Текст
                    СРЕДНЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
А. Г. ПУЗАНКОВ
АВТОМОБИЛИ
КОНСТРУКЦИЯ, ТЕОРИЯ И РАСЧЕТ
УЧЕБНИК
Допущено
Министерством образования Российской Федерации в качестве учебника для студентов образовательных учреждений среднего профессионального образования
НАУЧНАЯ
2007
Брянск^^°ЗДс^ дарственного техничвИйбРФ3 университета
УДК 629.113/.115(075.32)
ББК 39.33я723
П882
Ре це и зе н т ы:
доцсш кафедры «Автомобили и двигатели» Московскою государственного индустриального университета, канд. техн, наук В. Н. Коноплев'.
председатель цикловой комиссии спендиспиплин специальности 190604 ГОУ СПО «Мытищинский машиностроительный техникум», преподаватель Ю А. Коган
Пузанков А. Г.
П882 Автомобили : Конструкция, теория и расчет : учебник для студ. учреждений сред. проф. образования / А. Г. Пузанков. — М.: Издательский центр «Академия», 2007. — 544 с.
ISBN 978-5-7695-3566-6
Описаны устройства и работа современных автомобилей и взаимодействие деталей их механизмов, агрегатов и систем Изложены основы теории и расчета бензинового и газового двигателей и дизеля, а также тягового динамического расчета автомобиля с построением i рафоаналитических зависимостей для различных режимов его работы. Уделено внимание агрегатам шасси, включая трансмиссию, рулевой управление и тормозную систему с мноюконтурным приводом Освещены вопросы тормозной динамики и топливной экономичности в реальных условиях эксплуатации автомобиля.
Для студенюв образовательных учреждении среднего профессионального образования. Может быть полезен студентам высших учебных заведении, специалистам автосервиса и автотранспортных организаций, механикам и водителям всех категории автотранспортных средств.
Учебное издание
УДК 629.113/. 115(075.32)
ББК 39.33я723
Пузанков Алексей Григорьевич
Автомобили
Конструкция, теория и расчет
Учебник
Редактор К). А. Чичов. Технический редактор Е. Ф. Коржуева Компьютерная верстка: В.А. Крыжко
Корректоры Т. /7. Морозова. С. Ю. Свиридова
Изд. № 101109713. Подписано в печать 27.12.2006. Формат 60x90/16.
Гарнитура «Таймс». 11счагь офсетная. Бумага тип. N’ 2. Усл. печ. л. 34,0.
Тираж 4000 экз. Заказ 707G.
Издательский центр «Академия», www.acadeinia-inoscow.rii
Санитарно-эпидемиологическое заключение Na 77.99.02.953.Д.004796 07.04 от 20.07.2004. 117342. Москва, ул. Бутлерова, 17-Б. к. 360. Гел./факс: (495)330-1092, 334-8337.
Отпечатано с эчекч ровных ши нтс чем и жительства.
ОАО "Тверской полиграфический комбинат”, 170021. г. Тверь, пр-т Денина. 5.
Телефон: (1822) 11-52-03. 11-50-31. Телефон факс (4822) 11-12-15	-
1 lome page - www tvcrpk.ru J teiapoiuian почта (E-mail) - sales <4vcipk.ru -Ж
Оригина г макет данного издания является собственностью Издательского центра «Академия». и его воспроизведение любым способом без согласия правообладателя запрещается
© Пузанков А. Г., 2007
© Образовательно-издательский центр «Академия», 200
ISBN 978-5-7695-3566-6 с Оформление. Издательский центр «Академия», 2007
ВВЕДЕНИЕ
Автомобильный транспорт занимает одно из ведущих мест в единой транспортной системе Российской Федерации. Первые автомобили в России были собраны в период, когда в развитых странах мира уже существовали десятки тысяч легковых и грузовых автомобилей. С 1909 по 1915 г. на Русски-Балтийском вагонном заводе «Руссо-Балт» в Риге было выпущено около 700 автомобилей, из них более 230 — грузовых.
Развитие серийно-массового производства автомобилей в бывшем СССР относится к 1924— 1989 п. и характеризуется за многие десятилетия своего развития в основном пятью этапами отраслевого становления и повышения качества продукции автомобильной промышленности. За это время были созданы крупные промышленные объединения: ЗИЛ, ГАЗ, КамАЗ, ЯМЗ, ЗМЗ, ВАЗ, УАЗ, «Москвич», ИЖ и др., а также целый ряд смежных отраслевых организации, обеспечивающих производство автомобилей и двигателей.
Период перестройки государственного устройства России (с 1990 по 1997 г.) характеризовался спадом производства в отраслях автомобилестроения. Основной причиной этого явился распад СССР, который привел к потере многих региональных промышленных предприятии по производству автомобилей, автобусов и автоагрегатов. Однако наметившиеся с 1998 г. позитивные сдвиги в рыночной экономике России привели к определенным успехам в области совершенствования автомобильных конструкции и создания новых образцов автомобильной техники. Наметились реально обоснованные стратегия и приоритеты в области номенклатуры автомобильной продукции, маркетинга, сбыта и сервиса.
Производственные объединения (ныне акционерные общества и автомобилестроительные фирмы) перешли па выпуск современных моделей автотранспортной техники. Развитие производства грузовых автомобилей и автобусов стало более строго регламентироваться гсхнико-эксплуатационными требованиями, определяющими совершенство конструкций по динамическим, экономическим, эргономическим и другим показателям.
В 2000 — 2005 гг. акционерными обществами освоено производство грузовых автомобилей, характеризующихся повышенной топ-
3
дивной экономичностью, надежностью, долговечностью и работоспособностью их агрегатов и систем.
Наряду с этим в основу конструкции легкового автомобиля были положены требования строгого рационализма конструкции с учетом топливной экономичности.
Акционерное общество «ВАЗ» наряду с массовым выпуском автомобилей малого класса с классической (заднеприводной) схемой компоновки ВАЗ-2105, -2107 расширяет производство переднеприводных автомобилей ВАЗ-2110, -2111, -2112 с восьми- или шестнадцати клапанным и двигателями, соответствующими требованиям европейских стандартов. На базе автомобилей ВАЗ-2110, -2109, -21099 организуется производство автомобилей семейства «Лада—Калина» (ВАЗ-1117, -1118, -1119) и «Самара— Лада» (ВАЗ-2114, -2115). Планируется также производство модели ВАЗ-2113 «Самара» в трехдверном варианте. На базе сотрудничества с американской фирмой основано производство новой модели «Шеви—Нива» и ведется подготовка к выпуску се модификаций с различными типами двигателей.
Акционерное общество «ГАЗ» за последние юды выпустило десятки тысяч легковых автомобилей среднего класса модельною ряда ГАЗ-3102, -3110, -31105 «Волга» с ресурсом 300000 км до капитального ремонта. На этих автомобилях установлены современные бензиновые двигатели с электронным впрыском топлива или двигатели с газобаллонными установками, обеспечивающими выполнение экологических норм но токсичности отработавших газов. Указанные автомобили нашли широкое применение в различных сферах эксплуатации с нормативным сроком службы 7 — 10 лет.
Наряду с этим ОАО «ГАЗ» примерно со второй половины 2006 г. сокращает серийное произволе! во легковых автомобилей типа «Волга», а вместо них расширяет производство основных моделей грузовых автомобилей, а также моделей автомобилей особо малой и малой массы тина «ГАЗсль», «Соболь» и других, планируемых к применению в промышленно-коммерческой сфере. На базе автомобилей «ГАЗсль» постоянно совершенствуется маршрутное такси ГАЗ-322132, а также автомобили ГАЗ-330210, -320211 и другие, предназначенные для работы на сжиженном нронан-бутановом газе.
Акционерное общество «I АЗ» после проведения комплекса работ по модернизации ранее выпускаемых автомобилей ГАЗ-53-12, -66 и их модификации, а также внедрения в производство целого ряда конструкторско-технологических мероприятий по созданию агрегатов и систем новых моделей начиная с 1992 г. серийно выпускает автомобили ГАЗ-3307, -3309, а в последующие годы — ГАЗ-3308, -33097 «Садко».
Автомобиль ГАЗ-3307 — двухосный, с бортовой платформой и приводом на заднюю ось — имеет V-образный карбюраторный
4
двигатель ЗМЗ-511. Служит для перевозки груза массой до 4 500 кг по дорогам с любым твердым покрытием, а также по грунтовым дорогам, если состояние грунта обеспечивает нормальную проходимость в составе автопоезда. Полная масса автомобиля без прицепа 7 850 кг, с прицепом — 12 350 кг.
Автомобиль ГАЗ-3309 — двухосный с бортовой платформой и приводом на заднюю ось. По параметрам массы перевозимого груза, полной массы автомобиля и автопоезда он не имеет существенных различий от автомобиля ГАЗ-3307, но снабжен чсты-рехцилиндровым дизелем жидкостного охлаждения с турбонаддувом Д-245.7 Минского моторною завода.
Автомобиль ГАЗ-33097 «Садко» с современной кабиной капотно-ю типа и бортовой платформой, укомплектованной дугами и тентом, выпускается вместо армейского автомобиля ГАЗ-66. Автомобиль имеет повышенную проходимость с приводом па переднюю и заднюю ось, служит для перевозки людей и груза общей массой до 2 500 кг, полная масса автомобиля 6 280 кг. На автомобиле установлен четырехттилиндровый дизель воздушного охлаждения модели ГАЗ-5441 мощностью 85 кВт с пятиступенчатой коробкой передач.
Автомобиль ГАЗ-3308 «Садко» — полноприводный с кабиной капотного типа с четырех- или пятиступенчатой коробкой передач. Предназначен для перевозки грузов и людей общей массой до 2 000 кг, полная масса автомобиля — 5 950 кг. В отличие от автомобиля I A3-33097 «Садко» на нем могут быть установлены карбюраторные V-образные двигатели 3M3-5233 или -513 с бесконтакт-но-транзисторной системой зажигания.
Наряду с отмеченным непрерывным совершенствованием автомобилей их производство организуется в пределах типажа, разработанного совместно производственными объединениями и эксплуатирующими организациями.
Существенное влияние на качество вновь создаваемых малотоннажных автомобилей! ГАЗ оказывает Заволжский моторный завод (ОАО «ЗМЗ»). Фирма разработала в 2005 г. для этих автомобилей двигатели ЗМЗ-214, -215, -216 с улучшенными техническими параметрами. Внедрение этих двигателей позволило повысить динамические и экономические качества автомобилей го уровня требований стандарта ЕВРО-3.
Акционерное общество «ИЖ» (Ижевский машиностроительный завод) перешло на выпуск легкового автомобиля малою класса ИЖ-2126 «Ода» и его модификации типа ИЖ 21261. При этом выпускаются усовершенствованные грузовые автомобили особо малой грузоподъемности с кузовом «фургон» и его грузопассажирской модификации, а также освоено производство полноприводной модели ИЖ-27171 с кузовом «пикап».
С развитием автомобилестроения в России создаются также новые типы автобусов и существенно модернизируются ранее вы
пускаемые ПАЗ-3205, ЛиАЗ-5256, «Волжанин-5270» и др., а также освоено производство микроавтобусов семейств «ГАЗель» и «Соболь». Налаживается выпуск автобусов различных типов, работающих на сжиженном газе. За последние годы в стране появилось значительное количество автобусов из стран ближнего зарубежья, а также автобусов семейства «Икарус» из Венгрии. Эти поставки автобусов имеют существенное значение в обеспечении перевозок пассажиров.
Акционерное московское общество «ЗИЛ» провело работы по созданию новых моделей, а также последующего внедрения комплекса конструкторско-технологических мероприятий по двигателю, агрегатам трансмиссии, многоконтурной тормозной системе, кабине и электрооборудованию и освоило производство современных базовых моделей ЗИЛ-4314, -4315, -4333 и др.
Автомобиль ЗИЛ-431410 — тягач с бортовой платформой — служит для перевозки груза массой до 6000 кг по дорогам с любым твердым покрытием, а также по грунтовым дорогам, если состояние грунта обеспечивает его нормальную проходимость в составе автопоезда. Полная масса автомобиля без прицепа 10400 кг, с прицепом — 18400 кг.
Автомобиль ЗИЛ-431510 — тягач с бортовой платформой — служит для тех же целей, что и автомобиль ЗИЛ-431410, но отличается от него отдельными эксплуатационными показателями, а также увеличенной базой и платформой для перевозки различных длинномерных изделий (материалов) и грузов малой плотности.
Автомобиль ЗИЛ-433360 —- тягач с бортовой платформой — является базовой моделью, которая имеет две основные модификации с многоконтурным тормозным пневмоприводом: ЗИЛ-442160 — седельный тягач, ЗИЛ-494560 — шасси, предназначенное для дооборудования в строительный или сельскохозяйственный самосвал.
Базовая модель ЗИЛ-433360 отличается от автомобилей семейства ЗИЛ-431410 новой кабиной и пневмогидравлическим усилителем привода сцепления, а по параметрам технической характеристики, включая массу перевозимого груза и полную массу автомобиля, существенных различий нс имеет.
АМО «ЗИЛ» постоянно совершенствует современные конструкции автомобилей-тягачей с установленными на них модификациями базового дизеля ЗИЛ-645. Типичным примером таких автомобилей являются ЗИЛ-4331 и -433420. Они отличаются высокими динамическими и экономическими показателями и широким спектром их применения.
Автомобиль ЗИЛ-4331 — тягач с бортовой платформой и полной массой 12 000 кг предназначен для перевозки грузов в составе автопоезда по всем видам дорог, а также по грунтовым дорогам и в полевых условиях, если состояние грунта обеспечивает нормаль
6
ную проходимость автопоезда подпой массой 23 500 кг (включая полную массу прицепа или полуприцепа — 11 500 кг).
Автомобиль ЗИЛ-433420 — тягач высокой проходимости полной массой 11 170 кг с установленным на нем многотопливным дизелем ЗИЛ-6451. Выпускается вместо автомобиля большой массы ЗИЛ-131Н с многоконтурной тормозной системой и с параметрами проходимости автопоезда, определяемыми спецификой его многоцелевого назначения.
Автомобиль ЗИЛ-5301 «Бычок» имеет четырехцилиндровый, турбонаддувной дизель Д-245.12 Минского моторного завода. Масс 1 перевозимого груза в зависимости от модели автомобиля составляет 2 600... 3 000 кг при полной массе автомобиля 6 950 кг. На базе автомобиля ЗИЛ-5301 выпускается более 35 модификаций, предназначенных для перевоза различных грузов без прицепов по любым автомобильным дорогам с твердым покрытием, а также для переоборудования в автомобили специализированного назначения и монтажа оборудования для проведения различных видов работ.
В процессе развития автомобилестроения в России возник целый ряд новых предприятий, специализирующихся на производстве легковых автомобилей иностранных марок, — в Елабуге, Калининграде, Таганроге, Нижнем Новгороде, Москве и др. Начиная процесс производства автомобилей с подсборки узлов и агрегатов (так называемой «отверточной сборки»), эти предприятия постепенно переходят на полнопоточное производство автомобилей частично из отечественных комплектующих.
Отдельные из этих предприятий планируют значительные объемы выпуска. Например, учрежденное московским правительством и фирмой Renault ОАО «Автофрамос» по производству автомобилей Renault Megane Classic, размещенное на площади бывшего АО «Москвич», планирует объем выпуска 120 000 автомобилей в год. Свою первую продукцию малыми партиями фирма начала выпускать с ноября 2005 г.
Принятая система единиц. При изложении основ конструкции, теории автомобиля, проведения теплового и динамического расчетов ДВС, а также при рассмотрении примеров тягового расчета и т.д. в учебнике применена система единиц СИ. С достаточной для практических расчетов точностью принято 1 кге = 9,81 Н, и в отдельных случаях 1 кге ~ 10 Н. Пределы прочности, напряжения, упругости, текучести и выносливости материалов, а также давление выражены в мегапаскалях (МПа) и округлены до 1 МПа = 10 кгс/см2. Удельная теплоемкость выражена в Дж/(кг • К), 1 ккал = 4,2 кДж. Соотношения между другими единицами системы СИ, а также размерность единиц в прочих системах приведены в табл. В. 1. В отдельных случаях величины, входящие в формулы, выражены в кратных или дольных единицах. Эти отклонения
7
оговорены, кроме случаев, когда читатель может самостоятельно разобраться в размерности примененных величин.
Таблица В. 1
Соотношения между основными единицами системы СИ и другими
Величина	Ра зыср1 юсть еди ни ц в системах		Переводтiые мi южител 11
	си	прочих	
Мощность	Вт	л. с.	1 л.с. = 735,5 Вт
Момент	Н • м	кге' м	1 кге • м « 10 Н • м
Масса	кг	К! С • С /м	1 кге • с /м == 9,81 кт
и Та	Н	кге	1 кге = 10 Н
Давление (механическое напряжение)	Н/м2 = Па	кге • м	1 кгс/см2 = 98066,5 Н/м2 = = 0,0981 МН/м2 = 0,981 МПа. 1 МПа = 10 МН/м2
Работа и энергия	Дж	кге • м	1 кге - м. = 10 Дж
Момент инерции	кг • м2	кге • кг с	1 кге • м- с2 ~ 9,81 кг - м
Плотность	кг/м	кге • с2 • м4	1 кге • с2 Др -9,81 ктДр
Удельный вес (но массе)	Н/м3	к тс/м;	1 кге/м - 10 НДР
Количество тс плот ы	Дж	кап	1 кал = 4,2 Дж
Удельная ।еплоемкость	Дж/(кг- К)	ккал/(кг • С)	1 ккал/(К1 • С) = = 4,2-103 кДж/(кг- К)
При тепловом и динамическом расчетах, а также при определении допускаемых напряжений в деталях hoi решность в расчетах определяемых величин может быть в пределах 0,01...0,03 от их оптимального значения, которая корректируется в процессе комплексной доводки агрегатов на производстве.
Раздел I
ОБЩЕЕ УСТРОЙСТВО АВТОМОБИЛЯ
Глава 1
НАЧАЛЬНЫЕ СВЕДЕНИЯ ОБ УСТРОЙСТВЕ АВТОМОБИЛЯ
Автомобили разделяют на легковые, грузовые, автобусы и специальные. Несмотря на ряд принципиальных конструктивных различий, между ними имеется много общего: двигатель внутреннего ci орания, несущая система с подвеской и шипами, органы управления, тормозная система.
На авюмобильиых заводах конечным продуктом производства могут быть как автомобили в сборе, так и отдельные их составные части (двигатели, мосты, топливная аппаратура и т.п.), включающие в себя большое количество узлов, механизмов и систем.
Простой узел — это несколько деталей, соединенных между собой с помощью резьбовых, заклепочных, сварных и других соединений (например, шестерня, установленная на валу с помощью шпонки).
В автомобилях много сложных узлов, состоящих из нескольких простых, сборка которых осуществляется также посредством различных соединении (например, поршень в сборе с кольцами, соединенный пальцем с шатуном в сборе).
Механизм — это подвижно связанные между собой детали пли узлы, совершающие под действием приложенных к ним сил определенные, заранее заданные движения (например, кривошипно-шатунный механизм, в котором поршень, соединенный с шатуном и коленчатым валом, совершает возвратно-поступательное движение в цилиндре).
Агрегат — это несколько механизмов или сложных узлов, объединенных различными соединениями в одно целое с базовой деталью, например, коробка передач, состоящая из корпуса (базовая деталь) с установленными в нем валами, зубчатыми колесами, подшипниками и т.д.
Система — это совокупность узлов и механизмов, взаимодействующих между собой и выполняющих определенные функции в процессе работы (например, системы зажигания, охлаждения, питания и т.п.).
9
Вес механизмы, агрегаты и системы, входящие в автомобиль, условно можно разбить на три основные части: двигатель, шасси и кузов.
Двигатель / (рис. 1.1, а, в) является источником механической энергии, необходимой для движения автомобиля. Наибольшее распространение на автомобилях получили двигатели внутреннего ci оран ия.
Шасси объединяет все агрегаты и механизмы автомобиля, предназначенные для передачи усилия от двигателя к ведущим колесам, для управления автомобилем и его передвижения. Шасси состоит из трансмиссии, несущей системы и органов управления.
Трансмиссия состоит из механизмов, которые преобразую! и передают крутящий момент, подводимый от двигателя к ведущим колесам. В трансмиссию входят сцепление 2, коробка передач 5, карданная передача 4 и ведущий мост 5, объединяющий главную передачу, дифференциал и полуоси. Крутящий момент ог главной передачи через дифференциал передастся к ведущим колесам при помощи полуосей. Современные автомобили могут иметь один-два или несколько ведущих мостов.
Несущая система грузовых автомобилей состоит из рамы 6, к которой крепится передний мост 11 с амортизаторами 10 и установленными на нем управляемыми колесами Р, задний ведущий мост 5с подвеской 7и колесами 8. К несущей системе автомобилей-тягачей относится также их седельно-сцепное устройство (рис. 1.1, 5), которое конструктивно включаез в себя огсск рамы 13, седло 18 с направляющими салазками 20 и щитами /б, инструментальные ящики /5, кронштейны 21 крепления крыльев 17 колес задней тележки; подножки 14 и поперечину 19 буксирной петли.
При движении автомобиля подводимый к ведущим колесам 8 (см. рис. 1.1, а) крутящий момент вызывает силы реакции (противодействие) дороги, приложенные к колесам и направленные в сторону движения. Через подвеску 7 ведущего моста 5 эти силы передаются на раму 6 и толкают се, а соответственно и автомобиль в целом вперед. Рама, в свою очередь, через переднюю рессорную или пружинную подвеску передает силы реакции дороги на передний мост //и управляемые колеса 9 автомобиля.
Органы управления включают в себя рулевое управление 12 (см. рис. 1.1, а, в), служащее для изменения положения передних колес относительно рамы или кузова, что позволяет менять направление движения автомобиля, и тормозную систему, которая обеспечивает уменьшение скорости движения, быструю остановку автомобиля, а также удержание его на месте.
Кузов предназначен для размещения в нем полезного груза и людей. Грузовые автомобили обычно имеют грузовую платформу для груза и кабину для водителя и пассажиров. Легковые автомо-
10
били и автобусы имеют кузова, состоящие из салона, в котором размещаются водитель и пассажиры, багажного отделения и моторного отсека.
Роль рамы в несущей системе легковых автомобилей и автобусов выполняет кузов 22 (см. рис. !.!,#).
14 б
в
Рис. 1.1. Общее устройство:
и — грузового автомобиля: б — седельной части рамы автомобиля-тягача; а — легкового автомобиля
Устройство большинства автомобиле!! выполнено по рассмотренной схеме. Однако применяют и другие схемы расположения двигателя, шасси и кузова. Например, для повышения проходимости автомобилей делают ведущими задние и передние колеса. В трансмиссию таких автомобилей вводят дополнительные механизмы — раздаточную коробку и межосевой дифференциал, которые распределяют крутящий момент между ведущими мостами.
Для повышения пассажировместимости и комфортабельности юродских автобусов применяют кузов вагонного тина с задним расположением двигателя. С этой же целью на современных легковых автомобилях устанавливают кузова с увеличенной поверхностью остекления и с расположением двигателя спереди поперек продольной оси автомобиля, что позволяет увеличить площадь пассажирского салона кузова. Передача усилий от двигателя осуществляется на передние ведущие колеса через приводные валы. При этом сцепление, коробка передач и главная передача монтируются в едином силовом агрегате, закрепленном на двигателе. При такой компоновочной схеме нс требуется туннель (короб) для карданной передачи в салоне автомобиля, поэтому кузов становится комфортабельнее и легче. Кроме того, отсутствие карданного вала снижает металлоемкост ь конструкции и позволяет ниже опустить пол кузова, т.с. получить более низкое расположение центра тяжести автомобиля, что обеспечивает его лучшую продольную и поперечную устойчивость при движении.
Контрольные вопросы
1.	Данте определение простою узла и механизма.
2.	Из каких основных частей состоит автомобиль?
3.	Назовите основные механизмы трансмиссии и органов управления.
Глава 2
КЛАССИФИКАЦИЯ, СИСТЕМА ОБОЗНАЧЕНИЙ И РАЗВИТИЕ АВТОМОБИЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
2.1.	Общие сведения
По назначению подвижной состав автомобильного транспорта разделяется на грузовой, пассажирский и специальный (рис. 2.I).
Рис. 2.1. Примерная схема классификации подвижного состава автомобильного транспорта
К грузовому подвижному составу относятся грузовые автомобили, автомобили-тягачи, прицепы и полуприцепы для перевозки грузов различных видов.
К пассажирскому подвижному составу относятся легковые автомобили, автобусы, пассажирские прицепы и полуприцепы.
К специальному подвижному составу относятся автомобили, прицепы, полуприцепы, предназначенные для выполнения различных, преимущественно нетранспортных работ и имеющие соответствующее оборудование или специальные кузова (санитарные, автомастерские, автокраны, пожарные и др.).
2.2.	Грузовой подвижной состав
Основной частью грузового подвижного состава являются грузовые автомобили, которые можно классифицировать следующим образом (рис. 2.2).
По назначению их разделяют на автомобили общего назначения и специализированные.
Автомобили общего назначения имеют кузова в виде платформы с бортами и применяются для перевозки грузов всех видов, кроме жидкости (без тары).
13
Специализированные автомобили оборудованы кузовами, приспособленными для перевозки грузов определенного вида. Это автомобили с саморазгружающимися кузовами (самосвалы), автомобили-цистерны для цемента, нефтепродуктов, молока, автомобили с кузовами для перевозки животных и т.д.
По проходимости, т.е. по степени приспособления к работе в тех пли иных дорожных условиях, различают автомобили дорожной (обычной), повышенной и высокой проходимости. Автомобили дорожной (обычной) проходимости используют главным образом на дорогах с усовершенствованным (асфальтобетонным) покрытием. Автомобили повышенной проходимости и автомобили высокой проходимости предназначены в основном для работы в тяжелых дорожных условиях и по бездорожью. Наиболее распространенными являются автомобили дорожной проходимости.
Число ведущих колес у автомобилей характеризуется колесной формулой. Например, обозначения 4x2 и 6x4 означают в первом случае общее число колес — 4. ведущих — 2; во втором — общее число колес — 6, ведущих — 4. При этом спаренные колеса, устанавливаемые с каждой стороны автомобиля на задней и средней осях, считаются как одно колесо.
По приспособленности к климатическим условиям различают автомобили для эксплуатации в условиях умеренного, холодного (северного) и жаркого (тропического) климата.
