В конструкции автомобилей присутствует множество небольших компонентов, работа которых остается незамеченной для водителя, однако их значимость велика, а отказ может повлечь за собой серьезные неполадки. Один из таких элементов, получивший шутливое название «сапун», заслуживает отдельного рассмотрения. Попробуем разобраться в его расположении, назначении, принципе действия и необходимости обслуживания?
Сапун представляет собой клапан, предназначенный для выравнивания давления с окружающей средой и является обязательным компонентом большинства крупных замкнутых механизмов, где используются смазочные материалы и присутствует воздух.
В герметичных узлах, где вращаются валы и шестерни, трение вызывает нагрев масла и находящегося над ним воздуха. В результате оба эти вещества увеличиваются в объеме, поскольку масло никогда не заливается до самого края – всегда остается зазор, заполненный воздухом. Этот свободный объем позволяет маслу подниматься при нагревании, предотвращая его вытекание. Когда узел перегревается из-за работы, часть воздуха выходит наружу через сапун. После остановки и остывания узла масло сжимается, создавая разрежение, которое затягивает воздух обратно внутрь. Таким образом, давление внутри узла постоянно поддерживается на уровне атмосферного, или близком к нему.
В теории для поддержания одинакового давления внутри и снаружи достаточно простого отверстия в верхней части корпуса коробки передач (КПП) или редуктора моста. Однако такое отверстие неприемлемо, так как через него внутрь может проникнуть абразивная пыль, попадающая при движении по грунтовым дорогам, влага – во время мойки автомобиля или езды под дождем. Кроме того, при парковке на уклоне существует риск утечки масла. Хотя встречаются конструкции с простым отверстием, закрытым воздухопроницаемой фетровой пробкой, они применяются в узлах небольшого объема и работающих на густой смазке, например, в редукторах мощных болгарок или циркулярных пил. В автомобилях же, где сапуны наиболее распространены – коробках передач, раздаточных коробках полноприводных автомобилей и редукторах мостов – их конструкция более сложная.
В автомобиле этот элемент представляет собой небольшой резьбовой штуцер с отверстием насквозь, который крепится в корпусе того или иного узла или механизма автомобиля. Сверху штуцер защищен подвижным колпачком-стаканчиком, способным при нажатии слегка смещаться как вертикально, так и вращаться. Под колпачком торец штуцера закрыт резиновым диском – своеобразной «таблеткой», удерживаемой пружиной. Именно этот диск выполняет роль клапанного элемента в сапуне.
Конструкция сапуна проста, но в ее работе есть важные особенности, о которых не все знают… Давайте рассмотрим принцип его действия в наиболее распространенной конфигурации!
В идеальных условиях внутри корпуса агрегата, где установлен сапун, должно поддерживаться атмосферное давление, исключающее как избыточное давление, так и разрежение. Однако при выкручивании сапуна или даже простом энергичном перемещении колпачка вверх-вниз и в стороны, вызывающем смещение «таблетки», можно услышать тихий звук, похожий на «пшик». Этот звук может быть вызван как небольшим избыточным давлением, так и легким разрежением. В любом случае, это нормальное явление, а не признак неисправности!
Автомобиль начал движение. Шестерни и валы вращаются, создавая трение, которое нагревает масло. Масло расширяется, нагревается и сжимает воздушную прослойку над собой. Давление воздуха внутри коробки передач или редуктора повышается. Но пружина в сапуне имеет очень малую упругость и прижимает резиновую «таблетку» с незначительной силой, составляющей 10-12 граммов. Как только давление достигает минимального значения, лишь немного превышающего атмосферное, оно выпускается в окружающую среду, приподнимая «таблетку» и преодолевая сопротивление слабой пружинки.
Транспортное средство остановилось, что привело к снижению температуры компонентов и уменьшению уровня масла, а также падению давления воздуха внутри системы. По мере остывания в корпусе моста формируется разрежение, поскольку пружина прижимает резиновую прокладку к отверстию сапуна, обеспечивая герметичность… Тем не менее, со временем давление внутри выровняется с атмосферным. Причина этого явления заключается в том, что
Следует помнить о слабой конструкции пружины и о том, что резиновая прокладка не является высокоточным клапаном с идеально подогнанными уплотнительными поверхностями. Сапун изначально не предназначен для длительного поддержания разрежения – это предусмотрено его конструкцией. Он обеспечивает циркуляцию воздуха из атмосферы внутрь агрегата примерно с той же скоростью, с которой растет разрежение в процессе остывания масла. Таким образом, внутри возникает незначительное и кратковременное разрежение.
