БИБЛИОТЕКА АВТОМОБИЛИСТА
Серия «Библиотека автомобилиста»
С. В. Березин
2-е издание
Ростов-на-Дону
« Феникс »
2008
УДК 629.3(035)
ББК 39.33—08я2
К Т К 262
Б48
Справочник подготовлен совместно
с ООО «Авангард БУКС»
Б48
Березин С. В.
Справочник автомеханика / С. В. Березин. — 2-е изд. — Ростов н/Д : Феникс, 2008.
— 346, [2] с. : ил. — (Библиотека автомобилиста).
ISBN 978—5—222—13261—6
В справочнике рассказывается об основных российских автомдбилях, их классификации, устройстве двигателей и их составных частей. Подробно рассмотрен
кривошипно-шатунный механизм, система охлаждения, питания двигателя, впрыскивания топлива и др.
Освещены вопросы электрооборудования, газобаллонной аппаратуры. Детально описана трансмиссия, рулевое управление, тормозные механизмы.
Справочник подробно описывает не только устройство автомобиля и его основных механизмов, но
и способы его грамотной эксплуатации и ремонта.
Данная книга будет полезна студентам, обучающимся на факультете автомеханики, учащимся колледжей и техникумов, а также многочисленным любителям и профессионалам.
УДК 629.3(035)
ISBN 978-К*Й2з13261-6
ББК 39.33-08я2
© С. В. Березин, текст, 2008
© О О О «Феникс», оформление, 2008
Оглавление
Введение
9
Основные
российские
автомобилестроительные
производственные
объединения
9
Классификация
подвижного
состава
автомобильного
транспорта
12
Классификация
автомобилей
грузовых
13
Классификация
автомобилей
легковых
Классификация
автобусов
14
15
Принятая при расчетах
система единиц
17
Основные
требования,
предъявляемые при разработке
новых автомобилей
18
Справочник автослесаря
Основные части и агрегаты
автомобиля
Глава 1. Общее устройство двигателя
Классификация
двигателей
19
22
22
Общее
устройство
одноцилиндрового
карбюраторного
двигателя.
Основные
конструктивные
параметры двигателя
25
Рабочие циклы
четырехтактного
карбюраторного
одноцилиндрового
Рабочие циклы
четырехтактного
двигателя
дизеля
28
31
Порядок работы
многоцилиндрового
двигателя
33
Глава 2. Основные части двигателя
35
Кривошипно-шатунный
механизм
35
Механизм
47
газораспределения
4
Оглавление
Смазочная
56
система
Система охлаждения
65
Система питания
карбюраторных
двигателей
легковых автомобилей
72
Система питания
карбюраторных
двигателей
грузовых
автомобилей
и автобусов
89
Электронные
впрыскивания
93
системы
топлива
Приборы
топливоподачи:
топливные бак, фильтры,
насос.
Воздухоочиститель,
газопроводы
Система
питания
дизелей
Глава 3. Электрооборудование
Система
электроснабжения
и потребители
электроэнергии
97
104
119
119
Источники
тока
(аккумуляторы,
генераторные
установки,
регуляторы
напряжения)
120
5
Справочник автомеханика
135
Система зажигания
Основные элементы
зажигания
Электрическая
пуска
системы
144
система
Глава 4. Газобаллонная аппаратура
Газовое топливо
151
157
157
/
Состав
газобаллонной
аппаратуры
легковых
автомобилей
159
Глава 5. Шасси и органы управления .... 175
Трансмиссия
175
Ходовая часть (несущая
система, управляемый мост
и подвеска)
203
Рулевое
219
управление
Тормозная
система.
Общие сведения
229
Тормозные
и приводы
230
механизмы
6
Оглавление
Приборы
приводов
гидравлических
Приборы
приводов
пневматических
240
246
Многоконтурный
пневматический
привод
252
Приборы
многоконтурного
пневматического
привода
255
Кузов
268
и его оборудование
Глава 6. Теория и расчет двигателей
272
Теоретические
и действительные
272
Анализ рабочих
действительного
циклы
процессов
цикла
275
Показатели,
характеризующие
работу двигателя
294
Тепловой баланс
двигателя,
теплоис пользование
301
Кинематика и динамика
механизмов двигателя
304
7
Справочник автослесаря
Глава 7. Теория автомобиля
Действующие
силы
на
315
автомобиль
315
Тяговая
динамика
автомобиля
328
Тормозная
динамика
автомобиля
336
Топливная
автомобиля
339
экономичность
Глава 8. Основы эксплуатации
автомобиля
Эксплутационные
автомобиля
342
свойства
342
Технико-экономические
показатели автомобиля
344
Факторы,
влияющие
на расход топлива
и смазочных материалов
346
Литература
348
Введение
Основные российские
автомобилестроительные
производственные объединения
В настоящее время процесс массовой автомобилизации страны происходит наиболее стремительно, интенсивность дорожного движения постоянно
растет, расширяется производство и осваивается выпуск новых типов специализированных автомобилей. В результате этого автомобильный транспорт
занимает значительное место в транспортной системе России.
Первые автомобили начали выпускать в России
на заводе «Руссо-Балт» (Русско-Балтийском вагонном заводе) в Риге в 1908 году. Всего этот завод
выпустил 700 легковых и спортивных автомобилей
марки «Руссо-Балт» мощностью 15—65 лошадиных
сил (11—48 кВт), грузоподъемностью 1—4 т, которые
могли развивать скорость до 100 км/ч.
В советские времена массовым производством автомобилей занимались следующие автозаводы: Запорожский автозавод «Коммунар», Волжский автозавод имени 50-летия СССР, Московский автозавод
9
Справочник автомеханика
имени Ленинского комсомола ( А З Л К ) и имени
И . А . Лихачева, Ижевский и Горьковский автозаводы; легковые автомобили повышенной проходимости выпускали Ульяновский автозавод имени
В.И. Ленина, Л у ц к и й и Волжский автозаводы;
грузовые автомобили выпускали Московский имени И . А . Лихачева, Горьковский, Уральский, Камский автозаводы, автозаводы разный социалистических республик: Минский, Кутаисский, Могилевский, Кременчугский, Белорусский. Они выпускали автомобили следующих широко известных
марок (название соответствует аббревиатуре автозавода): «Москвич», ЗИЛ, Г А З , У А З , КамАЗ, ВАЗ
и другие.
Распад Советского Союза привел к спаду производства автомобилестроительной отрасли промышленности. В настоящее время как во всей экономике России, так и в автомобилестроительной отрасли происходят положительные сдвиги, создаются
новые марки автомобилей, совершенствуются существующие конструкции, позволяющие экономить
топливо и обладающие большей надежностью и работоспособностью.
Среди наиболее успешно действующих в настоящее время автомобилестроительных предприятий следует назвать такие акционерные общества, как В А З (бывший Волжский автозавод),
Г А З (бывший Горьковский автозавод), И Ж (бывший Ижевский автозавод), З И Л (бывший автозавод имени Ленина).
Г А З : выпускает легковые автомобили марок
ГАЗ—3102, - 3 1 1 0 , -31105 « В о л г а » , грузовые автомобили, расширяет производство грузовых автомо-
10
Введение
пилой малой массы « Г А З е л ь » , «Соболь», выпускает автомобили, работающие на сжиженном пропаноутане. В настоящее время налажен серийный выпуск двухосных заднеприводных автомобилей с бортовой платформой ГАЗ—3307 и ГАЗ—3309, полноприводных автомобилей с кабиной капотного типа
марки «Садко» (ГАЗ-ЗЗОЭ7, -3308).
В А З : выпускает заднеприводные автомобили
(легковые) малого класса (ВАЗ—2105, —2107); переднеприводные автомобили (ВАЗ—2110, —2111,
-2112); автомобили марки «Самара-Лада» (ВАЗ—
2114, -2115), «Лада-Калина» (на базе ВАЗ-2109,
21099, - 2 1 1 0 ) , к которым относятся В А З - 1 1 1 7 ,
-1118, —1119. Предприятие сотрудничает с зарубежными фирмами, результатом этого сотрудничества
стала модель «Шевро-Нива» и ее модификации.
И Ж : выпускаются грузовые автомобили особо малой грузоподъемности с различными модификациями кузова, полноприводной «пикап» ИЖ—27171,
легковые автомобили малого класса ИЖ—2126 «Ода»,
ИЖ—21261.
З И Л : выпускает следующие современные базовые модели: ЗИЛ—4314, -4315,-4333, на основе которых выпускаются тягачи с бортовыми платформами, имеющие различные эксплутационные свойства (грузоподъемность, проходимость и др.). На
базе автомобиля «Бычок» (ЗИЛ—5301, двигатель —
турбонаддувный дизель Д—245.12) выпускается почти четыре десятка модификаций машин (работают без прицепов), которые могут быть переоборудованы для выполнения спецработ.
Кроме перечисленных предприятий в России
(В Москве, Нижнем Новгороде, Калининграде и др.)
11
Справочник автомеханика
возникли и новые предприятия, специализирующиеся на выпуске иномарок (легковых автомобилей иностранных марок).
Автобусный парк России увеличивается за счет
машин из стран — бывших республик Советского
Союза, венгерских «Икарусов». Но наряду с этим
и в России создаются новые марки автобусов и микроавтобусов, улучшаются давно выпускаемые модели ПАЗ-ов, ЛиАЗ-ов и др.
Классификация подвижного состава
автомобильного транспорта
Подвижной состав автомобильного транспорта
можно классифицировать следующим образом: весь
подвижной состав можно разделить на транспортный и специальный.
Специальный подвижной состав предназначен для
выполнения в основном нетранспортных работ, к нему
относятся автомобили со специальными кузовами: автокраны, пожарные и коммунальные автомобили, санитарные, автомастерские; спортивные автомобили;
прицепы и полуприцепы (не транспортные).
Транспортный состав делится на грузовой и пассажирский.
К пассажирскому подвижному составу относятся легковые автомобили, автобусы. Пассажирские
прицепы и полуприцепы можно классифицировать
и как грузопассажирский состав.
К грузовому подвижному составу относятся грузовые автомобили, прицепы и полуприцепы, тягачи, специализированные автомобили для перевоз-
12
Введение
ки различные грузов (самосвалы, цистерны, контейнеровозы и т. п.).
Классификация грузовых автомобилей
Грузовые автомобили классифицируются следующим образом:
по назначению: общего назначения (перевозят
любые не жидкие грузы, а жидкости — только в
таре, кузов — платформа с бортами) и специализированные (предназначены для перевозки определенных типов грузов: различные цистерны, самосвалы, для перевозки скота и т. п.);
по проходимости: обычной (дорожной, для дорог с асфальтобетонным покрытием, наиболее распространены), повышенной и высокой проходимости (для бездорожья или тяжелых дорожных условий);
по приспособленности к климатическим условиям: автомобили для умеренного, холодного (северного) и жаркого (тропического) климата (автомобили для холодного и жаркого климата выпускаются на базе автомобилей для умеренного климата);
по характеру использования: одиночные и тягачи (автопоезда). Автопоезд — это грузовой автомобиль с одним или несколькими прицепами (или
полуприцепами).
Обозначения (индексы), применяемые для базовых моделей грузовых автомобилей, состоят из
обозначения завода-изготовителя и четырех цифр,
первая из которых обозначает класс автомобиля,
13
Справочник автомеханика
вторая — вид автомобиля, а две последние — номер модели (от 01 до 99).
Различается семь классов грузовых автомобилей
(в зависимости от полной массы автомобиля):
Полная
масса, т
Класс
ДО
1
1,2
от 1,2 от 2 от 8
ДО 2
ДО 8 до 14
4
2
3
от 14
ДО 20
5
от 20
до 40
6
свыше 40
7
Д л я обозначения вида грузового автомобиля используются следующие цифры:
бортовой тягач самосвал цистерна фургон резерв специальный
Вид
4
8 (пока
6
7
Соответствующая 3
5
9
не испоцифра
льзуется)
Например, запись ЗИЛ—4314 означает, что завод-изготовитель — ЗИЛ, его масса от 8 до 14 т,
платформа бортовая, модель 14.
Общее число колес п и число ведущих колес т
указывается колесной формулой пхт, например запись 6x4 означает, что общее число колес — 6, ведущих
4.
Классификация легковых автомобилей
Легковые автомобили (вместимость не более
8 человек) классифицируются по массе неснаряженного автомобиля (т. е. без водителя, пассажира, топлива, охлаждающей жидкости, инструмента, запасного колеса) и рабочему объему двигателя следующим образом:
14
Введение
Предельные значения
Класс автомобиля Группа Индекс
Рабочий объем Масса неснаряженного
двигателя, л
автомобиля, кг
1
11
до 649
до 0,849
особо малый
от 650 до 799
2
от 0,85 до 1,099
21
1
от 800 до 899
от 1,1 до 1,299
малый
2
от 1,3 до 1,499
от 900 до 1049
от 1.5 до 1,799
3
от 1050 до 1149
1
31
от 1,8 до 2,499
от 1150 до 1299
средний
2
от 2,5 до 3,499
от 1300 до 1499
1
41
от 3,5 до 4,499
от 1500 до 1900
большой
2
не регламентируется
более 5,0
высший
41
не регламентируется
—
Выпускаются легковые автомобили дорожной и
повышенной проходимости.
Обозначения базовых моделей легковых автомобилей состоят из названия завода-изготовителя, затем индекса, соответствующего рабочему объему двигателя (первые две цифры), последние две цифры —
номер модели. Например, запись ВАЗ—2105 означает, что завод-изготовитель ВАЗ, относится к малому классу с объемом двигателя от 1,1 до 1,799 л,
модель — 05. Для обозначения модификаций к этой
записи добавляется пятая цифра.
Классификация автобусов
Автобусами считаются автомобили, вмещающие
более восьми человек (включая водителя). Они
классифицируются:
• по назначению: городские (внутригородские и
пригородные), местного сообщения (перевозка
15
Справочник автомеханика
пассажиров по области), междугородные и туристические;
• по форме кузова: бескапотные (или вагонного типа, длина кузова увеличена и сам кузов выполнен из двух или трех шарнирно соединенных
частей), капотные и короткокапотные;
• по расположению двигателя: возможно переднее или заднее расположение двигателя, бывают
двигатели с противолежащими цилиндрами (расположены между лонжеронами рамы);
•по колесной формуле: полноприводные (4x4,
6x6) и неполноприводные (4x2, 6x4, 8x4);
• по пассажировместимости: в зависимости от
длины существует пять классов пассажировместимости:
Габаритная длина, м
класс
название
обозначение
до 5,0
от 6,0
До 7,5
от 8,0
До 9,5
от 10.5
Д012,0
особо малый малый средний большой
2
3
4
от 16,5 до 24,0
и сочлененные
автобусы
особо большой
5
6
• по этажности: одноэтажные,
-этажные
(окна и крыша приподняты над частью кузова), полутораэтажные (надстройка в виде этажа в задней
части кузова), двухэтажные;
• по герметизации кузова: закрытые и открытые кузова.
Этажность и герметизация считаются особенностями устройства кузова.
Обозначения базовых моделей автобусов состоят из названия завода-изготоаителя, затем цифры,
соответствующей классу (в зависимости от длины),
второй цифры — вид, двух последних — номер модели. Например, запись ЛиАЗ—5256 означает, что
1
1 /4
16
Введение
завод-изготовитель — Ликинский автобусный завод, машина относится к пятому классу (большие
автобусы) с длиной от 10,5 до 12,0 м, цифра 2 означает, что вид — автобус, а номер модели — 56.
Автобусы создаются на основе базовых грузовых автомобилей, в которых применены специальные автобусные агрегаты (задние мосты, коробки передач и т.д.).
Принятая при расчетах система единиц
В автомобилестроении при разработке конструкции, проведении различных расчетов за основу принимается международная система единиц СИ, но
кроме нее часто применяются и другие единицы
измерения, соотношения между единицами разных
систем для наиболее часто применяемых величин
приведены в таблице (точность, приведенная в таблице, довольно часто достаточна при расчетах):
Величина
Размерность единиц в системе
других системах
СИ
Мощность
Вт
Момент
Масса
Сила
Давление
Работа и энергия
Момент инерции
Плотность
Н-м
кг
Н
Н/м2 (Па)
Дж
кг-м2
кг/м 3
Удельный вес
Количество
теплоты
Удельная
теплоемкость
Н/м 3
Дж
л.с. (лошадиная
сила)
кгсм
кгс-с 2/м
кгс
Соотношение между единицами
разных систем
1 л.с, = 735,5 Вт
КГС'С 2 / М 4
1 кгс-м = 10 Н-м
1 кгс-с 2 /м = 9,81 кг
1 кгс = 10 Н
1 кгс-см = 98066,5 Н/м2
1 кгсм = 10 Дж
1 кгсм'с 2 = 9.81 кг*м2
1 кгс-с2/ м 4 = 9,81 кг/м 3
кгс/м3
кал
1 кгс/м 3 = 10 Н/м3
1 кал = 4,2 Дж
КГС'СМ
КГС'М
КГСМ'С 2
%
Дж/(кг-К)
ккал/(кг- °С)
1 ккал/(кг- °С) = 4,2 • 10 эДж/(кг"К)
Справочник автомеханика
Основные требования, предъявляемые
при разработке новых автомобилей
При разработке новых автомобилей и модернизации старых большое значение уделяется выполнению следующих требований:
• уменьшение загрязнения окружающей среды
выхлопными газами;
• уменьшение токсичности ОГ; применение более экономичных двигателей, работающих Н й СЖЭ."
том и сжиженном газах;
• снижение уровня шума путем совершенствования глушителей и шин и уменьшения уровня
вибраций несущей системы;
• уменьшение массы автомобиля (в основном для
легковых автомобилей);
• повышение эксплутационных качеств;
• уменьшение расходов топлива и смазочных веществ;
• повышение пассивной (уменьшение тяжести
последствий Д Т П ) и активной (снижение вероятности возникновения Д Т П ) безопасности автомобиля.
Основные части и агрегаты автомобиля
Существующие автомобили (легковые, грузовые,
специальные, автобусы) весьма разнообразны конструктивно. Но несмотря на это разнообразие лю-
Введение
бой из автомобилей состоит из трех основных частей: двигателя, шасси и кузова.
Двигатель — это источник механической энергии, приводящей автомобиль в движение, в основном применяются двигатели внутреннего сгорания,
в которых процесс сгорания топлива, в результате
которого выделяется превращающаяся в механическую работу теплота, происходит внутри, в цилиндрах двигателя. Конструкция двигателей весьма
разнообразна.
Шасси — это совокупность механизмов, предназначенных для передачи крутящего момента от
двигателя к ведущим колесам, для передвижения
автомобиля и управления им. Оно состоит из трансмиссии, несущей системы (ходовой части) и механизмов управления.
Механизм представляет собой подвижно связанные детали или узлы, совершающие заранее заданные определенные движения (например, кривошипно-шатунный механизм). Простой узел — это
связанные между собой каким-либо соединением
(заклепочным, сварным, зубчатым и т. д.) детали.
Простые узлы соединяются в сложные.
Агрегат — представляет собой несколько соединенных между собой и с базовой деталью механизмов или сложных узлов.
Система — представляет собой совокупность узлов и механизмов, выполняющих определенные
функции при взаимодействии друг с другом.
Трансмиссия предназначена для передачи крутящего момента от двигателя на ведущие колеса и
преобразования крутящего момента по величине и направлению. Наиболее распространены механические
19
Справочник автомеханика
трансмиссии различных конструкций. Основные
части трансмиссии:
• сцепление (для временного отключения двигателя от трансмиссии и его плавного включения),
• коробка передач (для изменения крутящего момента, длительного отключения двигателя от трансмиссии и движения задним ходом),
• карданная передача (для передачи крутящего момента между валами), у переднеприводных
автомобилей карданной передачи нет (в результате уменьшается масса машины и увеличивается
объем салона),
• ведущий мост, состоящий из главной передачи (для увеличения крутящего момента и передачи его под прямым углом), дифференциала (обеспечивает возможность вращения колес с разными
скоростями при повороте, на неровных дорогах) и
полуоси (для передачи крутящего момента ведущим
колесам). Ведущих мостов может быть несколько,
у автомобилей повышенной проходимости может
быть три ведущих моста.
Несущая система (ходовая часть) состоит из
рамы, переднего и заднего мостов ( д л я поддержания рамы и кузова, передачи вертикальной нагрузки на колеса) с амортизаторами и подвеской
(для упругой связи между рамой или кузовом с мостами или колесами) и колес (обеспечивают непосредственную связь автомобиля с дорогой). У тягачей к несущей системе относятся седельносцепное устройство. В большинстве легковых автомобилей рама отсутствует.
20
Введение
Механизм управления состоит из рулевого
управления (изменяет положение ведущих колес относительно рамы или кузова) и тормозной системы (осуществляет уменьшение скорости автомобиля, остановку и удержание на месте).
Кузов служит для размещения людей или грузов. Кузова легковых автомобилей и автобусов состоят из салона для людей, кузова грузовых автомобилей состоят из грузовой платформы и кабины
для людей. Кузова автобусов и легковых автомобилей выполняют функцию рамы в несущей системе
автомашины.
Кроме основного способа размещения двигател я , шасси и кузова возможны и другие варианты,
позволяющие реализовать какие-нибудь специальные функции автомобиля. Например, кузова вагонного типа с задним размещением двигателя или
полноприводные автомобили с дополнительными механизмами в трансмиссии.
В автомобилях имеется система электроснабжения, применяемая для питания электрической
энергией электрооборудования, для зажигания рабочей смеси в цилиндрах двигателя. Она состоит
из источников тока аккумуляторной батареи и генератора (генераторной установки). Основным источником является генератор.
Глава 1. Общее устройство
двигателя
Классификация двигателей
Классификация. Двигатель является одной из
трех основных частей автомобиля. Большое разнообразие транспортных средств и выполняемых ими
функций обусловило создание значительного количества разнообразных двигателей. Все существующие двигатели можно классифицировать следующим образом:
• по способу смесеобразования различаются двигатели с внутренним (дизели, воспламенение при
соприкосновении с нагретым в цилиндре воздухом)
и внешним (газовые и карбюраторные, принудительное зажигание от электрической искры) смесеобразованием (то есть, горючая смесь образуется соответственно внутри или вне цилиндров двигателя);
• по способу выполнения рабочего цикла различаются двух- и четырехтактные двигатели;
• по числу цилиндров различаются одноцилиндровые, двухцилиндровые и многоцилиндровые двигатели;
22
Г лава 2
• по расположению цилиндров существуют двигатели с расположением цилиндров в один ряд (вертикально или наклонно) и с расположением цилиндров под углом (V-образные двигатели);
• по способу охлаждения: существует воздушное и жидкостное охлаждение;
• по виду применяемого топлива различаются
бензиновые (воспламенение смеси электрической
искрой), газовые (воспламенение смеси электрической искрой), дизельные (самовоспламенение смеси от высокой температуры или давления), многотопливные (самовоспламенение смеси от высокой
температуры или давления), газодизельные двигатели.
Классификация многоцилиндровых двигателей.
В настоящее время применяются многоцилиндровые двигатели, которые имеют 4, 6, 8 или 12 цилиндров. Класс двигателя определяется в зависимости от его рабочего объема в соответствии с таблицей (к 1-му классу относится ВАЗ—11113 « О к а » )
Диапазон
рабочего
Класс
объема, л
от 0,85 до 1,1
2
от 1,1 до 1,8
3
4
от 1,8 до 4,0
Модель
двигателя
Рабочий
объем, л
Марка автомобиля
МеМЗ -245.10
УЗАМ -331.10
ЗМЗ -4021.10
ЗМЗ -4062.10
1,09
1,48
2,445
2,30
ЗАЗ -1105, -02288
Иж-21261, -2126
ЗМЗ -4061.10
2,30
ЗМЗ -4063.10
ЗМЗ -511.10
4,25
ГАЗ -3302
ГАЗ-2217
ГАЗ -3307
ЗИЛ-431410
ЗИЛ -4331
КамАЗ -5320
5
от 4,0 до 7,0
6
7
ЗМЗ -508.10
от 7,0 до 10,0 ЗИЛ -645.10
от 10,0 до 15,0 КамАЗ -740.10
23
6,00
8,74
10,85
ГАЗ-3110, -31105
Справочник автослесаря
Обозначения двигателей состоят из аббревиатуры завода-изготовителя, далее стоит цифра, соответствующая классу двигателя, вторая и третья
цифры — порядковый номер базовой модели (для
дизелей начинается с 40), следующая цифра — номер модификации (если имеется). Затем после точки ставится 10 — цифровое обозначение группы
двигателей. Например, запись ЗМЗ—4063.10 означает, что завод-изготовитель — Заволжский моторный завод, класс — 4 (т. е. диапазон рабочего объема от 1,8 до 4 л ) , порядковый номер базовой модели — 06, модификация — 3, двигатель — 10.
Для обозначения деталей и узлов, составляющих
двигатель, к обозначению двигателя добавляются
еще пять цифр: две первые из них — номер типовой (сборочной) подгруппы (например, 11 — смазочный насос), последние три — номер детали по
каталогу.
Многоцилиндровые двигатели можно представить
как несколько соединенных в одно целое одноцилиндровых двигателей, имеющих общий коленчатый
вал. Цилиндры могут располагаться в один ряд (однорядная компоновка), при этом оси цилиндров расположены строго вертикально или под небольшим
углом к вертикали (не превышающем 20 ), или цилиндры располагаются под значительным углом к
вертикали (наиболее часто встречается V-образная
двухрядная компоновка). Если угол равен 180°, то
двигатель называется оппозитным (с противолежащими цилиндрами). V-образная двухрядная компоновка уменьшает габариты (длину и высоту) двигателя, она применяется в основном на грузовых
автомобилях. Например, цилиндры (восемь) двига-
24
Г лава 2
геля КамАЗ—5320 расположены в два ряда по ходу
.жтомобиля под углом 90 .
К недостаткам V-образной компоновки следует
отмести сравнительно большую ширину и более
с ложное изготовление.
Общее устройство одноцилиндрового
карбюраторного двигателя. Основные
конструктивные параметры двигателя
Одноцилиндровый карбюраторный двигатель
состоит из следующих основных частей: кривошипмо-шатунного механизма, газораспределительный
механизм, системы питания, смазки, охлаждения
и зажигания (рис. I).
Кривошипно-шатунный механизм предназначен
для преобразования прямолинейного возвратно-поступательного движения поршня во вращательное
движение коленчатого вала (кривошип — звено,
вращающееся вокруг неподвижной оси, шатун —
звено, которое совершает сложное движение параллельно некоторой плоскости).
Газораспределительный механизм предназначен для своевременного наполнения цилиндра горючей смесью (бензиновоздушной) и удаления из
цилиндра продуктов сгорания. Распределительный
вал приводится в движение от коленчатого вала.
Верхняя головка шатуна соединяется с поршнем
поршневым пальцем, нижняя головка — с коленчатым валом, который вращается в расположенных
25
Справочник автослесаря
10
Рис. 1. Одноцилиндровый карбюраторный двигатель.
Основные детали кривошипно-шатуиного
механизма:
1
зубчатые колеса; 2 — распределительный вал,
3
штанги; 5
толкатели, 4
поршень (перемещается
в цилиндре вверх-вниз); 6 — головка (выполняет роль
крышки для цилиндра); 7— выпускной газопровод с
глушителем шума выпуска; 8 — коромысло; 9 — пружины;
10
карбюратор; И — впускной и 13 — выпускной клапаны;
свеча зажигания; 14
12
поршневые кольца;
15
рубашка охлаждения, насос, термостат, вентилятор,
радиатор; 16 — поршневой палец; 17 — цилиндр;
18
шатун; 19 —маховик; 20 — картер
21
коленчатый вал; 22
поддон
Г лава 2
is картере подшипниках (картер отливается как
одно целое с цилиндром). На заднем конце коленчатого вала установлен маховик. Снизу двигатель
;ткрыт поддоном, который применяется и как резервуар для масла.
Система питания предназначена для приготов./нчшя горючей смеси, подачи ее в цилиндр, отвода
продуктов сгорания. Основные детали: карбюратор
(в нем топливо смешивается с воздухом), топливный насос, фильтры (для очистки воздуха и топлива), топливный бак, выпускной газопровод с глушителем шума выпуска.
Система смазки предназначена для обеспечения
смазкой трущихся деталей, кроме этого смазка охлаждает соприкасающиеся поверхности и очищает
их. Основные детали: масляный насос, фильтры
для очистки масла, маслоподводящие каналы, радиатор для охлаждения масла.
Система охлаждения предназначена для поддержания оптимального теплового режима путем регулируемого отвода тепла. Основные детали жидкостной системы охлаждения:
Система зажигания предназначена для воспламенения горючей смеси в цилиндре. Основные детали: источник электрической энергии, катушка зажигания (преобразует ток низкого напряжения в ток
высокого напряжения), прерыватель тока, провода.
Основные конструктивные параметры: диаметр цилиндра, число цилиндров, ход поршня.
При работе двигателя за один оборот коленчатого вала поршень передвигается от своего верхнего
положения (верхней мертвой точки) до нижнего
положения (нижней мертвой точки) и обратно.
27
Справочник автослесаря
Ход поршня S — это расстояние от верхней
мертвой точки до нижней мертвой точки S = 2R,
где R — радиус кривошипа.
Камера сгорания V — это объем над днищем
поршня, находящимся в верхней мертвой точке поршнем.
Рабочий объем V h — пространство цилиндра
между верхней и нижней мертвыми точками
V h - tcD2S/4,
где D — диаметр цилиндра.
Для многоцилиндрового двигателя рабочий объем
равен
У л = 7cD2Si/4,
где i — число цилиндров.
П о л н ы й объем цилиндра V a — сумма объемов
камеры сгорания и рабочего объема Va = V c + V .
Степень сжатия г — отношение полного объема
к объему камеры сгорания
Vл
V if
vh
e =
v
=
v
+ 1
Рабочие циклы четырехтактного
карбюраторного одноцилиндрового
двигателя
В настоящее время в автомобилях используются
четырехтактные двигатели. Двухтактные двигатели
(рабочий цикл совершается за один оборот коленча-
28
Г лава 2
mго вала, т. е. за два хода поршня) потребляют достдточно много топлива, неэкономичны, поэтому в
мнтомобилях они не применяются. Двухтактные двигатели применяются на мотоциклах, тракторах.
Такт — процесс, происходящий в цилиндре за
один ход поршня.
Принцип действия двигателя внутреннего сгорания основан на следующем: поступающая через
клапан 1 {рис. 2) горючая смесь (бензин с воздухом) с помощью свечи воспламеняется. В результате сгорания температура резко возрастает, при
этом происходит резкое повышение давления, газ,
расширяясь, толкает поршень, который приводит
в движение коленчатый вал. Часть внутренней
энергии газов переходит в механическую энергию,
совершается механическая работа, вследствие этого газы охлаждаются. Отработавшие газы выпускаются через клапан 2.
1 2 з
а)
б)
в)
г)
Рис. 2. Принцип действия двигателя
внутреннего сгорания.
1, 2 — клапан; 3 — свеча
В четырехтактном двигателе один рабочий цикл
совершается за четыре такта (хода поршня): впуск,
сжатие, расширение, выпуск. Один ход поршня
29
Справочник автослесаря
соответствует половине оборота коленчатого вала. Более подробно о работе двигателя: первоначальное
вращение (для осуществления первого такта впуска)
коленчатый вал получает от стартера, затем следуют
такты в последовательности: впуск, сжатие, расширение, выпуск.
1. Такт впуска (рис. 2, а): сначала поршень находится в верхней мертвой точке, затем за первый
полуоборот коленчатого вала поршень перемещается к нижней мертвой точке. При этом создается разряжение (до 0,095 МПа), которое приводит к тому,
что через открытый впускной клапан 1 (выпускной
клапан 2 закрыт) горючая смесь засасывается в цилиндр, смешивается с оставшимися от предыдущего цикла продуктами сгорания (получается рабочая
смесь). В конце такта температура смеси может достигнуть 125°С. Мощность двигателя зависит от коэффициента наполнения цилиндра горючей смесью:
чем лучше наполнение, тем выше мощность.
2. Такт сжатия (рис. 2, б): второй полуоборот коленчатого вала приводит к перемещению поршня
из нижней мертвой точки в верхнюю мертвую точку. При этом происходит сжатие горючей смеси при
обоих закрытых клапанах, в результате температура
смеси может повыситься до 550°С, а давление — до
1,8 МПа.
3. Такт расширения, или рабочий ход (рис. 2, в):
по окончании сжатия рабочая смесь от искры в свече зажигания воспламеняется, быстро сгорает. При
этом происходит резкое повышение температуры
(до 2500°С) и давления (до 5,0 МПа), в результате
чего поршень перемещается из верхней мертвой точки в нижнюю. При расширении связанный с пор-
30
Г лава 2
in пом шатун 4 совершает сложной движение, приводящее к вращению коленчатого вала. В конце
гакта открывается выпускной клапан 2, через который отводятся отработавшие газы. В результате
температура понижается до 120СГС, а давление —
чо 0,65 МПа. В такте расширения совершается полезная работа.
4. Такт выпуска (рис.2, г): при открытом выпускном клапане коленчатый вал перемещает поршень от нижней мертвой точки к верхней мертвой
точке выталкивая из цилиндра продукты горения.
Данный процесс происходит при давлении, превышающем атмосферное. Отработавшие газы далее через трубопровод и глушитель поступают в атмосферу. В конце такта температура падает до величины 500—600°С, а давление — до 0,11-0,12 МПа.
Полностью цилиндр от продуктов горения не успевает очиститься, их остатки становятся частью рабочей смеси для последующего такта впуска.
При рабочем ходе (такт расширения) происходит накопление маховиком двигателя энергии, которая затем используется для начала следующего
рабочего цикла (последующего такта впуска).
4
Рабочие циклы четырехтактного дизеля
В дизельном двигателе смесеобразование происходит иначе, чем в карбюраторном. Но рабочий
цикл также состоит из четырех тактов.
1. Такт впуска: за первый полуоборот коленчатого вала поршень перемещается от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке. При этом
31
Справочник автослесаря
в цилиндре создается разряжение (до 0,095 МПа),
которое приводит к тому, что через открытый впускной клапан 1 (выпускной клапан 2 закрыт) атмосферный воздух засасывается в цилиндр. Температура равна 40—60 С.
2. Такт сжатия: при обоих закрытых клапанах
поршень передвигается от нижней мертвой точки
к верхней, воздух сжимается. Температура воздуха при этом может достигать 700 С, а давление —
5 МПа (температура должна быть выше температуры самовоспламенения топлива).
3. Такт расширения (рабочий ход): при достижении поршнем верхней мертвой точки в цилиндр
через специальную форсунку топливные насос производит впрыскивание топлива (мелко распыленного). Смешиваясь с горячим воздухом, топливо самовозгорается. В результате горения температура
и давление резко возрастают (соответственно до величин 1850С и 11,0 МПа), поршень передвигается от верхней мертвой точки к нижней, совершая
полезную работу. В конце такта температура и давление понижаются соответственно до величин
700-900 С и 0,3-0,5 МПа.
4. Такт выпуска: выпускной клапан открыт, передвигаясь от нижней мертвой точки к верхней, поршень выталкивает из цилиндра отработавшие газы.
Температура и давление еще более снижаются (соответственно до величин 500—700 С и 0,12 МПа).
Далее рабочий цикл повторяется.
32
Глава 1
Порядок работы многоцилиндрового
двигателя
Порядок работы многоцилиндрового двигателя
зависит от типа двигателя (расположения цилиндров) и от количества цилиндров в нем.
Порядок работы — последовательность чередования одноименных тактов в цилиндрах в течение
рабочего цикла. При вращении коленчатого вала
за два его оборота ( 7 2 0 ) количество тактов расширения равно количеству цилиндров, и они чередуются через угловой интервал, равный 720°/п,
где п — количество цилиндров. Например, если
в двигателе шесть цилиндров, то такты расширения (рабочие ходы) повторяются через угол поворота коленчатого вала в 120°.
Например, четырехцилиндровый рядный двигатель автомобиля « В о л г а » Г А З - З Н О имеет порядок
работы 1—2—4—3, то есть чередование тактов происходит в следующей последовательности (указана
в таблице):
Полуоборот
коленчатого
вала
первый
второй
третий
четвертый
Угол
Цилиндр
поворота
1
2
3
вала, град
0-180
расширение выпуск
впуск
180 -360
сжатие
расширение выпуск
360 -540
впуск
выпуск
сжатие
впуск
540 -720
сжатие
расширение
4
сжатие
впуск
гэасширение
выпуск
В зависимости от последовательности открытий—закрытий клапанов цилиндров порядок работы может быть разным при одинаковом расположении кривошипов коленчатого вала.
2.
Зак. 47
33
Справочник автослесаря
В четырех цилиндровых двигателях рабочие ходы
(такты расширения) не перекрываются. В шестицилиндровых и восьмицилиндровых двигателях происходит перекрытие рабочих ходов. В них расположение кривошипов таково, что такты не могут начинаться и кончаться одновременно, они смещаются на
некоторый угол. Например, в шестицилиндровом рядном двигателе при парном расположении шатунных
реек в трех плоскостях такты в одной паре смещены на 120°, а такты расширения перекрываются на
l/З хода поршня. В восьмицилиндровом V-образном
двигателе возможно перекрытие рабочих ходов на
1/2 хода поршня. Перекрытие рабочих ходов способствует более равномерному вращению коленчатого вала, уравновешиванию возникающих сил инер-ции.
Наиболее распространенный порядок работы для
шестицилиндрового карбюраторного двигателя —
1—5—3—6—2—4, для дизеля (V—образный с развалом
цилиндров под углом 90°) — 1—4—2—5—3—6. Д л я
восьмицилиндровых двигателей распространен порядок 1 - 5 - 4 - 2 - 6 - 3 - 7 - 8 .
Глава 2
Основные части двигателя
Кривошипно-шатунный механизм
Кривошипно-шатунный механизм состоит из
подвижных и неподвижных деталей.
К подвижным деталям относятся: поршни в сборе с кольцами и поршневыми пальцами, шатун, колончатый вал, маховик.
К неподвижным деталям относятся: блок ци(индров, цилиндры, головка блока или цилиндров,
поддон картера.
1. Подвижные детали
Поршень состоит из трех основных частей {рис. 3):
I — днища, 5 — уплотняющей и 6 — направляющей
части (юбки). Он изготавливается из алюминиевого или кремнисто-алюминиевого сплава, что позволяет значительно уменьшать массу двигателя в
целом.
в
f*
35
Справочник автомеханика
4
3
5
2
•6
Рис. 3. Устройство поршня:
1 — углубление; 2 — бобышка; 3 — кольца; 4 — днище;
5 — уплотняющая часть; 6 — направляющая часть (юбка)
Днище разных двигателей имеет разнообразную
форму: плоскую (наиболее распространены на карбюраторных двигателях, например на двигателях
ЗМЗ), выпуклую (для большинства автомобилей
И Ж ) , фасонную (например, на дизелях). Оно в совокупности с головкой цилиндра (ее внутренней
частью) составляет камеру сгорания, которая воспринимает давление расширяющихся газов.
В уплотняющей части проточены канавки для
поршневых колец и юбки. Днище и уплотняющая
часть — головка поршня, на ней расположены кольца (маслосъемные и компрессионные), количество
которых соответствует определенной частоте вращения коленчатого вала и типу двигателя.
Диаметр головки поршня меньше диаметра направляющей части, а зазор между головкой и стенками цилиндра равен 0,4—0,6 мм. Это объясняется
возникновением высоких температур при работе
двигателя.
36
Г лава 2
Между юбкой и зеркалом цилиндра также имеется зазор (от 10,04 до 0,08 мм при 80—90 С), который позволяет поршню свободно перемещаться.
Юбка имеет форму конуса, сечение которого является овалом. На ней расположены П- или Т-образные прорези, обеспечивающие юбке пружинящие свойства, а холодному двигателю — работу без
стука и предупреждающие заклинивание при нагревании (у двигателей для автомобилей ВАЗ pi У А З
вместо прорезей в тело поршня заливается терморегулирующее кольцо или термокомпенсационная
стальная пластина, у двигателей для дизелей прорезей тоже нет). Поршень в цилиндре устанавливается так, чтобы на прорези не действовало боковое давление при расширении (во время рабочего
хода). Для охлаждения на внутренней стороне юбки
расположены ребра. Там же располагаются бобышки, в которых имеются отверстия для поршневого
пальца. Отверстия под поршневой палец смещается по ходу движения на 1,5 мм вправо (для уменьшения стука и перекашивания).
Д л я предотвращения задиров юбка поршня мокет быть покрыта тонким слоем олова или на поршне около торцов поршневого пальца делаются углубления, которые выполняют роль холодильников
(отводят тепло).
Поршневые кольца разделяются на маслосъемиые и компрессионные {рис. 4). Они предназначены для уплотнения, обеспечения герметичности, отвода тепла, масла. Изготавливаются из легированного чугуна или специальной стали. Имеют
форму плоской разрезной пружины с зазором (замком), который предназначен для удобства установки
37
Справочник автомеханика
и свободного расширения при высоких температурах. Д л я повышения износостойкости верхнее поршневое кольцо подвергается хромированию, а остальные покрываются тонким слоем олова или молибдена.
Кольца устанавливаются таким образом, чтобы
замки соседних колец были бы смещены относительно друг друга на некоторый угол (90—180 ).
Если имеется чугунное маслосъемное кольцо, то
замки всех колец смещаются на 90° относительно
друг друга. При наличии составных маслосъемных
колец только замки компрессионных колец смещаются на равные углы.
ч
1
2
з
4
5
3
Рис. 4. Компрессионные
кольца:
1 — компрессионные кольца; 2 — маслосъемные кольца;
3 — стальные концевые диски; 4 — осевой расширитель;
5 — радиальный
расширитель
38
Г лава 2
Компрессионные кольца предназначены для уп*
лотнения поршня в гильзе цилиндра. При установке компрессионные кольца сжимаются, что обеспечивает плотное прилегание их к поверхности цилиндра. Кольца располагаются в канавках поршня
так, чтобы выточки на внутренней поверхности
кольца были бы обращены вверх (в сторону днища).
Нижнее компрессионное кольцо устанавливается
так, чтобы конусность его наружной поверхности
была обращена вниз. Изначально кольца подбираются с зазором 0,02—0,07 мм по высоте.
Маслосъемные кольца предназначены для удаления излишков масла со стенок цилиндра и дальнейшего отвода их в поддон картера. В канавках
поршня, предназначенных для установки этих колец, имеются отверстия, предназначенные для попадания масла внутрь поршня.
Часто применяются составные маслосъемные
кольца (например, встречаются на двигателях для
автомобилей ГАЗ, У А З , ЗИЛ).
Зазор в замке равен:
1) для верхних компрессионных колец 0,25—
0,60 мм;
2) для нижних компрессионных колец 0,15—
0,40 мм;
3) для чугунного маслосъемного кольца 0,25—
0*60 мм;
4) для составных маслосъемных колец 0,8—1,4 мм.
Поршневой палец предназначен для шарнирного соединения поршня с верхней головкой шатуна.
Изготавливается полым (в виде толстостенной трубки). Для того чтобы пальцы надежно работали при передаче больших усилий, они изготавливаются из
39
Справочник автомеханика
сталей (легированных или углеродистых), подвергаются цементизации или закалке высокочастотными токами.
С шатуном поршневые пальцы соединяются поразному. В зависимости от этого пальцы разделяются на закрепленные и плавающие (наиболее распространены). Плавающие пальцы устанавливаются так, чтобы могли свободно вращаться в бобышках и втулке, находящихся в верхней головке
шатуна. Д л я исключения появления (из-за разного
материала сопрягаемых деталей) стуков в бобышках
при работе двигателя пальцы устанавливаются с натягом 0,005-0,015 мм (при 80—90°С).
Шатун предназначен для передачи усилий от
поршня к коленчатому валу, изготавливается из
легированной или углеродистой стали. При такте
расширения (рабочего хода) он передает усилия,
возникающие от давления газов на поршень, к
валу, а при вспомогательных тактах (впуск, сжатие, выпуск) передает усилия от вала к поршню.
Нижняя головка и крышка соединяются болтами, затянутыми гайками, и стопорят шплинтами
(или контргайками, шайбами).
Стальные вкладыши устанавливаются в нижнюю головку. Изнутри они покрываются тонким
слоем антифрикционного оловянисто-алюминиевого сплава. Отогнутые усики (выступы) служат для
предотвращения проворачивания и осевого смещения, они упираются в пазы шатуна и его крышки. Д л я впрыскивания масла во вкладыше, как и
в нижней головке, имеется отверстие.
40
Г лава 2
1
2
Рис. 5. Шатун:
I — гайки; 2 — зажим; 3 — крышки; 4 — нижняя головка;
5 — болты; 6 — шплинты; 7 — поршень; 8 — верхняя
головка; 9 ~ стержень; 10 — стальные
вкладыши;
II — отогнутые усики
Во время работы двигателя шатун совершает
сложные движения: возвратно-поступательное
вдоль оси цилиндра и качательное относительно оси
поршневого пальца.
В многоцилиндровых двигателях разница в массе шатунов должна быть не более 6 г (для уравновешенности).
Коленчатый вал предназначен для восприятия
передаваемых шатунами усилий и преобразования их
в крутящий момент, который затем трансмиссией
передается колесам автомобиля. Изготавливаются из
41
ft
Справочник автомеханика
легированных сталей (штамповкой) или магниевых
чугунов (отливкой).
Основными частями коленчатого вала являются (рис. 6):
Рис. 6. Коленчатый вал:
1 — носок (передний конец коленчатого вала);
2 — шатунная шейка; 3 — противовесы
(освобождают
коренные подшипники от центробежных сил, возникающих
при высоких частотах вращения вала); 4 — вкладыши;
5 — маховик; 6 — фланец; 7 — коренная шейка; 8 — щеки
Щеки и противовесы изготавливаются как одно
целое (или соединяются болтами). В щеках имеются каналы для подвода масла, которые служат и грязеуловителями, собирают из масла частицы изнашивания. Задний конец коленчатого вала имеет отверстие для установки подшипника ведущего вала коробки передач и фланца для крепления маховика.
Шатунная шейка и щека составляет кривошип
(или колено).
Вал, у которого коренные шейки расположены
с обеих сторон от шатунной шейки, называется
42
Г лава 2
полноопорным. Такие валы расположены, например, на автомобилях ВАЗ-2110, -2112, З И Л - 5 0 8 .
Они способствуют повышению работоспособности
всего кривошипно-шатунного механизма. В разных
двигателях количество коренных шеек разное, например, в V-образном восьмицилиндровом коренных
шеек пять, а в шестнадцатицилиндровом их может быть 4 или 7. Количество шатунных реек совпадает с количеством цилиндров.
Вкладыши коренных и шатунных подшипников
одинаковы по конструкции, различаются только размерами, покрываются антифрикционным сплавом,
обеспечивающим высокие антизадирные свойства.
Они устанавливаются в выемках верхней части картера и в крышках коренных подшипников.
Маслоотражатели и самоподжимные сальники,
установленные на концах коленчатого вала, служат
для предотвращения утечки масла из картера двигателя (на легковых автомобилях они устанавливаются на переднем конце вала или и на переднем и
на заднем концах).
Задняя шейка коленчатого вала снабжена маслоотгонной канавкой, имеющей спиральную форму, и маслосбрасывающим гребнем, от которого через специальные отверстия масло попадает в поддон картера.
К коленчатому валу крепится маховик (непосредственно или на фланце).
Маховик предназначен для вывода поршней из
верхней и нижней мертвых точек, для обеспечения равномерности вращения вала на малых частотах, для передачи крутящего момента трансмиссии, для облегчения пуска двигателя, уменьшения
43
Справочник автомеханика
перегрузок в начале движения автомобиля. Изготавливается из чугуна, балансируется в сборе с коленчатым валом, при установке центрируется на
фланце, к которому он крепится (на некоторых автомобилях, например, на КамАЗ—740, маховик крепится к коленчатому валу.
Д л я возможности вращения коленчатого вала
стартером при пуске на его ободе имеется зубчатый венец. Часто на маховик наносятся метки, соответствующие верхней мертвой точке поршня первого цилиндра, кроме этих меток могут наносится
и другие установочные метки. К маховику крепится механизм сцепления.
2. Неподвижные детали
Блок цилиндров представляет собой массивный
литой корпус, на котором монтируются различные
механизмы и системы двигателя. Рабочая поверхность цилиндров является направляющей при
движении поршня и предназначена для совершения в ней рабочего цикла двигателя. Изготавливается отливкой из чугуна (например, для двигателей ВАЗ, ЗИЛ, КамАЗ) или алюминиевого сплава
(например, для двигателей ГАЗ, И Ж , ЗМЗ). Плоскость разъема блока цилиндров может проходить
через ось коленчатого вала, а может быть смещена
относительно нее.
Картер — это нижняя часть блока цилиндров, в
нем находятся опорные гнезда (рис. 7) для подшипников коленчатого вала. К нему снизу крепится
44
Г лава 2
поддон для масла. Подшипники скольжения под
опорные шеики распределительного вала располагаются в отверстиях, находящихся в средней части
блока цилиндров. Ее стенки могут быть отлиты как
единое целое с цилиндром или же цилиндры изготавливаются в виде вставных гильз.
Между стенками блока и наружной поверхностью вставных гильз имеется специальная полость —
рубашка охлаждения, предназначенная для жидкостного охлаждения двигателя. Ее стенки могут быть
отлиты как единое целое с цилиндром или же цилиндры изготавливаются в виде вставных гильз.
К блоку цилиндров спереди прикреплена крышка распределительных шестерен, сзади — картер
сцепления.
Внутренняя поверхность цилиндров из-за высокоточной обработки называется зеркалом цилиндра.
5
Рис. 7. Блок цилиндров:
1 — блок-картер; 2 — опорные гнезда; 3 — отверстие;
4 — каналы охлаждения; 5 — вставные гильзы; 6 — литой
корпус; 7 — картер; 8 — рубашка охлаждения
45
Справочник автомеханика
На него может быть нанесена сетка для удержания смазки.
В верхнюю часть цилиндров устанавливаются
вставки (сухие гильзы) из легированного чугуна,
обладающие высокой коррозийной и износостойкостью и предназначенные для уменьшения изнашивания (сухие гильзы запрессовываются в деталь,
мокрые — омываются снаружи жидкостью для отвода теплоты, что обусловило их широкое применение).
При установке мокрые г и л ь з ы уплотняются
сверху за счет выступания их над плоскостью разъема, а в нижней части уплотняются резиновыми кольцами или медными прокладками.
Головка блока или цилиндров предназначена
для размещения камеры сгорания, там же расположены впускные и выпускные клапаны, свечи зажигания (в дизелях — форсунки). Изготавливается из алюминиевого сплава. У двигателя может
быть одна головка блока цилиндров (при рядном
расположении) или две головки (при V-образной
компановке), при V-образной компоновке также
возможно наличие четырех головок — по головке
на три цилиндра. У КамАЗов у каждого цилиндра
своя головка.
По форме камеры сгорания различны, например, в карбюраторных двигателях камера сгорания может быть полусферической, полуклиновой
или смешанной.
В головку запрессовываются (или вставляются)
седла впускных и выпускных клапанов и запрессовываются направляющие втулки клапанов. На головке могут располагаться каналы для подвода го-
46
Г лава 2
рючей смеси, охлаждающей жидкости и для отвода отработавших газов.
Головка крепится к блоку цилиндров равномерно затянутыми шпильками с гайками, болтами.
Герметичность соединения обеспечивается металлоасбестовыми прокладками.
Поддон картера (нижняя часть картера) предназначен для защиты картера от попадания посторонних частиц, грязи, применяется как резервуар
для масла. Изготавливается штамповкой из листовой стали. Располагается ниже оси коленчатого
вала. Крепится болтами, для уплотнения используются пробковые прокладки.
Механизм газораспределения
Механизм газораспределения предназначен для
впуск а в цилиндры горючей смеси (или воздуха в дизелях) и выпуска отработавших газов.
Фазы газораспределения — моменты открытия
и закрытия клапанов, выраженные в градусах поворота коленчатого вала относительно мертвых точек. Открытие и закрытие клапанов в точно мертвых точках не обеспечивает достаточного наполнения и очистки цилиндров. Поэтому в действительности в четырехтактных двигателях открытие и
закрытие клапанов несколько смещено относительно нахождения поршня в мертвых точках. Впуск
(открытие впускного клапана) начинается прежде, чем поршень достигнет верхней мертвой точки
(с опережением на 10—32°), а закрытие впускного
47
Справочник автомеханика
клапана происходит после достижения поршнем
нижней мертвой точки (с запаздыванием на 40—85°).
вмт
s
•нмт
Рис. 8. Схема работы выпускного
клапана
Д л я выпускного клапана (рис. 8) опережение (до
подхода поршня к нижней мертвой точке) составляет 40—70°, запаздывание закрытия (после прохождения поршнем верхней мертвой точки) составляет 10—50° (см. диаграмму). Чем больше скорость вращения коленчатого вала, тем больше углы опережения и запаздывания. Перекрытие клапанов —
это угловой интервал вращения коленчатого вала,
при котором одновременно открыты оба клапана.
Конструкции газораспределительных механизмов достаточно разнообразны, но основными их деталями являются распределительный вал, толкатели, штанги, коромысла, клапаны, распределительные шестерни.
В случае верхнего расположения клапанов и
нижнего расположения распределительного вала
48
Г лава 2
толкатели, штанги и коромысла составляют клапанный привод.
Верхнее расположение распределительного вала
позволяет обходиться без толкателей и штанг, что
дает возможность уменьшить массу всего двигателя. При работе двигателя распределительный вал
вращается и усилие от его кулачков передается толкателю, а затем далее — штанге, коромыслу, клапанам.
В разных механизмах по-разному устанавливаются распределительные валы, клапаны и т. д.
Возможно нижнее (в блоке цилиндров) и верхнее (в головке блока цилиндров) расположение впускных и выпускных клапанов. Наиболее распространено верхнее расположение клапанов, которое
обеспечивает более компактную конструкцию двигателя. Верхнее расположение применяется в V-образных двигателях.
