Frelander 2. Manual - part 135

STEERING GEAR

Item

Part Number

Description

1

-

Locknut

2

-

Tie-rod end

3

-

Locknut

4

-

Tie-rod

5

-

Steering gear boot

6

-

Steering gear casing attachment lugs

7

-

Pressure/return pipes

8

-

Valve unit housing

9

-

Input shaft

10

-

Pressure/return connection to/from pump

11

-

Attachment bolts

The steering gear, manufactured by Visteon, is located at the rear, top face, of the front subframe. It is solidly bolted to
the subframe with two bolts. The bolts are passed through from the underside of the subframe, to improve service access,
and are screwed into threaded bosses on the steering gear body.

The steering gear is a conventional end take-off, rack and pinion power assisted unit with lock to lock requiring 2.6 turns
of the steering wheel. This gives a steering ratio (ratio of steering wheel angle to road wheel angle) of 16.7:1 which
provides very quick and responsive reaction to driver inputs. The steering gear features large diameter tie-rods which
optimize feedback and feel to the driver.

The steering gear comprises a steel, welded and machined, one piece housing which contains a mechanical steering rack, a
valve unit and an integrated hydraulic power unit. The steering gear uses a rack with an integrated piston which is guided
on plain bearings within the rack housing. The pinion, which is attached to the valve unit, runs in bearings and meshes
with the rack teeth. The rack is pressed against the pinion by a spring loaded yoke which ensures that the teeth mesh
without any play. The pinion is connected to the valve unit via a torsion bar. The rotary motion of the steering wheel is
converted into linear movement of the rack by the pinion and is initiated by the valve unit. This movement is transferred
into movement of the road wheels by adjustable tie-rods.

The piston of the hydraulic power unit is located at one end of the gear housing. Each side of the piston is connected to
fluid pressure or fluid return via external metal pipes which are connected to the valve unit. Each end of the gear has a
threaded hole which provides for the fitment of the tie-rod. The external ends of the steering gear are sealed with boots
which prevent the ingress of dirt and moisture and allow for vertical movement of the tie-rods with the suspension in
addition to linear movement when the steering wheel is turned. The boots are serviceable items and are retained on the
gear housing and the tie-rod with ties.

Valve Unit

• NOTE: Typical valve unit shown

Item

Part Number

Description

1

-

Rack

2

-

Pinion shaft

3

-

Outer sleeve

4

-

Oil sleeve

5

-

Dirt seal

6

-

Input shaft

7

-

Torsion bar

8

-

Circlip

9

-

Oil seal

10

-

PTFE ring

11

-

Steering gear housing

12

-

Slots

13

-

Pin - pinion shaft to outer sleeve

14

-

Oil seal

15

-

Pinion shaft teeth

16

-

Bearing

17

-

Pinion shaft nut

The valve unit is an integral part of the steering gear. The principle function of the valve unit is to provide power
assistance (i.e. when parking) to optimize the effort required to turn the steering wheel. The pinion housing of the valve is
an integral part of the main steering gear assembly.

The pinion housing has four machined ports which provide connections for pressure feed of the power steering pump,
return fluid to the reservoir and pressure feeds to each side of the cylinder piston. A non-return valve and seal is fitted in
the pressure feed port from the power steering pump. The valve unit comprises an outer sleeve, an input shaft, a torsion
bar and a pinion shaft.

The valve unit is co-axial with the pinion shaft which is connected to the steering column via the input shaft. The valve
unit components are located in the steering gear pinion housing which is sealed with a cap. The outer sleeve is located in
the main bore of the pinion housing. Three annular grooves are machined on its outer diameter. PTFE rings are located
between the grooves and seal against the bore of the pinion housing. Holes are drilled radially in each annular groove
through the wall of the sleeve. The bore of the outer sleeve is machined to accept the input shaft. Six equally spaced slots
are machined in the bore of the sleeve.

