Автомобиль. 1001 совет. УСТРОЙСТВО АВТОМОБИЛЯ (В. А. Барановский)

Автомобиль состоит из агрегатов, механизмов и систем, образующих следующие части: шасси, кузов, двигатель. Шасси включают в себя трансмиссию, ходовую часть и механизмы управления. Трансмиссия служит для передачи крутящего момента от двигателя к колесам ведущих мостов, изменяя крутящий момент по величине и направлению. Трансмиссия состоит из сцепления, коробки передач, карданной передачи, одного или нескольких ведущих мостов. Механизмом, который позволяет кратковременно и плавно соединять или разъединять двигатель с механизмами трансмиссии, является сцепление. Коробка передач – это механизм, который преобразует крутящий момент, передающийся от двигателя через сцепление, по величине и направлению. Коробка передач дает возможность автомобилю двигаться вперед, назад, позволяет отключать двигатель от ведущих мостов на длительное время. Карданная передача дает возможность передавать крутящий момент от коробки передач к ведущим мостам под изменяющимися углами в зависимости от неровностей дорожного покрытия. Ведущий мост включает в себя главную передачу и дифференциал с полуосями. Главная передача преобразует крутящий момент по величине и передает его от карданной передачи через дифференциал на полуоси ведущих колес под постоянным углом. Дифференциал является механизмом, который позволяет вращаться ведущим колесам с различной скоростью по отношению друг к другу в зависимости от степени сцепления их с дорожным покрытием.

Рама, передняя и задняя оси, рессоры, амортизаторы, колеса, шины входят в ходовую часть. Механизмы управления включают в себя рулевое управление и тормозные системы. Они позволяют изменять направление и скорость движения, останавливать автомобиль и удерживать его на месте. Современные легковые автомобили имеют несущий кузов, к которому крепятся все агрегаты и механизмы. Кузов автобуса представляет собой салон, в котором размещаются пассажиры. Кузов грузового автомобиля состоит из кабины водителя и платформы для размещения груза. К кузову относят крылья, облицовку, капот и брызговики.

Двигатель является агрегатом, который преобразует тепловую энергию, получаемую при сгорании топлива в цилиндрах, в механическую работу, а создаваемый с помощью кривошипно-шатунного механизма крутящий момент использует для передвижения автомобиля.

Двигатель

В двигателях внутреннего сгорания используется давление расширяющихся газов, которые образуются при сгорании топлива в цилиндре. По способу образования горючей смеси – пары топлива и воздух – и по виду используемого топлива двигатели бывают с внешним смесеобразованием и с внутренним смесеобразованием. К двигателям с внешним смесеобразованием относят карбюраторные, работающие на бензине, и газосмесительные, работающие на горючем газе. К двигателям с внутренним смесеобразованием относят дизельные двигатели, работающие на дизельном топливе.

В карбюраторных двигателях воспламенение рабочей смеси происходит с помощью электрического разряда, в дизельных– с помощью высокой степени сжатия. В результате сгорания рабочей смеси образуются газы, которые давят на поршень, придавая ему прямолинейное движение. Прямолинейное движение поршня в дальнейшем с помощью шатуна и коленчатого вала преобразуется во вращательное движение маховика. Для поддержания работы двигателя камера сгорания цилиндра периодически очищается от отработанных газов и наполняется свежим зарядом горючей смеси. Очистку от отработанных газов и наполнение горючей смесью осуществляют выпускные и впускные клапаны.

Перемещаясь в цилиндре, поршень совершает возвратно-поступательное движение. Крайние положения, в которых поршень меняет направление движения, называют верхней мертвой точкой (ВМТ) и нижней мертвой точкой (НМТ). Расстояние, которое проходит поршень между верхней и нижней мертвыми точками, называют ходом поршня. Процесс, происходящий в цилиндре за один ход поршня, называют тактом, а пространство в цилиндре, освобождаемое поршнем от верхней мертвой точки к нижней, называют рабочим объемом цилиндра.

Наименьшее пространство в цилиндре, образуемое при нахождении поршня в верхней мертвой точке, называют объемом камеры сгорания. Рабочий объем цилиндра и объем камеры сгорания составляют полный объем цилиндра. Сумму всех рабочих объемов цилиндров называют литражом двигателя. Литраж двигателя выражается в кубических сантиметрах. Отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания называют степенью сжатия, от которой зависят экономичность и мощность двигателя. Мощность и экономичность двигателя повышаются с повышением степени сжатия. Сгорание рабочей смеси происходит при основном рабочем такте, для выполнения которого необходимо выполнить подготовительные такты: впуск горючей смеси, сжатие и выпуск отработанных газов (заключительный такт).

При впуске горючей смеси поршень движется от верхней мертвой точки к нижней, впускной клапан открыт. Вследствие увеличения объема внутри цилиндра создается разряжение и происходит заполнение цилиндра свежим зарядом горючей смеси. При сжатии поршень движется от нижней мертвой точки к верхней. Впускной и выпускной клапаны закрыты, объем под поршнем уменьшается, рабочая смесь сжимается, благодаря чему улучшается испарение и перемешивание паров топлива с воздухом. При рабочем ходе, во время которого происходит сгорание и расширение, рабочая смесь воспламеняется от электрического разряда в бензиновых двигателях, а в дизельных двигателях воспламенение происходит из-за высокой степени сжатия. Расширяющиеся газы давят на поршень, который перемещается от верхней мертвой точки к нижней. Впускной и выпускной клапаны при этом закрыты. При высоком давлении газов их температура достигает 9000 °C. При выпуске поршень двигается от нижней мертвой точки к верхней, выпускной клапан открыт, отработанные газы из камеры сгорания цилиндров вытесняются. Следующие механизмы и системы двигателя внутреннего сгорания обеспечивают его нормальную работу:

кривошипно-шатунный механизм воспринимает давление газов при их расширении и преобразует прямолинейное, возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала;

газораспределительный механизм служит для своевременного впуска в камеру сгорания цилиндра двигателя необходимого заряда горючей смеси и выпуска из него отработанных газов;

система зажигания предназначена для преобразования тока низкого напряжения в ток высокого напряжения с целью образования электрического разряда в камере сгорания цилиндра двигателя для воспламенения рабочей смеси (так как воспламенение рабочей смеси в цилиндрах дизельных двигателей происходит за счет высокой степени сжатия, система зажигания в них отсутствует);

система питания служит для приготовления горючей смеси в карбюраторных и газосмесительных двигателях, подачи ее в камеры сгорания цилиндров двигателя и удаления продуктов сгорания (в дизельных двигателях система питания обеспечивает впрыск топлива в мелкораспыленном виде в цилиндры);

система смазки служит для подачи смазки к трущимся поверхностям деталей двигателя, отвода тепла от деталей, уноса механических частиц, образующихся в результате трения, и очистки моторного масла;

система охлаждения предназначена для отвода излишнего тепла от деталей двигателя и поддержания оптимального температурного режима работающего двигателя. Система охлаждения двигателя может быть воздушной или жидкостной.

Периодически повторяющиеся в цилиндре процессы называются тактами. Такты объединяются в рабочий цикл. В четырехтактных двигателях рабочий цикл осуществляется за четыре хода поршня.

В дизельном двигателе последовательность чередования тактов в рабочих циклах такая же, как и в карбюраторных. Отличие состоит лишь в степени сжатия и способе воспламенения рабочей смеси.

Для того чтобы коленчатый вал вращался равномерно, двигатели делают многоцилиндровыми, а одинаковые такты в разных цилиндрах чередуются в определенной последовательности.

Кривошипно-шатунный механизм. Кривошипно-шатунный механизм служит для преобразования прямолинейного движения поршней во вращательное движение коленчатого вала. В него входят блок цилиндров с картером, головки цилиндров, поршни с кольцами, поршневые пальцы, шатуны, коленчатый вал, маховик, поддон картера.

Блок цилиндров является основной деталью двигателя. К нему крепятся кривошипно-шатунный механизм, газораспределительный механизм, навесные приборы и агрегаты двигателя. Блок цилиндров отливают вместе с картером из серого чугуна или алюминиевого сплава. В отливке блок-картера имеются полости для смывания охлаждающей жидкостью стенок гильз цилиндров. Гильзы могут быть вставными. Изготавливают их из жаростойкой стали или отливают с чугунным блок-картером. Блоки из алюминиевых сплавов изготовляют только с вставными гильзами. Внутренняя поверхность гильз служит направляющей для перемещения поршня. Она тщательно шлифуется и называется зеркалом. Уплотнение гильз осуществляется с помощью колец из меди или специальной резины. Вверху уплотнение гильз достигается за счет прокладки головки цилиндров. Короткие тонкостенные вставки из кислотоупорного чугуна, запрессованные в верхнюю часть гильз, увеличивают срок их службы в несколько раз. Картер двигателя снизу закрыт поддоном.

На головке цилиндров, которая закрывает цилиндры сверху, размещены детали газораспределительного механизма, камеры сгорания, отверстия под свечи или форсунки, запрессованы направляющие втулки и седла клапанов. Для охлаждения камер сгорания в головке вокруг них имеется специальная полость. Плоскость разъема между головками и блоком цилиндров уплотнена стальными прокладками, а крепление осуществляется шпильками с гайками. Отлиты головки из чугуна или алюминиевого сплава. Сверху они накрыты клапанной крышкой из штампованной стали или алюминиевого сплава. Обычно крышку уплотняют маслобензостойкой резиновой прокладкой.

Поршень представляет собой перевернутый днищем вверх цилиндрический стакан, отлитый из высококремнистого алюминиевого сплава. Он воспринимает давление расширяющихся газов при рабочем такте и передает его через поршневой палец и шатун на коленчатый вал двигателя. Поршень имеет днище, уплотняющую и направляющую (юбку) части. Днище и уплотняющая часть составляют головку поршня, в которой проточены канавки для поршневых колец. Днище поршня с головкой цилиндров формируют камеру сгорания. Ниже головки выполнена юбка, которая направляет движение поршня. В юбке поршня имеются бобышки с отверстиями под поршневой палец.

При тепловом расширении работающего двигателя, поршень не должно заклинивать, поэтому его головку выполняют меньшего диаметра, чем юбку. Юбку изготовляют овальной формы с большой осью, перпендикулярной к оси поршневого кольца. Для предохранения от задиров зеркала цилиндра и улучшения приработки на юбку поршня можно наносить коллоидно-графитовое покрытие. На поршень устанавливают поршневые кольца: маслосъемные и компрессионные. Компрессионные кольца могут быть различной геометрической формы. Служат они для уплотнения поршня в гильзе цилиндра и предотвращения прорыва газов из камеры сгорания в картер двигателя.

Маслосъемные кольца также имеют различную геометрическую форму и служат для снятия излишков масла с зеркала цилиндра и не допускают попадания масла в камеру сгорания. Изготовляют поршневые кольца из белого чугуна. Маслосъемные кольца могут быть изготовлены из стали. Они состоят из двух стальных разрезных колец, одного стального гофрированного осевого и одного радиального расширителей. Для повышения прочности верхнее компрессионное кольцо хромируют, а остальные кольца покрывают оловом и молибденом, что ускоряет приработку колец. Для установки на поршень у колец есть разрез, который называют замком. Количество компрессионных колец, устанавливаемых на поршнях, на разных моделях двигателей может быть разным: обычно два или три. Маслосъемные кольца устанавливают по одному на поршень. Они имеют сквозные прорези для прохода масла через канавку внутрь поршня. Для маслосъемного кольца канавка поршня имеет один или два ряда отверстий для отвода масла.

Поршневой палец плавающего типа имеет форму пустотелого цилиндра. Он обеспечивает шарнирное соединение поршня с шатуном и удерживается от осевого смещения в бобышках поршня стопорными кольцами. Поверхность поршневого пальца покрыта цементацией и закалена токами высокой частоты.