Распределительный вал, например, может быть
установлен в отдельном картере на головке блока
цилиндров (для заднеприводных автомобилей ВАЗ)
или верхний распределительный вал — в отдельном, расположенном на головке цилиндров корпусе (для переднеприводных автомобилей ВАЗ). В двигателях автомобилей ГАЗ (ЗМЗ—4062) два распределительных вала расположены сверху.
В заднеприводных автомобилях ВАЗ клапаны
располагаются в один ряд (привод непосредственно от кулачков распредвала), в «Москвичах» — в
два ряда (усилие от кулачков передается через коромысло).
В некоторых двигателях (например, ЗМЗ—4062)
имеются гидротолкатели, которые предназначены
49
Справочник автомеханика
для обеспечения без.^азорного контакта кулачков
распределительного ьала с клапанами и компенсации износа сопрягаемых деталей. Усилие от кулачка
к стержню передается через рабочее тело — масло,
находящееся в гидротолкателе. При наличии усил и я от распределительного вала на гидротолкатель
закрывается шариковый клапан и происходит дальнейшая передача усилия к стержню клапана. При
закрытии клапана усилие снимается, шариковый
клапан открывается и происходит перепуск масла.
Например, газораспределительный механизм
рядного двигателя с с верхним расположением клапанов (рис. 9) работает следующим образом.
К у л а ч о к передает усилие, возникающее при
вращении распределительного вала, толкателю и
далее штанге, которая действует на коромысло (на
его короткое плечо) через регулировочный винт.
В результате происходит поворот коромысла вокруг
оси, позволяющий коромыслу нажать на клапан
своим носком. Пружина сжимается, клапан опускается вниз, отходит от седла, начинается такт
впуска или выпуска. При дальнейшей работе двигателя происходит выход кулачка из-под толкател я и пружина возвращает все в исходное положение. Кроме упомянутых деталей в данном механизме имеется запрессованная в головку цилиндров
направляющая втулка, для ее фиксации используется стопорное кольцо; сухари, предназначенные
для закрепления верхнего конца стержня клапана
(они крепятся в тарелке втулкой); регулировочный
винт с контргайкой.
Распределительный вал предназначен для обеспечения правильного функционирования клапанов
50
Г лава 2
15
13 14
0,25...0,30
4
3
16
2
17
1
I
Рис. 9. Газораспределительный
механизм
рядного двигателя:
! — седло; 2 — клапан; 3 — втулка; 4 — кольцо;
5 — цилиндр; 6 — пружина; 7 — втулка; 8 — тарелка;
9 — втулка; 10 — сухари; 11 — коромысло; 12 — ось;
13 — контрогайка; 14 — регулировочный винт;
15 — штанга; 16 — толкатель; 17 — кулачок
(закрытия — открытия). Изготавливается из стали или чугуна при соответствующей термической
обработке.
Количество опорных шеек в основном равно количеству коренных подшипников коленчатого
вала, передняя опорная шейка имеет самый большой диаметр, у последующих шеек диаметры соответственно уменьшаются.
Одноименные кулачки на валу располагаются под
углом, равным 90° (четырехцилиндровые двигатели),
60° (шестицилиндровые двигатели), 45° (восьмицилиндровые двигатели).
51
Справочник автомеханика
Количество зубьев зубчатого колеса распределительного вала в 2 раза больше, чем у шестерни коленчатого вала, так как распределительный вал
вращается в два раза медленнее коленчатого (в четырехтактных двигателях два оборота коленчатого
вала соответствуют одному рабочему циклу, т. е.
одному повороту распределительного вала — клапаны открываются один раз).
На распределительном валу кроме кулачков располагаются эксцентрик (на переднем конце, действует на привод топливного насоса), шестерня (на заднем конце, действует через валик на распределитель
зажигания и масляный насос), распорное колесо
• (между зубчатым колесом и передней опорной шейкой, предохраняет от продольного перемещения).
Привод распределительного вала (его конструкция) зависит от типа передачи между распределительным и коленчатым валам (зубчатая или
цепная). Например, привод для автомобилей ВАЗ—
2109, —2110 состоит из двух зубчатых шкивов (устанавливаются на валах), натяжного ролика и зубчатого ремня; для заднеприводных автомобилей
( И Ж , ВАЗ) привод представляет собой двухрядную
втулочно-роликовую цепь, соединяющую звездочки
валов; в двигателях для КамАЗ—7408 приводом является блок промежуточных зубчатых колес.
Для соблюдения точного соответствия между положениями коленчатого и распределительно валов
при сборке зубчатые колеса зацепляются согласно
специальным меткам.
Толкатели предназначены для передачи усилий
от распределительного вала через штанги коромыслам. Изготавливаются из стали или чугуна цилин-
52
Г лава 2
дрическими (например, ЗМЗ—511, КамАЗ—740) или
рычажно-роликовыми (в дизелях). С целью уменьшения изнашивания они выполняются со сферическими торцами, на которые наносится износостойкий чугун.
Толкатели перемещаются в направляющих (направляющие отверстия или съемные направляющие). В толкателях имеются специальные сферические углубления для установки штанг.
Штанги предназначены для передачи усилий от
толкателей к коромыслам. Изготавливаются из дюралюминиевого прутка со стальными наконечниками, стального прутка с закаленными концами,
стальной трубки. Один конец штанги упирается в
толкатель, а другой — в регулировочный винт коромысла.
Коромысло предназначено для передачи усилий
от штанги к клапану. Изготавливается из стали
или чугуна. Имеет плечи разной длины (одно примерно в 1,5 раз больше другого), длинным плечом
коромысло располагается к клапану. Такое соотношение плеч способствует снижению возникающих
при работе сил инерции, уменьшению хода толкателей и штанг.
Коромысла устанавливаются на общую полую
ось, закрепленную на стойках в головке цилиндров (в карбюраторных двигателях) или каждое коромысло имеет свою ось, составляющую одно целое со стойкой (на дизелях).
Клапаны предназначены для открытия или закрытия впускных и выпускных каналов. Изготавливаются из высококачественных сталей: впускные —
из хромистой стали, выпускные — из жаростойкой
53
Справочник автомеханика
стали. Состоят {рис. 10) из плоской тарельчатой головки и стержня цилиндрической формы, на концах которого имеются канавки для выступов сухарей. Пружина прижимает сухари к тарелке, в некоторых двигателях (например, для автомобилей
ГАЗ, И Ж , ВАЗ) имеется две пружины, противоположные по направлению витков. В некоторых двигателях (ЗМЗ) имеются конические втулки, которые
плотно охватывая сухари соприкасаются с тарелкой,
что уменьшает трение в соединении. В V-образном
карбюраторном двигателе (ЗИЛ) имеется механизм
принудительного вращения, одной из функций
которого является защита головки и седла клапана
от обгорания.
5
б
4
3
Рис. 10. Клапан:
1 — стержень; 2 — направляющая втулка; 3 — пружина;
4 — тарелка; 5 — сухари; 6 — плоская стрельчатая головка
Диаметр головки впускного клапана больше диаметра головки выпускного клапана, что способствует лучшему наполнению цилиндра горючей смесью.
Д л я повышения срока службы клапанов и уменьшения негативного влияния высоких температур
54
Г лава 2
в головке цилиндров устанавливаются (запрессовываются) седла — специальные жаропрочные вставки. Головки клапанов имеют коническую форму, что
обеспечивает плотное прилегание их к седлам. В головку блока цилиндров запрессовываются направляющие втулки, в которых перемещаются стержни.
Д л я исключения подсоса масла (утечки в цилиндры) на впускных клапанах устанавливаются для
уплотнения резиновые манжеты или колпачки.
В некоторых двигателях (например, ЗМЗ—511)
имеется натриевое охлаждение выпускных клапанов (в полость клапана на 3/4 объема вводится металлический натрий).
Д л я плотного прилегания головки клапана к седл у между стержнем и носком коромысла имеется
тепловой зазор. При недостаточном зазоре посадка
клапана неплотная, что приводит к утечке газов,
обгоранию поверхностей седла и клапана. При увеличенном зазоре клапан открыт не полностью и,
значит, рабочая смесь не достигает нужного состава, так как наполнение и очистка цилиндров недостаточные, что приводит к повышению ударных
нагрузок. Оптимальный зазор устанавливается определенным образом: при верхнем расположении
распределительного вала — между кулачком и рычагом привода клапана (или между торцом стержня и наконечником регулировочного болта для ИЖ—
2126, «Москвич»—21412), при нижнем — между торцом стержня и носком коромысла.
Величина зазора, например, равна (она регулируется регулировочными винтами с контргайками):
•0,15 мм для впускных и выпускных клапанов
заднеприводных автомобилей ВАЗ;
ш
55
Справочник автомеханика
•0,15—0,25 мм для впускных клапанов переднеприводных ВАЗ—2109, -2110, -2111;
• 0 , 3 0 — 0 , 4 0 мм д л я в ы п у с к н ы х к л а п а н о в
переднеприводных ВАЗ-2109, -2110, - 2 1 1 1 ;
•0,25—0,30 мм — для впускных и выпускных
клапанов дизелей ЯМЗ, в холодных двигателях
ЗИЛ—508, ЗМЗ—51, для впускных клапанов дизелей КамАЗ;
•0,35—0,40 мм — д л я выпускных клапанов
КамАЗ;
• 0,40—0,45 мм — для клапанов ГАЗ—3102 «Волга».
Величина зазора влияет на продолжительность
открытого состояния клапанов (чем больше зазор,
тем меньше длительность, и наоборот).
Смазочная система
Смазочная система предназначена для уменьшения износа трущихся поверхностей деталей двигателя, уменьшения механических потерь на трение,
отвода теплоты, предохранения от коррозии.
Количество смазочного вещества должно быть оптимальным; недостаток смазки приводит к различным поломкам, возникающим из-за увеличения потерь на трение, избыток также нежелателен, так как
приводит к попаданию масла в камеру сгорания,
следствием чего является перегрев двигателя и нежелательное нагарообразование.
К смазочным веществам относятся масла и консистентные смазки.
56
Г лава 2
К маслам предъявляются следующие основные
требования: сохранение вязкости во всех режимах
работы, низкая температура застывания, хорошие
антикоррозийные и моющие свойства, стойкость
к окислению. Д л я улучшения полезных свойств
смазочных веществ в них добавляются различные
присадки. В настоящее время существует много
различных масел, предназначенных д л я применения при определенных климатических условиях
(летом, зимой и т. п.), для различных типов двигателей, для различных частей двигателя и т. д.
Консистентные (пластичные) смазки имеют вид
мазеобразного вещества, не текут. Существуют натриевые, кальциевые (солидол), литиевые, графитовые смазки. Каждую из них желательно применять в определенных целях, например, для смазки рессор, крюков и тросов предпочтительна графитовая смазка, а для подшипников ступиц колес
автомобиля — литиевая смазка.
Существует несколько способов подвода смазочного вещества к узлам и механизмам двигателя:
под давлением, капельное и масляным туманом.
В современных автомобилях смазочная системам
комбинированная, т. к. для разных узлов используются разные способы подвода смазки: наиболее
нагруженные детали смазываются под давлением,
остальные — другими способами.
Подача смазки под давлением используется в основном для смазывания коренных и шатунных подшипников коленчатого вала, подшипников опорных
шеек распределительного вала, некоторых деталей
газораспределительного механизма. Подача смазки
происходит под давлением, создаваемым смазочным
насосом.
57
Справочник автомеханика
Капельный (разбрызгивание масла) способ и
масляный туман применяются, например, при смазывании кулачков распределительного вала, нижних наконечников штанг, зубчатых колес газораспределения и в некоторых других деталях.
В разных двигателях системы смазки несколько отличаются друг от друга. Например, в карбюраторных двигателях возможен следующий вариант системы смазки: масло через специальную горловину заливается в поддон картера до определенного уровня, оттуда при работе двигателя насосом
оно подается в маслоприемник и далее через фильтр
поступает в главную масляную магистраль, а оттуда по каналам — к местам смазывания (к трущимся деталям). Стенки гильз цилиндров смазываются разбрызгиванием.
В дизеле (например, КамАЗ—740) применяется
следующая система смазки: масло подается через
заливной патрубок, находящийся справа на картере маховика, до определенного уровня, который
контролируется специальным указателем. Смазочное вещество проходит через два включенных параллельно фильтра (полнопоточный и неполнопоточный). Под действием смазочного насоса, работающего при вращении коленчатого вала, смазочное
вещество из нагнетательной секции насоса через
полонопоточный фильтр поступает в главную масляную магистраль и далее разводится по каналам
к местам смазки. Радиаторная секция масляного
насоса через центрифугу (неполнопоточный фильтр)
обеспечивает постоянный слив масла в поддон картера. Наличие перепускных клапанов позволяет регулировать давление масла в разных частях систе-
58
Г лава 2
мы. Разбрызгивание (капельный способ) применяется при подаче масла на стенки цилиндров.
Основными частями смазочной системы являются масляный радиатор, масляный насос, фильтры, для
правильной работы картера необходима вентиляция.
Масляный радиатор предназначен для охлаждения масла (масло подается в радиатор). Бывают
радиаторы водяного и воздушного охлаждения. Традиционная форма радиатора — трубчато-пластинчатая. Радиаторы воздушного охлаждения устанавливаются перед радиатором системы охлаждения (на
дизелях — на радиаторе системы охлаждения), они
отключаются только при пуске холодного двигател я при отрицательных температурах воздуха. На некоторых двигателях (автобусы Л и А З ) охлаждение
масла производится с помощью маслотеплообменника при теплообмене с охлаждающей жидкостью,
которая поступает из нижней части радиатора системы охлаждения.
Охлаждение масла может производиться и при
обдуве поддона картера встречным потоком воздуха
(при движении, обычно на легковых автомобилях)
и при вентиляции картера. На грузовых автомобилях при интенсивной работе охлаждение масла производится и обдувом воздуха, и посредством масляного радиатора.
Масляный насос предназначен для нагнетания
масла в магистральные каналы и дальнейшей подачи его под давлением к местам смазки (к трущимся деталям). Он имеет шестеренчатую конструкцию,
возможно внешнее и внутреннее зацепление зубчатых колес. Применяются масляные насосы с одной
(рис. 11, а) или двумя секциями (рис. 11, б).
59
Справочник автомеханика
Из картера
7
2
3
К фильтру
К радиатору
б)
а)
Рис. 11. Масляные
насосы:
1 — полость; 2 — полость нагнетания; 3 — редукционный
клапан; 4 — верхняя секция; 5 — нижняя секция;
6 — крышка; 7 — пробка; 8 — плунжер; 9 — пружина
В односекционном насосе (рис. И, а) масло засасывается в полость при вращении шестерен и
движением зубьев переносится в полость нагнетания- Редукционный клапан служит для поддержания определенного давления.
В двухсекционном насосе (рис.11, б) верхняя
и нижняя секции разделены промежуточной крышкой. В корпусах секций (верхняя секция) и (нижняя секция) находится по паре зубчатых колес. Ведущие шестерни секций (установлены на валу насоса) приводятся в движение от вращения распределительного вала. При работе насоса в каждой
секции масло из полостей засасывания через впадины между зубьями колес переносится в полости
нагнетания, откуда поступает к масляным фильтрам.
60
Г лава 2
На выходе верхней секции нужное давление поддерживается редукционным клапаном (состоит из
плунжера, пружины, закрыт пробкой).
В односекционном насосе ведущие шестерни
секций (установлены на валу насоса) приводятся
в движение от вращения распределительного вала.
При работе насоса в каждой секции масло из полостей засасывания через впадины между зубьями колес переносится в полости нагнетания, откуда поступает к масляным фильтрам.
В двухсекционном насосе ведущие шестерни
секций (установлены на валу насоса) приводятся
в движение от вращения распределительного вала.
При работе насоса в каждой секции масло из полостей засасывания через впадины между зубьями колес переносится в полости нагнетания, откуда поступает к масляным фильтрам.
В конструкции разных масляных насосов могут
быть предохранительные клапаны (например, в дизелях КамАЗ—740), возможно расположение редукционного клапана в промежуточной крышке (например, в ЗИЛ—508), возможен слив масла в поддон, минуя радиатор (в дизелях КамАЗ при давлении более 0,12 МПа).
В различных насосах клапаны отрегулированы
на различное давление (обычно не выше 0,8 МПа).
Фильтры предназначены для очищения масла
от попадания пыли, от возникающих при изнашивании деталей механических примесей, образования нагара, отложения смолистых веществ.
Различаются фильтры тонкой (наиболее распространены) и грубой очистки. Фильтры тонкой очистки
разделяются на фильтры со сменным фильтрующим
61
Справочник автомеханика
элементом и центрифуги (фильтры центробежной
очистки, требуют периодической очистки).
Фильтрующий элемент фильтра грубой очистки
представляет собой набор поочередно собранных металлических фильтрующих и промежуточных пластин. Очистка масла происходит при его передвижении по щелям между пластинами, при этом осуществляется фильтрация частиц размером более 50—
120 мкм.
Фильтры тонкой очистки, через которые проходит все масло, называются полнопроточными, если
не все — неполнопроточными.
6
1
2
3 4
5
7
8
9
Рис. 12. Полно проточный фильтр:
1 — фильтр, 2 — крышка, 3 — днище; 4, 6 — клапан;
5,7 — отверстие; 8 — кольцо; 9 — фильтрующий элемент
62
Г лава 2
На двигателях легковых автомобилей устанавливаются только полнопроточные фильтры, в которых
фильтрация масла происходит при просачивании его
через сменные фильтрующие элементы, изготовленные из картона, бумажной ленты или другого подобного материала.
Через них масло проходит следующим образом:
сначала оно нагнетается масляным насосом под днище фильтра {рис. 12), затем через отверстия проходит в наружную полость фильтра, где под давлением фильтруется через поры фильтрующего элемента, после этого очищенное масло из центра фильтра
через отверстие поступает в смазочную магистраль.
Если двигатель холодный, то масло густое и не может пройти через бумажный фильтр, в этом случае
оно очищается при прохождении через специальную
вискозную вставку. Кольцо (устанавливается на
крышку корпуса фильтра) служит для обеспечения
герметичности при установке фильтра на блоке цилиндров.
Стеканию масла при прекращении работы двигателя не позволяет происходить противодренажный
клапан (4), клапан (6) срабатывает при засорении
фильтра и позволяет неочищенному маслу поступать
в масляную магистраль (перепускает масло).
Фильтры центробежной очистки (центрифуги) работают следующим образом: насосом масло нагнетается под вставку центрифуги. Небольшая часть масла через сетчатый фильтр поступает на два жиклера. Масло выбрасывается из противоположно направленных отверстий жиклеров и создает крутящий
момент, который приводит ротор фильтра в движение. Ротор вращается с частотой 5000—6000 об/мин.
63
Справочник автомеханика
Под действием возникающих центробежных сил
происходит очистка основной части масла, поступающей в полость колпака ротора. Различные ненужные частрщы отбрасываются к стенкам колпака и
оседают на их внутренней поверхности. Затем очищенное масло поступает через радиальные отверстия ротора далее в масляную магистраль. Если
фильтр неполнопрорточный (например, в дизелях
КамАЗ—740), то очищенное масло поступает в поддон картера, а не непосредственно в масляную магистраль. Очистка фильтра от осадка происходит
при чистке центрифуги.
Вентиляция картера предназначена не только
для охлаждения масла, она очищает картер от проникающих туда отработавших (картерных) газов,
паров топлива и воды, не позволяет проникать картерным газам в кабину автомобиля.
Различается естественная (открытая, газы выходят в атмосферу через газоотводящую трубку) и принудительная (закрытая, газы отсасываются через маслоуловитель с клапаном и трубку во впускной газопровод за счет имеющегося там разряжения) вентиляция картера. Маслоуловители применяются для
отделения от отсасываемых картерных газов капель
масла.
При открытой вентиляции (на дизелях КамАЗ,
ЯМЗ) картерные газы выходят через сапун (состоит из наружного и внутреннего стаканов и газоотводящей трубки) в результате возникающего разряжения в газоотводящей трубке при движении машины.
В настоящее время в некоторых двигателях (например, ВАЗ—2110, -2111, ГАЗ—3102) применяется
64
Глава 2
более совершенная система вентиляции, снижающая выброс в атмосферу токсичных веществ. Эта
система обеспечивает смешивание картерных газов после поступления их во впускной газопровод с горючей смесью и дальнейшее поступление
их в цилиндры двигателя (как составная часть рабочей смеси).
Система охлаждения
Система охлаждения предназначена для поддержания оптимального теплового режима при работе двигателя, для отопления пассажирских кабин
автомобиля. В настоящее время на автомобилях применяется воздушное или жидкостное охлаждение
(наиболее распространено).
Воздушное охлаждение обеспечивается многолопастным обдувочным вентилятором, который прогоняет поток воздуха через ребра поверхности блока и головки цилиндров. Хотя воздушное охлаждение не требует наличия многих деталей (радиаторов,
насосов и прочих, связанных с ними и предназначенных для охлаждения), оно применяется достаточно редко, так как для отвода излишней теплоты
требуется значительная мощность для приведения
вентилятора в действие и, кроме того, в данном случае невозможен обогрев холодного двигателя горячей водой, что затрудняет его запуск зимой.
Жидкостное охлаждение закрытого типа с принудительной циркуляцией можно встретить на большинстве автомобилей. В качестве охлаждающей
3. Зак. 47
65
Справочник автомеханика
жидкости используются вода или антифризы (этиленгликолевые смеср!, тосолы, представляют собой
разбавленный водой в определенной пропорции
этиленгликоль). Охлаждение закрытого типа не
предполагает непосредственного сообщения срютемы с атмосферой (сообщение с атмосферой происходит через пароотводную трубку), что повышает
температуру кипения воды до 109—112 С, уменьшает ее испарение. Циркуляцию жидкости в системе обеспечивает насос, который приводится в
действие вращением коленчатого вала (шкив насоса соединен со шкивом вала клршоременной передачей). Охлаждающая жидкость поступает через
патрубок в верхний бачок радиатора. Затем при
движении ЖИДКОСТР! по радрттору от верхнего бачка
к нижнему происходргг ее охлажденрш потоком воздуха (nppi движенир!) и вентилятором. После охлаждения жидкость через нижний патрубок с помощью насоса подается в рубашку охлажденрш блока PI головки цилиндров.
Циркуляция жидкости происходит по большому
кругу (при нормальном тепловом режрше работы
двигателя) или по малому кругу (nppi пуске и работе холодного двигателя жидкость мршует радиатор).
Температура Ж Р Щ К О С Т И В системе охлажденрш
должны быть равной 75—80°С (на входе в водяную
рубашку) и 85—95°С (на выходе из рубашки). Она контролируется специальными дистанционными магнитоэлектрическими термометрами.
На рисунке 13 представлена система охлаждения двигателя ЗМЗ—4021.
66
Глава 2
К основным приборам системы охлаждения относятся насос, вентилятор, вязкостная муфта, термостат, радиатор.
О 11 1 2 1 3
14 15
16
17
18
19
Рис. 13. Система охлаждения двигателя ЗМЗ—4021:
1 — кран; 2 — шланг; 3 — радиаторы, встроенные в кабину;
4 — распределительная труба; 5 — указатель дистанционного термометра; 6 — встроенные датчики температуры;
7 — рубашка охлаждения блока и головки цилиндров;
8 — насос; 9 — клапан термостата; 10 — перепускной
клапан; 11 — верхний патрубок; 12 — термодатчик;
13 — верхний бачок; 14 — пробка радиатора; 15 — пароотводная трубка; 16 — радиатор; 17 — жалюзи; 18 — шкив;
19 — вентилятор; 20 — нижний бачок; 21 — сливной кран;
22 — нижний патрубок
Насос (жидкостный) предназначен для создания
принудительной циркуляции жидкости в системе охлаждения, обеспечения равномерного охлаждения
двигателя, не позволяет возникать воздушным пробкам. Он находится в передней части блока цилиндров, приводится в действие от вращения коленчатого вала (через клиноременную передачу).
з*
67
Справочник автомеханика
Основными частями насоса являются (рис. 14):
корпус, вал, крыльчатка (изготавливается из пластмассы — волокнита, а ее ступицы — из стали), самоуплотняющийся (самоподжимный) сальник, состоящий из резиновой манжеты, уплотнительной шайбы и прижимающей ее пружины.
15
16 17
5
Рис. 14. Насос:
1 — вентилятор; 2 — кольцо; 3 — шарикоподшипники;
4 — вал; 5 — крыльчатка; 6 — кольцо; 7 — корпус;
8 — приливы; 9 — патрубок; 10 — корпус; 11 — втулка;
12 — ступица; 13 — шкив; 14 — лопасти;
15 — закрепляющая обойма; 16 — шайба; 17 — манжета
Вентилятор (рис. 14) предназначен для увеличения скорости потока воздуха, который проходит
через радиатор. Вентилятор размещен на том же
валу, что и жидкостный насос. Количество лопастей (изготавливаются из пластмассы или стали) вентилятора может быть равным 4, 5, 6. В некоторых
двигателях лопасти помещены в диффузор (направ-
68
Глава 2
ляющий кожух), закрепленный на радиаторе (ЗМЗ,
УАЗ).
В двигателях многих автомобилей, например автомобилей ГАЗ—3307, автобус ЛиАЗ—5256, легковых, приводом вентилятора служит клиноременная
передача, на некоторых дизелях вентилятор приводится в действие при вращении распределительного вала через систему зубчатых колес. В настоящее время на многих автомобилях И Ж , ВАЗ устанавливаются электрические вентиляторы.
Д л я включения вентилятора на дизелях (ЗИЛ—
645, КамАЗ—7408) используется вязкостная муфта, установленная в приводе вентилятора. Рабочая
полость муфты заполнена жидкостью с большим
коэффициентом расширения. На крышке муфты
одним концом крепится терморегулятор (биметаллическая спираль), его другой конец прикреплен
к поворачивающемуся клапану на оси муфты. Терморегулятор производит включение-отключение
муфты в зависимости от температуры воздуха, который обдувает муфту под капотом автомобиля.
На некоторых дизелях КамАЗ крутящий момент
от коленчатого вала к вентилятору передается гидромуфтой, термосиловой датчик которой реагирует
на тепловой режим двигателя.
Термостат предназначен для автоматического
поддержания устойчивого теплового режима двигателя, для ускорения прогрева холодного двигателя.
Существуют термостаты с твердым (наиболее распространены) и жидкостным наполнителем баллончика. Твердым наполнителем служит активная масса — смесь нефтяного воска (церезита) и медного
порошка.
69
Справочник автомеханика
Термостат работает как клапан, который реагирует на количество жидкости, проходящей через
радиатор. При температуре охлаждающей жидкости ниже 68С клапан термостата находится в закрытом состоянии и жидкость через радиатор не
проходит (через перепускной клапан поступает в
жидкостный насос). При повышении температуры
(выше 68— 72 С) активная масса в баллончике начинает плавиться, расширяться и перемещать мембрану, закрывающую активную массу. Перемещение мембраны через буфер, шток и рычаг приводит к тому, что начинает открываться клапан термостата. При температурах от 68 до 85°С термостат
изменением положения клапана регулирует количество охлаждающей жидкости, проходящей через
радиатор. При температуре (83 ± 2 ) С клапан полностью открывается.
Радиатор предназначен для передачи теплоты
от охлаждающей жидкости окружающему воздуху. Радиатор крепится к раме автомобиля {рис. 15)
на резиновых подушках (для уменьшения вибраций). Он состоит из двух бачков: верхнего и нижнего, и сердцевины (трубчато-пластинчатая или
трубчато-ленточная), поверхность которой обдувается воздухом, что обеспечивает отвод теплоты.
К нижнему бачку припаяны две соединенные пластиной стойки.
Горловина радиатора с пароотводной трубкой
закрыта пробкой, для герметичности закрытия используется пружина и шайба. На некоторых радиаторах имеются створки-жалюзи (набор узких пластин) для регулирования количества проходящего
воздуха.
70'
Г лава 2
Паровой клапан, расположенный в пробке, открывается в разных двигателя при разном избыточном давлении, например ОД МПа (ЗИЛ—508)
или 0,045—0,055 МПа, и позволяет пару и жидкости поступать в пароотводную трубку. После выхода пара образуется разряжение и при понижении давления на 0,01 МПа открывается воздушный
клапан, не позволяя деформироваться верхнему бачку радиатора.
3
2
4
Рис. 15. Радиатор:
1 — стойкип; 2 — трубка; 3 — пробка; 4, 6 — бачки верхний
и нижний; 5 — подушка; 7 — сердцевины; 8 — жалюзи
71
Справочник автомеханика
В случае, когда охлаждающая жидкость — антифриз, в системе охлаждения имеется расширительный
(компенсационный) бачок, который позволяет поддерживать постоянный объем жидкости.
Кроме указанного в систему охлаждения входит пусковой нагреватель (предпусковой подогреватель), предназначенный для облегчения пуска
в холодное время. С помощью него происходит прогрев блока и голоски цилиндров, поддона картера.
Нагреватель работает на том же топливе, что и сам
автомобиль.
Нагреватель работает следующим образом: самотеком в котел нагревателя (в его камеру сгорания)
подается топливо, вода (1,5—2 л ) и воздух (вентилятором по шлангу). Воспламенение получившейся горючей смеси сначала происходит от дистанционно включаемой свечи, а затем от горящей смеси. Через 1—2 мин. после начала работы в котел
еще добавляется вода (6—8 л ) . Нагретая вода затем
поступает в рубашку охлаждения цилиндров (через трубопровод и патрубки) и прогревает двигатель.
После прогрева пусковой рукояткой несколько
раз проворачивают коленчатый вал (если вращение
свободное, значит, двигатель можно запускать стартером).
72
Глава 2
Система питания карбюраторных
двигателей легковых автомобилей
*
Система питания предназначена для приготовления горючей смеси, подвода ее к цилиндрам двигателя, очистки топлива и воздуха, отвода отработавших газов.
В систему питания входят: устройство для приготовления горючей смеси (карбюратор), приборы
топливоподачи (топливный бак, фильтры, насос),
воздухоочиститель, газопроводы.
Смесеобразование — приготовление горючей
смеси, в карбюраторных двигателях этот процесс
называется карбюрацией (происходит в карбюраторе) и заключается в преобразовании жидкого бензина в мелкораспыленный за счет разности скоростей поступления воздуха (100—150 м/с) и топлива (5—7 м/с), испарении его и смешивании с воздухом. Подача бензина происходит дозированно в
соответствии с режимом работы двигателя, именно карбюратор позволяет изменять количественное
соотношение распыленного топлива и воздуха в
смеси (соотношение топлива к воздуху как 1:15
обеспечивает полное сгорание топлива). Процесс
карбюрации происходит очень быстро (в тысячные
доли секунды), чем выше скорость поступления
воздуха, тем меньше частицы распыленного бензина и больше скорость его испарения (скорость испарения увеличивается и за счет подогрева горючей смеси). Оптимальная температура смесеобразования в карбюраторах 45—65°С. При недостаточной
температуре часть газопровода между карбюратором
73
Справочник автомеханика
и цилиндрами двигателя подогревается отработавшими газами (местный подогрев).
Если соотношение топлива к воздуху менее чем
15:1 (т. е. на 1 кг топлива приходится менее 15 кг воздуха), то горючая смесь считается обогащенной, а если
на 1 кг топлива в смеси приходится менее 13 кг воздуха, то смесь богатая, но топливо сгорает не полностью, режим работы двигателя не экономичный.
Переобогащенная смесь делает работу двигателя невозможной, т. к. она не воспламеняется от искры.
Если на 1 кг топлива приходится от 15 до 17 кг
воздуха, то горючая смесь считается обедненной, она
позволяет двигателю работать экономично, но не позволяет развивать полную мощность. Если воздуха
в смеси от 17 до 19 кг на 1 кг топлива, то смесь
считается бедной, двигатель работает неустойчиво,
если воздуха более 19 кг, то воспламенения от искры не происходит, т. е. двигатель не работает.
Для различных режимов работы двигателя нужна различная по составу горючая смесь:
1)при пуске холодного нужна переобогащеная
смесь (т. к. часть топлива конденсируется на холодных стенках деталей);
2) на холостом ходу нужна обогащенная смесь;
3)при частичных нагрузках нужна обедненная
горючая смесь (этот режим считается самым экономичным);
4) при полных нагрузках нужна обогащенная
смесь с большой скоростью сгорания;
5) при резком увеличении нагрузок нужна обогащенная смесь (обеспечивается дополнительным
впрыскиванием топлива в смесительную камеру).
74
Глава 2
Подача бензина в карбюратор осуществляется насосом по топливопроводу из бака (при открытом
кране через фильтр-отстойник). Подача очищенного воздуха происходит из воздухоочистителя или
подкапотного пространства. Отвод отработавших
газов из цилиндров происходит через выпускной
газопровод, а затем глушитель, который при этом
одновременно снижает уровень шумов, гасит искры и пламя.
Простейший карбюратор эмульсионного типа
состоит из следующих основных частей (рис. 16).
Воздух
Топливо 10 11
поршень;
2
цилиндр;
3
впускной
клапан;
4 — газопровод;
дроссельная
5
заслонка;
6 жиклер;
7
поплавковая камера
с поплавком 8 и игольчатым
клапаном 9 для поддержания
нужного уровня топлива
и отверстием 11 для поддержания
атмосферного давления в ней;
10
топливопровод;
12 воздухоочиститель;
воздушный патрубок;
13
воздушная
заслонка;
14
распылитель;
15
16 диффузор;
17
смесительная камера
12
13
1
75
2
1
Рис. 16. Карбюратор
эмульсионного типа
Справочник автомеханика
Работает карбюратор следующим образом: топливо по топливопроводу поступает в поплавковую
камеру, где поддерживается его постоянный уровень. Оттуда через жиклер, представляющий собой
пробку с калиброванным отверстием, поступает в
распылитель и далее в диффузор. Воздух поступает
в диффузор из воздухоочистителя через полностью
открытую воздушную заслонку за счет разряжения,
возникающего над поршнем при впуске (разряжение передается в газопровод через впускной клапан). Увеличение скорости воздушного потока происходит благодаря сужению в средней части диффузора. В смесительной и поплавковой камерах
давление разное, что обеспечивает вытекание топлива
из распылителя, после чего происходит образование
паровоздушной горючей смеси (топливо измельчается, испаряется, смешивается с воздухом), качество
п количество которой регулируется дроссельной заслонкой. Разряжение в смесительной камере регулируется положением воздушной заслонки.
Данный простейший карбюратор не способен
обеспечить изменение состава горючей смеси при
изменении режима работы двигателя, на холостом
ходу, при пуске. Он способен приготавливать горючую смесь оптимального состава только в определенном диапазоне частот вращения коленчатого
вала. Чтобы избежать этих недостатков, в прршеняемых в настоящее время карбюраторах имеются смеседозирующие системы и другие устройства
для приготовления горючей смеси нужного при
каждом конкретном режиме работы состава (система холостого хода, экономайзер, ускорительный
насос и т. д.).
76
Глава 2
Карбюраторы современных легковых автомобилей
могут иметь несколько параллельно или последовательно включенных смесителькых камер. Широко
распространены двухкамерные карбюраторы эмульсионного типа с падающим потоком и последовательным включением смесительных камер (сначала
включается основная, затем при увеличении нагрузки на двигатель дополнительная). К таким карбюраторам относится базовый карбюратор «Солеке»
Димитровградского автоагрегатного завода
Д А А З — 1 1 0 7 0 1 0 (устанавливается на двигателях
для ВАЗ—21099, —2110). Он устанавливается на
впускном газопроводе через теплоизолирующую прокладку. Своевременное включение основной (для
приготовления обедненной смеси) и дополнительной
(для приготовления обогащенной смеси) смесительных камер обеспечивается определенной последовательностью открытия заслонок.
Основные системы и устройства карбюратора
ДААЗ—1107010: поплавковая камера, переходные и
главные дозирующие системы, система холостого
хода, экономайзер (эконостат), ускорительный насос, система снижения токсичности отработавших
газов, пусковое устройство.
Базовыми деталямр! карбюратора ДААЗ—1107010
(рис. 17) являются корпус и крышка с колодцами
для поступления воздуха к жиклерам (2). Входные
горловины смесительных камер также расположены в крышке. Работу карбюратора обеспечивают следующие детали .-воздушная заслонка (тросом соединена с рукояткой управления под приборной панелью салона кузова), распылитель ускорительного насоса, мембрана пускового устройства со штоком (5),
77
Справочник автомеханика
Рис. 17. Карбюратор ДААЗ—1107010:
I — горловины; 2 — жиклеры; 3 — воздушная заслонка;
4 — распылитель; 5 — мембрана; б, 7, 9 — регулировочные
винты; 8 — патрубок; 10 — дроссельная заслонка;
II — патрубок; 12 — рычаг привода; 13 — кулачок;
14 — мембрана; 15 — жиклер; 16 — крышка; 17 — корпус;
18 —. мембрана экономайзера; 19 — малые диффузоры;
, 20 — клапан; 21 — топливный жиклер; 22 — патрубок;
23 — патрубок; 24 — крышка
Глава 2
регулировочный винт пускового устройства (6), регулировочные винты (7, 9) для регулирования соответственно количества и качества горючей смеси
(на холостом ходу), патрубок, передающий разряжение от карбюратора к регулятору распределителя зажигания, дроссельная заслонка первой (основной)
камеры (крепится жестко на осях, связанных с педальным приводом в салоне кузова), патрубок для
отсоса картерных газов, рычаг привода, кулачок (используется для привода ускорительного насоса), мембрана (14), жиклер (15), который вместе с приливом корпуса образует рабочую полость, крышка экономайзера мощностных режимов, крепится к приливу корпуса, мембрана экономайзера (18), малые
диффузоры (отливаются вместе с распылителями),
вставленные в отлитые вместе с корпусом большие
диффузоры, электромагнитный клапан и топливный жиклер системы холостого хода, патрубки для
подачи и слива излишков топлива (установлены
в крышке).
Поплавковая камера с целью устранения влияния воздушного фильтра на разряжение в диффузоре не сообщается непосредственно с атмосферой
(так как загрязнение фильтра приводит к возрастанию разряжения). Она соединяется с воздушным
фильтром посредством двух специальных отверстий
(такое соединение называется балансировкой), что
позволяет уравновесить давление и снизить влияние загрязнения воздушного фильтра на качество
горючей смеси. Поплавковая камера имеет две сообщающиеся части, которые охватывают обе смесительные камеры с двух сторон, что обеспечивает нормальную подачу топлива даже при больших
79
Справочник автомеханика
4
5
6
Рис. 18. Дозирующая
система:
1 — эмульсионный колодец; 2, 5 — воздушный жиклер;
3 — камера; 4 — эмульсионные трубки; 6 — распылитель;
7 — заслонка; 8 — диффузоры
кренах автомобиля. Поплавок камеры изготавливается из эбонита. Патрубок камеры с жиклером
обеспечивают перепуск излишков топлива обратно в бак.
Главная дозирующая система предназначена
для приготовления горючей смеси определенного
состава для работы двигателя на всех режимах, кроме режима холостого хода. Она действует по так называемому способу пневматического торможения
топлива. На рис. 18 представлена схема части главной дозирующей системы (для одной смесительной
камеры).
Работает система следующим образом: топливо
из поплавковой камеры через главный жиклер
поступает в эмульсионные колодцы с трубками и
80
Глава 2
смешивается там с воздухом (выходит из отверстий эмульсионной трубки), поступающим туда
через воздушный жиклер. Затем получившаяся
смесь (эмульсия) попадет в распылитель, где смешивается с воздухом, поступающим через диффузоры. В результате получается горючая смесь. Поступающий через воздушный жиклер воздух препятствует обогащению смеси (уменьшает разряжение перед главным жиклером), истечение топлива
затормаживается. Степень обеднения состава горючей смеси обеспечивается подбором калиброванных отверстий воздушных жиклеров.
Дроссельные заслонки смесительных камер регулируют количество поступающего в двигатель
топлива. Открываются дроссельные заслонки не одновременно: сначала открывается заслонка первой
смесительной камеры, а заслонка второй смесительной камеры начинает открываться тогда, когда заслонка первой камеры открыта еще не полностью
(на две трети).
Переходная система предназначена для обеспечения плавного перехода работы двигателя с одного режима на другой в начале полного открытия
дроссельных заслонок смесительных камер. Она
объединена с системой холостого хода. Канал переходной системы соединяет эмульсионный канал
с частью смесительной камеры, расположенной над
дроссельной заслонкой, при этом отверстие канала располагается в зоне, где после начала открытия дроссельной заслонки образуется разряжение.
Переходная система первой смесительной камеры имеет щелевидное отверстие. В переходную
систему второй смесительной камеры топливо
81
Справочник автомеханика
поступает непосредственно из поплавковой камеры (через жиклер), после смешивания его с воздухом получившаяся эмульсия поступает под дроссельную заслонку смесительной камеры через выходное отверстие. Около этого отверстия разряжение у м е н ь ш а е т с я при д а л ь н е й ш е м о т к р ы т и и
дроссельной заслонки, что обеспечивает плавное
начало работы главной дозирующей системы.
Система холостого хода предназначена для приготовления горючей смеси при работе двигателя в
режиме холостого хода (при малых частотах вращения коленчатого вала), при переходе на работу
при малых и средних нагрузках.
При работе в режиме холостого хода дроссельные
заслонки смесительных камер почти закрыты, под
дроссельной заслонкой первой камеры создается
значительное разряжение, что не позволяет работать
главной дозирующей системе. В цилиндрах двигателя увеличивается количество отработавших газов,
что уменьшает скорость горения рабочей смеси. Чтобы двигатель работал надежно, нужна богатая горючая смесь. Д л я этого задроссельное пространство
(полость впускного трубопровода) связано каналом системы холостого хода с эмульсионным колодцем и
верхней частью смесительной камеры.
Обогащенная горючая смесь получается следующим образом: топливо из поплавковой камеры (под
действием разряжения), пройдя через жиклеры,
эмульсионный канал, поступает в виде эмульсии
(после смешивания с воздухом) под регулировочный
винт с конусообразным наконечником — «винт качества» (регулирует размер проходного сечения канала). Из находящейся рядом с винтом щели под-
82
Глава 2
м
I
^ ^
I
м
-Ц
^ ^
щ
м
•
•
>
_
J
. "
^ ^ ^ т
I
I
I
Я^^ш
II
I'
^ М ^ м и
•
I
• I
^и
»|I I
^ ^ ^ ^
м
М
•
^^т
^шщщ
i
щ
^ ^
^ и Ч »
^ ^
i 1
i i
,
Ш
гасывается воздух (из смесительной камеры или из
эмульсионного канала на переходном режиме). Д л я
регулирования количества смеси на рычаге дроссельной заслонки имеется регулировочный винт —
«винт количества» смеси, который приоткрывает
дроссельную заслонку. Полученная обогащенная горючая смесь поступает в цилиндры двигателя через впускной газопровод.
Экономайзер и эконостат (экономайзер мощностных режимов и экономайзер полных нагрузок)
предназначен для обогащения смеси соответственно при работе на мощностных режимах и при полных нагрузках.
Экономайзер мощностных режимов мембранного типа — специальная система, обеспечивающая
дополнительное поступление топлива (через жиклер (9) по каналу (10), см. рис. 19) в распылитель
главной дозирующей системы, при этом топливо
не проходит через главный топливный жиклер.
Экономайзер включается от действия механического или пневматического привода, срабатывающего
при падении разряжения в смесительной камере
(дроссельная заслонка приоткрыта). Изменение разряжения действует на диафрагму экономайзера, его
возвратная пружина либо сжимается, либо разжимается, обеспечивая взаимодействие толкателя экономайзера с шариком клапана, который открывает
или закрывает канал экономайзера.
Эконостат (или экономайзер полных нагрузок)
предназначен для обогащения горючей смеси при
больших нагрузках и высокой частоте вращения
коленчатого вала (при нагрузках, близких к предельным; работает, когда дроссельные заслонки
83
Справочник автомеханика
12
11
V
N
s
\
\
N
N
N
J
ш—
8
•
J
4
I ,
7
Z
6
5
4
3
2
1
Рис. 19. Экономайзер:
диффузоры; 2, 4 — топливные жиклеры;
1
3, 5
дроссельная заслонка; 6 — воздушный канал,
соединяющий наддроссельное пространство с полостью над
мембраной; 7 — мембрана; 8 — шариковый клапан;
9 — жиклер, установленный в канале (10); 10 — топливный
канал, соединяющий экономайзер с поплавковой камерой;
11 — эмульсионная трубка; 12 — впрыскивающая
трубка
—
смесительных камер полностью открыты). Он взаимодействует со второй смесительнои камерой, установлен в ее верхней части над диффузором.
Эконостат — это распылитель, в который топливо поступает непосредственно из поплавковой
камеры через топливный жиклер {рис. 19) и эмульсионную трубку. Его впрыскивающая трубка располагается выше распылителя главной дозирующей системы, поступающее через трубку топливо
84
Глава 2
г основным потоком топливовоздушной смеси, обогащая ее и позволяя двигателю работать нормально при полных нагрузках.
Ускорительный насос предназначен для кратковременного обогащения горючей смеси при разгоне автомобиля (при резком открытии дроссельных заслонок, когда процесс смесеобразования нарушен).
Ускорительный насос мембранного (диафрагменного) типа срабатывает от действия кулачка привода, расположенного на оси дроссельной заслонки. В каждой смесительной камере имеется по распылителю ускорительного насоса.
Работает ускорительный насос следующим образом: в момент резкого открытия дроссельной заслонки
{рис, 20) кулачок, поворачиваясь, действует на рычаг, который нажимает на толкатель, а т о т — на
мембрану (диафрагму). При закрытии дроссельной
заслонки возвратная пружина возвращает мембрану в исходное положение, в полости насоса образуется разряжение.
Под действием мембраны через шариковый клапан (нагнетательный клапан) и распылители топливо через колодец ускорительного насоса подается в смесительные камеры. Когда мембрана возвращается в исходное положение, топливо в рабочую полость ускорительного насоса поступает из
поплавковой камеры через обратный шариковый
клапан (всасывающий клапан).
При резком нажатии педали газа топливо поступает из полости насоса в распылитель. Небольшое отверстие распылителя не позволяет топливу быстро проходить через него, в результате
85
Справочник автомеханика
1
4
7
Рис. 20. Насос
ускорительный:
распылители; 2 — клапан; 3 — мембрана;
толкатель; 5 — рычаг; 6 — кулачок;
дроссельная заслонка; 8 — всасывающий клапан
не происходит резких перемещении мембраны.
Впрыскивание топлива происходит не мгновенно, а в течение нескольких секунд, что способствует устойчивой работе двигателя.
Система снижения токсичности отработавших
газов предназначена для обеспечения включенияотключения электромагнитного клапана карбюратора при работе в режиме Э П Х Х (экономайзера
принудительного холостого хода), возникающем
при быстром торможении, при движении под уклон (резкое закрытие дроссельной заслонки при
больших скоростях вращения коленчатого вала).
В этих режимах электромагнитный клапан прекращает подачу топлива в систему холостого хода.
86
Глава 2
Основной частью системы снижения токсичности является ЭБУ (электронный блок управления),
встроенный в карбюратор. Входными сигналами для
ЭБУ являются импульсы напряжения от концевого
выключателя и от катушки зажигания, которые информируют соответственно о положении дроссельной
заслонки и о частоте вращения коленчатого вала.
В зависимости от входных сигналов ЭБУ вырабатывает выходной сигнал — напряжение для включения электромагнитного запорного клапана. Соединение ЭБУ (его пятой клеммы) с «массой» автомобиля происходит при закрытой дроссельной заслонке через концевой выключатель.
Система снижения токсичности работает следующим образом:
• до пуска двигателя дроссельная заслонка первой смесительной камеры закрыта, электрическая
цепь замкнута через «винт количества», соприкасающийся с рычагом привода дроссельных заслонок, ток через шестую клемму ЭБУ поступает на
электромагнитный клапан, открывающий топливный жиклер системы холостого хода;
• после пуска двигателя и работы в режиме холостого хода электромагнитный клапан питается от ЭБУ;
• при превышении частотой вращения коленчатого вала величины 1900 об/мин ЭБУ отключается, пятая клемма ЭБУ не соединена с «массой», ток в катушку электромагнитного клапана поступает;
• при принудительном холостом ходе дроссельные заслонки резко закрываются, рычаг привода дроссельных заслонок упирается в «винт количества», пятая клемма шунтируется на «массу»,
на электромагнитный клапан ток не поступает,
87
Справочник автомеханика
клапан отключается, подача горючей смеси через
топливный жиклер системы холостого хода прекращается;
• при уменьшении частоты вращения коленчатого вала до 1650 об/мин ЭБУ включается, ток поступает на электромагнитный клапан, топливныи
жиклер открывается, топливо подается в канал системы холостого хода.
Пусковое устройство (система пуска) (рис. 21)
предназначено для приготовления переобогащенной
смеси, которая обеспечивала бы двигателю надежный и быстрый пуск. Это устройство обеспечивает
закрытие воздушной заслонки и приоткрытие дрос-
3
2
1
Рис. 21. Пусковое
устройство:
1 - мембрана; 2 — регулировочный винт; 3 — шток;
рычаг; 5, 6
кромка рычага; 7 — воздушная заслонка;
4
поводок воздушной заслонки; 9 — возвратная пружина;
8
наружная фигурная кромка; 11 — тяга; 12 — скоба;
10
винт; 14 — рычаг; 15 — дроссельная заслонка
13
88
Глава 2
сельной заслонки, в результате чего возникающее
в диффузоре разряжение позволяет топливу поступать из распылителя при малых скоростях вращения коленчатого вала; после первых вспышек для
предотвращения переобогащения горючей смеси
пусковое устройство позволяет приоткрыть воздушную заслонку. В основном применяется пусковое
устройство с ручным управлением, состоящем из
мембранного и рычажного механизмов для закрытия-открытия воздушной и дроссельной заслонок.
Пусковое устройство позволяет воздушной заслонке открываться и закрываться автоматически, что
обеспечивает оптимальный состав горючей смеси.
Система питания карбюраторных
двигателей грузовых автомобилей
и автобусов
Базовым карбюратором для двигателей многих
грузовых автомобилей и автобусов является карбюратор К—88АТ (устанавливается на двигателях автомобилей З И Л , « У р а л » , Л А З , Л и А З ) . Для V-образных восьмицилиндровых двигателей используется карбюратор К—135МУ (устанавливается, например, на ГАЗ—3307). Эти карбюраторы аналогичны
по принципу действия и во многом схожи конструктивно.
Карбюратор К—88АТ (на него во многом похож карбюратор К—90) состоит из следующих основных частей: корпуса двух смесительных камер
89
ж
Справочник автомеханика
ж
(каждая камера предназначена для питания цилиндров одного ряда), пневмоинерционного ограничителя максимальной частоты вращения коленчатого вала, корпуса поплавковой камеры и диффузоров и корпуса воздушной горловины, которая
соединяется с поплавковой камерой специальным
каналом, предназначенным для балансировки карбюратора (этот канал обеспечивает выравнивание
давления и уменьшает влияние загрязнения воздухоочистителя).
Каждая смесительная камера имеет собственное
главное дозирующее устройство (в каждое из них
входят воздушные жиклеры, большие и малые диффузоры), собственную систему холостого хода с питанием. Дроссельные заслонки обеих смесительных
камер открываются в одно время и установлены на
одной оси. Поплавковая камера, воздушная горловина (с заслонкой и фильтром), ускорительный насос, экономайзер — общие для обеих смесительных
камер.
Смесительные камеры работают одинаково, дроссельными и воздушными заслонками управляет водитель с помощью педалей или рукояток.
В карбюраторе оптимальный состав горючей
смеси (обедненной) поддерживается способом пневматического торможения топлива.
Каждая смесительная камера работает следующим образом:
• в режиме пуска и при прогреве двигателя воздушная заслонка закрыта, дроссельная заслонка
приоткрыта, создаваемое в смесительной камере
разряжение способствует поступлению топлива из
щели малого диффузора и эмульсии из канала систе-
90
Глава 2
мы холостого хода, нажатие на педаль дроссельной
заслонки обеспечивает дополнительное впрыскивание ускорительным насосом топлива в малый диффузор;
• в режиме холостого хода при малой частоте вращения коленчатого вала дроссельная заслонка смесительнои камеры приоткрыта, в задроссельном пространстве создается максимальное разряжение, под
действием которого из поплавковой камеры поступает топливо (к жиклеру холостого хода), воздух для
образования смеси поступает из воздушной горловины и из жиклеров воздушного и полной мощности. Главная дозирующая система обеспечивает
плавный переход от режима холостого хода к работе двигателя под нагрузкой. Качество горючей смеси и частота вращения коленчатого вала регулируются специальными регулировочными винтами;
• в режиме малых и средних нагрузок дроссельная заслонка открывается, система холостого хода
перестает работать и прекращает подачу эмульсии,
разряжение в диффузорах возрастает, начинает работать главная дозирующая система, топливо, поступающее из поплавковой камеры, смешивается
с воздухом, поступающим из воздушного жиклера.
Обеднение горючей смеси происходит за счет торможения истечения топлива поступающим через
воздушные жиклеры воздухом;
• в режимах больших нагрузок для приготовления обогащенной горючей смеси используется экономайзер с механическим приводом;
• в режимах ускорения при резком открытии
дроссельной заслонки ускорительный насос обеспечивает кратковременное обогащение горючей смеси.
91
Справочник автомеханика
Дополнительная подача топлива происходит из колодцев ускорительного насоса и из колодца резервного топлива (расположен над жиклером полной
мощности). Резкое открытие дроссельной заслонки
сопровождается повышением давления под поршнем,
что приводит к закрытию обратного шарикового клапана, и в результате топливо по специальному каналу, пройдя через соответствующие клапаны, форсунки и жиклеры, попадает в распылитель, а оттуда —
в смесительную камеру, впрыскивание топлива происходит постепенно (обеспечивается пружиной).
Пневмоинерционный ограничитель максимальной частоты вращения коленчатого вала регулирует количество поступающей в цилиндры горючей
смеси, изменяя положение дроссельной заслонки.