Для умеренного климата выпускают автомобили массового спроса в серийном исполнении. На базе этих автомобилей создают автомобили в северном и тропическом исполнениях.
По характеру использования различают одиночные автомобили и автомобпли-тя1ачи для буксирования прицепов и полуприцепов.
Рис. 2.2. Классификация грузовых автомобилей
14
Одиночные автомобили используют без прицепов и полуприцепов.
Автомобиль-тягач или грузовой автомобиль с одним или несколькими прицепами образует а в тоно е з д.
Семейства грузовых автомобилей расширяют путем создания моделей, являющихся производными от основных — базовых моделей и отличающихся от них конструктивной специализацией отдельных агрегатов в зависимости от конкретного назначения автомобиля.
Каждой модели базового грузового автомобиля присваивается индекс, состоящий из четырех цифр. Первая цифра означает класс грузового автомобиля по полной массе:
Полная масса, т ... До 1,2 1,2...2 2...8 8... 14 14...20 20...40 Свыше 40 Класс.............1	2	3	4	5	6	7
Вторая — его вид: 3 — бортовой, 4 — тягач, 5 — самосвал, 6 — цистерна, 7 — фургон, 8 — резерв (пока не используется) и 9 — специальный. Третья и четвертая цифры означают номер модели автомобиля (от 01 до 99). Пятая цифра означает порядковый помер модификации. Перед цифровым индексом ставится буквенное обозначение завода-изготовителя. Например, грузовой автомобиль модели ЗИЛ-4331 означает, что автомобиль изготовлен на заводе им. Лихачева, массой 8... 14 т, с бортовой, грузовой платформой. 31 — номер модели.
2.3.	Пассажирский и специальный подвижной состав
К пассажирскому подвижному составу относятся легковые автомобили и автобусы. Автомобили, вмещающие нс более восьми человек, включая водителя, называют легковыми, а вмещающие более восьми человек — автобусами.
Легковые автомобили выпускаются двух видов: дорожной и повышенной проходимости. Автомобили повышенной проходимости используются в основном в сельской местности; могут создаваться как на базе легковых автомобилей дорожной проходимости в результате увеличения числа ведущих колес, так и в результате создания оригинальных конструкций, например для геологоразведочных работ и т.д.
Наибольшее распространение получила классификация легковых автомобилей по массе неснаряженного автомобиля и рабочему объему двигателя (табл. 2.1).
В представленной классификации к первым трем классам относятся автомобили ВАЗ-2105, -2106, -2107 «Жигули», ИЖ-2126 «Ода», ГАЗ-3110 «Волга» с приводом па задние колеса, а также переднеприводные автомобили ВАЗ-21093, -2110, -2111 и др.
15
Табл и ца 2.1
Классификация легковых автомобилей
Класс автомобиля	Группа	о 14 о X	Предельные значения		Назначение (сфера использования) автомобиля
			рабочего об ьема двигателя, л	массы нсснаряжсн-ного автомобиля*, кг	
1. Особо малый	1 2	11	До 0,849 0,850... 1,099	До 649 650... 799	Индивидуальный То же
2. Малый	I 9 л— 3	21	1,100... 1,299 1,300... 1,499 1,500... 1,799	800... 899 900... 1 049 1 050... 1 149	» Индивидуальный и служебный То же
3. Средний	1 7	31	1,800... 2,499 2,500... 3,499	1 150... 1 299 1 300... 1 499	Служебный, такси Индивидуальный и служебный
4. Большой	1 2	41	3,500... 4,499 Более 5,0	1 500... 1 900 Не регламентированы	Служебный То же
5. Высшим	—	41	Нс регламентированы		»
* Масса неснаряжснного автомобиля — это масса автомобиля, не заправленного топливом, охлаждающей жидкостью, без запасного колеса и инструмента, а также без водителя и пассажиров.
В обозначениях базовых моделей легковых автомобилем первые две цифры четырехзначного числа означают индекс автомобиля (11, 21, 31, 41) в зависимости от рабочего объема двигателя, а две последние — номер модели. Буквы перед цифрами означают фирму-изготовитсль. Например, ВАЗ-2109 означает, что автомобиль изготовлен акционерным обществом «ВАЗ», малого класса, с рабочим объемом двигателя 1,1... 1,8 л, 09 — номер модели.
В том случае, если автомобиль отличается от базового, т.е. является его модификацией, то третья и четвертая цифры остаются прежними и добавляется пятая цифра: так, на базе переднеприводного автомобиля ВАЗ-2109 выпускается его модификация ВАЗ-21093.
По общей компоновке легковые автомобили разделяются на автомобили, сделанные по классической, заднеприводной и переднеприводной схемам.
16
При классической схеме компоновки двигатель расположен спереди автомобиля, ведущими являются задние колеса.
Заднеприводная схема характерна тем, чю двигатель расположен сзади и гадкие колеса являются ведущими.
При переднеприводной схеме двигатель располагается спереди, передние колеса являются ведущими и управляемыми.
Автомобили ВАЗ-2105, -2107 «Жигули», ИЖ-2126 «Ода», ГАЗ-3110 «Волга» и другие имеют классическую схему компоновки с передним продольным расположением двигателя, от которого крутящий момент передается на задние ведущие колеса. Наряду с этими автомобилями широкое распространение имеют переднеприводные легковые автомобили особо малого и малого классов с передним (поперечным или продольным) распо. южением двигателя, от которого крутящий момент передается на передние ведущие колеса.
Автобусы средней и большой вместимости создаются на основе агрегатов базовых грузовых автомобилей серийного производства. Однако в конструкциях автобусных шасси применяют специальные автобусные агрегаты — П-образные задние мосты, гидромеханические коробки передач, двигатели с горизонтальной компоновкой, независимые подвески колес ит.д. Широкое распространение получили также микроавтобусы, выпускаемые на базе агрегатов шасси легковых автомобилей. Например, акционерное общество «ГАЗ» выпускает микроавтобусы семейства «ГАЗсль» I АЗ-3221 с колесной формулой 4x2 и полноприводную модель ГАЗ-32217, а также микроавтобусы семейства «Соболь». На автобусе ГАЗ-2217 «Соболь» установлена пятиступенчатая коробка передач, сцепление с гидравлическим приводом и рулевое управление с гидро
усилителем.
Наряду с этим на микроавтобусах «ГАЗсль» и «Соболь» кроме базовою двигателя ЗМ 3-4026 могут быть установлены двигатели: ЗМ 3-4063 карбюраторный, четырехцилиндровый, шестнадцати -клапанный или дизель ГАЗ-560, четырехцилиндровый с турбонаддувом и микропроцессорной системой управления подачей
топлива.
Основными признаками классификации автобусов являются их общая компоновка и особенности устройства кузова. Общая компоновка автобусов определяется их назначением, формой кузова, расположением двигателя, пассажировместимостью и колесной формулой.
По назначению автобусы разделяются на юродские (внутригородские и пригородные), местною сообщения (для сельских перевозок), междугородные и туристские.
По форме кузова (наличиюГКТПТПта) ШТ бескапошые — вагонного гита, капоп-н (рис. 2.3, а, б),	БИБЛИОТЕКА
(% л о R , I Брянского государственной.
г V и W ч технического университета
юляются на кока потны с
Автобусы вагонного типа создаются с увеличенной длиной кузова, а чтобы обеспечить маневренность такою автобуса, кузов его делают из двух или трех сочлененных (шарнирами) между собой звеньев.
Капотные и корогкокапотныс автобусы создаются на базе шасси 1рузовых автомобилей малой и средней 1рузоподъсмпости с классической схемой компоновки агрегатов.
По расположению двигателя компоновочные схемы автобусов могут быть с передним или задним расположением двигателя, а иногда и с двигателем с противолежащими цилиндрами, расположенными между лонжеронами рамы под полом кузова.
По пассажировместимости автобусы разделяются на пять классов в зависимости от их габаритной длины в метрах: особо малый — до 5,0; малый — 6,0... 7,5; средний — 8,0...9,5; большой — 10,5... 12,0; особо большой — 16,5...24,0. В последний класс входят двух- и трехзвенные (сочлененные) автобусы.
По колесной формуле — полноприводные (со всеми ведущими колесами) 4x4; 6x6 и неполноприводные 4x2; 6x4 и 8x4.
По особенностям устройства кузова автобусы различаются по числу этажей и герметизации кузова.
По числу этажей автобусы могут быть одноэтажные 1—7 (рис. 2.3, а. б)у 1’Д-этажные <? (рис. 2.3, в), когда над частью кузова приподняты крыша и окна, полутораэтажные 9. когда в
Рис. 2.3. Классификация автобусов по общим признакам:
а — вагонного типа: /, 2 — одиночные, 3 — сочлененный с прицепным звеном; о — капотные (4) и короткокапотные (5— 7); в — этажные: 8— I’Д-этажные. 9 — полутораэтажные. К) — двухэтажные; г — открытые: // — без крыши, /2 — с крышей
18

J
задней части кузова имеется надстройка в виде этажа с низким погодком и высотой прохода 1,7... 1,8 м, и двухэтажные 10.
В отечественном автобусост роении применяются в основном одноэтажные автобусы, обеспечивающие наилучшую планировку мест в салоне кузова с необходимой комфортабельностью для пассажиров.
По герметизации кузова автобусы разделяют на закрытые и открытые. Наибольшее распространение получили закрытые кузова. При наличии установки для кондиционирования воздуха окна полностью герметизируют. В остальных случаях закрытые кузова имеют открывающиеся окна.
Открытые кузова //и /2 применяются на автобусах (рис. 2.3, г), используемых в южных районах; могут быть без крыши или с крышей, но, как правило, со съемным тентом.
Каждой новой модели автобуса присваивается четырехзначный индекс. Первая цифра индекса обозначает класс в зависимости от его длины:
Длина автобуса, м До 5	6...7,5	8...9,5
Класс...................2	3	4
10,5...12	16,5...24
5	6
Вторая цифра — его вид, третья и четвертая — номер модели, буквы перед цифрами означают завод-изготовитель. Например, ЛиАЗ-5256 изготовлен Ликинскпм автобусным заводом, длина его находится в пределах 10,5... 12 м, 2 — автобус, 56 — номер модели (длина автобуса ЛиАЗ-5256 — 11,4 м).
Специальный подвижной состав — это автомобили, созданные на базе шасси грузовых или легковых автомобилей и автобусов в результате установки на них специального оборудования или в результате изменения конструкций самих автомобилей. Специальные автомобили выполняю। различные, строго определенные функции. Так, например, специальные автомобили на шасси грузовых — это автобегономешалки, автокомпрсссоры, пожарные автомобили и др. На базе грузовых автомобилей выпускаются также автомобили-механизмы для коммунального хозяйства, к которым относятся поливомоечные автомобили, мусоровозы, автомобил и-пескоразбрасыватели, автомобили-снегопогрузчики и др.
Специальные автомобили на базе jici ковых автомобилей и микроавтобусов создаются как автомобили скорой мсдицинско i помощи, так и автомобили-лаборатории ГИБДД, милицейские и др.
Специальные автомобили на базе автобусов используются для создания подвижных телевизионных станций, фото- и кинолабо-рагорий, санитарно-ветеринарных автомобилей и др.
К специальным автомобилям, имеющим оригинальную конструкцию и выполняемым по особым требованиям, можно отне-сги гоночные автомобили различных типов.
19
2.4.	Направления развития автомобильных конструкций
С каждым годом в России paciei производство автомобилей. Но одновременно с ростом количества автомобилей увеличивается загрязнение окружающей среды отработавшими газами (ОГ), называемыми также выхлопными, и существенно возрастает шум, производимый ими. Токсичность отработавших газов выбрасываемых в атмосферу при работе карбюраторных двигателей, обусловливается главным образом содержанием оксида углерода (СО), углеводородов (СН), оксидов азота (NOJ и соединениями свинца (РЬ), а дизелей — содержанием оксидов азота и сажи (С).
Большое значение для уменьшения загрязнения окружающего воздуха отработавшими газами приобретает ежедневное техническое обслуживание автомобильного транспорта, находящегося в жсплуатации, одной из основных задач которого является контроль содержания токсичных веществ в выхлопных газах и доведения его до установленных норм. Для снижения токсичности отработавших газов на автомобильных фирмах разрабатывают новые модели двигателей и мероприятия по совершенствованию их рабочего процесса, выбору оптимальных режимов их работы и оптимизации параметров систем питания и зажигания.
В этой связи предпочтение отдастся двигателям с комплексной микропроцессорной системой управления подачей топлива (КМСУД), которая включает в себя нс только систему управления впрыском топлива, но и функции управления системой зажигания и позволяет более точно дозировать подачу топлива и корректировать угол опережения зажигания, что обеспечивает необходимые мощностные и экономические качества двигателя, а также его экологические показатели по токсичности ОГ.
В России разработками по внедрению КМСУД и исследованиями по оптимизации процесса впрыска топлива занимаются ОАО «ЗМЗ», «ВАЗ», «ГАЗ», НТЦ «НАМИ», НПО «Кибернетика», НПП «Эл-кар», МГТУ «МАМИ» и др.
В настоящее время большинство выпускаемых двигателей легковых автомобилей имеют КМСУД: двигатели ВАЗ-2111-80, -2112 (с двигателем распределенного фазированного впрыска топлива); ГАЗ-3110 (с двигателем ЗМЗ-4062.10) и др.
Значительное уменьшение токсичности ОГ может быть достигнуто также нейтрализацией токсичных веществ при помощи специальных дожигателей отработавших газов, устанавливаемых на автомобилях. Частичным решением этой проблемы является оснащение автотранспортных средств дизелями, которые позволяют значительно сократить расход топлива и снизить токсичность ОГ. Последнее объясняется тем, что в топливе для дизелей нс содержится свинцовых присадок, а выброс вредных компо-
20
некто», таких как углеводород и оксид углерода, в несколько раз ниже.
Кроме того, дизель на 25...30 % экономичнее карбюраторною двигателя и наряду с этим для производства дизельного топлива требуетей примерно в 2,5 раза меньше затрат, чем для производства бензина, а срок елхжбы современною дизеля примерно в 1,5 раза выше карбюраторною двигателя.
Увеличение доли дизелей в общем числе двигателей нроисхо-щт в основном благодаря росту выпуска дизелей в акционерных обществах «КамАЗ» и «ЯМЗ». Кроме того, созданы новые дизели для автомобилей семейств ЗИЛ и ГАЗ и подготовле 1Ы на ряде других фирм производственные мощности для выпуска дизелей легковых автомобилей.
Одновременно с этим расширяется производство автомобилей, работающих на сжатом и сжиженном газах. Перевод автомобилей с жидкого на газообразное топливо экономически оправдан, гак как стоимость газового топлива примерно в 1,5 — 2 раза меньше стоимости бензина. По сравнению с двигателями, работающими на жидком топливе, продукты сгорания двигателей, работающих на газе, содержат значительно меньше токсичных веществ.
Сильный шум при движении автотранспортных средств возникает в результате выброса в атмосферу отработавших газов и взаимодействия шин с дорогой. Поэтому основными направлениями работ по снижению уровня шума являются совершенствование конструкции глушителей и шин.
В общем балансе шума, создаваемого автомобилями, значительная доля принадлежит также несущей системе (кузову или рамс) и элементам подвески. Шум от несущей системы возникает в результате се вибрации при движении автомобиля и работы двигателя. Для снижения шума внутренние поверхности и основание (иол) кузова легкового автомобиля покрывают вибропоглощаю-щими мастиками. Вибрацию несущей системы, возникающую от толчков при движении по неровностям дороги, снижают рессорами, амортизаторами или подвесками специальных конструкций, в частности пневматическими.
К основным направлениям развития конструкций легковых автомобилей следует отнести дальнейшее совершенствование переднеприводных автомобилей с уменьшенной массой (за счет применения пластмасс, более тонкого проката и проката из сплавов на основе алюминия), снабженных двигателями с рабочим объемом до 2 л. Уменьшение массы переднеприводных автомоби-1сй позволяет снизить расход топлива на 10... 15%.
Производственные акционерные общества и фирмы постоянно работают над совершенствованием конструкции грузовых автомобилей и автопоездов, т.е. повышением их эксплуатационных качеств, производительности, приспособленности к использова
21
нию прицепов и полуприцепов, уменьшению расходов топлива и смазочных материалов.
Совершенствуется и структура автомобильного парка: увеличивается выпуск специализированных автомобилей, прицепов и полуприцепов, автомобилей грузоподъемностью более 8 т, уменьшается выпуск автомобилей грузоподъемностью 3...5 т. При этом значительное внимание уделяется созданию грузовых автомобилей с массой перевозимого груза до 2 т.
К таким автомобилям в настоящее время можно отнести автомобили семейства «ГАЗель» (ГАЗ-3302, -33023, -33027 и др.). Масса перевозимого груза этих автомобилей составляет I 500... I 700 кг. Они имеют иолукапотную кабину, рамную двухосную конструкцию несущей системы с одним или двумя ведущими мостами. Наряду с этим ОАО «ГАЗ» выпускает бортовые грузовые автомобили семейства «Соболь», у которых масса перевозимого груза лежит в пределах 800... I 000 кг.
За последние годы значительно увеличился парк автотранспортных средств — это, в свою очередь, обуславливает увеличение количества дорожно-транспортных происшествий (ДТП). Наряду с требованиями о строгом соблюдении правил дорожного движения к основным мероприятиям по снижению ДТП относится также совершенствование на стадии производства пассивной и активной безопасности автомобилей.
Пассивная безопасность автомобиля — свойство уменьшать тяжесть последствий дорожно-транспортных происшествий — зависит от прочности кузова, конструкции сидений и элементов интерьера, эффективности удерживающих средств (ремней безопасности, травмобезопасных рулевых колонок и др.).
Активная безопасность автомобиля — способность снижать вероятность возникновения дорожно-транспортного происшествия — определяется его устойчивостью, управляемостью, обзорностью, надежностью и эффективностью рулевых управлений и тормозных систем.
Контрольные вопросы
1.	Как подразделяется подвижной состав по назначению?
2.	По каким основным признакам классифицируют грузовые автомобили?
3.	Что принято за основу обозначения (индексации) легковых автомобилей и автобусов?
4.	Каковы основные преимущества дизелизации автомобильного парка?
Раздел II
КОНСТРУКЦИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
ОБЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДВИГАТЕЛЯ
I I. Классификация, механизмы и системы двигателя, основные конструктивные параметры
Цнигатели, установленные на большинстве автотранспортных «pi и in, называются двигателями внутреннего сгорания, потому •нн процесс сгорания топлива с выделением теплоты и ирсвра-1<ь ние ее в механическую работу происходит непосредственно в ни ин। грах двигателя.
h шссификация двигателей основана на следующих признаках: по способу смесеобразования — на двигатели с внешним смесе-1'itp.i ювапием (карбюраторные и газовые), у которых горючая смесь lipin ш «шляется вне цилиндров, и двигатели с внутренним смесс-• юр । (онаписм (дизели), у которых рабочая смесь образуется внутри цилиндров;
. нчсобу выполнения рабочего цикла — на четырех- и двухтактные; часi\ цилиндров — на одно-, двух- и многоцилиндровые;
1Ч1чк>южению цилиндров — на двигатели с вертикальным или ни питым расположением цилиндров в один ряд и на V-образ-ш в ишгатсли с расположением цилиндров под углом (при рас-iioini кепии цилиндров под углом 180 двигатель называется оппо-HIHII.IM или двигателем с противолежащими цилиндрами);
। поводу охлаждения — на двигатели с жидкостным или воздушным охлаждением;
«иду применяемого топлива — на бензиновые (карбюраторные и • । iicicMoii впрыска топлива), газовые, дизельные, газоднзель-iti.li и многотопливные.
В 1.1ИПСИМОСГИ от вида применяемого топлива способы воспламенения рабочей смеси в двигателях различны:
и нензиновых двигателях смесь, приготовленная из паров бен-IIIH.। и воздуха, а в газовых двигателях смесь, состоящая из сжато-nt и in сжиженного горючего газа и воздуха, воспламеняется элек-1рнчсской искрой;
и ипелях мелкораспыленное дизельное топливо, впрыскнутое и цилиндры, самовоспламеняется под действием высокой темпера-п |н.1 и высокого давления без постороннего источника зажигания;
23
в многотопливных двигателях типа дизеля ЗИЛ-6451, конструкции которых позволяют использовать высокооктановый бензин, дизельное топливо, метаноловые смеси и другие виды топлива, воспламенение рабочей смеси происходит так же, как и в дизелях.
Механизмы и системы двигателя, их общее устройство и принцип работы рассмотрим на примере четырехтактного одноцилиндрового карбюраторного двигателя (рис. 3.1). Основными частями такого двигателя являются кривошипно-шатунный и газораспределительный механизмы, а также системы питания, смазочная система и системы охлаждения и зажигания.
Кривошипно-шатунный механизм иреобра зует прямолинейное возвратно-поступательное движение поршня во вращательное дви-
Рис. 3.1. Четырехтактный одноцилиндровый карбюраторный двигатель 24
женис коленчатого вала и состоит из цилиндра 17. головки 6, являющейся как бы крышкой, закрывающей ни шндр сверху, поршня 5 с кольцами 14 и пальцем /6, который соединяет поршень с верхней головкой шатуна 18. Нижняя головка шатуна соединена с коленчатым валом 21, на заднем конце которою установлен маховик 19. Коленчатый вал вращается в коренных подшипниках, расположенных в картере 20, последний снизу закрыт но ионом 22, используемым как резервуар для масла.
Механизм газораспределения обеспечивает своевременный впуск горючей смеси в цилиндр и удаление из него продуктов сгорания. Этот механизм приводится в действие от коленчатого вала через зубчатые колеса Г. При этом распределительный вал 2, воздействуя на толкатели 3, штанги 4 и коромысла 8. открывает впускной // или выпускной 13 клапаны, закрытие которых происходит под действием пружин 9.
Система питания предназначена для приготовления и подачи горючей смеси в цилиндр, а также для отвода продуктов сгорания из цилиндра. При помощи насоса топливо из топливного бака подастся в карбюратор 10, где оно в необходимом соотношении смешивается с воздухом, образуя горючую смесь, которая затем но впускному газопроводу поступает (показано стрелкой) в ци-зиндр двигателя. В систему питания также входят фильтры для очистки воздуха и топлива, вынускноз! газопроводе глушителем шума выпуска.
Смазочная система обеспечивает подачу масла к взаимодействующим деталям и состоит из насоса, маслоподводящих каналов, фильтров для очистки масла и радиатора для его охлаждения.
Система охлаждения поддерживает нормальный температурный режим работы двигателя, обеспечивая отвод теплоты ог сильно nai реваюшихся при сгорании рабочей смеси деталей цилиндропоршневой группы и клапанного механизма. Система охлаждения бывает жидкостная или воздушная. Жидкостная система охлаждения состоит из рубашки-полости 15, внутри которой циркулирует охлаждающая жидкость, жидкостного насоса, термостата, вентилятора и радиатора.
При воздушной системе охлаждения заданный температурный режим достигается удалением теплоты от наружных ребер, имеющихся на цилиндре и его головке, которые при движении автомобиля обдуваются встречным потоком воздуха.
Система зажигания предназначена для воспламенения рабочей смеси в цилиндре двигателя и включает в себя источники электрической энергии (аккумуляторную батарею, генератор), приборы, преобразующие ток низкого напряжения в ток высоко-
* При другом — верхним — расположении распределительного вала привод сю может быть пенным или ременным.
го напряжения, прерыватель-распределитель и провода, подводящие ток выеокого напряжения к свече зажигания 12, электрическая искра от которой воспламеняет рабочую смесь.
Взаимодействие механизмов и систем двигателя происходит следующим образом. Когда поршень 5 опускается вниз, горючая смесь через открытый впускной клапан // поступает в цилиндр. При движении поршня вверх она сжимается и, когда поршень доходит до крайнего верхнего положения, воспламеняется от электрической искры и сгорает. В процессе сгорания образуются газы, имеющие высокую температуру и большое давление. Под действием давления расширяющихся газов поршень опускается вниз и через шатун 18 приводит во вращение коленчатый вал 21. Таким образом, происходит преобразование возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. Затем поршень движется вверх и выталкивает отработавшие газы через открывающийся клапан 13.
Основными конструктивными параметрами двигателя являются диаметр цилиндра, ход поршня и число цилиндров, которые обусловливают его габаритные размеры.
При одном обороте коленчатого вала 3двигателя (рис. 3.2) поршень 2делает один ход вниз и один ход вверх. Изменение направления движения поршня в цилиндре / происходит в двух крайних точках, называемых мертвыми, так как в них скорость поршня равна нулю.
Край нее верхнее положение поршня называется верхней мертвой точкой (ВМТ), крайнее нижнее его положение — нижней мертвой точкой (НМТ). Расстояние, проходимое поршнем от ВМТ до НМТ, называется ходом S поршня, который равен удвоен ном у радиусу R кривошипа:
5= 2R.
Следовательно, при перемещении поршня от одной мертвой точки до другой коленчатый вал поворачивается на 180“, т.е. совершает половину оборота.
Пространство над днищем поршня при нахождении его в ВМТ называется камерой сгорания. Ес объем обозначается через Jzc, а пространство цилиндра между двумя мертвыми точками (НМТ и ВМТ) называется его рабочим объемом и обозначается Vh. Сумма объема камеры сгорания Ус и рабочего
Рис. 3.2. Схема для определения основных параметров двигателя
26
объема Vh цилиндра составляет полный объем цилиндра, обозначаемый Уа.
Рабочий объем цилиндра измеряется в кубических сантиметрах или литрах и определяется по формуле
I „ = д£>26/4.
где D — диаметр цилиндра.
Сумму всех рабочих объемов цилиндров многоцилиндрового двигателя называют рабочим объемом (литражом) двигателя:
УЛ = я/)25//4,
где / — число цилиндров.
Отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания Ус называется степенью сжатия:
г = (Ус + ylt)/yc= ytl/yc = У,./Ус + I.
Степень сжатия — безразмерная величина, она показывает, во сколько раз уменьшается объем рабочей смеси или воздуха, находящихся в цилиндре, при перемещении поршня от НМТ к ВМТ. Чем выше степень сжатия, тем больше температура и давление рабочей смеси при подходе поршня к ВМТ.
С увеличением степени сжатия повышается КПД, мощность и юиливная экономичность двигателя. Однако повышение степени сжатия карбюраторных и газовых двигателей возможно лишь до определенных пределов, после достижения которых увеличение степени сжатия приводит к преждевременному самовоспламенению рабочей смеси и вызывает взрывное сгорание — детонацию топлива, снижающую работоспособность и срок службы двигателя.