Шатун служит для соединения поршня с коленчатым валом двигателя и передачи при рабочем ходе давления расширяющихся газов от поршня к коленчатому валу. Изготавливают шатун из углеродистой или легированной стали. Во время вспомогательных тактов от коленчатого вала через шатун приводится в действие поршень. Состоит шатун из верхней неразъемной головки с запрессованной втулкой из оловянистой бронзы и разъемной нижней головки. В нижнюю головку вставлены тонкостенные стальные вкладыши, залитые слоем антифрикационного сплава. Головки шатуна соединяются стержнем двутаврового сечения. Нижняя разъемная головка шатуна с помощью крышки закрепляется на шатунной шейке коленчатого вала. Крышка и нижняя головка шатуна соединяются болтами и шпильками со специальными стопорными шайбами. Вкладыши нижней головки шатуна изготовлены из стальной или сталеалюминиевой ленты, покрытой антифрикационным слоем. От проворачивания в нижней головке шатуна вкладыши удерживаются выступами, которые фиксируются в канавках шатуна и его крышке.

Коленчатый вал воспринимает усилия, передаваемые шатунами от поршней, и преобразует их в крутящий момент, который через маховик передается агрегатам трансмиссии. Состоит коленчатый вал из шатунных и коренных шеек, соединенных щеками с противовесами, фланца для крепления маховика. На переднем кольце коленчатого вала имеются шпоночные пазы для закрепления распределительной шестерни и шкива привода вентилятора, а также отверстие для установки храповика пусковой рукоятки. Шатунная шейка со щеками образует кривошип (или колено) вала. Расположение кривошипов обеспечивает равномерное чередование рабочих ходов поршня в различных цилиндрах. Коленчатые валы штампуют из стали или выливают из высокопрочного магниевого чугуна. Для уменьшения центробежных сил шейки выполняют полыми. Они используются как грязеуловители для моторного масла. Шейки коленчатого вала шлифуют и полируют, поверхность закаливают токами высокой частоты. В щеках вала имеются сверления для подвода масла к трущимся поверхностям коренных и шатунных шеек коленчатого вала. Коленчатые валы, у которых каждая шатунная шейка имеет с двух сторон коренные шейки, называют полноопорными. Продольное перемещение коленчатого вала при его тепловом расширении ограничивается упорными шайбами. Они устанавливаются по обе стороны первого коренного подшипника или четырьмя полукольцами в вытачке задней опоры вала. Чтобы не допустить утечки масла на концах коленчатого вала крепятся маслоотражатели, сальники или маслосгонные спиральные канавки и маслоотражательный буртик. Вкладыши коренных подшипников имеют такую же конструкцию, как и вкладыши шатунных подшипников. У двигателей с блоками из алюминиевых сплавов крышки коренных подшипников сделаны из чугуна, чтобы не допустить заклинивания коленчатого вала при низких температурах. Крышки коренных подшипников растачивают совместно с блоком цилиндров. При сборке двигателя их ставят только на свои места.

Маховик служит для уменьшения неравномерности работы двигателя, вывода поршней из мертвых точек, облегчения двигателя. Кроме того, он способствует плавному троганию автомобиля с места. Маховик представляет собой массивный диск, отлитый из чугуна, на обод которого напрессован стальной зубчатый венец, предназначенный для вращения коленчатого вала стартером при пуске двигателя. Чтобы не нарушать установочной балансировки, маховик крепят болтами к фланцу коленчатого вала на несимметрично расположенных штифтах.

Поддон картера штампуют из листовой стали или отливают из алюминиевых сплавов. Он является резевуаром для моторного масла и предохраняет картер двигателя от попадания грязи и пыли.

Для герметизации плоскости разъема между картером и поддоном устанавливают пробковые или маслобензостойкие прокладки. Крепится поддон шпильками или болтами.

Крепят двигатели на раме в трех или четырех точках. Крепление к раме или несущему кузову должно быть надежным и амортизировать толчки, возникающие при работе двигателя и движении автомобиля. Для крепления могут использоваться скобы или тяги. В качестве опор применяют специальные кронштейны (лапы), под которые устанавливают одну или две резиновые подушки или пружины.

Газораспределительный механизм. Газораспределительный механизм служит для своевременного впуска в цилиндры карбюраторного двигателя и газосмесительного двигателя горючей смеси и выпуска из них отработанных газов. В дизельных двигателях газораспределительный механизм впускает в камеры сгорания воздух и выпускает из них отработанные газы. Газораспределительные механизмы могут быть с верхним (в головке цилиндров) и нижним (в блоке цилиндров) расположением клапанов. Наиболее распространенным является газораспределительный механизм с верхним расположением клапанов, так как такое расположение облегчает доступ к клапанам для их обслуживания, позволяет получить компактную камеру сгорания и обеспечить лучшее наполнение ее горючей смесью или воздухом. Состоит газораспределительный механизм из распределительного вала, механизма привода распределительного вала и клапанного механизма. В двигателе с V-образным расположением цилиндров газораспределительный механизм находится между его правым и левым рядами цилиндров.

Во вращение он приводится от коленчатого вала через блок распределительных шестерен. Вращение распределительного вала при цепном или ременном приводе осуществляется с помощью цепной или зубчатой ременной передачи. При вращении распределительного вала кулачок набегает на толкатель и поднимает его вместе со штангой. Верхний конец штанги надавливает на регулировочный винт, установленный на внутреннем плече коромысла. Коромысло проворачивается на своей оси, наружным плечом нажимает на стержень клапана и открывает отверстие впускного или выпускного клапана в головке цилиндров строго в соответствии с фазами газораспределения и порядком работы цилиндров. Фазы газораспределения, под которыми понимают моменты начала открытия и конца закрытия клапанов, подбирают опытным путем в зависимости от числа оборотов двигателя и конструкции впускных и выпускных патрубков. Обычно фазы газораспределения для своих двигателей указывают предприятия-изготовители в виде диаграмм или таблиц. По установочным меткам определяют, правильно ли установлен газораспределительный механизм. Установочные метки расположены на распределительных шестернях или приводном шкиве блока цилиндров двигателя. Отклонение при установке фаз приводит к выходу из строя клапанов или двигателя. При соблюдении регламентируемого теплового зазора в клапанном механизме постоянство фаз газораспределения сохраняется. Если величина зазора нарушена, то происходит быстрый износ клапанного механизма и двигатель теряет мощность.

Порядком работы цилиндров двигателя называют последовательность чередования одноименных тактов в различных цилиндрах. Зависит он от расположения цилиндров и конструкции распределительного и коленчатого валов. У четырехцилиндровых однорядных двигателей такты чередуются через 180 градусов и порядок работы цилиндров может быть 1–3–4–2 (автомобили ВАЗ и АЗЛК) или 1–2–4–3 (автомобили ГАЗ). Знание порядка работы цилиндров необходимо для регулировки тепловых зазоров клапанного механизма и правильного подсоединения проводов к свечам зажигания карбюраторных двигателей или трубопроводов высокого давления дизельных двигателей.

Распределительный вал газораспределительного механизма служит для открывания и закрывания клапанов газораспределительного механизма в определенной последовательности согласно порядку работы цилиндров двигателя. Изготовляют валы из стали или отливают из высокопрочного чугуна с дальнейшей обработкой поверхности кулачков и шеек вала путем отбеливания и шлифования. Для уменьшения трения между шейками и опорами в отверстия запрессовывают стальные, покрытые антифрикационным слоем или металлокерамические втулки. Между опорными шейками распределительного вала располагаются по два кулачка на каждый цилиндр: впускной и выпускной. Кроме того, на валу крепится шестерня для привода масляного насоса и прерывателя-распределителя и имеется эксцентрик для привода топливного насоса.

Зубья у шестерен косые, что вызывает осевое перемещение вала. Для предупреждения осевого смещения предусмотрен упорный фланец, который закрепляют на блоке цилиндров между торцом передней опорной шейки вала и ступицей распределительной шестерни.

В четырехтактных двигателях рабочий цикл происходит за четыре хода поршня или два оборота коленчатого вала. Это возможно, если распределительный вал за это время сделает в 2 раза меньшее число оборотов. Поэтому диаметр шестерни, установленной на распределительном валу, делают в 2 раза большим, чем диаметр шестерни коленчатого вала. Усилие от кулачков распределительного вала к штангам передают толкатели, которые бывают разной формы (цилиндрической, грибовидной) или могут быть роликовыми и иметь сферические углубления, в которые входят нижние концы штанг. Толкатели перемещаются в направляющих, выполненных в блоке цилиндров, либо в прикрепленных к нему специальных корпусах. Чтобы износ их рабочих поверхностей был равномерным, толкатели все время провертываются вокруг своих осей за счет выпуклой поверхности кулачка распределительного вала. Усилие от толкателей к коромыслам передают штанги, которые изготавливают в виде полых цилиндрических стержней из стали с закаленными наконечниками или в виде дюралюминиевых трубок с запрессованными с обеих сторон сферическими стальными наконечниками. Штанга упирается с одной стороны в углубление толкателя, а с другой – в сферическую поверхность регулировочного винта коромысла.

Усилие от штанги к клапану передает коромысло. Изготавливают коромысло в виде двуплечевого рычага, посаженного на ось. Со стороны клапана плечо коромысла длиннее, чем со стороны штанги-толкателя. Это дает возможность уменьшить высоту подъема штанги толкателя.

В короткое плечо коромысла ввернут регулировочный винт с контргайкой для установки теплового зазора в клапанном механизме. Для того чтобы уменьшить трение коромысла об ось, в отверстие запрессовывается бронзовая втулка. Устанавливают коромысла на полых стальных осях. Оси бывают общими для всех цилиндров или выполняются отдельно для каждого цилиндра; закрепляют их в стойках на головке цилиндров двигателя. Цилиндрические пружины удерживают их от продольного перемещения.

Клапаны служат для периодического открывания и закрывания отверстий впускных и выпускных каналов в зависимости от положения поршня в цилиндре и порядка работы двигателя. Состоит клапан из тарельчатой плоской головки и стержня. Головка имеет узкую рабочую кромку – фаску, скошенную под углом 30 или 45 градусов. Диаметр головки впускного клапана больше, чем выпускного. Это дает возможность быстро заполнять камеры сгорания цилиндра зарядом горючей смеси. Впускные клапаны изготовляют из хромистой стали, а выпускные клапаны или их головки – из жаростойкой стали.

Седла клапанов запрессованы в головку или блок цилиндров и изготовляются из жаропрочного чугуна. На фаску головки клапанов иногда наплавляют жаростойкий сплав. Для того чтобы фаска головки клапана плотно прилегала к фаске седла клапана, сопрягаемые поверхности притирают.

Для предотвращения заедания и обгорания выпускные клапаны могут иметь механизм их принудительного проворачивания при работе. К седлу клапан прижимается одной или двумя клапанными пружинами. Стержень клапана имеет цилиндрическую форму и в верхней части имеет выточку для фиксации деталей крепления клапанной пружины. Стержни клапанов перемещаются по металлокерамическим или чугунным направляющим втулкам, которые запрессовывают в головку цилиндров. Чтобы масло не попадало в камеру сгорания цилиндра, по зазору между стержнем клапана и его направляющей втулкой ставят уплотнение из маслобезностойкой резины в виде сальника или колпачка.

Система смазывания

Система смазывания двигателя должна обеспечивать бесперебойную подачу масла к трущимся поверхностям с целью снижения потерь мощности на трение, уменьшения износа деталей, защиты их от коррозии, отвода тепла и продукта износа от трущихся деталей. От исправного состояния системы смазывания в значительной степени зависит надежность работы двигателя. В зависимости от условий и режима работы того или иного механизма применяют различные сорта и виды смазок. Применяемые для смазки двигателей масла должны обладать определенной вязкостью, не должны содержать механических примесей, воды, кислот и щелочей. Для автомобильных двигателей применяют комбинированную систему смазывания. В зависимости от размещения и условий работы деталей масло подается или под давлением, или разбрызгиванием, или самотеком. К деталям, испытывающим большую нагрузку, масло подается под давлением, к остальным деталям – разбрызгиванием или самотеком.