Он не позволяет частоте вращения превышать значения 3100-3200 об/мин.
Основными частями пневмоинерционного ограничителя являются центробежный датчик и исполнительный механизм.
Исполнительный механизм имеет вакуумно-мембранный привод на ось дроссельных заслонок, распложен на корпусе смесительных камер. Мембрана
исполнительного механизма соединена через шток
с одним из плеч установленного на оси дроссельных заслонок рычага, другое плечо которого через
пружину действует на дроссельные заслонки.
Центробежный датчик инерционного типа располагается на крышке распределительных шестерен,
основной частью которого является ротор с приводом от вала. Если частота вращения коленчатого
вала достигает значения 3100—3200 об/мин, то ротор при вращении развивает центробежную силу,
92
Глава 2
способную растянуть пружину датчика, которая позволяет клапану закрыть отверстие седла, что прекращает доступ воздуха из воздушной горловины.
В результате в пространстве над мембраной исполнительного механизма создается разряжение, давление под мембраной превышает давление над мембраной, разность давлений приводит к перемещению мембраны, которое сопровождается (благодаря
рычагу) приоткрытием дроссельной заслонки.
Электронные системы
впрыскивания топлива
Системы впрыскивания топлива предназначены
для устранения неравномерности распределения состава горючей смеси по объему цилиндров (неравномерность может достигать 15%). Применение
этих систем позволяет не только повысить мощность двигателя на 12%, но и увеличить его экономичность и снизить токсичность отработавших газов. В зависимости от принципа действия существуют механические, электронные, аналоговые и цифровые системы впрыскивания.
Наибольшее распространение получила электронная система впрыскивания топлива. Она связана с
электронным блоком управления ЭБУ и реагирует
на количество поступающего в цилиндры воздуха
(скорость и объем). Недостатком электронных систем впрыскивания является сложность конструкции, что приводит к неудобствам в эксплуатации,
высокая стоимость (по сравнению с карбюраторами).
93
Справочник автомеханика
В систему впрыскивания топлива входят топливный насос с электроприводом, регулятор давления, электромагнитные форсунки для впрыскивания топлива в впускные каналы цилиндров двигателя.
По способу впрыскивания электронные системы разделяются на системы распределенного или
центрального впрыскивания.
Распределенное впрыскивание предполагает подачу топлива в каждый цилиндр отдельной форсункой. Впрыскивание может происходить согласованно
(время впрыскивания соответствует впуску) или несогласованно (момент впрыскивания не соответствует впуску в каждый цилиндр).
Распределенное впрыскивание обладает рядом
преимуществ: позволяет увеличить мощность двигателя, обеспечивает повышение безотказности пуска и ускорение прогрева двигателя, допускает различные усовершенствования (применение газодинамического наддува, микропроцессоров и т. д.).
К системам распределенного впрыскивания топлива относится система L-Jetronik,
которая обеспечивает автомобилю малый расход топлива и соответствие европейским нормам по токсичности.
Электронное управление впрыскиванием предполагает выработку электрического импульса определенной величины, который, управляя форсункой, позволяет поддерживать постоянный перепад давления топлива.
Система работает следующим образом (рис. 22):
топливо из бака топливным насосом, пройдя через
фильтр, подается в топливную рампу, а оттуда на
форсунки. Стабилизатор перепада давлений служит
94
Глава 2
КЗ
3
4
5
6
20
Рис. 22. Система впрыскивания топлива:
1 — топливный насос; 2 — фильтр; 3 — бак; 4 — рампа;
5 — стабилизатор; 6 — блок управления ЭБУ;
7 — заслонка; 8 — измеритель; 9 — дроссельная заслонка;
10 — датчик; 11 — регулировочный винт;
12 — дополнительная форсунка; 13 — форсунка;
14 — датчик кислорода; 15 — датчик температуры;
16 — датчик; 17 — датчик-распределитель;
18 — регулятор; 19 — аккумулятор; 20 — включатель
для поддерживания постоянного давления впрыскивания (обеспечивает постоянную разность давлений
с обеих сторон форсунок) и возврата избыточного топлива в бак. ЭБУ регулирует количество впрыскиваемого топлива. Для определения количества поступающего в цилиндры воздуха служит измеритель
расхода воздуха, изменению положения его заслонки соответствует вырабатываемый им определенный
95
Справочник автомеханика
электрический сигнал, подаваемый в блок управления подачей топлива. Количество поступающего воздуха регулирует водитель педалью в салоне через
дроссельную заслонку. В режиме холостого хода количество поступающего воздуха регулируется специальным регулятором.
Электронная часть системы впрыскивания работает от аккумулятора при включенном зажигании (она включается выключателем).
Впрыскивание топлива происходит в течение 1—
2 оборотов коленчатого вала.
В систему входят датчики: датчик кислорода
(14) и датчик температуры охлаждающей жидкости (15), которые помогают получать горючую
смесь оптимального состава, датчик (10) положения дроссельной заслонки, дополнительная пусковая форсунка (12) и др.
Данная система обеспечивает подачу топлива при
частоте вращения коленчатого вала до 850 об/мин,
при частоте вращения более 1000 об/мин при закрытой дроссельной заслонке топливо не подается.
Центральное впрыскивание предполагает подачу топлива на все цилиндры одной форсункой, установленной до разветвления впускного газопровода. Преимуществом систем с центральным впрыскиванием является то, что они обеспечивают большую точность и стабильность подачи топлива и
взаимозаменяемы с карбюраторами.
К системам центрального впрыскивания относится система Mono-Motronic
(устанавливается в основном на двигателях с малым рабочим объемом).
96
Глава 2
Основные части: электронный блок управления,
смесительная камера с дроссельной заслонкой, датчик положения дроссельной заслонки, топливные
насос (электрический) и фильтр, регуляторы давления топлива и частоты вращения коленчатого
вала в режиме холостого хода, электромагнитная
форсунка, датчики температуры охлаждающей
жидкости и кислорода.
Кроме систем распределенного и центрального
впрыскивания существуют более сложные комплексные системы управления двигателем (например, в двигателе ЗМЗ—4062.10).
Основной частью комплексной системы управления является блок управления с оперативной памятью, который в зависимости от поступающих
к нему сигналов датчиков вырабатывает управляющие сигналы. Входными сигналами для блока управления являются сигналы датчиков положения
коленчатого вала (по ним определяется, в какие
форсунки должно подаваться топливо и в какую
из двух катушек зажигания подается импульс для
пуска), датчиков воздуха и температуры охлаждающей жидкости, датчиков положения дроссельной
заслонки, расхода воздуха, частоты вращения коленчатого вала, детонации (по ним определяется необходимое количество топлива для приготовления оптимального состава горючей смеси, угол опережения зажигания). Выходные сигналы блока управления постоянно корректируются в зависимости от
входных, что обеспечивает максимально экономичную работу двигателя.
4. Зак. 47
97
Справочник автомеханика
Приборы топливоподачи:
топливные бак, фильтры, насос.
Воздухоочиститель, газопроводы
Топливный бак предназначен для хранения топлива. На одном автомобиле может быть установлено несколько баков. Они устанавливаются в зоне автомобиля, безопасной при ударах (в задней части
кузова под полом багажника, в багажнике). Конструктивно топливный бак представляет собой емкость,
изготовленную из двух сваренных друг с другом
штампованных частей с перегородками внутри для
повышения жесткости и уменьшения влияния гидравлических ударов. Форма бака выбирается подходящей для места его установки. Объем бака позволяет заливать в него количество бензина, достаточное для пробега 400—600 км.
Топливо в бак поступает через заливную горловину и находящийся там сетчатый фильтр.
При заполнении бака топливом вытеснение воздуха происходит через шланг (трубку) в заливную
горловину и далее в атмосферу. После заполнения
заливная горловина закрывается пробкой. Для выравнивания давления в баке (предотвращения повышения давления или возникновения разряжения)
в пробке имеются два автоматических клапана (выпускной клапан открывается при избыточном давлении 0,01—0,02 МПа, впускной — при давлении
0,015—0,04 МПа). В некоторых баках (например, на
« Ж и г у л я х » ) для выравнивания давления надтопливное пространство бака соединено с атмосферой тон*
98
Глава 2
кой пластмассовой трубкой. В некоторых автомобил я х (например « Н и в а » , переднеприводные ВАЗ)
применяется более сложная система вентиляции.
На приборном щитке имеется указатель уровня
топлива в баке, который работает по сигналам расположенного в баке датчика указателя уровня топлива, совмещенного с топливозаборником.
Топливные фильтры предназначены для очистки топлива от механических примесей и воды.
Кроме фильтров топливного бака, насоса и карбюратора, топлива проходит через фильтры грубой
и тонкой очистки.
Фильтр грубой очистки {рис. 23, а) или фильтротстойник (щелевого типа), располагается между
баком и топливным насосом.
Фильтрующий элемент фильтра грубой очистки состоит из тонких пластин с отверстиями, пластины имеют выступы (штампованные) высотой
0,05 мм, благодаря которым в фильтре образуются
щели, в которых и задерживаются примеси.
На некоторых двигателях фильтры грубой очистки отсутствуют.
Фильтр тонкой очистки (рис. 23, б) располагается между топливным насосом и карбюратором.
Фильтрующий элемент фильтра тонкой очистки
изготавливается из пористого керамического материала или латунной сетки (применяется часто в двигателях, не имеющих фильтров грубой очистки).
В него топливо поступает после прохождения через
отстойник. По мере загрязнения фильтры тонкой
очистки подлежат замене.
Топливный насос предназначен для принудительной подачи топлива к карбюратору (из топливного
4*
99
Справочник автомеханика
5
12
13
14
8
9
б)
Рис. 23. Топливный фильтр
(а — грубой очистки, б — тонкой очистки):
1
металлический стакан для отстаивания воды;
2
выходное отверстие для выхода топлива;
3
корпус; 4 — входное отверстие, через которое топливо
поступает в корпус фильтра; 5 — фильтрующий элемент;
6 выступы; 7 — отверстие с пробкой для отвода воды:
8
отверстия; 9 — пластины; 10 — выходное отверстие;
И
корпус; 12 — входное отверстие; 13 — фильтрующий
элемент; 14 — стеклянный отстойник для отстоя крупных частиц
бака в поплавковую камеру). В настоящее время
широко распространены насосы мембранного (диафрагменного) типа {рис. 24), применяются и электрические насосы (при наличии системы впрыскивания топлива). Приводы топливных насосов разные на разных двигателях, например на двигателях ВАЗ топливный насос приводится в действие
от эксцентрика вала привода смазочного насоса, а
на многих двигателях ГАЗ — от эксцентрика распределительного вала непосредственно.
100
Глава 2
10
11
14
9
8
7
6
5
4
3
Рис. 24. Топливный насос мембранного типа:
1 — рычаг механизма ручной подкачки топлива;
2 — корпус; 3 — отверстие для контроля и вентиляции;
4 — нагнетательная пружина; 5 — шток, на котором
закреплена мембрана, соединен с внутренним плечом
коромысла; 6 — мембрана многослойная
лакотканевая,
7 — клапан головки; 8 — впускные клапаны; 9 — сетчатый
фильтр; 10 — крышка; 11 — перегородка крышки,
разделяющая впускную и нагнетательную полости насоса;
12 — штуцер, из отверстия которого топливо поступает
к карбюратору; 13 — выпускные клапаны; 14 — валик
рычага; 15 — пружина, прижимающая наружное плечо
коромысла к штанге привода; 16 — ось коромысла;
17 — коромысло; 18 — штанга привода насоса;
19 — эксцентрик
Насос начинает работать при нажатии выступа эксцентрика на штангу. При этом коромысло, поворачиваясь на своей оси, своим внутренним плечом через шток действует на мембрану. Опускаясь, мембрана создает над собой разряжение, под действием
101
Справочник автомеханика
которого открывается впускные клапаны и топливо, пройдя фильтр, поступает в пространство над
мембраной. Когда эксцентрик перестает нажимать
на штангу, нагнетательная пружина возвращает
мембрану в исходное состояние, давление топлива
(над мембраной) приводит к закрытию впускных и
открытию выпускных клапанов, в результате топливо поступает в нагнетательную полость насоса, а
оттуда далее в топливопровод.
При неработающем двигателе, при ремонте и регулировке топливо поступает в карбюратор с помощью рычага механизма ручной подкачки. При закрытом запорном клапане поплавковой камеры (небольшой расход топлива) топливный насос работает
вхолостую.
Воздухоочиститель предназначен для очистки
поступающего в карбюратор воздуха от пыли, он
позволяет снижать шумы при впуске. Наиболее часто применяются масляно-инерционные или сухие
(со сменными фильтрами) воздухоочистители.
Сухие воздухоочистители используются в дви>
гателях автомобилей ГАЗ, ВАЗ, И Ж . Их фильтрующий элемент представляет собой сетчатый металлический каркас и рулон специальной пористой бумаги или картона, который можно заменять по
мере необходимости.
Масляно-инерционные воздухоочистители используются на двигателях автомобилей З И Л . Основными деталями воздухоочистителя являются
расположенные в его корпусе масляная ванна,
фильтрующий элемент с набивкой из капронового
волокна или металлической сетки, отражатель, переходник, воздухосборник.
102
Глава 2
Работает масляно-инерционный воздухоочиститель следующим образом: воздух через воздухосборник, крышку-переходник и кольцевую щель подводится к масляной ванне и отражателю, откуда он,
поменяв резко направление движения, поступает
к фильтрующему элементу. При этом крупные пылинки, продолжая двигаться по инерции, выпадают из потока воздуха (когда он изменяет свое направление) и оседают в масле. При прохождении
воздуха через фильтрующий элемент происходит
неоднократное изменение направления его движения, благодаря чему оставшиеся частицы пыли оседают на набивке фильтра. Очищенный таким образом воздух из воздухоочистителя поступает далее через переходник к карбюратору.
Газопроводы впускной (из алюминиевого сплава) и выпускной (чугунный) предназначены соответственно для подвода горючей смеси к цилиндрам и отвода отработавших газов. У V-образных
двигателей имеется два выпускных трубопровода.
Во впускном газопроводе имеется участок с двойными стенками, который обеспечивает подогрев горючей смеси для исключения оседания частиц топлива на его стенках, приводящего к изменению состава горючей смеси. Подогрев происходит за счет
теплоотдачи от нагретых отработавших газов или
охлаждающей жидкости, которые циркулируют
между двойными стенками.
Отвод отработавших газов производится через
глушитель, конструкция которого (наличие отверстий, перегородок, широкой полости) позволяет резко снижать скорость газов и, следовательно, снижать шумы.
103
Справочник автомеханика
Система питания дизелей
В дизелях горючая смесь готовится внутри цилиндров, самовоспламенение смеси происходит от
сжатия (в конце такта сжатия давление достигает
величины 3,5—5,5 МПа, а температура 550—70СГС).
Топливо под давлением впрыскивается в цилиндры (его количество соответствует нагрузке двигателя), от трения о воздух оно распыляется, образуя в цилиндре конусообразный топливный факел.
Еще большее повышение давления и температуры
после начала горения смеси приводит к ускорению
процесса горения (ускоряются испарение и самовоспламенение частиц топлива).
Впрыскивание топлива в цилиндры происходит
с углом опережения впрыскивания, то есть топливо начинает поступать в цилиндр до прихода поршня в верхнюю мертвую точку (что повышает экономичность дизеля), а топливный насос начинает
подачу топлива с углом опережения подачи (еще
раньше). У г л о м опережения подачи топлива называется угол поворота коленчатого вала, на который
поршень цилиндра не доходит до верхней мертвой
точки в момент начала подачи топлива.
Камеры сгорания дизелей бывают разделенные
(или двухполостные, имеют две соединенные каналом полости) и неразделенные (или однополостные, представляют собой полость между днищем
поршня, находящимся в верхней мертвой точке, и
головкой).
Двухполостные камеры сгорания разделяются
на вихревые и предкамеры. Основной их недостаток — затрудненный пуск.
104
Глава 2
Способы смесеобразования в дизелях: объемное
(топливо впрыскивается непосредственно в воздух камеры сгорания), пленочное (топливо, попадая на стенки камеры сгорания, образует сначала пленку, а только потом начинает испаряться и в парообразном состоянии смешивается с воздухом), объемно-пленочное (позволяет использовать различное топливо).
Общее устройство системы питания дизелей.
К ней относятся: топливоподводящие механизмы и
аппаратура (насосы, бак, фильтры и т. д.), механизмы для подвода воздуха, выпускной газопровод,
глушитель шума.
Наиболее широко распространены дизели, у которых топливный насос высокого давления и форсунки соединены топливопроводами (аппаратура
разделенного типа). Топливо в них поступает по магистралям высокого (подача топлива в цилиндры)
и низкого (хранение, подача под малым давлением, фильтрация) давления. К таким относятся, например, дизели ЯМ8-236М2, - 2 3 8 М 2 , топливная
аппаратура которых состоит из насосов высокого
(с приводом от распределительного вала) и низкого (топливоподкачивающий) давления, муфты опережения впрыскивания, топливного бака, фильтров тонкой и грубой очистки, форсунки, топливопроводов высокого и низкого давления и сливных
топливопроводов.
Топливо проходит следующий путь: из бака оно
засасывается насосом низкого давления через фильтр
грубой очистки, затем под избыточным давлением нагнетается в фильтр тонкой очистки. Оттуда поступает к насосу высокого давления и затем впрыскивается в цилиндры через форсунки. Избыток топлива,
105
Справочник автомеханика
образующийся при работе насоса низкого давления,
через перепускной клапан по сливным топливопроводам возвращается обратно в бак.
В других дизелях возможен несколько иной путь
топлива.
Магистраль низкого давления состоит из топливного бака, фильтров тонкой и грубой очистки,
насоса низкого давления, насоса ручной подкачки
и топливопроводов.
Топливный бак из листовой стали объемом 200 л
располагается на кронштейне рамы. Заливная горловина выдвижная, имеет фильтрующую сетку, закрывается пробкой с двойным клапаном для впускавыпуска воздуха. Сливное отверстие с пробкой расположено в нижней части бака. В баке имеется
фильтр грубой очистки и датчик, по сигналам которого осуществляется контроль за уровнем топлива.
Фильтры тонкой и грубой очистки очищают
топливо от вредных примесей.
Фильтрующий элемент фильтра грубой очистки —
металлический каркас с отверстиями и навитым на
них хлопчатобумажным шнуром. Располагается
в корпусе фильтра, топливо на него поступает через топливозаборную трубку. Освободившись от
крупных частиц, топливо после прохождения через фильтрующий элемент через штуцер поступает далее в топливопровод. В некоторых фильтрах
грубой очистки (например, в дизелях КамАЗ—740)
роль фильтрующего элемента выполняет фильтрующая сетка с успокоителем масла, которая устанавливается в стакане, прикрепленном к лонжерону
рамы (у других дизелей может быть прикреплен
к кронштейну бака).
106
Глава 2
Фильтр тонкой очистки (рис. 25) устанавливается
перед топливным насосом высокого давления. Его
фильтрующий элемент сменный, представляет собой стальной каркас с большим количеством отверстий, обмотанный тканью, с нанесенной на нее
фильтрующей массой, пропитанной связывающим
веществом, снаружи обмотан марлевой лентой.
6
7
8
9
Рис. 25. Фильтр тонкой очистки:
1 — пружина; 2 — каркас; 3 — фильтрующий элемент;
4 — крышка; 5 — болт; 6 — жиклер; 7 — пробка;
8 — корпус; 9 — стержень; 10 — пробка
107
Справочник автомеханика
Топливо к фильтрующему элементу подается через жиклер (излишек топлива отводится мимо фильтрующего элемента к сливному топливопроводу),
после фильтрации оно поступает в полость между
стержнем (в этот стержень вворачивается крепящий
крышку болт) и каркасом фильтрующего элемента,
а уже оттуда попадает через канал в крышке по топливопроводу к насосу. Воздух из фильтра выпускается через отверстие с пробкой, а отстой — через
отверстие с пробкой. К крышке корпуса фильтрующий элемент прижимает пружина.
На некоторых дизелях (например, ЗИЛ—645)
фильтры тонкой очистки расположены достаточно
высоко (выше остальных частей системы питания),
что облегчает сброс излишков топлива.
Насос низкого давления топливоподкачивающий (поршневого типа) предназначен для подачи
топлива из бака в насос высокого давления. Имеет привод от эксцентрика кулачка вала насоса высокого давления. Его впускной и выпускной клапаны снабжены пружинами.
На поршень действует толкатель. Когда поршень
(рис. 26, схема насоса дизеля КамАЗ—740) насоса
движется вверх, впускной клапан закрывается и
открывается выпускной (обеспечивается давлением
заранее поступившего в насос топлива). Топливо из
полости А поступает в полость Б по перепускному
каналу.
Когда поршень движется вниз, выпускной клапан закрывается, топливо через выходное отверстие
насоса через штуцер поступает далее в топливопровод (к фильтру тонкой очистки и насосу высокого
давления). В полости А образуется разряжение, ко-
108
Глава 2
4
о ооо
5
•
Pv
о о о о
п
кТНВД
Рис. 26. Насос низкого давления
1— толкатель; 2 — поршень; 3 — пружина; 4
клапан; 5 — насос; 6 — выпускной клапан
впускной
торое открывает впускной клапан насоса и закрывает выпускной. Далее поршень опускается, в полость А поступает новое топливо и процесс повторяется.
Насос ручной подкачки топлива устанавливается на корпусе насоса низкого давления. У дизелей КамАЗов имеется два насоса ручной подкачки
(второй устанавливается на картер сцепления).
Магистраль высокого давления состоит из Топливного насоса высокого давления, муфты опережения впрыскивания, форсунок, топливопроводов.
109
Справочник автомеханика
Т о п л и в н ы й насос высокого давления предназначен для точного дозирования топлива и подачи
его к форсункам. В настоящее время широко распространены многосекционные насосы с постоянным ходом плунжера и регулировкой конца подачи топлива. Они способны создавать давление
впрыскивания, равное 17—20,5 МПа. Количество
секций насоса равно количеству цилиндров дизеля, на котором он установлен. В зависимости от
расположения секций различаются рядные и V-образные насосы, например, дизель КамАЗ—740 имеет V-образный восьмисекционный топливный насос
высокого давления, а дизель ЯМЗ—236М2 — рядный с шестью секциями. V-образные насосы устанавливаются в развале блока цилиндров, действуют от зубчатых колес газораспределения.
Принцип действия и конструкцию насоса высокого давления можно рассмотреть на примере шестисекционного рядного насоса дизеля ЯМЗ—236М2
(рис. 27).
Плунжерная пара (плунжер и гильза) являются основной частью каждой секции. Все секции насоса работают одинаково.
Работа плунжерной пары происходит следующим образом: плунжер начинает двигаться вниз,
и происходит наполнение пространства над плунжером топливом (сначала топливо поступает в гильзу через подводящий канал, затем при открытии
впускного отверстия — в пространство лад плунжером), после заполнения плунжер начинает подниматься, что сопровождается частичным перепуском топлива обратно. Подъем плунжера происходит до того, как он перекроет впускное отверстие
110
1
Рис. 27. Шестисекциониый
рядный насос дизеля ЯМЭ-236М2:
26 25
24
1 — корпус насоса; 2 — винт ограничения
мощности двигателя при обкатке; 3 — рейка;
4 — зубчатый венец поворотной втулки: 5 — перепускной
клапан; 6 — хромомолибденовый плунжер; 7 — штуцер;
8 — отверстие с пробкой для выхода воздуха; 9 — корпус
регулятора; 10 — тяга регулятора частоты вращения
коленчатого вала; 11 — шестерня кулачкового вала;
12 — кулачковый вал; 13 — плоскость, к которой крепится
эксцентрик; 14 — эксцентрик, приводящий в движение
насос низкого давления; 15 — ось роликов; 16 — поворотная
втулка; 17 — выступ плунжера; 18 — роликовые толкатели,
которые устанавливаются напротив каждого кулачка;
19 — профильный кулачки (у каждой секции свой);
20 — шарикоподшипники, на которых установлен
кулачковый вал; 21 — опорный палец ведущей полумуфты;
22 — пружины, размещенные в вырезах центробежных
грузов; 23 — ведущая полумуфта; 24 — крышка муфты;
25 — центробежные грузы; 26 — оси, закрепленные на
ведомой полумуфте.
Справочник автомеханика
гильзы. С этого момента начинается активный ход
плунжера, определяющий количество подаваемого топлива за один цикл. Давление топлива начинает возрастать и достигает величины, когда пружина уже не может удерживать нагнетательный клапан в закрытом состоянии. Клапан открывается, и
топливо под давлением поступает через топливопровод к форсункам. Дальнейший подъем плунжера
приводит к началу впрыскивания топлива в камеру сгорания (под действием еще более увеличивающегося давления игла форсунки поднимается и открывает отверстия для впрыскивания). Продолжая
подниматься выше, плунжер открывает выпускное
отверстие гильзы (его винтовая нижняя кромка
поднимается выше отверстия), активный ход плунжера заканчивается, пространство над плунжером
отъединяется от топливопровода (падение давления
приводит к закрытию нагнетательного клапана),
топливо начинает поступать в сливной канал.
Регулировка подаваемого за один цикл количества топлива производится поворотом плунжера
с помощью зубчатой рейки, что позволяет изменять
время открытия выпускного отверстия гильзы.
Д л я регулирования момента подачи топлива
к форсунке имеется специальный регулировочный
болт, заворачивая или отворачивая который можно изменять время перекрытия плунжером входного отверстия гильзы.
Муфта опережения впрыскивания предназначена для изменения времени начала подачи топлива в цилиндры в зависимости от величины частоты
вращения коленчатого вала посредством обеспечения дополнительного поворота кулачкового вала. Она
112
Глава 2
обеспечивает угол опережения равный, 6—8° относительно вала привода и 10—14 относительно угла поворота коленчатого вала. Применяются в основном
автоматические муфты с центробежными механизмами, состоящие из двух полумуфт.
Типичным примером муфты опережения впрыскивания является муфта, применяемая в дизеле
ЯМЗ {рис. 28).
5
4
3
2
Рис. 28. Муфта опережения
впрыскивания:
1 — вал привода; 2, 3, 4 — детали для соединения
ведущей полу муфты с валом привода насоса; 5 — корпус;
6 — ведущая полу муфта; 7 — грузы, расположенные между
полу муфтами; 8 — ось ведомой полу муфты; 9 — пружины,
находящиеся между осями и опорными пальцами
ведущей полумуфты; 10 — ведомая полумуфта,
жестко закрепленная на кулачковом валу насоса;
И — вращающийся кулачковый вал; 12 — опорные пальцы
ведущей полу муфты
113
Справочник автомеханика
Величина частоты вращения коленчатого вала
соответствует величине действующих на грузы
центробежных сил, возникающих при вращении
ведущей полумуфты. Изменение величины центробежных сил при изменении частоты вращения
коленчатого вала приводит к смещению грузов, в
результате которого оси ведомой полумуфты подтягиваются (или удаляются) к пальцам ведущей полумуфты, что приводит к дополнительному угловому смещению кулачкового вала относительно вала
привода.
Форсунки предназначены для впрыскивания,
распыления и распределения топлива по объему камеры сгорания. В настоящее время широко применяются форсунки закрытого типа, у которых распылительные отверстия закрываются запорными иглами. Они разделяются на бесштифтовые и штифтовые ( п р и м е н я ю т с я в основном в д и з е л я х с
разделенными камерами сгорания). Основной частью и тех и других форсунок является распылитель,
имеющий отверстие (или несколько отверстий) для
впрыскивания топлива. Диаметр отверстий обычно равен 0,35—0,45 мм. Основным отличием штифтовых и бесштифтовых форсунок является форма
конца запорной иглы: у штифтовых форсунок на
конце иглы имеется фасонный штифт, а у бесштифтовых конец иглы имеет конусообразную форму
(обычно бесштифтовые форсунки имеют несколько
сопловых отверстий).
Открытие и закрытие соловых отверстий происходит под действием давления топлива, поступающего
в кольцевую полость распылителя, которая расположена над пояском утолщенной части иглы (подъем
114
t
Глава 2
иглы происходит при достижении давления 17,5—
18,5 МПа, которое позволяет преодолеть сопротивление пружины). Подъем и г л ы составляет 0,25—
0,38 мм, ограничивается штангой. Широко распространены форсунки с гидравлическим подъемом иглы.
Регуляторы частоты вращения коленчатого
вала предназначены для автоматического поддержания заданной скорости автомобиля (регулируют
количество подаваемого топлива). В дизелях в основном используются всережимные и двухрежимные регуляторы центробежного типа.
Всережимные регуляторы предназначены для
работы двигателя во всех режимах (от минимальной частоты вращения на холостом ходу до максимальной) и ограничения максимальной частоты
вращения коленчатого вала. Устанавливаются на
многих дизелях, например, ЯМЗ, КамАЗ—740. Регуляторы частоты вращения разных дизелей могут отличаться конструктивно (компоновочной схемой, отдельными деталями), но по принципу действия они одинаковы.
Вал всережимного регулятора вращения приводится в движение от кулачкового вала топливного
насоса через зубчатую передачу (повышающую).
Центробежные силы, возникающие при вращении
вала, действуют на расположенные на нем грузы,
в результате чего грузы расходятся и при этом давят на муфту. Усилие от муфты передается через
систему рычагов рейке насоса и далее рычагу управления подачей топлива.
При увеличении частоты вращения коленчатого
вала увеличение центробежной силы, действующей
на грузы, приводит к тому, что рейка выдвигается
115
Справочник автомеханика
из корпуса насоса и подача топлива становится
меньше.
При возрастании нагрузки на дизель для установления необходимой частоты вращения надо нажать на педаль управления подачей топлива (нажатие через систему рычагов приводит к перемещению рейки, сопровождающемуся увеличением
подачи топлива).
Установившуюся частоту вращения регулятор
поддерживает автоматически. Если, например, нагрузка на дизель уменьшится, то оставшееся прежним количество поступающего топлива приводит
к увеличению частоты вращения коленчатого вала,
вследствие чего увеличиваются центробежные силы,
действующие на грузы регулятора, что приводит
к перемещению рейки регулятора в сторону уменьшения подачи топлива, подача топлива уменьшается, и скоростной режим восстанавливается.
При перегрузках двигателя скоростной режим
поддерживается до определенных пределов, после
чего скоростной режим будет поддерживаться понижением передачи.
Д л я остановки двигателя в регуляторе имеется
кулисный механизм, прекращающий подачу топлива при нажатии водителем на кнопку «Стоп».
В регуляторе предусмотрены болты для регулировки и ограничения максимальной и минимальной частоты вращения, номинальной подачи топлива, хода кулисы кулисного механизма.
Двухрежимный регулятор центробежного типа
способен обеспечивать надежную работу дизеля при
частоте вращения коленчатого вала 600—650 об./мин.
(на холостом ходу), ограничивать максимальную ча-
116
Глава 2
—
-
—
-
-
стоту вращения величинои 2800-2950 об./мин. Он
состоит из двух действующих последовательно систем рычагов и пружин (первая — для работы на
холостом ходу, вторая — для ограничения максимальной частоты). Регулятор действует на рейку
топливного насоса, на которую кроме него может
воздействовать и водитель при нажатии на педаль
подачи топлива (педаль газа). При работе дизеля
под нагрузкой регулятор отключается, частоту вращения регулирует водитель нажатием на педаль подачи топлива.
Перед пуском дизеля рычагом устанавливается
количество подаваемого топлива (оно превышает
цикловое количество в 1,5—2 раза). Движение рейки насоса происходит из-за наличия центробежных
сил, действующих на грузы регулятора (усилие передается системой рычагов и пружин). Если величина центробежных сил не позволяет преодолевать
сопротивление пружин регулятора, то происходит
ограничение частоты вращения.
В регуляторе предусмотрено ограничение максимальной подачи топлива за один цикл, регулирование подачи топлива на переходных режимах
(пружинными корректорами).
Турбонаддув предназначен для повышения литровой мощности дизеля (на 20—30%), происходит
путем подачи порции воздуха под давлением в цилиндры, осуществляется турбокомпрессорами, работающими на энергии отработавших газов. Он сопровождается увеличение напряженности и уменьшением срока службы деталей механизмов дизеля.
Различается низкий (обеспечивает давление
воздуха на впуске не выше 0,15 МПа), средний
>
117
Справочнин автомеханика
(давление на впуске не выше 0,2 МПа) и высокий
(давление на пуске выше 0,2 МПа) турбонаддув.
Турбокомпрессор состоит из газовой турбины (ее
рабочее колесо вращается под действием движущихся отработавших газов) и центробежного компрессора, которые расположены на общем роторном
валу. При вращении колеса турбины одновременно вращается и колесо компрессора, происходит засасывание и сжатие воздуха, и далее подача его в
цилиндры через впускной газопровод.
Глава 3
Электрооборудование
Система электроснабжения
и потребители электроэнергии
Система электроснабжения автомобиля состоит
из аккумулятора (аккумуляторной батареи) и генераторной установки. Электроэнергия используется
в автомобиле для следующих целей: пуск стартером,
зажигание горючей смеси, питания освещения и
сигнализации (световой и звуковой), питание контрольно-измерительных приборов, различных электронных устройств. То есть, потребителями электроэнергии в автомобиле являются: система зажигания,
система пуска, контрольно-измерительные приборы,
приборы освещения и световой сигнализации, дополнительное электрооборудование (звуковая сигнализация, стеклоочистители, коммутационные приборы, кондиционеры и т. п.).
Передается электроэнергия по сетям (провода,
коммутаторы, соединительные устройства).
119
Справочник автомеханина
К контрольно-измерительным приборам ( К И П ) ,
предназначенным для контроля за работой автомобиля и его систем, относятся указывающие приборы (датчики давления, температуры, тахометры,
спидометры, амперметры, вольтметры и т. д.) и сигнализирующие приборы (различные индикаторы,
передают информацию водителю).
Приборы освещения и световой сигнализации
разделяются на внешние (фары ближнего и дальнего света, противотуманные фары, фонари передние, задние, освещения номера машины) и внутренние (освещение кабины и салона кузова).
Источники тока
(аккумуляторы, генераторные установки,
регуляторы напряжения)
Аккумулятор — это химический источник электроэнергии, то есть устройство, в котором электрическая энергия получается непосредственным
преобразованием химической энергии активных веществ посредством электрохимических реакций. Он
является так называемым вторичным химическим
источником тока — устройством многократного использования за счет восстановления химической
энергии при протекании тока в направлении, обратном направлению разряда.
Аккумуляторная батарея предназначена для питания электроэнергией потребителей автомобиля
при неработающем двигателе (при работающем дви-
120
Глава 3
гателе она работает вместе с генераторной установкой, повышая отдаваемую им силу тока).
Аккумуляторные батареи автомобилей должны
удовлетворять следующим требованиям:
• малое внутреннее сопротивление, что обеспечивает минимальные потери в самой батарее и высокое разрядное напряжение на выводах батареи;
• достаточно большая емкость при небольших
размерах и массе;
• хорошая работа при низких температурах, что
облегчает пуск двигателя;
• простота технического обслуживания;
• высокая механическая прочность;
• большой срок службы (желательно равный или
кратный периоду ремонтных работ автомобиля);
• минимальный саморазряд:
• невысокая стоимость.
Простейший свинцово-кислотный аккумулятор
состоит из бачка (изготовлен из диэлектрика), двух
электродов, установленных в бачке, заполненном
электролитом. В качестве электролита применяется 25—30% раствор серной кислоты H 2 S0 4 (его
плотность 1,25—1,31 г/см 3 ). Активным веществом
электродов является диоксид свинца, или перекись
свинца РЬ0 2 (положительный электрод) и губчатый свинец РЬ (отрицательный электрод). Химические процессы (двойная сульфатация), протекающие в бачке, обеспечивают заряд или разряд аккумулятора.
При заряде под действием напряжения постоянного тока, приложенного к электродам извне,
электрическая энергия преобразуется в химическую энергию. Происходит это следующим образом:
121
Справочнин автомехаиина
под действием напряжения источника постоянного тока (аккумулятор включен в его цепь) во внешней цепи аккумулятора свободные электроны двигаются к отрицательному электроду аккумулятора.
При этом находящиеся в растворе электролита ионы
+
2+
2
воды и сульфата свинца (Н , ОН", Pb , S 0 4 ) преобразуются соответствующим образом: около положительного электрода происходит преобразование
двухвалентных ионов свинца в четырехвалентные,
из которых затем образуется выделяемая на электроде перекись свинца, и образование серной кислоты; около отрицательного электрода тоже образуется серная кислота, а двухвалентные ионы свинца восстанавливаются, превращаясь в губчатый свинец. То есть, при заряде плотность электролита
повышается.
Когда аккумулятор полностью зарядится, плотность электролита перестает увеличиваться, а если
процесс заряда продолжить, то происходит «закипание» электролита (выделение из электролита кислорода и водорода, образующихся при электролитическом разложении воды).
При разряде, когда электроэнергия поступает от
аккумулятора к потребителям, химическая энергия
преобразуется в электрическую, на положительном
электроде восстанавливается оксид свинца РЬО, а на
отрицательном свинец окисляется. При этом количество серной кислоты уменьшается, воды — увеличивается (так как на обоих электродах образуется сульфат свинца PbS0 4 ), плотность электролита и
ЭДС батареи уменьшаются. Происходит это следующим образом: в электролите свинец отрицательного
электрода частично растворяется и при окислении
122
Глава 3
образует положительные ионы свинца РЬ2+, а освободившиеся избыточные электроны обеспечивают
отрицательный заряд этого электрода и начинают
двигаться по внешней цепи в направлении положительного электрода. При этом положительные ионы
свинца образуют сульфат свинца PbS0 4 , который
осаждается на поверхности отрицательного электрода (т. к. слабо растворяется) и изменяет его серый
цвет на светло-серый. Диоксид свинца положительного электрода тоже растворяется в электролите, но
значительно меньше, чем губчатый свинец отрицательного электрода. При диссоциации диоксид свинца образует положительные ионы четырехвалентного свинца РЬ4+ (обеспечивают положительный потенциал этого электрода) и отрицательные гидроксида
ОН". Электроны, пришедшие на положительный
электрод по внешней цепи от отрицательного электрода, восстанавливают четырехвалентный свинец до
двухвалентного, который также образует сульфат
свинца PbS0 4 . То есть происходит преобразование
перекиси свинца РЬ0 2 (активная масса положительного электрода) в сульфат свинца, при этом цвет положительного электрода изменяется из светло-коричневого в темно-коричневый.
На образование сульфата свинца расходуется серная кислота (из 4-х молекул серной кислоты образуется 4 молекулы воды, две из которых идут на
гидротацию), что приводит к уменьшению плотности электролита при разряде.
Разряду и заряду аккумулятора соответствует следующее уравнение обратимой химической реакции:
+
+
Pb02 +2KLSQ + Р Ъ ~PbS0 4 +2Н О +PbS04
Z
Z
4
4
123
2
4
Справочнин автомеханика
Левая часть уравнения соответствует заряженному состоянию аккумулятора, правая — разряженному.
Основные характеристики аккумулятора:
1. ЭДС (электродвижущая сила, разность электродных потенциалов, измеренная при разомкнутой
внешней цепи) аккумулятора Е а , измеряется в вольтах, В, равна работе источника тока, потраченной
на перенос единичного заряда по замкнутой цепи,
зависит от плотности электролита PI свойств активной массы. ЭДС батареи Еб при последовательном соединении аккумуляторов может быть вычислена по
следующей эмпирической формуле:
Еб = пЕя = n(0,84 + g),
где п — количество аккумуляторов в батарее, g —
плотность электролита при 15°С* г/см3, а при параллельном соединении ЭДС батареи равна ЭДС одного аккумулятора Еа.
В действительности после выключения разрядного или зарядного тока в порах электродов и в межэлектродном пространстве концентрация электролита различна, то есть электродная поляризация некоторое время сохраняется и после выключения
тока. То есть для реального аккумулятора следует различать равновесную и неравновесную ЭДС, которая соответствует переходному периоду от размыкания цепи
до установившегося равновесного состояния. Именно
равновесная ЭДС вычисляется по формуле:
Еб = nE = n(0,84 + g),
она не зависит от размеров и формы электродов, количества электролита и количества активных масс.
124
Г лава 3
2. Внутреннее сопротивление (сопротивление, которое оказывается аккумулятором протекающему
внутри току) г. Полное внутреннее сопротивление
равно сумме омического сопротивления электродов,
электролита и прочих частей аккумулятора и сопротивления поляризации, появляющегося при
изменении электродных потенциалов во время прохождения тока:
г = г о + Гп .
При заряде оно равно г з = (U 3 — Е б )/ 1з, при разряде равно r p = (Е6 — U p )/I p , где Г/, Up — напряжение соответственно при заряде или разряде на
полюсных выводах, 1з, 1р — соответственно сила за"
7
рядного или разрядного токов. Внутреннее сопротивление одного аккумулятора очень мало (тысячные доли Ома). Омическое сопротивление зависит от
степени зараженности аккумулятора, от температуры; сопротивление поляризации зависит от силы
тока (зарядного или разрядного), температуры.
3. Напряжение аккумулятора (разность потенциалов положительного и отрицательного электродов при замкнутой внешней цепи) в среднем равно 2В. Этот напряжение не равно ЭДС аккумулятора (из-за наличия внутреннего сопротивления аккумулятора): либо больше ЭДС (при заряде), либо
меньше (при разряде), зависит от температуры
электролита и силы тока (зарядного или разрядного). При заряде напряжение аккумулятора сначала увеличивается скачком, потом продолжает возрастать (сначала достаточно резко, потом плавнее),
после отключения внешнего источника постоянного тока (заряд окончен) напряжение резко уменьшается до величины, неравновесной ЭДС, а затем
125
Справочник автомеханика
до величины, равновесной ЭДС, но не так резко.
При разряде напряжение аккумулятора резко падает и продолжает достаточно быстро уменьшаться. Если разряд прекращен, то напряжение возрастает до величины, неравновесной ЭДС, и затем более плавно — до величины, равновесной ЭДС.
Среднее напряжение — это среднее арифметическое напряжений, измеренных через равные промежутки времени. Обычно применяются батареи с
напряжением 6, 12 или 24 В;
4. Емкость С (разрядная емкость) аккумуляторной батареи (количество электричества, которая способна отдать полностью заряженная батарея при непрерывном разряде), измеряется в ампер часах
( А * ч ) , равна Ср = I p t p , где I — сила тока разрядного, t — время разряда. Емкость батареи при последовательном соединении аккумуляторов равна емкости одного аккумулятора, при параллельном —
сумме емкостей составляющих ее аккумуляторов.
При времени разряда 20 часов можно определить
номинальную емкость батареи — емкость, на которую рассчитан аккумулятор и которая указывается изготовителем. Аналогично разрядной определяется зарядная емкость С3 = I 3 t 3 , где I 3 — сила тока
зарядного, t 3 — время заряда. Разрядная емкость
зависит от следующих факторов:
• пористость активной массы (чем больше пористость, тем больше емкость);
• толщина электродов (чем меньше толщина, тем
больше емкость);
• пористость и конструкция сепараторов (чем
больше пористость, тем больше емкость);
• плотность электролита;
126
Глава 3
• сила разрядного тока (чем больше разрядный
ток, тем меньше емкость);
• температура электролита (чем ниже температура, тем меньше емкость);
• степень заряженности (чем больше степень зараженности, тем больше емкость).
5. Энергия аккумулятора W равна произведению
зарядной (разрядной) емкости на среднее зарядное
(разрядное) напряжение, измеряется в ватт-часах;
6. Мощность аккумулятора — количество энергии, отдаваемой аккумулятором в единицу времени, равна произведению величины разрядного тока
на среднее разрядной напряжение;
7. Сила тока холодной прокрутки (определяет
максимальную пусковую способность аккумулятора) — числено равна разрядному току, при котором разрядное напряжение менее 7,2 В (для батареи напряжением 12 В) при определенной температуре (минус 18°С или 29°С) на тридцатой секунде разряда.
8. Саморазряд — снижение емкости аккумуляторной батареи при разомкнутой внешней цепи
вследствие окислительно-восстановительных процессов, протекающих на электродах произвольно (особенно на отрицательном электроде), или при образовании проводящей пленки между электродами
снаружи из-за загрязнения. Саморазряд зависит от
температуры электролита (чем ниже температура,
тем меньше саморазряд), к концу срока службы батареи он увеличивается.
В состав аккумуляторной батареи может входить
3, 6 или 12 аккумуляторов, находящихся в отсеках
моноблока батареи и соединенных последовательно
127
Справочник автомеханика
перемычками. Крышки аккумуляторов имеют заливные отверстия с пробками. Основной частью аккумулятора являются положительные и отрицательные пластины, разделенные сепараторами (изоляторами) и установленные на призмы, расположенные
на дне моноблока. Токоведущие баретки аккумулятора, соединяющие пластины в группы — полублоки, имеют выходные штыри. Пластины устанавливаются в такой последовательности: отрицательная, положительная, отрицательная, положительная, ..., отрицательная (т. е. отрицательных больше
на одну пластину). Моноблок изготавливается из эбонита, термопласта или асфальтопековой пластмассы, в него запрессовываются кислотоупорные вставки. Между призмами моноблока имеется шламовая
камера, предназначенная для сбора оседающего шлама (выпадающих частиц активного вещества).
Конструктивно пластины аккумулятора представляют собой решетку из свинцово-сурьмянистого сплава с нанесенной на нее активной массой: для
положительных пластин свинцовый сурик РЬ304 и
оксид свинца РЬО (свинцовый глет), для отрицательных — свинцовый порошок, свинцовый глет,
серная кислота в растворе, расширители. На заводе-изготовителе пластины, помещенные в емкость
с электролитом, заряжаются (проходят формовку),
при этом активные вещества переходят в перекись
свинца (на положительной пластине) и в губчатый
свинец (на отрицательной). Пластины становятся
пористыми. Выпускаются с заводов батареи с сухими заряженными пластинами. Перед установкой
на автомобиль батарея с сухозаряженными пластинами заливается электролитом.
128
Глава 3
Сепараторы предназначены для изоляции пластин друг от друга, то есть они предотвращают замыкание, но при этом не препятствуют переносу электролита от одного электрода (пластины) к другому.
Сепараторы представляют собой тонкие (1—2 мм)
листы пористого кислостойкого материала: мипора
(микропористая резина) или мипласта, поровинила,
полиэтилена (микропористой пластмассы). По размеру больше пластин, с одной стороны они гладкие, с другой — ребристые. Устанавливаются ребристой стороной к положительной пластине, что облегчает доступ электролита к ней. Со стороны отрицательной пластины на сепараторе также имеются
ребра, но они небольшие по высоте (0,15—0,2 мм),
предназначены д л я облегчения диффузии и конвекции электролита около отрицательного электрода и для предотвращения «прорастания» сепаратора в процессе эксплуатации.
Электролит изготавливается из чистой серной
3
кислоты плотности 1,83 г/см и дисциллированной
воды, начальная плотность раствора 1,4—1,45 г/см3,
затем плотность раствора меняется в зависимости
3
от условий применения и составляет 1,23—1,3 г/см .
При индивидуальном изготовлении электролита
надо выполнять следующие правила:
• посуда должна быть кислотостойкой, например, керамической;
• кислота в посуду заливается только после того,
как туда будет налита вода;
• уровень электролита в батарее должен быть
выше верхнего края сепаратора на 10—15 мм.
Плотность электролита измеряется денсиметром.
5. Зак. 4 7
129
Справочнин автомеханика
Аккумуляторная батарея может быть заряжена
от любого источника постоянного тока, имеющего
напряжение выше напряжения батареи. Заряд аккумуляторной батареи может производиться при постоянном токе или при постоянном напряжении.
Заряд батареи при постоянном токе имеет несколько разновидностей:
• модифицированный заряд (приближается к заряду при постоянном напряжении), позволяет уменьшить силу тока в начале заряда и снизить влияние
колебаний напряжения,
• уравнительный заряд (сила тока численно равна 10% номинальной емкости или меньше), обеспечивает полное восстановление всех активных масс
батареи, не допускает вероятную сульфатацию электродов,
• форсированный заряд (сила тока численно равна 70% номинальной емкости, промежуток времени небольшой), для одной и той же батареи применять более одного раза не рекомендуется, т. к. срок
службы снижается значительно,
• постоянный подзарад (ток приблизительно равен току саморазряда), позволяет достаточно долго
поддерживать батарею в состоянии полного заряда, но ускоряет процесс коррозии положительных
электродов.
Маркируются аккумуляторные батареи следующим образом в указанном порядке:
• цифра, соответствующая количеству аккумуляторов в батарее,
• буквы, обозначающие тип батареи (например,
СТ — стартерный тип);
130
Глава 3
• после тире указывается номинальная емкость
батареи;
• материал моноблока ( Т — термопласт, Э —эбонит);
• материал сепаратора ( М — монопласт, С —
стекловолокно, Р — мипор);
• наличие буквы Н в конце записи говорит о том,
что батарея не сухозаряженная;
• тропическое исполнение обозначается добавлением буквы Т.
Генераторные установки переменного тока установлены на многих автомобилях. Они являются
основным источником электроэнергии, предназначены для питания всех потребителей PI для подзарядки аккумуляторной батареи, обеспечивают номинальное напряжение в пределах от 13,2 до 15,5 В.
Наиболее часто применяются синхронные трехфазные генераторы с электромагнитным возбуждением, вырабатывающие ток, частота которого пропорциональна частоте вращения коленчатого вала двигателя.
На разных автомобилях устанавливаются разные
генераторы, например на ВАЗ—2121 устанавливается генератор Г221, на ВАЗ-2104, - 2 1 0 5 — генератор Г222, на ГАЗ—3307 — генератор Г250. Но они
имеют много унифицированных деталей, одинаковый принцип действия. На рис. 29 приведена электрическая схема генератора переменного тока.
Основными частями генератора (трехфазный
12-полюсный с выпрямителями на кремниевых диодах генератор Г250) являются стартер, ротор, две
алюминиевые крышки, вентилятор, приводной
шкив, выпрямительный блок диодов.
5*
131
Справочнин автомеханика
Выпря митепьный
блок
Обмотка статора
Обмотка
возбуждения
Регулятор напряжения
Рис. 29. Электрическая
генератора переменного
схема
тока
Стартер имеет сердечник, набранный из тонких
изолированных друг от друга лаком листов электротехнической стали. В его неподвижной обмотке
индуцируется ЭДС. Обмотка статора распределена
на три фазы, имеющие по шесть последовательно
соединенных катушек. Катушки установлены на
зубцах внутренней поверхности статора. Фазные обмотки соединены «звездой».
Ротор с обмоткой возбуждения (намотана на установленной на валу ротора втулке, питается постоянным током от аккумулятора или выпрямител я ) генератора создает при вращении подвижной
электромагнитное поле. Он состоит из двух стальных наконечников, напрессованных на его вал с
двух сторон и имеющих по шесть зубцов. Один из
наконечников имеет северный магнитный полюс,
другой — южный, и в совокупности они образуют
132
Глава 3
12-полюсную электромагнитную систему. Вал ротора вращается в двух запрессованных в крышках
шарикоподшипниках. К концам обмотки возбуждения припаяны контактные кольца.
Генератор имеет три вывода: положительный
( + ) , корпус (—), шунт (III). Вывод корпус (—) и
шунт ( Ш ) соединены с графитовыми щетками (каждый вывод со своей щеткой), расположенными в
пластмассовом щеткодержателе. Щеткодержатель
устанавливается на передней крышке генератора,
щетки прижимаются к контактным кольцам пружинами.
Приводной шкив, посаженный на валу генератора, для разных типов генераторов имеет разные
геометрические размеры.
Выпрямительный блок предназначен для преобразования переменного тока, вырабатываемого в катушках статора, в постоянный ток. Он состоит из 6 кремниевых диодов, расположенных по два в трех секциях корпуса, расположенного на передней крышке
генератора. Поверхность секций снабжена ребрами
для охлаждения диодов.
Генератор работает по следующему принципу:
при включении зажигания ток от аккумуляторной
батареи, проходя по обмоткам возбуждения, вызывает намагничивание наконечников ротора. Ротор
вращается, и при этом в катушках обмотки статора индуцируется переменный ток, который диодами выпрямительного блока преобразуется в постоянный.
Регуляторы напряжения предназначены для поддержания постоянного напряжения, создаваемого генератором, за счет изменения силы тока в обмотке
133
;
Справочник автомеханина
возбуждения при изменении частоты вращения коленчатого вала и защиты генератора от перегрузок.
Существуют различные регуляторы: вибрационные реле-регуляторы, полупроводниковые контактно-транзисторные и бесконтактно-транзисторные
регуляторы.
Вибрационные реле-регуляторы работают с генераторами постоянного тока, к их недостаткам следует отнести излишнее искрообразование между
контактами при размыкании, что уменьшает мощность генератора.
Бесконтактные транзисторные регуляторы (электрическая схема приведена на рис. 30) своей эмиттерно-коллекторной цепью соединены с обмоткой
возбуждения генератора. При уменьшении напряжения на клеммах генератора ток возбуждения пропускается выходным транзистором. При возрастании
напряжения происходит запирание транзистора, сила
В1 в
вз
N
Рис. 30. Электрическая схема
бесконтактного транзисторного регулятора
134
4-
Глава 3
тока в обмотке возбуждения меняется. Отпираниезапирание транзистора происходит с большой частотой, что и обеспечивает постоянство создаваемого
генератором напряжения.
На многих автомобилях, например на ЗИЛ, легковых ГАЗ, генераторы взаимодействуют с более
сложными электронными генераторами, состоящими из измерительного блока, управляющего транзистора, предусилителя, выходного каскада, схемы
защиты и др.
Система зажигания
Система зажигания состоит из приборов и устройств автомобиля, обеспечивающих воспламенение
рабочей смеси в цилиндрах двигателя в соответствии с порядком работы цилиндров. В настоящее
время существует несколько типов систем зажигания: простейшая (классическая) контактная КСЗ
с катушкой зажигания или накоплением энергии
в индуктивности, контактно-транзисторная КТЗС
с накоплением энергии в индуктивности, бесконтактно-транзисторная БТЗС или БЗС с индукционным датчиком импульсов и накоплением энергии
в индуктивности, конденсаторная с накоплением
энергии в конденсаторе.