Различные виды жидких и газообразных топлив имеют разные температуры самовоспламенения, по лому вид топлива, на котором работает двигатель, определяет пределы его степени сжатия. Хвтомобильные двигатели, работающие на бензине (карбюраторные двигатели), имеют степень сжатия 6— 10, на газе — 7 — 9,5, а имели — 14 — 21. Верхний предел степени сжатия (г = 1Ь — 21) । it дизелей в основном обусловлен максимально допустимыми нагрузками от давления газов на детали кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов.
3.2. Рабочие циклы четырехтактных двигателей
Рабочим циклом двигателя называется периодически повторяющийся ряд последовательных процессов, протекающих в каж-юм цилиндре двигателя и обусловливающих превращение тепловой энергии в механическую работу.
27
Если рабочий цикл совершается за два хода поршня, г.с. ja один оборот коленчатого вала, то такой двигатель называется двухтактным. В настоящее время двухтактные двигатели на автомобилях нс применяют, а использую! лишь на мотоциклах и как пусковые двигатели на тракторах. Это связано прежде всего с тем, что они имеют сравнительно высокий расход топлива и недостаточное наполнение горючей смеси из-за плохой очистки цилиндров от отработавших газов.
Автомобильные двигатели обычно работают по четырехтактному циклу, который совершается за два оборота коленчатого вала или четыре хода поршня и состоит из тактов впуска, сжатия, расширения и выпуска.
В карбюраторном четырехтактном одноцилиндровом двигателе (рис. 3.3) рабочий цикл происходит следующим образом.
Такт впуска (рис. 3.3, а). Поршень / находится в ВМТ и но мерс вращения коленчатого вала 9 (за одни его полуоборот) перемещается от ВМТ к НМТ. При этом впускной клапан 4 открыт, а выпускной клапан 6 закрыт. При движении поршня вниз объем над ним увеличивается, поэтому в цилиндре 2 создается разрежение, равное 0,070...0,095 МПа, в результате чего свежая горючая смесь, состоящая из паров бензина и воздуха, засасывается через впускной трубопровод 3 в цилиндр. От соприкосновения свежей горючей смеси с нагретыми деталями в конце такта впуска она имеет температуру 75... 125°C.
Степень заполнения цилиндра свежей горючей смесью характеризуется коэффициентом наполнения, который для высокооборотных карбюраторных двигателей находится в пределах 0,65...0,75.
Впуск	Сжатие	Расширение	Выпуск
(рабочий ход) а	б	в	г
Рис. 3.3. Рабочий цикл четырехтактного карбюрагорною двигателя
Чем выше коэффициент наполнения, тем большую мощность развивает двигатель.
Такт сжатия (рис. 3.3, б). После заполнения цилиндра горючей смесью при дальнейшем вращении коленчатого вала поршень перемещается от НМТ к ВМТ. Впускной клапан 4 закрывается, а выпускной 6 закрыт. По мерс сжатия горючей смеси температура и давление ее повышаются. В зависимости от степени сжатия давление в конце такта сжатия может составлять 0,8... 1,8 МПа. а гемнература газов — 400...550°C.
Такт расширения, или рабочий ход (рис. 3.3, в). В конце такта сжатия горючая смесь воспламеняется от электрической искры, возникающей между электродами свечи 5, и быстро сгорает, в результате чего температура и давление образующихся газов резко возрастают, поршень при этом перемещается от ВМТ к НМТ. Максимальное давление газов на поршень при сгорании для карбюраторных двигателей находится в пределах 3,5...5,0 МПа, а температура газов — 2 300...2 400 °C.
При такте расширения шарнирно связанный с поршнем шатун 8 совершает сложное движение и через кривошип передаст вращение коленчатому валу. При расширении газы совершают полезную работу, поэтому ход поршня при этом такте коленчатого вала называют рабочим ходом. В копне рабочего хода поршня давление в цилиндре составляет 0.30...0,65 МПа, а температура — 900... I 200°C.
Такт выпуска (рис. 3.3, г). Коленчатый вал 9 через шатун перемещает поршень от НМТ к ВМТ. При этом выпускной клапан 6 открыт и продукты сгорания выталкиваются из цилиндра в атмосферу через выпускной трубопровод 7. В начале процесса выпуска продуктов сгорания давление в цилиндре значительно выше атмосферного, но к концу такта оно падает и составляет 0,105... 0,120 МПа. а температура газов в начале такта выпуска составляет 750...900 °C, в конце — 500...600 °C. Полностью очистить цилиндры двигателя от продуктов сгорания практически невозможно (слишком мало времени), поэтому при последующем впуске свежей горючей смеси она перемешивается с остаточными отработавшими газами и называется рабочей смесью.
По отношению к рабочему ходу такты впуска, сжатия и выпуска являются вспомогательными.
Рабочие циклы четырехтактного дизеля и карбюраторного двигателя существенно различаются по способу смесеобразования и воспламенения рабочей смеси. Основное отличие состоит в том, что в цилиндр дизеля при такте впуска поступает не горючая смесь, а воздух, который из-за большой степени сжатия нагревается до высокой температуры, а затем в него впрыскивается мелкораспы-iennoe топливо, которое под действием высокой температуры воздуха самовоспламеняется.
29
Рис. 3.4. Рабочий цикл четырехтактного дизеля
В четырехтактном дизеле (рис. 3.4) рабочие процессы происходят следующим образом.
Такт впуска (рис. 3.4, а). При движении поршня 2 от ВМ Г к НМТ вследствие образующегося разрежения из воздухоочистителя 4 в полость цилиндра 7 через открытый впускной клапан 5 поступает атмосферный воздух. Давление воздуха в цилиндре составляет 0,08...0,95 МПа, а температура — 40...60°C.
Такт сжатия (рис. 3.4, б). Поршень движется от НМТ к ВМТ. Впускной 5 и выпускной 6 клапаны закрыты, вследствие этого перемещающийся вверх поршень 2 сжимает имеющийся в цилиндре воздух. Для воспламенения топлива необходимо, чтобы температура сжатого воздуха была выше температуры самовоспламенения топлива. Из-за высокой степени сжатия температура воздуха составляет 550...700°C при давлении воздуха внутри цилиндра 4...5 МПа.
Такт расширения, или рабочий ход (рис. 3.4, в). При подходе поршня к ВМТ в цилиндр через форсунку 3 впрыскивается дизельное топливо, подаваемое топливным насосом 1. Впрыскнутое топливо, перемешиваясь с нагретым воздухом, самовоспламеняется, и начинается процесс сгорания, характеризующийся быстрым повышением температуры и давления. При этом максимальное давление газов достигает 6,5... 11,0 МПа, а температура — I 650... I 850 °C. Под действием давления газов поршень 2 перемещается от ВМТ к НМТ. Происходит рабочий ход. Около НМТ давление снижается и составляет 0,3...0,5 МПа, а температура — 700... 900 °C.
30
Такт выпуска (рис. 3.4. г). Поршень переметается от НМТ к ВМТ и чер>ез открытый выпускной клапан 6 отработавшие газы выталкиваются из цилиндра. Давление газа снижается и составляет 0,11 ...0,12 МПа. а температура — 500...700°С. После окончания такта выпуска при дальнейшем вращении коленчатого вала рабочий цикл повторяется в той же последовательности.
3.3. Многоцилиндровые двигатели
Классификация двигателей. На современных автомобилях применяют четырех-, шести-, восьми- и двенадцатицилин 1ровые двигатели, классификация которых построена ио их рабочему объему (табл. 3.1) в определенных пределах, устанавливающих типо-размерность — класс двигателей.
Обозначение модели двигателя составляют первые пять или шесть знаков десяти- или одиннадцатизначного цифрового номера с точкой для базовых моделей между третьим и четвертым, а для модификаций между четвертым и пятым знаками; например, на автомобилях ГАЗ-3110 и -31029 «Волга» устанавливают соответственно двигатели моделей 402.10 и 4021.10, где:
4 — класс двигателя в установленных пределах;
02 — порядковый номер базовой модели двигателя;
1 — модификация базовой модели (при отсутствии модификации этот знак опускается).
Знак «точка» отделяет номер модели (модификации) изделия от номера 10-типовой группы — «двигатель».
Для обозначения марки двигателя кроме цифрового обозначения используют также сокращенное название предприятия-изготовителя, например, ОАО «Заволжский моторный завод» — ЗМЗ или ОАО «Уфимский гавод автомобильных моторов» — УЗАМ.
В табл. 3.1 для отличия бензиновых двигателей от дизелей последними в диапазоне, начиная с 6-го класса, даны номера моделей во втором и третьем знаках индекса моделей, начиная с 40, например ЗИЛ-645.10 или КамАЗ-740. К).
Цифровое обозначение модели двигателя представляет собой только составную часть полного обозначения составляющих его узлов и деталей, предусмотренной группой 10 — «двигатель». Полное обозначение двигателя, например, УЗАМ-331.10 в сборе со смазочным насосом имеет десятизначное число — 331.1011052, где после группы 10 указан номер типовой подгруппы 11 — «смазочный насос», а последние три цифры означают номер детали — 052, в данном случае — «крышка корпуса смазочного насоса».
Таким образом, в общем случае после номера группы 10 «двигатель» первые две цифры пятизначного числа указывают номер
31
Таблица 3.1
Классификация и система обозначения двигаюлей
Класс”	Диана юн рабочею объема, ।	Мо, гель двигателя	Рабочий объем,л	Марка автомобиля
2	0,85... 1,1	МеМЗ-245.10	1.090	ЗАЗ-1105 «Таврия», -02288 «Компакт»
	1.1 ... 1,8	УЗАМ-331.10	1.480	Иж-21261, -2126 «Ода»
4	1,8 ...4,0	ЗМЗ-4021.10 ЗМЗ-4062.10	2.445 2,300	ГАЗ-ЗНО, -31105 « Во. । га»
4	1.8...4,0	ЗМ 3-4061.10	2,300	ГАЗ-3302 «ГАЗель»
4	1,8...4,0	ЗМ 3-4063.10	2,300	ГАЗ-2217 «Соболь»
5	4,0...7.0	ЗМЗ-511.10	4,250	ГАЗ-3307
5	4.0...7,0	ЗМ 3-508.10	6,000	ЗИЛ-431410
6	7,0... 10.0	ЗИЛ-645.10	8.740	ЗИЛ-43 31
7	10,0... 15.0	КамАЗ-740.10	10,850	КамАЗ-5320
* К первому классу, orcyiciкующему в данной габлнис, можно отнести двигатель моде.in ВАЗ-11113 «Ока». О тако л а модель двигателя является исключением в системе обоя1ачении и не вписывается в принятую классификацию.
сборочной подгруппы, а последние три цифры — конкретный номер детали по каталогу опасных частей, который является руководящим техническим материалом в том числе при составлении заявок на запасные части.
Компоновочные схемы двигателей. Наиболее распространенные схемы компоновок цилиндров многоцилиндровых двигателей представлены на рис. 3.5. При однорядных схемах компоновки (рис. 3.5, а) оси цилиндров / занимают строго вертикальное положение ( ио двигатели автомобилей ВАЗ-210(> «Жигули», ГАЗ-
Рис. 3.5. Схемы компоновки цилиндров двигателей
<W2 «ГАЗель», ГАЗ-3110 и -3102 «Волга» и др.) или расположены под некоторым углом а к вертикали (рис. 3.5. о), находящимся в пределах 15...20°. что позволяв! уменьшить высоту двигателя и уменьшить «мертвую зону» видимости перед капотом.
На большинстве грузовых автомобилей применяют двухрядную \ образную (под углом |3) компоновку (рис. 3.5. в) цилиндров /
Рис. 3.6. Продольный разрез двигателя ВАЗ-21213:
/ — поддон картера; 2 — коленчатый вал; 3 — блок цилиндров; 4 — вентилятор; 5— цепной привод; 6 — воздушный фильтр; 7— крышка головки цилиндров; 8 — распределительный вал; 9 — головка цилиндров; 10 — поршень; // — шатун; 12 — маховик
33
(это двигатели автомобилей ЗИЛ-431410, КамАЗ-5320, MA3-5335, «Урал-4320», ГАЗ-3309 и ГАЗ-3307).
Наряду с этим применяется также и оппозитная компоновка (рис. 3.5, г) под углом у= 180 с противолежащими цилиндрами 1. Двигатели с таким расположением цилиндров иногда называют оппозитными, они удобно располагаются под полом кузова, на-
Рис. 3.7. Поперечный разрез V-образного дизеля ЗИЛ-645:
/ — маслозаливная пробка; 2 — форсунка; 3 — топливопровод высокого давления; 4— впускной газопровод; 5— штанга коромысла; 6 — крышка клапанов; 7 — впускной клапан; 8 — головка цилиндров; 9 — выпускной газопровод; 10 — поршень; // — компрессионное кольцо; 12 — блок цилиндров; 13 — маслосъемное кольцо; 14— резиновое уплотнение; 15 — шатун; 16 — картер; 17— колен-чатый вал; 18 — фильтр гонкой очистки масла; 19 — гильза цилиндра; 20 — пружина клапана; 21 — выпускной клапан; 22 — коромысло
34
пример двигатели РАБА-МАН в автобусах «Икарус-260», «Икарус-280».
Многоцилиндровые двигатели (рис. 3.6, 3.7) состоят как бы из нескольких одноцилиндровых двигателей, конструктивно обь-< пшенных в одно целое и имеющих один общий коленчатый вал. Г гаком двигателе за два оборота коленчатого вала рабочих ходов будет столько, сколько у него цилиндров, а так как два оборота коленчатого вала соответствуют 720 , то такты рабочего хода бу-i\ । чередоваться через равные угловые интервалы 6 в зависимос-1П 01 числа цилиндров /, следовательно, 0 = 720//.
Например, в четырех-, шести- и восьмицилиндровых твигатс-1ях рабочие ходы происходят соответственно через 180; 120 и 90” поворота коленчатого вала. В каждом цилиндре указанных двигателей происходит один и тот же рабочий процесс, но одноименные такты происходят в разные моменты времени, при этом чередование тактов в цилиндрах двигателей выбирают так, чтобы обеспечить равномерное распределение нагрузки на подшипники коленчатого вала и плавную работу двигателя. Последовательность чередования одноименных тактов в цилиндрах двигателя в течение его рабочего цикла называется порядком работы двигателя. Принято указывать порядок работы двигателя по чередованию (актов рабочего хода, начиная с первого цилиндра.
Порядок работы двигателя во многом зависит от типа двигате-1Я и числа цилиндров. Так, у коленчатого вала рядного четырех-пплиндрового двигателя (рис. 3.8, а) кривошипы расположены попарно под углом 180”, два крайних — пол углом 180° к двум  реднг м. Соответственно поршни цилиндров / и 4 при работе дви-гателя перемещаются одновременно в одном направлении, а поршни цилиндров 2 и 3 — в противоположном. Порядок работы четырехцилиндровых двигателей может быть 1—3— 4—2 (двигатели
Рис. 3.8. Схемы кривошипно-шатунного механизма рядных двигателей: а четырехцилиндрового; б — шести цилиндрового; 1—6— цилиндры; I—VI — кривошипы коленчатого вала соответственно цилиндров 1 — 6
35
Таблица 3.2
Чередование тактов в двигал еле с порядком работы 1—3— 4—2
Полуоборот коленчатого вала	У го । поворота коленчатою вала.	Цилиндр			
		1-й	2-й	3-й	4-й
Первый	0...180	Рабочий ход	Выпуск	Сжатие	Впуск
Второй	180... 360	Выпуск	Впуск «г	Рабочий ХОЛ	Сжатие
Гретин	360... 540	Впуск	Сжатие	Выпуск	Рабочий ход
Четвертый	540... 720	Сжатие	Рабочий ход	Впуск •г	Выпуск
автомобилей семейств ВАЗ, ИЖ-21261 и др.) или 1—2—4—3 (двигатели автомобилей ГАЗ-31029. -3110 «Волга», ГАЗ-3302 «ГАЗсль» и их модификаций). Чередование тактов в двигателе показано в табл. 3.2. Четырехцилиндровый двигатель может иметь и другой порядок работы при том же расположении кривошипов коленчатого вала, но при другом порядке открытия и закрытия клапанов, что зависит от конструкции механизма газораспределения.
В шестицилиндровом рядном двигателе шатунные шейки коленчатого вала (рис. 3.8, б) расположены попарно в трех плоскостях. Такты во всех цилиндрах двигателя в соответствии с расположением кривошипов начинаются и кончаются не одновременно, как в четырехцилиндровом двигателе, а смешаются в одной парс цилиндров относительно другой на угол 120 . и. следовательно, рабочие ходы перекрываются на 1/3 хода поршня, обеспечивая гем самым более равномерное вращение коленчатого вала. Наиболее распространенным порядком работы карбюраторного шести цилиндрового рядного двигателя является /—5—3—6—2—4.
Для шести цилиндровых дизелей наиболее совершенным является V-образный вариант двигателя с развалом цилиндров под углом 90 (рис. 3.9. а) и с порядком работы 1—4—2—5—3—6 (дизель ЯМЗ-236М2). Широкое распространение дизелей и карбюраторных двигателей с V-образным расположением цилиндров является следствием преимуществ компоновочных схем этого типа но сравнению с компоновочными схемами рядных двигателей.
К преимуществам таких двигателей следует отнести их меньшую высоту и габаритную длину, что даст возможность улучшить компоновку автомобиля в целом.
Недостатками V-образных двигателей являются более сложная отливка блока и увеличение его габаритной ширины по сравнению с рядным двигателем.
36
Т а б л и ца 3.3
Чередование тактов в восьмицилиняровом V-образном двигателе с порядком работы 1—5—4—2— 6—3—7—8
11олу оборот ко icnna-loi о вала	УГОЛ поворота коленча гого вала.	Цилин ip							
		Правый ряд				Левый ря 1			
		1 -и	2-Й	3-1!	4-й	5-й	6-Й	7-И	8-й
Первый		Рлбо- *1111! ХОЛ	Впуск	Выпуск	Сжатие	Сал тис	Bin ск	Вытек	1 Рабо- I ЧИП хол1
	— 90 —		Сжатие	Впуск		Рабочий хол			Выпуск
Второй	180	Выпуск			Рабочий ХОЛ		Сал । ис	Впуск	
	— 270 —		Рабо- чий ХОЛ	Сж.н ис		Выпуск			Впуск
1 регий	360	Впуск			Выпуск		Рабо чип хол	Саи i ис	
	450		Выпуск	Рабочий ход		Впуск			Сжа гис
Че I Вер-ШИ	540	Сжатие			Впуск		Выпуск	Рабо чип хол	
		 OJU — — 720 —		Впуск	Выпуск		Сжатие			Рабо чип хол
На грузовых автомобилях ЗИЛ-431410. ГАЗ-ЗЗО', КамАЗ-5320 и др. установлены восьмицилиндровые V-образные двигатели (рис. 3.9. о), цилиндры которых расположены в два ряда по ходу автомобиля. Угол развала между рядами цилиндров составляет 90°. Один ряд цилиндров несколько смешен относительно другою ряда.
/Ин г///
Рис. 3.9. Схема кривошипно-шатунного механизма V-образных двигателей:
ii шестииилиндрового; 6— восьмицилиндрового: /— S — цилиндры; /— 1111 — кривошипы коленчатого вала соответственно цилиндров 1—8
37
что обусловлено установкой двух шатунов на каждую шейку коленчатого вала.
На каждой шатунной шейке коленчатого вала установлено по два шатуна, которые связаны с поршнями правого и левого рядов цилиндров.
Чередование тактов в восьми цилиндровом V-образном двигателе с порядком работы /—5— 4—2— 6—3— 7— 8 приведено в табл. 3.3, из которой видно, что при указанном порядке работы рабочие ходы следуют один за другим с перекрытием на */2 хода поршня. Это обеспечивает не только равномерное вращение коленчатого вала, но и уравновешивание сил инерции, возникающих в процессе работы двигателя.
Контрольные вопросы
1.	По каким признакам классифицируются автомобильные двигатели?
2.	Что называется рабочим циклом, как он осуществляется в четырехтактном карбюраторном двигателе?
3.	Как осуществляется рабочий цикл в четырехтактном дизеле?
4.	Что называется степенью сжатия, рабочим объемом цилиндра и литражом двигателя?
5.	Объясните обозначение модели двигателя УЗАМ-331.10.
6.	Назовите один из порядков работы цилиндров четырехцилиндрового двигателя.
Глава 4
КРИВОШИПНО-ШАТУННЫЙ МЕХАНИЗМ
*
4.1.	Блок и головка цилиндров
В состав кривошипно-шатунного механизма двигателя входят (вс группы деталей: неподвижные и подвижные. К неподвижным (сталям относятся блок цилиндров, служащий остовом двигателя, цилиндры, головка блока или головка цилиндров и поддон картера. Подвижными деталями являются поршни с кольцами и поршневыми пальцами, шатун, коленчатый вал, маховик.
Блок цилиндров. У V-образных двигателей блок цилиндров (рис. 4.1) представляет собой массивный литой корпус 6, снаружи и внутри которого монтируются все механизмы и системы.
Нижняя часть блока является картером 7, влитых поперечинах которого расположены опорные гнезда для подшипников 2 ко-(енчатого вала. Такую отливку часто называют блок-картсром /.
В средней части блока цилиндров имеются отверстия 3для установки подшипников скольжения под опорные шейки распределительного вала. Плоскость разъема блока может проходить по оси коленчатого вала или быть смещенной относительно нее вниз. К нижней части блок-картера крепится стальной штампованный поддон, служащий резервуаром для масла. По каналам в блоке масло из поддона подается к трущимся деталям двигателя.
На V-образных двигателях (ЗИЛ-508, 3M3-5II, ЯМЗ-238М2 и др.) для повышения жесткости блока цилиндров его плоскость разъема располагают ниже оси коленчатого вала. В отливке блока цилиндров имеется рубашка для жидкостного охлаждения двига-геля, представляющая собой полость <У(рие. 4.1, б) между стенками блока и наружной поверхностью вставных гильз 5. Охлаждающая жидкость подастся в рубашку охлаждения через два канала V (рис. 4.1. а), расположенные по обеим сторонам блока цилиндров. К передней части блока цилиндров крепится крышка распределительных шестерен, а к задней — картер сцепления.
Блоки цилиндров отливаются из серого чугуна (у двигателей автомобилей семейства ЗИЛ, КамАЗ, МАЗ и ВАЗ) или из алюминиевого сплава (у двигателей автомобилей ГАЗ-3307. ГАЗ-3110 «Волга», ИЖ-2126 «Ода»).
Рабочая поверхность цилиндров (рис. 4.2) является направляющей при движении поршня и вместе с ним и головкой блока цилиндров образует замкнутое пространство, в котором происхо-
39
4
Рис. 4.1. Блок цилиндров V-образного двигателя: а — общий вид; б — вид сзади
дит рабочий цикл двигателя. Для плотного прилегания поршня и поршневых колец к цилиндру и уменьшения сил трения между ними внутреннюю полость цилиндров тщательно обрабатывают с высокой степенью точности и чистоты, поэтому она называется зеркалом цилиндра.
Рис. 4.2. Схемы цилиндров двигателей:
а — с короткой сухой вставкой; б — с сухой гильзой; в—д — с мокрыми I иль зам и
40
Рис. 4.3. Формы камер сгорания карбюраторных двигателей: а — полусферическая; б — полуклиноиая; в — смешанная
На зеркале цилиндров большинства двигателей наносят мел-> \ ю сетку для лучшего удержания смазочного материала.
Цилиндры могуч быть отлиты как одно целое со стенками ру-башки охлаждения 2 (рис. 4.2, а) или изготовлены отдельно от блока / в виде вставных гильз. Последние подразделяются на сухие гильзы 5, запрессованные в расточенный блок (рис. 4.2. о), и сменные мокрые гильзы 7(рис. 4.2, в, д), омываемые с наружной стороны охлаждающей жидкостью.
При ci орании рабочей смеси верхняя часть цилиндров сильно нагревается и подвергается окислительному воздействию продуктов < ।орания, поэтому в верхнюю часть блока цилиндров или гильз, как правило, запрессовывают короткие вставки 3 — сухие гильзы длиной 40...50 мм (у двигателей автомобилей ЗИЛ-431410, I \ 1-3307 и др.). Вставки изготовляют из легированного чугуна, обладающего высокой износо- и коррозионной стойкостью.
При установке мокрой гильзы се бург 6 (см. рис. 4.2. в) выступаем над плоскостью разъема на 0,02...0,15 мм. Это позволяет уплотнять ее, зажимая бурт через прокладку 4 между блоком и юювкой цилиндров. В нижней части гильза уплотняется двумя резиновыми кольцами <У (у двигателей ЗИЛ-508, ЯМЗ-236М2, КамАЗ-740 и др.) или медными прокладками 9. установленными по горцу нижнего пояса гильзы (у двигателей автомобилей семейств ГАЗ, ИЖ и др.). Преимущественное применение вдвига-шлях мокрых гильз связано с тем, что они обеспечивают лучший «ивод теплоты. Это повышает работоспособность и срок службы ic гелей цилиндропоршневой iруины, при этом снижают затра-И.1, связанные с ремонтом двигателей в процессе эксплуатации.
41
Головка цилиндров. В головке цилиндров размешены камеры сгорания 3 (рис. 4.3), в которых установлены клапаны 1, свечи зажигания 2 или форсунки в дизелях. На головке цилиндров кренятся делали и узлы привода клапанного механизма. Значительное влияние па процесс смесеобразования как в карбюраторных двигателях, так и в дизелях имеют формы камер сгорания. В карбюраторных двигателях большое распространение получили полусферические. полуклиновыс и смешанные камеры сгорания.
Двигатели с рядным расположением цилиндров имеют одну обшую головку цилиндров, двигатели с V-образным расположением цилиндров — две (двигатели ЗИЛ-508, ЗМЗ-511 и др.) или четыре — по одной на каждые три цилиндра (дизель ЯМЗ-240М2).
Рис. 4.4. Головка цилиндров V-образного двигателя:
а — вид со стороны камер сгорания; б — вид со стороны коромысел
\ двигателей автомобилей КамАЗ каждый цилиндр снабжен от-ьлытой головкой цилиндра.
На рис. 4.4 показана головка цилиндра двигателя ЗИЛ-508, с внутренней стороны которой находятся камеры сгорания /со вставными седлами 2 выпускных клапанов, седлами 4 впускных клапанов и с отверстиями 3 для свечей зажигания 8. На одной боковой поверхности сделаны каналы б для подвода горючей смеси и каналы 5 для циркуляции охлаждающей жидкости, а на другой — каналы 7для отвода отработавших газов. В каждой камере сгорания имеются отверстия для запрессовки направляющих втулок । тапанов. Плоскост ь разъема между каждой головкой и блоком цилиндров уплотняют сталеасбестовыми прокладками.