В систему смазывания входят следующие приборы и агрегаты для хранения, подвода, очистки и охлаждения масла: поддон картера двигателя, маслозаборник, масляный фильтр грубой очистки, масляный фильтр тонкой очистки, масляный насос, маслопровод, масляный радиатор, контрольно-измерительные приборы и датчики.

Так, например, система смазывания дизельного двигателя КамАЗ-740 происходит следующим образом. Масло из поддона через маслоприемник с сетчатым фильтром поступает в секции масляного насоса.

Из нагнетающей секции масло через канал подается в полнопроточный фильтр, а оттуда в главную масляную магистраль. Далее по каналам в блоке и головках цилиндров масло под давлением подается к деталям КШМ и ГРМ, топливному насосу высокого давления (ТНВД) и компрессору. К шатунным подшипникам масло подается по каналу коленчатого вала от ближайшей к ним коренной шейки. Опоры штанг и толкателей газораспределительного механизма омываются пульсирующей струей, а остальные детали смазываются разбрызгиванием масла или самотеком.

Снимаемое со стенок цилиндра маслосъемными кольцами масло отводится через сверления в поршневых канавках в глубь поршня и смазывает опоры поршневого пальца в верхней головке шатуна и бобышках поршня. Из главной смазочной магистрали масло под давлением подается к термосиловому датчику, а при открытом кране включения гидромуфты подается в саму гидромуфту. Из радиаторной секции масляного насоса масло подается к фильтру тонкой очистки и через открытый кран включения масляного радиатора – в сам радиатор. Из радиатора масло подается в поддон картера двигателя. Если кран включения масляного радиатора закрыт, то из центрифуги (фильтр центробежной очистки) масло поступает в поддон через сливной клапан.

Система смазки двигателя легкового автомобиля работает так. Масляный насос всасывает моторное масло через масляное сито из картера и прогоняет его через главный масляный фильтр. Редукционный клапан регулирует давление следующим образом: при слишком высоком давлении клапан открывается, и часть масла стекает обратно в поддон картера. На выходе из фильтра масло попадает в главный масляный канал, где находится переключатель давления, или датчик давления, который через контрольную лампочку давления масла или через показания на приборной доске информирует о том, нормальное ли давление масла (в других двигателях датчик может располагаться на отдельном канале). При забитом масляном фильтре вентиль короткого замыкания отводит неотфильтрованное масло в главный масляный канал.

От главного канала ответвляются каналы для смазки подшипников коленчатого вала. От коренных подшипников через внутренние каналы коленчатого вала масло смазывает шатунные подшипники. Одновременно масло поступает к головке цилиндров и смазывает там опоры и кулачки распределительного вала.

Масляные фильтры служат для очистки масла от металлических частиц, которые образуются в результате износа деталей двигателя, продуктов нагара и коксования масла. Фильтры устанавливают в различных сочетаниях в зависимости от модели двигателя в конструкции системы смазывания. Сетчатый фильтр маслоприемника предварительно фильтрует масло от механических примесей перед его поступлением в насос. После выхода из насоса масло частично или полностью очищается в фильтрах грубой, тонкой или центробежной очистки.

Фильтр тонкой очистки имеет сменный фильтрующий элемент, заполненный фильтрующей массой. Фильтр центробежной очистки масла представляет собой центрифугу. Этот фильтр задерживает в первую очередь тяжелые примеси. Его работу можно проверить прослушиванием вращения ротора в течение короткого времени после остановки двигателя. Полнопоточный масляный фильтр имеет два сменных фильтрующих элемента, заполненных древесной мукой на пульвербакелитовой связке.

Для охлаждения масла и предотвращения его разжижения в результате нагрева от соприкосновения с горячими деталями двигателя служит масляный радиатор. Состоит он из двух бачков, между которыми горизонтально размещены трубки, которые для увеличения площади охлаждения и жесткости скреплены металлическими пластинами.

Как правило, масляными радиаторами снабжаются грузовые автомобили ввиду тяжелых условий работы их двигателей. Для легковых автомобилей достаточное охлаждение масла обеспечивает вентиляция картера и обдув поддона картера встречным потоком воздуха. Вентиляция картера служит для охлаждения масла и освобождения картера от паров топлива, воды и отработанных газов, которые разжижают и загрязняют масло. В некоторых моделях двигателей применяют открытую вентиляцию картера, при которой нижний конец отсасывающей трубки имеет косой срез, направленный назад по ходу автомобиля. При движении у среза создается разряжение, в результате которого газы отсасываются из картера. Разряжение из картера через трубку передается под крышку газораспределительного механизма, и туда же из вакуумного фильтра подается воздух.

Из-за токсичности картерных газов в современных карбюраторных двигателях применяют принудительную систему вентиляции. Маслоналивные патрубки имеют воздушные фильтры и расположены сверху или сбоку двигателя и соединены с поддоном картера непосредственно через маслоналивную трубу. Контроль уровня масла в системе осуществляется при помощи масломерного щупа.

Система охлаждения

Система охлаждения двигателя служит для обеспечения оптимального теплового режима двигателя. Экономичность и надежность двигателя в значительной степени зависят от нормальной работы системы охлаждения. При перегреве двигателя уменьшается его мощность, увеличивается расход топлива, происходит выгорание смазки, что приводит к износу трущихся поверхностей деталей, происходит задир и выплавление вкладышей подшипников, разрушение поверхности шеек коленчатого вала, заклинивание поршня и другие неполадки.

Переохлаждение двигателя также ведет к неисправностям: увеличиваются потери мощности двигателя на преодоление возросшего трения из-за более густой смазки; рабочая смесь, конденсируясь, смывает пленку масла со стенок цилиндров и увеличивает износ деталей поршневой группы; увеличивается коррозионный износ зеркала цилиндров в результате образования серных и сернистых соединений и др.

Жидкостная система охлаждения двигателя состоит из радиатора, насоса охлаждающего средства, термостата и вентилятора. Кроме того, к ней относят рубашку охлаждения блока и головки цилиндров, водяной насос, датчики температуры охлаждающей жидкости, водораспределительную трубу, патрубки и шланги с деталями крепления, сливные краники, предпускной подогреватель, отопитель кабины водителя или салона, расширительный бачок.

В качестве охлаждающей жидкости применяют воду или низкозамерзающие жидкости – антифризы (тосол). Порядок циркуляции охлаждающей жидкости изменяется в зависимости от его температуры. Пока двигатель в холодном состоянии, охлаждающая жидкость циркулирует только в блоке двигателя и теплообменнике отопления по малому кругу, ускоряя нагревание двигателя. Циркулируя в полости блока и головки цилиндров, охлаждающая жидкость омывает гильзы цилиндров и стенки камеры сгорания.

В первую очередь поток циркулирующей жидкости направляется к наиболее нагретым деталям двигателя: стенкам камеры сгорания, свечам зажигания, выпускным клапанам, цилиндрам двигателя. Теплота от нагревающихся деталей передается через стенки агрегатов двигателя охлаждающей жидкости, а затем через наружные стенки агрегатов системы охлаждения в атмосферу. Через верхний патрубок охлаждающая жидкость попадает в бачок радиатора, где охлаждается потоком воздуха, перетекает по трубкам в нижний бачок радиатора и через патрубок и шланг поступает к водяному насосу.

Водяной насос обеспечивает принудительную циркуляцию охлаждающей жидкости. Он приводится в действие приводным ремнем от коленчатого вала. Охлаждающая жидкость протекает через радиатор и охлаждается в ребрах потоком воздуха. Дополнительно охлаждение обеспечивается вентилятором, который включается и выключается терморегулятором. В качестве запасного резервуара для охлаждающей жидкости служит расширительный бачок. Он собирает расширяющуюся от нагревания жидкость и возвращает ее назад в циркуляционную систему после охлаждения двигателя, наполняя систему и хорошо ее охлаждая. Заливку системы охлаждающей жидкостью производят через заливную горловину расширительного бачка. Сливают жидкость из системы через сливной кран и другие краны дополнительного оборудования.

Для охлаждения охлаждающей жидкости, отводящей теплоту от деталей двигателя предназначен радиатор. Охлаждение жидкости происходит в сердцевине радиатора, состоящей из медных, алюминиевых или латунных трубок. На трубках имеются охлаждающие ребра, изготовленные из стали или латуни. Сердцевина соединяет между собой верхний и нижний бачки радиатора. Поток воздуха, обдувающий сердцевину радиатора, регулируется положением створок жалюзи. Кроме того, он может регулироваться путем включения и выключения вентилятора через температурный датчик охлаждающей жидкости.

Заливная горловина верхнего бачка радиатора закрыта пробкой с паровоздушным клапаном. Он открывается автоматически, если давление паров значительно повышается.

Для обдува двигателя служит вентилятор. У него несколько лопастей, изготовленных из стали или пластмассы, имеющих специальную форму для снижения затрат на его привод. Вентилятор усиливает движение потока воздуха через сердцевину радиатора. Обычно его устанавливают на одном валу с водяным насосом.

В движение он приводится коленчатым валом через ременную передачу. В привод могут быть включены электромагнитная муфта или гидромуфта, которая обеспечивает плавную передачу вращения от коленчатого вала вентилятору. Частота вращения вентилятора зависит от количества масла, поступающего в гидромуфту из системы смазывания.

Водяной насос служит для циркуляции жидкости в системе охлаждения. Его устанавливают в передней части блока цилиндров. Состоит водяной насос из силуминового корпуса, вала с крыльчаткой и самоуплотняющегося сальника. Вращающаяся крыльчатка создает центробежные силы, под действием которых жидкость от центра корпуса насоса отбрасывается к его наружным стенкам. Вытеканию жидкости по разъему между корпусом насоса и блоком цилиндров препятствует резиновая прокладка, а по валу – самоуплотняющийся сальник.

Поддерживает тепловой режим двигателя, направляя движение жидкости по малому и большому кругу охлаждения, термостат. Он может быть с жидким или твердым наполнителем. Устанавливают термостат в полости впускного патрубка или на выходе жидкости из рубашки охлаждения цилиндров. В термостатах с жидким наполнителем внутрь гофрированного латунного цилиндра налита жидкость, температура кипения которой 75 °C. В термостатах твердого наполнения находится нефтяной воск – церезин. Температура плавления церезина примерно 71–82 °C.

П р и н ц и п р а б о т ы термостата заключается в следующем: если двигатель не прогрет, то клапан его закрыт и жидкость циркулирует, минуя радиатор, по малому кругу охлаждения: полость охлаждения – термостат – перепускной шланг – водяной насос – полость охлаждения. По мере наполнения охлаждающей жидкостью наполнитель термостата нагревается, расширяется и клапан открывается. Жидкость начинает циркулировать по большому кругу охлаждения: водяной насос – полость охлаждения – термостат – верхний бачок радиатора – сердцевина – нижний бачок радиатора – насос – полость охлаждения.

Когда температура охлаждающей жидкости понижается, поверхность цилиндра сжимается и клапан закрывается.

В термостатах с твердым наполнителем имеется дополнительная пружина, которая возвращает клапаны в закрытое положение при снижении температуры охлаждающей жидкости и соответствующем уменьшении объема наполнителя баллона термостата.

Для облегчения пуска двигателя при низкой температуре окружающей среды предназначен предпусковой подогреватель. Он состоит из системы электроискрового зажигания, котла с направляющим патрубком, топливного бачка, электровентилятора, патрубков, соединительных трубок с шлангом, электромагнитного запорного клапана, пульта управления, наливной воронки, сливного крана.

П р и н ц и п р а б о т ы предпускового подогревателя состоит в следующем: котел подогревателя постоянно соединен с системой охлаждения двигателя. Топливный бачок заполняют топливом, соответствующим типу двигателя – бензиновым или дизельным. Топливо поступает в камеру сгорания через электромагнитный запорный клапан. Воздух, необходимый для поддержания горения топлива, подается электровентилятором. Первоначальное зажигание топливной смеси осуществляется свечой накаливания, а дальнейшее горение поддерживается от пламени ранее зажженного факела.