Классическая система зажигания применяется
достаточно широко в наше время в совокупности
с различными электронными блоками, улучшающими ее характеристики.
135
Справочник автомеханина
Источником тока для многих систем зажигания
являются аккумуляторные батареи или генераторы
автомобиля. Система зажигания преобразует низкое
напряжение поступающего на нее тока в высокое
(12—25 кВ) и в нужное время подводит его к свечам зажигания, обеспечивает изменение угла опережения зажигания.
Рис. 31. Классическая контактная система
зажигания:
свечи зажигания; 2 — прерыватель-распределитель;
1
3
кулачок с выступом; 4 — упор; 5 — реле включения
стартера, аккумуляторная батарея; 6 — генератор;
7
снижения помех, замка зажигания
зажигания
( выключателя )
Катушка зажигания (рис. 31) выполняет функцию генератора импульсов высокого напряжения,
представляет собой трансформатор с железным сер-
136
Глава 3
дечником и двумя обмотками (первичной и вторичной). Первичная обмотка соединена с аккумулятором (цепь низкого напряжения) и намотана сверху
на вторичную, представляющую собой много витков тонкого провода. При прохождении тока по первичной обмотке создается магнитное поле. В первичной обмотке возникает ток самоиндукции, во вторичной индуцируется ток высокого напряжения, величина которого зависит от величины магнитного
поля, от силы и скорости уменьшения тока в первичной обмотке.
Цепь низкого напряжения состоит из следующих последовательно расположенных элементов: положительный вывод аккумуляторной батареи, амперметр, выключатель (замок) зажигания, резистор, первичная обмотка, прерыватель, рычаг, корпус, отрицательный вывод аккумулятора.
Цепь высокого напряжения состоит из следующих последовательно расположенных элементов:
вторичная обмотка катушки зажигания, резистор,
электрод ротора, электрод крышки распределителя, резистор, свеча зажигания, корпус аккумуляторной батареи, амперметр, замок зажигания, резистор, первичная обмотка, вторичная обмотка.
При размыкании контактов, подключающих первичную обмотку катушки зажигания к источнику
тока, цепь низкого напряжения размыкается, происходит размагничивание сердечника катушки, магнитный поток резко уменьшается, во вторичной обмотке индуцируется ЭДС, импульсы высокого напряжения поступают на электроды свечи зажигания и образуется искра, воспламеняющая горючую
смесь. Напряжение пробоя (импульсы высокого
137
Слравочнин автомеханика
напряжения) составляет обычно 8—12 кВ, но для повышения надежности воспламенения горючей смеси систему зажигания делают так, чтобы вторичное
высокое напряжение было бы выше (167—225 кВ). Напряжение пробоя должно быть тем больше, чем больше расстояние между электродами свечи зажигания
и выше давление в камере сгорания.
В первичной обмотке при размыкании контактов образуется ЭДС самоиндукции (200—300 В), которая препятствует размагничиванию сердечника
и вызывает искрение между контактами прерывателя.
Прерыватель предназначен для изменения магнитного потока в сердечнике катушки путем размыкания контактов, соединяющих катушку зажигания (ее первичную обмотку) с источником тока.
Для повышения напряжения вторичной обмотки катушки и уменьшения искрения и обгорания контактов прерывателя параллельно контактам включается конденсатор (его зарядка происходит при
размыкании контактов прерывателя, но когда еще
возможна искра). Емкость конденсатора 0,17—
0,35 мкФ, для каждой системы зажигания подбирается индивидуально.
Сила тока, протекающего через прерыватель, обмотки и контакты системы, может достигать величины 11,6 А . Большой ток и искрение между контактами и являются основным недостатком классической системы зажигания.
Контактно-транзисторная система зажигания
КТЗС (рис. 32) начала применяться на автомобилях в 60-е годы прошлого века, когда появились двигатели с большим числом цилиндров, обеспечиваю-
138
Глава 3
+ 4
cczr^pfc
+
3
±
2
Рис. 32. Схема
контактно-транзисторной
системы
зажигания:
1 — свечи зажигания; 2 — распределитель;
3 — коммутатор; 4 — катушка зажигания
щие большую степень сжатия и способные работать
с более бедными рабочими смесями. Классическая
система зажигания с такими двигателями не могла
работать достаточно устойчиво.
Отличие и преимущество контактно-транзисторной системы от классической состоит в том, что контакты ее прерывателя не относятся к первичной
цепи катушки зажигания, через них проходят только управляющие импульсы силой 0,5 А , и зачистки они требуют гораздо реже (1 раз на 100 тыс. км
пробега против 1 раза на 30—40 тыс. км пробега с
классической системой зажигания), конденсатор
для гашения искрения не нужен. КТЗС позволяет
повысить напряжение вторичной обмотки на 25%,
благодаря чему повышается энергия искры и можно увеличить зазоры между электродами свечи до
139
Справочник автомеханика
1—1,2 мм, в ее составе имеется транзисторный коммутатор, который преобразует управляющие импульсы от прерывателя в импульсы первичной обмотки
катушки зажигания.
Коммутатор имеет четыре выхода: два из них
соединены с первичной обмоткой катушки зажигания, один — с подвижным контактом прерывателя и один
(
Он работает следующим образом: при включенном
зажигании контакты прерывателя разомкнуты,
транзистор закрыт, тока в системе зажигания нет.
При замыкании контактов прерывателя транзистор
открывается под действием проходящего через его
цепь управления тока (через базу и коллектор), величина которого зависит от частоты вращения кулачка прерывателя. Сопротивление перехода транзистора эмиттер-коллектор снижается до нескольких долей ома, включается цепь первичной обмотки катушки зажигания (цепь рабочего тока низкого
напряжения). Величина силы тока, проходящего
через первичную обмотку, зависит от длительности замкнутого состояния контактов, которая зависит от частоты вращения коленчатого вала (с увеличением частоты вращения коленчатого вала ток
в цепи низкого напряжения уменьшается от 7 А
до 3 А ) , напряжения аккумуляторной батареи, сопротивления и индуктивности первичной обмотки.
При последующем размыкании контактов прерывателя цепь управления транзистором прерывается, транзистор запирается, цепь низкого напряжения разрывается, исчезновение магнитного
поля приводит к возникновению ЭДС во вторичной
обмотке и ЭДС самоиндукции в первичной.
140
Глава 3
Параллельно первичной обмотке для защиты
транзистора от пробоя устанавливается стабилитрон. Д л я нормальной работы коммутатора температура не должна превышать 60°С.
Кроме рассмотренной КТЗС с накоплением энергии в индуктивности (в магнитном поле катушки
зажигания), существуют КТЗС с накоплением энергии в емкости (тиристорные системы зажигания).
В них емкость (конденсатор) подключается тиристором к первичной обмотке катушки зажигания
при размыкании контактов прерывателя. Системы
с накоплением энергии в емкости требуют некоторых дополнительных приборов, например повышающего трансформатора.
Бесконтактная транзисторная система зажигания БТЗС {рис. 33) впервые появилась в 1984 г.
на ВАЗ—2108, она отличается от классической и
КТЗС тем, что управление подачей искрового заряда происходит бесконтактно, электрическим импульсом, создаваемым специальным датчиком (прерывающий цепь низкого напряжения транзисторный коммутатор срабатывает от сигнала датчика).
БТЗС обеспечивают более высокое напряжение пробоя (не менее 30 кВ).
Датчики, используемые в бесконтактных транзисторных системах зажигания разделяются на параметрические (выдают сигналы в соответствии с
измеряемыми параметрами управляющей цепи) и генераторные (представляют собой источник питания
управляющей цепи). Наиболее часто на современных легковых автомобилях можно встретить магнитоэлектрические датчики: индукционные (на автомобилях ГАЗ, У А З ) и датчики Холла (на многих
141
Справочник автомеханика
автомобилях ВАЗ, их работа основана на использовании гальваномагнитного эффекта Холла).
Магнитоэлектрический индукционный датчик —
это однофазный генератор переменного тока, ротор
которого на постоянных магнитах (число пар его
полюсов равно числу цилиндров двигателя), статор имеет кольцевую обмотку. Так как ротор и статор конструктивно объединены с распределителем,
то датчик называется датчиком-распределителем.
+
4
4
1
3
1
1
I
2
1
1
Рис. 33. Схема бесконтактной
транзисторной
системы
зажигания:
свечи зажигания: 2 — датчик-распределитель;
1
3
коммутатор (имеют достаточно сложную
электрическую схему); 4 — катушка зажигания
Датчик Х о л л а (импульсный генератор Х о л л а )
представляет собой щелевую конструкцию с полупроводником и постоянным магнитом, расположенными по разные стороны щели. По полупроводнику при
включенном зажигании течет ток. В щель датчика
входит вращающийся стальной цилиндрическии эк-
142
Глава 3
ран с четырьмя прорезями. Управляющие импульсы в коммутатор датчик выдает, когда прорези оказываются в щели и магнитный поток действует на
полупроводник. В коммутаторе управляющие сигналы преобразуются в импульсы тока в первичной обмотке.
Преимущества БТЗС (объясняются в основном
отсутствием контактов прерывателя):
• равномерное распределение искры по цилиндрам, обусловленное отсутствием размыкания контактов, биения и вибрации ротора распределителя;
отсутствие обгорания и загрязнения контактов прерывателя;
• повышенная энергия пробоя;
• уверенный пуск холодного двигателя.
Микропроцессорные системы управления двигателем М С У Д , которые начали устанавливать на отечественные автомобили с середины 80-х годов прошлого столетия, обеспечивают управление зажиганием и электромагнитным клапаном карбюратора без
каких-либо регулировок. Применяются такие системы в совокупности с системой внутреннего диагностирования. Управление МСУД осуществляется по
оптимальным характеристикам в зависимости от частоты вращения коленчатого вала и положения дроссельной заслонки карбюратора (управление зажиганием и клапаном карбюратора), от давления во впускном канале и температуры охлаждающей жидкости (управление зажиганием).
В состав МСУД входят коммутатор; микро-ЭВМ
(контроллер), работающая по сигналам датчиков
частоты вращения коленчатого вала, давления,
температуры охлаждающей жидкости, положения
л
143
Справочник автомеханина
дроссельной заслонки; датчик угловых импульсов;
датчики синхронизации. Микро-ЭВМ определяет
нужное в каждый момент состояние карбюраторного клапана, интерполирует у г л ы опережения зажигания, вырабатывает управляющие сигналы
для коммутатора.
Существуют системы, в которых микро-ЭВМ объединена с коммутатором (выполняет и его функции).
Существуют и более сложные цифровые системы
управления двигателем, например, система «Мотроник», которая обеспечивает выполнение многих
функций, среди которых управление зажиганием,
управление впрыском топлива, регулировка момента зажигания, управление пуском холодного двигателя, регулировка холостого хода и частоты вращения коленчатого вала, распределение тока высокой частоты, самодиагностика. Главной частью
системы является контроллер, в который входит
микро-ЭВМ с процессором (устройством управления). Система работает по сигналам датчиков числа оборотов двигателя, угловых импульсов, температуры охлаждающей жидкости, температуры и
расхода поступающего воздуха, положения дроссельной заслонки, детонации и др.
Основные элементы системы зажигания
К основным элементам системы зажигания можно отнести катушку зажигания, распределитель зажигания, датчик-распределитель, свечи зажигания,
высоковольтные провода.
144
Г лава 3
Катушка зажигания {рис. 34) предназначена
для преобразования тока низкого напряжения в ток
высокого напряжения, способного вызвать искровой заряд в свече зажигания. Существуют разные
типы катушек зажигания, например, для « Ж и г у л е й » типовой катушкой является катушка Б117
Б 1 1 5 - А . Катушки Б114-Б
А , для «Москвича»
и Б116 используются с контактно-транзисторными
19
1
3 А
2
13
5 6 78
9
12
Рис. 34. Устройство произвольной катушки
зажигания:
1
стальной кожух
контактная пластина; 2
цельнонатянутый; 3 — магнитопровод
трубка
из трансформаторной стали; 4 — сердечник; 5
из электротехнического картона; 6 — вторичная обмотка;
изолирующий слой из лакоткани и кабельной бумаги;
7
первичная обмотка; 9 — изолятор; 10 — керамический
8
изолятор; 11 — резистор; 12 — резиновое кольцо;
крышка карболитовая; 14 — изоляционная трубка
13
из диэлектрика; 15 — пружина; 16 — латунная вставка;
17, 19 — клеммы низкого напряжения; 18 — клемма
высокого напряжения
145
Справочник автомеханика
и бесконтактно-транзисторными системами зажигания, они имеют две боковые клеммы низкого напряжения (одна из них обозначена буквой К). Катушки
Б115 и Б117 (используются для классических систем
зажигания) имеют по три боковых клеммы низкого
напряжения. Однако устройство катушек зажигания
различных типов аналогично. Основными характеристиками и первичной, и вторичной обмоток катушки являются число витков, диаметр проволоки и сопротивление обмотки при 2 ОС.
Контактная пластина служит для соединения
сердечника с клеммой высокого напряжения. Магнитопровод из трансформаторной стали вместе с
сердечником образует магнитную цепь и состоит
из двух полуцилиндров. На сердечник намотаны
обмотки, он состоит из изолированных друг от друга стальных пластин толщиной 0,5 мм, заключен
в трубку из электротехнического картона. Вторичная обмотка, намотанная на трубку, имеет 18000—
41000 витков медного провода диаметром 0,06—
0,1 мм. Изолирующий слой из лакоткани и кабельной бумаги расположен между последним рядом
вторичной обмотки и первичной обмоткой. Первичная обмотка имеет 200—350 витков проволоки диаметром 0,72—1,35 мм. Керамический изолятор, в
котором установлен резистор (резистор облегчает
пуск стартером), повышает общую работоспособность катушки. На карболитовой крышке расположены клеммы высокого и низкого напряжения;
к клеммам низкого напряжения подведены концы
первичной обмотки. Таких клемм может быть три,
две, между ними устанавливается резистор, обозначаются ВК и ВКБ. К клемме высокого напряже-
146
Глава 3
ния одним концом подсоединена вторичная обмотка (другой конец вторичной обмотки подсоединен
к первичной обмотке).
Для охлаждения и улучшения изоляции во внутреннюю полость катушки заливается масло.
На тех катушках, где имеются четыре клеммы
(три низкого напряжения и одна высокого), а двигатель запускается легко, клемму ВК можно не использовать. При затрудненном пуске клеммы ВК
и ВКБ соединяются, а сразу же после пуска их
надо разъединить.
При работе катушки зажигания нагреваются до
80°С, что приводит к снижению напряжения во вторичной обмотке. Д л я уменьшения нагрева, например, на « Ж и г у л я х » имеется специальное окно, через которое катушка обдувается при движении воздухом.
Распределитель зажигания (объединенные прерыватель и распределитель) предназначен для периодического прерывания цепи низкого напряжения и подвода тока высокого напряжения к свечам. Он состоит из следующих основных частей:
прерыватель (или датчик Х о л л а ) , механизм опережения зажигания (центробежный и вакуумный
регулятор, октан-корректор) и распределитель (состоит из ротора и электродов). Прерыватели классической системы зажигания имеют искрогасящий
конденсатор. Типичным примером распределител я , работающего с контактно-транзисторной системой зажигания, является распределитель зажигания 46.3706, часто применяемый на карбюраторных двигателях З И Л с КТСЗ, который имеет следующую конструкцию.
147
Справочник автомеханика
Прерыватель находится в средней части корпуса и состоит из следующих частей: подвижный
диск, поворачивающийся вокруг оси кулачка установлен на шарикоподшипнике на неподвижной
пластине. Подвижный диск имеет штырь, на котором расположены подвижный (на рычажке) и
неподвижный (на стойке пластины, соединяется с
первичной обмоткой катушки зажигания через
клемму) контакты. Пружина старается удержать
эти контакты в замкнутом состоянии. Кулачок,
число граней которого равно числу цилиндров двигателя, размыкает контакты при вращении валика привода (валик вращается с частотой, равной
частоте вращения распределительного вала).
Центробежный (инерционный) и вакуумный регуляторы и октан-корректор расположены в корпусе распределителя зажигания.
Распределитель имеет ротор (бегунок), надетый
на торец приводного валика (т. е. они вращаются
одновременно), карболитовую крышку, установленную на корпусе прерывателя зажигания, электроды (соединен через уголек с вторичной обмоткой
катушки зажигания) и (соединяется со свечей зажигания).
Датчики-распределители, применяемые с бесконтактно-транзисторной системой зажигания
БТСЗ, предназначены для управления транзисторным коммутатором, для регулирования момента зажигания, для распределения по свечам импульсов
тока. Они устанавливаются на многих двигателях
ЗМЗ, например, на двигателе ЗМЗ—4061, —4063 установлен датчик 19.3706, на двигателе ЗМЗ—511 —
датчик 24.3706.
148
Глава 3
Основными частями датчика-распределителя являются центробежный и вакуумный регуляторы, октан-корректор (для регулирования момента зажигания вручную), магнитоэлектрический датчик, имеющий ротор (многополюсный кольцевой магнит) и
статор. На крышке датчика-распределителя по ее
окружности расположены электроды, соединяющие
свечи зажигания с проводами высокого напряжения. На статор и ротор датчика наносятся метки для
установки начального угла опережения зажигания,
которые должны совпадать при появлении искры в
первом цилиндре.
Свеча зажигания предназначена для создания
искры в камере сгорания двигателя. Свеча зажигания неразборная, с метрической резьбой, имеет
следующую конструкцию (рис. 35).
1
2
3
4
5
6
7
8
Рис. 35. Свеча зажигания:
гайка, присоединяющая подходящий к свече провод;
1
2
изолятор; 3 — термогерме тик, нанесенный на
центральный электрод; 4 — корпус; 5 — прокладка
герметичности; 6 — прокладка уплотнения;
центральный электрод; 8 — боковой электрод;
7
9
тепловой конус изолятора (чем больше длина конуса,
тем меньше калильное число свечи)
149
Справочник автомеханика
Основная характеристика свеч зажигания — калильное число. ГОСТом определен следующий ряд
калильных чисел: 8, 11, 14, 17, 20, 23, 26. С увеличением калильного числа уменьшается склонность
свечи к калильному зажиганию, которое возникает
при температуре 875—925С и сопровождается детонацией топлива, что снижает мощность двигателя.
По величине калильного числа различаются горячие и холодные свечи зажигания.
В настоящее время существует много типов свеч
зажигания. Они маркируются следующим образом:
• первая буква обозначает размеры резьбы: А соответствует резьбе М14х25, М — резьбе М18х1,5;
• далее указывается калильное число;
• затем длина резьбовой части: буква Н соответствует 11 мм, Д — 19 мм;
• буква В в конце означает, что тепловой конус
изолятора выступает за торец корпуса, буква Т означает, что соединение изолятор — центральный
электрод герметизировано термоцементом.
По состоянию вывернутой свечи зажигания можно судить о состоянии двигателя: если вывернутая
свеча сухая, ее ободок темный и имеет тонкий слой
копоти (нагара), цвет электродов и изолятора от
светло-коричневого до светло-желтого (или даже белесого), то состояние двигателя нормальное. Если
иначе, то следует обратить внимание на двигатель.
Высоковольтные провода (наиболее широко распространенные) устроены следующим образом: сердечник — шнур из льняной пряжи, заключенный в пластмассовую (с добавлением феррита) оболочку, на которую навит никелевожелезный провод диаметром
0,11 мм (по 30 витков на 1 см длины); все это вмес-
150
Глава 3
те заключено в изолирующую поливинилхлоридовую
оболочку. Высоковольтные провода окрашены в разные цвета в зависимости от величины распределенного сопротивления (чем больше сопротивление, тем
меньше время горения искры). Красный цвет соответствует сопротивлению 2 кОм на 1 м длины и пробивному напряжению 18 кВ, синий цвет — сопротивлению 2,55 кОм и пробивному напряжению до 30 кВ.
Электрическая система пуска
Система электрического пуска предназначена для
вращения коленчатого вала с частотой (пусковая частота) 40—100 об/мин (для карбюраторов) или 150—
250 об/мин (для дизелей) при пуске двигателя, что
обеспечивает оптимальные условия работы двигател я (смесеобразование, воспламенение, горение горючей смеси) и начало дальнейшей надежной работы
двигателя.
Стартер является основной частью системы пуска. Он представляет собой электродвигатель постоянного тока, который питается от аккумуляторной
батареи. Именно стартер и обеспечивает крутящий
момент необходимой величины д л я обеспечения
пусковой частоты вращения коленчатого вала.
Включение стартера происходит с помощью тягового реле. В момент пуска происходит соединение
стартера с маховиком двигателя, а после пуска — их
разъединение. Для повышения величины крутящего момента обмотки стартера (обмотка якоря и обмотка возбуждения) соединяются последовательно,
151
Справочник автомеханика
что приводит к увеличению создаваемого магнитного поля; применяется понижающая зубчатая передача соединения коленчатый вал — вал стартера.
Принцип работы стартера следующий: при срабатывании выключателя (управление из кабины водителя) ток поступает к обмотке тягового реле, в
результате происходит втягивание внутрь обмотки
сердечника электромагнита. Это перемещение через
рычаг приводит к соединению стартера с маховиком (шестерня привода стартера входит в зубчатое
зацепление с венцом маховика). При полном зацеплении обеспечивается поступление тока от аккумуляторной батареи к обмоткам стартера, якорь начинает вращаться, и крутящий момент передается к
коленчатому валу. После того как двигатель запущен, выключатель разрывает цепь, ток к обмотке
тягового реле перестает поступать, пружина возвращает механизм в исходное состояние (разъединяет
зубчатое соединение шестерни привода с венцом маховика).
В настоящее время широко применяются стартеры с дистанционным управлением, принудительным включением, питающиеся напряжением 12 В.
К таким стартерам относится стартер СТ230-А1,
который устанавливается, например, на двигателях ГАЗ—3302, —3307. Его номинальная мощность
1,5 кВт, развивает максимальный крутящий момент величиной 22,5 Н * м . Другие стартеры аналогичны ему по устройству.
Стартер СТ230-А1 состоит из электродвигателя
постоянного тока, тягового реле, механизма привода.
Электродвигатель постоянного тока состоит из
основных частей, показанных на рис. 36: 1 — шайба
л
152
Глава 3
16 17 18 19 20 21 22 23
Рис. 36. Электродвигатель
постоянного
тока
для регулирования перемещения вала якоря в осевом направлении; 2 — упорное кольцо для удержания регулировочной шайбы; 3 — шестерня; 4 — роликовая муфта; 5 — буферная пружина; 6 — поводковая муфта; 7 — обмотка якоря, уложенная в пазы
сердечника якоря; 8 — якорь, состоящий из вала
(вращается в трех скользящих подшипниках, запрессованных в крышки 13 и 30 и промежуточную
опору), сердечника (из покрытых лаком отожженных стальных пластин), обмотки и коллектора; 9
корпус, к которому винтами крепятся четыре полюсных сердечника, и сердечник и корпус изготавливаются из мягкой низкоуглеродистой стали; 10 —
катушки обмотки возбуждения, установленные на
сердечниках, обмотка возбуждения состоит из двух
параллельных ветвей (каждая ветвь содержит две
последовательно соединенные катушки из медного провода прямоугольного сечения) и включена
последовательно обмотке якоря: два конца ветвей
153
Справочник автомеханика
обмотки присоединены к двум изолированным щеткодержателям, а два других соединенных конца подсоединены к клемме контактного болта 16; 12 — кожух, закрывающий полость корпуса со стороны щеткодержателя, с прокладкой И из резины; 13 — крышка с окнами для доступа к щеткам, со стороны
коллектора стальная; 14 — коллектор якоря, к изолированным медным пластинам которого припаяны концы обмотки якоря; 15 — медно-графитовые
щетки, закреплены в четырех щеткодержателях и
прижаты к коллектору пружинами; два щеткодержателя изолированные (к ним присоединены два
конца ветвей обмотки возбуждения), а два других
щеткодержателя соединены с «массой» (корпусом);
27 — крышка механизма привода стартера; 29 —
промежуточная опора, предохраняющая якорь от
прогиба; 30 — чугунная крышка с фланцем для
крепления стартера к картеру маховика.
Тяговое р е л е состоит из следующих основных
частей {рис. 36): 17 — контактный болт; 18 — пружина штока, удерживает контактный диск в исходном положении при разомкнутых контактах; 19 —
пластмассовая крышка; 20 — контактный диск штока, установлен между двумя пружинами, обеспечивает замыкание цепи рабочего хода стартера, сопровождающееся закорачиванием втягивающей обмотки
реле (в это время магнитное поле удерживающей обмотки удерживает якорь во втянутом состоянии,
якорь начинает вращательное движение, двигатель
запускается); 21 — втягивающая и удерживающая
обмотки, наматываются сверху на латунную трубку
сначала втягивающая, а затем на нее удерживающая;
общий конец обмоток соединяется с выводом на
154
Глава 3
крышке реле, второй конец втягивающей обмотки
соединен с контактным болтом 77, а второй конец
удерживающей обмотки соединен с корпусом; 22 —
кожух, закрывает обмотки реле и является магнитопроводом; 23 — стальной якорь (якорек), свободно перемещающийся в латунной трубке, при включении стартера под действием магнитного поля обмоток втягивается в трубку; 24 — возвратная пружина, возвращающая якорь в исходное положение
при выключении стартера; 25 — палец, передающий
движение якоря (при втягивании) далее на рычаг 26,
который воздействует на поводковую муфту, буферную пружину, в результате происходит перемещение
роликовой муфты, обеспечивающее полное соединение шестерни с зубчатым венцом маховика; 28 — ось.
Сила тока при пуске двигателя равна 550—600 А ,
на холостом ходу 70—80 А .
Основной частью механизма привода является
муфта свободного хода, передающая крутящий момент
от вала стартера на зубчатый венец маховика и предотвращающая передачу вращения от маховика на вал
стартера после пуска, т.е. не допускает разнос якоря
(выброс проводов из пазов сердечника).
Основными частями роликовой муфты свободного хода являются:
• шлицевая направляющая втулка, которая устанавливается на шлицах вала якоря;
• ведущая обойма, укрепленная на втулке и имеющая четыре клиновидных паза;
•ролики с плунжерами, установленные в клиновидных пазах обоймы; при пуске ролики заклиниваются в узкой части клиновидных пазов; их
расклинивание происходит после пуска двигателя,
155
Справочник автомеханика
Я
когда при вращении оооима начинает отставать от
ступицы (т. к. частота вращения шестерни привода больше, чем частота вращения вала стартера);
• нагруженные пружины, с помощью которых плунжеры зажимают ролики между ступицей и обоймой;
• ступица, изготавливается как одно целое с шестерней.
Система пуска дополняется различными средствами облегчения пуска, обеспечивающими надежный пуск при неблагоприятных условиях (при
температуре до —ЗСГС). Для работы при низких температурах дизеля снабжаются электрофакельным
предпусковым устройством.
Электрофакельное предпусковое устройство
включает факельные свечи (например, на ЗИЛ—
645 имеется две факельных свечи, вворачиваемые
в отверстия впускных коллекторов двигателя), которые устанавливаются во впускном газопроводе,
электромагнитный топливный клапан, реле (термореле и шунтирующее), выключатель.
Подача топлива через топливный клапан происходит при включенном электрофакельном устройстве после того, как ток при нажатии выключателя
через термореле (через его добавочное сопротивление) подается к свечам, при этом происходит накаливание электроспирали свечи. Через 1—2 мин контакты термореле замыкаются, и ток подается на топливный клапан, в результате клапан открывается.
Электрофакельное устройство, кроме облегчения
пуска, способно ускорять начало работы двигател я и предохранять аккумуляторы от перегрузок
при пуске.
156
Глава 4
Газобаллонная аппаратура
Газовое топливо
В настоящее время очень много автомобилей работают на сжатом природном газе (ГСП) — метане
или сжиженном нефтяном газе (ГСН) пропан-бутане (наиболее применим). Относительная дешевизна
этого вида топлива обеспечивает экономическую выгоду. Кроме этого, применение сжиженного газа в
качестве топлива для автомобилей предпочтительно
с точки зрения экологии, т. к. в составе отработавших газов газобаллонных автомобилей содержится
гораздо меньше токсичных и канцерогенных составляющих, чем в составе отработавших газов дизелей
и бензиновых двигателей. Физико-химические свойства метана и пропан-бутана близки к аналогичным свойствам бензина, и поэтому применение их
в качестве автомобильного топлива не требует значительных конструктивных изменений двигателя,
157
Справочник автомеханика
что позволяет одному и тому же двигателю работать и на бензине, и на газовом топливе.
В состав ГСН и ГСП входят углеводороды, которые в нормальных условиях находятся в газообразном состоянии. Отличие состоит в том, что при небольшом увеличении давления углеводороды ГСН
могут превратиться в жидкость, а углеводороды ГСП
не меняют своего агрегатного состояния. Хранится
газовое топливо в баллонах: ГСН в жидком состоянии, ГСП — в газообразном под давлением 20 МПа.
Сжиженный нефтяной газ ГСН (пропан или пропан-бутан) в баллоне находится в двух фазах: жидкой и в виде пара. Испаряемость ГСН зависит от
давления насыщенных паров в баллоне, а давление
зависит от процентного соотношения пропана и бутана и от температуры жидкой части. При высоких температурах предпочтительнее использовать
ГСН с меньшим содержанием пропана, а при низких — с повышенным содержанием. Помимо пропана и бутана в составе ГСН присутствуют в небольших количествах и другие углеводороды (этан,
метан и т. п.).
Применение ГСН в качестве автомобильного
топлива обеспечивает более высокий по сравнению
с бензиновым КПД двигателя, позволяет хорошо
работать двигателю на более бедных смесях, увеличивает степень сжатия. Однако применение ГСН
сопровождается образованием значительного количества маслянистого конденсата, особенно при резких изменениях направления движения автомобиля, его скорости, при уменьшении давления. Конденсат ухудшает работу двигателя, увеличивает
токсичность отработаных газов.
158
Глава 4
Хотя углеводороды, входящие в состав ГСН,
малотоксичны (являются вредным веществом четвертого класса опасности), они все-таки могут привести к кислородному голоданию или даже к удушью
человека. Поэтому для своевременного обнаружения и предотвращения утечек газа его подвергают
одорации (добавляют специальные пахучие добавки, например, этилмеркаптан C 2 H 5 SH), повышение
токсичности отработавших газов приводит к усилению запаха.
Состав газобаллонной аппаратуры
легковых автомобилей
К типовому газовому оборудованию относятся
(для легковых автомобилей): баллон для сжиженного топлива, мультиклапан, заправочное устройство,
бензиновый запорный электромагнитный клапан,
газовый фильтр, редуктор-испаритель, электронный
блок управления, газовый дозатор, газопроводы. Оно
предназначено не только для обеспечения подачи газового топлива в двигатель автомобиля, но и для заправки, хранения, снижения давления, очистки, испарения топлива.
Газовые двигатели являются модификацией бензиновых (изменен карбюратор и добавлен штуцер
для работы газовой аппаратуры).
Газовая и бензиновая системы питания подключаются по следующей схеме (рис. 37):
159
Справочник автомеханика
5
6
7
8
9
10
4
3
2
1
Рис. 37. Схема подключения газовой и бензиновой
системы питания:
баллон для сжиженного газа; 2 — газопровод;
1
клапан газового фильтра, открыт при подаче газового
3
топлива и закрыт при подаче бензинового топлива,
редуктор испаритель; 5, 6 — шланги;
4
7
дозатор; 8 — вакуумный шланг; 9 — карбюраторсмеситель; 10 — термостат, из которого охлаждающая
жидкость системы охлаждения двигателя поступает
в редуктор-испаритель и далее к водяному насосу;
11 — водяной насос; 12 — бензиновый клапан, открыт
при подаче бензинового топлива и закрыт при подаче
газового топлива
Глава 4
Баллон для сжиженного топлива (газовый баллон) предназначен для хранения газового топлива
(ГСН). Основные параметры: длина — 1030 мм, нар у ж н ы й диаметр — 215 мм, рабочее давление
газа — 1,6 МПа, полный объем — 73 л, полезный
объем — 58 л, масса незаправленного баллона —
33 кг. Изготавливается сваркой из стального листа
толщиной 3,5 мм, состоит из двух сферических
днищ и цилиндрической обечайки, на которой приварены фланец (для крепления арматуры), транспортные скобки и ограничитель (от проворачивания).
Сжиженным газом заполняется только 80% полного объема (полезный объем), остальная часть полного объема используется для теплового расширения жидкой составляющей газа.
Баллон устанавливается в багажном отделении
(для легковых автомобилей) на сборных кронштейнах, что является дополнительной нагрузкой на заднюю подвеску. Д л я снижения этой нагрузки применяются баллоны из алюминиевых сплавов, композиционных материалов.
Каждый сборный кронштейн состоит из подвижного и неподвижного кронштейнов, соединенных
штифтом. Д л я крепления баллона к кронштейнам
используются два хомута с резьбой на одном из
концов для обеспечения натяжения, картонные прокладки.
Заправка баллона газом должна происходить при
подаче газа под давлением, если компрессора нет
(не обеспечивается нужное давление газа), то баллон из-за присутствия паровой фазы может наполниться не более чем на 1/3 полезного объема. Если
при заправке произошло переполнение баллона,
6. Зак. 47
161
Справочник автомеханика
излишки газа необходимо слить в специальные установки (сливу газа в атмосферу препятствует скоростной клапан).
Такие специальные установки обеспечивают создание противодавления на выходе из баллона и
состоят из следующих основных частей: баллон
с инертным газом, резервуар для сливаемого газового топлива, редуктор, манометры и индикаторное устройство.
Мультиклапан {рис. 38) предназначен для обеспечения заправки баллона до допустимого уровня,
для подачи газа в систему питания, автоматического снижения давления газа (в случае превышения
величины рабочего давления в баллоне), индикации
уровня газа в баллоне, автоматического отключения
выхода газа при неисправностях (обрыве газопровода). Устанавливается на газовом баллоне в вентиляционной коробке.
В полости А корпуса мультиклапана находится
наполнительное устройство (состоит из поршня,
крышки ограничителя наполнения баллона, пластмассового поплавка и пружины\ которое непосредственно управляет подачей газа (прекращает
или делает возможной). Когда баллон не заправлен,
поршень отжат от крышки, поплавок опущен (на
поплавке имеется резиновое кольцо для смягчения
ударов поплавка о стенки баллона). При поступлении газа в полость А через наполнительный вентиль (заправка) поршень прижимается к крышке,
через отверстие которой газ поступает в баллон, поплавок начинает всплывать. Когда газ полностью
заполняет полезный объем баллона, штифт поршня входит в отверстие в крышке, поршень прижи-
162
Глава 4
8
7
А
6
Рис. 38. Мулътиклапан:
1
трубка для соединения с заправочным
устройством;
2
входной штуцер; 3 — запорный клапан, препятствует
выходу газа при неисправностях трубки или
наполнительного вентиля, соединяется с запорным
клапаном заправочного устройства, состоит из шарика,
пружина и уплотнителя (пружина сжимается шариком
при заправке); 4 — предохранительный клапан
плунжерного типа, служит для снижения давления при
превышении им величины рабочего давления (1,6 МПа);
5 — трубка к газовому фильтру; 6, 8 — соответственно
расходный и наполнительный вентили плунжерного типа,
предназначены для подключения вручную газового баллона
к расходной или накопительной магистрали; 7 — шток
мается к крышке и заполнение баллона прекращается. После закрытия наполнительного вентиля
поршень отжимается от крышки пружиной, штифт
б"
163
Справочник автомеханика
выходит из отверстия в крышке, а поплавок свободно отслеживает уровень газа в баллоне.
Д л я индикации уровня газа в баллоне служит
указатель уровня, состоящий из стрелки с магнитом и магнита, установленного на поршне наполнительного устройства. Поплавок наполнительного устройства является и частью указателя уровня газа, т. к., изменяя свое положение при изменении уровня газа, он перемещает поршень с
магнитом.
В гнезде корпуса мультиклапана под штуцером
находится скоростной клапан (состоит из пружины и шарика), который прекращает подачу газа
при неисправности газопровода, по которому газ выходит из баллона.
Заправочное устройство находится рядом с горловиной бензобака. Запорный клапан устройства состоит из корпуса, штуцера, шарика, пружины, уплотнителя, резинового кольца (тоже служит для уплотнения). Для обеспечения заправки к устройству
подсоединяется переходник для соединения с заправочным пистолетом. Поступающий газ из заправочного устройства через штуцер и трубку направляется к мультиклапану. При этом шарик запорного клапана давит на пружину (под действием давления газа) и отходит от резинового кольца, открывая
проход газу. При отсоединении заправочного пистолета газ не может выйти из баллона в атмосферу,
так как шарик закрывает выходное отверстие (закрытие обеспечивается давлением газа изнутри).
Бензиновый запорный электромагнитный клапан предназначен для отключения подачи бензина
в карбюратор в случае применения газового топлива.
164
Глава 4
Устанавливается между бензонасосом и фильтром
тонкой очистки топлива. Состоит из находящихся
в одном корпусе механического (плунжерного типа)
и электромагнитного (соленоидного типа, состоит
из катушки и якоря с уплотнителем) клапанов,
разделенных резиновыми уплотнительными кольцами. Подача бензина прекращается, когда уплотнитель электромагнитного клапана прижимается пружиной к седлу. При возобновлении подачи бензина (при закрытом механическом клапане) катушка
втягивает якорь, обеспечивая поступление бензина в двигатель.
Газовый фильтр предназначен для очистки газового топлива ГСН от различных механических
примесей и для предотвращения попадания в редуктор-испаритель газа в случае, когда двигатель
работает на бензиновом топливе, при остановке или
наличии каких-либо неисправностей. Он выполнен
единым вместе с электромагнитным клапаном соленоидного типа и состоит из следующих основных
частей (рис. 39).
При работе двигателя на газовом топливе при
включении зажигания якорь втягивается электромагнитом, клапан перемещается, обеспечивая проход газа из входного отверстия во внутреннюю полость отстойника, затем через фильтрующий элемент и полости клапана и выходного канала в выходное отверстие. Когда зажигание выключено,
или в случае работы двигателя на бензине пружина прижимает клапан к седлу.
Редуктор-испаритель (диафрагменного типа)
предназначен для испарения газового топлива (ГСН)
из системы охлаждения двигателя, регулирования
165
Справочник автомеханика
4
5
6
7
8
Г
т
1
Рис. 39. Газовый фильтр:
1 — электромагнит; 2 — уплотнителъное кольцо
(резиновое), находится между корпусом
и электромагнитным
клапаном; 3 — клапан с седлом
и уплотнителем, установлен на конце якоря; 4 — корпус;
5 — сетка фильтрующего элемента; 6 — металлический
каркас (перфорированный), на котором надеты войлочные
шайбы; 7 — войлочные шайбы фильтрующего элемента;
8 — алюминиевый отстойник, крепится к корпусу через
прокладки
количества подаваемого в карбюратор-смеситель
газа, снижения давления газа, для обеспечения прекращения подачи газа в двигатель при остановке.
Он является автоматическим двухступенчатым регулятором давления, состоящим из непосредственно испарителя, первой и второй ступеней регулирования давления, систем холостого хода, эжекторной и системы чувствительности. Испаритель связан с системой охлаждения двигателя автомобиля,
под действием его тепла происходит испарение газа,
166
Г лава 4
поступившего в первую ступень редуктора из газового фильтра. Испарение сопровождается повышением давления в первой ступени, под действием которого мембрана деформируется и воздействует на пружину (сжимает ее) и рычаг. Впускной
клапан закрывается. После этого газ поступает во
вторую ступень, систему холостого хода (после нее
газ через соответствующую полость редуктора поступает в карбюратор-смеситель) и в эжектор (он
создает разряжение в канале, действующее на диафрагму второй ступени). Диафрагма второй ступени, действуя на рычаг, открывает впускной клапан. Система чувствительности имеет отверстия,
через которые проходит газ, изменяя величину разряжения. При неполном нагружении двигателя разряжение во второй ступени редуктора небольшое,
а при достижении двигателем максимальной мощности — максимальное. Под действием максимального разряжения диафрагма системы чувствительности деформируется, закрывает отверстия системы, что прекращает прохождении газа через них.
Разряжение перестает изменяться, впускной клапан полностью открывается.
Испаритель — это полость («водяная рубашка»)
вокруг камеры первой ступени редуктора, которая
соединена с системой охлаждения двигателя (чем
теплее охлаждающая жидкость, тем интенсивней
испарение сжиженного газа). От второй ступени редуктора испаритель отделен прокладкой.
В состав первой ступени редуктора входят: камера с диафрагмой, пружина, рычаг, клапан. В камеру
этой ступени газ поступает понемногу, порциями
после прохождения сетчатого фильтра редуктора.
167
Справочник автомеханика
Клапан первой ступени под действием диафрагмы
и рычага постепенно закрывается, полное закрытие клапана происходит при давлении, примерно
равном 0,038 МПа. При дальнейшей работе двигателя газ начинает поступать во вторую ступень редуктора, в эжектор (через соответствующую полость) и в канал холостого хода.
В состав второй ступени редуктора входят две камеры (управляющая и расходная), диафрагма, пружина, рычаг, клапан, шток. При взаимодействии с
эжектором и системой чувствительности во второй
ступени редуктора давление газа снижается до величины, равной примерно от —50 до +120 Па и поддерживается в этих пределах. В управляющую камеру газ поступает из канала эжекторной системы,
а в расходную — из системы холостого хода.
В состав эжеторной системы входят эжектор,
эжекторная камера, электромагнитный запорный
клапан, полость, канал. Истечение газа из эжектора приводит к созданию разряжения в эжекторной камере и в канале (из канала разряжение передается в управляющую камеру второй ступени).
В состав системы чувствительности входит камера с диафрагмой чувствительности (диафрагма
выполняет функцию клапана) и тремя отверстиями. Эта система регулирует количество газа, поступающего из камеры чувствительности через отверстия системы в эжекторную камеру, изменяя
там давление.
В состав системы холостого хода входит канал
с сетчатым фильтром и с регулировочным винтом,
который р е г у л и р у е т количество поступающего
в карбюратор газа при работе двигателя в режиме
168
Глава 4
холостого хода. В систему холостого хода газ поступает из первой системы редуктора, далее газ поступает в расходную камеру второй ступени (но не через клапан второй ступени).
Газовый дозатор в соответствии с нагрузкой
двигателя производит регулирование количества
газа. Расположен между редуктором-испарителем
и карбюратором. В корпусе дозатора, имеющего
два патрубка (входной А и выходной В), имеются следующие основные детали {рис. 40).
Электрооборудование газобаллонной аппаратуры состоит из органов управления системой питания, датчика импульсов и электронного блока, образующих две самостоятельные электрические цепи
(одна для газового топлива, другая для бензина).
Ток от аккумуляторной батареи при включении
замка зажигания передается либо на электронный
блок управления газобаллонного оборудования, либо
на бензиновый клапан.
К органам управления системой питания относятся:
• переключатель вида топлива, имеет три положения: одно (БЕНЗИН) обеспечивает работу двигателя на бензине и отключение газовой системы
питания, другое ( Г А З ) — обеспечивает работу двигателя на газовом топливе и отключение бензинои
вой системы, третье ( Н Е Й Т Р А Л Ь Н О Е ) — отключение одновременно обеих систем питания;
• выключатель бензинового электромагнитного
клапана (предназначен для кратковременного включения при работающей газовой системе питания
бензинового клапана, что обеспечивает заполнение
169
Справочник автомеханика
Рис. 40. Газовый дозатор:
1 — шток диафрагмы; 2 — плунжер, закреплен на штоке
диафрагмы, изменяет размер проходного сечения
газопровода, /яелг самым регулируя количество подаваемого
газа в случае работы двигателя с полной нагрузкой;
3 — диафрагма, при изменении разряжения во впускной
трубе деформируется и через шток действует на плунжер;
4 — регулировочный винт, снабжен резиновым кольцом
для герметичности вакуумной камеры дозатора,
регулирует количество подаваемого газа в случае работы
двигателя с неполной нагрузкой; 5 — крышка диафрагмы,
имеет штуцер для подвода вакуума, который шлангом
соединяется с впускной трубой двигателя
поплавковой камеры карбюратора в момент перевода работающего двигателя с газового топлива на
бензин).
170
Г лава 4
Датчик импульсов предназначен для выработки
импульсов, обеспечивающих включение-отключение
электронного блока. Он устроен следующим образом: несколько витков провода намотаны на провод высокого напряжения катушки зажигания,
в них при вращении коленчатого вала индуцируется сигнал, поступающий в электронный блок.
Электронный блок предназначен для обеспечения надежного пуска двигателя, прекращения подачи газового топлива при неожиданных остановках, для управления работой электромагнитных
клапанов редуктора и газового фильтра.
При запуске двигателя электронный блок обеспечивает сначала кратковременное (1—1,5 с) открытие запорных электромагнитных клапанов, а затем
при достижении частотой вращения коленчатого
вала величины 40 об/мин обеспечивает продолжительное открытие электромагнитных клапанов на
все время движения автомобиля на газовом топливе. Такой порядок открытия клапанов не позволяет
горючей смеси переобогатиться. При неожиданных
остановках запорные электромагнитные клапаны отключаются блоком управления через 2 с после остановки двигателя.
Смена топлива с одного на другое возможно не
только на остановках, но и при движении.
Газопроводы разделяются на газопроводы высокого давления и газопроводы низкого давления.
К газопроводам высокого давления относятся газопроводы, соединяющие наполнительный штуцер,
газовый баллон, газовый фильтр и редуктор-испаритель. На участке между наполнительным штуцером и газовым баллоном газопровод представляет
171
Справочник автомеханика
собой латунную трубку, толщина стенок которой
равна 1 мм, а наружный диаметр равен 8 мм. На
остальных участках газопровод высокого давления — это медная трубка, толщина стенок которой равна 0,8—1 мм, а наружный диаметр равен
6 мм. Места соединения уплотняются либо надетой
на трубку конусной муфтой с упорной гайкой (участки с меньшим наружным диаметром), либо развальцованной под углом трубкой с накидной гайкой. Газопровод высокого давления находится под
днищем рядом с бензопроводом.
К газопроводам низкого давления относятся газопроводы, соединяющие редуктор-испаритель, дозатор и карбюратор-смеситель. Они представляют собой резиновый шланг, имеющий нитяной корд.
В местах установки крепятся с помощью хомутов.
При использовании этих газопроводов особое
внимание уделяется герметичности соединений.
Система вентиляции предназначена для удаления в атмосферу (за пределы кузова) газа, который может попасть в салон автомобиля при плохой герметичности соединений газобаллонного оборудования. Эта система изолирует арматуру баллона от багажного отделения. В состав системы
вентиляции входят следующие основные детали:
• вентиляционная коробка с прозрачной крышкой, устанавливается вместе с мультиклапаном на
газовом баллоне с помощью герметичного уплотнения (резинового);
• два гофрированных шланга с наполнительной
и расходной трубками внутри, соединяют вентиляционную коробку с сапунами;
172
Глава 4
• сапуны со срезами в нижней части, крепятся
к полу багажнике.
Срезы сапунов направлены в противоположные
стороны: один по ходу движения автомобиля, другой против хода. При движении автомобиля возникающая разность давлений в гофрированных шлангах, соединенных с сапунами, обеспечивает движение воздуха через вентиляционную коробку и шланги. Чем выше скорость движения автомобиля, тем
более эффективно работает вентиляционная система.
Смесительные устройства, обеспечивающие подачу газа в карбюратор, различны. Наиболее часто
применяются устройства, которые обеспечивают
подачу газового топлива следующими способами:
• через надеваемую на карбюратор насадку;
через проставку, располагаемую между дроссельной заслонкой и корпусом поплавковой камеры;
• через штуцер, который врезается в диффузор;
• через трубку, которая вставляется в диффузор
(в его верхнюю часть).
Эти смесительные устройства совместимы практически со всеми видами карбюраторов, но они зачастую не способны оптимального смесеобразования. Применение смесительных устройств требует
некоторой доработки карбюратора, что несколько
ухудшает характеристики двигателя при работе на
бензиновом топливе.
На базе существующих карбюраторов разрабатываются специальные карбюраторы-смесители,
которые способны обеспечить оптимальную работу двигателя в различных условиях с применением обоих видов топлива (газового и бензинового)
173
Справочник автомеханика
и минимальное количество токсичных веществ в
отработавших газах. Такие карбюраторы-смесител и имеют две самостоятельные системы питания с
самостоятельными регулировками и общим упорным винтом дроссельных заслонок (для регулировки холостого хода). Газ по камерам распределяется с помощью специальной приставки, присоединенной к корпусу поплавковых камер, в двигатель
газ поступает через кольцевые щели диффузора.
Когда двигатель работает на газовом топливе, бензин в поплавковую камеру не поступает и поплавок может свободно перемещаться'в ней. Чтобы поплавок не разбивался о дно камеры, имеется специальное устройство стопорения, срабатывающее
при переходе двигателя на газовое топливо (состоит из тяги и диафрагмы, на которую действует давление бензина в штуцере подвода бензина).
Глава 5
Шасси и органы управления
Трансмиссия
Трансмиссия предназначена для передачи крутящего момента от двигателя к ведущим колесам,
причем передача момента сопровождается изменением его величины и направления и распределением между ведущими колесами.
Существуют следующие типы трансмиссий:
- механические (применяются на легковых и
грузовых автомобилях);
• гидромеханические или комбинированные
(применяются на автобусах Л и А З , некоторых автомобилях З И Л и БелАЗ, например, ЗИЛ—4104,
БелАЗ—540; состоят из гидротрансформатора, выполняющего роль сцепления, и механической коробки
передач);
175
Справочный автомеханика
•электрические (применяются на карьерных
самосвалах большой грузоподъемности 75—170 т,
например, БелАЗ—549, —75211; состоят из генератора постоянного тока, работающего от дизеля, и тяговых электродвигателей ведущих колес);
• гидрообъемные (применяются редко, состоят
из соединенных трубопроводами гидронасоса, работающего от двигателя внутреннего сгорания, и гидродвигателей) .
Гидрообъемные и электрические трансмиссии
обеспечивают КПД меньше, чем механические, более дороги и громоздки.
Наиболее распространенная механическая трансмиссия состоит из следующих частей: сцепление,
коробка передач, карданная и главная передачи,
дифференциал, две полуоси.
Если автомобиль имеет два или более двух ведущих мостов, то используется мостовая трансмиссия, в которую дополнительно входят раздаточная коробка и дополнительные карданные валы,
а главная передача, полуоси и дифференциал для
каждой пары ведущих колес свои. В этом случае
крутящий момент подводится к ведущему мосту
и только потом распределяется между колесами
моста.
Если автомобиль полноприводный, то применяется довольно сложная механическая бортовая
трансмиссия, предусматривающая для каждого колеса наличие главной передачи. При этом крутящий момент передается к раздаточной коробке, где
делится пополам (каждая половина предназначается для колес одного борта автомобиля), оттуда поступает к редукторам и только потом — к колесам.
176
Глава 5
Сцепление предназначено для плавного соединения двигателя и трансмиссии при трогании с места, кратковременного отсоединения двигателя от
трансмиссии, для переключения передач в коробке передач при движении, для предохранения двигателя и трансмиссии от перегрузок при резком торможении.
Наиболее распространенным является фрикционное сцепление, схема которого представлена на
рис. 41.
При включенном сцеплении крутящий момент
передается от ведущего вала к трансмиссии за счет
сил трения, возникающих при прижатии пружинами дисков к маховику (ведомый диск зажимается между маховиком и нажимным диском).
Максимальный передаваемый крутящий момент, который может передать то или иное сцепление, зависит от размера дисков, коэффициентов
трения, силы нажатия пружин. Увеличением числа ведомых и нажимных дисков можно увеличить
передаваемый крутящий момент.
Различаются однодисковые фрикционные сцепления с периферийным расположением пружин и
с одной мембранной пружиной.
Однодисковые фрикционные сцепления с периферийным расположением пружин обладают
большой надежностью и просты в эксплуатации.
Они устанавливаются, на многих автомобилях ЗИЛ
(например, ЗИЛ-431410, -5301), ГАЗ (например,
ГАЗ—3102, —3110), автобусах ПАЗ. Роль нажимных
пружин в таких сцеплениях выполняют цилиндрические пружины, расположенные по окружности (по периферии) нажимного диска. По устройству
177
Справочник автомеханика
Рис. 41. Фрикционное
сцепление:
1
кожух, жестко соединенный с маховиком;
2
нажимной диск; 3 —маховиком; 4
ведомый диск,
расположенный между нажимным диском и маховиком
на шлицах ведущего вала коробки передач, сцепление
может иметь один (однодисковое сцепление) или два
ведомых диска (двухдисковое сцепление): 5 — шарниры,
связывающие кожух с нажимным, диском и позволяющие
диску перемещаться в осевом направлении; 6 — нажимные
пружины, прижимающие диски к маховику; 7 — ведущий
вал; 8 — рычаги, установленные на кожухе и связанные
шарнирно с нажимным диском; 9 — выжимной
подшипник,
установленный на муфте; 11 — вилка выключения
сцепления; 12 — рычаг; 13 — пружина; 14 — тяга,
соединяющая педаль сцепления с вилкой выключения
сцепления
однодисковые сцепления различных автомобилей
отличаются мало, одни имеют 16 нажимных пружин
(ЗИЛ—431410, - 5 3 0 1 ) , другие — 12 ( Г А З - 3 3 0 7 ,
ГАЗ—3308); у одних фрикционные накладки кре-
178
Глава 5
пятся непосредственно к ведомому диску (ЗИЛ—
431410), а у других — через упругие пластины
(ГАЗ—3307, -3308, -3102 «Волга»).
Однодисковое сцепление располагается в чугунном картере, который устанавливается на блок цилиндров. Все его детали можно разделить на две
части: ведущую (воспринимают крутящий момент
от маховика) и ведомую (передают крутящий момент на ведущий вал коробки передач).
