Agora, quase todos os carros fabricados estão equipados com direção hidráulica (abrev. GUR). Este mecanismo permite reduzir significativamente o esforço do condutor no volante ao conduzir um automóvel, tornando a condução mais confortável.
Inicialmente, a direção hidráulica era instalada exclusivamente em caminhões e equipamentos especiais, pois a resistência na mudança de posição das rodas, principalmente em baixas velocidades nesses equipamentos, é muito grande, o motorista simplesmente não conseguia girar as rodas direcionais sem aplicar um esforço significativo .
Agora a direção hidráulica também está sendo instalada em automóveis de passageiros. Em geral, nos automóveis de passageiros, o esforço necessário para girar as rodas é pequeno e dirigir um carro que não está equipado com direção hidráulica não causa dificuldades. Ou seja, por mais que esse mecanismo não seja particularmente necessário, ele tem uma qualidade muito positiva, pela qual, em sua maior parte, o amplificador se difundiu nos automóveis de passageiros. Tudo se resume ao fato de que a direção hidráulica permite manter o movimento retilíneo do carro durante a explosão do pneu do eixo motor, não se esqueça do desejo de uma pessoa pelo máximo conforto.
Componentes de um amplificador. Tipos de direção hidráulica
Em geral, a principal tarefa do amplificador em um automóvel de passageiros é aumentar a segurança e só então - garantir o conforto.
O dispositivo de direção hidráulica inclui vários componentes principais:
- bombear;
- distribuidor;
- cilindro de potência;
- conectando tubulações.
Dois tipos de boosters hidráulicos foram utilizados no equipamento:
- Combinado (integrado).
- Separado.
O tipo combinado se diferencia pelo fato de o distribuidor e o cilindro estarem integrados ao mecanismo de direção, o que pode reduzir significativamente o consumo de metal da estrutura e torná-la mais compacta. Graças a isso, tornou-se difundido, inclusive em automóveis de passageiros.
Um tipo separado foi usado em vários caminhões. Sua peculiaridade reside no fato do cilindro de força ser um elemento separado que interage com o acionamento da direção. Mas por causa desta decisão, o design da direção hidráulica acabou por ser mais complicado, por isso não é usado em automóveis de passageiros.
Bombear
Pelo nome do amplificador fica claro que o principal elemento de trabalho neste mecanismo é o líquido. Por ser incompressível, quando a pressão é criada, pode-se obter uma força que desempenhará a função desejada.
E esta pressão é criada por uma bomba. Em um esquema de mecanismo mais simples, a bomba é acionada por correia. Este elemento estrutural pode ser engrenado (tipo menos comum) ou rotativo (também conhecido como laminado). Na maioria das vezes, a segunda opção é usada em um carro.
O dispositivo da bomba auxiliar hidráulica do tipo rotativo é muito simples. Seus elementos principais são uma carcaça com conexões de entrada e saída e um eixo, em uma extremidade da qual está instalada uma polia motriz e na outra - um rotor com pás. Este rotor está localizado em uma câmara de formato especial - o estator (seu papel é desempenhado pelo corpo). Devido a esse formato do estator, é injetado líquido, que é então alimentado na conexão de saída que leva ao distribuidor.
Bomba de palhetas de direção hidráulica
A desvantagem da bomba acionada pelo virabrequim é a mudança na pressão gerada em função da rotação do motor. Por conta disso, a força gerada pela direção hidráulica em baixas velocidades é insuficiente, e em altas velocidades é excessiva, o que leva ao aparecimento de um efeito como “volante vazio” (“feedback” do controle de direção é ausente, portanto o conteúdo informativo da direção é muito pequeno).
O princípio de operação de bombas de engrenagens e rotativas
Para eliminar esta desvantagem, um regulador de pressão é incluído no dispositivo da bomba auxiliar hidráulica, que a mantém em um determinado valor. Funciona de forma muito simples - quando a pressão é ultrapassada, o regulador, em movimento, abre o canal de bypass entre os canais de entrada e saída e parte da pressão é liberada.
Distribuidor
O líquido sob pressão gerado pela bomba é fornecido ao distribuidor. A tarefa deste elemento composto é distribuir o fluxo de fluido dependendo da posição da direção. A válvula de carretel do tipo rotativa é a mais utilizada em automóveis de passageiros. Este conjunto é um elo intermediário entre o eixo da coluna e a caixa de direção.
Dispositivo distribuidor ferroviário
O distribuidor consiste em dois elementos - um eixo e um carretel rotativo. Esses elementos são montados em uma barra de torção, que conecta o eixo da coluna e a engrenagem.
Uma conexão de alimentação da bomba, uma linha de retorno (através da qual o líquido retorna novamente à bomba) e duas saídas que levam ao cilindro de potência são adequadas para o distribuidor.
O esquema do distribuidor
A essência do funcionamento do distribuidor é a seguinte: ao girar o volante, a resistência proveniente das rodas leva à torção da barra de torção, que por sua vez garante a rotação do carretel em relação ao eixo distribuidor. Com isso, alguns canais se abrem e os segundos fecham, ou seja, o fluxo do líquido é redistribuído.