Поначалу горячие газы нагревают воздух в котле, а затем через патрубок направляются на поддон картера двигателя и подогревают моторное масло. Горячая вода поступает в рубашку охлаждения двигателя, холодная вода вытесняется в котел.

Если в автомобиле установлен дизельный двигатель, то предпусковой подогреватель применяют при температуре 25 °C. При более высокой температуре применяют электрофакельное устройство. Оно включает в себя факельные свечи накаливания, в которых топливо испаряется. Пары топлива смешиваются с воздухом и воспламеняются. Факельные свечи установлены во впускных коллекторах, горящее топливо подогревает поступающий в коллектор воздух и облегчает этим пуск холодного воздуха. Отопитель кабины водителя грузового автомобиля, салона легкового автомобиля или автобуса действует, используя тепло охлаждающей жидкости двигателя.

Принципиальная схема отопления почти для всех видов автомобилей одинакова и состоит в следующем. Радиатор отопления соединен с рубашкой охлаждения блока цилиндров или головкой цилиндров через запорный клапан. Воздух, нагретый радиатором, подается в воздухораспределительный канал и затем через шланги к патрубкам, которые размещаются у ног водителя, лобового стекла и в других местах, где необходимо отопление. Поступление воздуха в отопитель регулируется заслонкой. Она имеет три положения: при первом положении заслонки воздух направляется в отопитель только из кабины либо из салона, при втором – из вентиляционного канала в отопитель, при третьем – в кабину с забором воздуха снаружи.

Система питания карбюраторного двигателя

Система питания карбюраторного двигателя должна обеспечивать приготовление горючей смеси в правильном соотношении бензина и воздуха и необходимого количества горючей смеси в зависимости от режима работы двигателя. В работающем двигателе различают следующие режимы: пуск холодного двигателя, работа на малой частоте вращения коленчатого вала (режим холостого хода), работа при средних нагрузках, работа при полных нагрузках, работа при резком увеличении нагрузки. Для всех режимов работы двигателя состав горючей смеси должен быть разным.

От технического состояния системы питания зависят мощность двигателя, легкость его запуска, приемистость, экономичность, долговечность.

К топливной системе карбюраторных двигателей относят: топливный бак, топливопроводы, топливные фильтры, топливный насос, карбюратор, воздушный фильтр, впускной коллектор, глушитель шума выпуска отработанных газов, датчики.

П р и н ц и п д е й с т в и я карбюраторной системы питания следующий. При вращении коленчатого вала начинает действовать топливный насос, который через сетчатый фильтр засасывает бензин из бака и нагнетает его в поплавковую камеру карбюратора. Перед насосом или уже после него бензин проходит через фильтр тонкой очистки топлива. При движении поршня в цилиндре вниз из распылителя поплавковой камеры вытекает топливо, а через воздушный фильтр засасывается очищенный воздух.

Струя воздуха смешивается с топливом в смесительной камере и образует горючую смесь. Впускной клапан открывается, и горючая смесь поступает в цилиндр, где на определенном такте сгорает. После сгорания открывается выпускной клапан и продукты сгорания по трубопроводу поступают в глушитель, а оттуда выводятся в атмосферу.

Топливопроводы представляют собой стальные трубки, которые соединяют все приборы системы топлива двигателя.

Для приготовления смеси мельчайших частиц или паров бензина с воздухом – горючей смеси – служит карбюратор, который может состоять из поплавковой камеры с поплавком и игольчатым клапаном; камеры распылителя; входной камеры с воздушной заслонкой; смесительной камеры с диффузором; дроссельной заслонки.

Для уплотнения разъемов между системами карбюратора применяют картонные прокладки или прокладки из маслобензостойкой резины.

Устройство, регулирующее подачу топлива, находится в топливной камере. Состоит оно из поплавка и игольчатого клапана. В смесительной камере, выполненной в виде трубы, имеется сужающаяся горловина – диффузор, в которую введена трубка из поплавкой камеры – распылитель.

Со стороны поплавковой камеры распылитель имеет строго определенной формы и сечения отверстие – жиклер. Ниже диффузора расположена дроссельная заслонка. Расположение дроссельной заслонки регулирует количество подаваемой горючей смеси в камеру сгорания. Кроме нее количество подаваемой горючей смеси регулируется путем увеличения оборотов коленчатого вала. Уровень топлива в поплавковой камере снижается, вместе с ним опускается поплавок, открывая доступ к топливу.

Чем больше открывается дроссель, тем больше увеличивается скорость потока воздуха и растет разряжение на конце распылителя. Количество топлива, поступающего через топливный жиклер, будет увеличиваться. Однако обогащению смеси препятствует поступление воздуха через воздушный жиклер, снижающее разряжение у топливного жиклера. В результате через распылитель в смесительную камеру поступает не бензин, а его эмульсия (смесь бензина с воздухом) и в диапазоне от режима холостого хода до полных нагрузок горючая смесь будет необходимого обедненного состава.

Все приборы системы топлива двигателя соединены стальными трубками – топливопроводами. На малых оборотах коленачатого вала для приготовления горючей смеси предназначена система холостого хода. Так как дроссельная заслонка почти закрыта, разряжение у распылителя настолько мало, что топливо из главной дозирующей системы поступать не будет. В режиме холостого хода в цилиндрах остается много отработанных газов в отношении к поступающему количеству горючей смеси. Такая рабочая смесь горит медленно, поэтому для устойчивой работы двигателя ее нужно обогатить топливом. Для обогащения топливо подводят за дроссельную заслонку, в область наибольшего разряжения.

Состоит система холостого хода из топливного жиклера холостого хода, воздушного жиклера и регулировочного винта. Под дроссельной заслонкой создается большее разряжение. Под действием этого разряжения топливо переходит через жиклер холостого хода и смешивается с воздухом из воздушного жиклера, а затем в виде эмульсии вытекает из отверстия под дросселем. Система холостого хода имеет два отверстия: одно отверстие находится над дросселем, другое ниже его. При малых оборотах коленчатого вала через нижнее отверстие вытекает топливная эмульсия, а через верхнее отверстие подсасывается воздух.

Если дроссельная заслонка открыта, эмульсия поступает в камеру сгорания через оба отверстия, что дает возможность плавно переходить от оборотов холостого хода к малым нагрузкам. Проходное сечение нижнего отверстия изменяется вращением регулировочного винта. За счет изменения сечения эмульсионного канала можно менять качество подаваемой горючей смеси. При завертывании регулировочного винта смесь обедняется, при вывертывании – обогащается.

Упорный винт дроссельной головки регулирует количество поступающей смеси. Если винт ввертывать, дроссель будет открываться, увеличивая количество поступающей смеси, что приведет к увеличению частоты вращения коленчатого вала двигателя. Если винт дросселя вывертывать, дроссель закроется, количество поступающей смеси уменьшится, уменьшится и число оборотов коленчатого вала.

Для обогащения горючей смеси при полных нагрузках и разгоне автомобиля, когда дроссель открыт не полностью, служит экономайзер. Он состоит из клапана, который прижимается к седлу пружиной, жиклера и деталей привода. Рычаг привода клапана экономайзера неподвижно закреплен на оси дроссельной заслонки. Клапан срабатывает, когда дроссель открывается почти полностью и обеспечивает дополнительную подачу топлива к распылителю.

Так как главное дозирующее устройство обеспечивает плавное обеднение горючей смеси во время перехода от малых нагрузок двигателя к средним, т. е. отрегулировано для обеспечения приготовления горючей смеси обедненного состава, то для получения максимальной мощности двигателя смесь необходимо обогатить. Обогащение смеси достигается с помощью экономайзера, когда топливо поступает к распылителю не только через главный жиклер, но и через клапан экономайзера. В этом случае главная дозирующая система и экономайзер, действуя совместно, обеспечивают обогащенную смесь, которая необходима для получения большой мощности двигателя.

Для обогащения горючей смеси при резком открытии дроссельной заслонки, для обеспечения приемистости двигателя, т. е. для возможности резкого перехода от малых нагрузок к большим, служит ускорительный насос, который состоит из колодца, штока, тяги, рычага, нагнетательного клапана и обратного клапана. Когда дроссель быстро открывается, пружина сжимается и поршень, перемещаясь вниз, давит на топливо. Гидравлический удар топлива закрывает обратный клапан и открывает нагнетательный. Топливо через распылитель попадает в смесительную камеру. Пружина разжимается и продолжает перемещать поршень вниз еще 1–2 с, что дает возможность впрыснуть дополнительную порцию топлива.

При резком открытии дроссельной заслонки воздух в смесительную камеру поступает гораздо быстрее, чем происходит подача топлива через жиклеры и распылители, что приводит к резкому обеднению горючей смеси и может вызвать остановку двигателя. Чтобы этого не произошло, необходимо обеспечить принудительное впрыскивание бензина в смесительную камеру для кратковременного обогащения горючей смеси. Эту задачу и выполняет ускорительный насос.

Для обогащения смеси при пуске и прогреве пускового двигателя служит пусковое устройство. Оно представляет собой заслонку с приводом из кабины водителя. Для того чтобы не произошло чрезмерного обогащения смеси на воздушной заслонке, может быть предусмотрен клапан, который открывается под давлением атмосферы при возникновении значительного разрежения в смесительной камере карбюратора после пуска двигателя. Положение заслонки регулируется с помощью троса, выведенного в кабину. Одновременно с закрытием воздушной заслонки приоткрывшийся дроссель не дает двигателю остановиться. Ось воздушной заслонки во впускном клапане установлена несимметрично, чтобы под действием разницы давлений потока воздуха на обе части заслонки она стремилась открыться.

Такая конструкция заслонки предохраняет смесь от переобогащения при пуске двигателя, и в то же время это не дает двигателю остановиться, так как смесь автоматически обогащается при снижении числа оборотов коленчатого вала.

Для улучшения наполнения и равномерного распределения горючей смеси по камерам сгорания цилиндров применяют двухкамерные карбюраторы. В этом случае главное дозирующее устройство обеспечивает пневматическое торможение топлива, что компенсирует состав горючей смеси. В корпусе карбюратора располагаются две смесительные камеры. Каждая камера питает свою группу цилиндров. Поплавковая камера, всасывающий патрубок с воздушной заслонкой, экономайзер и ускорительный насос являются общими для обеих камер и карбюратора.

Для ограничения максимальной частоты вращения коленчатого вала двигателя служит ограничитель, состоящий из центробежного датчика и пневматического диафрагменного механизма. Датчик крепится к крышке распределительных шестерен, его ротор приводится во вращение от распределительного вала двигателя. Исполнительный механизм, закрепленный на карбюраторе, воздействует на дроссельные заслонки. Датчик соединен воздухопроводами с исполнительным механизмом и всасывающим патрубком карбюратора. Если частота вращения коленчатого вала не больше максимального значения, клапан датчика открыт, а верхняя и нижняя полости исполнительного механизма сообщаются с всасывающим патрубком и смесительной камерой карбюратора. На дроссельные заслонки в это время механизм не воздействует.

В случае превышения значения частоты вращения коленчатого вала, на которое отрегулирован датчик, клапан ротора под действием центробежных сил перекрывает канал доступа воздуха в полость под диафрагмой. При этом разрежение, передаваемое из смесительной камеры, создает силу для перемещения диафрагмы вверх. Через рычаг и шток прикрываются дроссельные заслонки, и частота вращения коленчатого вала не превысит заданного значения. Под действием натянутой пружины устройство возвращается в исходное положение, и дроссельные заслонки открываются. На современных автомобилях карбюраторные системы питания часто заменяют инжекторными системами впрыска топлива, системой распределенного впрыска, системой центрального одноточечного впрыска топлива. Преимущество инжекторной системы по сравнению с карбюраторной состоит в отсутствии добавочного сопротивления потоку воздуха в виде диффузора карбюратора. Это способствует улучшению наполнения камер сгорания цилиндров и получению более высокой мощности двигателя; улучшению продувки цилиндров за счет использования возможности более длительного периода перекрытия клапанов; улучшению качества приготовления рабочей смеси за счет продувки камер сгорания чистым воздухом без примеси паров питания; обеспечивает большую степень оптимизации состава рабочей смеси на всех режимах работы двигателя с учетом его технического состояния; способствует более точному по составу смеси распределению топлива по цилиндрам, что дает возможность использовать бензин с более низким октановым числом.