Головка цилиндров крепится к блоку при помощи шпилек с гайками или болтами 9. Гайки пли болты головки цилиндров затягивают равномерно в определенной последовательности с установленным для каждого двигателя моментом затяжки.
4.2.	Поршневая группа и шатуны
Поршень. При такте рабочего хода поршень воспринимает дав-тение газов и передаст его через шатун на коленчатый вал двигателя. Поршень состоит из трех основных частей (рис. 4.5): днища 5, уплотняющей части б с проточенными в ней канавками для поршневых колец и юбки 7, поверхность которой соприкасается с зеркалом цилиндра. Днище поршня вместе с внутренней поверхностью головки цилиндра, образующее камеру сгорания, непосредственно воспринимает давление газов: оно может быть плоским (двигатели ЗИЛ-508, ЗМЗ-51 i), выпуклым (на ряде двигатс-1сй автомобилей семейства ИЖ) и фасонным (дизели ЗИЛ, ЯМЗ, КамАЗ).
Рис. 4.5. Поршни:
а — карбюраторных двигателей; о — дизелей КамАЗ; в — дизелей ЯМЗ
43
Наибольшее распрос гранен не в карбюраторных двигателях получили плоские днища (рис. 4.5, а), отличающиеся относительной простотой изготовления. Днище 5 и уплотняющая часть б составляют головку поршня, на которой располагаются компрессионные и маслосъемные кольца 3.
Число колец зависит oi типа двигателя и частоты вращения коленчатого вала. Зазор между головкой поршня и стенкой цилиндра находится в пределах 0.4...0,6 мм.
Юбка 7 поршня, имеющая форму конуса овального сечения, является направляющей при его движении в цилиндре. С внутренней стороны она имеет охлаждающие ребра и приливы — бобышки 2 с отверстиями для поршневого пальца 8 (рис. 4.5, б). На юбке поршня ряда двигателей с одной стороны сделаны Т- или П-образные тепловые прорези, предупреждающие заклинивание поршня при нагревании. С этой целью в двигателях автомобилей семейства ВАЗ вместо тепловых прорезей на юбке в головке алюминиевого поршня залита термокомпенсационная стальная пластина, oi раничиваюшая его тепловое расширение.
Для свободного перемещения поршня необходим и зазор между его юбкой и зеркалом цилиндра, который при их нормальном тепловом состоянии (80...95 С) для различных моделей двигателей равен 0.04...0.08 мм.
Для предотвращения задиров поршня при нагреве па его поверхности около торцов поршневого пальца делают местные углубления — холо дильники / (см. рис. 4.5, а), которые также способствуют отводу тепла от поршня и улучшают условия его смазывания.
В дизелях с непосредственным впрыском (дизели КамА J-740, ЯМЗ-236М2, ЯМЗ-238М2) в днище поршня располагается камера сгорания (см. рис. 4.5. б. в), а юбка поршня имеет также форму конуса овального сечения, но без прорезей, что придаст ей необходимую прочность. Кроме того, в нижней части юбки поршня отдельных двигателей (КамАЗ-740, ВАЗ-2109) имеются боковые выемки для прохода противовесов ко. 1снчатого вала.
Чтобы уменьшить силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс, поршни, как правило, и уготовляют из легких крсм-писто-алюминиевых сплавов для уменьшения их массы. При сборке двигателя подбирают поршни, масса которых нс отличается более чем на 3...7 г.
На днище поршня действуют высокие температуры, поэтому для повышения износостойкости первой канавки поршня пол верхнее поршневое кольцо устанавливают чугунную кольцевую вставку (у двигателей ЗИЛ-508. КамАЗ-740 и др.).
При переходе поршня через ВМТ он смешается в боковом направлении от одной стенки цилиндра к другой, что сопровождается стуками. Для их устранения на двигателях автомоби-
44
leii ЗИЛ-431410, ГАЗ-3307. ИЖ-2126 «Ода» и других ось отвср-С1пя под поршневой палец смешена на 1.5...2,0 мм от диаметральной плоскости поршня в правую сторону двигателя (по ходу 1вижения автомобиля).
Поршни в цилиндры следует устанавливать так, чтобы боковое давление во время рабочего хода испытывала та часть поршня, где нет тепловых прорезей. С этой целью на днище поршня юлают метку 4 (см. рис. 4.5, а) или стрелку, которые при установке поршня в цилиндр должны быть обращены к передней части двигателя.
Поршневые кольца. Основная функция поршневых колец — уплотнение камеры сгорания и обеспечение герметичности со-слинения поршень —цилиндр—канавки. Кроме того, при сгорании рабочей смеси значительное количество теплоты поглощается поршнем и отводится от него поршневыми кольцами.
Конструктивно поршневое кольцо (рис. 4.6) представляет со-поп плоскую разрезную пружину с зазором, который называется шиком. Замок позволяет устанавливать кольца на поршень и обеспечивает свободное расширение их при нагревании в процессе работы двигателя. Поршневые кольца делятся на компрессионные и маслосъемные.
Компрессионные кольца 2 (рис. 4.6. а) подбирают с определенным зазором (0.02...0,07 мм) по высоте к канавке поршня. При становке поршня в цилиндр кольца сжимаются до небольшого и юра в замке и плотно прилегают к поверхности цилиндра, что
Рис. 4.6. Поршневые кольца:
а — типы поршневых колец; б — расположение колец на поршне
45
предотвращает прорыв газов в картер двигателя и попадание масла со стенок цилиндра в камеру сгорания.
Маслосъемное кольцо 3 снимает излишки масла со стенок цилиндра и отводит его в поддон картера.
Поршневые кольца изготовляют из легированного чугуна, а для двигателей с большими динамическими нагрузками — из специальной стали.
Поверхность верхнего компрессионного кольца для повышения износостойкости подвергают пористому хромированию, а остальные кольца для ускорения приработки покрываю! тонким слоем олова или молибдена.
Чугунное маслосъемное кольцо 3 отличается от компрессионного с прорезями /для прохода .масла. В канавке поршня под маслосъемное кольцо сверлят один или два ряда отверстий для отвода масла внутрь поршня.
На многих двигателях применяют стальные составные маслосъемные кольца. Например, в двигателе ЗИЛ-508 на каждый поршень устанавливают три компрессионных кольца и одно составное маслосъемное. Составное маслосъемное кольцо разборное, оно состоит из двух стальных кольцевых дисков 4 и двух расширителей: осевого 5 и радиального 6.
Компрессионные кольца в канавках поршня и в чугунной вставке 8 (рис. 4.6, б) располагают так, чтобы выточки 9 на внутренних цилиндрических поверхностях колец были обращены вверх, в сторону днища поршня. Наружная поверхность нижнего компрессионного кольца 7 имеет небольшую конусность, большее основание которого обращено вниз, что способствует лучшему уплотнению соединения поршень—цилиндр.
У большинства двигателей зазор в замках двух верхних компрессионных колец и чугунного маслосъемного составляет 0,25... 0,60 мм, в нижнем компрессионном кольце — 0,15...0,40 мм, а в замке кольцевых дисков составного маслосъемного кольца — 0,8... 1,4 мм.
При наличии чугунного маслосъемного кольца замки всех колец при установке их на поршень располагают по окружности под углом 90°. При установке стального составного маслосъемного кольца на равные угловые интервалы смещаются только замки компрессионных колец.
Поршневой палец. Для шарнирного соединения поршня с верхней головкой шатуна служит поршневой палец. Через пальцы передаются значительные усилия, поэтому их изготовляют из легированных или углеродистых сталей с последующей цементацией или закалкой ТВЧ (токами высокой частоты). Поршневой палец // (рис. 4.7) представляет собой толстостенную трубку с тщательно отшлифованной наружной поверхностью, проходящую через верхнюю головку шатуна и концами опирающуюся на бобышки / поршня 2.
46
Но способу соединения с шатуном и поршнем пальцы делятся па плавающие и закрепленные (обычно в головке шатуна). Наи-(юльшее распространение получили плавающие поршневые пальцы, которые свободно поворачиваются в бобышках и во втулке 13. ушановленной в верхней головке шатуна. Осевое перемещение поршневого пальца ограничивается стопорными кольцами 10. расположенными в выточках бобышек поршня.
При работающем двигателе в бобышках поршня возможны сзуки Пальцев из-за различного коэффициента линейного расширения алюминиевого сплава и стали.
(ля устранения этого явления палец в бобышках устанавлива-кн с натягом 0,005...0.015 мм при температуре поршня 8О...9О°С, по обеспечивает поддержание нормального теплового зазора <0 01 ...0.03 мм) в этом сопряжении на всех режимах работы дви-1.НСЛЯ,
Шатун. Назначение шатуна — соединение поршня с кривошипом коленчатого вала и обеспечение при такте рабочего хода передачи усилия от давления газов на поршень к коленчатому налу, а при вспомогательных тактах (впуск, сжатие, выпуск), наоборот, от коленчатого вала к поршню. При работе двигателя in.пун совершает сложное движение: движется возвратно-посту-
47
пательно вдоль оси цилиндра и качается относительно оси поршневого иальна.	/
Шатун (см. рис. 4.7) штампуют из лс< ированной или углеродистой стали. Шатун состоит из стержня !4 двутаврового сечения, верхней головки /2, нижней головки 8 и крышки 7. В стержне 14 шатуна при принудительном смазывании плавающего поршневого пальца (в основном у дизелей) сверли гея сквозное отверстие — масляный канал.
Нижнюю головку 8, как правило, делают разъемной в плоскости, перпендикулярной к оси шатуна. В тех случаях, когда нижняя головка имеет рачительные размеры и превышает диаметр цилиндра (у дизелей ЯМЗ), плоскость разъема головки делают под углом (косой срез), что позволяет уменьшить радиус окружности. описываемой нижней частью шатуна, и упрощает его установку в цилиндр при сборке.
Крышка шатуна изготавливается из той же стали, что и шатун, и обрабатывается совместно с нижней головкой, поэтому перестановка крышки с одного шатуна на другой не допускается. На шатунах и крышках с пой целью делают метки. Чтобы обеспечить высокую точность при сборке нижней головки шатуна, его крышку /фиксируют шлифованными поясками болтов 9, которые затягивают гайками 5и стопорят шплинтами били шайбами. В нижнюю головку устанавливают шатунный подшипник в виде тонкостенных стальных вкладышей 15, которые с внутренней стороны покрыты слоем антифрикционного сплава.
От осевого смещения и провертывания вкладыши удерживаются выступами (усиками) 16, которые входят в канавки нижней головки шатуна и его крышки. В нижней головке шатуна и во вкладыше делается отверстие 4 для периодического выбрызгивания масла на зеркало цилиндра или на распределительный вал (у двигателей ЗИЛ-508. ЗМЗ-511 ВАЗ-2109).
Для лучшей уравновешенности кривошипно-шатунного механизма разница в массе шатунов не должна превышать 6 г. В V-об-разных двигателях на каждой шатунной шейке коленчатою вала расположены два шатуна. В этих двигателях для правильной сборки шатунно-поршневой группы поршни и шатуны устанавливают строго по меткам.
На крышке и стержне шатуна дизеля КамАЗ-740 метки выбивают в виде трехзначных номеров. Кроме того, на крышке шатуна выбивают порядковый номер цилиндра. Так, у двигателя ЗИ. 1-508 метка на днище поршня 12 (см. рис. 4.8) должна быть направлена к передней части двигателя. При этом метка на шатуне для левого ряда цилиндров должна быть направлена в одну сторону с меткой на поршне, а метка на шатуне // для правого ряда цилиндров должна быть направлена в противоположную сторону относительно метки на поршне.
48
4.3.	Коленчатый вал и маховик
Коленчатый вал. Коленчатый вал воспринимает силу отдавле-нп । газов на поршень и силы инерции возвратно-поступательно движущихся и вращающихся масс кривошипно-шатунного меха-пи зма.
( илы, передающиеся поршнями на коленчатый вал, создают крутящий момент, который при помощи трансмиссии передастся ti.i колеса автомобиля.
Коленчатый вал изготовляют штамповкой из легированных сталей или отливают из высокопрочных магниевых чугунов (дви-। не ли ЯМЗ, ЗМЗ, ВАЗ и др.).
Коленчатый вал (рис. 4.8) состоит из коренных А'и шатунных шеек 7, противовесов 29, заднего конца с отверстием для установки шарикового подшипника /7 ведущего вала коробки пере-11)ч и фланца 19 для крепления маховика, переднего конца, па котором установлен храповик 2 пусковой рукоятки, шестерня 30 i.i юраспрслслеппя и шкив 7 привода вентилятора, жидкостного насоса и генератора.
Шатунные шейки 7со щеками 9образуют кривошипы. Для раз-ip\ 1ки коренных подшипников от центробежных сил служат про-
Рис. 4.8. Коленчатый вал и маховик:
шкив; 2— храповик; 3 — маслоотражатель; 4 — упорная шайба; 5 — упорное । и шпо; 6— вкладыш коренного подшипника; 7 — шатунная шейка; 8 — коренная шейка: 9 — щека: Ю — смазочный канал; // — шатун; /2— поршень; 13 — । пшпые отверстия; 14— мае лосбрасываюший гребень; 15— маслоотгонная капни а; 16 — зубчатый венец маховика; /7—шариковый подшипник; 18—сальник;
фланец; 20 — болт; 21 — маховик; 22— ре ивовая прокладка; 23 — деревянные уплотнители; 24 — крышка подшипника; 25 — масляная полость; 26 — и |ушка; 27 — выступ: 28 — слой антифрикционною покрытия; 29 — противовес; ;0 — шестерня газораспределения; 31 — передний конец коленчатою вала
49
тивовссы 29, которые изготовляют как одно целое со щеками, имеющими каналы 10для подвода .масла, или прикрепляют к ним болтами. Если с обеих сторон шатунной шейки 7 расположены коренные шейки 8, го такой коленчатый вал называют полноопорным.
Полноопорные валы двигателей (ЗИЛ-508, КамАЗ-740, ВАЗ-2110, -2112) отличаются большой жесткостью, что повышает работоспособность кривошипно-шатунного механизма. Число коренных шеек зависит от типа и числа цилиндров двигателя. Так, в четырехцилиндровом двигателе с рядным расположением цилиндров их может быть три или пять, в шестицилиндровых — четыре или семь, в V-образных восьмицилиндровых — пять.
В щеках 9коленчатого вала просверлены наклонные каналы 10 для подвода масла от коренных подшипников к масляным полостям 25, выполненным в шатунных шейках в виде каналов большого диаметра, закрываемых резьбовыми заглушками 26. Эти полости являются грязеуловителями, в которых под действием центробежных сил при вращении коленчатого вала собираются продукты изнашивания, содержащиеся в масле.
Гнезда в блоке цилиндров под коренные подшипники и их крышки 24 растачиваю! совместно, полому при сборке двигателя крышки подшипников необходимо устанавливать по меткам только на свои места. Тонкостенные вкладыши 6 коренных подшипников покрыты таким же антифрикционным сплавом, что и вкладыши шатунных подшипников, и отличаются от последних только размерами. Широкое использование триметаллических сталеалюминиевых и сталесвинцовых вкладышей связано с тем, что слой 28антифрикционного покрытия обладает хорошими противозадирными свойствами. От продольного смещения и проворачивания вкладыши удерживаются выступами 27, входящими в соответствующие пазы в гнездах блока и их крышках.
Осевые нагрузки коленчатого вада в большинстве карбюраторных двигателей воспринимаются упорной шайбой 4 и стальными упорными кольцами 5, залитыми с внутренней стороны анти-фри кш юнны м с плавом.
Осевые нагрузки коленчатою вала дизелей воспринимаются двумя парами упорных полуколец из бронзы или сталеалюмииия, установленных в выточках задней коренной опоры.
Для предотвращения утечки масла из картера двигателя на переднем конце коленчатою вала легковых автомобилей устанавливают самоподжимные сальники и отражатели.
На двигателе ЗИЛ-508 передний конец 3! коленчатого вала уплотнен резиново-каркасным сальником, расположенным в крышке распределительных шестерен, а между шестерней 30 и шкивом / коленчатого вала установлен маслоотражатель 3, отгоняющий масло внутрь картера. Уплотнение заднего конца коленчатого вала обеспечивается графитоасбестовым сальником 18,
50
ра «мешенным в кольцевой канавке гнезда подшипника и его крышке 24, в плоскости разъема которой дополнительно устанавливаются резиновые прокладки 22, а но бокам — деревянные уплотни шли 23. Кроме того, на задней шейке коленчатою вала находятся спиральная маслоотгонная канавка /5 и маслосбрасываю-щий гребень 14, от которых масло отбрасывается через сливные ( тренажные) отверстия 13 в поддон картера.
Маховик. Назначение маховика 21 — обеспечение вывода поршней из мертвых точек, более равномерного вращения коленчатого вала многоцилиндровою двигателя при ею работе на режиме холостого хода, облегчения пуска двигателя, снижения кратковременных перегрузок при трогании автомобиля с места и передачи крутящего момента агрегатам трансмиссии на всех режимах работы двигателя. Маховик изготовляют из чугуна и динамически оллансируют в сборе с коленчатым валом. На фланце /9 маховик центрируется в строго определенном положении с помощью штиф-гов или болтов 20, которыми он крепится к фланцу.
У дизелей ЯМЗ-236М2 и КамАЗ-740 маховик центрируется с помощью двух штифтов и крепится болтами не к фланцу, а непосредственно к коленчатому валу. На обод маховика напрессован початый венен /6. предназначенный для вращения коленчатого нала стартером при пуске двигателя. На торце или ободе маховика многих двигателей наносят метки, по которым определяют ВМТ поршня первого цилиндра при установке зажигания (у карбюра-|орных двигателей) или момента начала подачи топлива (у дизс-1СЙ).
На переднеприводных автомобилях ВАЗ-2110, -2111 и других маховик центрируется цилиндрическим выступом на фланце ко-1снчатого вала и кренится к нему шестью самоконтрящимися белыми, на резьбу которых наносится герметик. Расположение бол-н)н таково, что маховик можно прикрепить к валу только в двух по южениях. На задней плоскости маховика около зубчатого обода имеется установочная метка в виде конусной лунки, которая слупи для определения верхней мертвой точки в первом и четвер-юм цилиндрах.
Для создания импульсов напряжения при положении поршня и ВМТ в ободе маховика запрессован стальной штифт, взаимо-лепствуюший с датчиком распределителя зажигания. Для регулировки момента зажигания на наружной поверхности маховика имеется риска, которую ориентируют по шкале, расположенной и смотровом люке картера сцепления.
При ремонте маховика допускается проточка его рабочей поверхности на глубину нс более I мм для снятия коробления, мелких трещин и задиров. Торцевая проточка маховика на большую ве тчину сопряжена с опасностью его разрыва на нагрузочных режимах работы двигателя.
51
Контрольные вопросы
I.	Перечислите подвижные и неподвижные детали кривошипно-шатунного механизма.
2.	Перечислите основные части поршня и объясните их устройство.
3.	Объясните необходимость установки в двигателях «мокрых» гильз цилиндров.
4.	Какой зазор устанавливается между юбкой поршня и зеркалом цилиндра?
5.	Как устроены шатуны и коленчатый вал?
6.	Для чего служит маховик и как он крепится на коленчатом валу?
Гл а ва 5
МЕХАНИЗМ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ
5.1.	Основные типы механизмов газораспределения
Газораспределительный механизм предназначен для своевременного впуска в цилиндры горючей смеси (карбюраторные шигатели) или очищенного воздуха (дизели) и выпуска отрабо-гавших газов. На поршневых четырехтактных карбюраторных дви-I.целях впуск горючей смеси и выпуск отработавших газов осуществляются клапанами, которые могут иметь нижнее или верхнее расположение. При нижнем расположении клапаны устанавливают в блоке цилиндров, а при верхнем — в головке цилиндров.
Современные двигатели обычно имеют газораспределительные механизмы с верхним расположением клапанов, так как в этом случае камера сгорания получается компактной, улучшается наполнение цилиндров, упрощается регулировка клапанов и значительно уменьшаются потери теплоты с охлаждающей жидкостью ( шигатели автомобилей ЗИЛ-431410. КамАЗ-5320, ГАЗ-3110 «Волга», ВАЗ-2110, -2111 и др.).
В рядных двигателях при верхнем расположении клапанов (рис. 5.1) усилие от кулачка 17распределительного вала передастся толкателю /6, а от него — штанге 15. Штанга через регулировочный винт /V воздействует на короткое плечо коромысла 11. которое, поворачиваясь на оси /2. нажимает своим носком на стержень клапана 2. При этом пружина 6 сжимается, а клапан перемещается вниз, отходит от седла /. обеспечивая в кшисимо-сгн от назначения клапана впуск горючей смеси (воздуха в дизе-1ях) или выпуск отработавших газов. После того как выступ кутка 17 выйдет из-под толкателя 16, клапанный механизм возвращается в исходное положение под действием пружины 6. По-тожение направляющей втулки 3, запрессованной в юловку ци-шпдров 5, фиксируется стопорным кольцом 4, а регулировочного пинта 14— контргайкой 13. Верхний конец стержня клапана за-। реплен сухарями К), установленными в тарелке 8 при помощи втулки 9.
Распределительные валы при верхнем расположении клапанов иогут быть установлены в блоке цилиндров — нижнее расположение (двигатели автомобилей ЗИЛ-431410, -4331, КамАЗ-5320) или на головке блока — верхнее расположение (однорядные двигатели автомобилей семейств ВАЗ. ИЖ-2126 «Ода» и др.).
53
При верхнем расположении распределительного вала (рис. 5.2) отсутствуют толкатели и штанги, вследствие чего уменьшаются масса и инерционные силы клапанного механизма, что даст возможность увеличить частоту вращения коленчатого вала и уменьшить уровень шума при рабою двигателя.
В двигателях заднеприводных автомобилей ВАЗ (рис. 5.2, а) распределительный вал расположен в отдельном картере на головке 2 блока цилиндров и вращается в подшипниках скольжения.
Привод к клапанам /, размещенным в один ряд, осуществляется непосредственно от кулачков 4 распределительного вала через одноплечие рычаги (рокеры) 3. Одним концом одноплечий рычаг опирается на стержень кла-
Рис. 5.1. Схема газораспределительного мех шизма с верхним расположением клапанов
пана, другим — на сферическую головку болта 5 и удерживается на ней при помощи шпилечной пружины 7.
В двигателях автомобилей ИЖ-2126 «Ода» и «Москвич» (рис. 5.2, б) клапаны / расположены в два ряда и приводятся в действие коромыслами 9 от кулачков 4 распределительного вала. Для регулировки теплового зазора в клапанах служит регулировочный болт 5 с контргайкой 6, который связан со сферическим наконечником 8.
В двигателях переднеприводных автомобилей ВАЗ-2109, -2110 и других верхний распределительный вал установлен в отдельном корпусе /0(рис. 5.2, в), расположенном на головке цилиндров 2, в которую запрессованы чугунные седла 14 и направляющие втулки /3 клапанов I. Верхняя часть втулок уплотняется металлорезиновыми маслоотражательными колпачками /2, размещенными внутри двойной пружины.
Клапаны 1 приводятся в действие непосредственно кулачка-
54
Гис. 5.2. Газораспределительные механизмы двигателей с верхним расположением распределительных валов автомобилей:
ВАЗ-2105, -2107 «Жигули»; б — ИЖ-2126 «Ода», -21261; «Москвич»-! 1412; в - ВАЗ-2109, -2110. -2112; г — ГАЗ-3110. -31105 «Волга»
ли /через цилиндрические толкатели /5 без промежуточных pol-ч.нов. В гнездах толкателей находятся шайбы //для регулировки i.uopa h в клапанном механизме.
(вигатсль ЗМЗ-4062 автомобиля ГАЗ-3110 отвечает современному уровню зарубежного двигателестроения. Основной конструк-1ИВНОЙ особенностью его газораспределительного механизма яв-1ИСГСЯ верхнее расположение двух распределительных валов с ус-ыновкой но четыре клапана на каждый цилиндр с гидроголкатс-1ими. Наряду с этим па двигателе внедрена система распределении и (в соответствии с порядком работы) впрыска бензина во нпускную трубу электромагнитными форсунками.
Привод клапанов двигателя ЗМЗ-4062 (рис. 5.2, г) включает в «ебя распределительный вал 4 впускных клапанов / с гидротолка-
55
толями 16 и распределительный вал 17 выпускных клапанов 18 также с гидротолкателями и двойными пружинами /9. Валы установлены в разъемных подшинниках, образованных головкой цилиндров 2 и съемными крышками подшипников, закрепляемых болтами.
На ряде моделей двигателей легковых автомобилей высшего, большого и среднего классов (ЗИЛ-4104, ГАЗ-31105 и др.) в клапанном механизме установлены гидропюлкатели, которые автоматически обеспечивают беззазорный контакт кулачков распределительных валов с клапанами, компенсируя износы сопрягаемых деталей: кулачков, торцов корпусов гидротолкателей, корпуса компенсатора, клапанов, седел и тарелок клапанов.
Типичным примером применения гидротолкателей является двигатель ЗМЗ-4062 автомобиля ГАЗ-3110 «Волга». Стальной корпус 4 гидротолкателя этого двигателя (рис. 5.3) выполнен в виде цилиндрического стакана, внутри которого размещен компенсатор 6 с обратным шариковым клапаном 8. Гидротолкатели устанавливаются в расточенные в головке цилиндров 9 отверстия, между кулачками распределительных валов и торцами клапанов. На наружной поверхности корпуса выполнена канавка и отверстие 3 для подвода масла внутрь гидротолкателя из смазочной магистрали в головке блока цилиндров.
Рис. 5.3. Отсек клапанного механизма с гидрозол кателем двигателя ЗМЗ-4062
56
Компенсатор размещен в направляющей втулке 2, приваренной внутри корпуса гидро юлка геля, и удерживается стопорным кольцом 5.
Компенсатор состоит из поршня 7, опирающегося изнутри па юнышко корпуса гидрона 1яжи геля, и корпуса 6, который опирается на торец впускного или выпускного клапана. Между поршнем и корпусом компенсатора установлена пружина /, раздвигающая их и тем самым выбирающая возникающий зазор. Одновременно пружина / прижимает колпачок обратного шарикового к шпана 8, размещенного в поршне.