Рассмотрим еще одну ситуацию, где ключевую роль играют упомянутая прокладка и пружина. В предыдущих двух сценариях (планомерный нагрев во время движения и постепенное остывание на стоянке) можно было обойтись без них – сапун вполне мог выполнять свою функцию просто как отверстие, соединяющее картеры агрегатов с окружающей средой…
Речь идет о ситуации резкого охлаждения при заливке редукторов мостов, раздаточных коробок и трансмиссий, например, при внезапном попадании в глубокую лужу или преодолении бродов. В этом случае разрежение внутри агрегатов возникает быстро и достигает значительных значений – так, задний мост, разогретый до 90 градусов Цельсия, может оказаться в промоине с температурой около нуля… В этой ситуации к усилию поджимной пружины добавляется резкий скачок разрежения, что еще сильнее прижимает прокладку к торцу штуцера и препятствует попаданию воды внутрь редуктора или коробки передач. Сапун надежно самогерметизируется.
Незначительное, пусть даже и резкое, снижение температуры агрегата позволяет сапуну эффективно препятствовать проникновению влаги во внутренний объем, однако возникает вопрос: что произойдет при длительном нахождении в воде по уровень ступней или глубже? Такая ситуация может возникнуть, если форсирование брода затягивается или автомобиль застрял в болотистой местности. В этом случае существует вероятность того, что вода будет всасываться в масло через резиновые манжеты – сальниковые уплотнения полуосей или ШРУСов. Манжеты этих сальников имеют конструкцию, обеспечивающую самогерметизацию, но она предназначена для предотвращения вытекания масла внутрь, а не проникновения воды снаружи. Сальник в целом обеспечивает герметичность в обоих направлениях благодаря постоянному прижиму от кольцевой пружины, однако его упругость в направлении «наружу» несколько выше, чем в противоположном, из-за особенностей профиля. В то время как новое оригинальное уплотнение способно выдерживать воздействие вакуума и не пропускать воду снаружи, старый или некачественный сальник с этой задачей справится значительно хуже. Хотя трансмиссионное масло в обоих случаях может обеспечивать отличную защиту!
Именно поэтому большинство владельцев внедорожников (особенно автомобилей с большим пробегом) предпочитают не полагаться на штатные сапуны. Они удаляют колпачок, пружинку и «таблетку», заменяя их тонкими шлангами, которые выводят вперед в моторный отсек, а сзади – в пространство внутри крыла багажника или в нишу фонаря. Таким образом, клапан сапуна становится ненужным, но функция соединения с атмосферой сохраняется. Владельцам легковых автомобилей подобная модификация не требуется.
Тем не менее, даже если вы не являетесь владельцем внедорожника, сапун может доставить вам хлопот при засорении или изготовлении из материалов низкого качества. При всей своей кажущейся простоте данная деталь требует высокой точности и повторяемости в процессе производства! Пружина должна обладать определенной силой сжатия, «таблетка» – быть изготовлена из качественной резины, устойчивой к деформации и прилипанию от масла и температуры. Любые перекосы или заедания колпачка недопустимы.
Конструктивные недостатки и небрежность в исполнении приводят к быстрому загрязнению сапуна или его залипанию (что вызывает выдавливание масла через сальники при нагреве), либо, наоборот, к легкому проникновению воды внутрь (что приводит к образованию эмульсии из масла). Даже если сапун изначально качественный и не является подделкой, он требует периодического обслуживания, заключающегося в простом пошевеливании и прокручивании колпачка рукой. Это помогает предотвратить его засорение грязью внутри и закисание «таблетки».
Не всегда безупречный контроль качества со стороны производителей (особенно это характерно для отечественного автомобилестроения) побуждает владельцев транспортных средств к внесению модификаций даже в условно работоспособные компоненты… В качестве примера можно привести распространенную проблему с утечкой масла через сапун коробки передач переднеприводных автомобилей ВАЗ прошлых лет выпуска. Учитывая, что в некоторых случаях (включая рекомендации АвтоВАЗа) рекомендовался объем масла в трансмиссии, превышающий номинальный, воздушный зазор над маслом оказывался недостаточным для компенсации теплового расширения – смазочный материал начинал вытекать через сапун и распределяться по корпусу коробки. В такой ситуации водители часто перенаправляли его наружу с помощью короткого шланга, что является распространенной практикой среди владельцев внедорожников.
Другой пример – сапуны заднего моста на автомобилях ВАЗ «классической» серии, а также на моделях «Волга» и ИЖ образца 90-х годов, при производстве которых использовались ручные методы. Низкое качество изготовления деталей приводило к тому, что на заводах намеренно удаляли пружину и демпфер из сапунов, закрывая их колпачком и превращая в простое отверстие – чтобы обеспечить хотя бы минимальную работоспособность и предотвратить выход масла наружу… Если же владельцы таких автомобилей не эксплуатировали их в условиях бездорожья и не парковали на склонах, то они обычно не сталкивались с проблемами из-за подобной упрощенной конструкции и зачастую даже не подозревали о ней.