К ведущей части сцепления относятся маховик
с присоединенным к нему кожухом, нажимной
диск с прикрепленными к нему рычагами (устанавливаются на пальцах опорных вилок и крепятся
с помощью игольчатых подшипников), 16 нажимных
пружин, расположенных по окружности кожуха
сцепления на теплоизоляционных шайбах.
К ведомой части относятся ведомый диск с фрикционными металлоасбестовыми накладками, ступица, ведущий вал коробки передач, пружины, соединяющие ведомый диск со ступицей и являющиеся
одновременно частью демпфера (гасителя крутильных колебаний).
Демпфер представляет устройство из стальных
дисков и пружин, которое обеспечивает центрирование ведомого диска по наружному диаметру ступицы.
Сцепление управляется с помощью механизма
выключения с механическим или гидравлическим
приводом.
Основными составными частями механизма выключения являются муфта с выжимным подшипником и четыре рычага. Муфта с помощью пружины прижимается к вилке выключения сцепления.
При перемещении муфты выжимной подшипник
179
Справочник автомеханика
отжимается от рычагов на 1,5—3,0 мм (это соответствует 35—50 мм свободного хода педали сцепления).
Механический привод механизма выключения
сцепления (система рычагов и тяг) устанавливается
на левом лонжероне рамы и соединяется с вилкой
выключения сцепления. Нажатие на педаль сцепления приводит к воздействию на вилку, а затем на
муфту и выжимной подшипник. Такой привод установлен, например, на автомобилях ГАЗ—3307.
Гидравлический привод механизма выключения
сцепления обеспечивает более плавную передачу усилия от педали посредством жидкости, находящейся
в гидравлических цилиндрах (главном и рабочем)
и в трубопроводах, соединяющих эти цилиндры. Такой привод установлен, например, на автомобилях
ГАЗ—3308. Нажатие на педаль сцепления приводит
к перемещению поршня главного цилиндра, изменению в нем давления и передаче давления через
трубопровод к рабочему цилиндру. Дальнейшее перемещение поршня рабочего цилиндра вызывает перемещение муфты выжимного подшипника.
Однодисковые фрикционные сцепления с одной мембранной пружиной устанавливаются на
грузовиках малой массы, легковых автомобилях
ВАЗ—2110, ИЖ—21261 и других. Роль нажимных
пружин и рычагов в таких сцеплениях выполняет
мембранная пружина, имеющая форму тарельчатого диска в виде усеченного конуса с радиальными
прорезями (от вершины конуса). Применение мембранной пружины обеспечивает равномерное постоянное давление на нажимной диск.
Основными частями такого сцепления являются кожух с мембранной пружиной (опорами для нее явля-
180
Глава 5
ются два кольца) и нажимным диском и ведомый диск
с демпфером (гасителем крутильных колебаний). Для
передачи крутящего момента от кожуха к нажимному диску используются три упругие пластины.
Перемещение выжимного подшипника при нажатии на педаль сцепления приводит к перемещению центральной части мембранной пружины (через фрикционное кольцо) в сторону маховика, что
сопровождается перемещением наружной части пружины в противоположную сторону (от маховика),
перемещением нажимного диска и освобождением
ведомого диска (крутящий момент не передается).
Двухдисковое сцепление (с двумя ведомыми дисками) с периферийным расположением пружин устанавливается на многих грузовых автомобилях, например, «Урал—4320», КамАЗ—5320, автобусах.
Так же, как и в однодисковых сцеплениях, детали двухдискового сцепления, например, автомобиля КамАЗ—5320, можно разделить на ведущие детали и ведомые детали. К ведущим деталям относятся: ведущий и нажимной диски (их наружная
поверхность имеет по четыре шипа, входящих в пазы приливов на маховике), маховик и кожух. К ведомым деталям относятся: два ведомых диска
с фрикционными накладками и демпферами (гасителями колебаний); ведомые диски удерживаются между маховиком и нажимным диском с помощью нажимных пружин, а их ступицы устанавливаются на ведущем вале коробки передач (на его
шлицах). Сцепление устанавливается в картере.
К механизму выключения сцепления относятся муфта выключения с подшипником, вилка выключения, рычаги, один конец которых соединен
181
Справочник автомеханика
Q
с нажимным диском, а середина — с опорными
вилками, и опорное кольцо рычагов.
Принцип работы двухдискового сцепления аналогичен однодисковому: крутящий момент при
включении передается на ведущий и нажимной
диски, затем через фрикционные накладки ведомых дисков и демпфер — на ступицы ведомых валов; между опорном кольцом и подшипником муфты образуется зазор 3—3,2 мм. При выключении
сцепления рычаги под действием муфты выключения (через упорное кольцо) поворачиваются, что
приводит к образованию зазора между ведущим
и ведомыми дисками (нажимной диск оттягивается от заднего ведомого диска, передний ведомый
диск освобождается).
Привод сцепления КамАЗ—5320 гидравлический,
дистанционный и имеет пневмогидроусилитель,
включающий в себя рабочий цилиндр, цилиндр
пневмоусилителя и следящее устройство. При нажатии на педаль сцепления усилие через посредством рычага и штока передается на. поршень главного цилиндра. Оттуда под действием давления
жидкость поступает по трубопроводам в рабочий цилиндр и обеспечивает поступление воздуха в цилиндр пневмоусилителя. На вилку выключения
сцепления передается суммарное усилие из рабочего цилиндра и цилиндра усилителя.
Коробка передач предназначена для изменения
передаваемого крутящего момента по величине и направлению, для заднего хода и длительного разъединения трансмиссии и двигателя. В настоящее время встречаются механические (ступенчатые) и бесступенчатые (фрикционные, гидромеханические
182
Глава 5
и др.) коробки передач. Но наиболее распространенными являются ступенчатые коробки передач, т. к.
бесступенчатые гораздо сложнее и дороже.
Ступенчатая, или механическая передача — это
зубчатый редуктор. Изменение величины передаваемого крутящего момента (изменение соотношения
частот вращения коленчатого вала и ведущих колес)
достигается при соединении зубчатых колес передачи в различных сочетаниях. Каждой передаче соответствует свое передаточное отношение (отношение числа зубьев колеса к числу зубьев шестерни;
колесом называется большее из зубчатых колес
пары, шестерней — меньшее). Передаточное число
передачи, реализованной несколькими парами (зубчатыми парами), равно произведению передаточных
чисел этих пар.
Переключение передач происходит при передвижении или блокировке шестерен на валу под управлением водителя при выключенном сцеплении.
Коробки передач различаются:
• в зависимости от числа передач переднего
хода: трех-, четырех-, пяти- и многоступенчатые;
* в зависимости от числа передвижений зубчатых колес: двух-, трех- и четырехходовые.
Четырехступенчатые трехходовые коробки передач наиболее распространены и на легковых, и
на грузовых автомобилях. Типичным примером такой коробки передач является коробка, установленная на автомобиле ГАЗ-3307. Другие имеют аналогичную конструкцию.
Основными частями коробки передач являются: картер (в нем собраны все основные части коробки), ведущий вал, ведомый вал с шестернями
183
Справочник автомеханика
и синхронизаторами, промежуточный вал с шестернями, механизм переключения передач, крышка с рычагом, блок зубчатых колес заднего хода. На рис. 42
представлено схематичное изображение коробки передач: 1 — рычаг механизма переключения передач; 2 — крышка; 3 — шестерня третьей передачи
с зубчатым венцом на ступице и конусом со стороны синхронизатора; 4 — колесо второй передачи с
зубчатым венцом на ступице; 5 — колесо первой передачи и заднего хода, установлено на ведомом валу;
6, 7, 28 — вилки ползунов, соединяются соответственно с колесом первой передачи, блоком заднего хода и муфтой синхронизатора; 8 — крышка,
внутри которой находится червячная пара привода
спидометра; 9 — червячная пара привода спидометра; 10 — ведомый вал, один конец упирается на роликоподшипник в выточке ведущего вала, другой —
на закрепленный в картере шарикоподшипник, расположен на одной оси с ведущим валом; И — прямозубая шестерня промежуточного вала, может входить в зацепление с колесом первой передачи 5 или
блоком заднего хода; 12 — крышка предохраняет промежуточный вал от осевых перемещений; 13 — колесо блока заднего хода; 14 — шестерня блока заднего хода; 15 — блок зубчатых колес заднего хода;
16 — шестерня промежуточного вала, находится в постоянном зацеплении с колесом второй передачи 4;
17, 18 — колеса промежуточного вала, находятся в
постоянном зацеплении соответственно с шестерней
третьей передачи 3 и шестерней ведущего вала 23;
19 — промежуточный вал, изготавливается как целое с колесами, вращается в подшипниках; 21 — ведущий вал, устанавливается на двух подшипниках;
184
Глава 5
17 16
15 14
Рис. 42. Схематичное
изображение
трехходовой коробки передач
22
крышка, удерживающая ведущии вал от осевых перемещений; 23 — шестерня ведущего вала;
картер, в котором собраны все части короб24
ки; 25
синхронизатор, облегчает переключение
передач, чаще всего применяются синхронизаторы
инерционного типа, выравнивающие частоты вращения колес включенной передачи; 26 — ползуны (3 шт.) механизма переключения передач; 27 —
фиксаторы (3 шт.) механизма переключения передач, обеспечивают точность установки колес и шестерен.
185
Справочник автомеханика
Одновременное включение двух передач исключается штифтом механизма переключения передач,
вместе с двумя плунжерами, а случайное включение заднего хода исключается специальным предохранителем.
При включенной первой передаче крутящий момент передается через находящиеся в зацеплении
шестерню ведущего вала — колесо промежуточного
вала (постоянное зацепление) и шестерню промежуточного вала — колесо первой передачи.
При включенной второй передаче крутящий момент передается через находящиеся в зацеплении
колесо ведомого вала — колесо второй передачи —
шестерня промежуточного вала.
При включенной третьей передаче крутящий
момент передается через находящиеся в зацеплении
шестерню ведущего вала — колесо промежуточного вала, колесо промежуточного вала — шестерня
третьей передачи, шестерню — синхронизатор.
То есть, для включения третьей и четвертой передач необходимо перемещение муфты синхронизатора. В некоторых коробках передач включение
всех четырех передач осуществляется с помощью
синхронизаторов. Такие четырехступенчатые трехвальные коробки передач установлены, например,
на заднеприводных легковых автомобилях ИЖ—
2126, ВАЗ. В их конструкции имеется два инерционных синхронизатора, а ведомый вал устанавливается на трех опорах.
На переднеприводных легковых автомобилях устанавливаются трехходовые четырехступенчатые коробки передач, изготовленные по двухвальной схеме без прямой передачи, в картере которых разме-
186
Глава 5
щается главная передача ведущих колес; включение всех четырех передач происходит с помощью
синхронизаторов.
Основные части любого синхронизатора показаны на рис. 43.
2
1
4
2
4
1
Рис. 43. Синхронизатор:
1 — блокирующие кольца (2 uim.) с пазами на торцах,
в которые входят концы сухарей; 2 — сухари (3 шт.)
с выступами; 3 — ступица с зубьями и пазами для сухарей
на наружной стороне; 4 — муфта с зубьями
на внутренней стороне; 5 — упругие проволочные кольца,
прижимающие выступы сухарей к муфте
Синхронизатор работает следующим образом:
при включении снабженной синхронизатором передачи происходит перемещение муфты синхронизатора в сторону включаемой шестерни до соприкосновения их конусных поверхностей. Из-за неравенства частот вращения кольца и шестерни
между ними возникают силы трения. При этом под
действием сил трения блокирующее кольцо поворачивается до упора, сухари утапливаются в пазах,
зубья кольца устанавливаются напротив зубьев
187
Справочник автомеханика
муфты. При выравнивании частот вращения силы
трения исчезают, зубья муфты входят в зацепление с зубьями включаемой шестерни.
Пятиступенчатые коробки передач (пять передач вперед и одна назад) устанавливается на многих грузовых автомобилях ЗИЛ, автобусах Л А З . По
устройству они аналогичны, конструктивные отличия небольшие.
Основными частями пятиступенчатой трехходовой коробки передач являются:
• картер, с обеих сторон которого имеются люки
с фланцами для коробок отбора мощности и пробки для заливки и слива масла;
• крышка с рычагом и механизмом переключения передач, который состоит из рычага и трех ползунов с установленными на них вилками включения передач и блокирующего устройства (состоит
из штифта, четырех шариков, фиксаторов);
• ведущии вал, изготавливается с шестерней как
целое, устанавливается на двух шарикоподшипниках (один находится в гнезде коленчатого вала, другой — в стенке картера);
• ведомый вал, расположен на одной оси с ведущим валом, устанавливается на роликовом (в выточке ведущего вала) и шариковом (в картере и закреплен крышкой с маслоотражателем) подшипниках; к крышке заднего подшипника ведомого вала
подсоединена трубка вентиляции; на его шлицах установлено колесо первой передачи и заднего хода;
о
•промежуточный вал, изготавливается с одной
шестерней как целое, остальные зубчатые колеса
устанавливаются на нем на шпонках; вал устанавливается на расположенные в передней и задней
188
Г лава 5
стенках картера роликовом и шариковом подшипниках;
• синхронизаторы инерционного типа в виде передвигающейся муфты с зубчатыми венцами и диском, имеющим три отверстия для блокирующих
пальцев и три отверстия для пальцев фиксаторов
(полуцилиндры с пружинами);
• блок зубчатых колес заднего хода.
Многоступенчатые коробки передач устанавливаются на многих грузовых автомобилях, работающих с прицепами. Обычно это восьми- или десятиступенчатые коробки, состоящие из зубчатого редуктора (делителя передач) и соответственно четырех- или пятиступенчатой коробки. Например,
автомобили КамАЗ, работающие в составе автопоезда имеют десятиступенчатую коробку передач, состоящую из двухвального делителя и трехвальной
пятиступенчатой коробки.
Основными частями многоступенчатых коробок передач, как и других коробок, являются ведущий, ведомый и промежуточные валы с зубчатыми колесами, картер, механизм переключения
передач, кроме этого имеется редуктор (делитель
передач).
Наличие редуктора (делителя) обеспечивает возможность повышения передаточных чисел в коробке
передач, что приводит к значительной экономии
топлива, особенно при работе автомобиля в ненагруженном состоянии. Редуктор реализует включение двух передач: прямой (не изменяет величину крутящего момента, коробка передач работает,
как обычная пяти- или четырехступенчатая) и повышающей (имеет передаточное число 0,815).
189
Справочник автомеханика
Основными частями редуктора являются:
• ведущии вал, опирается на два шарикоподшипника, один из которых установлен в гнезде коленчатого вала, а другой — в перегородке картера редуктора;
• промежуточный вал, опирается на роликовый
и шариковый подшипник, установленные соответственно в задней стенке и перегородке картера
делителя; соединен с промежуточным валом коробки передач шлицами;
• находящиеся в постоянном зацеплении зубчатые колеса, одно из которых (косозубое) с помощью
шпонок установлено на промежуточном валу, а другое (с конической поверхностью и зубчатым венцом
для соединения с синхронизатором) свободно вращается на ведущем валу с помощью роликового подшипника;
• синхронизатор, при включении прямой передачи, перемещаясь вправо, соединяет ведущие
валы редуктора и коробки передач; при включении повышенной передачи, перемещаясь влево,
обеспечивает передачу крутящего момента от ведущего вала редуктора через находящиеся в постоянном зацеплении зубчатые колеса и промежуточный вал редуктора на промежуточный вал коробки передач;
• механизм переключения передач.
Механический дистанционный привод многоступенчатой коробки передач представляет собой систему связанных с рычагом управления тяг, кроме
этого в него входят пневматическии привод переключения передач в редукторе.
190
Глава 5
Раздаточная коробка предназначена для распределения крутящего момента между ведущими мостами автомобиля (устанавливается на автомобилях,
у которых имеется два и более ведущих моста), для
включения-выключения переднего ведущего моста.
Она имеет две передачи (двухступенчатый зубчатый
редуктор): прямую и понижающую (с большим передаточным числом), что позволяет увеличить общее
число передач в два раза и облегчает работу автомобиля в тяжелых условиях. Такие двухступенчатые
раздаточные коробки устанавливаются, например, на
полноприводных грузовых автомобилях ГАЗ, передаточное число их понижающей передачи равно 1,98.
Основными частями раздаточной коробки являются (рис. 44): 1 — зубчатое колесо понижающей
передачи, установлено неподвижно на промежуточном вале; 2 — промежуточный вал, опирается на два
шарикоподшипника, установленных в стенке картера; 3, 4, 8, 10, 13, 18, 20, 24 — шариковые подшипники; 5 — фланец, при помощи которого раздаточная коробка крепится к раме; 6 — ведущий
вал, опирается на два подшипника, один (шариковый) — в стенке картера, а другой (роликовый) — в гнезде ведомого вала привода заднего моста; 7 — шестерня включения понижающей передачи и заднего моста, перемещается на ведущем
валу; может входить в зацепление с внутренним
венцом шестерни 9 (при включении прямой передачи) и с колесом 1 (при включении понижающей
передачи); 11 — сапун для сообщения картера с атмосферой; 12 — ведомый вал привода заднего моста, изготавливается с шестерней 9 как целое, опирается на два шарикоподшипника, расположенных
191
Справочник автомеханика
15
21
22
23
24
25
Рис. 44. Устройство
раздаточной
коробки
в задней стенке картера и в крышке, на этом валу
установлена червячная пара привода спидометра;
фланец на шлицевом конце ве14
крышка; 15
домого вала, к которому крепится карданный вал;
червяк; 17
зубчатое колесо
16
колесо; 19
привода переднего моста, перемещается по шлицам
промежуточного вала; может входить в зацепление
с шестернями 9, 22\ 21 — чугунный картер, в котором установлены валы с колесами, заполняется
маслом через специальное отверстие; 22 — шестерня привода переднего моста, установлена неподвижно на заднем конце вала привода переднего моста;
вал привода переднего моста, опирается на
23
два шарикоподшипника; 25 — фланец, к которому
крепится карданный вал, установлен на переднем
конце вала привода переднего моста.
192
Г лава 5
Раздаточная коробка управляется механизмом,
состоящим из следующих деталей (по две каждой)
рычаги, тяги, плунжеры с пружинами, ползуны
с вилками (на одном плунжере имеется две выемки под плунжеры, а на другом — три), фиксаторы.
Карданная передача предназначена для передачи крутящего момента от ведомого вала коробки
передач (раздаточной коробки) к ведущему валу
главной передачи. Необходимость применения карданной передачи вызвано тем, что ведущие мосты
при движении автомобиля могут изменять свое положение относительно рамы (потому, что они подвешены посредством упругих элементов), а т. к. коробка передач установлена на раме неподвижно, то
приходится иметь дело с валами, оси которых пересекаются под меняющемся углом. Д л я устранения этого и применяется карданная передача, состоящая из карданных шарниров, карданных валов и опоры.
Различаются жесткие и мягкие карданные шарниры неравных угловых скоростей (применяются
при углах наклона осей не более 23°) и жесткие
карданные шарниры равных угловых скоростей
(применяются при углах наклона осей до 40°).
Жесткий карданный шарнир неравных угловых
скоростей состоит из следующих частей: 1) ведущая вилка; 2) крестовины с шипами, внутри которых имеются смазочные каналы, при сборке в глухие отверстия шипов закладывается консистентная
смазка; 3) игольчатые подшипники, надеваются на
шипы крестовин; 4) ведомая вилка.
Крутящий момент передается от ведущей вилки к ведомой через крестовину. При этом ведущая
7. Зак. 47
193
Справочник автомеханика
вилка вращается равномерно, а ведомая — неравномерно: за каждый оборот ее угловая скорость
дважды изменяется (увеличивается и уменьшается). Д л я того чтобы исключить неравномерное вращение ведомого вала в карданной передаче, по
обеим сторонам карданного вала располагаются по
карданному шарниру неравных скоростей так, чтобы их вилки лежали в одной плоскости (двойная
карданная передача). При таком расположении
шарниров неравномерность вращения ведущего
вала одного компенсируется неравномерностью
вращения другого. В результате ведомый вал карданной передачи равномерно вращается со угловой скоростью, равной угловой скорости ведущего вала.
Мягкий карданный шарнир неравных угловых
скоростей имеет в своей конструкции муфту из
эластичного материала (упругий элемент), благодаря упругой деформации которого происходит передача крутящего момента между несоосными валами и обеспечивается защита трансмиссии от жестких ударов. Такие шарниры устанавливаются в карданных передачах легковых аьтомобилей, например,
ВАЗ—2105, -2107.
Карданные шарниры равных угловых скоростей широко применяются, так как имеют простую
конструкцию, обладают высокой работоспособностью. Они разделяются на шариковые и кулачковые шарниры.
Шариковый шарнир равных угловых скоростей состоит из следующих частей (рис. 45, а).
Кулачковый шарнир равных угловых скоростей состоит из следующих частей (рис. 45, б).
194
Глава 5
5
1
3
2
9
4
8
5
7
6
а)
10
11
12
13
14
б)
Рис. 45. Шариковый (а) и кулачковый (б) шарниры:
I, 4 — вилки с овальными канавками,
изготавливаются
как целое с шлицевыми валами, в канавки
закладывается
по два рабочих шарика; 2,3 — делительные канавки:
5 — шлицевые валы; в — шпилька, удерживает от осевых
смещений центральный шарик; 7 — штифт, фиксирующий
положение центрального шарика; 8 — центральный шарик,
находится в сферических впадинах внутренних торцов
вилок, удерживает от выкатывания из канавок четыре
рабочих шарика, центрирует вилки; 9 — шарики, пять
штук, находятся в канавках вилок; 10, 14 — ведущая
и ведомая вилки, вращаются вокруг кулачков
(в вертикальной плоскости) и вокруг диска
(в горизонтальной
плоскости вместе с
кулачками);
II, 13 — кулачки, в пазы которых входит диск;
12 — диск, передает крутящий момент от ведущей вилки
к ведомой вилке
Вращение вилок с одинаковыми угловыми скоростями обеспечивается тем, что рабочие шарики
в канавках (обеспечивается форм ой канавок) в
плоскости, которая делит угол между осями вилок
на две равные части.
т
195
Справочник автомеханика
Карданные коробки, устанавливаемые на разных автомобилях, имеют почти одинаковую конструкцию (различаются в основном размерами
своих частей и типом устанавливаемых карданных
шарниров). Их валы (промежуточный и основной)
изготавливаются из тонкостенной трубы, на концы которой устанавливаются вилки карданных
шарниров (запрессовываются и привариваются).
Д л я уменьшения вибраций, возникающих при вращении карданной передачи, карданные валы подвергаются динамической балансировке. Д л я устранения дисбаланса к валу привариваются балансировочные пластины (для промежуточного вала) или
пластины привариваются под крышки подшипников карданных шарниров (для основного вала).
Промежуточная опора карданной передачи, находящаяся на заднем конце промежуточного карданного вала, крепится к раме автомобиля с помощью
кронштейна. Она неразборная, поглощает вибрации.
Ведущий мост представляет собой агрегат, объединяющий в одно целое главную передачу, дифференциал и полуоси колес. Конструктивно он является пустотелой балкой с двумя рукавами, в которые запрессовываются трубчатые кожухи полуосей,
предназначенные для установки ступиц колес автомобиля, и картером в средней части с размещенным в нем дифференциалом и главной передачей.
Балки ведущих мостов изготавливаются литыми или штампованно-сварными.
Главная передача предназначена для увеличения
крутящего момента и передачи его через дифференциал на перпендикулярные к продольной оси автомобиля полуоси. Главная передача — это червячный
196
Глава 5
ы
Е
Я
М
М
М
М
Р
Ч
М
М
М
Н
Ш
М
М
или зубчатый редуктор. Наиболее распространенной
является зубчатая конструкция главной передачи,
обеспечивающая передаточное число от 4 до 9.
Различаются одинарные (устанавливаются на
легковых автомобилях, имеют одну пару зубчатых
колес) и двойные (устанавливаются на легковых и
на грузовых автомобилях, имеют две пары зубчатых колес) главные передачи.
Различаются обычные (оси зубчатых колес пересекаются, рис. 46, а) и гипоидные (оси зубчатых
колес смещены относительно друг друга, зубья имеют специальную форму, рис. 46, б) одинарные передачи. Гипоидные передачи обеспечивают более
надежную, бесшумную и плавную работу, но требуют применения специальных масел.
Двойные главные передачи могут быть центральными (обе пары зубчатых колес расположены
в одном картере) и разнесенными (пары зубчатых
колес разнесены, расположены отдельно). Эти передачи более прочны, их применение повышает
проходимость автомобиля.
Разнесенная передача (двойная) состоит из находящейся в заднем мосту конической зубчатой передачи и колесных редукторов (цилиндрические
зубчатые передачи).
Одинарная главная передача работает следующим
способом (рис. 45): от карданной передачи крутящий момент поступает на ведущую коническую шестерню (1), а от нее — на ведомое колесо (2). С ведомого колеса крутящий момент через дифференциал и полуоси передается на ведущие колеса.
Центральная главная передача (двойная) работает следующим образом (рис. 45, в): крутящий
197
Справочник автомеханика
а)
б)
в)
Рис. 46. Схема главной передачи:
1 — шестерня; 2 — ведомое колесо; 3 — ведущая шестерня
(коническая);
4 — ведомая шестерня; 5 — шестерня
(цилиндрическая);
6 — шестерня
(цилиндрическая)
момент передается по цепочке: ведущая шестерня (коническая) — ведомая шестерня — шестерня (6) (цилиндрическая, установлена на одном валу с шестерней (4)) — шестерня (5) (цилиндрическая) и далее
через необходимые механизмы на ведущие колеса.
Дифференциал предназначен для распределения крутящего момента между ведущими колесами.
Он обеспечивает вращение левого и правого колеса с разными частотами, что необходимо на поворотах .
Различаются симметричный (крутящий момент
между полуосями распределяется в равных частях)
и несимметричный (крутящий момент между полуосями распределяется неодинаково) межколесный
дифференциал.
198
Глава 5
Симметричные дифференциалы бывают межколесные конические, межосевые конические (устанавливаются на автомобилях с колесной формулой
6x4, 6x6, имеющих ведущие мосты, которые могут работать при различном сцеплении с дорогой)
и кулачковые повышенного трения (устанавливаются, например на автомобилях повышенной проходимости в главной передаче переднего ведущего
моста).
Конический симметричный межколесный дифференциал (рис. 47) устанавливается в главной передаче.
4 5
Рис. 47. Конический
симметричный
межколесный
дифференциал:
1 — шестерня-сателлит;
2 — коническое зубчатое колесо;
3 — полуось, на ее шлице установлено колесо (2);
4 — крестовина, крепится между двух чашек, из которых
состоит коробка дифференциала, на ней установлены
шестерни-сателлиты; 5 — ведомое колесо; 6 — ведущая
шестерня; 7 — шестерня-сателлит; 8 — коническое
зубчатое колесо; 9 — полуось, на ее шлице установлено
колесо (8)
199
Справочник автомеханика
Дифференциал (межколесный) работает следующим образом: крутящий момент от ведущей шестерни (6) главной передачи передается на ведомое колесо (5) главной передачи, жестко соединенное с коробкой дифференциала, в результате крестовина с сателлитами начинает вращаться. Когда автомобиль
движется прямолинейно (колеса вращаются с одинаковой частотой и испытывают одинаковое сопротивление), сателлиты не поворачиваются относительно
своих осей и обеспечивают вращение конических зубчатых колес с одинаковой частотой (полуоси соединены). Когда автомобиль движется криволинейно, поворачивает (колеса автомобиля испытывают разное сопротивление, скорость их вращения разная и, значит,
скорость вращения полуосей тоже разная), полуось с
зубчатым колесом, связанные с проходящим меньший
путь колесом автомобиля, вращаются медленнее второй полуоси с колесом. Это обеспечивается вращением сателлитов на шипах крестовины и перекатыванием их по зубчатому колесу, вращающемуся с меньшей угловой скоростью.
Межколесный дифференциал своей конструкцией обеспечивает равное распределение крутящего
момента между колесами, что является недостатком при движении по бездорожью, неровным и
скользким дорогам.
Межосевой конический дифференциал (его картер) крепится к картеру главной передачи промежуточного моста. Коробка дифференциала состоит из
двух соединенных болтами чашек. Внутри нее размещается дифференциальный механизм, состоящий
из шестерен-сателлитов, крестовины, зубчатых колес
привода заднего моста и привода промежуточного мо-
200
Глава 5
ста. Зубчатое колесо привода промежуточного моста
наружными зубьями входит в постоянное зацепление с внутренней зубчатой муфтой и муфтой блокировки дифференциала (механизм блокировки связан
с пневматическим краном управления, расположенным на приборном щитке в кабине автомобиля).
Кулачковый дифференциал повышенного трения состоит из двух частей {рис. 48) — сепаратор
и чашка.
Рис. 48. Устройство кулачкового дифференциала
повышенного
трения:
1 — внутренняя звездочка, соединена с полуосью шлицей,
на ее внутренней поверхности имеется два ряда кулачков
по шесть в каждом ряду; 2 — сепаратор с двумя рядами
радиальных отверстий (по 12 в одном ряду); 3 — ведомое
колесо; 4 — наружная звездочка, соединена с полуосью
шлицей, на ее наружной поверхности имеется один ряд
кулачков; 5 — чашка; 6 — сухари, расположены
в отверстиях сепаратора между внутренней и наружной
звездочками
201
Справочник автомеханика
Когда автомобиль движется прямолинейно, частота вращения звездочек одинакова. Когда автомобиль движется криволинейно, звездочки вращаются с разной частотой. Это обеспечивается самоблокировкой дифференциала (сухари прижимаются сепаратором к кулачкам звездочек), в результате
чего возникает сила трения, которая и приводит к
перераспределению крутящего момента между колесами.
Полуоси предназначены для передачи крутящего момента от дифференциала к ступицам ведущих
колес. Один конец полуоси (с шестерней) устанавливается в коробке дифференциала, а другой с помощью шпилек крепится к ступице колеса автомобиля .
По положению опорного подшипника различаются полуоси:
• полуразгруженные (способны воспринимать
крутящий и изгибающий моменты, опираются на
шарикоподшипник, расположенный на наружном
конце полуоси внутри кожуха заднего моста; устанавливаются на легковых автомобилях, грузовых
малой массы и автобусах особо малого класса);
* полностью разгруженные (опираются на подшипник, размещенный на кожухе заднего моста,
способны воспринимать только крутящий момент,
устанавливаются на грузовых автомобилях средней
и большой массы и автобусах среднего и большого
классов).
202
Глава 5
Ходовая часть (несущая система,
управляемый мост и подвеска)
Рама. Основным несущим элементом автомобиля
является рама. Она воспринимает все нагрузки, на
нее устанавливаются все основные механизма автомобиля: двигатель, трансмиссия, органы управления, кабина, кузов, дополнительное и специальное оборудование. На легковых автомобилях малого и особо малого классов роль рамы выполняет несущий кузов автомобиля.
Рамы разделяются на лонжеронные (лестничные, наиболее распространены) и центральные
(хребтовые, гораздо сложнее конструктивно).
Лонжеронная рама состоит из двух продольных
лонжеронов и нескольких поперечин, соединенных
сваркой. Лонжерон — это балка в форме швеллера
переменного сечения из листовой стали (максимальная высота — в средней части рамы). Лонжероны
могут располагаться параллельно (например, на автомобилях Г А З ) или могут сходиться в передней
части (например, на автомобилях ЗИЛ). К передней
части лонжеронов крепятся передний буфер автомобиля и буксирные крюки, между лонжеронами
располагается кронштейн для фиксации положения
пусковой рукоятки. На левом лонжероне в гнезде
устанавливается аккумуляторная батарея, на правом на кронштейнах — запасное колесо, платформа, указатель поворота.
203
Справочник автомеханика
Поперечины имеют форму, приспособленную для
устанавливаемых на них деталях.
На кронштейнах, установленных (приваренных
или приклепанных) на первой (передней) поперечине, крепятся: радиатор, опоры для двигателя, передние рессоры, картер рулевого механизма (на левом лонжероне). На второй поперечине установлены кронштейны для крепления промежуточной
опоры карданной передачи, задние рессоры, опоры дополнительных рессор. На задней поперечине
устанавливается тягово-сцепное устройство.
Центральная рама состоит из одной центральной несущей балки (швеллер или круглая балка,
может быть составлена из картеров главных передач и раздаточной коробки, соединенных патрубками) и поперечин, на которых располагаются агрегаты автомобиля.
Управляемый передний мост предназначен для
установки передних управляемых колес, обеспечивает поворот автомобиля. Именно он передает возникающие при движении силы и моменты от колес на кузов или раму. Каждому типу ходовой части (рамы, подвесок и т. д.) соответствует определенная конструкция переднего моста. В зависимости
от типа направляющего устройства подвески различаются разрезные (подвеска связана с колесами через упругий элемент) и неразрезные мосты (подвеска
связана с колесами жестко). Он может быть жестко
укреплен на раме (например на автомобиле ГАЗ—
24 передний мост является поперечной балкой подвески), может быть подвешен к раме кузова на рессорной зависимой подвеске (например на переднеприводных автомобилях УАЗ).
204
Глава 5
Конструкция переднего моста, например у автомобиля ЗИЛ—431410
(рис.49).
7
6
5
4
3
2
Рис. 49. Конструкция
переднего моста:
1 —ступица переднего колеса с отверстиям для
запрессовки шпилек, на которые устанавливаются
диски
колес; 2 — роликовый подшипник,
устанавливается
на цапфе, на нем вращается ступица переднего колеса;
контрогаика;
3 гайка; 4
замочное кольцо; 5
6
поворотные стальные кованые цапфы, вращаются
на шкворнях в горизонтальной плоскости
(максимальный
угол поворота влево — 36\ вправо — 34°), на фланце цапфы
имеются выступы с втулками для соединения с концом
шкворня; 7 — рамочная шайба; 8 — шкворни, благодаря им
балка шарнирно соединяется с цапфами; 9 — тормозной
барабан, крепится к внутренней стороне ступицы колеса;
10-— втулка; 11 — прокладка; 12 — клиновидные штифты
для крепления шкворней; 13 — балка (стальной
двутавр)
с отверстиями на концах для шкворней
205
Справочник автомеханика
а)
б)
Рис. 50. Схема конструкции
подвесок
У г л ы установки колес, обеспечиваемые конструкцией переднего управляемого моста: у г л ы развала и схождения передних колес, поперечный и
продольный углы наклона шкворней.
У г о л развала колес а (рис. 50, а) — угол между вертикальной плоскостью, параллельной продольной оси автомобиля, и плоскостью вращения
колес, при отклонении верхней части колеса от вертикальной плоскости наружу угол развала считается положительным, при отклонении внутрь считается отрицательным. Д л я нормальной работы автомобиля развал колес должен быть положительным
и изменяться в пределах от 0 до 2°. Положительное значение угла развала уменьшает расстояние
между точкой касания колеса с дорогой и пересечением с дорогой продолжения оси шкворня (плечо поворота). Угол развала обеспечивается углом наклона поворотных цапф.
206
Глава 5
Схождение колес 8 равно разности расстояний
между передними и задними точками колес, изменяется в пределах от 2 до 12 мм (расстояния измеряются в средней плоскости по внутренним поверхностям боковин шин спереди и сзади колеса).
Угол схождения не более 1°, зависит от угла развала. Схождение необходимо для компенсации отклонения колес от вертикальной плоскости автомобиля, возникающего при движении автомобиля.
У г о л поперечного наклона шкворня (3 — это
угол между осью шкворня и вертикальной плоскостью, проходящей через продольную ось автомобил я (верхний конец шкворня наклонен внутрь).
Угол развала и наклон шкворня уменьшают плечо
момента, прикладываемого при поворотах к колесу. Изменяется в пределах от 6 до 10°.
У г о л продольного наклона шкворня у — угол
между осью шкворня и вертикальной плоскостью
(рис. 50, б), расположенной перпендикулярно продольной оси автомобиля. Изменяется в пределах от
2,5 до 3,5° (при наличии на автомобиле шин повышенной эластичности — не более 1°).
Углы поперечного и продольного наклона шкворня обеспечивают возврат колес после поворота в прямолинейное движение.
Подвески предназначены для смягчения ударов
и толчков, гашения колебаний рамы и кузова, снижения динамических нагрузок на ходовую часть.
Любая подвеска состоит из:
— упругого элемента (пружин, листовых рессор, торсионов, пневмобаллонов), связывающего
раму с мостом и поглощающего удары;
207
Справочник автомеханика
— амортизатора (гасящий элемент), гасящего колебания рамы (наиболее распространены телескопические амортизаторы двустороннего действия);
— направляющего устройства для обеспечения
вертикального перемещения колес и передачи тормозных и толкающих усилий к раме от колес;
— стабилизатора поперечной устойчивости (для
легковых автомобилей).
Подвески разделяются на зависимые (оба колеса жестко связаны мостом) и независимые (перемещения колеса не зависят друг от друга, оба колеса подвешены к раме). Грузовики и автобусы в
основном укомплектованы зависимой подвеской и
неразрезными передними мостами. Упругим элементом зависимой подвески наиболее часто является рессора, выполняющая роль и направляющего элемента.
Примером независимой подвески является бесшкворневая независимая рычажно-пружинная подвеска, устанавливаема на многих легковых автомобилях (ВАЗ, ГАЗ, И Ж ) . Поворотная стойка (ее
концы опираются на шаровые подшипники в верхнем и нижнем рычагах) такой подвески жестко
соединена с цапфой колеса, которая может перемещаться в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Ступица колеса опирается на роликовые
подшипники на цапфе поворотной стойки.
Бесшкворенная подвеска устанавливается на поперечине переднего моста, там же закреплены и
оси верхних и нижних рычагов подвески. Сами рычаги качаются: верхние — на резинометаллических
втулках, нижние — на шарнирах.
%
208
Глава 5
Роль упругого элемента бесшкворенной подвески
выполняет цилиндрическая пружина с телескопическим амортизатором внутри, установленная между
нижним рычагом и поперечиной. К рычагам прикрепляются резиновые буфера сжатия и отдачи, ограничивающие ход колес соответственно вверх и вниз.
На переднеприводных легковых автомобилях устанавливается независимая подвеска передних колес с качающейся телескопической стойкой и цилиндрической пружиной на ней, которая выполняет функции направляющего и устройства и амортизатора. Имеется буфер сжатия и буфер отдачи.
Верхний конец стойки соединяется с кузовом, нижний — с поворотной цапфой.
Примером зависимой подвески является зависимая рессорная подвеска, устанавливаемая на грузовых автомобилях ЗИЛ—431410 (рис. 51). Аналогичные подвески имеют многие автомобили с колесной формулой 4x2.
Рессоры (полуэллиптические) составлены из 11-ти
прямоугольных листов из кремнистой стали, стянутых хомутами. Два самых больших листа называются коренными. Чтобы листы рессоры не передвигались относительно друг друга, в их середине
имеется по две вы давки. С помощью таких рессор,
снабженных гидравлическими амортизаторами, передний мост подвешивается к раме.
Зависимая подвеска заднего моста состоит из
двух пар полу эллиптических рессор: одна пара —
основная (по 13 листов в каждой рессоре), другая —
дополнительная, или подрессорники (по 9 листов в
каждой рессоре). Основные рессоры крепятся к балке заднего моста с помощью стремянок и накладок,
209
Справочник автомеханика
1
2
3
4
5
6
7
12
8
11
9
Рис. 51. Схема конструкции зависимой подвески
в грузовых автомобилях
ЗИЛ—431410:
1 — кронштейн рамы, шарнирно соединенный с передним
концом рессоры; 2 — стремянка для крепления ушка;
3 — хомуты, стягивающие листы рессор; 4 — резиновый
буфер, прикреплен к рессоре стремянками
(10),
ограничивает прогибы рессоры; 5 ~~ гидравлические
амортизаторы, шарнирно соединенные с передним мостом;
6 — резиновый буфер, установлен в опоре на лонжероне
рамы, ограничивает прогибы рессоры; 7 — кронштейн,
к которому крепится задний конец рессоры, опирающийся
на сухарь; в кронштейне установлены
защитные
вкладыши; 8 — вспомогательная
накладка,
предназначенная для предохранения от изнашивания
коренного листа рессоры; 9 — балка переднего моста;
10 — стремянки для соединения средней части рессоры
с балкой переднего моста; 11 — накладка для крепления
ушка; 12 — ушко с запрессованной в него втулкой,
через которую проходит рессорный палец (на грузовых
автомобилях ГАЗ ушек нет, вместо них для крепления
коренных листов применяются толстостенные
резиновые
вкладыши )
их концы крепятся в кронштейнах к раме. Обе пары
рессор работают при нагружении автомобиля, если
автомобиль не нагружен, работают только основные
рессоры.
210
Глава 5
На трехосных автомобилях при близком расположении промежуточного и заднего мостов устанавливается балансирная подвеска на продольных перевернутых полуэллиптических рессорах, устроенная
следующим образом: ступица во втулках устанавливается на концах поперечной оси, прикрепленной на кронштейнах к раме автомобиля. С помощью кронштейна ступица крепится к средней части рессоры, которая концами опирается на кронш т е й н ы п о л у о с е в ы х к о ж у х о в задних мостов.
Толкающие усилия передаются на раму от ведущих мостов через штанги. Применение балансирной подвески позволяет рассматривать оба задних
моста в совокупности, как качающуюся вместе с
рессорами (на оси) тележку, причем каждый мост
перемещается независимо, что обеспечивает высокую проходимость автомобиля.
Амортизаторы предназначены для гашения собственных колебаний подвески при езде по неровным дорогам. В настоящее время широко применяются гидравлические амортизаторы, работа которых
основана на сопротивлении вязкой амортизационной
жидкости (масла веретенное, трансформаторное,
турбинное, всесезонное и др.), возникающем при
ее прохождении через калиброванные отверстия.
Они разделяются на амортизаторы одностороннего
и двустороннего действия.
Амортизаторы одностороннего действия гасят колебания, возникающие только при удалении подрессорной (рама и платформа) части от неподрессорной (мосты и колеса) части (так называемый ход
отдачи рессоры). Поэтому они применяются достаточно редко. Амортизаторы двустороннего действия
211
Справочник автомеханика
способны гасить колебания, возникающие при удалении (ход отдачи) и при сближении (ход сжатия
рессоры) подрессорной и неподрессорной частей.
Основные части гидравлического амортизатора
двустороннего действия (телескопический амортизатор) представлены на рис. 52.
Резервуар, охватывающий рабочий цилиндр, выполняет роль компенсационной камеры, то есть служит для компенсации изменения объема жидкости
в рабочем цилиндре над и под поршнем, которое
возникает при перемещении подвески.
Во время движения автомобиля при плавном
ходе сжатия рессоры поршень движется вниз, жидкость через открытый перепускной клапан и отверстие (6) поступает в надпоршневое пространство, но т. к. там находится шток, вся поступающая жидкость там не помещается. Непоместившаяся часть перетекает через калиброванное отверстие
клапана сжатия, остающегося закрытым, в резервуар. При резком ходе сжатия рессоры происходит резкое перемещение поршня, в результате клапан сжатия под действием резко возросшего давления под поршнем открывается, и жидкость из рабочего цилиндра уже через большее отверстие
поступает в резервуар. Сопротивление амортизатора становится значительно меньше.
При плавном ходе отдачи рессоры поршень движется вверх, перепускной клапан под действием
возросшего давления над поршнем закрывается,
жидкость из верхней части рабочего цилиндра через внутренний ряд отверстий поршня поступает в
нижнюю часть. Одновременно открывается впускной
212
Глава 5
13
1
12 11 10
14
9
15
8 7
16
6
17
5
18
19
4
3
2
1
Рис. 52. Гидравлический амортизатор
двустороннего
действия:
1 — проушины, приварены к штоку и резервуару, с помощью
которых крепится амортизатор; 2 — кожух
амортизатора; 3 — резиновый сальник для уплотнения,
расположенный в верхней части штока; 4 — сальник
для уплотнения полости резервуара, расположен между
направляющей штока и обоймой сальника (3);
5 — перепускной клапан, закрывающий сверху отверстия
большей окружности, расположенные на поршне;
6 — отверстия большой окружности, расположенные на
поршне; 7 — клапан отдачи, состоит из двух стальных
дисков, своим дроссельным диском он перекрывает
отверстия малой окружности, расположенные на поршне;
8 — прижимная пружина, прижимает диски клапана
отдачи к поршню; 9 — впускной клапан; 10 — клапан
сжатия; 11 — пружина, прижимающая клапан сжатия;
12, 13 — отверстия в корпусе, расположенном в нижней
части рабочего цилиндра; 14 — поршень со сквозными
отверстиями, расположенными по окружностям
разных
диаметров двумя рядами по 10 отверстий в ряду;
15 — отверстия меньшей окружности,
расположенные
на поршне; 16 — резервуар; 17 — рабочий цилиндр,
в котором перемещается шток и поршень;
18 — шток с поршнем и клапанами; 19 — отверстие,
через которое жидкость поступает в полость резервуара
Справочник автомеханика
клапан. При резком ходе отдачи давление жидкости над ним резко возрастает, в результате клапан отдачи открывается, и жидкость поступает из
резервуара в подпоршневое пространство рабочего
цилиндра.
Сопротивление амортизатора пропорционально
квадрату скорости перетекания амортизационной
жидкости.
Существуют гидравлические амортизаторы (рычажные) с двумя поршнями с клапанами, между
которыми находится вал с рычагом.
Колеса предназначены для обеспечения передвижения автомобиля, изменения направления движения, смягчения толчков, передачи нагрузки от
автомобиля на дорогу; они непосредственно связывают автомобиль с дорогой.
В зависимости от назначения колеса разделяются на:
• ведущие (обеспечивают поступательное движение автомобиля, преобразуют крутящий момент от
трансмиссии в силу тяги),
• управляемые, или ведомые (задают направление движения, воспринимают усилия от кузова через подвеску),
• комбинированные (обеспечивают поступательное движение и задают его направление).
Колесо состоит из следующих частей: диск, обод,
пневматическая шина (точнее, в автомобилестроении колесом считается промежуточный элемент
между ступицей и шиной). Его ступица входит в
состав сборочного узла соответствующего моста.
Обод — это внешняя (наружная) часть колеса,
на которую монтируется шина.
214
Глава 5
Диск — это центральная часть колеса, несущая
обод, в ней имеются отверстия для крепления колеса к ступице.
В зависимости от конструкции соединительной
части диска (соединяет ступицу с ободом) колеса
разделяются на:
• дисковые (обычно устанавливаются на легковых автомобилях);
• бездисковые (устанавливаются на автомобилях
КамАЗ, МАЗ, автобусах Л и А З ) ;
• спицевые (используются редко).
Дисковое колесо имеет следующую конструкцию: обод и диск, изготовленные штамповкой из
листовой стали, являются неразъемным сварным соединением. Обод в средней части имеет кольцевое
углубление для облегчения монтажа колеса. Борта
шин устанавливаются на конические посадочные
полки, находящиеся по обеим сторонам обода. На
многих грузовиках для облегчения монтажа устанавливается обод плоский разъемный. На наружной стороне диска имеются ребра жесткости и выступы, к которым крепится декоративный колпак.
Бездисковое колесо не имеет диска, то есть обод
со ступицей соединяются непосредственно без промежуточной детали (если колесо заднее, то устанавливается на прикрепленное к ступице кольцо).
Бездисковые колеса используются реже.
Пневматические шины достаточно разнообразны
по конструкции. Они различаются по устройству,
размерам, форме, давлению воздуха, способу герметизации.
Для шин легковых и грузовых малой массы максимальное допустимое давление равно 0,2—0,3 МПа,
215
Справочник автомеханика
для грузовых большей массы и автобусов — равно
0,5-0,75 МПа.
В зависимости от способа герметизации внутренней полости пневматические шины разделяются на камерные и бескамерные.
Камерная шина состоит из следующих частей:
покрышка (внешняя несущая оболочка, удерживает и защищает камеру), камера с вентилем (внутренняя полость, в которую накачивается воздух под
давлением), ободная лента (устанавливается между
ободом и камерой для защиты камеры от защемлений и истирания, легковые автомобили не имеют).
Бескамерные шины герметизируются наложением на внутренний слой каркаса воздухонепроницаемого резинового слоя и имеют специальный вентиль, вставленный в отверстие обода колеса. Эти
шины легче по массе, лучше балансируются, при
проколах (особенно небольших) медленнее теряют
воздух.
Покрышка состоит из следующих частей:
• каркас из нескольких слоев корда (прорезиненной ткани), жестко присоединен к бортам;
• брекер (подушечный слой) — резинотканевая
прослойка между протектором и каркасом для защиты каркаса от повреждений;
• боковины — тонкий эластичный слой резины
на боковых стенках каркаса, защищает каркас от
повреждений, на боковинах наносится маркировка покрышек;
• протектор — толстый слой резины с рельефным рисунком для лучшего сцепления с дорогой,
находится поверх каркаса;
216
Глава 5
• борта, крепящие крышку на ободе колеса, в
них вмонтирован сердечник (кольцо) из стальной
проволоки для упрочнения.
В зависимости от конструкции каркаса шины
разделяются на:
• диагональные (нити соседних слоев корда пересекаются под определенным углом 95—115° в виде
ромбовидной сетки, число слоев корда четное, обычно четыре),
• радиальные (нити корда не пересекаются и
расположены по радиусу от борта к борту в поперечной плоскости, проходящей через ось вращения
колеса), имеют меньшее сопротивление качению и
больший срок службы.
Рисунок протектора может быть направленным
или асимметричным. Направленные шины предназначены для вращения только в одну определенную
сторону. Асимметричные шины устанавливаются
одной строго определенной стороной наружу, а другой внутрь (в сторону к продольной оси автомобил я ) . Наружная сторона асимметричных шин лучше проявляет себя на твердых летних дорогах,
внутренняя — на зимних.
Маркировка шины указывает завод-изготовитель, даты выпуска, серийный номер, размеры.
Размеры шины обозначаются двумя числами (в мм
или дюймах), первое определяет ширину профил я , второе — посадочный диаметр на обод колеса.
Максимальная допустимая скорость обозначена
буквами: S —180 км/час, Q — 160 км/час, Р —
150 км/час, L — 120 км/час.
217
Справочник автомеханика
Д л я морозостойких шин на боковине делается
надпись «Север», для бескамерных — надпись «Бескамерная » .
Рисунок протектора обозначается следующим образом: Д — дорожное (для дорог с бетонным или
асфальтовым покрытием и гладких грунтовых),
У — универсальное или всесезонное (обладает более лучшими сцепными качествами по сравнению
с дорожным), П П — повышенной проходимости.
Выпускаются шины с протекторами, предназначенными специально для гоночных и спортивных автомобилей, легковых высокой проходимости, шины
с ошиповкой (зимние).
Шины с дорожным рисунком обладают следующими качествами: низкое сопротивление качению
и шумность, высокая износостойкость, пониженные сцепные свойства при езде по загрязненным
и покрытым снегом дорогам.
Шины зимние хороши на заснеженных и обледеневших дорогах, особенно ошипованные. Они
имеют рисунок с крупными шашками и ламелями
(дополнительными поперечными прорезями), расчленение глубокое, обладают повышенными сцепными свойствами, но изготавливаются из более
мягкой резины, чем шины с дорожным покрытием. Поэтому при езде по твердым дорогам быстрее изнашиваются и больше шумят. Шипы противоскольжения применяются не на всех видах
зимних шин.
Шип представляет собой стержень из твердого
сплава, находящийся в корпусе из мягкой стали.
Корпус шипа постепенно в процессе эксплуатации
изнашивается вместе с протектором шины, а стер-
218
Глава 5
жень остается целым, надолго обеспечивая эффективность работы шипа.
Шины с протектором повышенной проходимости имеют более грубый рисунок с преобладанием
расчленения в продольном направлении, что повышает устойчивость автомобиля на бездорожье, но
понижает сцепные свойства при езде по скользким
дорогам.
Шины спортивных и гоночных автомобилей изготавливаются из износостойкой резины, имеют низкий широкий профиль с невысокими нерасчлененными шашками иди полосами и водоотводящими
канавками.
Рулевое управление
Рулевое управление предназначено для обеспечения движения автомобиля по заданной траектории, изменение направления движения осуществляется поворотом передних управляемых колес. Оно
состоит из рулевого механизма и рулевого привода.
При повороте траекториями движения передних
управляемых колес являются дуги концентрических
окружностей, центр которых лежит в точке О пересечения продолжения задней оси автомобиля с
осями вращения передних колес (рис. 53). Благодаря этому колеса не будут испытывать бокового
скольжения.
При этом управляемые колеса поворачиваются
на разные углы: угол поворота внутреннего колеса
(X больше, чем угол поворота наружного колеса
219
Справочник автомеханика
1
2
3
Рис. 53. Траектории движения передних колес:
1 — балка; 2 — правый поворотный рычаг; 3 — рулевая
тяга; 4 — левый поворотный рычаг; 5 — цапфы;
6 — продольная тяга
а ( а > с у . Д л я выполнения этого соотношения
рулевой управление имеет форму трапеции (рулевая трапеция), основаниями которой являются балка
переднего моста (большее основание) и поперечная
рулевая тяга (меньшее основание), а боковыми сторонами — правый и левый поворотные рычаги, к
которым жестко присоединены поворотные цапфы
колес. Продольная тяга связывает один из поворотных рычагов с рулевым механизмом.
Рулевой механизм предназначен для преобразования вращения рулевого колеса в поступательное перемещение тяг привода, то есть передает уси-
220
Глава 5
лия от рулевого колеса на рулевой привод. Его передаточное число равно от 15 до 30, существуют рулевые механизмы с постоянным или с переменным
передаточным отношением.
Наиболее распространенными рулевыми механизмами в настоящее время являются механизмы:
• червячно-роликовые (на многих легковых и грузовых автомобилях, более износостойкий и управляемый, потери на трение сравнительно небольшие);
• винтореечные (устанавливаются на переднеприводных легковых автомобилях).
Червячно-роликовый рулевой механизм (рабочая пара червяк — ролик или червяк — зубчатый
сектор, имеет зацепление с переменным зазором)
состоит из следующих основных частей (рис. 54).