Система распределенного впрыска топлива относится к наиболее совершенным. Основным функциональным элементом системы является электронный блок управления, который представляет собой бортовой компьютер автомобиля. Система распределенного впрыска топлива включает в себя подсистему подачи воздуха с дроссельной заслонкой; подсистему подачи топлива с форсунками по одной на каждый цилиндр; систему улавливания и сжижения паров бензина; систему дожигания отработанных газов. Электронный блок управления выполняет также самодиагностические и диагностические функции.

В системе центрального одноточечного впрыска топлива подача топлива осуществляется с помощью центрального модуля впрыска с одной электромагнитной форсункой, однако ее главное отличие состоит в отсутствии отдельного для каждого цилиндра впрыска топлива. Распределение горючей смеси по цилиндрам происходит так же, как и в карбюраторной системе.

Система питания дизельного двигателя

Система питания дизельного двигателя предназначена для обеспечения запаса топлива на автомобиле, очистки топлива и равномерного распределения его по цилиндрам двигателя строго дозированными порциями в соответствии с порядком работы, скоростным и нагрузочным режимом работы двигателя. Основные отличия дизельного двигателя от карбюраторного состоят в следующем. В дизельном двигателе чистый воздух засасывается в цилиндры и в них подвергается очень высокой степени сжатия. Вследствие этого в цилиндрах создается температура, превышающая температуру воспламенения дизельного топлива.

Когда поршень находится почти в верхней мертвой точке, в сильно сжатый, достигающий температуры +600 °C воздух впрыскивается дизельное топливо, которое состоит из смеси керосиновых, газойлевых и соляровых фракций. Дизельное топливо загорается само по себе, свечи зажигания не требуются. Чтобы достигалась высокая температура сжатого воздуха при холодном двигателе, в каждой вихревой камере двигателя находится свеча накаливания. Кроме того, дизельный двигатель оснащен ускорителем запуска в холодном состоянии, который включается кнопкой на панели приборов или автоматически.

Из топливного бака дизельное топливо засасывается насосом высокого давления через топливный фильтр, который задерживает воду и грязь. Топливо подается только в том случае, если в системе нет воздуха. В насосе создается необходимое для впрыска давление, и топливо распределяется по цилиндрам. Количество впрыскиваемого топлива регулируется нажатием педали газа. Через форсунки топливо подается в предкамеру соответствующего цилиндра. Так как дизельный двигатель не нуждается в зажигании и его цикл не прекращается при отключении напряжения в системе накального зажигания, в конструкции дизельного двигателя предусмотрен магнитный клапан. При выключении зажигания напряжение на нем исчезает и канал поступления топлива закрывается.

В систему питания дизельного двигателя грузового автомобиля (КамАЗ-740) входит топливный бак, фильтр грубой очистки воздуха, фильтр тонкой очистки воздуха, топливоподкачивающий насос, топливный насос высокого давления с регулятором частоты вращения и автоматической муфтой опережения впрыска топлива, форсунки, трубопроводы высокого давления, трубопроводы низкого давления, воздушный фильтр, выпускной газопровод, глушители шума отработанных газов.

Подача топлива осуществляется по двум магистралям: высокого и низкого давления. В магистрали низкого давления хранится топливо, происходит его фильтрация и подача под малым давлением к топливному насосу высокого давления. В магистрали высокого давления обеспечивается подача и впрыскивание необходимого количества топлива в цилиндры двигателя в определенный момент. Топливоподкачивающий насос подает топливо из бака через фильтры грубой и тонкой очистки по топливопроводам низкого давления к топливному насосу высокого давления, который в соответствии с порядком работы цилиндров по топливопроводам высокого давления подает топливо к форсункам. Форсунки, расположенные в головках цилиндров, впрыскивают и распыляют топливо в камеры сгорания двигателя. Так как топливоподкачивающий насос подает топливному насосу высокого давления топлива больше, чем нужно, то его избыток, а с ним и попавший в систему воздух по дренажным трубопроводам отводятся обратно в бак.

Топливный насос высокого давления является основным прибором системы питания дизеля. Он предназначен для равномерной подачи строго определенной дозы топлива к форсункам двигателя под высоким давлением в течение определенного промежутка времени согласно порядку работы цилиндров двигателя. Состоит он из одинаковых секций по количеству цилиндров двигателя. Секция включает в себя корпус, втулку плунжера (гильзу), плунжер, поворотную втулку, нагнетательный клапан, который прижат штуцером к гильзе плунжера через прокладку.

П р и н ц и п р а б о т ы ТНВД состоит в следующем. Под действием кулачка вала и пружины плунжер совершает возвратно-поступательное движение. При движении плунжера вниз внутреннее пространство гильзы наполняется топливом и топливо подается насосом низкого давления в подводящий канал корпуса насоса. При этом открывается впускное отверстие и топливо поступает в надплунжерное пространство. Далее под действием кулачка плунжер начинает подниматься вверх, перепуская топливо обратно в подводящий канал, до тех пор, пока верхняя кромка плунжера не перекроет впускное отверстие гильзы. После перекрытия этого отверстия давление топлива резко возрастает и топливо через зазор между втулкой и плунжером, преодолевая усилие пружины, поднимает нагнетательный клапан и поступает в топливопровод.

Продвижение плунжера вверх вызывает повышение давления выше уровня давления, которое создается пружиной форсунки. В результате этого игла форсунки приподнимается и происходит впрыскивание топлива в камеру сгорания. Подача топлива продолжается до тех пор, пока винтовая кромка плунжера не откроет выпускное отверстие в гильзе. В результате давление над плунжером резко падает, нагнетательный клапан под действием пружины закрывается и пространство над плунжером разъединяется с топливопроводом высокого давления. Далее плунжер перемещается вверх, топливо перетекает в сливной канал через винтовую кромку плунжера и продольный паз. Количество топлива подается в форсунку с помощью зубчатой рейки, втулки и связывающего поводка. Продолжительность впрыскивания соответствующих порций топлива, подаваемых в цилиндры двигателя, зависит от угла поворота плунжера, так как изменяется расстояние, проходимое плунжером от момента перекрытия впускного отверстия до момента открытия выпуского отверстия винтовой кромкой.

Чтобы остановить двигатель автомобиля, необходимо прекратить подачу топлива. В этом случае рейкой устанавливают плунжер в такое положение, чтобы винтовая канавка оказалась обращенной в выпускному отверстию, и при перемещении плунжера вверх все топливо над ним по канавке через выпускное отверстие и топливопроводы попадает в бак.

Заданную частоту вращения коленчатого вала автоматически поддерживает всережимный регулятор частоты вращения. Он находится в развале корпуса топливного насоса высокого давления и приводится в движение от его кулачкового валика. Во время работы двигателя с частотой вращения коленчатого вала, соответствующей данному положению педали управления подачи топлива, центробежные силы грузиков регулятора уравновешены усилием пружин. Если нагрузка на спуске уменьшится, то частота вращения коленчатого вала начнет возрастать и грузы регулятора, преодолевая сопротивление пружины, немного разойдутся и переместят рейку топливного насоса высокого давления в положение, уменьшающее подачу топлива. Если частота вращения уменьшается, то центробежная сила грузов также уменьшается и регулятор под действием силы пружины переместит рейку в обратном направлении, что приведет к увеличению подачи топлива.

Для изменения момента начала впрыскивания топлива в зависимости от частоты вращения коленчатого вала предназначена автоматическая муфта опережения впрыскивания топлива. Изменяя момент впрыскивания топлива, автоматическая муфта улучшает экономичность двигателя и его пусковые качества. На конической поверхности переднего конца кулачкового валика топливного насоса высокого давления крепится шпонкой и фиксируется гайкой ведомая полумуфта. Ведущая полумуфта крепится на ступице ведомой и может на ней поворачиваться. Между ступицей и полумуфтой установлена втулка. Ведущая полумуфта приводится в действие распределительной промежуточной шестерней через вал с гибкими соединительными муфтами. На ведомую полумуфту вращение передается двумя грузами. Они качаются в плоскости, перпендикулярной к оси муфт на полуосях, запрессованных в ведомую полумуфту.

Одним концом приставка ведущей полумуфты упирается в палец груза, а другим – в профильный выступ. Пружины стремятся удержать грузы на упоре во втулке ведущей полумуфты. Если частота вращения коленчатого вала двигателя увеличивается, под действием центробежных сил грузы расходятся, и в результате ведомая полумуфта поворачивается относительно ведущей в направлении вращения кулачкового валика, что увеличивает угол опережения впрыска топлива. При уменьшении частоты вращения грузы под действием пружин сходятся. Ведомая полумуфта поворачивается вместе с валиком топливного насоса в противоположную сторону вращения, что уменьшает угол опережения впрыска топлива.

Для впрыскивания, распыления топлива и распределения его частиц по объему камеры сгорания служат форсунки. Главным элементом форсунки является распылитель, имеющий одно или несколько сопловых отверстий, которые формируют факел впрыскиваемого топлива. Форсунки могут быть открытого и закрытого типа. В четырехтактных дизелях применяют форсунки закрытого типа, сопловые отверстия которых закрываются запорной иглой, поэтому внутренняя полость в корпусе распылителей форсунок сообщается с камерой сгорания только в период впрыскивания топлива.

Подача заряда воздуха в цилиндр под давлением для повышения мощности дизельного двигателя называется турбонаддувом. Для наддува дизель оборудуют турбокомпрессором на выхлопных газах. Дизельные двигатели, оснащенные турбокомпрессором, более экономичны.

П р и н ц и п д е й с т в и я турбокомпрессора состоит в следующем. На валу турбокомпрессора сидят два турбинных колеса, размещенные в двух отдельных корпусах. Движущей силой для турбинных колес служат выхлопные газы дизельного двигателя. Они разгоняют вал компрессора, а поскольку ротор выхлопных газов и ротор свежего воздуха сидят на одном валу, то с такими же оборотами свежий воздух нагнетается в цилиндры. Применение турбокомпрессора повышает как мощность двигателя, так и крутящий момент. Предпосылкой эффективной работы двигателя является определенная скорость вращения вала компрессора, гарантирующая хорошую степень наполнения. Обычно двигатель вращается со скоростью не менее 3000 об/мин.

Элементы подачи топлива, очистки воздуха и выпуска отработанных газов

Топливный бак имеет заливную горловину с сетчатым фильтром, а также внутренние перегородки для устранения резких перемещений топлива при передвижении автомобиля. В пробке заливной горловины имеется паровоздушный охлаждающий клапан. В баке расположен поплавной датчик уровня топлива. Вместимость топливных баков обычно рассчитана на 500 км пробега. Изготавливают топливные баки из стального листа.

Топливный насос служит для подачи по топливопроводу бензина из бака к карбюратору. Располагают топливные насосы в развале двигателя или сбоку крышки распределительных шестерен. Наибольшее распространение получили топливные насосы диафрагменного типа. Топливный насос приводится в действие непосредственно от эксцентрика распределительного вала или через штангу, а также имеется рычаг для ручной подачи топлива. При набегании эксцентрика или давлении штанги на наружный конец двуплечего рычага насоса диафрагма штоком оттягивается вниз, а нагнетательная пружина сжимается. Над диафрагмой создается разряжение, под действием которого открываются впускные клапаны насоса. Топливо заполняет полость под диафрагмой. Когда эксцентрик сбегает с наружного плеча рычага или ослабевает давление штанги, диафрагма под действием нагнетательной пружины возвращается в исходное положение. Под диафрагмой создается давление топлива, под действием которого закрываются впускные клапаны и открывается выпускной клапан. Топливо из карбюратора вытесняется в карбюратор. Чтобы подать топливо к карбюратору при неработающем двигателе, нужно несколько раз нажать на рычаг ручной подкачки топлива.

