалась одной из самых консервативных деталей любого автомобиля на протяжении многих десятилетий, и ее эволюция была удивительно непримечательной. Сегодня еще много автомобилей (УАЗ, Волга, Москвич) с простой монолитной резиновой полосой или диском…..

В принципе, этих примитивных резиновых «штучек» достаточно, чтобы не разрушить стальной скелет кузова и не вызвать хроническую морскую болезнь у водителя. Однако растущие требования к комфорту внутри автомобиля привели к их развитию — инженеры играли с формой амортизаторов, делали сэндвичи из резины разной упругости, включали в конструкцию стальные пружины. Это принесло свои плоды — опоры стали работать в более широком диапазоне вибраций и нагрузок: различные элементы резиновых модулей были включены для работы с нагрузками, которые менялись по силе и направлению, обеспечивая повышенную гибкость или, наоборот, повышенную жесткость, если это было необходимо:

Гидроопоры двигателя - что такое
Гидроопоры двигателя — что такое

Резино-гидравлические опоры двигателя

Однако в середине 1980-х годов европейские автопроизводители начали внедрять в свои модели резино-гидравлические опоры двигателя. Например, одним из первых автомобилей, на котором были опробованы гидравлические опоры, был Mercedes-Benz W124. В отличие от чисто резиновых, они гасили вибрации в более широком диапазоне частот и амплитуд, действуя подобно амортизатору — гася колебания за счет сопротивления жидкости, проталкиваемой через калиброванные дроссельные отверстия. 

Резиногидравлические прокладки не вызвали революции в автомобилестроении — к моменту их появления инженеры научились рассчитывать обычные резиновые прокладки для конкретных двигателей с их особенностями распределения вибраций, и они работали очень эффективно. Однако конструкции с гидравликой были несколько более тонко настроены на характеристики двигателя, чем чисто резиновые. На каждый двигатель устанавливалась одна (редко две) резиново-гидравлическая опора, перераспределяющая нагрузки для улучшения демпфирования и продления срока службы соседней опоры обычной конструкции из обычной резины.

Устройство и диагностика​ гидроопоры двигателя

Структура гидравлической части опоры двигателя несложная. В его внутреннем пространстве, под резиновым упором коренного подшипника (как для опоры без гидравлики), находятся две камеры друг над другом — отсеки, заполненные жидкостью. Камеры разделены резиновой стенкой с демпфирующей мембраной, но они также сообщаются друг с другом через небольшое отверстие — дроссельный перелив. При низких амплитудах вибрации мембрана сопротивляется вибрации, а при более высоких амплитудах входит в канал перелива. В принципе, такая консоль имеет два «поддиапазона», в которых она демонстрирует различные характеристики демпфирования.

Структура гидравлической части опоры двигателя
Структура гидравлической части опоры двигателя

Несмотря на то, что жидкость в вышедшем из строя кронштейне обычно черная от резиновой пыли, гидравлическая часть кронштейна редко подвергается физическому износу — обычно резиновый блок сдается первым, теряя с возрастом эластичность из-за частичного отделения от металла, микроразрывов и трещин. 

Жидкость в гидроопоре мотора

Важно понимать, что жидкость и вся гидравлическая часть в резино-гидравлическом кронштейне играет не ведущую, а вспомогательную роль. Вес двигателя, как и в обычных резиновых кронштейнах, поддерживается мощным упругим резиновым элементом. И если жидкость по какой-то причине покинет опору (что иногда происходит в результате разрыва эластичного дна или из-за негерметичности уплотнений корпусных деталей), катастрофы не произойдет — только повышение уровня вибрации по корпусу. И не обязательно даже на полном диапазоне оборотов — обычно дефект более заметен на холостом ходу.

Но не затягивайте с заменой опоры — увеличенная амплитуда отклонения двигателя заставляет его ударяться о неподвижные элементы пространства под капотом, при этом могут пострадать различные трубки, шланги, кабели. А остальные, обычно еще вполне живые, стойки начинают изнашиваться после смерти гидравлического провода.