Cilindro
O cilindro de potência atua como um elemento atuador. No tipo combinado de direção hidráulica, ela está totalmente integrada ao mecanismo de direção. A cremalheira da direção atua como um pistão, no qual existe uma arruela adicional com vedações, e o cilindro é uma carcaça. O pistão divide o cilindro em duas câmaras conectadas por tubulações ao distribuidor.
Princípio da Operação
E agora sobre como tudo interage entre si. A direção hidráulica é um mecanismo selado e o líquido nele circula em círculo. Mas em certos modos, a quantidade de líquido muda, de modo que essas quedas são compensadas pelo tanque de expansão (também é um tanque de enchimento). Normalmente este tanque está localizado na bomba, mas também pode ser remoto.
Em geral, a direção hidráulica possui dois modos de operação:
- Movimento retilíneo. Neste modo, o carretel conecta todos os canais adequados para ele. O líquido do distribuidor é imediatamente fornecido à linha de retorno e retornado à bomba. Além disso, parte dele é alimentada em ambas as câmaras do cilindro de potência, proporcionando-lhes igual pressão;
- Vez. Quando o volante é girado, a barra de torção é torcida, o que leva ao deslocamento do carretel em relação ao eixo. Por exemplo, considere a ação do mecanismo ao virar à direita. Assim, o carretel girou, por isso o canal de alimentação e o que leva à câmara direita do cilindro hidráulico estão conectados. Neste caso, a câmara esquerda está conectada à linha de retorno. O fluxo de líquido na câmara direita começa a pressionar o pistão, o que aumenta a força. Da câmara esquerda, para que não haja resistência à pressão, o líquido flui pelo distribuidor e entra na bomba. Ao mesmo tempo, se o volante não for girado totalmente, mas apenas parcialmente e deixado nesta posição, a barra de torção se desenrolará. Isso fará com que o carretel retorne à sua posição original - a conexão de todos os canais e a pressão nas câmaras do cilindro de potência serão equalizadas, mas já levando em consideração a posição atual da cremalheira junto com o pistão.
Esquema de funcionamento do sistema de reforço hidráulico com válvula Servotronic (os sistemas padrão diferem apenas na ausência de válvula restritiva e Servotronic)
Ao virar para a esquerda, o funcionamento do distribuidor é oposto ao descrito. Ou seja, o fluido sob pressão é fornecido à câmara esquerda do cilindro. Como você pode ver, o principal trabalho da direção hidráulica está no distribuidor.
Qualidades positivas e negativas
Algumas das qualidades positivas do uso de direção hidráulica no projeto da direção já foram listadas, mas existem outras. Em geral, as vantagens incluem:
- Melhorar a segurança (a direção hidráulica permite manter o carro em caso de explosão de um pneu durante a condução);
- Diminuição do esforço necessário para completar ou manter uma manobra;
- Alterar a relação de transmissão do mecanismo de direção (para girar as rodas em um determinado ângulo, é necessário girar menos o volante do que em um mecanismo sem direção hidráulica);
- Conforto de condução.
As desvantagens do amplificador são menores, mas são bastante significativas:
- A direção hidráulica é um mecanismo adicional, além disso, é estruturalmente complexa e requer manutenção;
- Alguns elementos são muito sensíveis a partículas contaminantes, por isso o uso indevido pode levar à quebra;
- A bomba acionada pelo virabrequim “assume” parte da potência do motor;
- O booster só funciona quando o motor está funcionando.
Ressalta-se que devido à instalação do distribuidor no mecanismo de direção, é possível continuar em movimento mesmo em caso de falha de um dos elementos da direção hidráulica ou despressurização. Em qualquer caso, a barra de torção transmitirá a rotação do eixo da coluna para a engrenagem do mecanismo, de modo que o carro manterá o controle, mas a força no volante aumentará.
Outra desvantagem deste mecanismo é a dependência da velocidade do virabrequim. A solução para este problema, e o próximo estágio no desenvolvimento da direção hidráulica, foi um amplificador eletro-hidráulico.
Sua peculiaridade reside no fato de o acionamento ser realizado a partir de um motor elétrico separado, que está incluso no projeto da bomba. Isto permite não só manter a pressão no valor requerido em todos os modos de funcionamento do motor, mas também garantir o funcionamento da direção hidráulica mesmo quando o motor não está funcionando.
Além disso, o booster eletro-hidráulico é controlado pela ECU. Ou seja, o mecanismo se adapta às condições específicas de direção, criando uma força ideal no volante e proporcionando uma transferência precisa de informações - “feedback”. Para fazer isso, a ECU coleta dados de vários sensores, com base nos quais controla a bomba e o distribuidor.
Apesar de o booster hidráulico ser estruturalmente muito mais complicado que outro tipo de amplificador - o elétrico, devido ao fornecimento de “feedback” é mais preferível, por isso é utilizado com mais frequência.