На дизельных двигателях устанавливают топливоподкачивающий насос поршневого типа, который закрепляют на ТНВД. Привод осуществляется от эксцентрикового вала этого насоса.

Когда поршень движется вниз под действием пружины, над ним создается разрежение и происходит засасывание топлива в эту полость. А топливо, находящееся под поршнем, вытесняется в магистраль к ТНВД. При движении поршня вверх под действием эксцентрика топливо выталкивается через нагнетательный клапан в эту же магистраль и через фильтр тонкой очистки попадает к топливному насосу высокого давления. Поршень при достижении в магистрали установленного давления перемещаться не будет, так как давление пружины над поршнем и топлива под поршнем будет одинаковым.

Ручной насос установлен на корпусе топливоподкачивающего насоса. Если двигатель не работает, с помощью ручного насоса можно подкачивать топливо в магистраль. Кроме того, он используется для удаления воздуха из системы питания перед пуском двигателя. Топливопроводы высокого давления изготавливают из стальных трубок. Концы трубок имеют конус и прижаты накидными гайками к гнездам штуцеров топливного насоса высокого давления и форсунок двигателя.

Топливные фильтры сетчатого типа устанавливают помимо горловины топливного бака в крышке корпуса топливного насоса и штуцере поплавковой камеры карбюратора. Топливо из бака поступает в фильтр-отстойник грубой очистки, где от топлива отделяются механические примеси и вода. Съемный фильтрующий элемент фильтра состоит из тонких пластин. Топливо очищается, проходя через щели между ними. Фильтр грубой очистки дизельного топлива устанавливают на раме автомобиля. Крупные механические примеси и вода собираются в нижней части стакана, а из верхней через сетчатый фильтр подается топливо к топливоподкачивающему насосу.

Фильтр тонкой очистки имеет керамический фильтрующий элемент или медную сетку с мелкими ячейками, свернутую в рулон. Устанавливают его перед карбюратором. В дизельных двигателях фильтр тонкой очистки окончательно очищает топливо перед его поступлением в ТНВД и устанавливается в самой высокой точке системы питания дизеля для сбора и удаления через специальный клапан-жиклер попавшего в систему воздуха. Каждая секция фильтра имеет бумажные фильтрующие элементы.

Воздушный фильтр устанавливают на карбюраторе или соединяют с карбюратором при помощи воздушного патрубка. Он состоит из корпуса с масляной ванной, крышки с патрубком, фильтрующего элемента и стяжного винта с барашковой гайкой. В инерционно-масляном фильтре воздух проходит двойную очистку.

На легковых автомобилях чаще устанавливают воздушный фильтр с сухим фильтрующим элементом с двумя ступенями очистки. Наружный слой из нетканых синтетических волокон осуществляет первичную очистку, для вторичной очистки имеется внутренняя вставка из гофрированного картона.

Для подачи горючей смеси в камеры сгорания цилиндров двигателя служат впускные трубопроводы (коллекторы). В коллекторах есть сложная система каналов, которые предназначены для распределения горючей смеси от смесительных камер карбюратора к цилиндрам. Пространство между каналами коллектора сообщается с полостью охлаждения головок цилиндров. Таким образом, подогревается впускной трубопровод с целью более полного испарения топлива. Фибровые или картонные прокладки являются уплотнителями в местах соединения. Для отвода отработанных газов из цилиндров двигателя служат выпускные трубопроводы (коллекторы). Их изготавливают отдельно на каждый ряд цилиндров и крепят с наружной стороны головок цилиндров. В качестве уплотнителей применяют металлоасбестовые прокладки.

Для уменьшения шума выпуска отработанных газов служит глушитель. Он представляет собой цилиндр, внутри которого размещена труба с большим количеством отверстий и несколькими перегородками. Цилиндр может быть выполнен двойным с теплошумоизолирующей прослойкой. Глушитель соединен с выпускным коллектором жаростойкими стальными трубами.

П р и н ц и п р а б о т ы глушителя состоит в следующем. Отработанные газы, попадая в полость глушителя, расширяются, проходят через отверстия в трубе и перегородках, в которых снижают скорость. Резкое снижение скорости приводит к снижению шума при их выпуске. Кроме того, чтобы уменьшить шум при всасывании воздуха в смесительную камеру карбюратора, в воздушных фильтрах имеются полости большого объема. В этих полостях воздух в результате расширения резко теряет скорость, что приводит к уменьшению шума работы карбюратора.

На дизельных двигателях устанавливают воздушные фильтры сухого типа с двухступенчатой очисткой. Поначалу воздух засасывается через заборник, выведенный из подкапотного пространства, и попадает на первую ступень очистки. При этом в инерционной решетке он резко меняет направление движения. Крупные частицы пыли попадают в сменную крышку фильтра. Под действием эжектора, который расположен у глушителя, они отсасываются в атмосферу. Затем воздух поступает на вторую ступень очистки, которая оснащена сменным фильтрующим элементом из картона. Самые мелкие частицы пыли задерживаются в порах картонного фильтра и очищают таким образом поступивший воздух.

Система зажигания

Система зажигания автомобиля служит для обеспечения воспламенения рабочей смеси в цилиндрах карбюраторного двигателя в соответствии с порядком их работы. На карбюраторных двигателях применяют контактную, контактно-транзисторную и бесконтактную системы зажигания.

Контактная система зажигания состоит из аккумуляторной батареи, генератора, катушки зажигания, прерывателя-распределителя, искровых свечей зажигания, выключателя зажигания, проводов высокого напряжения и проводов низкого напряжения.

П р и н ц и п д е й с т в и я контактной системы заключается в следующем. При включенном зажигании и сомкнутых контактах прерывателя ток от аккумуляторной батареи или генератора поступает на первичную обмотку катушки зажигания, в результате чего образуется магнитное поле. Когда контакты прерывателя размыкаются, ток в первичной обмотке исчезает и исчезает вокруг нее магнитное поле. Исчезающий магнитный поток пересекает витки вторичной и первичной обмоток, вызывая возникновение в каждом из витков электродвижущей силы. Так как на вторичной обмотке количество витков, соединенных между собой последовательно, значительное, общее напряжение на концах достигает 20–24 кВ. Электродвижущая сила вторичной обмотки будет тем выше, чем больше скорость исчезновения магнитного потока. От катушки зажигания по проводам высокого напряжения через распределитель ток высокого напряжения поступает к искровым свечам зажигания, вызывая между электродами свечей искровой разряд, который воспламеняет рабочую смесь.

В настоящее время более широко применяют контактно-транзисторную систему и бесконтактую системы зажигания. Различных бесконтактных систем зажигания существует много. Принципы действия их примерно одинаковы, однако отдельные элементы существенным образом отличаются, например: транзисторное зажигание с индуктивным датчиком; электронное зажигание, управляемое компьютером с комплексом данных; электронное зажигание, управляемое процессорами, и др.

П р и н ц и п д е й с т в и я бесконтактной системы зажигания заключается в следующем. При включенном зажигании и вращающемся коленчатом вале двигателя датчик-распределитель выдает импульсы напряжения на коммутатор, который преобразует их в прерывистые импульсы тока в первичной обмотке катушки зажигания. В момент прерывания тока в первичной обмотке индуктируется ток высокого напряжения во вторичной обмотке. Ток высокого напряжения идет от катушки зажигания по проводу через угольный контакт на пластину ротора и затем через клемму крышки распределителя по проводу высокого напряжения, в наконечнике которого установлен помехоподавительный экран, попадает на соответствующую свечу зажигания и воспламеняет рабочую смесь в цилиндре.

Бесконтактная система зажигания двигателя ВАЗ-2108 включает датчик-распределитель, свечи зажигания, электронный коммутатор, аккумуляторную батарею, генератор, катушку зажигания, провода низкого напряжения, провода высокого напряжения, монтажный блок, выключатель зажигания, штекерный разъем датчика-распределителя, плюсовую клемму катушки зажигания.

Бесконтактная система зажигания повышает надежность из-за отсутствия подвижных контактов и необходимости систематической их регулировки и зачистки зазоров, а также повышает надежность пуска и работу при разгонах автомобиля благодаря более высокой энергии электрического разряда, который обеспечивает надежное воспламенение рабочей смеси в цилиндрах двигателя независимо от частоты вращения коленчатого вала. Кроме того, одним из преимуществ бесконтактной системы зажигания является отсутствие влияния вибрации и биения ротора-распределителя на равномерность момента искрообразования.

Важным параметром, определяющим работоспособность системы зажигания, является угол опережения зажигания, который индивидуален для двигателей определенной модели и колеблется от 0 до 10 градусов.

Угол поворота кривошипа коленчатого вала, при котором появляется искра между электродами свечи зажигания до момента подхода поршня к верхней мертвой точке, называют углом опережения зажигания. Сгорание рабочей смеси в цилиндре двигателя должно заканчиваться при повороте кривошипа на 10–15 градусов после верхней мертвой точки, т. е. в начале рабочего хода. Поэтому искровой пробой между электродами должен происходить несколько раньше подхода поршня к верхней мертвой точке.

Когда искра между электродами свечи появляется слишком рано, т. е. при большом угле опережения зажигания, давление газов в цилиндре возрастает до подхода поршня к верхней мертвой точке, что препятствует движению поршня и приводит к уменьшению мощности и экономичности двигателя, к ухудшению его приемистости. При работе под нагрузкой двигатель перегревается, появляются стуки, а при малой частоте вращения коленчатого вала в режиме холостого хода двигатель работает неустойчиво.

Если зажигание произойдет позже, т. е. при малом угле опережения зажигания, воспламенение рабочей смеси происходит при движении поршня уже после верхней мертвой точки. Давление газов будет намного меньше, чем при нормальном зажигании, что приведет к резкому падению мощности и экономичности двигателя и к перегреву двигателя. Поэтому угол опережения зажигания должен регулироваться автоматически, с учетом скоростного и нагрузочного режима двигателя. С увеличением частоты вращения коленчатого вала и уменьшением нагрузки на двигатель угол опережения зажигания должен увеличиваться, а при уменьшении частоты вращения коленчатого вала и увеличении нагрузки – уменьшаться.

Методы облегчения пуска двигателя. Для облегчения пуска двигателя применяют пусковые жидкости типа «Арктика», предпусковые подогреватели, электроподогрев аккумуляторных батарей, свечи накаливания для дизельных двигателей и др.

Трансмиссия

Механизмы трансмиссии автомобиля предназначены для передачи крутящего момента от двигателя к ведущим колесам, при этом крутящий момент может быть изменен по величине, соотношению между ведущими колесами и направлению. Трансмиссии могут быть механическими, электрическими, гидравлическими, комбинированными. На легковых автомобилях применяют механические, на грузовиках и автобусах механические и гидромеханические трансмиссии, на большегрузных автомобилях часто применяют электромеханические трансмиссии.

К агрегатам и узлам трансмиссии относят сцепление, коробку передач, главную передачу, дифференциал, приводные валы (полуоси).

Механизм сцепления. Сцепление предназначено для передачи крутящего момента двигателя коробке передач, кратковременного отсоединения двигателя от коробки передач и плавного их соединения. Сцепление предохраняет детали двигателя и трансмиссии от повреждений и перегрузок при быстром включении передач и резком торможении; в действие приводится через тросовую тягу от педали сцепления.

Основными деталями механизма сцепления являются ведомый диск, закрепленный на ведущем колесе коробки передач, ведущий (нажимной) диск с пружинами, который жестко прикреплен к маховику коленчатого вала двигателя.