Работа гидротолкателя происходит следующим образом: при нажатии кулачком распределительного вала на торец корпуса 4 । пдротолкатсля шариковый клапан 8 закрывается, запирая находящееся внутри масло, которое становится рабочим телом, через । оторос передается усилие от кулачка 10 к стержню 12 и сухарям 11 к шпана, обеспечивая его открытие. При этом поршень /несколько вдвигается в корпус 6 компенсатора и часть масла перетекает ч< ре г зазор в этой плунжерной парс в полость корпуса 4 гидротол-к.иеля.
Когда снимается усилие с гидротолкателя, что происходит при । п рыгни клапана, пружина / компенсатора прижимает поршень 7 II корпус гидротолкателя к цилиндрической части кулачка, выби-|Т1 зазор. При этом шариковый клапан <9открывается, обсспсчи-n.iu перепуск масла в полость компенсатора. При дальнейшем повороте кулачка, когда корпус 4 гидротолкателя сходил с его «за-|ылка» — цилиндрической части, цикл работы iпдротолкатсля повторяется.
5.2.	Механизм газораспределения V-образного двигателя
11а V-образных восьмицилиндровых двигателях применяют верхнее расположение клапанов (рис. 5.4). Нижний распределительный вал таких двигателей, установленный в развале блока, явля- I I общим для клапанов правою и левою рядов цилиндров.
Открытие клапанов 9 (впускного и выпускного), перемещающихся в направляющих втулках 10, происходит под действием « и 1ия, передаваемого от кулачков би 7 через толкатели /9штан-। и /Л и коромысла 14, установленные на осях !3. Закрыли ; клапанов осуществляется под действием пружин /2, нижние концы ко-горых упираются в шайбы //. При наличии у выпускных клапанов Механизма вращения их пружины опираются на опорные шайбы /7 них механизмов. Верхними концами пружины обоих клапанов \||||р.погся в тарелки 20. За два оборота коленчатого вала впускные и выпускные клапаны каждого цилиндра открываются один
57
раз, а распределительный вал за этот период делает один оборот. Следовательно, распределительный вал вращается в 2 раза медленнее коленчатого вала. Поэтому зубчатое колесо / распределительного вала имеет в 2 раза больше зубьев, чем ведущая шестерня коленчатого вала.
Распределительный вал. Распределительный вал изготовляют из стали или специального чугуна и подвергают термической обработке.
Профиль кулачков распределительного вала как впускных 6, так и выпускных 7у большинства двигателей делают одинаковым.
Одноименные (впускные и выпускные) кулачки располагаются в четырехцилиндровом двигателе под углом 90 , в шестицилиндровом — под углом 60’, а в восьмицилиндровом — под углом 45°. При шлифовании кулачкам придают небольшую конусность. Взаимодействие сферической поверхности торца толкателей /9 с конической поверхностью кулачков обеспечивает их поворот в процессе работы.
Начиная с передней опорной шейки 4диаметр шеек уменьшается, что облегчает установку распределительного вала в картере двигателя. Число опорных шеек обычно равно числу коренных подшипников коленчатого вала. Втулки Топорных шеек изготовляют из стали, а внутреннюю поверхность их покрывают антифрикционным сплавом.
Рис. 5.4. Газораспределительный механизм V-образного двигателя
58
На переднем конце распределительного вала расположен экс-1 центрик 5, воздействующий на штангу 24 привода топливного В насоса, а на его заднем конце находится шестерня 28, которая приводит во вращение зубчатое колесо валика 29, расположснно-ю в корпусе 27 привода распределителя зажигания и масляного насоса.
Между зубчатым колесом / распределительного вала и его передней опорной шейкой установлены распорное кольцо 3 упорною фланца 2, крепящегося болтами к блоку и удерживающего н.п от продольного перемещения.
Гак как толщина распорною кольца 3 больше толщины упорною фланца 2, обеспечивается осевой зазор («разбег») распреде-1Н1СЛЫЮГО вала, который должен быть в пределах 0,08...0,21 мм. В отверстии переднего торца распределительного вала (двигатели П1Л-508, 3M3-51I и др.) расположен узел привода центробежною датчика регулятора частоты вращения коленчатого вала, со-< гоящий из валика 22, пружины 21 и шайбы 25, закрепленных юльцом 23.
Привод распределительного вала. Распределительный вал приводи гея в движение при помощи зубчатой или цепной передачи (рис. 5.5).
Механизм газораспределения двигателя КамАЗ-7408, устанав-шваемого на автобусах ЛиАЗ-5256, приводится в действие от Be-г. щей шестерни / (рис. 5.5. а), установленной в задней части коленчатого вала, которая через блок промежуточных зубчатых
а	б	в
Рис. 5.5. Типы привода распределительного вала:
а, б — убчатыи; в — цепной
59
колес 2 и 3 связана с зубчатым колесом 4 распределительного вала. Зубчатым колесом 5 топливного насоса высокого давления осуществляется привод шестерни /компрессора и шестерни б привода насоса гидроусилителя рулевого управления.
На двигателях ЗИЛ-508 автомобилей семейства ЗИЛ ведущая шестерня 1 (рис. 5.5, б) установлена на переднем конце коленчатого вала, а ведомое колесо 8 — на переднем конце распределительного вала и закреплено гайкой 26 (см. рис. 5.4).
Зубчатые колеса привода должны входить в зацепление между собой при строго определенном положении коленчатого и распределительною валов, что обеспечивает правильность заданных фаз газораспределения и порядка работы двигателя.
Поэтому при сборке двигателя зубчатые колеса вводятся в ja-цепление по меткам (см. схемы меток на рис. 5.5, а, б) на их зубьях (на впадине между зубьями колеса и на зубе шестерни). Чтобы уменьшить уровень шума зубчатых колес, их изготовляют с косыми зубьями и из различных материалов.
На коленчатом валу устанавливают стальную шестерню, а на распределительном — чугунное (двигатели автомобилей ЗИЛ-431410, MA3-5335) или текстолитовое колесо (двигатели автомобилей ГАЗ-3307, -3302, -2705 «ГАЗель»).
В двигателях легковых автомобилей семейства ВАЗ, ИЖ и других (с приводом на задние колеса) газораспределительный механизм приводится в действие от коленчатого вала двухрядной втулочно-роликовой цепью 12 (рис. 5.5, в), которая соединяет ведущую звездочку 16 коленчатого вала со звездочкой 13 распределительного вала и звездочкой 15валика привода масляного насоса и распределителя зажигания. При резком изменении частоты вращения коленчатого вала появляются колебания ветви цепи, для ее гашения служит пластмассовая колодка 14 (успокоитель). С противоположной стороны колодки 14 размешается башмак // натяжного устройства. Один конец башмака закреплен на оси, а другой соединяется с регулировочным механизмом 10, прижимающим башмак к цепи. Цепь натягивают при помощи гайки 9 регулировочного механизма.
В двигателях переднеприводных легковых автомобилей ВАЗ-2109, -2110 и других привод газораспределительною механизма состоит из двух зубчатых шкивов, установленных на коленчатом и распределительном валах, натяжного ролика и зубчатого ремня. Этим же ремнем приводится во вращение и шкив насоса охлаждающей жидкости.
Основной особенностью такою привода является зубчатый эластичный ремень с зубьями полукруглой формы. Его изготавливают из маслостойкой резины, армированной кордом из стекловолокна. Зубья для повышения износостойкости покрыты эластичной тканью.
60
5.3.	Детали клапанного привода
В газораспределительном механизме с верхним расположением клапанов и нижним расположением распределительного вала клапаны имеют привод через передаточные детали (толкатели, штанги и коромысла).
Толкатели. Назначение толкателей — передача усилия от распределительного вала через штанги к коромыслам. Изготовляют юл катал и из стали или чугуна. Толкатели выполняют цилиндри-•ич кими и рычажно-роликовыми (рис. 5.6). В дизелях ЯМЗ-236М2 и 2'8М2 применяют рычажно-роликовые толкатели качающегося гипа (рис. 5.6, <?), установленные на оси / над распределительным валом. Ролик 2 толкателя Попирается на кулачок распределительного вала. Ось ролика вращается на игольчатых подшинни-। ах, поэтому при перекатывании ролика по кулачку трение сколь-Н сния заменяется трением качения. Сверху на толкатель опирается штанга 4.
В двигателях ЗИЛ-508, ЗМЗ-511 и КамАЗ-740, Д-245.12 приме няют цилиндрические толкатели 7 (рис. 5.6, б), установленные и специальных отверстиях — направляющих. У дизеля КамАЗ-740 применяются съемные направляющие. Внутренняя полостьтолка-ц ля имеет сферическую поверхность 8 под штангу и отверстие 9 । 11 слива масла. Для повышения работоспособности торцовую поверхность /Остальных толкателей в месте соприкосновения с । улачком наплавляют специальным износостойким чугуном.
Штанги. Для передачи усилия от толкателей к коромыслам слу-4.Н штанги, изготовляемые из стального прутка с закаленными китами (двигатель ЗИЛ-508) пли из дюралюминиевого стержня । ппнатсли ЗМЗ-511 и -4021) со стальными сферическими наконечниками.
В дизелях ЯМЗ и КамАЗ, Д-245.12 штанги 4 (см. рис. 5.6, б) и*лают обычно из стальной трубки.
11а концах штанг напрессовывают стальные сферические наконечники //, которыми они с одной стороны упираются в сферические поверхности регулировочных винтов 5(см. рис. 5.6. «). ввернутых в коромысла б, а с другой — в толкатели.
коромысла. Для передачи усилия от штанги к клапану служит коромысло, представляющее собой неравноплечий рычаг, изго-1ОНТСИНЫЙ из стали или чугуна. Плечо b коромысла примерно в I ' раза больше плеча а. Наличие длинного плеча коромысла не юлько уменьшает ход голкагеля и штанги, но и снижает силы инерции, возникающие при их движении, что способствует по-। ышению долговечности деталей привода клапанов.
Коромысла карбюраторных двигателей расположены на обшей полой оси 13 (см. рис. 5.4), в конце которой запрессованы заглуш-। и чю позволяет подводить масло к бронзовым втулкам коромы-
61
6
Рис. 5.6. Детали привода клапанов дизелей: а - ЯМЗ; б - КамАЗ
сел и к сферическим наконечникам регулировочных болтов 75. Оси 13 в сборе с коромыслами устанавливают на каждой головке цилиндра с помощью стоек 16. На дизелях оси коромысел выполнены за одно целое со стойками, и каждое коромысло качается на своей оси.
Клапаны. Открытие и закрытие впускных и выпускных каналов, соединяющих цилиндры с газопроводами системы питания, происходят при помощи клапанов. Клапан (рис. 5.7, а) состоит из
62
и щекой головки 16 и стержня 7, соединенных между собой плавным переходом. Для лучшего наполнения цилиндров горючей смс-। Ын диаметр головки впускного клапана делают значительно больше, чем диаметр выпускного.
1 ак как клапаны работают в условиях высоких температур, их нноювляюг из высококачественных сталей. Впускные клапаны л» । hoi из хромистой стали, выпускные — из жаростойкой, так । и последние соприкасаются с горячими отработавшими газами II moi ут иметь температуру 600...800°C. Высокая температура нами на клапанов вызывает необходимость установки в головке ци->11111 гров специальных вставок /5 из жаропрочного чугуна, кото-рыс называются седлами. Применение вставных седел повышает рог службы головки цилиндров и клапанов.
Для плотного прилегания головок клапанов к седлам их рабочие поверхности делают коническими в виде тщательно обрабо-ппшых фасок (под углами 45 или 30°).
< гержни / клапанов имеют цилиндрическую форму. Они перемешаются в чугунных или металлокерамических направляющих тулках 2. запрессованных в iоловку блока. На конце стержня про-к»чспы цилиндрические канавки иод выступы конических суха-I». и К), которые прижимаются к конической поверхности тарел-1г " под действием пружины 8.
рис. 5.7. Выпускной клапан двигателя автомобилей ЗИЛ-4314, -4333 с механизмом вращения:
выпускной клапан, установленный на головке цилиндров; б, в — соответ-। ни Лио начальное и конечное рабочие положения механизма вращения клапана
63
В дизелях ЯМЗ, КамАЗ и в двигателях автомобилей семейств ГАЗ, ИЖ, ВАЗ для улучшения резонансной характеристики, повышения работоспособности газораспределительного механизма клапаны прижимаются к седлам нс одной, а двумя пружинами. В этом случае направление витков пружин делается различным, чтобы при поломке одной из пружин ее витки не попадали между витками другой и не нарушалась безотказная работа клапанного механизма.
На впускных клапанах под опорные шайбы или в верхней части направляющих втулок (у двигателей ЗИЛ. КамАЗ. ЗМЗ) устанавливают резиновые манжеты или колпачки 7 (см. рис. 5.1), которые при открытии клапанов плотно прижимаются к его стержню и к направляющей втулке, вследствие чего устраняется возможная утечка (подсос» масла в цилиндры через за юр между втулкой и стержнем клапана (при такте впуска).
В двигателях ЗИЛ-508 и ЗМЗ-511 для лучшего отвода теплоты от выпускных клапанов введено натриевое охлаждение. С этой целью клапан делают полым и его полость заполняют на /4 объема металлическим натрием /3(см. рис. 5.7. а). Натрий имеет высокую теплопроводность и плавится при температуре 98 ’С. Во время работы двигателя расплавленный натрий омывает внутреннюю полость клапана, при этом теплота от его головки передается к стержню и через направляющую втулку и головку цилиндров отводится к охлаждающей жидкости.
В клапанном приводе двигателей ЗМЗ (см. рис. 5.1) кроме сухарей 10 и тарелки 8 имеется коническая втулка 9, плотно охватывающая сухари и соприкасающаяся с тарелкой 8 узким кольцевым пояском. Вследствие этого уменьшается трение в этом соединении, и клапан может проворачиваться под действием усилия. передаваемого через коромысло. Последнее способствует снятию нагара с головки и седла клапана и предотвращает их обгорание.
Для этой же цели выпускные клапаны V-образных карбюраторных двигателей ЗИЛ имеют механизм принудительного вращения. который состоит из корпуса 4(см. рис. 5.7, а. б), расположенного в углублении головки цилиндра 14 на направляющей втулке 2, закрепленной замочным кольцом 3, пяти шариков 5, установленных вместе с возвратными пружинами 12 в наклонных пазах корпуса, опорной шайбы 6 и конической дисковой пружины 11. Пружина //и шайба 6свободно надеты на выступ корпуса и закреплены на нем замочным кольцом 7.
При закрытом клапане, когда усилие пружины 8 невелико (см. рис. 5.7, б), дисковая пружина //выгнута наружным краем вверх, а внутренним упирается в заплечики корпуса 4. При этом шарики 5 в конических пазах корпуса отжаты пружинами 12 в крайнее положение.
64
Когда клапан начинает открываться, усилие пружины <¥возра-• гнет, в результате чего дисковая пружина // выпрямляется и передает усилие пружины <У на шарики 5, которые, перекатываясь ио наклонным пазам корпуса, поворачивают дисковую пружину //, опорную шайбу 6, клапанную пружину <! и сам клапан относительно его первоначального положения.
Во время закрытия клапана усилие клапанной пружины ^уменьшается, при этом дисковая пружина 11 прогибается до своего исходного положения и освобождает шарики 5, которые под дей- гнием пружин 12 возвращаются в первоначальное положение, подготовляя механизм вращения к новому циклу поворота клапана.
При частоте вращения коленчатого вала около 3 000 об/мин частота вращения выпускного клапана достигает 30 об/мин.
Чтобы обеспечить плотное прилегание головки клапана к сед-HV, необходим определенный тепловой зазор между стержнем । шпана и носком (винтом) коромысла. Тепловые зазоры в клапанах изменяются вследствие их нагрева, изнашивания и нарушении регулировок. Когда зазор в клапанах увеличен, они открываются нс полностью, в результате чего ухудшается наполнение цилиндров горючей смесью и очистка их от продуктов сгорания, .г также повышаются ударные нагрузки на детали клапанного механизма.
При недостаточном зазоре клапаны неплотно садятся на сед-ha, вследствие чего происходят утечки газов, образование нагара I обгоранием рабочих поверхностей седла и клапана. Из-за не-и готной посадки клапанов при такте сжатия рабочая смесь может попадать в выпускной газопровод, а в процессе такта расширения |.пы. имеющие высокую температуру, могут прорываться во впускной газопровод, вследствие чего в них газопроводах возможны х юнки или вспышки, что является признаком неплотной посадки клапанов.
, Для плотного прилегания головки клапана к седлу тепловой и юр устанавливают между носком коромысла // (см. рис. 5.1) и горцом стержня клапана 2 при нижнем расположении распредс-Л и тельного вала (у двигателей ЗИЛ-508, КамАЗ-740. ЗМЗ-511 и ip.) или между рычагом 3 (см. рис. 5.2, а) привода клапана / и Кулачком 4 при верхнем расположении распределительного вала ( гвигателей ВАЗ-2105, -2107).
В двигателях заднеприводных автомобилей ВАЗ тепловой зазор io'Iach быть 0,15 мм как для впускных, так и для выпускных клапанов. При их регулировке отвинчивают контргайку 6(см. рис. 5.2, а) и вращая регулировочный болт 5, устанавливают указанный за-iiip между рычагом 3 и кулачком 4 на двигателе в холодном । остоянии.
В двигателях переднеприводных автомобилей ВАЗ-2109, -2110, -'III зазор h (см. рис. 5.2, в) между кулачками распределительного
65
Рис. 5.8. Проверка и регулировка теплового зазора
вала и регулировочными шайбами должен быть (0.2±0,05) мм для впускных клапанов и (0,35±0.05) мм для выпуск! них. Комплект регулировочных шайб имеет толщину от 3 до 4,25 мм с интервалом через каждые 0,05 мм. Тол-шина шайбы маркируется на ее поверхности.
У двигателей автомобилей ИЖ-2126 «Ода». -21261 и «Москвич»-21412 при верхнем расположении распределительного вала тепловой зазор Л (см. рис. 5.2, о) устанавливают между наконечником 8 регулировочного болта 5 и торцом стержня клапана /.
В непрогретых двигателях ЗИЛ-508. ЗМЗ-511 и дизелей ЯМЗ-238М2 зазор впускных и выпускных клапанов должен быть 0,25...0,30 мм, на дизелях КамАЗ зазор впускных клапанов составляет 0,25...0,30 мм, а у выпускных — 0,35...0.40 мм.
В этих двигателях для регулировки зазора в клапанах (рис. 5.8) служит регулировочный винт 3 с контргайкой 2. ввернутый в коромысло /.
5.4.	Фазы газораспределения
Под фазами газораспределения понимают моменты открытия и закрытия клапанов относительно мертвых точек, выраженные в градусах угла поворота коленчатого вала. Фазы газораспределения изображаются круговыми диаграммами, их подбирают экспериментальным путем при доводке опытных образцов двигателей.
При рассмотрении рабочих процессов ДВС в первом приближении было принято, что открытие и закрытие клапанов происходят в мертвых точках. Однако в действительности открытие и закрытие клапанов нс совпадают с положением поршней в мертвых точках. Это связано с тем, что время, приходящееся на такты впуска и выпуска, очень мало, и при максимальной частоте вращения коленчатого вала двигателя оно составляет тысячные доли секунды. Поэтому если открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов будет происходить точно в мертвых точках, то наполнение цилиндров горючей смесью и очистка их от продуктов сгорания будут недостаточными. В связи с этим моменты открытия и закрытия клапанов в четырехтактных двигателях происходя ! с определенным опережением или запаздыванием относительнс положения поршней в ВМТ и НМТ.
66
Из обшей круговой диаграммы фаз газораспределения (рис. X 9 </) видно, что при такте впуска впускной клапан / (рис. 5.9, г) начинает открываться с опережением, т.е. до подхода поршня в НМ Г. Угол а опережения открытия впускною клапана для двига-ь 1сй различных моделей находится в пределах 10...32’. Закрывается опускной клапан с запаздыванием после прохождения поршнем IIMl (во время такта сжатия). Угол р запаздывания закрытия iliivcKiioro клапана в зависимости от модели двигателя составля- । 10... 85°.
Выпускной клапан 2 (см. рис. 5.9, г) начинает открываться до th1 |\ода поршня к НМТ (во время такта рабочего хода). Угол у (см. рис. 5.9, а) опережения открытия выпускною клапана для различных двигателей колеблется в пределах 40...70 . Закрывается вы-пу< । нои клапан после прохождения поршнем ВМТ (во время такта ипуска). Угол 8 запаздывания закрытия выпускного клапана е<н гавляет 10... 50 .
| н. S ').. Диаграммы (а—в) фаз газораспределения двигателей и положения поршней (г), соответствующие фазам газораспределения:
rt ooiti.Bi четырехтактного; б — ЗИЛ-508; в — КамАЗ-740; а, Р, у. 8 — углы, определяющие моменты открытия и закрытия клапанов
67
Углы опережения и запаздывания, а следовательно, и время открытия клапанов тем больше, чем выше частота вращения коленчатого вала, при которой развивается максимальная мощность двигателя. Правильность установки газораспределения определяется точным зацеплением зубчатых колес (см. рис. 5.5) по имеющимся на них меткам или расположением метки на ведомой звез-дочке против установочного прилива (двигатель ВАЗ-2106) на корпусе подшипников распределительного вала.
Общая круговая диаграмма показывает, что в определенный период времени одновременно открыты впускной и выпускной клапаны. Угловой интервал (а + 8) вращения коленчатою вала, при котором оба клапана открыты, называется перекрытием клапанов, которое необходимо для своевременной и качественной очистки цилиндров от продуктов сгорания.
Из диаграммы фаз газораспределения двигателя ЗИЛ-508 (рис. 5.9, о) видно, что впускной клапан открывается га 31 до прихода поршня в ВМТ, а выпускной клапан закрывается при угле 47 поворота коленчатого вала после ВМТ. следовательно, угол перекрытия клапанов составляет 78°. Открытие выпускного клапана происходит с опережением на 67° до НМТ, а закрытие впускного клапана — с запаздыванием на 83‘ после И МТ. Таким образом, общая продолжительность открытия каждого клапана составляет 294 по углу поворота коленчатого вала двигателя.
Рассмотренные фазы газораспределения двигателя ЗИЛ-508 получены при зазоре в обоих клапанах 0,3 мм (между носком коромысла и торцом стержня клапана). При уменьшении зазора продолжительное гь открытия впускного и выпускного клапанов возрастает, а при увеличении зазора уменьшается.
Контрольные вопросы
1.	Каково назначение газораспределительною механизма? Из каких деталей и узлов он состоит?
2.	Почему распределительный вал вращается в 2 раза медленнее коленчатого вала?
3.	Как устроен распределительный вал V-образного двигателя?
4.	В чем сущность верхнего и нижнего расположения распределительных валов?
5.	Дчя чего необходим зазор в клапанах и посредством чего он регулируется?
6.	Каково назначение, устройство и принцип работы гилротолкателя? Для чего необходим механизм вращения выпускных клапанов и как он устроен у двигателя 5ИЛ-5О8?
8. Что понимается под фазами газораспределения и под перекрытием клапанов?
Гл а в a 6
СМАЗОЧНАЯ СИСТЕМА
6.1. Устройство и работа смазочных систем
Условия смазывания деталей. Главным назначением смазочной < истемы является уменьшение износа трущихся поверхностей и и» хапических потерь на трение за счет равномерной и достаточной подачи масла. Кроме этою, масло отводит от смазываемых поверхностей теплоту и предохраняет их от коррозии. При работе механизмов величина силы трения во многом зависит от качества о(»работки деталей и условий их смазывания.
Работа сопряженных деталей при недостаточном смазывании опровождается большими потерями на трение, повышенным и вышиванием и выделением значительного количества теплоты, В' юдствие чего резко снижается механический КПД двигателя. Це п.зя допускать избыточного сма зывания, так как это приводит । попаданию масла в камеру сгорания, вследствие чего увеличивается нагарообразование наднишах поршней, электродах свечей И клапанах, что приводит к перебоям в работе двигателя, а также к повышенному расходу масла.
Гаким образом, для обеспечения заданного срока службы дви-i нс I I при минимальных потерях на трение в его узлах и механизмах необходимы наивыгоднейшие условия смазывания всех взаимна с йствуюгцих поверхностей подвижных соединений.
В гависимости от условий работы узлов и механизмов двигате-i»i смазочный материал к ним может подводиться несколькими способами, конструктивно объединенными в единую смазочную • in гему. В современных двигателях из-за наличия различных спо-। oihib подачи масла к трущимся поверхностям сопряженных дста-icii смазочная система называется комбинированной, и в ней применяют следующие способы смазывания: под давлением, капельное (разбрызгиваемым маслом) и масляным туманом.
Под давлением, создаваемым смазочным насосом, масло под-। •> инея к коренным и шатунным подшипникам коленчатого вала, । подшипникам опорных шеек распределительного вала, к осям । промысел и верхним наконечникам штанг. В отдельных конст-рм пнях под давлением смазываются втулки верхней головки ша-Ivii.i и поршневые пальцы, а также обеспечивается псрподичсс-м|И подача масла на более нагруженную часть стенки цилиндра •н р । отверстие в нижней головке шатуна.
69
Разбрызгиванием масла и масляным туманом смазываются кулачки распределительного вала, нижние наконечники штанг, направляющие втулки клапанов, механизмы вращения выпускных клапанов, зубчатые колеса газораспределения и другие детали.
Смазочная система дизеля КамАЗ-740 (рис. 6.1). Данная система является типичным примером комбинированной смазочной системы. Заправка дизеля маслом происходит через заливной патрубок, установленный на картере маховика справа. Для периодического контроля за уровнем масла в поддоне 6 картера служит указатель 2/. Особенностью смазочной системы дизеля является то, что в ней имеется два фильтра тонкой очистки: полнопоточный /5, со сменным фильтрующим элементом, и неполнопоточный — центрифуга 19, включенные между собой параллельно.
Рис. 6.1. Смазочная система дизеля КамАЗ-740
70
Двухсекционный смазочный насос, состоящий из нагнетательной // и радиаторной Юсекций, приводится в действие от колен-читого вала.
Секцией // смазочного насоса но каналу в правой стенке блока цилиндров масло подастся в полнопоточный фильтр 13 со сменным фильтрующим элементом гонкой очистки, откуда оно направляется в главную магистраль 14.
Hi главной магистрали по каналам в блоке цилиндров масло поступает к коренным подшипникам коленчатого вала и ио от-псрстиям в его щеках поступает к шатунным подшипникам. Одно-пременно масло по вертикальным каналам в блоке поступает к опорным шейкам распределительного вала и по наклонным канавам к втулкам коромысел, а от них направляется к регулировочным винтам и верхним наконечникам штанг. Стекая через за юры и сопряженных деталях, масло поступает во внутренние полости inrani и, вытекая из них, смазывает толкатели и кулачки распре-
дс i и тельного вала двигателя.
