Čerpadlo posilňovača riadenia - konštrukcia, typy, princíp činnosti

Posilňovač riadenia naďalej pevne zaujíma svoje miesto v rade kategórií vozidiel a jednotlivých modelov osobných automobilov. Ich kľúčovým uzlom je čerpadlo, ktoré premieňa výkon motora na výkonný tlak pracovnej tekutiny. Dizajn je dobre zavedený a osvedčený, čo nám umožňuje podrobne ho zvážiť vo všeobecnom prípade.

Vykonané úlohy a aplikácia

Hydraulické čerpadlo svojou povahou dodáva pohonu energiu vo forme cirkulácie pracovnej tekutiny systému - špeciálneho oleja, pod vysokým tlakom. Vykonaná práca je určená veľkosťou tohto tlaku a prietokom. Preto sa rotor čerpadla musí otáčať dostatočne rýchlo, pričom sa musia pohybovať značné objemy za jednotku času.

Porucha čerpadla by nemala viesť k zastaveniu riadenia, kolesá sa dajú stále otáčať, ale sila na volante sa dramaticky zvýši, čo môže byť pre vodiča prekvapením. Z toho vyplývajú vysoké požiadavky na spoľahlivosť a životnosť, ktoré sú splnené vďaka osvedčenej konštrukcii, zvolenému spôsobu vstrekovania a dobrým mazacím vlastnostiam pracovnej kvapaliny.

Možnosti vykonávania

Nie je toľko druhov hydraulických čerpadiel, ako výsledok evolúcie zostali iba typy tanierových a ozubených kolies. Používa sa predovšetkým prvý. Nastavenie tlaku je k dispozícii len zriedka, nie je to potrebné, prítomnosť obmedzovacieho redukčného ventilu je úplne postačujúca.

Klasický posilňovač riadenia využíva mechanický pohon rotora čerpadla od remenice kľukového hriadeľa motora pomocou remeňového pohonu. Len pokročilejšie elektrohydraulické systémy využívajú elektromotorický pohon, ktorý dáva výhody v presnosti riadenia, ale zbavuje hydrauliky hlavnej výhody – vysokého zosilnenia výkonu.

Konštrukcia najbežnejšieho čerpadla

Mechanizmus lopatkového typu funguje tak, že pohybuje kvapalinou v malých objemoch s ich poklesom v procese otáčania rotora a vytláčania oleja na výstupné potrubie. Čerpadlo sa skladá z nasledujúcich častí:

• hnacia remenica na hriadeli rotora;
• rotor s lamelovými lopatkami v drážkach po obvode;
• ložiská a tesnenia upchávky hriadeľa v kryte;
• stator s eliptickými dutinami v objeme puzdra;
• regulačný obmedzujúci ventil;
• kryt s držiakmi motora.

Rotor zvyčajne obsluhuje dve pracovné dutiny, čo zvyšuje produktivitu pri zachovaní kompaktného dizajnu. Obidve sú úplne identické a sú umiestnené diametrálne oproti osi otáčania.

Poradie práce a interakcia komponentov

Klinový remeň alebo viacrebrovaný hnací remeň otáča remenicu hriadeľa rotora. Rotor na ňom osadený je vybavený štrbinami, v ktorých sa kovové platne voľne pohybujú. Pôsobením odstredivých síl sú neustále pritláčané na eliptickú vnútornú plochu dutiny statora.

Kvapalina vstupuje do dutín medzi platňami, po ktorých sa pohybuje v smere výstupu, kde je vytláčaná v dôsledku premenlivého objemu dutín. Lopatky, ktoré bežia na zakrivených stenách statora, sú zapustené do rotora, potom sa opäť posúvajú dopredu, pričom odoberajú ďalšie časti kvapaliny.

Vďaka vysokej rýchlosti otáčania má čerpadlo dostatočný výkon, pričom pri práci „na kľud“ vyvinie tlak cca 100 bar.

Režim tlaku v mŕtvom bode by existoval pri vysokých otáčkach motora a kolesách sa točili úplne, keď sa piest pomocného valca už nemohol pohybovať ďalej. Ale v týchto prípadoch sa aktivuje pružinový obmedzujúci ventil, ktorý sa otvorí a spustí spätný tok tekutiny, čím zabráni nadmernému zvýšeniu tlaku.

Režimy čerpadiel sú navrhnuté tak, že dokážu dodať maximálny tlak pri minimálnej rýchlosti otáčania. To je potrebné pri manévrovaní s takmer voľnobežnými otáčkami, ale s najľahším riadením. Napriek veľkému odporu v prípade otáčania riadených kolies na mieste. Každý vie, aký ťažký je v tomto prípade volant bez posilňovača. Ukazuje sa, že čerpadlo môže byť plne zaťažené pri minimálnych otáčkach rotora a po zvýšení otáčok jednoducho vypustí časť kvapaliny v opačnom smere cez regulačný ventil.

Napriek tomu, že takéto režimy prevádzky s nadmerným výkonom sú štandardné a poskytované, je prevádzka posilňovača riadenia s úplne vytočenými kolesami na blízko veľmi nežiaduca. Dôvodom je prehriatie pracovnej tekutiny, v dôsledku čoho stráca svoje vlastnosti. Hrozí zvýšené opotrebovanie a dokonca aj poruchy čerpadla.

Spoľahlivosť, poruchy a opravy

Čerpadlá posilňovača riadenia sú vysoko spoľahlivé a nepatria medzi spotrebný materiál. Ale ani tie nie sú večné. Poruchy sa prejavujú v podobe zvýšenej sily na volante najmä pri rýchlom otáčaní, kedy čerpadlo zjavne nepodáva požadovaný výkon. Ozývajú sa vibrácie a hlasné bzučanie, ktoré po odstránení hnacieho remeňa zmizne.

Oprava čerpadla je teoreticky možná, ale zvyčajne sa jednoducho vymení za originál alebo náhradný diel z aftermarketu. V továrni existuje aj trh pre repasované jednotky, sú oveľa lacnejšie, ale majú takmer rovnakú spoľahlivosť.