The ends of the slots are closed and do not continue to the end of the outer sleeve. The radial holes in the outer sleeve
are drilled into each slot. The input shaft has two machined flats at its outer end which allow for the attachment of the
steering column intermediate shaft yoke. The flats ensure that the intermediate shaft is fitted in the correct position to
maintain the optimum phase angle. The inner end of the input shaft forms a dog-tooth which mates with a slot in the
pinion shaft. The fit of the dog-tooth in the slot allows a small amount of relative rotation between the input shaft and
the pinion shaft before the dog-tooth contacts the wall of the slot. This ensures that, if the power assistance fails, the
steering can be operated manually without over stressing the torsion bar.

The central portion of the input shaft has equally spaced longitudinal slots machined in its circumference. The slots are
arranged alternately around the input shaft. The torsion bar is fitted inside the input shaft and is an interference fit in the
pinion shaft. The torsion bar is connected to the input shaft by a drive pin. The torsion bar is machined to a smaller

diameter in its central section. The smaller diameter allows the torsion bar to twist in response to torque applied from the
steering wheel in relation to the grip of the tyres on the road surface. The pinion shaft has machined teeth on its central
diameter which mate with teeth on the steering gear rack. A slot, machined in the upper end of the pinion shaft mates
with the dog-tooth on the input shaft. The pinion shaft locates in the pinion housing and rotates on ball and roller
bearings.

POWER STEERING PUMP - TD4

Item

Part Number

Description

1

-

Pressure output port (to steering gear valve unit)

2

-

Pulley

3

-

Suction port (from reservoir)

The pump is a variable displacement, vane type pump which supplies the required hydraulic pressure to the steering gear
valve unit. The pump is located at the front of the engine and is driven by the Front Engine Auxiliary Drive (FEAD) Poly Vee
belt which is directly driven from the crankshaft. The output from the pump increases proportionally with the load applied
to the steering valve unit. A self-adjusting tensioner is fitted to maintain the correct tension on the belt.

The pump consists of a cartridge set which consists of 11 vanes and a rotor. These are mounted on the input shaft and are
surrounded by a variable displacement cam ring. The vanes rotate within the cam ring and are driven by the shaft. As the
vanes rotate, the cam ring causes the space between the vanes to increase. This causes a depression between the vanes
and fluid is drawn from the reservoir via the suction hose into the space between the vanes. As the shaft rotates, the inlet
port is closed to the vanes which have drawn in fluid, trapping the fluid between the vanes. The cam ring causes the space
between the vanes to reduce and consequentially compresses and pressurizes the hydraulic fluid trapped between them.
Further rotation of the shaft moves the vanes to the outlet port. As the vanes pass the port plate, the pressurized fluid
passes from the pump outlet port into the pressure hose to the steering gear.

The cam ring can move within the valve body. By moving the cam ring it is possible to vary the eccentricity of the shaft
and the vanes in relation to the cam ring. As the eccentricity is decreased, the volume of hydraulic fluid trapped between
the vanes decreases, maintaining a constant fluid output. This reduces the power and torque required to turn the pump
and therefore improves engine economy. The pump has an internal regulating valve which controls the eccentricity of the
cam ring and therefore varies the flow rate according to demand.

At low engine speeds, the internal displacement of the variable displacement pump is at its maximum to generate the
controlled fluid output. As the pump speed increases with engine speed, the increased flow inside the pump generates a
back pressure within the pump. This back pressure causes an internal regulating valve to move the the cam ring and
reduce the internal displacement of the pump to maintian the constant fluid flow from the pump.

A regulating, pressure relief valve within the pump limits the maximum pressure supplied to the steering gear to 115 bar

(1667 lbf in

2

) ± 4 bar (58 lbf in

2

) and also limits the maximum flow to 8.8 l/min (1.93 gal/min) ± 0.5 l/min (0.1 gal/min)

at 10 bar (145 bf in

2

). The pump has a displacement of 9.6 cc/rev (0.58in

3

/rev).