Червячный механизм с парой червяк — сектор
работает следующим образом: при повороте рулевого колеса его вращение передается через вал рабочей паре. Червяк начинает вращаться, перемещая
вниз или вверх находящийся в зацеплении с ним
сектор. В результате сошка, связанная с валом сектора, отклоняется. Ее отклонение передается через
рычаг на одну из поворотную цапфу. Поворот этой
цапфы вызывает поворот цапфы другого колеса (через рычаги), и оба колеса поворачиваются.
Реечный рулевой -механизм (рабочая пара шестерня — рейка прямозубая или косозубая) устроен следующим образом: внутри картера помещается опирающийся на два шарикоподшипника вал, который
составляет целое с шестерней рабочей пары. Соединение (без зазора) шестерни с зубчатой рейкой
обеспечивается металлокерамическим упором и пружиной. Механизм имеет крышку, тяги, крепится
221
Справочник автомеханика
на панели переда кузова. Рулевое колесо установлено на шлицах в верхней части вала.
Рис. 54. Устройство
червячно-роликового
рулевого
механизма:
1 — картер; 2 — фасонная головка вала рулевой сошки;
вал сошки опирается на роликовый подшипник и бронзовую
втулку и уплотняется сальником; сошка
устанавливается
на шлицы вала; 3 — ролик трехгребневый (или
двухгребневый),
вращается на цилиндрическом
роликовом
подшипнике; 4 — прокладки, установлены под нижней
крышкой картера, регулируют роликовые подшипники
червяка; 5 — червяк глобоидный. вращается на двух
конических роликовых подшипниках; 6 — вал рулевого
колеса, на котором установлен червяк; 7 — ось,
запрессована в головку вала рулевой сошки, на ней
установлен подшипник, в котором вращается ролик
222
Глава 5
Существуют и другие конструкции рулевого механизма, например, на автомобилях ЗИЛ—431410 установлен винтореечный механизм, у которого рабочей частью является соединение винт — шари<Lf
ковая гайка — сектор.
Рулевой привод обеспечивает поворот передних
управляемых колес передачей усилия от сошки на
колеса. Рулевой привод является системой рычагов, валов и тяг, которые образуют рулевую трапецию. В зависимости от типа передней подвески
рулевая трапеция привода может быть цельной (для
зависимой подвески) или расчлененной (для независимой подвескР1) с разрезной поперечной рулевой тягой.
Рулевой привод зависимой подвески, соединяющий поворотные кулаки колес с валом сошки, состоит из продольной и поперечной рулевых тяг, рычагов поворотных кулаков. Его детали испытывают достаточно большие нагрузки, в результате этого
быстро изнашиваются. Чтобы избежать преждевременного изнашивания, увеличить срок службы, детали привода изготавливаются из материалов с
улучшенными качествами, проходят термообработку, повышенная точность изготовления деталей позволяет уменьшить количество регулировок шарнирных узлов.
Соединения рулевых тяг с рычагами и сошкой
обеспечивается с помощью шаровых шарниров, унифицированных пор основным деталям.
Шарнирное соединение продольной рулевой
тяги (в форме трубы) имеет следующую конструкцию (рис. 55, а).
223
Справочник автомеханика
8
12
7
14
6
5
4
а)
б)
Рис. 54. Шарнирное соединение продольной рулевой тяги:
1 — гайка, закрепляющая шаровой палец в сошке;
2 — шаровые пальцы, устанавливаются в головках
(утолщенных
концах) рулевой тяги, один палец соединен
с сошкой, другой — с рычагом кулака; 3 — сальник,
защищает шарнир от грязи; 4 — регулировочные
пробки,
поджимают наружные сухари; 5 — сухари, охватывают
головку пальца; 6 — пружины, поджимающие
внутренние
сухари; 7 — упоры, защищающие пружины и
ограничивающие их сжатие; 8 — масленка для смазывания
шарнира; 9 — головки рулевой тяги (утолщенные концы
тяги); 10 — рулевая тяга; 11 — сошка; 12 — рулевая тяга;
13 — масленка для смазывания шарнира; 14 — шаровые
пальцы нижних рычагов, входят в цилиндрические
гнезда,
находящиеся на наконечниках тяги; 15 — пробка;
16 — пружина, поджимает сальник (17); 17 — сальник,
установлен при выходе пальца из гнезда
наконечника;
18 — отверстия меньшей окружности
Шарнирное соединение (с верхней рабочей полусферой) поперечной рулевой тяги (в форме трубы) имеет следующую конструкцию (рис. 55, б).
224
Глава 5
Шарнирное соединение (с верхней рабочей полусферой) поперечной рулевой тяги (в форме трубы) имеет конструкцию, показанную на рис. 54, б.
В поперечных рулевых тягах может быть установлен шаровой палец, имеющий нижнюю рабочую полусферу (например, на тяге автомобиля ЗИЛ—4331).
Рулевой привод зависимой подвески состоит из
сошки, маятникового рычага (аналогичен сошке по
форме и размерам), поперечной тяги, двух поворотных рычагов (жестко связаны с цапфами колес).
Поперечная тяга зависимой подвески состоит из
трех связанных шарнирно частей: средней (иногда среднюю часть называют поперечной тягой, она
опирается на маятниковый рычаг), соединяющей
сошку с маятниковым рычагом, и двух боковых тяг
(соединены с поворотными рычагами). Соединения
рулевых тяг с рычагами и сошкой обеспечиваются
с помощью шести самоподтягивающихся, разборных шаровых шарниров.
Рулевой привод переднеприводных легковых автомобилей — реечный, его рулевая трапеция расположена сзади оси передних колес, имеет расчлененную конструкцию с четырьмя шаровыми шарнирами. Состоит из двух горизонтальных составных тяг, соединенных с поворотными рычагами
телескопических стоек подвески. Поворот рулевого колеса вызывает перемещение зубчатой рейки
(валом-шестерней), далее усилие передается на поворотные рычаги, и затем на ступицы колес (через телескопические стойки).
Гидравлические усилители рулевых приводов
предназначены для облегчения управления автомобилем, обеспечения безопасности движения,
8. Зак. 47
225
Справочник автомеханика
смягчения толчков и ударов. Они увеличивают усилие водителя за счет увеличения давления масла.
Усилители могут быть встроенными в рулевой привод (например, на многих автомобилях КамАЗ,
З И Л ) или вынесенными (например, на многих автомобилях ГАЗ).
Встроенный гидравлический усилитель автомобилей ЗИЛ—4331 состоит из следующих основных
частей:
• нагнетательный масляный насос роторного типа
двойного действия (по два всасывания и нагнетания
за один оборот ротора), привод от шкива, который
ремнем соединен со шкивом коленчатого вала, создает максимальное давление 6,5—7 МПа; при вращении ротора насоса его лопасти могут вдвигаться
или выдвигаться, изменяя объем межлопастного
пространства, что приводит к перемещению масла
от бачка по каналам корпуса насоса и далее по трубопроводам к рулевому управлению и обратно:
• клапан управления, распределяет поток масла по картеру рулевого механизма, его основные
части: золотник, корпус, двенадп,ать реактивных
плунжеров с шестью пружинами, обратный шариковый клапан, два упорных подшипника; с золотником связан винт рулевого механизма;
• силовой цилиндр;
• поршень-рейка.
Во время работы нагнетательного насоса масло
поступает в корпус золотника клапана. Золотник
удерживается в среднем положении плунжерами,
на которые оказывает давление поступающее масло. При поворотах автомобиля происходит смещение золотника на расстояние не более 1 мм от его
226
Глава 5
среднего положения. Это перемещение приводит к
открытию или закрытию золотником доступа масла в наружную и внешнюю полость картера рулевого механизма и вызывает соответствующее перемещение поршня-рейки, облегчающее поворот управляемых колес.
При отказе усилителя рулевое управление может работать некоторое время и без него, при этом
перепуск масла обеспечивается обратным шариковым клапаном.
Вынесенные гидравлические усилители не увеличивает нагруженность рулевого привода, их гидроцилиндр расположен около колеса, поэтому эти
усилители предпочтительнее для установки на грузовых автомобилях большой массы. Например, на
автомобиле МАЗ—5335 установлен вынесенный гидроусилитель, состоящий из корпуса распределител я , корпуса шаровых шарниров, гидроцилиндра.
Он имеет следующую конструкцию (рис. 56).
При работе поршень со штоком не двигаются,
так как прикреплены к кронштейну рамы (в головке штока имеется шарнир для крепления), движется цилиндр под действием давления жидкости,
поступающей в полости цилиндра.
Рабочей жидкостью гидравлических усилителей
является всесезонное масло (Р), или турбинное (22)
и индустриальное масла летом, и веретенное ( А У )
зимой. Всесезонное масло не требует замены до капитального ремонта, для остальных масел требуется замена в соответствии с картой смазывания.
8*
227
Справочник автомеханика
Рис. 56. Устройство
гидроусилителя:
1 — гидроцилиндр, навернут на корпус шаровых шарниров,
его полость с одной стороны закрыта пробкой, с другой —
крышкой; 2 — шток поршня; 3 — нагнетательный
трубопровод; 4 — поршень гидроцилиндра; 5 — пробка;
6 — корпус шаровых шарниров; 7 — регулировочная
гайка;
8 — толкатель, ограничивает усилие сжатия пружины.
которая зажимает шаровые пальцы; 9, 10 — шаровые
пальцы, первый соединен с продольной рулевой тягой,
второй — с рулевой сошкой, зажимаются между
сферическими сухарями пружинами с помощью пробки
и регулировочной гайки; 11 — сливной трубопровод;
12 — крышка, закрывающая золотник; 13 — корпус
распределителя. распределитель регулирует поток
поступающей в гидроцилиндр жидкости, имеет три
кольцевые канавки на внутренней
поверхности
(одна связана сливным трубопроводом с бачком насоса,
две другие — нагнетательным
трубопроводом
с нагнетательной магистралью насоса); 14 — фланец
корпуса шаровых шарниров, к которому крепится корпус
распределителя; 15, 16 — трубопроводы, соединяют полости
гидроцилиндра с корпусом распределителя; 17 — масленка;
18 — крышка; 19 — защитный гофрированный чехол,
защищает выступающую часть штока; 20 — головка,
навернута на наружный конец штока; 21, 22 — штуцеры
228
Глава 5
Тормозная система
Общие сведения
Тормозная система предназначена для снижения
скорости автомобиля, его остановки и удержания
на месте при стоянке. Тормозная система играет
особую роль в обеспечении безопасности автомобиля. Поэтому почти любой автомобиль в настоящее
время оборудован тремя действующими независимо друг от друга тормозными системами:
• рабочей (для регулирования скорости автомобиля и обеспечения его остановки, приводится в действие при нажатии водителем на педаль тормоза);
• стояночной (для удержания автомобиля на месте при стоянке, приводится в действие водителем
рукояткой ручного тормоза);
• запасной (для обеспечения остановки автомобиля при выходе из строя рабочей тормозной системы, может иметь с рабочей тормозной системой
общие элементы).
Кроме этого многие грузовые автомобили могут
быть оборудованы вспомогательной тормозной системой (тормоз-замедлитель, применяется при продолжительном торможении) и тормозной системой
прицепа (если автомобиль предназначен для работы в составе автопоезда, предназначена для регулирования скорости прицепа и его экстренной остановке при обрыве сцепки).
Любая тормозная система состоит из:
• тормозов (тормозных механизмов, непосредственно препятствующих вращению колес или вала
трансмиссии);
229
Справочник автомеханика
• тормозных приводов (управляют тормозами,
т. е. распределяют между ними усилие, могут
включать в себя усилители и регуляторы, по принципу действия различаются: пневматические, гидравлические, механические, электрические, комбинированные) .
Существуют следующие тормозные механизмы,
различающиеся
• по расположению: колесные и трансмиссионные;
• по форме деталей вращения: дисковые и барабанные;
•по форме поверхностей трения: ленточные и
колодочные.
В настоящее время наиболее широко, особенно
на грузовых автомобилях, применяются колесные
колодочные тормозные механизмы барабанного типа
с внутренним расположением колодок, на легковых автомобилях наиболее часто устанавливаются
дисковые тормозные механизмы (устанавливаются
на передних колесах автомобилей Г А З , ВАЗ, И Ж ) ,
которые способны обеспечить более эффективное
торможение.
Тормозные механизмы и приводы
Колодочный тормозной механизм барабанного
типа состоит из следующих основных деталей (рис. 57).
В процессе эксплуатации производится текущая
и полная (после замены колодок) регулировки зазора между колодками и барабаном (с помощью эксцентриков, регулировочной пружины, болтов и др.).
230
Глава 5
1
2
3
4
5
6
7
Рис. 57. Устройство колодочного тормозного механизма:
1 — колпачки резиновые, предохраняют рабочий цилиндр от
попадания грязи; 2 — рабочий цилиндр с двумя поршнями,
поршни имеют у плотнительные манжеты, между ними
находится пружина; цилиндр установлен на опорном
диске; 3 — тормозной барабан, вращается вместе с
колесом, внутри него установлены две тормозные колодки;
4 — оттяжная пружина; 5, 8 — задняя и передняя
тормозные колодки, установленные на неподвижном
опорном диске, прижимаются к тормозному барабану с
помощью поршней рабочего цилиндра (верхние ребра колодок
входят в прорези, имеющиеся в наконечниках
поршней,
плотность обеспечивается оттяжной
пружиной);
опираются серединой на регулировочные
эксцентрики;
6 — фрикционная накладка задней колодки (на передней
колодке тоже приклепана накладка, но она длиннее,
разница в длине объясняется тем, что при работе
накладки изнашиваются неравномерно: передняя больше,
чем задняя); 7 — скоба П-образной формы, фиксирует
колодки от бокового смещения
Справочник автомеханика
Действие колодочного тормозного механизма основано на использовании силы трения, которая возникает между колодками и тормозным барабаном
во время торможения автомобиля. Прижатие колодок к барабану происходит, когда поршни рабочего цилиндра расходятся под действием давления,
передаваемого приводом при нажатии водителем на
педаль тормоза.
Дисковый тормозной механизм состоит из следующих основных деталей (рис. 58).
Действие дискового тормозного механизма основано на использовании силы трения, возникающей между тормозным диском и колодками. Прижатие колодок к диску происходит, когда поршни
под действием передаваемого на них давления выдвигаются из цилиндров. Зазор между колодками
и диском при растормаживании (в нерабочем состоянии) составляет 0,1—0,15 мм.
Механический привод — этот совокупность рычагов, тяг, тросов и т. п. Например, механический
тормозной привод легкового автомобиля ВАЗ—2105
(стояночный) состоит из следующих деталей: ручной рычаг (ручник) с кнопкой защелки (сопрягается с зубчатым сектором), рычаг переднего троса
с пружиной, направляющий ролик, задний трос,
направляющая скоба. Если привод работает в тормозной системе задних колес, то в него входят кроме этого разжимной рычаг (находится на задней
тормозной колодке) и распорная планка (между тормозными колодками) (рис. 59).
Работает привод следующим образом. При торможении ручным рычагом (ручник с нажатой кнопкой
защелки перемещается вверх) усилие передается на
232
Глава 5
Рис. 58. Устройство дискового тормозного механизма:
I — тормозной диск (чугунный),
закреплен на ступице
колеса; 2 — кожух (стальной,
штампованный),
предохраняет тормоз от повреждений и загрязнений
с внутренней стороны (с внешней стороны функции
защиты выполняет диск колеса); 3 — тормозные колодки,
устанавливаются в гнездо суппорта; 4 — суппорт;
5 — трубка, соединяет рабочие цилиндры; 6 — клапан
для удаления воздуха из тормозного привода;
7 — рабочие цилиндры, расположены один против другого
в гнезде суппорта; 8 — поршень рабочего цилиндра;
9 — у плотни тельное резиновое кольцо, располагается
в кольцевой выточке цилиндра; 10 — манжета резиновая,
предохраняет внутренность цилиндра от попадания грязи;
II — фрикционные накладки, приклеены на колодки
направляющую скобу (через рычаг переднего троса и направляющий ролик). Через накинутый на скобу задний трос усилие передается к разжимному
233
Справочник автомеханика
14
15
11
Рис. 57. Устройство механического
привода:
1 — кнопка защелки; 2 — ручник; 3 — защелка;
4 — зубчатый сектор; 5 — рычаг переднего троса;
6
передний трос; 7 — направляющий ролик;
8 — направляющая скоба; 9 — оттяжная
пружина;
10 — накинутый на скобу задний трос; 11 — стяжная
пружина; 12 — распорная планка; 13 — разжимной
рычаг;
14 — колодки; 15 — барабан
рычагу, который, поворачиваясь, вызывает перемещение распорной планки, раздвигающей колодки. Торможение происходит при прижатии колодок к барабану. Растормаживание системы (приведение в нерабочее состояние, отпускание педали тормоза) происходит при движении ручного рычага
вниз до упора (исходного положения), при этом под
действием стяжных и оттяжных пружин колодки
приводятся в исходное состояние.
Гидравлические приводы в настоящее время установлены на большинстве автомобилей. Д л я повышения безопасности приводы делаются двух- и более контурными. Каждый контур является независимой частью привода и может работать самостоятельно при отказе другого контура, обеспечивая
234
Глава 5
i
эффективность торможения не менее 35% от эффективности полной рабочей тормозной системы. Многие
легковые автомобили (ВАЗ, ГАЗ), автобусы (например, ПАЗ—3205) имеют двухконтурный гидравлический привод. Контуры привода могут располагаться
по-разному и в зависимости от этого обеспечивают
работу тормозных механизмов разных колес: один —
передних колес, другой — задних (например, ВАЗ—
2105) или диагонально, то есть один — переднего
правого и заднего левого колеса, другой — переднего левого и заднего правого колеса (например, ВАЗ—
2109) или один — всех колес, а другой — только
передних (например, ГАЗ—3102).
Двухконтурный гидравлический привод, например, легкового автомобиля ВАЗ—2105, состоит из
следующих основных частей: педаль тормоза, главный тормозной цилиндр, рабочие (колесные) цилиндры тормозных механизмов, бачок, регулятор
давления задних тормозов, вакуумный усилитель,
трубопроводы и шланги.
Тормозная система с двухконтурным гидравлическим приводом, например, автомобиля ГАЗ—3110,
включает в себя следующие основные части: передние {дисковые) и задние (колодочные барабанного
типа) тормоза, главный тормозной цилиндр (сдвоенный), сигнальное устройство с контрольной лампой,
регулятор давления, гидровакуумный усилитель.
Основную роль в работе гидравлического двухконтурного привода играют главный цилиндр, имеющий сдвоенную конструкцию, и гидровакуумный
усилитель. Главный цилиндр в сборе с питательным бачком крепится к усилителю (например, на
автомобиле ВАЗ—2109). Его питательный бачок
235
Справочник автомеханика
имеет две разделенные перегородкой рабочие полости, сообщающиеся с двумя полостями главного
тормозного цилиндра. Он изготовлен из полупрозрачной пластмассы, что обеспечивает визуальный
контроль уровня жидкости в бачке. Рабочие полости бачка через две специальные прорези сообщаются с направляющим цилиндром, установленным
в заливной горловине бачка по ее центру. Благодаря такой конструкции при утечке жидкости из
одной полости бачка в другой полости сохранится
достаточно жидкости для нормальной работы контура. В крышке горловины бачка имеется датчик
аварийного уровня жидкости.
Главный тормозной цилиндр (рис. 60) имеет два
поршня, расположенных последовательно.
При расторможении (педаль тормоза не нажата) поршни главного тормозного цилиндра находятся в крайнем положении, уплотнительные кольца
распорными втулками отводятся от торцевых канавок поршней и через образовавшиеся зазоры рабочие полости цилиндра сообщаются с питательным
бачком. При торможении (педаль тормоза нажата)
поршень толкателя под действием штока усилител я перемещается, его уплотнительное кольцо прижимается к канавкам поршня, компенсационного
зазора нет. Перемещаясь далее, поршень толкателя создает давление жидкости, которое по трубопроводам передается к колесным цилиндрам соответствующего контура. Плавающий поршень при
торможении тоже перемещается и создает давление, которое передается к колесным цилиндрам
другого контура.
236
Глава 5
5
4
Рис. 60. Устройство главного тормозного
цилиндра:
1 датчик аварийного уровня; 2 — питательный бачок;
3 соединительные втулки; 4 — у плотнительное кольцо
резиновое низкого давления поршня толкателя;
5 — поршень толкателя, создает давление в первом
контуре тормозной системы; 6 — корпус; 7 — распорная
втулка; 8 — у плотни тельное кольцо резиновое высокого
давления поршня толкателя; 9 — пружина, одним концом
прижимает у плотни тельное кольцо высокого давления
к распорной втулке, другим упирается в тарелку;
пружина
тарелка; 11
шайба;
10
стопорный винт, ограничивает ход поршня;
13
плавающий поршень, создает давление во втором
14
контуре тормозной системы, имеет уплотнение
аналогично поршню толкателя
Справочник автомеханика
На ряде автомобилей (ГАЗ—3307, —3308) установлены сдвоенные главные тормозные цилиндры, состоящие из двух корпусов, внутри которых находятся первичный и вторичный поршни с установленными на них головками (состоят из корпуса,
манжеты и уплотнительного кольца головки, пружин головки и поршня, уплотнительного кольца
поршня), играющими роль перепускных устройств.
По принципу действия они аналогичны главному
цилиндру ВАЗ-2109.
Пневматические приводы широко применяются на грузовых автомобилях средней и большой массы, на прицепах и полуприцепах. Работа пневматического привода основана на использовании
энергии предварительно сжатого воздуха. Д л я соблюдения пропорциональности между усилием,
прикладываемым к педали тормоза при нажатии,
и усилием, действующим на разжимное устройство
тормоза, в систему привода устанавливают следящее устройство.
На двигатель автомобиля устанавливается компрессор, который нагнетает воздух в воздушные баллоны, в которых имеется сливные краны для выпуска конденсата. Компрессор приводится в действие от коленчатого вала (клиновидным ремнем).
Давление в баллонах с помощью регулятора давления и предохранительного клапана поддерживается равным 0,6—0,77 МПа (более 1 МПа не повышается). При нажатии на педаль тормоза из воздушных баллонов воздух через тормозной кран, в котором имеется следящее устройство, поступает в
тормозные камеры колес, через мембраны которых
давление воздуха передается на разжимные кула-
238
Глава 5
ки тормозов. Растормаживание (педаль тормоза не
нажата) происходит, когда тормозной кран прекращает подачу воздуха в тормозные камеры и воздух
из камер выходит наружу.
Если автомобиль имеет прицеп, то тормозные
системы автомобиля и прицепа связываются гибким шлангом с соединительной годовкой из двух
половин. Управление (отключение-включение) тормозами прицепа происходит через разобщительные
краны, установленные с обеих сторон головки. Тормозные камеры и баллон пневмопривода прицепа
снабжаются из тормозной системы автомобиля при
управлении воздухораспределительным клапаном
прицепа.
В настоящее время кроме одноконтурных пневматических приводов (установлены на многих автомобилях З И Л ) применяются и многоконтурные
приводы, чаще двухконтурные (один для передних
колес, другой для задних). Двухкоитурный пневматический привод установлен, например, на грузовом автомобиле МАЗ—5335, где компрессор нагнетает воздух через влагомаслоотделитель, регулятор давления, конденсационный баллон, защитный клапан (клапан может отключить неисправный
контур) в оба контура привода. Каждый контур состоит из одной (нижней или верхней) секции тормозного крана, ресивера (воздушного баллона) и
тормозных камер.
Система пневматического привода для каждого
контура имеет сигнальную лампу и манометр, контролирующий давление воздуха (т. е. для двухконтурного привода в системе имеется две лампы и
два манометра).
239
Справочник автомеханика
Приборы гидравлических приводов
Вакуумные усилители гидропривода предназначены для повышения работоспособности привода, облегчения управления тормозами. Они при
сравнительно простой конструкции обладают высокой работоспособностью и эффективностью, благодаря чему и получили широкое распространение.
Вакуумный усилитель крепится в моторном отсеке к кронштейну педалей сцепления и тормоза
на резиновой изолирующей прокладке. Он (например, для автомобиля ВАЗ—2105, —21213) имеет следующую конструкцию (рис. 61).
Кроме этого, усилитель имеет герметизирующие
и уплотнительные манжеты, гофрированный чехол
для защиты от грязи (на хвостовике корпуса клапана), поролоновый фильтр очистки поступающего в
усилитель воздуха. Вакуумные усилители могут конструктивно отличаться какими-то деталями или уплотнителями, но принцип действия у всех одинаков.
Вакуумный усилитель работает только при наличии разряжения во впускном трубопроводе. При
отпущенной педали тормоза это разряжение передается в вакуумную полость, а затем в атмосферную полость через кольцевую щель между резиновым клапаном и выступом корпуса. По обе стороны мембраны получается разряжение, и мембрана
и корпус клапана прижимаются к крышке с помощью одной из пружин. При нажатии на педаль тормоза поршень под действием толкателя перемещается и закрывает кольцевую щель, в результате вакуумная и атмосферная полости разъединяются,
240
Глава 5
2
3 4 5
Рис. 61. Вакуумный усилитель
гидропривода:
1 обратный клапан, с его помощью вакуумная камера
соединяется через наконечник и шланг с впускной
системой двигателя, клапан открывается только при
наличии перепада давления между впускным
трубопроводом двигателя и вакуумной
полостью;
2 — прижимная пружина; 3 — корпус клапана
пластмассовый со сквозными отверстиями,
соединяющими
центральную часть клапана с вакуумной и атмосферной
полостями, перемещается в корпусе усилителя
(работает
как поршень); 4 — мембрана резиновая,
разделяет
усилитель на вакуумную (А) и атмосферную (В) полости,
зажата своим наружным пояском между корпусом и
крышкой, ее внутренний поясок заходит в выточку корпуса
клапана; 5 — корпус усилителя; 6 — крышка; 7 — буфер;
8 — упорная пластина для ограничения
продольного
перемещения поршня, закреплена в корпусе клапана;
9 — поршень; 10 — резиновый клапан,
взаимодействует
с пружинами (11, 12) через опорные чашки;
11, 12 — пружины; 13 — поролоновый фильтр очистки
поступающего в усилитель воздуха; 14 — толкатель,
соединен с педалью (16), входит в корпус клапана;
15 — вилка толкателя; 16 — педаль тормоза; 17 —
резиногофрированный
чехол с колпаком; 18, 20 — резиновая
манжета; 19 — уплотнитель штока; 21 — шток с
ввернутым регулировочным болтом, взаимодействует с
поршнем главного тормозного цилиндра; 22
регулировочный болт; 23 — поршень главного
тормозного
цилиндра; 24 — главный тормозной цилиндр
—
Справочнин автомеханкна
при дальнейшем перэмещении поршня образуется
щель, через которую в атмосферную полость поступает воздух, прошедший через фильтр. Разность
давления обеспечивает перемещение мембраны и
корпуса клапана вместе со штоком, который действует на поршень главного цилиндра, что сопровождается созданием избыточного давления в системе гидропривода. Если педаль тормоза будет удерживаться в каком-то промежуточном положении (нажата не до упора), то корпус клапана вместе с
резиновым клапаном (10) будет перемещаться до тех
пор, пока резиновый клапан не упрется в торец поршня (9). Тогда в атмосферную полость перестанет
поступать воздух из фильтра, а жидкость в гидроприводе будет испытывать некоторое постоянное
давление. При резком нажатии на педаль тормоза
на поршень главного тормозного цилиндра усилие
будет передаваться непосредственно через вилку,
толкатель и поршень (9). В это время вакуумная и
атмосферная полости перестают сообщаться, а к
мембране воздух будет поступать из фильтра через
атмосферную полость. В результате давление в главном тормозном цилиндре возрастет.
Редукционный гидроклапан предназначен для
автоматического изменения давления жидкости
в контуре, обеспечивающем работу тормозных механизмов задних колес, при изменении прогиба
рессор с целью предотвращения их юза. Он устанавливается в гидроприводе задних колес в зоне
задней подвески многих автомобилей, например,
грузовых автомобилей « Г А З е л ь » .
Редукционный гидроклапан состоит из следующих основных частей (рис. 62):
242
v
/
Глава 5
9
7
10 11 12
6
5
13
4
3
14
2
I
15
1
Рис. 62. Редукционный
гидроклапан:
I — поршень, установлен в гильзе; 2 — скоба упорная
разрезная, установлена в кольцевой канавке поршня,
определяет исходное положение поршня и гильзы
относительно друг друга; 3 — гильза с отверстием
и проточкой для уплотнительного кольца, установлена
внутри корпуса; 4 — пружинная шайба, фиксирует нижний
торец гильзы в верхнем положении; 5 — управляющий
конус, установлен на конце поршня с помощью стопорной
и промежуточной шайб, обеспечивает сообщение полостей
гидроклапана через шариковый клапан;
6 — уплотнительное кольцо; 7 — корпус, имеет два
резьбовых отверстия для гаек трубопровода; 8 — пружина,
прижимающая сверху управляющий конус;
9, 12 — трубопроводы, соединяющие
соответственно
полость II гидроклапана с узлом-коллектором
подводящих
жидкость трубопроводов и полость I с сигнальным
устройством, указывающим на падение давления
в контуре; 10 — кольцевая пружина, прижимает шариковыи
клапан к конусному седлу отверстия в гильзе;
II — шариковый клапан, устанавливается в отверстие
гильзы, которое имеет конусное седло;
13 — уплотнительная манжета поршня, разделяет
гидроклапан на две рабочие полости I и II; 14 — резьбовая
втулка с уплотнительным кольцом, с помощью которой
корпус крепится к кронштейну; 15 — чехол грязезащитный
Справочнин автомеханина
Редукционный гидроклапан устанавливается на
лонжероне рамы с помощью кронштейна, с задней
подвеской соединяется с помощью стойки.
Действует гидроклапан следующим образом:
когда его поршень находится в исходном положении (торможения нет), в полость I клапана из главного тормозного цилиндра поступает тормозная
жидкость, а из полости II жидкость поступает к
рабочим цилиндрам колес (задних), давление в трубопроводах и полостях одинаково. То есть, обеспечивается поступление тормозной жидкости к цилиндрам колес, при этом давление в контуре повышается. При торможении нагрузка на задние
колеса значительно меньше, чем на передние; передаваемые на шток поршня усилия возрастают, и
при превышении ими определенного значения поршень начинает перемещаться вниз, шариковый
клапан освобождается и сообщение полостей гидроклапана прекращается. Давление в полостях становится разным. То есть, подача жидкости к тормозным цилиндрам уменьшается, следовательно,
уменьшается давление в приводе задних колес.
Р е г у л я т о р давления так же, как и редукционный гидроклапан, предназначен для автоматического изменения давления жидкости в контурах,
обеспечивающих работу тормозных механизмов задних колес. Он устанавливатся на переднеприводных автомобилях ВАЗ—2109, —2110, —2112 и входит в состав обоих контуров тормозного привода,
так как на этих автомобилях применено диагональное расположение контуров. При уменьшении или
увеличении нагрузки на колеса регулятор соответственно уменьшает или увеличивает подачу тормоз-
244
Глава 5
пои жидкости к колесным цилиндрам задних тормозов. Регулятор давления устроен следующим образом (рис. 63):
Рис. 63. Схема устройства регулятора
давления:
1 — корпус, в нем имеется отверстие закрытое резиновой
заглушкой (входит внутрь на 1—2 мм) и четыре полости,
две из которых (I и IV) соединены с главным
тормозным
цилиндром, а две (II и I I I ) — с тормозными
цилиндрами
соответственно правого и левого задних колес;
2
поршень, установленный в корпусе установлен
(установлен в фиксированной стопорным кольцом втулке);
3 защитный колпачок поршня; 4 — стопорное кольцо;
5, 7
втулки, к которым прижимаются
уплотнители
поршня; 6 — пружина, установлена на поршне, прижимает
через упорные шайбы уплотнители к втулкам;
8 — стопорное кольцо; 9 — шайба; 10 — уплотнительные
кольца; 11 — тарелка; 12 — пружина, поджимает
уплотнительные кольца толкателя через тарелку
к шайбе 9; 13 — седло; 14 — уплотнительная
прокладка;
15 — пробка с седлом, у плотни тельным кольцом
и у плотни тельной прокладкой, в которой установлен
резинометаллический
клапан; 16 — пружина, поджимает
у плотни тельное кольцо пробки; 17 — клапан
резино металлический, упирается в толкатель;
втулка толкателя с уплотнительными
кольцами;
18
толкатель со стопорным кольцом
19
245
I
Справочнин автомеханика
При не нажатой педали тормоза в исходном положении через зазоры между головкой поршня и
уплотнителем (клапан отжат) полости корпуса попарно соединены (полость I с полостью И, полость
IV с полостью III). Когда начинается нажатие на
педаль тормоза тормозная жидкость через зазоры и
полости поступает к колесным цилиндрам. Поршень
начинает выдвигаться из корпуса, перемещая толкатель до того момента, как один из зазоров выберется полностью и клапан прервет сообщение полостей IV и III. Тогда давление в полости I I I будет
зависеть от давления в полости II. Если усилие на
педаль тормоза продолжает возрастать, то поршень
выдвигается далее и возрастает давление в полостях I, II и IV. Втулка толкателя сдвигается и еще
один зазор полностью выбирается. При этом давление в полостях II и III, соединенных с колесными
тормозными цилиндрами, будет почти равно.
С увеличением загрузки автомобиля эффективность задних тормозов, работающих с регулятором
давления, увеличивается.
щ
Приборы пневматических приводов
Компрессор предназначен для подачи в пневматическую систему сжатого воздуха. На многих
грузовых автомобилях ( М А З , З И Л ) установлены
двухцилиндровые компрессоры одноступенчатого
сжатия, работающие с одноконтурными и двухконтурными приводами.
246
Глава 5
Основными деталями компрессора являются:
картер, блок цилиндров, коленчатый вал (устанавливается на двух шарикоподшипниках в картере),
два шатуна, поршни. На поршнях имеются поршневые пальцы и кольца. На одном конце коленчатого вала, имеющего каналы для смазки, имеется
шкив, на другом — самоподжимной уплотнитель.
В компрессоре предусмотрено жидкостное охлаждение (жидкость поступает из системы охлаждения
двигателя).
В цилиндры компрессора воздух поступает из
воздухоочистителя двигателя через два впускных
клапана с седлами. В компрессоре имеется разгрузочное устройство (расположено под впускными
клапанами, при превышении давлением величины
0,73—0,77 МПа оно обеспечивает открытие обоих
впускных клапанов компрессора, и воздух начинает перекачиваться из одного цилиндра в другой,
не поступая в систему), канал которого соединен
с регулятором давления. К воздушным баллонам
воздух поступает через выпускные пластинчатые
клапаны компрессора.
Р е г у л я т о р давления предназначен для поддержания давления в тормозной системе на нужном
уровне. Он размещается на блоке цилиндров компрессора, соединен с воздушным баллоном (через
крышку фильтра) и с разгрузочным устройством.
Основными деталями регулятора давления являются: корпус, кожух (укреплен на корпусе), расположенные под кожухом регулировочный колпак,
впускной и выпускной (с седлом) шариковые клапаны, два центрирующих шарика, шток с пружиной.
247
Справочнин автомеханика
Работает регулятор следующим образом: когда
давление поступающего из воздушного баллона воздуха достигает максимально допустимой величины,
впускной клапан поднимается, выпускной прижимается к седлу, в результате между клапаном и
корпусом образуется зазор, через который воздух
поступает в канал разгрузочного устройства компрессора. При падении давления до минимума клапаны с помощью пружины возвращаются в исходное положение, воздух перестает поступать в разгрузочное устройство.
При работе в двухконтурном приводе (например, МАЗ—5335) регулятор давления может иметь
предохранительный клапан, который открывается
при превышении давлением величины 0,85 —
0,9 МПа при отказавшем регуляторе давления (воздух выпускается в атмосферу).
Влагомаслоотделитель предназначен для очистки поступающего в пневмопривод воздуха от конденсата. Он представляет собой трубчатый радиатор,
в котором происходит охлаждение поступающего
воздуха потоком встречного воздуха. При охлаждении конденсируется смешанная с маслом вода, которая стекает через специальный фильтр в нижнюю
крышку влагомаслоотделителя. Удаление в атмосферу собирающейся в крышке влаги происходит через сливной клапан, который открывается под действием перемещающейся мембраны (она перемещается при падении давления, когда срабатывает регулятор давления).
Тормозной кран предназначен для создания разжимного усилия, действующего на тормоза, и регулирования поступления сжатого воздуха к тормоз-
248
Глава 5
ным камерам (из воздушного баллона). В тормозном кране имеется следящее устройство, которое
обеспечивает соответствие усилия, приложенного к
педали тормоза, и состояние тормозов.
Тормозные краны бывают одинарные (устанавливаются на автомобилях, работающих без прицепа) и комбинированные с двумя секциями (устанавливаются на автомобилях, работающих с прицепом; одна секция управляет тормозами самого автомобиля, другая — тормозами прицепа).
Одинарный тормозной кран (например, на ЗИЛ—
431410) устроен следующим образом (рис. 64).
В состав узла уравновешивающей пружины
входят: упор (1), опорная шайба (5), пружина (22),
стакан (23).
Работает тормозной кран следующим образом:
при нажатии на педаль тормоза усилие через рычаги и тяги передается в узел уравновешивающей пружины (на пружину и стакан), затем через шайбу
узла на седло выпускного клапана. В результате
мембрана прогибается. Выпускная полость тормозного
крана и тормозные камеры перестают сообщаться с
атмосферой, так как выпускной клапан закрывает
канал своего седла. Последующее перемещение седла выпускного клапана приводит к тому, что впускной клапан отходит от своего седла, открывая доступ сжатому воздуху в полость под мембраной, а затем к тормозным камерам, приводящим в действие
разжимные кулаки тормозов. Закрытие впускного клапана произойдет, когда под воздействием поступающего в полость под мембраной воздуха мембрана прогнется в обратную сторону, при этом в
тормозные камеры воздух перестанет поступать.
249
2120191817
Рис. 64. Устройство одинарного тормозного крана:
1 — упор; 2 — ось рычага, закреплена в бобышках корпуса;
3 — резиновый чехол; 4 — крышка рычага с резиновым
предохранительным чехлом, закрывает верхний конец
рычага, имеет отверстие, в которое пропущена
соединяющая рычаг и педаль тормоза тяга, нижний конец
рычага упирается в узел уравновешивающей пружины,
свободный ход рычага регулируется винтом; 5— опорная
шайба; 6 — мембрана, крепится шайбой и гайкой,
наружным диаметром закреплена (болтами)
между
крышкой тормозного крана и корпусом; 7 — шайба;
8 — возвратная пружина, удерживает мембрану
в исходном состоянии; 9 — стержень в крышке тормозного
крана; 10 — пружина; 11 — впускной клапан с седлом,
уплотненным в крышке прокладками; 12 — штуцер, через
который подводится воздух из воздушного баллона;
13 — седло впускного клапана; 14, 15 — прокладки;
16 — крышка тормозного крана с двумя каналами для
отвода воздуха к тормозным камерам, в ней на стержне
размещены впускной и выпускной клапаны, пружина (10),
в нижней части крышки установлен корпус включателя
стоп-сигнала; 17 — выпускной клапан с седлом; 18 — гайка;
19 — седло выпускного клапана с тремя косыми
отверстиями; 20 — стакан, установлен в гнезде корпуса;
21 — клапан; 22 — пружина; 23 — стакан; 24 — рычаг,
расположен в корпусе; 25 — литой корпус с выпускным
отверстием (закрыто резиновым клапаном) для выпуска
в атмосферу воздуха из тормозных камер
при растормаэ(сивании
Глава 5
Когда педаль тормоза отпускается, воздух из тормозных камер выходит наружу, детали тормозного
крана возвращаются с помощью пружин в исходное положение.
Комбинированный тормозной кран, состоящий из
двух секций, устроен следующим образом: корпус управляющих рычагов с крышкой и защитным чехлом
соединен с основным корпусом тормозного крана, на
котором с другой стороны установлены две клапанные крышки. В этих крышках имеется пять отверстий: одно (вертикальное) связано с трубопроводом
рабочих камер тормозных механизмов (тормозов) самого автомобиля, второе (вертикальное) — с магистральным трубопроводом прицепа, третье и четвертое
(горизонтальные) — с воздушными баллонами, пятое
(боковое) предназначено для выхода воздуха из полостей крана в атмосферу. Мембраны установлены
между корпусом и клапанными крышками. В мембранах имеются полости (половина полостей соединена с атмосферой, а другая — с баллонами сжатого
воздуха через впускные клапаны и с трубопроводами автомобиля и прицепа) и пустотелые седла с косыми отверстиями. Действие и устройство секций
комбинированного тормозного крана аналогично действию и устройству одинарного крана.
Тормозная камера предназначена для преобразования энергии сжатого воздуха в усилие, посредством которого происходит прижатие колодок к барабану. Устанавливаются тормозные камеры на
кронштейнах валов разжимных кулаков.
Тормозная камера устроена следующим образом:
она имеет корпус и крышку, между которыми
установлена мембрана из прорезиненной ткани.
251
Справочник автомеханика
В мембрану через диск упираются шток и две возвратные пружины. На конце штока установлена
вилка, соединенная рычагом с валом разжимного
кулака тормозных колодок. Зазор между колодками и тормозным барабаном регулируется при помощи червячной пары (червяк и червячное колесо), установленной в рычаге. Шариковый фиксатор фиксирует положение червяка, соответствующее выбранному зазору.
Воздух в тормозную камеру поступает по гибкому шлангу. Под действием поступающего сжатого воздуха мембрана прогибается. Прогиб мембраны вызывает перемещение штока, связанного с
ним рычага, червячной пары, вала с разжимными
кулаками, и в результате колодки прижимаются к
барабану. Возвратные пружины обеспечивают возврат мембраны в исходное положение при растормаживании.
Многоконтурный пневматический привод
Многоконтурные пневматические приводы тормозов обеспечивают большую безопасность и широко применяются на автомобилях средней и большой массы (многих автомобилях семейств МАЗ,
КамАЗ, ЗИЛ).
Например, автомобиль КамАЗ—5320 (у автомобилей семейства ЗИЛ аналогично), имеющий рабочую,
стояночную, запасную, вспомогательную тормозные
системы и систему аварийного растормаживания стояночного тормоза, оборудован пневматическим при-
252
Глава 5
водом с пятью автономными контурами. Питающая
часть этого привода — компрессор, предохранитель
от замерзания, регулятор. Из нее сжатый воздух подается потребителям. Двух- и трехсекдионные краны позволяют контурам работать автономно.
Первый контур привода — это контур рабочих тормозов передней оси. В его состав входят: воздушный баллон (20 л), контролируемый датчиком падения давления и имеющий кран для слива конденсата; нижняя секция двухсекционного тормозного крана, две тормозные камеры, клапаны ограничения
давления и контрольного выхода, тормоза (тормозные механизмы) передней оси, трубопроводы, шланги. Кроме этого, в первый контур входят часть тройного защитного клапана и часть манометра.
Второй контур привода — это контур рабочих
тормозов задней оси. В его состав входят: воздушный баллон (40 л), контролируемый датчиком падения давления и имеющий кран для слива конденсата, верхняя секция двухсекционного тормозного крана, четыре тормозных камеры (средний и
задний мосты); клапан контрольного вывода автоматического регулятора тормозных сил, трубопроводы,
шланги, а также части тройного защитного клапана
и манометра.
Третий контур привода — это контур запасного, стояночного тормозов и тормозов прицепа (или
полуприцепа). В его состав входят:
• два воздушных баллона (по 40 л), контролируемые датчиками падения давления и имеющие
краны для слива конденсата;
• клапаны: два контрольных выводов, ускорительный, управления тормозами прицепа с двух-
253
Справочнин автомеханика
проводным и однопроводным приводом, защитный
одинарный,
• энергоаккумуляторы тормозных камер (четырехпружинные);
• краны: управления стояночным тормозом и
три разобщительных;
• датчик включения сигнала торможения,
• три соединительный головки (одна — однопроводного привода тормозов прицепа и две — двухпроводного), трубопроводы, шланги.
Кроме этого, в третий контур входят часть двойного защитного клапана и часть двухмагистрального перепускного клапана.
Четвертый контур — это контур вспомогательных тормозов. В его состав входят: воздушный баллон (40 л) с краном и датчиком, клапан контрольного вывода, кран пневматический (управляет вспомогательным тормозом), цилиндры: привода заслонок вспомогательного тормоза (два) и
привода выключения подачи топлива; датчик включения клапана прицепа (пневмоэлектрический),
трубопроводы, шланги, а также часть двойного защитного клапана.
Пятым контуром является контур системы аварийного растормаживания. В его состав входят:
клапаны: тройной защитный (часть) и двухмагистральный (соединяет трубопроводы и шланги),
кран, трубопроводы, шланги. Собственных исполнительных органов и воздушного баллона нет.
254
Г лава 5
Приборы многоконтурного
пневматического привода
К приборам многоконтурного пневматического
привода относятся: тормозная камера, механизм
вспомогательного тормоза-замедлителя, двухсекционный тормозной кран, предохранитель от замерзания, ручной тормозной кран, двойной и тройной
защитные клапаны, ускорительный клапан, автоматический регулятор тормозных сил.
Тормозная камера предназначены для приведения в действие тормозных механизмов. По активной площади мембран (в квадратных дюймах)
различаются камеры типа 24 и 20.
Тормозная камера типа 24 располагается на передней оси и крепится к кронштейну разжимного
кулака тормозного механизма болтами. Она устроена следующим образом (рис. 65, а).
Тормозная камера типа 20 располагается на
среднем и заднем мостах автомобиля (входит в состав второго контура привода рабочей тормозной системы) и крепится к кронштейну разжимного кулака тормозного механизма болтами. Она выполнена
совместно с пружинным энегроаккумулятором, который входит в состав третьего контура привода
стояночной и запасной систем, и устроена следующим образом (рис. 65, б).
Автоматическое затормаживание автомобиля при
нарушении правильной работы контура обеспечивается пружинным энергоаккумулятором с помощью устройства механического (болт с упорным
подшипником) растормаживания, находящегося
9
Справочник автомеханина
4 5
6 7 8
9
3
2
1
Рис. 65, а. Схема тормозной камеры типа 24:
1 — штуцер, через который в полость над мембраной
поступает сжатый воздух; 2 — крышка камеры;
3 — мембрана, зажата между корпусом и крышкой, при
поступлении сжатого воздуха в полость камеры она,
перемещаясь, воздействует на шток; 4 — опорный диск,
установлен на штоке; 5 — возвратная пружина,
возвращает шток и мембрану в исходное положение при
растормаживании; 6 — стяжной хомут из двух полуколец,
зажимает мембрану; 7 — шток; 8 — корпус камеры
с дренажными отверстиями для связи с атмосферой;
9 — вилка штока резьбовая, соединена с регулировочным
рычагом, устанавливается на контргайке
внутри толкателя (существуют и устройства пневматического растормаживания).
Механизм вспомогательного тормоза-замедлителя предназначен для перекрытия проходных сечений выпускных коллекторов для того, чтобы двигатель начал работать в режиме торможения, устанавливается в приемной части глушителя. В его состав
входят сферический корпус, заслонка (закреплена
вместе с поворотным рычагом на валу). Рычаг соединен со штоком пневмоцилиндра. Исполнитель-
256
Глава 5
Рис. 65, б. Схема тормозной
камеры типа 20:
8
1 — штуцер, через который
7
в полость над мембраной
поступает сжатый воздух;
2 — мембрана, при
6
поступлении сжатого воздуха
5
в полость камеры она,
перемещаясь, воздействует
возвратная
1
на шток; 3
пружина, возвращает шток
и мембрану в исходное
положение при выпуске
2
воздуха; 4 — шток камеры,
при выдвижении приводит
в действие тормоза колес;
4
5
толкатель, при
перемещении поршня он
действует на мембрану
(через подпятник) и шток;
6 — поршень, воздух из полости под поршнем выпускается
при включении стояночного тормоза; 7
цилиндр
энергоаккумулятора, воздух в него (под поршень) поступает
при выключении стояночного тормоза, при этом поршень,
перемещаясь, сжимает силовую пружину, толкатель
поднимается, шток и диафрагма освобождаются;
8
силовая пружина, взаимодействующая с поршнем
ные органы механизма
пневматические цилиндры (два для управления дроссельными заслонками в выпускных коллекторах, один для управления рычагом регулятора топливного насоса высокого давления). Заслонка может находиться в следующих положениях: вдоль потока отработавших
газов (при выключении вспомогательного тормоза)
и поперек (при выключении вспомогательного тормоза) этого потока. Когда заслонка расположена поперек потока, выход газов затруднен, в выпускном
9. Зак.
47
257
Справочник автомеханика
15
14
13
Рис. 66. Устройство двухсекционного тормозного крана:
1 — ускорительный поршень второй секции крана:
2 — верхний клапан с седлом (9), в исходном положении
закрыт; 3 — большой ступенчатый следящий поршень;
4 — упругий элемент; 5 — рычаг тормозного крана, на него
системой тяг и рычагов передается усилие от педали
тормоза при нажатии; 6 — толкатель поршня, передает
усилие от рычага тормозного крана (через упругий
Глава 5
коллекторе возникает противодавление, начинается режим торможения.
Двухсекционный тормозной кран (рис.
66)
предназначен для управления рабочей тормозной
системой и комбинированным проводом тормозов
прицепа (при раздельном приводе к тормозам передних и задних колес). Характеристики двухсекционного тормозного крана: начальная нечувствительность 80—120 Н, полностью срабатывает при
усилии 600—700 Н и ходе рычага 24—26 мм.
Кран имеет пять выводов: I и II — для соединения с тормозными камерами передних и задних
колес, III и IV — для соединения с воздушными
баллонами первого и второго контура привода рабочей тормозной системы, и атмосферный вывод
(15). Секции крана расположены последовательно
и не зависят друг от друга.
Основными деталями двухсекционного тормозного крана:
Работает двухсекционный тормозной кран следующим образом: при нажатии на педаль тормоза усилие через систему тяг и рычагов, рычаг тормозного
крана, толкатель, упругий элемент вызывает перемещение большого ступенчатого следящего поршня
первой секции вниз. При этом выпускное отверстие
элемент) следящему ступенчатому поршню (3);
7 — упорная шпилька; 8,11 — пружины ступенчатых
поршней; 9 — седло; 10 — малый ступенчатый следящий
поршень второй секции крана; 13 — нижний клапан
с седлом (12), в исходном положении закрыт;
14 — направляющий стержень; 15 — атмосферный вывод,
закрывается клапаном, в исходном положении сообщается
с остальными четырьмя выводами крана
9*
259
Справочник автомеханика
верхнего клапана закрывается, сам клапан отходит
от своего седла, и сжатый воздух через соответствующий вывод поступает в тормозные камеры задних колес и одновременно в полость над ускорительным поршнем, перемещая его вниз. Перемещение ускорительного поршня вызывает перемещение малого ступенчатого следящего поршня,
приводящее к закрытию выпускного отверстия
нижнего клапана и отход его от своего седла. Сжатый воздух через соответствующий вывод начинает поступать в тормозные камеры передних колес.
При повышении давления в выводах (через которые воздух поступает к тормозным камерам задних и передних колес), в конце концов, происходит уравновешивание силы нажатия на рычаг и
давления сжатого воздуха (следящее действие секций крана). Когда педаль тормоза отпускают, то
упругий элемент возвращает рычаг крана в исходное положение, а поршни возвращаются в исходное положение под действием пружин.
Если выходит из строя первая секция крана,
то вторая секция управляется механически, и усилие на малый ступенчатый следящий поршень от
рычага тормозного крана передается через упорную
шпильку. Если выходит из строя вторая секция
крана, то первая секция продолжает работать как
прежде.
Предохранитель от замерзания (испарительного типа) предназначен для предохранения пневматического тормозного привода и трубопроводов от
замерзания конденсата. Рабочая жидкость — этиловый спирт (200 или 1000 см3). Предохранитель
состоит из следующих основных деталей: стакан
260
Глава 5
со сливной пробкой в дне, крышка с вмонтированным выключающим устройством (шток с рукояткой, запирающий штифт, пробка и уплотнитель)
и щупом для измерения уровня спирта в пробке
наливного отверстия; уплотнительное кольцо (между стаканом и крышкой), фитиль (между дном стакана и пробкой), пружина для растягивания фитиля, жиклер для выравнивания давления воздуха в стакане и в магистрали.
Низкая температура замерзания конденсата
обеспечивается при обогащении нагнетаемого компрессором (в воздушные баллоны) воздуха парами
спирта при прохождении его около фитиля (шток в
верхнем положении). Если температура окружающей среды выше +5°С, то фитиль с пружиной утапливается, испарение спирта прекращается, с пневматической магистралью сообщения нет (шток находится в нижнем положении).
Ручной тормозной кран предназначен для управления пружинными аккумуляторами привода
(запасная и стояночная системы). Он представляет собой поршневой следящий механизм обратного
действия (рис. 67).
В исходное положение рукоятка крана возвращается автоматически с помощью стопора с профилем. Кран имеет три вывода, предназначенные для
соединения с воздушным баллоном запасной и стояночной систем (I), для соединения с атмосферой
(II) и для соединения (через ускорительный клапан)
с пружинным аккумулятором (III). В исходном состоянии вывод I не соединен с выводом II и сообщается с выводом III, в результате чего сжатый
воздух от вывода III через ускорительный клапан
261
Справочник автомеханика
8
7
6
5
4
3
2
1
I
III
I
II
I
Рис. 67. Устройство ручного тормозного клапана:
1 — пружина клапана; 2 — корпус; 3 — уравновешивающая
пружина; 4 — пружина штока; 5 — упор поршня;
6 — фигурное кольцо; 7 — пружина колпака; 8 — крышка
с рукояткой; 9 — защелка крышки; 10 — направляющий
колпак, исходное положение — крайнее нижнее; И — шток,
исходное положение — крайнее нижнее, при этом своей
кромкой он разъединяет выпускной клапан и седло
следящего поршня; 12 — выпускной клапан;
13 — следящий поршень
поступает к энергоаккумулятору, пружины которого сжимаются.