На стенки цилиндров дизеля масло поступает разбрызгиванием, где оно снимается маслосъемным кольцом, отводится внутрь поршня и смазывает поршневой палец.
II । наклонных каналов блока масло поступает для смазывания пц 1ШППНИКОВ компрессора / и топливного насоса 2высокою дав-к пня. Кроме тою, от нагнетательной секции насоса через кран 3 н регулятор-выключатель 4 масло подастся в гидромуфту 5 приво-i.i вентилятора.
Радиаторная секция 10 насоса по маслопроводу подает мас-i'i к центрифуге 79, из которой! оно постоянно сливается в иод-। hi картера через клапан 16 и частично проходит в радиатор 8, •< in кран 18 маслопровода открыт. Перепускной клапан /7ог-|||шичивает давление масла, проходящего через центрифугу, до Н <> ' МПа, а клапан 12 в корпусе смазочного насоса ограничива-• । швление в главной смазочной магистрали и открывается при 1инлении 0,40...0,45 МПа.
(явление масла в смазочной системе определяется по мано-Mi ipy 20. При засорении фильтра /5 или повышении вязкости масла m । рыпается перепускной клапан 75 и неочищенное масло посту-iinci в главную смазочную магистраль 14, при этом па щитке при-Ппров загорается сигнальная лампочка.
( мазочная система двигателя ЗИЛ-508. В смазочной системе это-1о 1В1патсля масло из поддона картера 22 (рис. 6.2, а) через мас-/ншриемник 20 засасывается верхней секцией насоса 7 и по каналу ’ подается к фильтру 4 центробежной очистки масла (центри-i|ivih).
При вращении ротора центрифуги происходит очистка масла, юпорое затем поступает в маслораспрсдслитсльную камеру 3, находящуюся в задней части блока цилиндров. Из этой камеры масло
71
Рис. 6.2. Смазочная система двигателя ИЛ-508:
а — общая схема; б — подача масла к средней шейке распределительного вала; « — смазывание передней шейки и зубчатых колес привода распределительного вала; г — подача масла от оси коромысла к регулировочному вингу н наконечнику штат и; б — смазывание стенок цилиндров
поступает в левый /7 и правый 18 магистральные каналы, расположенные в блоке по обе стороны толкателей, и смазывает их. От магистрального канала 11 масло подается к коренным подшипникам коленчатого вала, и по каналам в его щеках через грязеулавливающие полости /7оно поступает к шатунным подшипникам.
К подшипнику задней шейки распределительного вала масло поступает по каналу из маслораспределительной камеры 5, а к четырем остальным — по вертикальным каналам 16 от коренных подшипников коленчатою вала. В передней шейке распределительного вала имеется канал <?(рис. 6.2, в), через который масло подается на упорный фланец 7 и затем стекает на зубчатые колеса га зо ра с и ре де л с н и я.
В средней шейке 21 распределительного вала (рис. 6.2, б) под углом 40 просверлены два отверстия. При совпадении этих отверстий с отверстиями в блоке масло пульсирующей струей подается в каналы 9, продолжением которых являются каналы, располо-
72
лепные в каждой головке блока. Из канала головки блока масло поступает внутрь полых осей 5 коромысел (рис. 6.2. г), и через (нвсрстия в стенке оси оно но хается к втулкам коромысел и далее мере 1 отверстие в коротком плече коромысла — к шаровому со-чиенснию регулировочного винта и штанги.
Нижняя головка шатуна (рис. 6.2, J) имеет радиальное отверни- /0, при совпадении которого с каналом шатунной шейки масло выбрызгивается на зеркало цилиндра, откуда оно через отверстия в канавке маслосъемного кольца отводится внутрь поршня для смазывания поршневого пальца в бобышках поршня и во тулке верхней головки шатуна.
Кривошипно-шатунный механизм компрессора 6 (см. рис. 6.2. а) смазывается разбрызгиванием масла, которое подводится к нему । • 1рубкс 12 от пере ।него конца магистрального канала 18 и огни пися в поддон картера по трубке 13.
6.2. Приборы и механизмы смазочных систем. Вентиляция картера
Масляный радиатор. При нормальном тепловом режиме рабо-1Ы (шпателя температура масла должна быть в пределах 65... 85 °C. H i i рузовых автомобилях при повышенной температуре окружающею воздуха, а также при длительной работе двигателя на больших нагрузках необходимая интенсивность охлаждения масла постигается обдувом поддона картера воздухом и подачей масла в мь Bilibin радиатор. Па большинстве легковых автомобилей ох-ij t юн не масла происходит в результате естественной теплоотдачи поверхности поддона картера, обдуваемого встречным потоком воздуха.
Па 1 рузовых автомобилях устанавливаются масляные радиаторы (маслогеплообменпики) водяного или воздушного охлаждении Па двигателе ЗИЛ-508 трубчатый масляный радиатор 14 (см. рис. 6.2) воздушною охлаждения расположен впереди радиатора системы охлаждения и постоянно включен в смазочную систему ши редством маслопроводов 79 и 75, по которым масло поступает itiniBcicTBCHHO в радиатор и отводится из него. Отключаю! радиа-!••] только во время пуска холодного двигателя при температуре iiojjiyxa ниже О С. Для этого служи! кран 23.
В дизелях автомобилей семейства КамАЗ масляный радиатор 8 и м рис. 6.1) трубчато-пластинчатого типа воздушного охлажде-пп । установлен на радиаторе системы охлаждения. Его отключение происходит при помощи крана, установленного на корпусе шчприфуги, при температуре окружающего воздуха ниже О °C.
На отдельных моделях двигателей автобусов семейства ЛиАЗ Vi 1.Н1ОВЛСН маслотеплообменник, обеспечивающий поддержание
73
постоянной температуры масла за счет теплообмена с охлаждающей жидкостью. Излишне нагретое масло отдаст теплоту охлаждающей жидкости, а холодное нагревается. К теплообменнику жидкость подастся из нижнего бачка радиатора системы охлаждения и, пройдя теплообменник, поступает к жидкостному насосу, а от него снова возвращается в радиатор.
Смазочный насос. Для нагнетания масла в магистральные каналы и подачи его под давлением к трущимся деталям узлов и механизмов двигателя служит смазочный насос. В автомобильных двигателях применяют смазочные насосы с внешним и внутренним (ВАЗ-2110, -2111, -2112) зацеплением зубчатых колес. По числу секций они могут быть одно- и двухсекционными. Каждая пара зубчатых колес двухсекционного насоса размещается в корпусе 4 (рис. 6.3, а) верхней и корпусе 9 нижней секций насоса, разделенных между собой промежуточной крышкой /.
Ведущие шестерни 6 и 7 соответственно верхней и нижней секций с помощью шпонок кренятся на валу 5 насоса, который приводится в действие от распределительного вала. В корпусе каждой секции на осях 3 и 8свободно установлены ведомые зубчатые колеса 2 и 10, которые в парс с ведущими шестернями вращаются в своих корпусах с минимальными радиальными и торцовыми зазорами.
При работе насоса (рис. 6.3, б) мае ю из картера двигателя подается во всасывающие полости верхней и нижней секций, заполняет впадины между зубьями зубчатых колес и далее переносится вдоль стенок корпусов 4 и 9 в полости нагнетания, из кото-
а
Рис. 6.3. Двухсекционный смазочный насос: а — продольный разрез; б — схема работы; в — общий вид
74
рыл оно поступает к масляным фильтрам и радиатору (направление потока масла в каждой секции показано сплошными стрелками).
Необходимое давление масла, создаваемое верхней секцией насоса, на входе в главную смазочную магистраль полдсрживаст- । редукционным клапаном, отрегулированным на определенное давление и состоящим из плунжера //и пружины 12, закрытых щюбкой 13. При увеличении давления клапан открывается и мастит полости нагнетания перепускается во всасывающую полость насоса (направление потока масла показано штриховыми стрел-। ами).
У дизеля КамАЗ-740, кроме клапана /2(см. рис. 6.1), ограничивающего давление в главной магистрали, секции насоса имеют ирг «охранительные клапаны 9 и 7, которые перепускают масло при повышении давления в полости нагнетания до 0,8 МПа.
двигателя ЗИЛ-508 редукционный клапан с плунжером //, расположенным в промежуточной крышке 1 (рис. 6.3, в), открывается при давлении свыше 0,32 МПа. Нижняя секция смазочного п «coca подаст масло в масляный радиатор. Давление масла, нанимаемого в радиатор, поддерживается шариковым перепускным К/шпаиом 14. отрегулированным на давление 0,12...0,15 МПа. При \ы шчении давления масло из нагнетательной полости перепускается во всасывающую полость нижней секции, что предохраняй сердцевину радиатора от разрушения (направление потока Масла при перепуске показано на рис. 6.3, б контурными стрел-। ами).
В дизелях семейства КамАЗ при повышении давления в радиа-к)рс свыше 0.12 МПа масло, поступающее к нему из центрифуги •I 'pi j клапан /6(см. рис. 6.1). сливается в поддон 6, минуя радиатор.
В двигателях автомобилей ГАЗ-3307, -3302 «ГАЗсль» радиатор полк ночей к выходу главной смазочной магистрали через прсдо-I мнительный клапан, отрегулированный на давление 0,1 МПа. hoi клапан предотвращает опасное понижение давления (ниже указанного значения) в смазочной системе при больших расходах  u >а (через радиатор, подшипники коленчатого вала и т.п.) ограничением количества масла, проходящего через радиатор, или । hi отключением.
Масляные фильтры. Чтобы очистить масло от механических примесей, которые появляются из-за изнашивания трущихся де-i.i ini, попадания пыли из воздуха, образования нагара и отложе-।<h i смолистых веществ, применяют фильтры. В смазочных системах используют масляные фильтры i рубой и тонкой очистки. В современных двигателях широкое распространение получили фильтры инн ой очистки, которые делят на фильтры со сменным фильтру-ии(шм элементом и фильтры центробежной очистки масла (центрифуги). Последние периодически очищают от грязи без замены । и их-либо частей. Если в смазочной системе через фильтры тон
75
кой очистки проходит только часть масла, то они называются неполнопоточными, а в том случае, если через них проходит все масло, они называются полнопоточными.
Полнопоточный фильтр центробежной очистки двигателя ЗИЛ-508 (рис. 6.4) состоит из корпуса /2. кожуха 7 и центрифуги с гидрореактивным приводом. Масло от насоса по каналу 11 пода-
Рис. 6.4. Центробежный фильтр тонкой очистки масла двигателя ЗИЛ-508
76
сия под вставку 6 центрифуги, откуда небольшая часть масла, пройдя сетчатый фильтр 5, поступает к двум жиклерам 2, отвергни) которых направлены в противоположные стороны. Масло, выбрасываемое из жиклеров 2 (показано стрелками) в двух про-i пноположных направлениях, создает крутящий момент, приво-। пций ротор 3, установленный на упорном подшипнике 10, во вращение с частотой 5 000...6 000 об/мин. При этом основная часть масла, поступающая в полость колпака 4 ротора, подвергается центробежной очистке. Продукты изнашивания, нагара и смолистые отложения, находящиеся в масле, отбрасываются под деи-। iBiicM центробежной силы к внутренней поверхности колпака 4 в равномерно распределяются по ней в виде осадка, который уда-I ног при чистке центрифуги (одновременно со сменой масла в пппагслс).
Очищенное масло через радиальные отверстия оси 8 ротора, i рубку 9 и канал 1 поступает в распределительную камеру масляной магистрали. Канал / соединен с перепускным клапаном 13, коюрый при изнашивании подшипников коленчатого вала или ыгустении масла (при пуске холодного двигателя) перепускает ч ь.'п> неочищенного масла в магистраль, помимо центрифуги (по-। нано штриховыми стрелками).
В 1ИЗСЛЯХ ЯМЗ-236М2, КамАЗ-740 и других работа фильтров центробежной очистки масла основана на том же принципе, однако они являются неполнопоточными, и масло, очищенное в них.
ч шравлястся не в магистраль, а । )скает в поддон картера.
11а двигателях ле) ковых автомобилей семейства ВАЗ, ИЖ. ГАЗ и других устанавливаются готько одни полнопоточные фильтры тонкой очистки масла 1о сменными фильтрующими • 1емснтами, изготовленными из бумажной ленты, картона или ||>\1и\ материалов. Фильтрация масла осуществляется при про-ычпвапии его пол давлением •в ре j эти элементы.
()чистка масла в фильтре тонкой очистки масла (рис. 6.5) с бума кным фильтрующим элемен-|ом, установленным на двигате-11\ автомобилей семейства ВАЗ. происходит следующим обратом. 11 и neiacMoe насосом масло по-। ivnaei под днище 3 и через его
Рис. 6.5. Фильтр тонкой очистки масла двигателей автомобилей ВАЗ
77
отверстия 7 проходи! в наружную полость фильтра. Затем, пройдя иод давлением через поры фильтрующего элемента 9, масло очищается и подается в центральную часть фильтра, где через отверстие 5 выходит в главную смазочную магистраль блока. При пуске холодного двигателя очистка масла происходит через специальную вставку из вискозного волокна, так как в этом случае загустевшее масло нс проходит через бумажный фильтрующий элемент.
Фильтр имеет выполненный в виде манжеты п роти вод реи аж-ный клапан 4, предотвращающий стекание масла из системы при остановке двигателя, и перепускной клапан 6, который срабатывает при засорении фильтрируюшего элемента и перепускает неочищенное масло непосредственно в магистраль. Герметичность установки фильтра на блоке цилиндров обеспечивает резиновое кольцо 8, устанавливаемое на крышку 2 корпуса /.
При смене масла в двигателе фильтр необходимо заменять с целью обеспечения эффективности фильтрации масла.
На дизелях автомобилей КамАЗ-5320, «Урал-4320», ЗИЛ-4331 и других в смазочной системе устанавливается также полнопоточный фильтр тонкой очистки с двумя сменными фильтрующими элементами, состоящими из древесной муки, пропитанной связующим веществом, или пакета специальной бумаги (дизель ЗИЛ-645).
Вентиляция картера. Для очистки картера двигателя от картерных газов, образующихся вследствие прорыва продуктов сгорания через неплотности поршневых колец и их смешивания с парами масла в картере, необходима вентиляция картера. Удаление картерных газов позволяет поддерживать в поддоне картера атмосферное давление, что предотвращает старение масла, утечку его через уплотнения, а также исключает возможность попадания картерных газов в кабину грузового или кузов легкового автомобиля.
Вентиляция картера может быть оть рытой {естественной) и закрытой {принудительной). При открытой вентиляции картерные газы отводятся в атмосферу, а при закрытой — во впускной газопровод. Открытая вентиляция картера применяется на автомобилях КамАЗ-5320, MA3-5335, ЗИЛ-5301 «Бычок» и др.
На дизелях ЯМЗ и КамАЗ открытая вентиляция картера осуществляется через сапун. В дизелях КамАЗ-740 сапун 22 (см. рис. 6.1) лабиринтного типа установлен в гнезде картера маховика (рис. 6.6, а) со стороны полости 5 правого ряда блока цилиндров. Основными частями сапуна является наружный 4, средний 3 и внутренний 2 стаканы, а также газоотводящая трубка /.
Выход отработавших газов и паров топлива из картера двигателя в атмосферу происходит в результате разрежения, возникающего у газоотводящей трубки при движении автомобиля. Сапун лабиринтного типа препятствует уносу масла через газоотводящую трубку, так как, проходя через каналы лабиринта, оно резко
78
a — открытой дизеля КамАЗ-740: б — закрытой двигателя ЗИЛ-508
ко
о
меняет направление своего движения (показано штриховыми стрелками), в результате чего частицы масла отделяются и стекают в поддон.
В настоящее время многие автомобильные производственные общества и фирмы проводят конструкторско-технологические мероприятия в направлениях реконструкции открытых конструкций вентиляции картера на закрытые.
На двигателях автомобилей ЗИЛ-431410, ВАЗ-2110, -2111, ГАЗ-3102,-3110 «Волга» и их модификациях применяют скрытую принудительную вентиляцию картера с устройством, обеспечивающим отсос (рециркуляцию) картерных газов во впускной газопровод, а затем, после их смешивания с горючей смесью, поступление их в цилиндры двигателя. Такая система вентиляции является более совершенной, гак как в этом случае снижается выброс в атмосферу токсичных веществ, содержащихся в картерных газах.
В закрытой вентиляции картера двигателя ЗИЛ-508 (рис. 6.6, б) картерные газы отсасываются через маслоуловитель 7. клапан 9 и грубку 6’ во впускной газопровод, где смешиваются с горючей смесью и поступают в цилиндры двигателя. Маслоуловитель /отделяет капельки масла оз отсасываемых газов, а клапан 9, занимая под действием разрежения различные положения по высоте относительно штуцера /Отрубки <?. изменяет сечение прохо тою отверстия, регулируя тем самым количество отсасываемых газов из картера.
Свежий воздух поступает в поддон картера через фильтр 6, установленный на маслоналивном патрубке.
Контрольные вопросы
I.	Перечислите способы смазывания прущихся поверхностей узлов и механизмов.
2.	Какие детали двигателя смазываются под давлением?
3.	Из каких основных механизмов и приборов состоит смазочная система двигателя?
4.	Какие фильтры применяются для очистки масла?
5.	Для чего служит и как устроен смазочный насос'’
6.	Для чею необходима и как осуществляется вентиляция картера?
Гл а ва 7
СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ
7.1.	Виды систем охлаждения и принцип их работы
(. истема охлаждения служит для поддержания оптимального готового режима двигателя путем принудительною отвода тенимы от нагретых деталей и передачи ной теплоты окружающей среде.
В современных двигателях в полезную работу превращается лишь 25...42 % энергии, выделяющейся в цилиндрах двигателя, остальная энергия в виде теплоты уносится отработавшими газами, охуждающей жидкостью или воздухом, рассеивается в окружающею среду внешними поверхностями двигателя.
Геплота, используемая на выполнение полезной работы, а также с потери составляют тепловой баланс двигателя.
Гак как сгорание в двигателе происходит при высоких температурах, достигающих 2 300 С, го без принудительного охлаждения такие детали, как цилиндр, поршень и направляющие втулки к laiianoB, нагревались бы до температуры, значительно превышающей температуру воспламенения (вспышки) масла. Поэтому । (Я поддержания нормальною теплового режима рабо<ы узлов и «сханизмов необходимо принудительно отводить теплоту от взаимодействующих деталей, не допуская их перегрева. Количество 1СПЛОТЫ, которое должна отводить система охлаждения, зависит «и мощности и режимов работы двигателя.
При перегреве двигателя увеличиваются силы трения и изнашивание деталей, уменьшаются тепловые ;азоры, происходит i пн преобразование, ухудшается наполнение цилиндров карбюра-к>рных двигателей горючей смесью, а дизелей — очищенным воз-ivxoM. Однако при чрезмерном отводе теплоты возникает нере-ох шждение двигателя, которое вызывает изменение вязкостных свойств масла, что приводит также к увеличению изнашивания шталей и механических потерь на трение, снижению мощности и -• ономичности двигателя. Поэтому независимо от нагрузки дви- псля следует поддерживать его тепловой режим в пределах HS...95°C.
Па современных двигателях применяют жидкостное или возопите охлаждение. При воздушном охлаждении через оребренные поверхности блока и головки цилиндров излишняя теплота oi водится потоком воздуха, создаваемым многолопастным вен
81
тилятором с устройством, регулирующим интенсивность охлаждения.
В воздушной системе охлаждения отсутствует радиатор, жидкостный насос, каналы и трубопроводы для охлаждающей жидкости, поэтому к преимуществам такой системы относятся простота конструкции, уменьшение массы, удобство обслуживания и, кроме того, исключается опасность размораживания двигателя зимой. Размораживание, т.е. замерзание воды в системе водяного охлаждения, приводит к образованию трещин в блоке цилиндров.
Несмотря на то что система воздушного охлаждения хотя и обеспечивает условия для необходимого отвода теплоты от сильно нагретых деталей, но при этом требуется сравнительно большая мощность двигателя для приведения в действие обдувочного вентилятора и затрудняется пуск двигателя при низкой температуре из-за отсутствия возможности прогрева его горячей водой.
Поэтому наибольшее распространение получили жидкостные системы с принудительной циркуляцией охлаждающей жидкости. Такие системы более эффективны в работе и вместе с пусковыми устройствами обеспечивают легкий пуск двигателя при отрицательных температурах окружающего воздуха и создают мепыний шум при его работе.
В качестве охлаждающих жидкостей применяется вода 'или се этиленгликолевые смеси — антифризы. Широкое распространение получили смеси, замерзающие при низкой температуре: Тосол А-40М, «Лена» ОЖ-40 и Тосол А-65. Антифризы получаю! разбавлением технического этиленгликоля водой, например Тосол А-40М представляет собой 50%-ную смесь воды с этиленгликолем, которая при температуре -40 С превращается не в лед, а в густую массу, нс вызывающую повреждения блока цилиндров или радиатора.
Принципиальные схемы жидкостной системы охлаждения двигателей показаны па рис. 7.1. В зависимости от теплового состояния двигателя циркуляция жидкости в системе происходит ио большому или малому кругу (рис. 7.1. а) и обеспечивается насосом 8, который приводится в действие от шкива 18, соединенного через клиноременную передачу со шкивом коленчатого вала. При нормальном тепловом режиме работы двигателя охлаждающая жидкость циркулирует по большому кругу. При этом клапан термостата 9открыт и жидкость через патрубок //подается к верхнему бачку !3 радиатора /6. откуда по трубкам сердцевины радиатора поступает в нижний его бачок 20 (направление движения жидкости показано стрелками).
Жидкость, проходящая через радиатор, охлаждается воздухом, подаваемым под напором вентилятором !9. и потоком воздуха, возникающим при движении автомобиля и регулируемым при помощи жалюзи (пластин-створок) 17. Охлажденная жидкость через
82
a
Рис. 7.1. Схемы жидкостных систем охлаждения двигателей: а — ЗМЗ-4021; б — ЗИЛ-5081
нижний патрубок 22 радиатора подается снова к насосу 6'и далее в рубашку охлаждения /блока и головки цилиндров.
При пуске и работе неирогретого двигателя, когда температура охлаждающей жидкости ниже 72 °C, ее циркуляция происходит по малому Kpyiy. В этом случае жидкость не поступает в радиатор, так как клапан термостата 9 закрыт, а проходит по рубашке 7 блока и головки цилиндра и через перепускной капал 10, омывая термостат 9. снова поступает к насосу, обеспечивая тем самым быстрый прогрев холодного двигателя. По мере повышения температуры охлаждающей жидкости клапан термостата открывается, и она начинает циркулировать по большому кругу.
В V-образных двигателях ЗИЛ-508, -5081, 3M3-5II и других (рис. 7.1, б) жидкость через приливы 23 корпуса насоса подается в раструбы рубашки охлаждения левою и правого рядов цилиндров и далее через полост ь 24 впускного газопровода и термостат 9 поступает в радиатор 16, а татем к насосу. Одновременно из полости трубопровода по гибкому шлангу 2б жидкость также поступает в рубашку охлаждения компрессора, а по шлангу 25— возвращается в насос.
Для нормальной работы двигателя температура ох гаждающей жидкости при входе в водяную рубашку должна быть в пределах 75...80 С, а при выходе из нее — 85...95 С.
Для повышения температуры кипения воды в современных двигателях применяют закрытую систему охлаждения, которая может сообщаться с атмосферой при помощи пароотводной трубки /5только через паровоздушный клапан, расположенный в пробке 14 радиатора или в пробке 27 расширительного бачктг 28, имеющего сливной кран 21.
Температуру охлаждающей жидкости в системах охлаждения контролируют с помощью дистанционных магнитоэлектрических термометров, состоящих из указателей 5 (см. рис. 7.1, а) и встроенных датчиков 6. О перегреве жидкости в системе охлаждения сигнализирует контрольная лампочка, установленная на щитке приборов (у автомобилей ЗИЛ-431410, ГАЗ-3307 и -3110 «Волга») и соединенная с термодатчиком 12. ввернутым в верхний бачок радиатора.
Из-за расположения насоса в передней части двигателя теплоотдача от задних цилиндров и их камер сгорания и друг их деталей ухудшается, так как к ним поступает уже подогретая передними цилиндрами охлаждающая жидкость. Поэтому в отдельных конструкциях двигателей предусматривается циркуляция жидкости через распределительную трубу 4 или продольный канал с отверстиями, направленными к наиболее нагретым деталям (выпускные клапаны, стенки камеры сгорания, свечи гажи гания и т.д.).
Кроме основного назначения, систему охлаждения двигателя используют для отопления пассажирского помещения кузовов
84
исгковых автомобилей и автобусов, а также кабин грузовых автомобилей. Для этой цели в отопительной системе имеются специ-.1 кию встроенные в салон кузова или кабины радиаторы Л к ко-юрым через кран / и шланги 2 нагретая жидкость подается из системы охлаждения двигателя.
7.2.	Устройство и работа приборов жидкостной системы охлаждения
Жидкостный насос. Для создания принудительной циркуляции охлаждающей жидкости в системе охлаждения служит жид-। остный насос центробежною типа (рис. 7.2). Насос расположен в передней части блока цилиндров и приводится в действие клиноременной передачей от шкива коленчатого вала. Насос состо-И1 из корпуса 7, крыльчатки 5 и корпуса 10 подшипников, соединенных межд} собой через прокладку 6. Вал 4 насоса враша-сюя в двух шарикоподшипниках 3, снабженных сальниками для удержания масла. Передний подшипник фиксируется упорным кольцом 2, а задний удерживается от перемещения дистанционной втулкой //.
Пластмассовая крыльчатка 5 крепится на заднем конце вала при иомоши металлической ступицы. При вращении крыльчатки жидкость из подводящего патрубка 9 поступает к ее центру, затем охватывается лопастями и под действием центробежной силы отбрасывается к стенкам корпуса 7, а оггуда через полые приливы <5 подается в рубашку охлаждения двигателя.
I ермстичность вращающихся деталей, расположенных в корпусе 7 насоса, обеспечивается самоподжимным сальником, усыновленным в крыльчатке и состоящим из уплотнительной шайбы /7, резиновой манжеты 18 и пружины, прижимающей шайбу 17 । горцу корпуса подшипников. Своими выступами шайба 17 вхо-шг в пазы крыльчатки 5 и закрепляется обоймой 16. На переднем
Рис. 7.2. Центробежный насос и вентиля юр
85
конце вала 4 с помощью втулки 12 установлена ступица 13, к которой крепится шкив 14 привода насоса и вентилятора.