POWER STEERING PUMP - i6

Item

Part Number

Description

1

-

Suction port (from reservoir)

2

-

Pulley

3

-

Pressure output port (to steering gear valve unit)

The pump is a fixed displacement, vane type pump which supplies hydraulic pressure to the steering gear valve unit. The
pump is located at the rear of the engine and is driven by the Rear Engine Auxiliary Drive (READ) Poly Vee belt which is
indirectly driven from the camshafts. The pump supplies a constant flow rate, therefore the output is independent of
pump/engine speed. A self-adjusting tensioner is fitted to maintain the correct tension on the belt.

The pump contains a number of vanes which rotate within a cam ring and are driven by the input shaft. As the vanes
rotate, the cam ring causes the space between the vanes to increase. This causes a depression between the vanes and
fluid is drawn from the reservoir via the suction hose into the space between the vanes. As the shaft rotates, the inlet
port is closed to the vanes which have drawn in fluid, trapping the fluid between the vanes. The cam ring causes the space
between the vanes to reduce and consequentially compresses and pressurizes the hydraulic fluid trapped between them.
Further rotation of the shaft moves the vanes to the outlet port. As the vanes pass the port plate the pressurized fluid
passes from the pump outlet port into the pressure hose to the steering gear.

The pressurized fluid is subject to control by a flow control and pressure relief valve. The flow control valve maintains a
constant flow of fluid supplied to the steering gear irrespective of engine speed variations. The pressure relief valve limits
the maximum pressure on the output side of the pump. A metering orifice is included in the discharge port of the pump.

If the pressure in the orifice reaches a predetermined level, a spring loaded ball in the centre of the flow control valve is
lifted from its seat and allows pressurized fluid to recirculate within the pump. The pressure relief valve will operate if the
discharge from the pump is restricted, for example, steering held on full lock. If the output from the pump is blocked, all
output is recirculated through the pump. In this condition, as no fresh fluid is drawn into the pump from the reservoir, the
fluid temperature inside the pump will increase rapidly. Consequentially, periods of operation of the steering gear on full
lock should be kept to a minimum to prevent overheating of the pump and the fluid within it.

The pump has an internal pressure relief valve which also incorporates a flow control valve. The pressure relief valve limits

the maximum pressure supplied to the steering gear to 125 bar (1812 lbf in

2

) ± 4 bar (58 lbf in

2

). The flow control valve

limits the maximum flow to 8.8 l/min (1.93 gal/min) ± 0.5 l/min (0.1 gal/min) at 10 bar (145 bf in

2

) The pump has a

displacement of 11 cc/rev (0.67 in

3

/rev).

RESERVOIR

Item

Part Number

Description

1

-

Cap

2

-

Body

3

-

Return connection (DW12 - from steering gear) (i6 - from fluid cooler)

4

-

Suction connection (to power steering pump)

5

-

Bracket attachment mouldings

The fluid reservoir is located on a bracket in the RH side of the engine compartment, behind the headlamp assembly. The
reservoir comprises a body, cap and filter. The purpose of the reservoir is to contain a surplus of the hydraulic fluid in the
system to allow for expansion and contraction of the fluid due to temperature variations.

The fluid level ensures that the supply connection on the bottom of the reservoir is covered with fluid at all operating
vehicle attitudes. Any air which is present in the system is exhausted from the system in the reservoir.

The body is a plastic moulding with two ports at the bottom which provide for the connection of the suction supply and
return hoses. Moulded markings on the side of the reservoir denote the upper and lower fluid levels. A non-serviceable,
100 micron nylon mesh filter is fitted in the body. The filter removes particulate matter from the fluid before it is drawn
into the pump supply connection. Maximum and minimum fluid levels are moulded into the body and assist checking fluid
levels when the hydraulic fluid is cold.

The cap is rotated counterclockwise to release from the body. The cap is fitted with an O-ring to prevent fluid leakage and
incorporates a breather hole to allow for changes in fluid level during operation and prevent vacuum or pressurization of
the reservoir.

FLUID COOLER (i6 ONLY)