П р и н ц и п р а б о т ы механизма сцепления заключается в следующем. При невыжатой педали сцепления нажимной диск, который называют крышкой сцепления, прижимает через мембранную пружину ведомый диск к маховику, обеспечивая таким образом передачу усилия от двигателя к коробке передач. При выжатой педали сцепления педаль через трос привода воздействует на подшипник выключения сцепления, который передвигается по валу коробки передач и нажимает на рычаги выключения сцепления. Рычаги отводят назад ведущий диск, пружины сжимаются, ведомый диск перестает прижиматься к маховику и передавать крутящий момент от двигателя к ведущему валу коробки. Плавность включения сцепления обеспечивается за счет проскальзывания дисков до момента полного прижатия их друг к другу.

Сцепление с двумя ведомыми дисками отличается от однодискового фрикционного механизма сцепления наличием среднего нажимного диска, который расположен между двумя ведомыми дисками.

На большинстве российских грузовых автомобилей применяют механический привод выключения сцепления, который состоит из педали, возвратной пружины, тяги, валика с рычагом, рычага вилки выключения сцепления, вилки, оттяжной пружины, муфты с упорным шариковым подшипником.

Выключают сцепление путем нажатия на педаль. В этом случае все детали привода приходят во взаимодействие, в результате чего подшипник муфты нажимает на внутренние концы рычагов выключения, отводится нажимной диск, а ведомый диск освобождается от усилия зажимающих пружин. Когда педаль отпускают, сцепление включается: муфта с упорным подшипником занимает исходное положение, освобождая рычаги выключения, и ведущий диск под действием пружин прижимает ведомый диск к маховику.

Коробка передач. Коробка передач служит для изменения силы тяги на ведущих колесах, изменяя крутящий момент, который передается от коленчатого вала двигателя на ведущие колеса при трогании с места, движении на подъем, разгоне и движении автомобиля задним ходом. Происходит это путем зацепления шестерен с различным числом зубьев.

Кроме того, коробка передач обеспечивает разобщение двигателя и сцепления от других механизмов трансмиссии при переключении коробки в нейтральное положение, например при движении на холостом ходу или во время длительной стоянки. В зависимости от модели автомобиля коробки передач могут быть четырех– и пятиступенчатые.

В общем случае коробка передач состоит из картера, ведущего вала с шестерней, ведомого вала, промежуточного вала, оси шестерни заднего хода, блока передвижных шестерен, механизма переключения передач.

Ведущий, ведомый и промежуточный валы изготавливают из стали и устанавливают на роликовых подшипниках; картер имеет верхнюю и боковую крышки. В нижней стенке картера есть отверстие для слива отработанного масла, а в боковой крышке находится отверстие для заполнения коробки свежим маслом. Картер отливают из чугуна.

В настоящее время на некоторых моделях автомобилей устанавливают ступенчатые коробки передач с автоматизированным переключением на базе микропроцессоров, а также бесступенчатые передачи фрикционного типа. На автомобилях большой грузоподъемности (75 т и выше) применяют электромеханические передачи.

Раздаточная коробка. На автомобилях повышенной проходимости с передним и задним ведущими мостами применяют раздаточные коробки. Раздаточная коробка служит для передачи крутящего момента к ведущим мостам, а также для включения и выключения переднего ведущего моста. Обычно она устанавливается за коробкой передач и соединена с ней карданным валом. В зависимости от назначения раздаточная коробка может выполняться с дополнительной понижающей передачей или без нее. Она может состоять из картера, ведущего моста, промежуточного вала, ведомого вала и вала привода переднего моста.

В раздаточной коробке простого типа без понижающей передачи вал заднего моста постоянно соединен с механизмами привода. Для включения переднего моста имеется зубчатая муфта. При таком включении крутящий момент на ведущих колесах переднего и заднего мостов определяется в соответствии с силами сцепления дорожного покрытия с колесами автомобиля.

Межосевой дифференциал, который устанавливают в более сложных раздаточных коробках, дает возможность вращаться валам привода переднего и заднего мостов с разными угловыми скоростями. Такое вращение устраняет проскальзывание передних колес при повороте, позволяет избежать потерь мощности и экономит топливо. Сбоку раздаточной коробки размещен механизм переключения передач. Он состоит из двух ползунов и вилок, которые приводятся в действие рычагами, размещенными в кабине автомобиля.

Карданная передача. Для передачи крутящего момента механизмам, валы которых не соосны или расположены под углом, причем взаимное положение их может меняться в процессе движения из-за неровностей дороги, применяют карданные передачи. Применяют их также и для связи рулевого колеса с рулевым механизмом, и для привода некоторых вспомогательных механизмов.

Карданная передача состоит из карданных шарниров, основного карданного вала, промежуточного карданного вала, промежуточной опоры. В автомобилях, где главная передача установлена в кузове («Вольво-600»), связь коробки передач и главной передачи осуществляется торсионным валом, а карданные шарниры отсутствуют. На автомобилях российского производства используют жесткие вильчатые шарниры неравных угловых скоростей, асинхронные на игольчатых подшипниках. В приводе к передним ведущим колесам, которые являются управляемыми, применяют шарниры равных угловых скоростей – синхронные. В них вращение от ведущей вилки к ведомой передается через шарики, которые перекатываются по круговым желобам вилок. Для центрирования вилок служит центральный шарик.

Карданная передача на автомобилях повышенной проходимости передает крутящий момент от коробки передач к раздаточной коробке и уже от нее к ведущим мостам. Использование автоматической коробки передач обеспечивает уменьшение расхода топлива, более высокое качество переключения передач и большой выбор режимов езды.

В карданных передачах легковых автомобилей обычно устанавливают упругие полукарданные шарниры. Для компенсации неточности в сборке соединяемых механизмов в случае их установки на недостаточно жестком основании применяют жесткие полукарданные шарниры.

Главная передача. Для увеличения крутящего момента и изменения его направления под прямым углом к продольной оси автомобиля, а также для передачи вращательного движения от карданной передачи к ведущим колесам служит главная передача. Главные передачи могут быть одинарными коническими и двойными. Одинарные главные передачи состоят из одной пары шестерен, двойные – из пары цилиндрических шестерен и пары конических шестерен. Двойные главные передачи устанавливают на автомобилях большой грузоподъемности для повышения передаваемого крутящего момента.

Простые одинарные конические главные передачи применяют на легковых автомобилях и на грузовых автомобилях малой и средней грузоподъемности. При использовании одинарных передач с гипоидным зацеплением ось ведущей шестерни расположена ниже ведомой, что дает возможность опустить ниже карданную передачу, убрав из салона автомобиля канал расположения карданной передачи, а утолщенная форма основания зубьев шестерен гипоидной передачи повышает их износостойкость и нагрузочную способность. Кроме того, гипоидное зацепление шестерен обеспечивает снижение центра тяжести автомобиля. Ведущая малая коническая шестерня установлена на двух конических и одном цилиндрическом подшипниках. Выполнена она вместе с валом. Ведомая большая коническая шестерня закреплена на коробке дифференциала и вместе с ней установлена на двух конических подшипниках в картере заднего моста. Шестерни со спиральными зубьями применяют для обеспечения бесшумной и плавной работы.

Для передачи крутящего момента от главной передачи к полуосям автомобиля служит дифференциал. Он позволяет вращаться ведущим колесам с различной частотой вращения при поворотах, на неровностях дороги или при различной степени сцепления с дорожным покрытием, например при пробуксовке, когда одно колесо находится на мягком, рыхлом грунте, а другое – на твердом.

Шестеренчатые конические дифференциалы, применяемые на автомобилях, состоят из полуосевых шестерен, сателлитов с крестовиной, коробки дифференциала, ведомой шестерни главной передачи. При движении по бездорожью при повышенной проходимости автомобиля применяют дифференциалы с принудительной блокировкой или самоблокирующиеся дифференциалы. Корпус дифференциала при включении блокировки жестко соединяется с полуосевой шестерней зубчатой муфты, что обеспечивает вращение колес с одной угловой скоростью независимо от сцепления с дорогой. Для передачи крутящего момента от дифференциала к ведущим колесам служат полуоси, которые в зависимости от изгибающей нагрузки могут быть полунагруженными или полуразгруженными. Полностью разгруженные полуоси устанавливаются свободно внутри моста, а ступица колеса жестко соединяется с фланцем полуоси. Такие полуоси применяют в автобусах, а также на автомобилях средней и большой грузоподъемности. Полуразгруженные полуоси опираются на подшипник, расположенный внутри балки моста, а ступица колеса жестко соединяется с фланцем полуоси. Их применяют в легковых автомобилях и в задних мостах грузовых автомобилей средней и малой грузоподъемности.

Ведущие мосты. Мосты автомобиля выполняют функции осей, на которых установлены колеса. Мосты автомобиля могут быть ведущими, ведомыми с управляемыми колесами, ведущими с управляемыми колесами, поддерживающими. Ведущий мост в одном агрегате объединяет главную передачу, дифференциал, полуоси, которые располагаются в одном картере ведущего моста. При передаче крутящего момента механизмами ведущего моста его картер испытывает усилия, которые стремятся провернуть мост против вращения колес. От такого проворачивания ведущий мост удерживается подвеской и ее направляющими элементами, которая передает на картер моста осевые усилия, возникающие при движении автомобиля.

У автомобилей повышенной проходимости с двумя осями ведущими являются оба моста, у трехосных автомобилей ведущими могут быть три моста или два задних.

Привод ведущих колес. Для передачи крутящего момента от выходных валов дифференциала к ведущим передним колесам служит привод управляемых ведущих колес. Кроме того, он обеспечивает возможность управления движением автомобиля. На легковых автомобилях привод состоит из двух валов: для правого и левого колес. Каждый из валов имеет наружный и внутренний шарниры равных угловых скоростей. Применение двух шарниров обусловлено использованием независимой подвески передних колес. Внутренние шарниры обеспечивают перемещение колес при вертикальных ходах подвески в зависимости от дорожного покрытия, а наружные обеспечивают перемещение колес при их повороте относительно вертикальной оси для изменения направления движения автомобиля.

Ходовая часть

В ходовую часть автомобиля входят рама, передняя ось (передний мост), задняя ось (задний мост), передняя подвеска, задняя подвеска, ступицы колес, колеса и шины. Основным несущим элементом автомобиля является рама или кузов.

Кузова грузовых автомобилей обычно состоят из кабины водителя и кузова для груза. В зависимости от компоновки автомобиля существуют капотные и бескапотные кабины. На раме кабину закрепляют так, чтобы перекосы рамы не вызвали ее разрушения. На современных грузовых автомобилях крепление кабины водителя выполняется с рессорами и амортизаторами. Кузов грузового автомобиля имеет основание, соединенное с полом. Оно образует платформу, откидные борта и жестко закрепленный передний борт.

Фургоны имеют основание, каркас и облицовку, для которой используют фанеру, пластик, дюралюминий и другие материалы.

Для изготовления кузовов легковых автомобилей применяют рамные и безрамные конструкции. Рамные конструкции обеспечивают лучшую изоляцию кузова от вибрационных нагрузок, безрамные конструкции – наименьшую массу автомобиля. Тип кузова легковых автомобилей определяется объемом функциональных отсеков и конструктивным выполнением. По числу объемов кузова выполняют трехобъемными, двухобъемными и однообъемными.

В трехобъемный кузов входят моторный отсек, салон и багажник, в двухобъемный – моторный отсек и салон, в однообъемный объединены все три функциональных объема. Кузова легковых автомобилей могут быть следующих типов: закрытый, полностью открывающийся и грузопассажирский.

Для установки управляемых колес у грузовых автомобилей служит передний мост (передняя ось). Он передает через подвеску на раму от колес продольные и боковые силы, возникающие при движении автомобиля. Передний мост представляет собой стальную балку двутаврового сечения с отогнутыми вверх концами.