Вентилятор. Для повышения скорости потока воздуха, проходящего через радиатор, служит вентилятор 1. Устанавливаемые на двигателях вентиляторы мо«ут иметь четыре, пять или шесть лопастей 15, которые изготовляют из листовой стали или пластмассы (у автомобилей ВАЗ-2105 «Жшули», ИЖ-2126 «Ода» и др.).
На ряде двигателей лопасти вентилятора располагают в направляющем кожухе (диффузоре), который улучшает вентиляцию подкапотного пространства и увеличивает количество воздуха, проходящего через радиатор. Для этой же цели лопасти 15 вентиляторов двигателей ЗМЗ-511, ЗИЛ-508 и других изготовляют с отогнутыми концами в сторону радиатора.
На двигателях автомобилей ЗИЛ-431410, ГАЗ-3307, автобусах ЛиАЗ-5256 и микроавтобусах семейства «ГАЗель», а также на многих легковых автомобилях привод вентилятора осуществляется клиноременной передачей. На дизелях ЯМЗ-236М2, -238М2 вентилятор приводится в действие через систему зубчатых колес непосредственно от зубчатого колеса распределительного вала.
На многих моделях автомобилей семейств ВАЗ. ИЖ и других установлены электровентиляторы. Включение и выключение электродвигателя вентилятора происходит в зависимости от температуры охлаждающей жидкости датчиком, ввернутым в верхний или боковой (ВАЗ-2110) бачок радиатора.
Вязкостная муфта. На дизелях ЗИЛ-645. КамАЗ-7408 (автобуса ЛиАЗ-5256) в приводе вентилятора установлена вязкостная муфта (рис. 7.3), рабочая полость 3 которой заполняется жидкостью с большим коэффициентом расширения. Муфта состоит из двух основных частей: корпуса 2 (рис. 7.3, а) в сборе с крышкой 1 и подшипником 4, являющимися ведомыми элементами муфты и диска 9, являющимся ведущим элементом муфты. Вентилятор устанавливается на шпильки 7 и крепится к корпусу муфты гайками. Ведущий диск 9 установлен на шлицевом конце вала 5. Наружный конец этого вала заканчивается фланцем 6, с помощью которого муфта крепится к шкиву жидкостною насоса, приводимого в действие клиновидным ремнем от коленчатого вала.
Рабочая полость 3 муфты образуется лабиринтами, расположенными на периферии крышки ведущею диска. Наружные поверхности крышки и корпуса имеют оребренные поверхности для отвода теплоты. В крышке / расположена жидкостная камера (полость А), отделенная от рабочей полости запрессованной в нее тарелкой 7/ с четырьмя отверстиями, которые могут перекрываться пластинчатым клапаном /2, связанным с терморегулятором.
Терморегулятор 14 представляет собой биметаллическую спираль, которая одним концом закреплена на крышке 1 муфты, а
86
вторым — на поворачивающемся пластинчатом клапане /2, установленном на оси 13.
Включение и выключение муфты производятся терморсгуля-юром в зависимости от температуры подкапотного воздуха, обдувающего корпус муфты.
11ри повышении температуры охлаждающей жидкости в системе охлаждения температура воздуха, обдувающею корпус муф-1Ы, возрастает, вследствие чего терморегулятор поворачивает пла-< гинчатый клапан /2, открывая отверстия в тарелке 11. Одноврс-а что с этим под действием центробежных сил жидкость из по-юсги А но радиальному и осевому отверстиям К) поступает в рабочую полость 3 и заполняет кольцевые каналы в лабиринтном соединении ведущей и ведомой частей муфты.
При этом вследствие высокой вязкости жидкости происходит включение муфты на режим оптимальной частоты вращения вен-тлятора.
При снижении температуры охлаждающей жидкости в системе охлаждения температура обдувающего муфту воздуха также понижается. При этом биметаллический регулятор устанавливает пластинчатый клапан 12 в такое положение, при котором частично а ш полносюю закрывается проход жидкости и j полости А в рабочую полость 3. В этом случае из-за недостаточной подачи жидко-< hi или се отсутствия в лабиринтном соединении рабочей полос-in 3 образуется зазор между ведущей и ведомой частями и они могул вращаться относительно дру1 друга, т.с. происходит их про-ck.i п.зывание, что снижает частоту вращения вентилятора или приводит к его полному отключению.
В условиях эксплуатации разбирал ь вязкостную муфлу запреща-< к я, а в случае отказа необходимо перевернуть (выпуклой стороной к оси вентилятора) две полукруглые блокировочные пластины 6 (рис. 7.3, о), установленные на шпильках 7, что обсспсчива-• । жесткое соединение корпуса 2 муфты и тем самым вентилятора го шкивом жидкостного насоса.
Па дизелях многих автомобилей семейства КамАЗ в приводе вентилятора установлена гидромуфта, передающая крутящий мо-Mrin ол коленчатого вала к вентилятору. Гидромуфта имеет регу-bi тор-выключатель с гермосиловым датчиком, реагирующим на к иловой режим работы двигателя. С повышением температуры охлаждающей жидкости до 80 С активная масса, находящаяся в ь.||| юно включателя, начинает плавиться с увеличением объема, вследствие чего шток датчика, воздействуя на золотник, откры-iiiici канал главной масляной магистрали, из которою масло по-• ivn.ier в гидромуфту, обеспечивающую плавное включение вен-I клитора.
В швисимости от теплового состояния двигателя изменяется перемещение золотника, а следовательно, количество подавас-
87
мою масла в гидромуфту, что. в свою очередь, влияет па частоту вращения вентилятора. 11ри понижении температуры охлаждающей жидкости ниже 70 С подача масла в гидромуфту прекращает
ся и вентилятор отключается.
Термостат. Для ускорения прогрева холодного двигателя и автоматическою поддержания его тепловою режима в аданпых
о
Рис. 7.3. Жидкостная (вязкостная) муфта включения вентилятора: а — конструкция; о — схема установки блокировочных пластин
Рис. 7.4. Термостате твердым наполнителем:
</ — обшив вид; б — клапан термостата закрыт; в — клапан термостата открыт
пределах служит термостат. Конструктивно он представляет собой клапан, регулирующий количество циркулирующей жидкости
через радиатор.
Термостаты могут быть с твердым или, реже, жидкостным наполнителем. На двигателях автомобилей ЗИЛ-431410, -5301 «Бычок». КамАЗ-5320, ИЖ-2126 «Ода», ГАЗ-3110 и других применяют термостаты с твердым наполнителем (рис. 7.4. а). Такой термостат располагается между патрубком 7 (рис. 7.4, о) и корпусом 12 впускного ।азопровода. Баллончик / термостата заполнен активной массой 2. состоящей из смеси церезина (нефтяного воска) и медного порошка. Находящаяся в баллончике активная масса закрыта резиновой мембраной 5, на которой установлена направляющая вгулка 4с отверстием для резинового буфера //, предохраняющего мембрану от разрушения.
На буфере установлен шток 5, связанный рычагом 8 с клапаном 6, который в закрытом положении плотно прижимается к седлу 10 пружиной 9.
При температуре охлаждающей жидкости (70 ± 2) ‘С активная масса начинает плавиться и. расширяясь (рис. 7.4, я), перемещает вверх резиновую мембрану J, буфер //и шток 5. Последний, воздействуя на рычаг <У, начинает открывать клапан 6, полное откры-тпе которого происходит при температуре (83 ± 2) °C. Следовательно, в интервале температур 68...85°C клапан термостата, изменяя
пюс положение, регулирует в заданных пределах количество ох-ьм дающей жидкости, проходящей через радиатор, поддерживая •см самым нормальный температурный режим работы двигателя.
Радиатор. В системе охлаждения радиатор является теплооб-менным узлом и предназначен для передачи теплоты от охлаж-шющей жидкости потоку воздуха. Каркас радиатора образован Никовыми стойками / (рис. 7.5, а), соединенными пластиной. Припаянной к нижнему бачку, и крепится к рамс автомобиля на рсипювых подушках 5, что необходимо для уменьшения вибрации и ударных нагрузок, возникающих при его движении.
89
Радиатор состоит из верхнего 4 и нижнего 6бачков и тсплорас-сеивающей сердцевины 7, наружная поверхность которой обдувается воздухом, рассеивающим теплоту, полученную жидким теплоносителем (охлаждающей жидкостью) от нагретых деталей двигателя.
Количество воздуха, проходящего через сердцевину, на некоторых моделях двигателей может регулироваться створками-жалюзи 8, установленными в специальной рамке на каркасе радиатора. Жалюзи выполнены в виде набора узких пластин из специального железа и снабжены шарнирным устройством, обеспечивающим их поворот из кабины водителя.
В радиаторах применяют в основном трубчато-пластинчатые или трубчато-лснто’тыс сердцевины.
Трубчато-пластинчатая сердцевина (рис. .5, б) состоит из грех-четырех рядов латунных трубок овального сечения, к которым припаяны поперечно расположенные пластины 9, увеличивающие поверхность охлаждения.
5
Рис. 7.5. Радиатор и типы его сердцевин: а — устройство; б, в — соответственно трубчато-пластинчатая и груочато-лен-точная сердцевины
90
Трубчато-ленточная сердцевина (рис. 7.5, в) состоит из плоских латунных трубок, между рядами которых размещаются широкие зигзагообразные ленты 10, имеющие специальные выштамповки, искривляющие воздушный канал и повышающие эффск-гивность отдачи тепла потоку воздуха. Радиаторы с трубчато-ленточной сердцевиной получили широкое распространение и устанавливаются на большинстве двигателей.
В современных системах охлаждения закрытого тина горловина радиатора с установленной в ней пароотводной трубкой 2 герметично закрывается пробкой 3. Так как давление в такой системе охлаждения несколько больше атмосферного, то температура кипения жидкости (воды) находится в пределах 108...! 19 С; из-за •того она меньше испаряется и реже закипает, что обеспечивает юлес длительную работу двигателя без дозаправки и перегрева.
Герметичность закрытия горловины радиатора пробкой дости-гается упорной гофрированной шайбой / (рис. 7.6. а) и пружиной 2, а сообщение системы охлаждения с атмосферой происходит через паровой 3 и воздушный 4 клапаны.
При избыточном давлении около 0,1 МПа (у двигателя ЗИЛ-508) и 0,045...0,055 МПа (у двигателя ЗМ 5-511) паровой клапан 3 открывается и пар или жидкость поступает к пароотводной труб-ке 5. Из-за разрежения, во шикающего после выхода пара, давление в системе снижается, и при сто уменьшении на 0,01 МПа воздушный клапан 4 открывается (рис. 7.6, б), что предохраняет верхний бачок радиатора от деформации иод действием давления воздуха.
В систему охлаждения двигателя, заправляемую антифризом, устанавливаю!' расширительный (компенсационный) бачок 28(см. рис. 7.1, с7), служащий для поддержания постоянного объема циркулирующей жидкости. Для контроля уровня жидкости на бачке имеется контрольная метка или кран (у автомобиля КамАЗ-5320).
В пробке ^/расширительного бачка (у автомобилей ЗИЛ-433420, КамАЗ-5320) или в пробке радиатора (у автомобилей ВАЗ-2105,
Рис. 7.6. Пробка радиатора с открытым клапаном: а — паровым; о — воздушным
91
-2107 и др.) размещаются выпускной и впускной клапаны, устройство и принцип действия которых аналогичны описанным паровому и воздушному клапанам.
При избыточном давлении в системе охлаждения открывается выпускной клапан и пар или жидкость по трубопроводу отводится в расширительный бачок.
По мере понижения температуры двигателя объем охлаждающей жидкости уменьшается, вследствие чего создается разрежение. под действием которого открывается впускной клапан, и жидкость из расширительного бачка поступает обратно в радиатор, в результате объем жидкости в системах охлаждения поддержи вается постояин ым.
Охлаждающую жидкость сливают через сливные краны 21, расположенные на шланге отопителя, нижнем бачке (см. рис. 7.1), нижнем патрубке радиатора и в нижней части блока-картера, при этом пробки радиатора и расширительного бачка должны быть открытыми. У двигателей ЗИЛ управление кранами — дистанционное, с выводом тяг 29в подкапотное пространство. Вместимость. л, систем охлаждения двигателей ряда моделей автомобилей составляет: ЗИЛ-431410 — 26: ЗИЛ-4331 — 27; КамАЗ-5320 - 35; ГАЗ-3102 - 12; ВАЗ-2109, -2110 - 7,8.
7.3.	Предпусковые подогреватели
Предпусковые подогреватели служат для прогрева двигателя перед пуском в холодное время года. Для облегчения пуска двигателя необходимо прогреть блок, головку цилиндров и поддон картера. На автомобилях обычно устанавливают подогреватели, работающие на том же топливе, что и двигатель.
Предпусковой подогреватель двигателя ЗИЛ-508 состоит из котла 8 (рис. 7.7). соединенного трубопроводами 7 и 10 с системой охлаждения двигателя, топливного бачка 25, электродвигателя с вентилятором 2. регулятора 24 подачи топлива с электромагнитным клапаном 23 и пульта управления /7. расположенного на монтажном щитке 18.
В камеру сгорания неразборного котла 8из бачка 25 но трубке 4 самотеком подастся топливо, а через воронку / по трубе 5 в котел подогревателя заливают 1,5...2.0 л воды. Электромагнитный клапан и регулятор 24 обеспечивают дозирование необходимого количества топлива и собраны в одном устройстве, включающем в себя поплавковую камеру с поплавком 26, жиклер 28 и регулиро вочную иглу 27. Воздух в камеру сгорания подается вентилятором по шлангу 3.
Образовавшаяся горючая смесь первоначально воспламеняет ся свечой 6, включаемой дистанционно выключателем /6, рабо
92
ту которой можно контролировать по накалу контрольной спирали /9, установленной на пульте управления 17с подведенными к нему электропроводами 75, 21 и 22. Как только в камере сгорания горение смеси станет устойчивым (без дыма и копоти), свечу выключают переключателем 20 подогревателя, и дальнейшее воспламенение топлива происходит от горящей смеси. Через I ...2 мин после начала работы подогревателя в котел дополнительно наливаю! 6...8 л воды. Закрываю! .пробку воронки и продолжаю! прогрев двигателя.
Нагретая вода но трубопроводу Ю и патрубкам 7 / и 13 поступает в жидкостную рубашку охлаждения правого /2 и левого 14 рядов цилиндров, прогревает их и в виде конденсата снова посгу-
Рпс. 7.7. Предпусковой подогрева гель
93
паст к котлу через трубопровод 7. Газы, выходящие из котла по патрубку Р. направляются под поддон картера для прогрева масла.
После прогрева двигателя пусковой рукояткой проворачивают коленчатый вал несколько раз для равномерного распределения масляной пленки в подшипниках. Свободное вращение коленчатого вала свидетельствует о готовности двигателя к пуску стартером. Когда ручка переключателя 20 вдвинута до отказа, система подогрева не работает, если она вытянута наполовину хода, включается электродвигатель вентилятора 2, а если вытянута до отказа, то дополнительно включается электромагнитный клапан. При температуре -25' С подогреватель обеспечивает прогрев двигателя за 15...20 мин.
Для прекращения работы подогревателя необходимо переключателем 20 выключить электромагнитный клапан, закрыть кран бачка 25, а затем через 1 ...2 мин выключить вентилятор.
Если в систему охлаждения залита низкозамерзающая смесь, то, прежде чем пользоваться предпусковым подогревателем, необходимо убедиться, что она не превратилась в густую массу, и строго соблюдать заводскую инструкцию по подготовке пуска двигателя с низкозамерзающей жидкостью.
Контрольные вопросы
1.	Перечислите виды систем охлаждения. В чем состоит принцип их работы?
2.	Каковы основные недостатки воздушной системы охлаждения?
3.	Какие требования предъявляются к жидкостям, используемым для охлаждения двигателей?
4.	В каких случаях циркуляция охлаждающей жидкости происходит но большому, а в каких — ио малому кругу?
5.	В чем заключается принцип работы термостата с твердым наполнителем?
6.	Для чего служат основные элементы системы охлаждения и как они устроены?
7.	Объясните принцип действия жидкостного подогревателя.
Глава 8
СИСТЕМА ПИТАНИЯ КАРБЮРАТОРНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
8.1.	Смесеобразование и общее устройство системы питания
Смесеобразование. Сущность процесса смесеобразования в карбюраторных двигателях заключается в получении мельчайших частиц бензина, полного их испарения и перемешивания с воздухом. Процесс получения смеси воздуха с мелкораспыленным и частично испаренным бензином называется карбюрацией, а прибор, в котором происходит этот процесс,— карбюратором. Основным назначением карбюратора является дозирование подачи бензина для любого из возможных режимов работы двигателя. При этом смессдозирующис устройства карбюратора обеспечивают необходимое соотношение между распыленным топливом и воздухом.
Полученная таким образом смесь мельчайших частиц и паров бензина с воздухом называется горючей смесью.
В цилиндрах двигателя горючая смесь смешивается с оставшимися там от предыдущего цикла продуктами сгорания (остаточными газами) и превращается в рабочую смесь.
В карбюраторных двигателях процесс смесеобра зования происходит в тысячные доли секунды. За это время бензин, поступающий в смесительную камеру карбюратора, должен достаточно тонко распылиться, перемешаться с воздухом и испариться. Распыление топлива происходит главным образом из-за разности скоростей поступления топлива и воздуха.
Наибольшая скорость топлива в смесительной камере карбюратора равна 5...7 м/с, а воздуха — примерно в 20—25 раз больше и составляет I00... 150 м/с. С повышением скорости воздуха в смеси тельной камере тонкость распиливания бензина увеличивается, это увеличивает и скорость его испарения.
Увеличение скорости испарения бензина происходит еще и за счет подогрева горючей смеси горячими стенками цилиндров, i амер сгорания и днищами поршней.
Если такой подогрев смеси оказывается недостаточным, то применяют местный подогрев отработавшими газами участка впускного i азопровода, связывающего карбюратор с цилиндрами двига-н 1я. Наиболее полное смесеобразование обеспечивается при температуре 45...65 °C.
Общее устройство системы питания. В карбюраторном двигателе система питания служит для приготовления горючей смеси, по-
95
Рис. 8.1. Система питания карбюраторного двигателя
дачи ее к цилиндрам и отвода из них продуктов сгорания. В систс-му питания входят устройства, обеспечивающие подачу и очистку топлива и воздуха, приготовление горючей смеси, отвод отрабо-швших газов и глушение шума при выпуске, хранение запаса топлива и контроль его количества.
В системе питания карбюраторного двигателя (рис. 8.1) бензин in бака 10 через открытый кран /2, фильтр-отстойник /6 и топливопроводы 7 подастся насосом 22 к карбюратору 3. Одновременно из подкапотного пространства или канала 1 через воздухоочиститель 2 в карбюратор засасывается очищенный воздух, ко-горый, смешиваясь с парами и мелкораспыленными частицами осн шна, образует горючую смесь, поступающую через впускной газопровод в цилиндры двигателя. Из цилиндров отработавшие газы через выпускной газопровод 2/ отводятся в приемные |рубы 20, из них — к глушителю /8. который не только снижает шум, но и гасит пламя и искры от отработавших газов при выходе их через выпускную трубу 13. Глушитель грузового автомобиля представляет собой цилиндрический корпус, который иерегород-। ами /5 разделен на ряд полостей и имеет переднее /9 и заднее 14 днища с патрубками и три внутренние грубы 77 с щелевидными <п верстиями.
Простейший карбюратор. На двигателях устанавливают карбю-раторы эмульсионного типа. Их принцип действия основан на том, чю из-за большой разницы в скоростях движения воздуха и топ-шва, проходящих через смесеобразующее устройство, струя топ-шва разбивается на мельчайшие частицы с образованием паровоздушной горючей смеси.
Простейший карбюратор (рис. 8.2) состоит из поплавковой камеры 7, жиклера 6 (пробки с калиброванным отверстием) с распыли гелем /5, диффузора /6, смесительной камеры /7идрос- шпон заслонки 5. По топливопроводу /0топливо из топливного ивка поступает в поплавковую камеру 7, в которой с помощью поплавка 8 и игольчатого клапана 9 поддерживается постоянный уровень топлива.
Калиброванное отверстие жиклера 6 рассчитано на истечение ч< рез распылитель /5 определенного количества топлива в диф-<|»' юр /6. Для поддержания атмосферного давления в поплавко-||<ш камере сделано отверстие 11.
При такте впуска, когда поршень / движется вниз, в надпорш-||| ном пространстве цилиндра 2 создастся разрежение, которое iepe ; открытый впускной клапан 3 передается в газопровод 4. 11од и й< гнием этого разрежения поток воздуха, пройдя воздухоочис-111кзль /2 и полностью открытую воздушную заслонку 14, поступи । в диффузор 16, имеющий в средней части сужение, что уве-шчивает скорость воздушного потока и, следовательно, разреже-нИ( у с реза распылителя.
97
Рис. 8.2. Схема простейшего карбюратора: а — устройство; б — харак-
тер) ।ста ка карбюратора
Под действием разности давлений в смесительной 17 и поплавковой 7 камерах топливо вытекает из распылителя и из-за большой скорости воздуха интенсивно размельчается, затем, испаряясь, смешивается с воздухом, образуя паровоздушную горючую смесь. Количество и качество горючей смеси, поступающей в цилиндры двигателя, регулируют изменением положения дроссельной заслонки.	;
При пуске двигателя проходное сечение воздушного патрубка 13 уменьшают частичным или полным закрытием воздушной заслонки 14, в результате чего увеличивается разрежение в смесительной камере карбюратора, а следовательно, и количество топлива, поступающего в распылитель.	।
Однако в простейшем карбюраторе по мере открытия дроссельной заслонки коэффициент избытка воздуха а (рис. 8.2, б) уменьшается и горючая смесь все больше обогащается. При этом только лишь в двух случаях (точки 1 и 2) ее состав совпадает с требуемым составом горючей смеси (при полностью открытой и некотором промежуточном положениях дроссельной! заслонки).
98
Следовательно, характеристика (кривая А) простейшего карбюратора существенно отличается от характеристики (кривая Б) идеального карбюратора, который обеспечивает экономичную по составу горючую смесь при всех промежуточных положениях дроссельной заслонки и мощностную при полностью открытой.
Таким образом, простейший карбюратор не может обеспечить работу двигателя на холостом ходу, не приготавливает смесь необходимого состава при пуске двигателя и при его переходе с одного режима работы на другой. Поэтому для обеспечения всех режимов работы двигателя современные карбюраторы снабжены смеседозирующими системами и устройствами, совместная работа которых позволяет приблизиться к оптимальному составу горючей смеси с одновременным снижением токсичности отработавших газов на каждом режиме.
8.2.	Карбюраторы двигателей легковых автомобилей
На двигателях легковых автомобилей устанавливают карбюраторы эмульсионного типа с падающим потоком, обеспечивающим хорошее наполнение цилиндров горючей смесью. Такие карбюраторы могут иметь несколько смесительных камер с парал-нчьным включением. Это позволяет повысить мощность двигателя из-за лучшей дозировки и распределения горючей смеси но цилиндрам.
Широко применяют двухкамерные карбюраторы с последова-тельным включением смесительных камер. В таких карбюраторах сначала включается в работу одна, так называемая первая (основная) камера, а при увеличении нагрузки подключается другая, вторая (дополнительная) камера.
Карбюратор ДААЗ-1107010. Н а двигателях переднеприводных легковых автомобилей ВАЗ-21099, -2110 и других установлены модификации двухкамерного карбюратора указанной модели с падающим потоком и последовательным открытием дроссельных за-t донок. Последовательность открытия заслонок позволяет условно разделить работу карбюратора на два периода: период работы па обедненной (экономичной) смеси при малых и средних на-|рузках двигателя, которые обеспечиваются работой смеседози-рующей системы первой камеры, и период работы на обогащенной смеси при полных нагрузках двигателя, в процессе совместной работы смеседозирующих устройств обеих камер карбюратора.
Карбюратор (рис. 8.3) через теплоизолирующую прокладку ус-ншавливается на впускной газопровод с помощью четырех шпи--в к с гайками. Он состоит из двух базовых деталей: корпуса /7 и Крышки 24, в которой имеются входные горловины 1 смесительных камер и колодцы для прохода воздуха к двум главным воз-
99
2
Рис. 8.3. Карбюратор ДЛАЗ-1107010
душным жиклерам 2. В горловине первой камеры установлена воздушная заслонка 5, а с боковой стороны крышки крепится пусковое устройство с регулировочным винтом 6, пружиной и мембраной 5 в сборе со штоком. В резьбовом канале крышки крепится электромагнитный клапан 20 и топливный жиклер 2/системы холостого хода. Для подачи в карбюратор топлива и слива его излишков в крышке 24 установлены соответственно патрубки 22 и 23.
Совместно с корпусом /7 отливаются большие диффузоры, в которые вставляются малые диффузоры /9, отлитые заодно с их распылителями. Внутри корпуса размещается поплавковая камера с топливными каналами и установлен распылитель 4 ускорительною насоса. Основная рабочая полость ускорительного насоса размешена в приливе корпуса, к которому крепится крышка с рычагом 12 привода и мембраной 14. Привод ускорительного насоса осуществляется от кулачка 13, установленного на оси дроссельной заслонки 10 первой камеры. К приливу корпуса, образующему рабочую полость с жиклером 15, крепится крышка 16 эконо
100
майзера мощностных режимов с мембраной 18, на которой закреплена игла, воздействующая на шариковый клапан.
В корпусе карбюратора установлены также регулировочные винты 7и 9соответственно количества и качества горючей смеси при работе двигателя на холостом ходу. Отверстие под регулировочный винт 9 закрывается заглушкой. Для передачи разрежения от карбюратора к вакуумному регулятору распределителя зажигания в корпусе установлен патрубок 8, а для отсоса картерных газов служит патрубок //.
В первой и во второй смесительных камерах дроссельные заслонки /0 жестко закреплены винтами на осях, связанных с помощью троса с педальным приводом, расположенным в салоне кузова. Воздушная заслонка также с помощью троса соединена с рукояткой управления, расположенной под панелью приборов салона кузова.
К основным устройствам и системам карбюратора относятся: поплавковая камера, система холостого хода, переходные системы, главные дозирующие системы, экономайзер полных нагру-юк (эконостат), ускорительный насос, пусковое устройство и система снижения токсичности отработавших газов.