Если взять подушку за ее рабочую часть (ту, к которой прикручен кронштейн, соединяющий ее с двигателем) и покачать ее (относительно кронштейна в чистом виде или непосредственно относительно самого двигателя), то ее «гидравлическая сущность» совершенно не ощущается — обычная резиновая пружинистость. Поэтому визуально неисправность резино-гидравлической подушки обычно невозможно обнаружить. Ну, за исключением очевидной утечки жидкости…. Как новая, так и изношенная подушка с определенной упругостью реагирует на давление руки — без опыта или хотя бы сравнения с аналогичным автомобилем с заведомо бездефектной подушкой неспециалисту трудно самостоятельно найти проблему, хотя опытный механик делает это легко. 

Поэтому, чтобы диагностировать неисправную подушку в гаражных условиях, понаблюдайте за поведением усилителя руля в условиях, похожих на рабочие, когда помощник разгоняется под нагрузкой (переключаясь в режим ‘D’ или слегка отпуская сцепление на стояночном тормозе). Контролируйте амплитуду раскачивания двигателя и возможный контакт центрального осевого крепления кронштейна с его обоймой (корпусом), что недопустимо:

Вибрации гидроопоры двигателя
Вибрации гидроопоры двигателя

Ремонт резино-гидравлических опор не практикуется. Они неразрушимы, и запасные части для них не выпускаются серийно. Хотя в гараже существует практика замены стоек на аналогичные (мы не будем использовать термин «похожие») от других моделей или даже марок машин. Они переделывают крепление стоек — рассверливают отверстия, делают переходные пластины и т.д. 

В принципе, используя стойки от другого автомобиля с двигателем сопоставимой мощности и веса, такие трюки в принципе выполнимы и допустимы от отчаяния. Дело в том, что крайне нежелательно использовать продольно расположенные двигатели от поперечно расположенных и наоборот — у них по-разному рассчитываются нагрузки на сдвиг и сжатие, и такие стойки работают неправильно — либо не гасят колебания, либо быстро разрушаются.

Пик развития и… грядущее исчезновение

При разработке некоторых моделей автомобилей высокого класса инженеры пошли дальше, добавив к резиногидравлическому усилителю руля систему из двух-трех клапанов, управляемых по команде электроники импульсным током, вакуумом или давлением масла, подаваемым извне в зависимости от оборотов двигателя и нагрузки. Примечательно, что подобная конструкция используется в Lexus RX с 1998 года.

Двадцать лет спустя они представили бесступенчатые кронштейны — с ферромагнитной жидкостью и катушкой, создающей магнитное поле, которое изменяет вязкость — пионером здесь стал Porsche 911 GT3 в 2010 году. Такие радикальные усложнения не оправданы в самой функционально важной части автомобиля — спорный момент, но в некоторых случаях надуманные конструкции оправданы. Например, в автомобилях, двигатели которых оснащены системой, отсоединяющей часть цилиндра и скачкообразно изменяющей его вибрационные и резонансные характеристики. Активные крепления могут менять свою упругость импульсно, на высокой частоте — синхронно с вибрациями двигателя, но в противовес им — и гасить вибрации так же, как шумоподавляющие наушники гасят внешний шум.

Интересно, что исследования по разработке таких активных гидравлических опор (с ферромагнитной жидкостью и синхронизацией изменения ее свойств с источником вибрации в реальном времени) проводились в СССР с 1980-х годов — в частности, в Институте машиноведения имени Благонравова Российской академии наук. Институт машиноведения имени Благонравова Российской академии наук. Однако ни одно из этих исследований не было использовано в отечественной автомобильной промышленности — активные системы гашения вибраций нашли применение в промышленности, энергетике, тяжелом машиностроении (суда, самолеты).

Однако, похоже, что самые сложные и дорогие управляемые крепления автомобильных двигателей достигли пика своего развития. Это происходит не потому, что иссякли идеи для более совершенных решений, а в связи с неизбежным вытеснением двигателей внутреннего сгорания электрическими. В эпоху электромобилей сложные управляемые крепления с плавно изменяемыми характеристиками должны будут уйти в прошлое, поскольку идеально сбалансированный ротор электрического двигателя не создает такого количества разнонаправленных сил инерции первого и второго порядка и моментов от них, как это делают классические двигатели внутреннего сгорания, в которых поршни, шатуны и коленчатый вал движутся синхронно, создавая сильную вибрацию.

Источник: kolesa.ru

Добавить комментарий



👁 60