На концах оси к проушинам шкворнями закреплены поворотные цапфы. На их оси через два конических роликовых подшипника устанавливают ступицы колес, которые крепятся гайкой со стопорным шплинтом. Чтобы облегчить управление автомобилем шкворни поворотных цапф имеют продольный и поперечный наклоны, которые позволяют колесам автомобиля занять положение, соответствующее движению по прямой. Для разгрузки наружного подшипника ступицы колеса оси цапф наклонены концами вниз (развал колес).

Чтобы при движении колеса не проскальзывали, их устанавливают с некоторым схождением, т. е. расстояние между колесами спереди должно быть меньше, чем расстояние на ободах сзади. На легковых автомобилях с классической компоновкой трансмиссии с независимой подвеской передний мост образуется короткой балкой, прикрепленной к кузову. Эта балка служит и для крепления двигателя.

Задний мост состоит из картера главной передачи и кожухов полуосей. Он воспринимает на себя и передает через подвеску на раму или кузов автомобиля толкающие усилия от ведущих колес в режиме движения и тормозные усилия при торможении. В автомобилях с тремя мостами картеры среднего и заднего мостов сварены из стальных штампованных элементов, к которым приварены крышки картеров, фланцы крепления главных передач и суппортов тормозных механизмов, цапфы ступиц колес, опоры рессор и кронштейны для крепления реактивных штанг.

На полуоси через два конических роликовых подшипника устанавливают ступицы колес.

Передняя и задняя подвески. Подвеска соединяет колеса с кузовом, смягчает и поглощает удары колес по неровностям дороги, обеспечивает плавность хода и гасит колебания кузова. Подвеска бывает зависимой и независимой. При зависимой подвеске перемещение одного колеса зависит от перемещения другого колеса. При независимой подвеске каждое колесо соединяется с кузовом по отдельности. В качестве упругого элемента, который смягчает соединение кузова и колес, можно использовать листовые рессоры, торсионы и винтовые пружины.

Амортизаторы. Когда колеса автомобиля наезжают на неровности дорожного покрытия, возникают колебания кузова. Для гашения этих колебаний в конструкции подвески предусмотрены жидкостные амортизаторы телескопического типа или иные.

П р и н ц и п р а б о т ы амортизатора основан на сопротивлении протеканию жидкости из одной полости амортизатора через тонкие каналы в другую.

Применяют телескопические амортизаторы двойного действия, которые гасят колебания при сжатии и в ходе отдачи рессор или пружины.

Телескопический амортизатор состоит из кожуха, цилиндра с днищем, поршня со штоком, направляющей втулки с уплотнениями, впускного клапана, клапана сжатия с пружиной, клапана отдачи с пружиной, перепускного клапана. При сжатии пружины происходит сжатие амортизатора, поршень под действием штока перемещается вниз, и жидкость через перепускной клапан перетекает в полость под поршнем. Так как в этой оси находится шток, занимающий определенный объем, и вся жидкость здесь поместиться не может, то часть жидкости из полости под поршнем, преодолевая сопротивление пружины, откроет клапан сжатия и перетечет в полость между кожухом и стенкой цилиндра. Сопротивление перетеканию жидкости, создаваемое клапанами и каналами, обеспечивает нужное при сжатии сопротивление.

При отдаче рессоры или пружины амортизатор растягивается, и в полости над поршнем создается давление, под действием которого перепускной клапан закрывается и в поршне открывается клапан отдачи, часть жидкости поступает в полость под поршнем. Кроме того, часть жидкости из резервуара поступает в ту же полость через впускной клапан. При ходе отдачи сопротивление перетеканию жидкости в 2–3 раза больше, чем при сжатии. Достигается это путем подбора сечения отверстий клапанов и силы сжатия их пружин. Амортизаторы для передней и задней подвесок могут отличаться ходом и длиной штоков и креплением амортизатора к деталям кузова и подвески.

Колеса и шины. Конструкция, состоящая из обода и соединительного диска с деталями крепления, называется колесом. На колесо монтируют шину и затем закрепляют его на ступице. Колеса передают нагрузку от массы автомобиля к дороге, участвуют в создании и направлении движения, обеспечивают контакт с дорожным покрытием. По размерам, конструкции обода и жесткости колесо должно соответствовать применяемой шине, должно быть прочным, долговечным, удобным при сборке и разборке шины, надежно крепится к ступице.

Колеса могут быть ведущими, управляемыми, поддерживающими, комбинированными.

Ведущие колеса преобразуют крутящий момент от трансмиссии в силу тяги, вследствие чего возникает поступательное движение автомобиля. Управляемые колеса воспринимают усилия от кузова и с помощью рулевого управления задают направление движения. Поддерживающие колеса создают опору качения для задней части кузова или рамы и преобразуют толкающие усилия в качение колес. Комбинированные колеса выполняют функции ведущих и управляемых колес одновременно.

По конструкции обода и его соединению со ступицей колеса могут быть дисковыми и бездисковыми. На всех легковых и большинстве грузовых автомобилей устанавливают дисковые колеса. Бездисковые колеса применяют на автобусах и большегрузных автомобилях. На автомобилях повышенной проходимости используют дисковые колеса с разъемным ободом. Типовая конструкция колеса для автомобилей грузоподъемностью до 1,5 т выполняется неразъемной, сварной из двух частей – обода и диска. Диски изготавливают сплошными, с ребрами, с вырезами. Вырезы делают для уменьшения массы диска и охлаждения тормозного механизма. Обод состоит из боковых упоров для бортов шины (закраин), полок – посадочных мест, бортов шины для передачи сил в окружном направлении и ручья для облегчения монтажа шины. Расстояние между закраинами равняется ширине обода.

Из-за удобства компоновки тормозного механизма преимущественное распространение имеет обод со смещением ручья. Дисковые колеса с разборным ободом и распорным кольцом, которое прижимает борт шины к закраинам обода, применяют для шин с регулируемым давлением воздуха, бездисковые колеса – для крупногабаритных шин.

Крепление колеса должно обеспечивать точность центрирования колес, возможность контроля состояния крепления, стабильность затяжки, надежность, простоту установки и снятия колеса. Дисковые колеса к фланцу ступицы крепятся гайками на болтах или запрессованными в ее фланец шпильками.

Центрируют крепление колес по сферическим или коническим фаскам крепежных отверстий, центральному отверстию диска и цилиндрической поверхности крепежных отверстий диска.

Балансировка колес. В процессе балансировки устраняют неуравновешенность колеса. Разбалансировка шин проявляется в вибрации и подпрыгивании автомобиля, ухудшении комфортабельности, возрастании расхода топлива, сокращении срока службы шин, амортизаторов, рулевого управления. Влияние этих отрицательных явлений возрастает с ростом скорости движения автомобиля.

Шины. Шина состоит из каркаса, брекера, протектора, боковин, вентиля, камеры или герметизирующего слоя, ободной ленты. Камерные и бескамерные шины, смонтированные на ободе, должны быть герметичными и обеспечивать заданную стабильноть внутреннего давления по времени; сцепление шин с покрытием дороги должно быть достаточным, а сопротивление качению – минимальным; шина должна обеспечивать низкую удельную нагрузку в контакте с дорогой; биение шин не должно превышать допустимых значений по типам шин, а уровень шума при движении должен быть в пределах допустимого; шина должна быть удобной для сборки и разборки; она должна обладать достаточной прочностью, противостоять проколам и другим видам повреждений, быть долговечной; рисунок протектора шины должен соответствовать дорожному покрытию.

Шины классифицируют по назначению (для легковых, грузовых автомобилей, для автомобилей высокой проходимости); по способу герметизации (камерные, бескамерные); по профилю (обычного профиля, низкопрофильные, широкопрофильные, пневмокаток, арочные, сверхнизкопрофильные); по размерам (крупногабаритные, среднегабаритные, малогабаритные); по конструкции (диагональные, радиальные, со съемным протектором в каркасе, бескаркасные, с регулируемым давлением).

Важное значение для шин имеет срок службы, надежность, малое сопротивление качению, безопасность, экономичность, обеспечение оптимального диаметра при заданной грузоподъемности, комфортабельности. Пневматические радиальные и диагональные шины на каждой покрышке носят маркировку, которая включает товарный знак предприятия-изготовителя, обозначение шины, модель.

В настоящее время разрабатывают, совершенствуют и применяют бескамерные радиальные шины. Для бескамерных шин требуется специальный глубокий обод, который обеспечивает полное уплотнение при простоте сборки. Если устанавливают шины с регулируемым давлением, автомобиль должен быть оснащен устройством для подвода к шине воздуха на стоянке и на ходу. Это устройство использует сжатый воздух от компрессора тормозной системы.

Рулевое управление

Рулевое управление предназначено для изменения направления движения автомобиля поворотом управляемых колес и состоит из рулевого механизма, рулевого привода и рулевого усилителя для некоторых моделей автомобилей. Так как от рулевого управления в значительной степени зависит безопасность движения, оно должно удовлетворять следующим требованиям: быть легким в управлении, обеспечивать хорошую маневренность автомобиля с минимальным радиусом поворота, иметь минимальное боковое скольжение колес при повороте, исключать возможности возникновения автоколебаний управляемых колес, иметь минимальную передачу толчков на рулевое колесо, быть очень надежным, так как выход его из строя приводит к аварии. Кроме того, рулевое управление должно исключать самопроизвольный поворот управляемых колес.

Управление с помощью поворота управляемых колес применяется на легковых автомобилях, грузовых автомобилях общего назначения и автобусах. На специальных внедорожных автомобилях большой грузоподъемности используют иные конструкторские решения. В автомобилях с двумя мостами, за исключением специальных автотранспортных средств, как правило, управляемыми являются передние колеса.

Поворот управляемых колес с небольшим усилием на рулевом колесе обеспечивает рулевой механизм, который состоит из рулевой передачи или рулевой пары, размещенной в картере рулевого вала, который может состоять из двух или трех частей, соединяемых карданными шарнирами, и рулевого колеса. В зависимости от типа рулевой передачи рулевые механизмы могут быть червячными, шестеренчатыми, кривошипными, винтовыми. Червячные рулевые механизмы применяют на легковых, грузовых автомобилях и автобусах. Наибольшее распространение получили червячно-роликовые механизмы, например в заднеприводных моделях ВАЗ, АЗЛК-2140, ГАЗ-3102, УАЗ и др. Шестеренчатые рулевые механизмы изготовляют в виде редуктора зубчатых колес или в виде пары из шестерни и рейки.

Из-за простоты и компактности реечные рулевые механизмы широко применяют на легковых автомобилях ВАЗ-2108, ВАЗ-1111, ЗАЗ-1102, а также на легковых автомобилях среднего и даже большого классов. Винтовые рулевые механизмы по конструкции могут быть винторычажными и винтореечными. На грузовых автомобилях и автобусах используют винтореечные механизмы без клиновидной формы, зубья в них нарезаны параллельно оси вала сошки.

При лобовом столкновении автомобиля с препятствием рулевой механизм может стать причиной травмы водителя. Поэтому картер рулевого механизма располагают в таком месте, где деформация при столкновении будет наименьшей. Основным требованием к травмобезопасным рулевым механизмам является требование поглощения удара, наносящего травму водителю. Чтобы придать рулевым механизмам травмобезопасные свойства, устанавливают рулевое колесо с утопленной ступицей и двумя спицами, а также специальный энергопоглощающий элемент. Такая конструкция позволяет намного снизить тяжесть наносимых повреждений при ударе. Рулевой механизм ВАЗ-2121 состоит из трех частей, связанных карданными шарнирами. При любом ударе рулевой вал складывается. На моделях некоторых других автомобилей энергопоглощающий элемент травмобезопасного рулевого механизма представляет собой резиновую муфту, которую устанавливают между верхней и нижней частями рулевого вала. В некоторых зарубежных конструкциях энергопоглощающим элементом рулевого механизма служит сильфон, который соединяет рулевое колесо с рулевым валом, или сам вал в верхней части представляет собой перфорированную трубу. Существуют и другие конструкции травмобезопасных рулевых механизмов.

Конец ознакомительного фрагмента.