Для приведения в действие запасной или стояночной тормозной системы надо повернуть соответствующим образом рукоятку крана. При этом
при включении стояночной системы воздух из вывода III поступает в вывод II, через который выходит в окружающую среду, а при включении запасной системы вывод I разобщен с выводом III,
262
Глава 5
вывод II сообщается с выводом III (воздух из управляющей магистрали ускорительного клапана
через выводы III и II выходит в атмосферу до момента выравнивания давления под поршнем и усилия уравновешивающей пружины, после чего выпуск воздуха прекращается).
Двойной защитный клапан предназначен для
распределения воздуха, поступающего из компрессора по двум контурам привода, и для поддержания давления в одном контуре на уровне 0,52
0,54 МПа при отказе другого. Двойной клапан работает с вспомогательной и стояночной тормозными системами, для соединения с ними он имеет два
вывода (II и III). Кроме этих выводов у крана есть
вывод (I) для соединения с компрессором (рис. 68).
При подаче воздуха из компрессора к соответствующему выводу крана плоские клапаны под действием сжатого воздуха, проходящего через отверстие центрального поршня, отжимаются и упираются в упорные поршни. В результате воздух проходит к выводам, соединенным с тормозными
системами. Закрываются плоские клапаны при равенстве давления в баллоне давлению отключения
пневмосистемы.
Тройной защитный клапан предназначен мля
распределения воздуха по трем контурам: передней
оси, задней тележки и аварийной системы растормаживания, а также для отключения неисправного контура при сохранении давления в остальных
контурах.
Тройной клапан имеет корпус, три крышки
с заглушками, три магистральных клапана, три
мембраны, два перепускных клапана для третьего
263
Справочнин автомеханика
12
11
10
9
I
8
7
6
Рис. 68. Устройство двойного защитного клапана:
корпус клапана; 2, 3 — уплотнительные кольца;
1
стопорные кольца; 5 — упорные поршни
4
с уплотнительными кольцами; 6 — пружина плоских
клапанов; 7, 8
пружины соответственно
центрального
и упорного поршней; 9, 11 — плоские клапаны центрального
поршня; 10 — центральный поршень, имеющий отверстие,
два плоских клапана, уплотнительные и стопорные кольца,
исходное положение — посередине, при утечке воздуха
из какого-нибудь соединенного с тормозной
системой
вывода поршень смещается от исходного
положения,
обеспечивая доступ воздуха в негерметичный
контур:
12 — крышка корпуса (две штуки) с пробками, имеющими
дренажные отверстия и регулировочные шайбы
контура, два вывода соединяющие тройной клапан с воздушными баллонами тормозов передней
оси и задней тележки и ввод для поступающего
от компрессора воздуха. Под магистральными клапанами находятся полости, в которые поступает
воздух от компрессора (в две непосредственно че-
264
Глава 5
рез ввод тройного клапана, в третью — при наполнении воздушных баллонов и открытых перепускных клапанах). Работа магистральных клапанов
происходит (два клапана открываются при давлении 0,52 МПа, а третий — при давлении 0,5 МПа)
с помощью уравновешивающих пружин, опорных
дисков, мембран (мембраны прогибаются под действием поступающего в полости под магистральными клапанами воздуха).
При отказе идущей от компрессора магистрали
клапаны закрываются, сохраняя тем самым давление
в контурах пневмопривода. При отказе одного из контуров клапаны тоже закрываются, но т. к. воздух от
компрессора продолжает поступать, соответствующие
исправным контурам клапаны открываются (на их
мембраны действует сжатый воздух) при давлении,
которое ниже, чем давление открытия клапана в отказавшем контуре. Защитный клапан обеспечивает
выход части воздуха в атмосферу, выполняя предохранительную функцию.
Ускорительный клапан предназначен для
уменьшения времени срабатывания запасной и стояночной тормозных систем. Он уменьшает время
впуска и выпуска (из цилиндров энергоаккумулятора) сжатого воздуха.
Ускорительный клапан имеет четыре вывода
(рис. 69), которые соединены с полостями цилиндров энергоаккумулятора (I), с атмосферой (II),
с воздушным баллоном (III), с краном управления
стояночным тормозом (IV). Он состоит из двух частей: нижней (с седлом впускного клапана) и верхней (с управляющей камерой с поршнем, имеющим седло выпускного клапана).
265
Справочник автомеханика
2
3
JV
1
9
8
4
ill
7
II
Рис. 69. Устройство ускорительного клапана.
Основными деталями ускорительного клапана являются:
1 — выпускной клапан; 2 — управляющая камера,
в которую поступает сжатый воздух из ручного
тормозного крана, в атмосферу из камеры воздух
выпускается при включении тормозной системы
(запасной или стояночной); 3 — поршень, в исходном
состоянии опущен вниз, своим перемещением обеспечивает
пропорциональность между давлением в цилиндрах
энергоаккумулятора и управляющим давлением в выводе IV;
4 — впускной клапан; 5 — нижняя часть корпуса;
6 — пружина, поджимает впускной клапан; 7 — шток
(пустотелый),
на нем установлены впускной и выпускной
клапаны; 8 — седло впускного клапана; 9 — верхняя часть
корпуса
Растормаживание происходит при поступлении
в энергоаккумулятор сжатого воздуха из воздушного баллона (задействованы выводы I и III) через
впускной клапан (выпускной клапан закрыт). При
266
Глава 5
включении одной из тормозных систем поршень
поднимается вверх (т. к. при выходе воздуха из
управляющей камеры в атмосферу в ней падает
давление), выпускной клапан открывается, а впускной — закрывается, цилиндры энергоаккумуляторов сообщаются с атмосферой (задействованы выводы I и II), что сопровождается падением давления в них, колеса затормаживаются.
Автоматический регулятор тормозных сил
предназначен для автоматического регулирования
в зависимости от осевой нагрузки давления сжатого воздуха, которое подводится к тормозным камерам мостов задней тележки. Он устанавливается на лонжероне рамы на кронштейне. Соединение
рычага регулятора (через тягу, упругий элемент,
штангу, компенсатор) с балками мостов задней тележки таково, что перекосы мостов не влияют на
работу регулятора.
Выводы регулятора связаны с верхней секцией
тормозного крана, с атмосферой и тормозными камерами задних колес. Основными деталями его являются: корпус из двух частей, рычаг, ступенчатый
поршень с наклонным ребристым конусом (в его полости входят ребра конуса корпуса), клапан, мембрана (зажата между верхней и нижней частями корпуса регулятора), соединенный с шаровой пятой
толкатель с направляющей, соединительная трубка
и поршень, обеспечивающий постоянный мягкий
контакт толкателя и пяты. Длина плеч рычага (при
ненагруженной оси) подбирается в зависимости от
хода подвески при нагружений мостов и от соотношения осевых нагрузок в нагруженном и ненагруженном состояниях.
267
Справочник автомеханика
Кузов и его оборудование
Для большинства легковых автомобилей кузов
является несущей конструкцией, он выполняет
роль рамы и в местах крепления механизмов и агрегатов имеет усиления.
Традиционно кузов легковых автомобилей (типа
«седан») состоит из корпуса (каркаса), к которому
крепятся остальные его части:
• двери, устанавливаются на двух петлях в проемах боковин корпуса, состоят из сваренных штампованных панелей с прорезями для стока попадающей воды в нижней части и проемами для окон
в верхней части; в закрытом положении фиксируются замком, в открытом — ограничителем (ограничитель определяет максимальный угол открывания двери и фиксирует его); в окнах дверей устанавливаются опускаемые стекла (или неподвижные), которые передвигаются по направляющим
с помощью установленного внутри двери стеклоподъемника;
• задние и передние крылья, состоят из штампованных панелей, обычно задние привариваются
к корпусу, а передние приклепываются;
• капот двигателя, является крышей для отсека двигателя, его наружная панель снизу усилена
приваренной по периметру внутренней панелью;
• крышка багажника, устанавливается на двух
петлях, в открытом состоянии фиксируется торсионами, в закрытом — замком;
• декоративные детали (буфера, накладки, облицовка радиатора и фар и др.).
268
Глава 5
Сиденья для пассажиров и водителя устанавливаются внутри кузова, переднее сиденье состоит из
двух кресел (одно для водителя, другой для пассажира), которые допускают регулировку в продольном направлении и по углу наклона, а заднее сиденье сплошное. Сиденья состоят из металлических каркасов, на которых установлены пружинные
поролоновые подушки.
В переднем и заднем проемах корпуса на резиновые уплотнители вставляются гнутые стекла.
Корпус кузова является жесткой сварной конструкцией, основными деталями его являются:
• основание, состоит из передней (на которой
крепятся двигатель, радиатор, поперечная балка передней подвески) и задней части;
•боковины с проемами для дверей, свариваются из стоек, порогов пола и т. д.;
• крыша.
Основание и крыша по периметру усилены сборным коробчатым профилем. В передней и задней
части корпуса имеются панели и брызговики, в передней части кроме этого имеется щит.
Например, легковые автомобили ВАЗ—2104,
ВАЗ—2105 имеют цельносварной, металлический четырехдверный кузов без резких выступов и углов
снаружи, все детали и узлы которого соединены в
основном контактной точечной сваркой (газовой
сваркой приваривается панель крыши, дуговая
сваркам применяется дополнительно для сильно нагруженных деталей). Его детали изготовлены штамповкой из малоуглеродистой листовой стали толщиной 0,7 мм (для наружных панелей), 0,9 мм (для
щ
269
Справочник автомеханика
пола и крыши), 1 мм (для брызговиков, арок задних колес, поперечин пола), 1,5 мм (для центральных стоек и других сильно нагруженных деталей),
0,8—2,5 мм (для мелких деталей: кронштейнов, усилителей, соединителей и т. п.).
Корпус кузова состоит из следующих основных
частей:
— передок, в состав которого входят:
• панель облицовки,
• поперечины передка,
•передние лонжероны,
• вертикальный щиток,
• коробка воздухопритока,
• брызговики передних крыльев со стойками
подвески, к правому приварена площадка
для установки аккумуляторной батареи;
— пол кузова с усилителями, в состав которого
входят:
• панель задка,
•лонжероны багажного отделения,
•пол багажного отделения,
•полы передний, задний, запасного колеса,
топливного бака; с ними сварены передние
и задние лонжероны,
•поперечины и др.;
— боковины из цельнометаллической панели, в
состав которых входят:
•центральные стойки, усилители, наружная
арка заднего колеса; боковины соединяются
поперечиной и полкой;
— крыша, в состав которой входят:
• панель, к ней привариваются рамы переднего (ветрового) и заднего окон,
270
Глава 5
• сваренные между собой газовой сваркой боковые панели,
• усилители;
— передние (привариваются к панели передка)
и задние (привариваются к боковинам и панели задка) крылья, в правом заднем крыле находится
крышка ниши заливной горловины топливного бака.
К навесным узлам кузова относятся двери, капот, крышка багажника.
К механизмам кузова относятся замки передних
дверей роторного типа, замки задних дверей, капота и багажника, ограничители открывания дверей, стеклоподъемники.
Кроме такой типовой конструкции кузова, на
легковых автомобилях можно встретить и другие
конструкции, например, кузов-фургон («пикап»),
который разделяется перегородкой на две части:
грузовой отсек и кабина водителя. Кузова могут
иметь съемный тканевый тент, задний откидной
борт, люки в полу для доступа к находящимся там
механизмам.
Для создания комфорта пассажирам и водителю в автомобиле предусмотрено различное дополнительное оборудование, к которому относят систему вентиляции кузова, кондиционеры, систему
обогрева, стеклоочиститель со щетками, устройство
для обмыва ветрового стекла (для подачи воды на
ветровое стекло), ремни безопасности, детские сиденья и т. п.
271
Глава 6
Теория и расчет двигателей
Теоретические и действительные циклы
Реальные процессы, происходящие в двигателе,
точно рассчитать и проанализировать достаточно
сложно. Поэтому термодинамический анализ и расчеты проводятся по теоретическим циклам, несколько отличающимся от реальных циклов.
Теоретический (термодинамический) цикл поршневого двигателя — это обратимый круговой процесс, в котором превращение теплоты в работу происходит с минимальными потерями.
Различаются три вида теоретических циклов (по
способам подвода теплоты к рабочему телу, считается, что отвод теплоты происходит при постоянном объеме):
• подвод теплоты при постоянном объеме (принудительное зажигание и сгорание рабочей смеси),
цикл состоит из следующих этапов: адиабатическое
сжатие (без теплообмена с внешней средой), изо-
272
Глава 6
хорный процесс подачи тепла, адиабатическое расширение, изохорный отвод теплоты;
• подвод теплоты при постоянном давлении (это
расчетный цикл для компрессорных дизелей), цикл
состоит из следующих этапов: адиабатическое сжатие, изобарный подвод тепла, адиабатическое расширение, изохорный отвод теплоты;
• подвод теплоты смешанный: и при постоянном объеме и при постоянном давлении (расчетный
цикл дизелей транспортного типа), цикл состоит
из следующих этапов: адиабатическое сжатие, подвод теплоты сначала при постоянном объеме, потом при постоянном давлении, адиабатическое расширение, изохорный отвод теплоты.
При термодинамическом анализе по теоретическим циклам принимаются следующие допущения:
1) теплоемкость газа постоянна и не зависит от
температуры в течение всего цикла;
2) циклы считаются замкнутыми, а количество одного и того же задействованного в цикле рабочего
тела постоянно (насосные потери не учитываются);
3) сжатие и расширение — процессы адиабатные
(теплообмена с внешней средой нет);
4) сгорание топлива рассматривается как мгновенный подвод тепла извне;
5) выпуск отработавших газов рассматривается
как мгновенный овод тепла в холодный источник;
6) трения между цилиндром и поршнем нет.
Теоретический цикл характеризуется следующими параметрами:
Vh — рабочий объем цилиндра,
е — степень сжатия,
273
)
Справочник автомеханика
р — степень предварительного расширения, р
V Z j /VО , где V — объем цилиндра в конце процесса подвода теплоты, V — объем в конце сжатия;
X — степень повышения давления, X = рZ/рс , где
р — максимальное давление цикла, р — давление
в конце сжатия; изменяется в пределах от 1,4 до 2;
§ — степень последующего расширения, 8 = V,О /Vz^ ,
где Vb — объем цилиндра в конце расширения.
Основной оценочный параметр теоретического
цикла — термический КПД r|t, который равен отношению n = (Q, - Q2)/Ql5 где Qt, Я2 — подведенное и отведенное количество теплоты. Термический
КПД зависит от степени сжатия и показателя адиабаты (для цикла с подводом теплоты при постоянном давлении) или от степеней сжатия, предварительного расширения, повышения давления и показателя адиабаты (для смешанного цикла). Чем
больше степень сжатия, тем больше термический
КПД во всех циклах, особенно при подводе теплоты при постоянном объеме. В смешанном цикле
чем больше степень повышения давления или чем
меньше степень предварительного расширения, тем
больше термический КПД.
От всех этих параметров зависит экономичность
(теплоиспользование) теоретического цикла.
Для наглядности анализа теоретического цикла
применяются индикаторные диаграммы — графики, по осям которых в масштабе откладываются
объем газа над поршнем (ось абсцисс) и абсолютное давление газа в цилиндре (ось ординат).
Для действительных циклов индикаторные диаграммы (свернутые) строятся по данным теплово-
274
Глава 6
го расчета или по данным, полученным во время
испытаний с помощью специального индикатора.
Если требуется наглядно показать характер изменения давления в зависимости от угла поворота коленчатого вала, то применяется развернутая индикаторная диаграмма, на которой по оси абсцисс откладывается угол поворота коленчатого вала, а по
оси ординат — давление газа.
По индикаторной диаграмме можно вычислить
механические (насосные) потери двигателя — работу, затраченную на процессы впуска и выпуска.
Насосные потери (работа) равны площади, заключенной между линиями впуска и выпуска.
Анализ рабочих процессов
действительного цикла
Впуск. В процессе впуска в цилиндры двигателя поступает смесь, образовавшаяся в карбюраторе
(для карбюраторных двигателей) при смешивании
топлива с поступающим из воздухоочистителя воздухом. Действительный цикл по сравнению с теоретическим циклом требует периодического проведения газообмена (удаления продуктов горения
и добавление горючей смеси), который и осуществляется в процессе тактов впуска и выпуска.
Открытие и закрытие клапанов в действительном
цикле происходит, когда положение поршня не
соответствует его положению в верхней и нижней мертвых точках. Открытие впускного клапана
275
Справочник автомеханика
с опережением улучшает удаление продуктов сгорания, а закрытие с запаздыванием приводит к
увеличению наполнения цилиндров. Такт впуска
действительного цикла начинается, когда поршень
уже начинает двигаться от верхней мертвой точки
к нижней мертвой точке (так как давление остаточных газов выше давления окружающей среды,
то нет поступления в цилиндр свежей горючей смеси, а изменение соотношения давления происходит
при расширении газа уже во время движения поршня к нижней мертвой точке). То есть, давление в
цилиндре при впуске меньше, чем давление окружающей среды. Минимальное значение ; авления
соответствует половине хода поршня (примерно).
Силы инерции поступающей горючей смеси приводят к некоторому увеличению давления в конце такта впуска.
Давление в конце такта впуска р равно разности давления окружающей среды ро и уменьшению давления Дра из-за гидравлических сопротивлении впускной системы: р.
Ар
.
Увеличеа
Рс
ние скорости движения поршня приводит к уменьшению давления ра в конце такта впуска. Чем
больше ра, тем больше масса поступающей в цилиндр свежей порции смеси.
Давление ра в конце такта впуска вычисляется
по следующей формуле:
к / (к-\)
2
л
(
2
Vh
п
1
10
1
Ра
2
5130
Ф
V
где п
/
частота вращения коленчатого вала,
276
Глава 6
Vh — рабочий объем цилиндра,
/КЛ — площадь проходного сечения клапана, для большинства двигателеи равна
2,35-3,1 см2/(л- 1000 об./мин),
т — отношение максимальной частоты вращения
коленчатого вала к 1000, т = 0,001пе max
ф — коэффициент гидравлического сопротивления
впускной системы (равен 0,7—0,8),
k — показатель адиабаты расширения смеси (в карбюраторах) или (в дизелях) воздуха (равен 1,35—1,45).
Скорость со поступления горючей смеси в цилиндры равна: со^= 0,017 пе + 27.
П л о щ а д ь проходного отверстия клапана f КЛ
вычисляется по формуле:
f кл = rcdh cos 0,'
где d — средний диаметр опорной поверхности клапана,
h — средняя высота подъема клапана,
6 — угол между фаской седла клапана и плоскостью его головки.
Продолжительность открытия клапана равна сотым долям секунды, например при п = 1000 об/мин
продолжительность открытия равна 0,04 с.
Давление в конце выпуска р г вычисляется по
формуле:
рг = 1,03 (1 + 0,55) х 10"4пе
max
Поскольку на изменение давления в конце выпуска влияют, кроме частоты вращения коленчатого
вала, и другие факторы (нагрузка, сопротивление
277
Справочник автомеханика
системы и др.), которые сложно учесть, считается,
что давление рг постоянно в процессе выпуска и
равно 0,105-0,135 МПа.
В начале впуска давление остаточных газов понижается от величины рг до ра, температура понижается, объем увеличивается.
Температура Т остаточных газов в конце выпуска в градусах Кельвина вычисляется по формуле:
т,
1450
Тг = — с
738
-и
+ 0,14пе + 1336,
где е — степень сжатия, а — коэффициент избытка воздуха. Для карбюраторов температура остаточных газов в конце выпуска равна 900—1200С, для
дизелей — 800-950°С.
Температура остаточных газов в начале впуска Т ' вычисляется по формуле:
у
Р
I а
у
r
х
r
ш—1
_ m
р
Аг
где т — показатель политропы расширения остаточных газов, равен 1,3—1,38, р — давление в
конце такта впуска рассчитывается по формуле
(см. выше), рг — давление в конце выпуска; Тг —
температура остаточных газов в конце выпуска.
Температура Т ' поступающей в цилиндры горючей смеси равна
То7 = Т о + дт,
где Т — температура окружающего воздуха, считается равной 288°С, АТ — приращение температу-
278
Глава 6
ры за счет нагрева деталями двигателя, равна 10—
40°С (для карбюраторов) и 10—25°С (для дизелей).
Коэффициент у остаточных газов равен отношению массы остаточных газов Gr к массе поступающей смеси Go, то есть
Ш = G r /G0.
Он характеризует степень загрязнения поступающей новой порции смеси отработавшими газами,
которые остались от предыдущего цикла. Этот коэффициент может быть вычислен по формулам:
рг(Т0 + ДТ)
у= —
(ер0-рг)цт
или
Y
Pr (Т0 + AT)
(£ — 1)Т рст|
V
где г] — коэффициент наполнения горючей смесью
цилиндров двигателя, \х — коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси, е — степень сжатия,
АТ — приращение температуры за счет нагрева деталями двигателя (10—40С (для карбюраторов) и
10—25С (для дизелей)), ро — давление газа в цилиндре в конце процесса сжатия, рг— давление в
конце выпуска; То — температура окружающего
воздуха; Т — температура остаточных газов в конце выпуска. Обычно коэффициент у равен 0,04
0,08 (для карбюраторов) и 0,05—0,06 (для дизелей).
Температура Т а рабочей смеси в конце впуска
вычисляется по формуле:
T>WT,
т1 а = - ,—. -„ „—
„
1+ W
ИЛИ
™
^
та
"
279
(Т0 + ДТ) е р
£
1
(1+У)Лу( - )Ро
'
Справочнин автомеханика
где \|/— коэффициент, равный отношению теплоемкостей остаточных газов и горючей смеси, коэффициент у остаточных газов равен 0,04—0,08 (для
карбюраторов) и 0,05—0,06 (для дизелей), е — степень сжатия, где r)v — коэффициент наполнения
горючей смесью цилиндров двигателя, Ро — давление газа в цилиндре в конце процесса сжатия,
ра — давление в конце такта впуска, То — температура окружающего воздуха; Т. — температура остаточных газов в конце выпуска; АТ — приращение температуры за счет нагрева деталями двигателя (10—40°С (для карбюраторов) и 10—25°С (для
дизелей). Температура Та равна 350—400С (для карбюраторов) и 315—370С (для дизелей).
Коэффициент наполнения r]v, определяющий
степень совершенства процесса впуска, равен отношению массы фактически поступившей в цилиндр свежей горючей смеси Сф (или воздуха для
дизелей) к массе
вычисленной теоретически при
температуре То и давлении ро окружающей среды,
h v = Gq/Gm- Его можно вычислить по формулам:
( Ч>
ЛV
V
Т
я
\
Р.
Т
г
)
Т
Ао
Ро(£ - 1 )
.
или
ЛV
ер До
1)тйРо(1+у)
где коэффициент у остаточных газов, £ — степень
сжатия, ро— давление газа в цилиндре в конце
280
Глава 6
процесса сжатия, ра — давление в конце такта
впуска, рг — давление в конце выпуска; То — температура окружающего воздуха; Тг — температура
остаточных газов в конце выпуска; Та — температура рабочей смеси в конце впуска.
Коэффициент r)v равен 0,65—0,75 (при максимальной частоте вращения коленчатого вала), 0,8
0,85 (при частоте вращения, соответствующей максимальному крутящему моменту), 0,6—0,7 (при
меньшей частоте вращения коленчатого вала).
Сжатие. Действительный процесс сжатия не адиабатический, так как имеет место теплообмен между деталями двигателя и поступающей горючей смесью. Сжатие начинается при закрытых впускном и
выпускном клапанах, происходящий теплообмен не
постоянен (политропа с переменным показателем),
то есть сначала вновь поступающий газ нагревается от деталей, затем температура повышается и от
сжатия, в какой-то момент теплообмен прекращается, а затем происходит отвод теплоты от газа, и в
конце такта сжатия теплообмен уменьшается.
Показатель политропы п1 вычисляется по формуле:
П 11 = 1,38 - 0,03пе m a x ' / пер
7
7
где п
— максимальная частота вращения коленчатого вала, п — частота вращения, для которой
определяется показатель политропы. Показатель политропы обычно равен 1,32—1,39 (для карбюраторов)
и 1,36—1,4 (для дизелей), зависит не только от частоты вращения коленчатого вала, но и от интенсивности охлаждения, геометрических размеров деталей, формы камеры сгорания.
"
е max
^
281
^^
Справочник автомеханика
Давление р в конце сжатия можно вычислить
по формуле (приближенно, считается, что в конце
сжатия политропа имеет постоянный показатель):
/
Лп \
Vа
1
р
=
р
1
ра е"
* с
а
V
с У
где п[ — показатель политропы, Vа — полный объем
цилиндра, V — объем камеры сгорания, е — степень сжатия, ра — давление в конце такта впуска.
Давление рС равно 0,8—1,9 МПа (для карбюраторов) и 3,5—5,0 МПа (для дизелей).
х
Температура Т с в конце сжатия вычисляется
по формуле:
Гу
Y ^
а
Тс = Та
Та е
где Та — температура рабочей смеси в конце впуска,
nJ — показатель политропы, Vа — полный объем цилиндра, V — объем камеры сгорания, е — степень
сжатия.
Она равна 600—750С (для карбюраторов) и 800
975°С (для дизелей) и должна быть выше температуры самовоспламенения на 150—250"С.
Степень сжатия е для карбюраторов равна 6
11 (ограничена детонацией), для дизелей 14—21 (без
наддува) и 13—16 (с наддувом).
Сгорание. Действительный процесс сгорания начинается до прихода поршня к верхней мертвой
точке, а заканчивается после того, как поршень дойдет до верхней мертвой точки, то есть, протекает
не при постоянном объеме.
282
Глава 6
В карбюраторах процесс сгорания можно разделить на следующие этапы (развернутая индикаторная диаграмма, рис. 70).
р, МПа
Сго зание
ширение
Ькатие1
315
ЗЮ 34 5
GL, ТШТ
0.3
Рис. 70. Развернутая индикаторная диаграмма.
Ось абсцис а — отложены углы поворота коленчатого вала;
угол
ось ординат р — давления газов в цилиндре; G 0.3
опережения зажигания; ВМТ — верхняя мертвая точка
• период задержки воспламенения от начала
воспламенения рабочей смеси в т. 1 до т. 2 (точке
1 соответствует угол опережения зажигания —
угол поворота коленчатого вала от начала воспламенения до того, как поршень достигнет верхней
мертвой точки);
• период видимого эффективного сгорания от т. 2,
после которой интенсивность сгорания возрастает и
за счет продолжающегося сжатия, до т. г' , соответствующей максимальному давлению газов в цилиндре (в это время сгорает 90% горючей смеси);
9
• период догорания смеси (от т. г ) при расширении.
283
Справочник автомеханика
Процесс сгорания делится на два периода: I период — от т. 1 до т. 2 в этот период процесс сгорания только развивается; во II период, который
называют периодом видимого эффективного сгорания (это участок диаграммы от т. 2до т. / ) , процесс сгорания развивается.
Температура и давление газов при увеличении
скорости сгорания резко повышаются. Если приращение давления более 0,25—0,3 МПа на один градус поворота коленчатого вала, то работа двигателя
считается жесткой, если менее (с максимумом в точке z ' ) — мягкой. Жесткая работа двигателя уменьшает срок его службы и приводит к ускорению изнашивания деталей. Максимальная мощность двигателя достигается при сгорании рабочей смеси в минимальном объеме.
Детонация при сгорании может возникнуть,
если сгорающая часть смеси сжимает несгоревшую
часть до того, что температура несгоревшей части
превысит температуру самовоспламенения; или
если сорт топлива не соответствует степени сжатия. Она оказывает отрицательное влияние на детали двигателя, так как вызывает нежелательные
вибрации цилиндров.
В дизелях процесс смесеобразования и сгорания
тоже можно разделить на 4 этапа:
1) период задержки воспламенения (длится от
0,001 до 0,003 с, в течение этого периода за счет
физико-химических процессов начинает повышаться давление);
2) период быстрого сгорания (сопровождается
выделением большого количества тепла и резким
284
Глава 6
возрастанием давления, соответствует теоретическому сгоранию при постоянном объеме);
3) период медленного нарастания давления (соответствует теоретическому сгоранию при постоянном давлении, давление в течение этого периода максимальное, длится этот период до наступления равновесия между понижением давления от расширения и повышением давления от выделения теплоты);
4) период догорания смеси.
Состав топлива (жидкое), на котором работают
двигатели внутреннего сгорания, обычно задается
в процентах по массе для каждого составляющего
(углерод С, водород Н и, если имеется, кислород О).
Например, состав бензина может быть указан следующим образом: С — 85,5%, Н — 14,5%.
В процессе сгорания топлива образуются углекислый газ (диоксид углерода) С02 и водяной пар Н 2 0.
Если сгорание неполное (недостаток кислорода), то
не весь углерод превращается в углекислый газ, часть
углерода превращается в оксид углерода СО.
Из химических реакций окислении углерода
1
С + 0 2 —• С02 и водорода Н 2 + /2 0 2 —• Н 2 0 следует, что на сгорание 1 кг углерода требуется 8/3 кг
кислорода, а на окисление 1 кг водорода — 8 кг
кислорода. Тогда на полное сгорание 1 кг топлива
необходимо количество Г о кислорода, равное
V о = 8С/3 V 8Н - От ,
здесь буквами С, Н указано процентное содержание по массе соответствующего элемента, От — количество участвующего в сгорании кислорода, содержащегося в 1 кг топлива.
285
Справочник автомеханика
Зная массовую долю содержания кислорода в
воздухе (0,23), получаем количество L'о воздуха,
необходимое для сгорания 1 кг топлива
V о = (8С/3 + + 8Н - От)/О,23.
В киломолях (кмоль) количество кислорода и
воздуха, необходимые для сгорания 1 кг топлива,
соответственно равны:
10 = 1\ /32 - С/12 + Н/4 — От/32
и
Lo = lo /0,21 = (С/12 + Н/4 -
0т/32)/0,21
(здесь 0,21 — объемная доля содержания кислорода в воздухе) или
L = V
о
/шо = (8С/3 + 8Н -
0 т )/(0,23т о ),
где средняя молекулярная масса воздуха т о = 28,96.
Зная процентный состав топлива, по этим формулам легко вычислить необходимое теоретически
для сгорания количество воздуха (кг или кмоль).
В действительности на сгорание 1 кг топлива необходимо количество воздуха Ьд =0(Lo, где а — коэффициент избытка воздуха.
Если коэффициент избыта воздуха а > 1, то горючая смесь называется бедной, если а = 1, то
смесь нормальная, если а < 1, то смесь богатая
(воздуха для полного сгорания не хватает). Также
применяются понятия обедненной и обогащенной
смеси: горючая смесь считается обедненной, если
коэффициент а равен 1,05—1,15 (максимальная экономичность работы двигателя); бедной, если а равен
1,2—1,25; обогащенной, если а = 0,8—0,95 (максимальная по мощности работа двигателя); богатой, если
а = 0,4—0,7. Среднее значение коэффициента избытка
286
Глава 6
воздуха для бензиновых карбюраторов 0,7—1, для газовых 0,8—1,2.
В дизелях коэффициент избытка воздуха а равен 1,3—1,8: без наддува 1,3—1,7, с наддувом 1,5
2, с предкамерным смесеобразованием 1,2—1,5.
Основными параметрами рабочего тела являются :
• количество Мх горючей смеси (кмоль), приходящейся на 1 кг топлива, которое равно:
• для бензинового карбюратора
М.1 = aL О + 1/ш т,'
'
где т т — молекулярная масса топлива, обычно слагаемое l/m^ считают равным 0,01;
•для дизелей Мг = aLo, здесь величиной 1/шт
пренебрегают из-за малости.
Для двигателей, работающих на газовом топливе,
М 1 = aL о + 1,*
где а — коэффициент избытка воздуха, L o — количество воздуха, необходимого для сгорания 1 кг
топлива, которое равно:
• для бензиновых двигателей (кмоль/кг)
Lo = (С/12 + Н/4)/0,21;
• для дизелей (кмоль/кг)
Lo - (С/12 + Н/4 — 0/32)/0,21;
• для двигателей, работающих на газовом топливе (кмоль/м3),
1
L =
У(п+т/4)С Н
я
° 0,21 ^
""
здесь СпНт — химическая формула газового топлива.
287
Справочник автомеханика
В основном применяется в качестве газового
топлива метан (ГСП) СН4 и пропан-бутан (ГСН), содержащий 48% бутана С4Н10 и 52% пропана С3Н8.
Параметры окружающей среды:
• давление ро = 0,1013 МПа,
• температура атмосферного воздуха То = 288°С.
Подогрев AT свежего заряда, поступающего в цилиндры, равен:
• для бензиновых двигателей 0—20°С,
• для дизелей 10—40С,
• для двигателей, работающих на газовом топливе, 10—20°С.
Продуктами сгорания бедной смеси являются
(для жидкого топлива): углекислый газ, водяной
пар, избыточный кислород О и азот N.
Продуктами сгорания богатой смеси являются: углекислый газ, оксид углерода СО, водяной
пар, азот N и оксиды азота.
Общее количество М 2 продуктов
(кмоль/кг) 1 кг топлива равно:
• для богатой смеси
М2 = gC/12 + gH/2 + 0,21(01 -
сгорания
1)L,
где g — удельная теплота сгорания, а —коэффициент избытка воздуха, L o — количество воздуха,
необходимое для сгорания 1 кг топлива, при этом
коэффициент молекулярного изменения свежей горючей смеси равен
. цо = (gH/4 + gO/32 - l/mT)/(aLo + 1/шт) (для
карбюраторов),
• Н-о ~ 1 + (gH/4 +gO/32)/(cxL) (для дизелей),
288
Глава 6
Коэффициент молекулярного изменения рабочей
смеси равен ju = (juo + y r )/(l + у).
• для бедной смеси М9 - gC/12 + gH/2 + 0,79c(Lo,
коэффициент juo равен juo = 1 +[0,21(1 — a)Lo + gH/4 +
-fgO/32 — l/mT)]/(aLo + 1/тт), коэффициент |ji вычисляется по той же формуле, что и для богатой смеси,
при этом пг — масса топлива, у — коэффициент
остаточных газов.
Н и з ш а я теплотворность жидкого топлива равна (кДж/кг) равна:
Н - 4,2 [8100С + ЗООООН - 600(9Н - W ) - 26 - (О - S)],
где С, Н, W (влага), S (сера) — процентное содержание соответствующего элемента (если имеется)
в топливе (обычно влага из-за малости не учитывается), при расчетах низшую теплотворность принимают равной
44000 кДж/кг 0{ля карбюраторов)
и 42500 кДж/кг (для дизелей).
Количество теплоты, потерянной из-за неполного сгорания свежего заряда смеси, АНи определяется только для бензиновых или газовых двигателей, работающих с коэффициентом избытка меньше единицы (обогащенные и богатые), и для карбюраторов равно AHU = 119600(1 — cx)Lo, а для
дизелей
АН
=
0.
^
U
У д е л ь н а я теплота сгорания gT топлива, отнесенная к массе заряда (кДж/кг), равна:
gT = % H/(aLo + 1)(1 + Y r ) ,
где Н, — коэффициент выделения теплоты на участке от верхней мертвой точки до достижения максимального давления.
10. Зак. 47
289
Справочнии автомеханика
Теплоемкость свежей смеси (средняя молярная)
для карбюраторов и дизелей равна (Дж/(моль • К)):
mCv
Vcp
= 20,16 + 1740Т,
где т — масса топлива, С17 — средняя теплоемР т
кость при постоянном объеме, Т — температура в
конце сжатия.
Теплоемкость продуктов сгорания вычисляется по формуле (Дж/(моль• К)):
mCvV = (18,42 + 2,6а) + (1,55 + 1,38а)10~3Тс
(быстрое
или
3
1,38/а)10~ Т
шС V - (20,1 + 0,92/а) + (1,55 +
с
(смешанное сгорание).
r
Температура в конце сгорания T z определятся
из уравнения сгорания (при подстановке числовых
значении всех остальных входящих в уравнение величин), имеющего следующий вид:
5(НЦ-АНЦ)
N1,(1+7)
+ ю С\ Tс = l' l m CVr
„T
ср
(для двигателей цикла быстрого сгорания) или
с Н
"
М,(1+
+ ( т С , + 8,314 Х)Т =jj.(mC + 8,314) Т
уг)
Vqp
С
\
г
(для двигателей смешанного цикла). В точке, соответствующей максимальному давлению, температура Tz равна 2500—2800°С (для карбюраторов),
1900—230СГС (для дизелей без наддува), 2100-2600°С
290
Глава 6
(для дизелей с наддувом). При этом £ — коэффициент выделения теплоты на участке от верхней
мертвой точки до достижения максимального давления, Ни — низшая теплотворность жидкого топлива, т — масса топлива, Т2 — температура в конце сгорания, у — коэффициент остаточных газов,
М} — колличество горючей смеси на один кг топлива, Су — теплоемкость при постоянном объеме,
X — степень повышения давления, Т С — температура в конце сжатия, ju — коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси.
Давление pz в конце сгорания вычисляется по
формуле:
М
PcTz
pz =
Тс
(для двигателей цикла быстрого сгорания)
или
Р. = Хр
(для двигателей смешанного цикла). Оно равно 2,5
6 МПа (для карбюраторов), 7—11 (для дизелей без
наддува), 8—16 (для дизелей с наддувом).
Расширение. Расширение происходит при движении поршня от верхней мертвой точки к нижней. Действительный процесс расширения протекает не адиабатически, как теоретический. В нем
происходит подвод теплоты за счет догорания рабочей смеси и отвод через стенки цилиндров. Это
политропный процесс с переменным показателем,
значение которого зависит от частоты вращения коленчатого вала, рабочего объема двигателя, характера процесса сгорания.
10*
291
Справочник автомеханика
Показатель политропы п2 для карбюраторов вычисляется по формуле:
п, = 1,2 + 0,03(п с шах'/пер) (обычно равен 1,23-1,32),
для дизелеи по формуле:
п9— = 1,21 + 130/пер (обычно равен 1,2-1,29),
где пер — частота вращения коленчатого вала в расчетном интервале.
Давление р ь в конце расширения вычисляется
исходя из уравнения политропы:
Р
Рь
£
(для карбюраторов, обычно равно 0,35—0,6 МПа)
Г
'V
Р
РZ
\"
2
vz
«2
5
(для дизелей, обычно равно 0,25—0,5 МПа), где S —
степень последующего расширения, V — давление в
конце сжатия, V. — давление в конце расширения,
п2 — показатель политропы.
Степень предварительного расширения для
карбюраторов равна р = 1, 8 = е, для дизелей
р = (цТ2)/(ЛТ).
Температура Т ь в конце расширения вычисляется из уравнения политропы:
Глава 6
т
Z
(для карбюраторов, обычно равна 1300—170СГС) и
(для дизелей, обычно равна 1000—1300°С).
Выпуск. Выпуск в действительном цикле начинается в конце такта расширения (до нижней мертвой точки), а заканчивается в конце впуска (после достижения поршнем верхней мертвой точки).
При этом после открытия выпускного клапана и
до достижения поршнем нижней мертвой точки
происходит удаление около 70% всех отработавших
газов, сопровождающееся отводом теплоты.
Давление рг остаточных газов в конце выпуска
должно быть как можно меньше. Оно равно 0,1 —
0,13 МПа (для карбюраторов и дизелей) и зависит
от частоты вращения коленчатого вала, геометрии
и конструкции системы выпуска.
Давление отработавших газов в процессе выпуска считается постоянным (в действительности не
постоянное, но его очень трудно рассчитать) и равным среднему за этот процесс значению.
Температура Тг отработавших газов равна 900 —
1300°С (для карбюраторов) и 700—1000°С (для дизелей).
Критическая скорость истечения газов равна:
и составляет 500—700 м/с.
293
Справочник автомеханика
Показатели, характеризующие
работу двигателя
Работа двигателя оценивается рядом индикаторных, эффективных и удельных показателей.
К индикаторным показателям относятся: индикаторные работа, мощность, теоретическое и действительное средние давления.
Индикаторная работа L. (рис. 71) (измеряется
в МДж) вычисляется по формуле:
м
Ц = m(F1 -
F 2 ),
где т — масштаб индикаторной диаграммы цикла
(количество единиц работы на единицу площади диаграммы), F — площадь индикаторной диаграммы
Рис. 71. Зависимость
294
давления
от объема
Глава 6
между линиями сжатия и расширения (полезная),
F2 — площадь индикаторной диаграммы между линиями выпуска и впуска (потери на газообмен).
На индикаторной диаграмме указаны следующие
характерные точки: а
конец основного впуска,
а
закрытия впускного клапана, b — конец процесса расширения, Ъ' — начала открывания выпусконец процесса сжатия, с'
кного клапана, с
конец такта сжаначало горения рабочей смеси, с'
тия, г
конец процесса выпуска, z
точка, соответствующая максимальному давлению газов в цилиндре, 22
период медленного нарастания давления (соответствует сгоранию теоретического цикла при постоянном давлении), линия ас
процесс
сжатия, линия zb
процесс расширения, линия
Ът процесс выпуска, линия cz
процесс сгорания, 1, 2, 3, 4
площади округления индикаторнои диаграммы.
Теоретическое среднее индикаторное давление
Р i — это условное постоянное давление на поршень
в течение одного рабочего цикла, которое совершает работу, равную индикаторной за весь цикл. Оно
вычисляется по формуле (измеряется в МПа):
К)"4
Р
ь
д
где Vh V
рабочий объем цилиндра, и равно
V
полезной площади индикаторной диаграммы (р2
среднее давление при сжатии, р 2
среднее давление при сгорании и расширении).
Также справедлива формула:
Р
(
1
£
1
£рь
Р
V
п2
1
295
Р
ер
а
п1 1
Справочный автомеханика
где п} — показатель политропы при сжатии, п2 —
при расширении, е — степень сжатия.
Действительное среднее индикаторное давление цикла р. несколько меньше, чем теоретическое за счет наносных потерь при впуске и выпуске; площадь полезной индикаторной диаграммы
меньше, чем площадь теоретической за счет скруглений (линия сжатия в линию сгорания, а линия
расширения в линию выпуска переходят более плавно, чем на теоретической диаграмме, действительное максимальное давление несколько меньше теоретического).
Действительное среднее индикаторное давление
равно (измеряется в МПа):
Pi =
(Р' i — APj),
где Apt = pr — ра, p r — давление в конце выпуска,
ра — давление в конце впуска, |ы — коэффициент
полноты диаграммы (равен отношению площадей
действительной и теоретической диаграмм, обычно равен 0,92-0,96).
Наносным потерям соответствует площадь 4 на
индикаторной диаграмме между линиями впуска
и выпуска (рис. 71).
У карбюраторных двигателей действительное
среднее индикаторное давление (номинал 1,1 —
1,3 МПа) выше, чем у дизелей (номинал 0,9—
1 МПа). В режиме холостого хода давление pt не
превышает 0,05—0,1 МПа (для грузовых автомобилей больше, чем для легковых).
296
Глава 6
Индикаторная мощность N. — это полезная работа, совершенная газами в единицу времени в цилиндрах двигателя. Она вычисляется по следующей
формуле (измеряется в Вт):
N -
2n р V, i
е
1h
т
W
где произведение
= L. это индикаторная работа, которая совершается за один цикл в одном цилиндре, 2п /т — число рабочих ходов, х — число
ходов за один рабочий цикл (тактность двигателя),
пе — частота вращения коленчатого вала в секунду, i — количество цилиндров в двигателе.
Если частота вращения коленчатого вала измеряется в об/мин, то мощность может быть выражена в кВт следующим образом:
—
Ni —
nе p1. V i
"
XT
или N.
n р Уд
и
1
300 т
1201
(т. к. в четырехтактном одноцилиндровом двигателе
за 1 секунду происходит п/120 циклов).
К эффективным показателям относятся: эффективные мощность, крутящии момент, среднее давление, литровая мощность.
Эффективная мощность N G — мощность, получаемая на коленчатом вале двигателя, она вычисляется по формуле, кВт:
N е = М е п/9554,
7
е7
где М — эффективный крутящий момент двигателя.
297
Справочник автомеханика
Эффективная мощность меньше, чем индикаторная, на величину N , являющуюся мощностью механических потерь (наносные потери, трение в газораспределительном механизме, при приведении в действие жидкостного насоса, вентилятора и т. п.).
Эффективный крутящий момент М — это суммарный момент сил, действующих на все шатунные шейки коленчатого вала. Он равен (измеряется в Н • м):
М е = 9554N е'/пе .
Среднее эффективное давление ре — это условное постоянное давление, которое при действии на
поршень в течение такта расширения совершает работу, равную по величине эффективной работе цикла. Оно может быть вычислено из выражений (измеряется в кВт):
N
=
р
V
n
i
1
У
У
re* Ьh е
120
ИЛИ
хsт
T
J
Р n eh
V.
ге
^ ^
,
^^
225т -1,36
Отношение эффективной мощности к индикаторной называется механическим КПД двигателя,
то есть т] = Nc/N.. В карбюраторах он равен 0,7
0,85, в дизелях О*,73-0,87.
Литровая мощность N J] (измеряется в кВт/л) —
это максимальная мощность двигателя, приходящаяся на единицу рабочего объема цилиндра N Л=N/V
6 JbI .
Для карбюраторов она равна 18—40 кВт/л (у легковых автомобилей больше, чем у грузовых), для
дизелей 15—25 кВт.
298
Глава 6
авление на
Среднее давление трения р тр
поршень (постоянное), под действием которого в
такте расширения совершается работа, равная работе сил трения.
Для карбюраторов
р
=
0,35
+
0,0005п
,
* тр
е
7
7
для дизелеи
р
=
0.8
+
0,17v
,
7
7
•^тр
ср
где v
— средняя скорость поршня (м/с).
К скоростным характеристикам двигателя относятся графические зависимости эффективных
мощности и крутящего момента, удельного и часового расходов топлива от частоты вращения коленчатого вала. Они получаются опытным путем при
обкатке двигателей на тормозных стендах.
Различаются внешняя скоростная характеристика двигателя (соответствует максимальной подаче
О
топлива при полностью открытой дроссельной заслонке) и частичная скоростная характеристика (соответствует постоянным промежуточным положениям дроссельной заслонки, а для дизелей — промежуточным подачам топлива).
Построение графиков скоростных зависимостей
происходит по точкам, полученным при затормаживании коленчатого вала (при определенном положении дроссельной заслонки). При определенных
устойчивых значениях интервалов частоты его вращения измеряются тормозной момент, необходимый
для достижения соответствующей частоты вращения (он равен эффективному крутящему моменту),
299
Справочник автомеханика
и часовой расход топлива. Эффективную мощность
и удельный расход топлива определяют по соответствующим формулам по измеренным тормозному
моменту и часовому расходу. По полученным точкам строятся соответствующие графики.
Исходные размеры двигателя (рабочий объем, диаметр цилиндра и ход поршня) определяются исходя
из известных значений эффективной мощности, частоты вращения коленчатого вала, тактности, среднего эффективного давления по следующим формулам:
• рабочий объем одного цилиндра (л):
Vh = Ул/i (i — количество цилиндров);
• рабочий объем всех цилиндров (л):
V л = 30т N е'/(рe пе );
v x
7 7
• диаметр цилиндра (вычисляется исходя из отношения S/D):
D = 100 \j4V h /(n/D);
• ход поршня: S = DS/D (вычисляется исходя из
отношения S/D);
• средняя скорость поршня (примерно):
v ср = Sn е'/30.
300
Глава 6
Тепловой баланс двигателя,
теплоиспользование
Индикаторный удельный расход топлива g i —
это количество топлива, расходуемое двигателем в
течение одного часа для получения индикаторной
работы. Он равен отношению часового расхода топлива Gm к индикаторной мощности 1ST, g. = Gm/Nie
Эффективный удельный расход топлива g —
это отношение часового расхода топлива Gm к эффективной мощности N e , g. = G m /N e = gi/<nt- Номинальное значение эффективного удельного расхода
топлива для карбюраторов равно 300—340 г/(кВт-ч),
для дизелей равно 220—260 г/(кВт-ч).
В действительности для оценки степени использования теплоты от сгорания топлива используются индикаторный, эффективный и относительный
коэффициенты полезного действия.
Индикаторный КПД rji равен отношению теплоты, преобразуемой в полезную работу L., ко всей
затраченной теплоте Н и вычисляется по следующей
формуле: ц. = L./Hu = 3600N./(GmHu) - 3600/( gi H ),
где 3600 кДж/(кВт-ч) — это термический эквивалент работы, равной 1 кВт • ч.
Для тепловых расчетов можно пользоваться следующей формулой: т|- = l,985o&jp;ry(Hji v pJ, где
a — коэффициент избытка воздуха, Lo — количество воздуха, необходимые для сгорания 1 кг топлива, р. — действительное среднее индикаторное
301
Справочник автомеханика
давление, Н — затраченная теплота, rjv — коэффиU
циент наполнения горючей смесью цилиндров двигателя, ро — давление окружающей среды. Этот коэффициент характеризует все тепловые потери двигателя.
Относительный КПД Г|о равен отношению индикаторного КПД к термическому КПД: т]О = г\./т\.
и
1
I
равен 0,6—0,8. Этот коэффициент характеризует дополнительные тепловые потери реального двигателя.
Эффективный КПД г) равен отношению количества теплоты, превращенной в полезную эффективную работу, ко всей затраченной теплоте:
TL = 3600N/(G Н ) = 3600/(g Н ),
есь g 6 = G Ш/N t) — удельный эффективный расхо
топлива. Этот коэффициент характеризует использование теплоты с учетом всех потерь (механических и тепловых).
Тепловой баланс двигателя указывает, как теплота распределяется на полезную работу и на различные потери. В действительных двигателях в полезную эффективную работу преобразуется 25—40%
теплоты, выделяемой при сгорании топлива. Тепловой баланс того или иного двигателя определяО
ется при проведении испытании, а также по данным теплового расчета.
Уравнение теплового баланса имеет вид:
Q - Q + Q + Q + Q + Q
,
где Q= GmHu — выделенная при полном сгорании
топлива теплота (Gm — часовой расход топлива,
Н — низшая теплотворность, кДж/ч),
302
Глава 6
Qe = 3600Ne — теплота, превращающаяся в эффективную работу, Qb = 4,186GB(t2 — t2) — теплота,
отводимая через стенки и головку цилиндров и через поршень в охлаждающую среду (G — количество жидкости, прошедшей через двигатель в течение одного часа, tv t2 — температура соответственно
входящей и выходящей жидкости),
Qr = Gni(M2mcv tr — Mjinc^ to) — уносимая отработавшими газами теплота (M [f М 2 — количество молей
соответственно свежей смеси и продуктов сгорания,
mcv, тСу — теплоемкость соответственно продукГ
'о
тов сгорания и свежей смеси, tr, to — температура
соответственно отработавших газов и свежей смеси), Q JI — теплота, которая не выделилась из-за неполноты сгорания топлива, учитывается только при
коэффициенте избытка воздуха, меньшем единицы
(а < 1) по следующей формуле: АНц= 119600(1 - a)Lo,
Q
— теплота, расходуемая на различные неучтенные потери, в эту же теплоту входит и не выделившаяся из-за неполноты сгорания теплота при а > 1
(в этом случае она очень мала).
Уравнение теплового баланса в относительных
единицах (в процентах):
g = ge + gB + gr + gH + g OCT =100%,
здесь ge - 100Q/Q ( % ) и т. д.
Слагаемые, составляющие уравнение теплового
баланса, могут изменяться в зависимости от частоты вращения коленчатого вала, от нагрузки, степени сжатия.
303
Справочник автомеханика
Кинематика и динамика
механизмов двигателя
Кривошипно-шатунный механизм является одним из основных механизмов двигателя. В настоящее время применяется три типа кривошипно-шатунных механизмов (рис. 72Y
а)
б)
в)
Рис. 72. Кривошипно-шатунный
механизм
Виды кривошипных шатунных
механизмов:
а) центральный (ось цилиндра и ось коленчатого вала
пересекаются), этот тип наиболее распространен;
б) смещенный (оси цилиндра и коленчатого вала не пересекаются, они смещены относительно друг друга на величину, не превышающую 12% хода поршня);
в) V-образный с прицепным шатуном (два или более
шатуна работают на одной кривошипной шейке коленчатого вала )
304
Глава 6
Геометрия кривошипно-шатунного механизма
определяется следующими параметрами (рис. 72, а):
• ход поршня Sn = 2RKp (на рис. AtA2);
• радиус кривошипа R (на рис. ОВ);
• длина шатуна L (на рис. АВ);
• отношение радиуса кривошипа к его длине
Xкр
R р//L UI ;
К
путь поршня Snn (на рис. А а А), вычисляется по
формуле: S пп (R кр + LILK) — (R
cos гRик
)
v крcos акр + L ш
(что следует из геометрических соображений) или
Sпп Rкр
1 cosaKp'
cos2а
)/41
(1
кр' J
кр
(здесь величина, стоящая в квадратных скобках является табличной);
• угол поворота кривошипа а ;
• угол между осью шатуна и осью цилиндра (3 ,
он равен:
В
=
arcsin(X
sina
),
Гш
V кр
кр7'
максимальному значению углового перемещения
шатуна соответствует
ш(шах)
arcsin(±XKp)
при акр равном 90 или 270 ;
• угловая скорость вращения кривошипа сокр'
она равна нулю при максимальном значении (3ш(тах)"
Исходным положением считается положение, соО
ответствующее верхней мертвой точке поршня.
Работающий шатун совершает сложное движение: поступательное перемещение (т. А совершает
возвратно-поступательное прямолинейное движение) и вращение вокруг оси поршневого пальца
305
Справочник автомеханика
(т. В равномерно вращается по окружности кривошипа).
Скорость поршня вычисляется по следующей
формуле (выводится дифференцированием уравнения перемещения поршня по времени):
4
X
sina + — ^ sin2a
кр
^
*Ф
V
)
vп = R кр шкр
°КР — угловая скорость вращения кривошипа, Лкр —
критическая степень повышения давления, a — угол
Р
поворота кривошипа, R кр — радиус кривошипа.
Средняя скорость поршня равна:
К
vП
ср
= 2R кр сокр /я,
в современных двигателях равна 10—14 м/с.
Максимальное значение скорости поршня (достигается, когда ось шатуна и радиус кривошипа
взаимно перпендикулярны и когда угол поворота
кривошипа акр равен 75°), вычисляется по следующей формуле:
v
п
= R со Jl +Х
кр
max
кр V
и приблизительно равно l,625v
2
кр
пср*
гяр
гА
X — критиКр
ческая степень повышения давления, Дкр — радиус
кривошипа.
Ускорение поршня вычисляется по следующей
формуле:
jn = R крсокр (cos а кр + у крcos 2а кр ).
'
J
2
v
1
306
Глава 6
Максимальное значение ускорения достигается
О
в верхней мертвой точке и равно:
j п max= R
2
с
о
(1
v
кр кр
+ у1 кр'
).
Минимальное значение ускорения достигается
О
U
в нижнеи мертвой точке и равно:
jJn „„л = — R
2
с
о
(1
кр кр v
— V• к)•
р7
Ускорение равно нулю при максимальном абсолютном значении скорости (при а = 75 ).
Скорость и ускорение — функции периодические с периодом 2TI. Они считаются положительными, если направлены к центру кривошипа, если от
центра, то отрицательные.
Угловое ускорение шатуна максимально при акр
равном 90° или 270° (т. е. при наибольшем отклонении от оси цилиндра). Его значение вычисляется по формуле:
2
j
—±
Ш
шах
X со
КР кр
Г
«
,1-1 л 2
t
1 - Х кр
Угловые перемещение и ускорение шатуна равны
нулю при угле поворота кривошипа а кр, равном 0 и
180 . При этих же значениях угла поворота кривошипа угловая скорость шатуна максимальна и равна:
сош
= + со у .
тах ~~ кр' кр
Детали кривошипно-шатунного механизма при
работе подвергаются действию сил инерции движущихся масс (движущихся возвратно-поступательно
и центробежных) и сил давления газов, а также
их производных (сила трения, реакция на опорах,
сила полезного сопротивления).
307
Справочник автомеханика
Возвратно-поступательное движение совершают
поршень с кольцами, поршневой палец, верхняя
часть шатуна. Вращательное движение совершают
кривошип, нижняя часть шатуна, коленчатый вал.
Силу давления газов (ее значение и характер
изменения) можно определить по развернутой индикаторной диаграмме как функцию угла поворота коленчатого вала Р
f(ocкр ). При а кр , равном 370
380°, сила давления газов достигает наибольшего
значения. Она считается положительной, если направлена к оси коленчатого вала, иначе — отрицательной.
На днище поршня ее можно вычислить по следующей формуле (Н):
Р
(Р
6
Po)Fn10 >
где F п
площадь поперечного сечения поршня (м2),
давление
под
поршнем
(индикаторное
давление
Р
при заданном угле поворота кривошипа) (МПа),
ро — давление в картере двигателя, для двигателей
с вентиляцией картера равно атмосферному (МПа).
При расчетах массы частей кривошипно-шатунного механизма заменяются приведенными
массами следующим образом:
• центр сосредоточения масс поршневой группы
mп — точка А (рис. 72, а) на оси поршневого пальца,
масса шатунной группы т складывается из
двух частей: тшп (сосредоточена в т. А ) и т III к (сосредоточена в т. В на оси кривошипа). Для этих
составляющих справедливы следующие выражения:
mиш
(L шк /L )mIII
308
0,275 mIII
Глава 6
Шшк
0,725
m
(L Ш
/LJm
ш
П
ш
масса шатунной группы, L IUK L ШП расгде т ш
стояния до центра тяжести шатуна от центров соответственно кривошипнои и поршневой головок,
Lш
длина шатуна;
• неуравновешенная масса кривошипа складывается из двух частей: т о (сосредоточена в т. О на
оси коренной шейки, считается уравновешенной)
и шК (сосредоточена в т. В на оси кривошипа). Имеет место следующее выражение:
mк
mШШ 4- 2mЩ r/R,
где ш щ
масса средней части щеки (из-за малости в
короткоходных двигателях ею пренебрегают), mшш
О
масса шатунной шеики с прилегающими частями
тяжести средней части щек
щек, г
То есть, в т. А
mj mп + m шп
которая движется возвратно-поступательно, а в т. В
сосредоточена масса mR
mк 4- m шк совершающая
вращение.
К силам инерции, возникающим при работе
кривошипно-шатунного механизма, относится сила
P j инерции частей (переменная по величине и направлению с периодом, равным одному обороту коленчатого вала, максимальна при переходе поршнем верхней мертвой точки на 10—20е), движущихся возвратно-поступательно, и сила инерции Кг
(или центробежная сила) вращающихся неуравновешенных частей (постоянная при данной частоте вращения, направлена от оси коленчатого вала
309
Справочник автомеханика
по радиусу кривошипа). Они вычисляются по следующим формулам:
Р.J = — m.R
о
с
Р
(cos
а
+
X
cos
(2а
)),
J кр
Kp
кр
кр
кр ''
v
v
7
где масса частей, движущихся возвратно-поступательно, равна:
т .J = шн + Лут ш,*
здесь т п и т — массы соответственно поршневой
группы и шатуна (в сборе), х — доля массы шатуна по отношению к массе деталей, совершающих
возвратно-поступательное движение;
К ГШ = - шк R кр с#кр,
7
где т — масса неуравновешенных частей кривошипа, приведенная к его радиусу.
Суммарные силы и моменты действуют в кривошипном механизме так, как указано на рис. 73.
Здесь: сила Р у = P r + Р — это равнодействующая (суммарная сила) сил инерции движущихся
масс и сил инерции, направлена по оси цилиндра.
При работе двигателя эта суммарная сила раскладывается на две составляющие: нормальную N v = Р tg (3
(прижимает поршень к стенке цилиндра) и силу
Р ТП = Pv^ /cos (3 (направлена вдоль оси шатуна), Р ц —
центробежная сила инерции, т. А — точка приложения сил, т. В — касательная сил Т9 Рш; R — радиус, Р — сила инерции движущихся масс, Р —
сила инерции.
Для тангенциальной Т (направлена перпендикулярно радиусу кривошипа) и перпендикулярной ей нормальной К (направлена по радиусу кривошипа) сил
справедливы следующие выражения (получаются при
310
Глава 6
Т
ш.ш
Рис. 73. Суммарные силы и моменты
в кривошипном
механизме
разложении на составляющие силы Рш после переноса ее в т. В):
Т
P'^sin (а + p)/cos Р ,
Т
Р% cos (а + P)/cos р .
Углы Р это угол между К и Р, угол а.
Кроме этих сил, на шатунную шейку действуют силы Р ' ш и К г . Результирующая действующих
на шатунную шейку сил равна:
2
R ^ / T ^ K + K J ' ,
тангенциальная сила, К
где Т
Гш
сила действующая на шатун.
311
нормальная
*
Справочник автомеханика
Крутящий момент, развиваемый одним цилиндром (суммарный индикаторный), равен:
М кр - TR,
7
где R — радиус кривошипа. В противоположную
сторону направлен примерно равный ему по величине реактивный крутящий момент, который создают силы Ny и N . Реактивный момент передается
на раму автомобиля. На картер двигателя (через коренные подшипники) действуют силы Р \ и Р ' .
—
*
Клапанный узел газораспределения играет
большую роль в обеспечении плавности движения
клапанов газораспределительного механизма. В настоящее время наиболее распространены газораспределительные механизмы с двумя или четырьмя
клапанами на один цилиндр, профиль кулачков
вала которых может быть различным. Наиболее
применимыми являются следующие профили кулачков газораспределительного вала (рис. 74):
•выпуклые (рис. 74, а), они примеряются
чаще, т. к. обладают хорошей работоспособностью
и обеспечивают более хорошее наполнение двигателя, не требуют сильных пружин (т. к. имеют небольшие отрицательные силы инерции), но большие
по величине скорости в конце опускания и начале
подъема клапана вызывают нежелательные сильные удары о седло или по толкателю;
•вогнутые (рис. 74, б), такая форма обеспечивает постоянство ускорения при срабатывании
(подъеме и опускании) клапана, но предполагает
более сложную механическую обработку,
•тангенциальные (рис. 74, в)у для них нужны
достаточно сильные пружины, обеспечиваемая ими
312
Глава 6
б)
а)
R кр
в)
Рис. 74. Кулачки:
радиус кривошипа, го — радиус шатуна
плавность работы минимальна по сравнению с другими профилями,
• безударные кулачки, применяются в быстроходных двигателях, их профили подбираются в соответствии с диаграммой ускорения и согласно заданному закону движения кулачка.
При работе в течение каждого цикла клапан совершает следующие движения:
• открытие клапана и ускоренное движение до
момента достижения скоростью максимального значения, при этом скорость и ускорение клапана совпадают по направлению, а возникающая сила
инерции имеет противоположное направление и нагружает пружину;
• после достижения клапаном максимальной
скорости клапан совершает замедленное движение
до момента своей остановки в точке максимального подъема (максимальное открытие клапана), т. е.
ускорение меняет свое направление, а сила инерции старается оторвать клапан от кулачка;
313
Справочник автомеханика
• клапан начинает (после остановки) двигаться
ускоренно к начальному положению благодаря упругости пружины до момента достижения скоростью максимального значения, при этом скорость и
ускорение клапана совпадают по направлению, а
сила инерции так же старается оторвать клапан от
кулачка;
• после достижения клапаном максимальной скорости клапан совершает замедленное движение до
момента своей остановки (клапан закрывается), т. е.
ускорение меняет свое направление, а возникающая
сила инерции старается прижать клапан к кулачку.
Перемещение S ( , скорость v L и ускорение /t- толкателя можно вычислить по следующим выражениям:
S,t = (R кр — гo )(1 — cos а р в),'
v
7V
7
v t = у(R кр — гО)со
7 рВх(1 — sin арВ7),7
j = (R кр — г о)о#рв (1 — cos а р в),
х
7
v
/7
где R tcp— радиус дуги, описанной профилем кулачка, го — радиус начальной окружности кулачка,
арь — угол поворота кулачка распределительного
вала, шв — угловая скорость вращения распределительного вала.
Для клапана при подъеме и посадке в седло допускается ускорение от минимума минус (300
500) м/с2 до максимума (900—1200) м/с2, при этом
скорость должна быть равна 0,5—0,6 м/с.
314
Глава 7
Теория автомобиля
Действующие на автомобиль силы
На автомобиль при движении действуют движущие силы (основная — сила тяги) и силы сопротивления движению.
На ведущие колеса действуют следующие силы
(рис. 75).
На ведущие колеса действуют следующие силы:
крутящий момент Md, тяговая сила Р^(сила тяги),
сила трения Рк (касательная или тангенциальная
реакция), вес автомобиля Ga (сила тяжести GK, действующая на каждое колесо, и нормальная реакция Z К ), и возникающие при поворотах поперечна я сила Y, и боковая реакция дороги Y К .
Сила тяги, приложенная к ведущим колесам, определяется при помощи внешней скоростной характеристики двигателя (скоростной характеристики
при полном открытии дроссельной заслонки, т. е.
315
Справочник автомеханика
G
GK
Va
Pd
V//////
>
Рис. 75. Силы, действующие
на колеса
при максимальной подаче топлива) — зависимости
эффективной мощности и эффективного крутящего
момента от частоты вращения коленчатого вала. Эффективные мощность N (кВт) и крутящий момент
М е (Н • м) связаны соотношением, имеющим вид:
М
30000N /(тш ) = 9554N /п .
Момент движения Md на ведущих колесах равен (передается через трансмиссию):
Мd
М е iк iоriт *,
4
1^Р — передаточное число
где произведение i К 1О
механический КПД трансмиссии,
трансмиссии, г\
п
частота вращения коленчатого вала, i к
передаточное число коробки передач, i о
передаточное
число главной передачи.
Сила тяги Pd (окружное усилие при движении)
определяется формулой:
316
Глава 7
Рd
M,/r
м е i к iоГ) /г,
радиус качения колеса, эффективные мощгде г
ность N (кВт) и крутящий момент М (Н«м).
На графике внешней скоростной характеристики отмечаются следующие характерные точки:
точка минимальной мощности (расход топлива наибольший), точка максимальной мощности, точка
максимального крутящего момента (среднего эффективного давления), точка максимальной частоты вращения коленчатого вала. Эти точки позволяют правильно анализировать скоростную характеристику.
Если скоростная характеристика не была построена (испытания не проводились), то можно
О
пользоваться следующей эмпирическом зависимостью для кривои мощности:
N
Nm а
Г
п
Qm
+Ь
пе
\V п
m
\
2
С
УJ
(п ^
n
v
V m ;J
мощность, соответствующая частоте врагде N
номинальная
щение коленчатого вала h N m
мощность, соответствующая частоте п m a, b, с
постоянные коэффициенты, которые принимаются
равными 1 для карбюраторных двигателей, для дизелей a = 0,5 (прямоструйные), 0,7 (предкамерные),
0,6 (вихрекамерные), Ь
1,5 (прямоструйные),
1,3 (предкамерные), 1,4 (вихрекамерные), с
1.
С помощью скоростной характеристики (или эмпирической зависимости) можно определить коэффициент приспособляемости Кпр, который равен
-
317
Справочник автомеханика
отношению максимального крутящего момента к моменту, соответствующему максимальной мощности
К
ПР
= М
е
max
/М
e N e
max
Для карбюраторов коэффициент приспособляемости равен 1,2—1,4, для дизелей 1,05—1,15. Двигатели, значение коэффициента приспособляемости которых ближе к единице, лучше приспосабливаются к различным нагрузкам.
Кроме внешней скоростной характеристики для
определения экономичности двигателя при разных
режимах работы (не только при полностью открытой заслонке) используются нагрузочные (дроссельные) характеристики. Нагрузочная, или дроссельная характеристика — это график зависимости изменения часового и удельного расходов топлива в
зависимости от изменения нагрузки (каждая кривая строится при постоянной частоте вращения коленчатого вала и изменяющемся положении дроссельной заслонки), по оси абсцисс которого откладывается мощность N, в процентах, а по оси ординат — часовой G (кг/ч) и удельный g (г/(кВт*ч)
расход топлива. Холостому ходу соответствует нулевое значение мощности (ось ординат), при этом
удельный расход топлива максимален, часовой — равен определенному значению. То есть, нагрузочная
характеристика представляет два семейства кривых
(одно для часового расхода топлива, другое — удельного), каждая кривая которых строится при определенном значении частоты вращения коленчатого
вала. Кривые часового расхода топлива представляют собой почти прямые линии с резкими перегибами вверх при близких к максимальным нагрузках.
318
Глава 7
Постоянное значение частоты вращения коленчатого вала поддерживается изменением нагрузки двигателя (тормозом).
Уравнение движения автомобиля, связывающее
все действующие на автомобиль силы, может быть
записано через мощности. Отнесенное к двигателю, оно имеет следующий вид:
N е — N г = N.f + N w + N.li + N.j ,*
и называется уравнением мощностного баланса.
Здесь Nr — теряемая в трансмиссии мощность, равна разности мощности двигателя и мощности на ведущих колесах
N r = eN -d N.
Nf — мощность сопротивления качению колес по
дороге, Nw — мощность сопротивления воздушной
среды, Nh — мощность сопротивления при движении на подъем, N. — мощность сопротивления при
разгоне.
Справедливы следующие выражения (г)т — КПД
трансмиссии):
Лт = Nd/N = (N - N )/N , N d = г,, N . N r = (1 - ri )Ne.
Уравнение тягового баланса, отнесенное к ведущим колесам, имеет вид
Р d = P ff + Р w + Р ьh + Р у,
где Р — сила сопротивления качению колес (постоянная, невозвратимая), Р — сила сопротивления воздушной среды (постоянная, невозвратимая),
Pk — сила сопротивления при движении на подъем
(переменная, возвратимая), Р } — с и л а сопротивления при разгоне (переменная, возвратимая).
319
Справочник автомеханика
Скорость va движения автомобиля вычисляется по формуле (м/с):
v а = 2кг к пк'/60,'
где г — радиус ведущего колеса, пК — частота вращения колеса, nК = n/(i
i
),
здесь
i
—
передаточ5
t ко
к
ное число коробки передач, i — передаточное число
главной передачи, пе — частота вращения коленчатого вала. Справедливо (если скорость измеряется в км/ч): v В = 0,377г.К пБ/(i К iО ).
Радиус ведущего колеса — изменяемая величина. Различаются:
• статическии радиус колеса гс — расстояние от
оси неподвижного колеса (имеется только вертикальная нагрузка) до опорной поверхности,
• динамический радиус колеса гд — расстояние
от оси движущегося колеса (имеются все виды нагрузки) до опорной поверхности,
• радиус качения колеса гк — радиус условного
недеформированного колеса, имеющего угловую и
линейную скорость, равные соответствующим величинам реально движущегося колеса,
rK = SK /(2тспк),
здесь S /С— пройденный колесом путь (м). Если проскальзывания нет, то гк = г . При движении автомобиля радиус качения может меняться.
Коэффициент деформации шины X — это отношение радиуса деформированного колеса к радиусу недеформированного колеса. Для легковых
автомобилей он равен 0,94—0,96, для грузовых равен 0,95-0,97.
320
Глава 7
Радиус г не деформированного колеса равен (м):
г - 25,4(d/2 + В),
где d — диаметр обода колеса, В — ширина профиля шины.
Тогда радиус гк качения колеса равен (м):
г к = 0,0127(с1 -f2B)A,.
Это выражение учитывает деформацию шин от
массовой нагрузки. В общем случае можно пользоваться приблиясенной формулой:
гк - 0,0127с1
40,00087В.
'
'
Тяговое усилие на ведущих колесах при движении автомобиля расходуется на преодоление различных сил сопротивления, к которым относятся
сила сопротивления качению, сила сопротивления
воздушной среды, сила сопротивления подъему и
сила сопротивления разгону.
Сила сопротивления качению P f (Н) имеет довольно много составляющих: трение в подшипниках колес, трение в элементах подвески, поверхностного трения между шиной и дорогой, деформации
шины, деформации полотна дороги. Она зависит от
внешних сил, нагрузки, дорожных условий, скорости движения, крутящего момента, шины (материала, конструкции, геометрии).
Наибольшая часть энергии уходит на упругую деформацию шины (гистерезис), т. е. на внутреннее
трение в материале шины. При движении деформации в разных частях колеса разные: в передней части больше, чем в задней, и вертикальные реакции со
стороны дороги в передней части тоже больше (рис. 76).
11. Зак. 47
321
Справочник автомеханика
Рис. 76. Распределение
сил давления на шину
Поэтому линия действие равнодействующей нормальных реакции смещена на некоторое расстояние
от вертикали, проходящей через центр колеса (вертикального диаметра колеса). В результате имеем пару
сил (равнодействующая нормальных реакций Z к и
сила тяжести G , линия действия которой совпадает
с вертикальным диаметром колеса) и препятствующий
плечо равнодействуюкачению момент Z /са о(где а
щей, или смещение линии действия равнодействующей от вертикального диаметра). Крутящий момент
Md образует тангенциальную силу 7\ Толкающая сила
Тг и сила сопротивления качению Pf образуют пару,
момент которой уравновешивает момент Z a K .
Сила сопротивления качению равна:
Рt
Z К а/г
С
К
7
G а а/г
с
к
7
322
Gf ,
Глава 7
где f = а/г
—коэффициент
сопротивления
качес
К
нию, который при скоростях менее 50 км/ч считается постоянным. При скоростях более 50 км/ч коэффициент сопротивления качению вычисляется по
формуле:
f = f o [ l + 0,01(v - 50)]
или
2
f = f o ( l + va /20000) ,
где fo — коэффициент сопротивления качению при
движении со скоростью менее 50 км/ч, который
для асфальтовых и бетонных дорог равен 0,014—0,018,
для дорог, покрытых гравием, равен 0,02—0,025,
для грунтовых дорог равен 0,025—0,035, по укатанному снегу 0,07—0,1.
Мощность сопротивления качению (требуется
для преодоления силы сопротивления качению колес по дороге) вычисляется по формуле (кВт):
N f = Pfva/3600 = fGhva/3600,
где в случае подъема дороги G.IT = G.
cos
а,
здесь
а
—
d
угол наклона дороги.
Сила сопротивления воздушной среды Pw (Н)
имеет следующие составляющие: давление встречного потока воздуха, трение воздуха о поверхность
автомобиля и сила, создаваемая разрежением за автомобилем. Она зависит от скорости движения автомобиля, плотности воздуха, геометрии передней
(лобовой) части автомобиля и может быть вычислена по следующей формуле:
Р w = KFv а2,
7
323
Справочник автомеханика
где К — коэффициент сопротивления воздуха (зависит от обтекаемости автомобиля), единица изме2
4
рения Н-с /м , для легковых автомобилей равен
0.2-0,35 Н-с 2 /м 4 , для грузовых 0,6-0,7 Н • с2/м4,
F — лобовая площадь автомобиля (м2) — площадь
проекции автомобиля на перпендикулярную к его
продольной оси плоскость, для легковых автомобилей F = 0,8BjH, для грузовых F = ВН (здесь В —
колея грузового автомобиля. В1 — максимальная
ширина легкового автомобиля, Н — высота автомобиля), VQ — скорость движения автомобиля (м/с),
или по формуле
Pw =
2
KFv a /l3
=
2
KF(va/3,6)
,
если скорость измеряется в км/ч.
Если дует ветер, то сила сопротивления воздуха равна:
2
) /l3
Р w = KF(v а —+ vв '
v
'
(для встречного ветра знак « + », для попутного —
знак «—»), ve — скорость ветра.
При движении автомобиля возникает и подъемная сила, но из-за малости ее значения при скоростях ниже 140 км/ч она не учитывается.
Мощность сопротивления воздушной среды (необходима для преодоления силы сопротивления воздуха) вычисляется по формуле (кВт):
N w = Р wv a'/3600 или v(Вт):
N
=
KFv
'
w
а
3.
Сила сопротивления подъему P h возникает при
движении автомобиля по дороге с подъемами, она
является составляющей силы тяжести автомобиля и направлена параллельно плоскости дороги.
324
Глава 7
Зависит от массы автомобиля и угла подъема дороги. При малых углах подъема (до 6°) уклон i дороги принимают равным тангенсу угла а подъема:
i = tg а (т. к. sin а = tg а).
Сила сопротивления подъему равна (Н):
Р h = G аt °g a - Gа i.
Мощность сопротивления подъему равна (кВт):
N h = Phva/3600.
Сила сопротивления качению при движении на
подъемах является второй составляющей силы тяжести и равна: P f = fGacos а, где / — коэффициент
сопротивления качению.
Сила суммарного сопротивления дороги равна:
P v - P f ± P h = Ga(fcos а ± sin а) = Gay,
где Y|/— fcos а ± sin а = f ± i — это коэффициент суммарного сопротивления дороги. Знак « + » соответствует подъему, знак «—» — спуску.
Мощность суммарного сопротивления дороги
равна (кВт):
N у = Gа ш
/3600.
• а'
Сила сопротивления разгону Р.J зависит от маесы и ускорения движения автомобиля и вычисляется по формуле (Н):
Р= = maPj,
2
где т а — масса автомобиля (кг), р = 1,05 + 0,07iк —
это коэффициент учета вращающихся масс (махо2
вик др.), i К — передаточное число соответствующей разгону коробки передач, j — ускорение движения автомобиля (м/с2).
Мощность сопротивления при разгоне (кВт) равна:
N.J= P.v
/3600
=
m
pjv./3600.
a
JЯ
^ ^
325
Справочник автомеханика
Нормальные реакции дороги на колеса автомобиля Zj и Z 2 при движении могут меняться. Они
зависят от силы тяжести, наклона дороги, базы автомобиля, расположения центра тяжести.
В общем случае на автомобиль при неравномерном прямолинейном движении по дороге с подъемом силы и реакции действуют так, как указано
на рис. 77.
Рис. 77. Распределение сил,
действующих
на автомобиль при подъеме
При движении сила сцепления двух колес одной оси пропорциональна нормальной реакции на
оба колеса:
Рсц
<pz,
коэффициент сцепления шин с дорогой,
где ф
численно равен отношению максимальной касатель-
326
Глава 7
ной реакции Р К к реакции колес: ф = Р (V/Z9, Z —
нормальная реакция на оба колеса.
Коэффициент сцепления шин с дорогой равен
0,4—0,7 (для асфальтобетонного покрытия), 0,5—
0,8 (для цементобетонного покрытия), 0,3—0,6 (для
грунтовых дорог), 0,2—0,3 (для укатанного снега),
для мокрой дороги берется меньшее значение, а —
угол наклона дороги.
Условие движения автомобиля с одним ведущим
мостом имеет следующий вид:
Pd = Z2 (ср + f),
где Pd — сила тяги, Z2 —нормальная реакция на колесах ведущего моста.
Уравнение моментов всех сил относительно оси,
проходящей через точку А опоры передних колес,
имеет следующий вид (считается, что сила тяжести и сила сопротивления разгону приложена в центре тяжести, и сопротивлением качению можно
пренебречь):
aG acos а 4 x(Р w + Р.j + Gasin cc)h,
—
Z
L
=
0,
9
7
' d
2
где a — расстояние от центра тяжести автомобиля
до прямой, проходящей через т. А перпендикулярно
поверхности дороги, hd — высота центра тяжести
(считается, что точка приложения силы сопротивления воздуха лежит на этой же высоте), L — база
автомобиля.
Сумма всех сил в проекциях на параллельную
плоскости дороги ось и перпендикулярную имеет
соответственно следующий вид:
Р w 4- Р.j 4 Gasin а = Р.d и Z.1 4- Z2 = Ga cos а.
Учитывая это, уравнение моментов принимает вид:
327
Справочник автомеханика
aG a cos a -f P,h,
—
Z„L
=
0,
d ct
Z
7
a при максимальном значении силы тяги:
aGucos а + Z2cphd — Z2L = 0.
Отсюда получаем:
Z2 = aGacos a/(L — фЬ8).
Тогда
= Gacos a — Z2 = Gacos a(b — фЬ,)/(Ь — фЬа),
где b — L — а.
Коэффициенты продольного перераспределения нагрузки mJ и т2 равны соответственно отношению значений реакций на передней и задней
осях при общем случае движения к значению этих
реакций для неподвижного автомобиля:
пц = Lcos a(b — фЬй)/Ь(Ь — фЬа), ш2 = Lcos a/(L — фЬв).
Условие безостановочного движения (для заднеприводных автомобилей, для переднеприводных
вместо Z2 берется Zr для полноприводных берется
G. cos a):
fflZ
>
Р
>
Р
+
Р
.
• 2
d
w
Тяговая динамика автомобиля
Для анализа тяговой динамики автомобиля широко применяются различные графики (графики
тягового, мощностного балансов, динамической
328
Глава 7
характеристики), обладающие хорошей наглядностью и позволяющие решать различные задачи.
Уравнения тягового (силового) баланса
Р,d = Р,f + Р w + Р.л + Р.j ,
где Pf — сила сопротивления качению колес (постоянная, невозвратимая), Pw — сила сопротивления воздушной среды (постоянная, невозвратимая),
Ph — сила сопротивления при движении на подъем
(переменная, возвратимая), Р ] — сила сопротивления при разгоне (переменная, возвратимая), при
подстановке в него соответствующих выражений
сил принимает следующий вид:
7
М е iк iо зт /г
=
G
v|/+
KF(v
' к
a^
v
2
/3,б)
a
/
7
/
+ m pj .
В таком виде это уравнение называется развернутым тяговым балансом автомобиля.
Параметры тягового баланса автомобиля могут
быть определены графическим методом. Для этого
строится график, по оси абсцисс которого откладывается скорость vay а по оси ординат —• мощность
Pd, то есть строится зависимость тяговой силы на
ведущих колесах от скорости автомобиля (значения
М ^ берутся из скоростной характеристики, г
—
-из
/С
расчета графика скоростей движения). Для построения кривых берутся обычно по шесть значений частот вращения коленчатого вала для каждой из трех передач (первой, второй и третьей), то
есть получаются три выпуклые кривые, каждая из
которых соответствует определенной передаче. На
этом же графике строится кривая зависимости суммы Р + Pw (при общем случае движения) или P f + P w
(без разгона) от скорости движения, которая определяет тяговую силу, необходимую для движения
329
Справочник автомеханика
автомобиля в имеющихся условиях (нагрузочных
и дорожных). Точка пересечения этой вогнутой
кривой и какой- либо из трех кривых тяговой силы
P d соответствует максимальной скорости движения
автомобиля при имеющихся условиях.
Разность Pd — (Р + Pw) (на графике это область меясду выпуклой кривой Pd и вогнутой кривой Р + P w ) —
это есть силовой запас (избыточная тяговая сила),
его можно использовать для преодоления какихлибо дополнительных сопротивлений.
Уравнение мощностного баланса
N d = N ff + N w + N.li + N.,j '
где Nr — теряемая в трансмиссии мощность, равна разности мощности двигателя и мощности на
ведущих колесах Nr = Ne — Nd, Nf — мощность
сопротивления качению колес по дороге, Nw — мощность сопротивления воздушной среды, Nh— мощность сопротивления при движении на подъем,
N — мощность сопротивления при разгоне, при
подстановке в него соответствующих выражений
для мощностей принимает следующий вид:
r|TNe = Gaipva/3600 + KFva3/47000 + maPjva/3600.
Параметры мощностного баланса также могут
определяться графическим методом. Для этого строятся графики зависимостей мощностей Ne и Nd от
скорости автомобиля va (по оси абсцисс откладывается скорость, по оси ординат — мощности) для
трех передач (первой, второй и третьей). То есть
получается три пары выпуклых кривых, каждая
пара соответствует определенной передаче, одна
кривая пары соответствует мощности N , другая —
мощности N.. Разница ординат кривых одной пары
330
Глава 7
при одном и том же значении скорости соответствует мощности, которая затрачивается на преодоление трения в трансмиссии. На этом же графике строится кривая (вогнутая) зависимости суммы N f + N w от скорости. Точка пересечения кривой
N d и кривой N { + N w соответствует максимальной
скорости автомобиля при имеющихся условиях.
Разность N d — (N f + N w ) (на графике это точки
области между выпуклой кривой Nd и вогнутой
кривой N f + N w ) — это есть запас мощности, его
можно использовать для преодоления каких-либо
дополнительных сопротивлений.
Динамическая характеристика автомобиля —
это зависимость динамического фактора от скорости движения на разных передачах. Динамическим
фактором D называется отношение:
D = (Pd - Pw)/Ga = у + pj/g (здесь g — ускорение свободного падения). Для высших передач значение динамического фактора меньше, чем для
низших передач. Максимальное значение динамического фактора соответствует максимальному дорожному сопротивлению, которое автомобиль может
преодолеть при равномерном движении на первой
передаче.
Критическая скорость — это скорость, соответствующая максимальному значению динамического фактора на прямой передаче.
Для определения основных параметров динамичности автомобиля строится график его динамической характеристики (выпуклая кривая). На этот же
график наносится горизонтальная прямая — график зависимости коэффициента суммарного дорожного сопротивления v|/ от скорости движения и .
331
Справочник автомеханика
При этом возможно несколько случаев пересечения
этих графиков (выпуклой кривой D и прямой \ji):
• графики имеют две точки пересечения — это
значит, что автомобиль при полном открытии дроссельной заслонки может двигаться равномерно при
двух значениях скорости, соответствующих точкам
пересечения графиков;
• графики имеют одну точку пересечения — это
значит, что максимальная скорость соответствует
абсциссе точки пересечения графиков;
• выпуклая кривая проходит выше прямой —
это значит, что равномерное движение при полной
подаче топлива невозможно, происходит разгон автомобиля (движение с ускорением);
• выпуклая кривая проходит ниже прямой —
это значит, что равномерное движение невозможно, движение замедленное.
График динамической зависимости позволяет по
заданному коэффициенту суммарного сопротивления определять скорость движения или по заданной скорости определять коэффициент суммарного
сопротивления, можно определять максимальные
углы подъема дороги и др.
Тип дорожного покрытия, полная масса и конструкция автомобиля учитываются динамической
характеристикой с номограммой нагрузок — график динамической характеристики, которая дополнена номограммой нагрузок следующим образом:
слева от оси ординат динамической характеристики Da полностью груженного автомобиля проводится еще одна ось (параллельно оси ординат), на которой наносится шкала для динамического фактора D не нагруженного автомобиля. На отрезке оси
332
Глава 7
абсцисс, заключенном между осью ординат и вновь
проведенной параллельно осью, наносится шкала
нагрузки автомобиля (в %). Затем строятся прямые, соединяющие точки оси ординат DQ С соответствующими точками оси DO (каждому значению
DQ груженого автомобиля соответствует значение DO
того же, но не нагруженного автомобиля).
Для определения максимальной скорости движения при заданном проценте нагрузки надо из
точки на оси абсцисс, соответствующей заданной
нагрузке (в %), провести вертикаль до пересечения
с соответствующей прямой, соединяющей пару точек D a ~D oy затем от полученной точки пересечения
провести горизонтальную прямую до пересечения с
кривой графика Da = f(v a ), абсцисса этой точки пересечения и будет определять искомую скорость и .
Для определения нагрузки по заданной скорости движения построения производятся в обратном
порядке.
Ускорение /, развиваемое автомобилем при определенных условиях, может быть найдено из уравнения динамического фактора:
j = (D - cp)g/p,
но также характеризует тяговые качества автомобиля. Для того чтобы вычислить значение ускорения по данной формуле, значение динамического
фактора берется по динамической характеристике,
а коэффициент учета вращающихся масс вычисляется по формуле:
р = 1,03 4-
2
aiK ,
где i К — передаточное число коробки передач, а —
коэффициент перераспределения масс.
333
Справочник автомеханика
Максимальное значение ускорения на прямых
передачах для легковых автомобилей примерно рав2
2
но 0,7—1,1 м/с , для грузовых 0,2—0,45 м/с .
Для ускорения строится график зависимости от
скорости движения автомобиля (по оси абсцисс откладывается скорость, а по оси ординат — ускорение). Обычно такой график строится для груженого автомобиля, движущегося по хорошей ровной дороге без подъемов и спусков при максимальной
мощности двигателя, и он представляет собой выпуклую кривую. Абсцисса точки перегиба кривой
(при максимальном ускорении) — это есть скорость,
соответствующая моменту переключения передач,
при котором интенсивность разгона максимальна.
Кривые ускорений, соответствующих разным
передачам, располагаются одна над другой: самая
нижняя кривая третьей передачи, выше всех —
кривая первой передачи. Но у графиков ускорений
грузовых автомобилей средней и большой массы
имеется особенность: кривая ускорений, соответствующая первой передаче, расположена ниже, чем
кривая, соответствующая второй передачи, для таких автомобилей разгон рекомендуется начинать со
второй передачи.
Время разгона — это время, которое требуется
автомобилю для разгона в некотором определенном
интервале скоростей. Оно определяется с помощью
графика ускорений следующим образом: на графике ускорений изображаются три выпуклых кривых,
каждая из которых соответствует ускорению на определенной передаче (первой, второй, третьей). Затем график ускорений разбивается на четыре участка: 1) от точки, соответствующей минимальной
334
Глава 7
скорости до точки максимума ускорения на первой передаче, 2) от точки максимума ускорения на
первой передаче до точки максимума ускорения на
второй передаче, 3) от точки максимума ускорения
на второй передаче до точки максимума ускорения
на третьей передаче, 4) от точки максимума ускорения на третьей передаче до точки, соответствующей максимальной скорости. После этого каждый
участок разбивается на одинаковые интервалы, для
каждого из которых определяется среднее ускорение j (как средне арифметическое между ускорениями в начале и конце интервала). Время разгона (с) на каждом интервале разбиения определяется как отношение приращения скорости (км/ч) на
этом интервале к среднему ускорению (м/с2):
At, = Ava/(3,6jcp).
Тогда общее время разгона будет равно сумме
времен для каждого интервала разбиения:
t = YAtf .
Путь разгона S (м) определяется как сумма приращений пути в каждом интервале разбиения:
S
=X
A S
I
»
,-,
где AS = v At/3,6 = v Av/j
a v (км/ч) — средняя скорость движения в каждом интервале разбиения, вычисляется как среднее арифметическое
скоростей начала и конца интервала разбиения,
Att (с), 7ср(м/с2).
Время и путь разгона определяют приемистость
автомобиля (быстроту нарастания скорости). Обыч-
335
9
Справочник автомеханика
но кривые зависимостей времени и пути разгона
строятся на одном графике. В момент переключения передач эти кривые имеют резкие перегибы.
Тормозная динамика автомобиля
В тормозном механизме автомобиля действуют
следующие силы (рис. 78):
Рис. 78. Схема тормозного
механизма
• сила Рр которая прижимает колодки при торможении к тормозному барабану;
• сила трения Р 9 которая возникает между колодками и барабанами при торможении, эта сила
образует пару, плечо которой равно диаметру тормозного барабана;
336
Глава 7
• реакция Р 2 , которая создается разжимным устройством;
• равнодействующая R силы трения Р
и реакции Р 2 , которая прижимает к барабану левую
(переднюю) колодку и отжимает от барабана правую (заднюю) колодку (на рис. 78 колесо вращается против часовой стрелки).
Между колесом и дорогой при торможении возникает тормозное усилие Р , сила Р]У появляется
момент трения М
(направлен в противоположную
вращению колеса сторону, создается распределенными на поверхности фрикционных накладок силами трения).
Уравнение тягового баланса при торможении
имеет следующий вид:
Р.] = Р тор + Р w + Р у .
Максимальная тормозная сила на одном колесе
равна силе сцепления колеса с дорогой:
Р тор max = <•pZк ,'
где Z ••/С — нормальная реакция на колесе, ф — коэффициент сцепления. Если тормозная сила меньше, чем сила сцепления, то при торможении колеса не вращаются, а скользят по дороге (юз).
Максимальная тормозная сила при наличии тормозов на передних и задних колесах равна:
Р тор max = cpZ,
+
cpZ
=
c
p
G
.
9
'
J
т
Z
* &
Силы реакции на передних и задних колесах
Z t и Z 2 вычисляются по следующим формулам:
Z 1 = (G аb + Р тор ИЛ/L,
Z
=
(G
а
—
Р
hJ/L,
7/
9
d
'
2
а
тор d/x
'
v
v
337
Справочник автомеханика
где hd — расстояние от центра тяжести автомобиля до поверхности дороги, L — база автомобиля,
а, Ь — расстояния от центра тяжести автомобиля
до перпендикуляров, проходящих через центры соответственно передних и задних колес, L = а + b
(данные выражения получаются из уравнений моментов относительно осей, проходящих через точки опоры соответственно передних и задних колес).
Условие наилучшего распределения тормозных
сил между передними и задними колесами имеет
следующий вид:
Р
1
РТОр2
-
G Ъ +Р
а
тор
h
d
Ga а -Р тор h d
или
Ртоо
Pl
Рхор2
b + nh
d
а -Р тор h d >
если Р тор = фО
(максимальная
интенсивность
тор~
a
можения).
Основные измерители тормозных свойств автомобиля: (замедление) отрицательное ускорение
(наиболее объективный параметр), тормозной путь
(наиболее наглядный параметр) и время торможения. При торможении на горизонтальной дороге,
имеющей твердое покрытие хорошего качества, для
ускорения справедливо: —j = ф^ (коэффициентом f
из-за малости пренебрегают, а коэффициент (3 = 1).
В случае экстренного торможения значение ускорения равно 7,5—8 м/с2 (для всех марок автомобилей на сухой асфальтобетонной дороге). Оптималь2
ное значение ускорения равно 1,5—2,5 м/с .
Минимальный тормозной путь равен:
v
А
STOp = va2/(2 • 3,6»вф) = va2/(254(f>).
338
Глава 8
То есть величина тормозного пути прямо пропорциональна квадрату скорости движения автомобиля и обратно пропорциональна коэффициенту
сцепления колес с дорогой.
Реальный тормозной путь может превышать расчетный почти на 30% , он равен
Sтор = Kv а2/254,
'
7
где К — поправочный коэффициент, учитывающий
не только коэффициент сцепления, но и техническое
состояние тормозов, реакцию водителя, время срабатывания приводов, время нарастания замедления.
Время торможения вычисляется по формуле:
t тор = v( V а-^ -
V
) / j тор 7,
где j — тормозное ускорение, иа, иа — скорость
движения передних и задних колес,
или по формуле:
t
= vat Лф£)>
если торможение происходит до полной остановки
автомобиля и j = cpg (предельный случай).
Топливная экономичность автомобиля
Стоимость расходуемого при движении автомобиля топлива доходит до 18% от всех затрат, поэтому топливной экономичности уделяют большое
внимание.
Топливная экономичность двигателя оценивается величиной удельного расхода топлива
ge - Gm/Ne = g/nM (г/(кВт * ч),
339
Справочник автомеханика
который равен отношению часового расхода топлива к мощности двигателя, развиваемой им при том
же режиме работы.
Топливная экономичность автомобиля оценивается для разных автомобилей по-разному: в основном оценивается расходом топлива (кг или л) на
100 км пути, но для грузовых автомобилей топливная экономичность может быть оценена расходом
топлива на тоннокилометр, а для автобусов — на
пассажирокилометр.
Для наглядной оценки топливной экономичности автомобиля используются графики, на которых
строятся кривые тяговой силы P d и суммарной
силы сопротивления дороги Р при разных степенях открытия дроссельной заслонки (по оси абсцисс откладывается скорость автомобиля). Ордината
точки пересечения кривых P d и Р^, соответствующих одному и тому же положению дроссельной заслонки, и определяет расход топлива. Такие графики применяются при лабораторных испытаниях или
диагностировании на стендах.
Экономическая характеристика автомобиля оценивается также графиками зависимости Ne, Gm, Qn от
частоты вращения коленчатого вала п , причем шкала скорости согласовывается со школой частоты вращения коленчатого вала следующим соотношением:
v а = 0,377r
n/(i
i
)
.
'
е'
к о'
v
Для оценки конструкции автомобиля (с точки
зрения топливной экономичности) используется
значение путевого расхода Qn топлива, который определяется по следующей формуле:
Q
=
100G
/(v
р),
^п
т'
а ~
х
340
7 9
Глава 8
где Gm — часовой расход топлива (кг/ч), va — скорость автомобиля (км/ч), р — плотность топлива
(кг/л), или по формуле:
Qn = [gc/(3600nTpp)] [KF(v a /3,6) 2 + ЧGJ,
где F — лобовая площадь автомобиля (м2), К — коэффициент сопротивления воздуха, г) С — КПД
*
трансмиссии, g — удельный расход топлива. Эта
формула учитывает не только конструктивные особенности автомобиля (лобовая площадь, обтекаемость), но и дорожные и скоростные условия, нагрузку, экономичность двигателя.
Глава 8
Основы эксплуатации автомобиля
Эксплутационные свойства автомобиля
Эксплутационные свойства автомобиля зависят
не только от его конструкции, но и от многого другого: технического состояния, условий эксплуатации, вида и качества топлива, смазки, возможностей водителя. К ним относятся следующие свойства:
Надежность — выполнение автомобилем различных перевозок (пассажиров, грузов) при сохранении в заданных пределах эксплутационных показателей (экономичности, производительности, рентабельности).
Долговечность — сохранение работоспособности
до наступления предельного состояния (состояния,
после достижения которого эксплуатация автомобиля невозможна).
342
Глава 1
Средний срок службы (ресурс) — продолжительность работы автомобиля до момента наступления предельного состояния с начала эксплуатации
или после капитального ремонта.
Эксплутационная технологичность — приспособляемость к ремонту и обслуживанию.
Вместимость — число пассажиров, которых может перевести автомобиль (пассажирский) или грузоподъемность и внутренние размеры кузова (для
грузовых автомобилей).
Динамичность — способность совершать перевозки в определенных условиях с максимально возможной средней скоростью.
Проходимость — способность работать в трудных
дорожных условиях.
Курсовая устойчивость — сохранение направления движения.
Устойчивость (общая) — способность противостоять опрокидыванию и заносу и сохранять направление движения.
Топливная экономичность — возможность работать при минимальном расходе топлива.
Управляемость — способность изменять направление движения автомобиля при изменении положения его управляемых колес.
343
Справочник автомеханика
Технико-экономические показатели
автомобиля
Технико-эксплутационные показатели автомобиля играют большую роль при оценке готовности автомобиля к работе и при планировании его
эксплуатации. К ним относятся следующие показатели:
Коэффициент технической готовности — отношение количества дней в течение определенного
периода времени, когда автомобиль находится в готовом к эксплуатации состоянии, к количеству календарных дней этого периода, включающего время ремонта и простоя.
Время пребывания автомобиля в наряде (продолжительность работы автомобиля с момента выхода и до возвращения в гараж) — суммарное время движения, погрузки-выгрузки, простоя по техническим причинам (сюда не входит время, которое водитель тратит на отдых или обед).
Техническая скорость движения — отношение
пробега автомобиля (расстояния, которое прошел автомобиль) к общему времени движения, включающему в себя и время простоев и остановок, возникающих при движении.
Эксплутационная скорость — отношение пробега
автомобиля на время пребывания в наряде.
Общий пробег — проходимое автомобилем расстояние.
Нулевой пробег — расстояние, которое проходит автомобиль после выхода из парка на линию
344
Глава 8
до первой погрузки или после последней выгрузки до момента возвращения в парк.
Коэффициент использования пробега — отношение суммарного пробега с грузом (или с пассажирами) к сумме общих пробегов за этот же промежуток времени.
Коэффициент статического использования грузоподъемности — отношение массы перевезенного
груза к грузу, который мог быть перевезен при полном использовании грузоподъемности.
Коэффициент динамического использования
грузоподъемности — отношение фактически перевезенных тонно-километров к тонно-километрам,
которые автомобиль мог перевезти за то же время
при полном использовании грузоподъемности.
Объем перевозок — запланированная к перевозке масса груза.
Грузооборот — работа автомобиля в тонно-километрах.
Производительность — количество груза (тонны или тонно-километры), перевезенного в единицу времени.
Пассажирооборот — произведение числа пассажиров на среднюю дальность поездки, измеряется
в пассажиро-километрах.
Коэффициент платного пробега — отношение
величины оплаченного пробега к общему пробегу.
345
Справочник автомеханика
Факторы, влияющие на расход топлива
и смазочных материалов
Расход топлива и смазочных материалов автомобиля зависит в основном от его технического состояния, регулировок его систем и агрегатов, квалификации водителя, условий эксплуатации (погодных, дорожных и др.)- Наиболее сильно на расход топлива влияют регулировки системы питания
в целом и ее составных частей (например, расход
топлива увеличивается на 15% при неправильной
установке момента зажигания), неисправности других систем (ходовой части, трансмиссии, тормозной системы и пр.) также приводят к увеличению
расхода топлива, но в меньшей степени.
Условия эксплуатации (дорожные) можно разделить на три категории (расход топлива второй категории условий эксплуатации обычно больше, чем
первой, третьей — больше, чем второй):
1 — автомобильные дороги с асфальто- или цементо-бетонным покрытием в небольших городах (до
100 тыс. жителей), за и в пригородной зоне;
2 — автомобильные дороги с асфальто- или цементо-бетонным покрытием больших городов, в горной местности; автомобильные дороги с щебеночным, гравийным покрытием, грунтовые дороги;
3 — автомобильные дороги с щебеночным, гравийным покрытием в горной местности, карьеры,
котлованы, стерня, непрофилированные дороги.
Неблагоприятные погодные условия увеличивают расход топлива, так, например, зимой расход
346
Глава 8
топлива увеличивается на величину от 5% в южных районах до 20% в районах Крайнего Севера.
Движение по дорогам со сложным профилем
(в том числе по горным дорогам) приводит к увеличению топлива на 10%, а более тяжелые дорожные условия (работа в карьерах, в полях) увеличивают расход топлива на 20%, распутица способна
увеличить расход топлива еще больше — на 35%.
Движение по автомагистралям с улучшенным покрытием, наоборот, может снизить расход применяемого топлива до 15%. Частые остановки и пониженные передачи увеличивают расход топлива.
На расход масла заметно влияет износ цилиндропоршневой группы (двигатель), качество уплотнений (трансмиссия). Количество израсходованного смазочного материала соответствует количеству
израсходованного топлива, так, например, для
карбюраторных двигателей расход масла на 100 л
израсходованного топлива примерно равен 3,5 л,
а трансмиссионного масла — 0,8 л (один ведущий
мост) или 1,5 л (два ведущих моста).
Водитель способен, правильно оценив дорожную
ситуацию, снизить расход топлива.
ЛИТЕРАТУРА
Аксешин В.А. и др. Газобаллонная аппаратура
нового поколения для легковых автомобилей. — М.:
Транспорт, 1995.
Дасоян М.А. и др. Стартерные аккумуляторные
батареи. — М.: Транспорт, 1991.
Ерохов В.И. Карбюраторы легковых автомобилей. — М.: Транспорт, 1994.
Игнатов А.П. и др. ВАЗ. Иллюстрированный
альбом. — М.: Третий Рим, 1995.
Карбюраторы COJIEKC. Обслуживание и ремонт. — М.: За рулем, 2006.
Кленников
Б.М. и др. Автомобиль. — М.:
Транспорт, 1988.
Колеса и шины: Справочник. — М.: За рулем,
2004.
Пузанков А.Г. Автомобили. Конструкция, теория и расчет. — М.: Академия, 2007.
Системы зажигания легковых автомобилей / под
ред. Константинова А.Б. — М.: За рулем, 1998.
Справочное издание
Верезии Сергеи Владимирович
Справочник автомеханика
Ответственные редакторы
Технический редактор
Корректор
Верстка:
Макет обложки:
Оксана Морозова,
Наталья Калиничева
Галина Логвинова
Зоя Бунковская
Елена Калитина
Инга Валеулина
Сдано в набор 11.08.2007 г. Подписано в печать 21,10.2007 г.
Формат 84x108 1/32. Бумага типографская № 2.
Гарнитура Школьная.
Тираж 10 000.
Заказ № 47.
ООО «Феникс»
344082, г. Ростов-на-Дону, пер. Халтуринский, 80
Тел.: (863) 261-89-76; факс: (863) 261-89-50
Отпечатано с готовых диапозитивов в ЗАО «Книга».
344019, г. Ростов-на-Дону, ул. Советская, 57.
Качество печати соответствует предоставленным диапозитивам.
т^ж
Торговый дом
еникс
~
ж*
Щ \
щ
/I
По вопросам оптовых п р о д а ж :
Ростов-на-Дону, пер. Халтуринский,
тел: 8 (863) 2 6 1 - 8 9 - 5 3 ;
e - m a i l : [email protected]
РЕГИОНАЛЬНЫЕ ПРЕДСТАВИТЕЛЬСТВА:
Москва
Москва, ул. Космонавта Волкова, д. 25/2,1-й этаж,
м. «Войковская»
тел.: (495) 156-05-68, 450-08-35, 8-916-523-4376
e - m a i l : [email protected]
Контактное лицо: Моисеенко Сергей Николаевич
Москва, шоссе Фрезер, 17,
район метро «Авиамоторная»
тел.: (495) 517-32-95, 107-44-98, 711-79т е л / ф а к с : 8-501-413-75-78
e - m a i l : [email protected] [email protected]
Директор: Мячин Виталий Васильевич
Торговый Дом « К н о Р у с »
Москва,
ул. Б. Переяславская, 46,
м. «Рижская», «Проспект мира»
тел.: (495) 680-02-07, 680-72-54, 680-91-06,680-92-13
e - m a i l : [email protected]
Контактное лицо: Лебедев А н д р е й
Торговый дом
еникс
/л
II
Санкт-Петербург
198096, г. Санкт-Петербург, ул. Кронштадтская, 11, офис 17
тел.: (812) 335-34-84
e - m a i l : [email protected]
Директор: Стрельникова Оксана Борисовна
Новосибирск
ООО « Т О П - К н и г а »
г. Новосибирск, ул. Арбузова, 1/1
тел.: (3832) 36-10-28, доб. 165
e - m a i l : [email protected]
Украина
ООО И К Ц « К р е д о »
г. Донецк, ул. Университетская, 96
тел.: +38 (062) 345-63-08, 339-60e - m a i l : [email protected]
Самара и Тольятти
« Ч а к о н а » — книготорговая фирма
г. Самара,ул. Чкалова, 100
тел. (846) 242-96-30
г. Тольятти, 15-й квартал, ул. Автостроителей, 56а, 2-й этаж
тел.: (8482) 30-84-17, 76-29-05
интернет-магазин: www.chaconne.ru
По вопросам издания к н и г : [email protected]
Вы м о ж е т е получить к н и г и издательства « Ф е н и к с »
по почте, сделав з а к а з :
344082 г. Ростов-на-Дону, пер. Халтуринский 80,
издательство «Феникс», «Книга-почтой»,
Лоза Игорю Викторовичу,
тел. 8-909-4406421, эл.адрес tvoyakniga@maiLru
Издательство «Феникс»
Отдел оптовых продаж
344082. г. Ростов-на-Дону, пер. Халтуринский. 80
Контактные телефоны: (863) 261-89-53.261-89-54.
261 -89-55.261 -89-56.261 -89-57. факс 261 -89-58
Начальник отдела
Родионова Татьяна Александровна
e-mail: torg [email protected]
Заместитель начальника отдела
Мезинов Антон Николаевич
e-mail: torg 151 @phoenixrostov.ru
Менеджер по продажам на территории Москвы,,
центра европейской чости России
и Республики Казахстан
Чермантеева Татьяна Степановна
e-mail: torg [email protected]
Менеджер по продажам
на территории Урала и Северо-Запода
Хомутецкая Екатерина Владимировна
e-mail: torg [email protected]
Менеджер па продажам
на территории ближнего и дальнего зарубежья
Ярута Игорь Игоревич
e-mail: torg [email protected]
Менеджер по продажам
Горбаченко Мария Павловна
e-mail: torg [email protected]
Менеджер по продажам
на территории Дальнего Востока
Штокалов Кирилл Гениевич
e-mail: [email protected]
Менеджер по работе
с бюджетными организациями
Франк Татьяна Викторовна
e-mail: [email protected]