Система холостого хода позволяет корректировать состав горючей смеси в диапазоне малых частот вращения коленчатого вала, а также при переходе двигателя на режимы работы при малых и средних нагрузках. На режиме холостого хода дроссельные заслонки 13 первой и 11 второй камер (рис. 8.4) закрыты, разреже
6	7
Рис. 8.4. Система холостого хода и переходные системы
101
ния в диффузорах недостаточно для истечения топлива, а разрежение под дроссельной заслонкой первой камеры достигает значительной величины и передастся во все каналы системы.
При этом топливо поступает из поплавковой камеры 9 через главный топливный жиклер 12 первой камеры и эмульсионный колодец 5, поднимается по топливному каналу, проходит жиклер 3, смешивается с воздухом, поступающим из жиклера 4, и по эмульсионному каналу 1 выходит в виде эмульсии под регулировочный винт 15 качества смеси. Из щели 14 подсасывается воздух из смесительной камеры или эмульсия из канала / на переходном режиме. Образовавшаяся таким образом обогащенная горючая смесь поступает во впускной газопровод, а затем в цилиндры двигателя.
Количество смеси на холостом ходу регулируется винтом, установленным на рычаге дроссельной заслонки. При завертывании винта дроссельная заслонка приоткрывается. При выключении зажигания отключается электромагнитный клапан 2, игла которого под действием пружины перекрывает топливный жиклер 3 и не допускает работу системы с выключенным зажиганием.
Переходная система второй камеры вступает в работу в начале открытия дроссельной заслонки // второй камеры, когда поток воздуха раздваивается и горючая смесь переобедняется. В этом случае могут происходить обратные вспышки в воздушном фильтре. Во избежание этого явления вторую камеру оснащают переходной системой с выходным отверстием Ю. обеспечивающим плавный переход с одного режима работы на друюй в моменты начала полною открытия дроссельных заслонок обеих камер. Указан-
Рис. 8.5. Главная дозирующая система
102
пая переходная система работает подобно переходной системе с щелсвидным отверстием 14 первой камеры, но она питается топливом через жиклер 6 непосредственно из поплавковой камеры 9. При этом топливо смешивается с воздухом, поступающим через жиклер <У, и образовавшаяся эмульсия по каналу 7 направляется под дроссельную заслонку через выходное отверстие 10.
При дальнейшем открытии дроссельной заслонки разрежение в диффузоре второй камеры возрастает, а у отверстия 10 уменьшается, вследствие чего постепенно вступает в работу главная дозирующая система второй камеры, соединенная каналами с поплавковой камерой.
Поплавковая камера карбюратора сбалансирована, это достигается двумя отверстиями 5 (рис. 8.5), соединяющими поплавковую камеру 9 с воздушным фильтром, вследствие чего в них уравнивается давление и устраняется влияние загрязнения воздушного фильтра на состав горючей смеси. Если поплавковая камера нс сбалансирована, т.е. сообщается непосредственно с атмосферой, го при увеличении сопротивления воздушного фильтра (из-за его гагрязнения) возрастает разрежение в диффузоре, и горючая смесь шачительно обогащается.
Благодаря двум сообщающимся объемам поплавковой камеры, которые охватывают смесительные камеры с двух сторон, обеспечена надежная подача к ним топлива через филыр 6 даже при сильных кренах автомобиля. Карбюратор имеет двойной поплавок 10 из гбопита, соединенный с запорным устройством 8, и патрубок 7 i жиклером, перепускающим излишки топлива образно в топ-швный бак.
Главные дозирующие системы приготавливают горючую смесь необходимого состава при работе двигателя на режимах с час-шчными нагрузками и при полном открытии дроссельных заслонок 14 и //. При этом топливо из поплавковой камеры 9 через ♦ и клеры 13 поступает к эмульсионным колодкам, в которых находятся эмульсионные трубки 12, и смешивается с воздухом, по-i |упаюшим из воздушных жиклеров 4. Затем эта топливно-воз-1\пшая смесь поступает через каналы 3 в распылитель 2, где смешивается с воздухом, проходящим через диффузоры / смесительных камер, образуя горючую смесь.
(озированием количества воздуха, поступающего в эмульсионные колодцы через жиклеры 4, можно получить характеристику карбюратора, близкую к оптимальной. Это объясняется тем, чк» воздух, поступающий в колодцы через жиклеры 4, изменяет i>.i греженис перед жиклерами 13. При этом интенсивность исте-н ния топлива значительно снижается (затормаживается), а от-гн’ретия в эмульсионных трубках /2обеспечивают хорошее эмуль-• кропание топлива. Подбором размеров воздушных жиклеров 4 ми । по обеспечить такую закономерность изменения разрежения
103
Рис. 8.6. Экономайзер и эконостш мощностных режимов
у топливных жиклеров 13, которая позволяет по мерс открытия дроссельных заслонок и увеличения разрежения в диффузоре обеднять горючую смесь до необходимых значений коэффициента избытка воздуха.
Количество смеси, поступающей в двигатель, регулируется открытием дроссельных заслонок. При этом дроссельная заслонка 14 первой камеры соединяется механически с дроссельной заслонкой // второй камеры таким образом, что, когда первая открыта на 2/з своего полного открытия, в этот момент начинает открываться заслонка // второй камеры. Следовательно, на режимах дросселирования в основном работает первая смесительная камера, обеспечивающая работу двигателя в диапазоне нагрузочных режимов.
Экономайзер мощностных режимов (рис. 8.6) служи т для обогащения смеси на мощностных режимах (при больших и полных открытиях дроссельной заслонки), обеспечивая тем самым соответствующий этим режимам состав горючей смеси. Экономайзер мощностных режимов мембранного типа соединяется каналом 10 с поплавковой камерой, в которой установлены топливные жиклеры 2 и 4. Полость над мембраной /соединяется с поддроссельным пространством воздушным каналом 6. Жиклер Рэкономайзе-ра устанавливается в топливном канале 10. Через шариковый кла
104
пан 8соединяются внутренняя полость под мембраной и поплавковая камера карбюратора.
При открытии дроссельной заслонки 5 на большой угол разрежение во впускном газопроводе уменьшается и соответственно снижается ею воздействие через канал 6 на мембрану 7. Вследствие этого пружина отжимает вправо связанные с ней мембрану 7 и клапан <У. При этом дополнительное количество топлива через жиклер 9 но каналу 10 поступает в главную дозирующую систему, обогащая горючую смесь.
Экономайзер (эконостат) полных нагрузок взаимодействует со второй смесительной камерон и вступает в работу на нагрузочных и скоростных режимах, близких к предельным, при полностью открытых дроссельных заслонках 5 и /. обогащая горючую смесь лня получения максимальной мощности двигателя. При этом топливо поступает через жиклер 5, проходит эмульсионную трубку // и по топливному каналу поступает к впрыскивающей трубке 12 эко-ностата, размещенной выше распылителя главной дозирующей системы.
Ускорительный насос (рис. 8.7) служит для кратковременного обогащения горючей смеси в режиме ускорения (разгона) автомобиля. Особенностью его устройства является наличие распыли-1Слей / в каждой смесительной камере. Ускорительный насос — мембранного типа с приводом от кулачка 6, расположенного на
Рис. 8.7. Ускорительный насос
105
оси дроссельной заслонки 7. Производительность насоса нс регулируется. а зависит только от профиля кулачка 6. При резком открылии дроссельной заслонки 7 кулачок 6 перемещает рычаг 5 и через толкатель 4 нажимает на мембрану преодолевая сопротивление возвратной пружины. Мембрана через колодец ускорительного насоса, шариковый клапан 2 и распылители 1 подает топливо в первую и вторую смесительные камеры, тем самым обогащая горючую смесь. При возвращении мембраны в исходное положение топливо из поплавковой камеры засасывается через обратный шариковый клапан 8 и поступает в рабочую полость ускорительного насоса.
Пусковое устройство (рис. 8.8) обеспечивает приготовление богатой смеси, что способствует быстрому пуску и прогреву холодного двигателя. В нем предусмотрены мембранный и рычажный механизмы для закрытия воздушно!! заслонки 7и прикрытия дроссельной заслонки 75. Особенность этих механизмов заключается в использовании фигурных кромок на рычаге 4.
Наружная фигурная кромка 10 воздействует на промежуточный рычаг /4, связанный с дроссельными заслонками через регулировочный винт 13, фиксируемый скобой 12. При полном закрытии воздушной заслонки 7 дроссельная заслонка 15 первой камеры приоткрывается на 0,8... 1,5 мм (величина /?')• В промежуточных положениях рычага 4 его фигурные кромки 5 и б взаимо-
Рис. 8.8. Пусковое устройство карбюратора
106
действуют со штифтом поводка 8 воздушной заслонки и допускают ее открытие на определенный угол. Ручное управление рычагом 4 осуществляется рукояткой из салона кузова посредством тяги 7/.
При пуске холодного двигателя рычаг 4 поворачивается против часовой стрелки (вытягиванием рукоятки на себя); при этом образовавшийся зазор между кромками 5 и 6 рычага и штифтом иоводка 8 позволяет возвратной пружине 9 удерживать воздушную заслонку в закрытом положении. Одновременно с этим из-за значительного разрежения под прикрытой дроссельной заслонкой и в смесительной камере вступают в работу система холостого хода и главная дозирующая система первой камеры, приготоззляя богатую горючую смесь.
С увеличением разрежения под дросселем первой камеры мембрана 7 будет воздействовать на шток 3 и принудительно приоткрывать воздушную заслонку. Величину приоткрывания (пускоззо-зо зазора // = 2,5...3,2 мм) заслонкзз можно регулировать винтом 2. Величина приоткрывания зависит от ширины паза между кромками 5 и 6 рычага 4 и от положения регулировочного винта 2.
По мерс прогрева двигателя рычаг 4 поворачивают по часовой стрелке; при этом с помощью профиля Ю этого рычага дроссельная заслонка приоткрывается на больший угол, а фигурной кромкой 6 полностью открывается воздушная заслонка. Все элементы пускового устройства подобраны таким образом, чтобы воздушная заслонка при пуске и начале прогрева двигателя от крывалась и закрывалась автоматически, не допуская чре змерззого обогащения или обеднения горючей смеси.
Система снижения токсичности отработавших газов обеспечивает управление включением и отключением электромагнитного клапана 3 (рис. 8.9) карбюратора 4 при его работе в режиме экономайзера принудительного холостого хода (ЭПХХ). Это происходит, например, при движении автомобиля под уклон или при быстром его торможении, когда резко закрывается дроссельная заслонка 5 при высокой частоте вращения коленчатого вала.
На указанном режиме при помощи электромагнитного клапана прекращается подача топлива в систему холостого хода, что снижает расход топлива и токсичность отработавших газов.
Электронный блок управления ЭБУ 2 является основным узлом экономайзера принудительного холостого хода и всей системы снижения токсичности, встроенной в карбюратор. Информация к блоку поступает зз виде импульсов напряжения по двум каналам: от концевого выключателя 10 о положении дроссельной заслонки и от катушки зажигания 7, связанной с электронным коммутатором 77, о частоте вращения коленчатого вала. Поступающая по обоим каналам информация обрабатывается блоком уп-равления, который в необходимые моменты подает напряжение, юсзаточное для включения электромагнитного запорного клапа-
107
2
Рис. 8.9. Принципиальная схема управления )ПХХ
на. Концевой выключатель /(7 регулировочного (упорного) винта 8 соединяет пятую клемму электронного блока управления 2 с «массой» автомобиля при закрытой дроссельной заслонке 5.
Принцип работы системы управления электромагнитным клапаном заключается в следующем. Перед пуском двигателя дроссельная заслонка первой камеры карбюратора закрыта. При этом регу-лнровочный винг 8 количества горючей смеси, контактируя с рычагом 6 привода дроссельных заслонок, замыкает электрическую цепь. В результате этого ток поступает с корпуса карбюратора 4 на пятую клемму электронного блока управления 2 и далее через шестую клемму на электромагнитный клапан 3, который открывает топливный жиклер, установленный в канале Р системы холостого хода. После пуска двигателя и его работы на холостом ходу электромагнитный клапан 3 получает питание от электронного блока управления.
При возрастании частоты вращения коленчатого вала более I 900 об/мин блок управления 2 отключается и не действует на электромагнитный клапан, по в катушку последнего ток поступает, так как пятая клемма блока управления нс соединяется с «массой».
При резком закрытии дроссельных заслонок, что имеет место при принудительном холостом ходе, рычаг 6 упирается в регулировочный винт 8 и шунтирует пятую клемму на «массу». В этом случае электромагнитный клапан отключается, гак как па него ток не поступает, его игла перекрывает топливный жиклер холостого хода, прерывая подачу горючей смеси.
При снижении частоты вращения коленчатого вала до значения I 650 об/мин включается блок управления 2 и на электромагнитный
108
клапан Основа подастся ток, который от крывает топливный жик-лср и подает горючую смесь к каналу 9. Карбюратор имеет также полость 7 подогрева горючей смеси при выходе се из системы холостого хода.
На двигателях базовой модели автомобиля ВАЗ-2110 с бесконтактной системой зажигания установлен карбюратор ДААЗ-110-7010-31. Если в системе питания двигателя имеется датчик расхода гоплива, то устанавливается карбюратор ДААЗ-2114-1107010-31, отличающийся от карбюратора базовой модели автомобиля отсутствием патрубка слива топлива в бак.
На двигателях автомобилей особо малого класса ВАЗ-11113 ’•Ока», -02288 «Компакт» и ЗАЗ-1105 «Таврия» также установлены карбюраторы ДААЗ соответственно моделей 1111-1107010 и 21081-1107010. Устройство и принцип действия основных смеседозирующих систем указанных карбюраторов нс имеет принципиальных различий от вышеописанного (см. рис. 8.3), за исключением того, чю одноименные жиклеры каждою карбюратора имеют свои та-рировочныс данные.
8.3.	Электронные системы впрыскивания топлива
Применение и принцип работы систем впрыскивания топлива. Пределом обеднения рабочей смеси является неравномерность распределения се по цилиндрам. В двигателях с карбюраторным питанием неравномерность состава смеси может достигать 10... 15 %. Нот недостаток может быть устранен применением систем впрыскивания топлива. В этом случае улучшаются равномерность распределения топлива по цилиндрам, газодинамические характеристики впускного тракта, обеспечивается более высокий коэффициент наполнения цилиндров свежей горючей смесью, появляст-i я возможность применения топлива с более низким октановым числом ит.д. При применении систем впрыска топлива мощность шпгатсля повышается в среднем на 10... 12%, улучшается топившая экономичность, снижается токсичность отработавших газов.
( истсма электронного впрыска топлива включает в себя топтанный насос с электроприводом и регулятор давления, поддср-жпваюший постоянное рабочее давление в системе. Впрыск тон-шва во впускные каналы цилиндров осуществляется электромагнитными форсунками, время открытия которых зависит от давления во впускной системе двигателя и частоты вращения коленча-няо вала.
Принципиальная схема электромагнитной форсунки для впрыска гоплива показана на рис. 8.10, а. В корпусе форсунки /располо-< сны игольчатый клапан 2, нагруженный усилием мембраны 3, и соленоид 4.
109
а — принцип работы; 6 — схема расположи-а	ния форсунки на впускном газопроводе
Когда игла клапана прижата к седлу распылителя, поступающее из магистрали /топливо проходит через корпус форсунки на слив. В соответствии с электрическим сигналом от распределительного устройства 5 соленоид 4 освобождает мембрану 3, в этом случае сливной канал 9 закрывается, а игла клапана 2 под давлением топлива поднимается.
На выходе из сопла форсунки факел топлива 8 получает вращательное движение и впрыскивается в виде широкого конуса. Часть топлива, просочившаяся между клапаном и корпусом, удаляется через отверстие 6 в сливную магистраль. Максимальный подъем иглы составляет0,15...0,17 мм. а продолжительность подъема иглы колеблется в пределах 1,5...6,5 мс. Расположение электромагнитной форсунки // показано на рис. 8.10, б. Форсунка закрепляется на впускном газопроводе 13, а се распыл ивающий конус 12 при впрыскивании топлива направлен в зону проходного отверстия впускного клапана 10.
Особенностью электронной системы впрыскивания топлива является то, что она функционирует во взаимосвязи с электронным блоком управления, а в качестве главного управляющего параметра для регулирования подачи топлива используется величина расхода воздуха, поступающего в цилиндры двигателя. Количество впрыскиваемого топлива зависит от массовой скорости воздушного потока и его объема во впускном тракте.
На снятой с двигателя легкового автомобиля характеристике (рис. 8.11) показаны усредненные показатели, характеризующие удельный расход топлива ge и среднее эффективное давление ре. Испытания проводились соответственно при встроенной системе
ПО
Рис. 8.11. Характеристика двигателя с системой впрыскивания топлива и карбюраторным смесеобразованием
О 2 000 3 000 4 000 5 000 пе, об/м 11 н
впрыскивания топлива (сплошные линии) и при работе двигателя с классической (карбюраторной) системой питания (пунктирные линии). Количественная опенка этих кривых во всем диапазоне частот вращения коленвала показывает реальное преимущество системы впрыскивания топлива как по экономическим, так и но динамическим показателям.
Наряду с этим основным препятствием более широкому распространению систем впрыскивания топлива является их более высокая стоимость в сравнении с карбюраторами, а также то, что системы впрыскивания топлива сложнее смеседозирующих систем карбюраторов из-за большого числа прецизионных механических элементов, электрических цепей и электронных устройств и требуют более высокой квалификации пользователя в эксплуатации.
Современные системы впрыскивания топлива. По мерс развития Систем впрыскивания топлива на автомобили устанавливались механические, электронные, аналоговые и цифровые системы. В настоящее время широкое распространение получили электронные сие гемы, которые по способу впрыскивания топлива классифицируются на два вида: распределенное и центральное.
11ри распределенном впрыскивании тонтто подается в зону впускных клапанов каждого цилиндра отдельной форсункой в опреде-1енный момент времени, согласованный с открытием соотвст-• i кующих впускных клапанов цилиндров (согласованное впрыскивание) или группами форсунок без согласования момента впрыскивания с процессами впуска в каждый цилиндр (несогласованное впрыскивание). Системы распределенного впрыскивания топлива позволяют повысить безотказность пуска, ускорить прогрев и увеличить мощностные показатели двигателя, а также дают возможность применения газодинамическою наддува, расширяют возможности применения различных микропроцессорных устройств, а также совершенствования механической части системы питания и впускного газопровода.
Механическая часть системы питания с распределенным впрыс-। пвапием топлива и электронным управлением (рис. 8.12) вклю-ч tel в себя топливную рампу 3 с выходным штуцером 2 для кон-ipo ii.iioio манометра давления топлива и штуцерами 6. 7 соот-н« гственно для подачи к рампе топлива и слива его излишков,
Рис. 8.12. Схема механической части системы питания с распределенным впрыскиванием топлива
регулятор 5 давления топлива, установленный на рампе, к которой крепятся также электромеханические форсунки /, бензиновый бак // с установленным в нем электробензонасосом /2, топливопроводы 8 и 9, прикрепленные к кузову с помощью скобы 4.
Рампа крепится к головке блока со стороны впускных клапанов, а в ее топливную полость через подающий топливопровод Л' и штуцер 6 включен фильтр 10 топкой очистки топлива. При этом регулятор 5 через штуцер 7 и сливной топливопровод 9 сообщается с баком // через элсктробензонасос 12. Для обеспечения устойчивой работы насоса в бак должно быть залито нс менее 4,5 л бензина, так как в противном случае могут происходить его перегрев и отказы в работе. Рабочее давление электро-бензонасоса составляет 0,30...0,35 МПа, а производительность лежит в пределах 80...85 л/ч. К механической части относится также нейтрализатор отработавших газов и система улавливания паров бензина (СУП Б).
При центральном впрыскивании топливо подается одной форсункой, устанавливаемой на участке до разветвления впускного газопровода. В этом случае конструкция двигателя нс имеет суще -
112
ственных изменений. Система центрального впрыскивания практически взаимозаменяема с карбюратором и может применяться на уже эксплуатируемых двигателях. При центральном впрыскивании по сравнению с карбюратором обеспечиваются большая точность и стабильность дозирования топлива.
Система распределенного впрыскивания топлива L-Jetronic. В названии этой системы индекс L происходит от немецкого слова luft — воздух, расход которого принят в качестве главного (командного) параметра при впрыскивании гоплива. Автомобили, оборудованные системой подобного типа, обеспечивают выполнение европейских норм на токсичные выбросы и испарения при сохранении высоких ездовых качеств и низкого расхода топлива.
В указанной системе электрический топливный насос 1 (рис. 8.13) подает топливо из бака 3 через фильтр 2 в топливную рампу V, в которой с помощью стабилизатора 5 поддерживается постоянный перепад давления на входе и выходе топлива из форсунок 13. Стабилизатор перепада давлении поддерживает постоянное давление впрыскивания и обеспечивает возврат избыточного топлива обратно в бак. Этим обеспечивается циркуляция топлива в системе и исключается образование паровых пробок. Из рампы топливо поступает к рабочим форсункам, которые подают его в зону проход-
Рис. 8.13. Электронная система впрыскивания топлива L-Jetronic
ИЗ
ных отверстий впускных клапанов. Количество впрыскиваемого топлива гадастся электронным блоком управления (ЭБУ) 6 в зависимости от объема, температуры и давления поступающего воздуха, частоты вращения коленчатого вала и нагрузки двигателя. В процессе работы системы впрыскивания ЭБУ взаимодействует также с датчиком-распределителем //системы зажигания (см. рис. 8.9).
Объем поступающего воздуха является основным параметром, определяющим дозирование топлива. Воздух поступает в цилиндры через измеритель 8 расхода воздуха (см. рис. 8.13) и впускной газопровод. Воздушный поток, поступающий в двигатель, отклоняет напорно-измерительную заслонку /измерителя расхода воздуха на определенный угол. При этом с помощью потенциометра электрический сигнал, пропорциональный углу поворота заслонки, подается в блок управления, который определяет необходимое количество топлива и выдаст импульсы управления моментом подачи топлива. Электронная схема управления впрыскиванием топлива получает питание от аккумуляторной батареи 19 и начинает работать при включении зажигания и системы впрыскивания выключателем 20.
Независимо от положения впускных клапанов форсунки впрыскивают топливо за один или два оборота коленчатого вала двигателя. Если впускной клапан в момент впрыскивания топлива форсункой закрыт, топливо накапливается в пространстве перед клапаном и поступает в цилиндр при следующем его открытии одновременно с воздухом.
Регулирование количества поступающего к цилиндрам двигателя воздуха производится дроссельной заслонкой 9. управляемой из салона педалью. В системе предусмотрен регулятор !8расхода воздуха па холостом ходу, расположенный около дроссельной таслонки. Регулятор обеспечивает дополнительную подачу воздуха при холодном пуске и прогреве двигателя. По мере прогрева двигателя начиная с температуры охлаждающей жидкости 50... 70 °C регулятор прекращает подачу дополнительного воздуха. После ггого при закрытой дроссельной заслонке воздух поступает только через верхний байпасный (обходной) канал, сечение которого можно изменять регулировочным винтом //, что обеспечивает возможность регулирования частоты вращения коленчатого вала в режиме холостого хода.
Стабилизатор 5 перепада давления поддерживает постоянное избыточное давление топлива относительно давления воздуха во впускном газопроводе. В этом случае цикловая подача топлива форсункой 13 зависит от времени, в течение которою открыт се клапан. Следовательно, основной принцип электронного управления впрыскиванием топлива заключается в изменении (модуляции) электрического импульса, управляющего форсункой при поддержании постоянного перепада давления топлива.
114
Длительность импульсов управления временем впрыскивания топлива форсункой корректируется в зависимости от температуры охлаждающей жидкости по информации от датчика 15. Введенный в систему датчик 14 кислорода обеспечивает поддержание необходимого состава горючей смеси.
На режимах полного открытия дроссельной заслонки и разгона автомобиля необходимо обогащение горючей смеси, что обеспечивается ЭБУ по информации отдатчика 10 положения дроссельной заслонки. При открытии заслонки контактная система датчика выдает импульсы, которые приводят к обогащению смеси в режиме разгона автомобиля.
В датчике 10 положения дроссельной заслонки предусмотрена контактная пара, от замкнутого или разомкнутого состояния ко-горой зависит отключение или включение тонливонодачи в режиме принудительного холостого хода. Подача топлива прекращается при закрытой дроссельной заслонке, когда частота вращения коленчатого вала двигателя выше 1 000 об/мин. и возобновляется при снижении частоты вращения до 850 об/мин.
С целью облегчения пуска холодною двигателя в системе предусмотрена дополнительная пусковая форсунка /2, которая представляет собой электромагнитный клапан с вихревым центробежным распылителем.
11родолжителыюсть от крытия форсунки зависит от температуры охлаждающей жидкости в двигателе, фиксируемой датчиком 16.
Система центрального впрыскивания топлива. Типичным примером такого впрыска топлива является система Mono-Motronic (рис. 8.14), которую устанавливают на двигателях небольшого рабочего объема автомобилей обычно малого класса, например ВАЗ-21 214, -21044. Конструктивно система включает вссбя следующие основные устройства: электронный блок управления 13 на базе микропроцессора, смесительную камеру 3 с дроссельной заслон-। он н установленным на ней датчиком 8. фиксирующим ее положение, электромагнитную форсунку 6, регулятор 7давления топ-чина, электрический топливный насос 12, топливный фильтр 10, гнчик 16 температуры охлаждающей жидкости, регулятор 4 час-ин и вращения в режиме холостого хода.
1ействие регулятора частоты вращения коленчатого вала дви-|.нсля на холостом ходу основано на изменении положения дрос-11'тьной заслонки или перепуска воздуха в обход дроссельной за-• юнки. После обработки информации отдатчика частоты вращения коленчатого вала микропроцессор формирует управляющий сигнал, подаваемый на исполнительное устройство, например шаговый микроэлекгродвигатсль, который воздействует на дрос-<< iwiyio заслонку или на клапан обходного канала. Все системы вентрального впрыскивания топлива имеют кислородный датчик 17 I bi мода-зонт»), позволяющий поддерживать в оптимальных со-
115
5
6
7
Рис. 8.14. Электронная система впрыскивания топлива Mono-Motronic:
1 — катушка (катушки) зажигания; 2 — распределитель бесконтактного >лект-ройного зажигания; 3— смесительная камера; 4— регулятор холостою хода; 5 — диффузор с датчиком температуры; 6— электрома! нитная форсунка; 7— регулятор давления гоплива; <$’— ктгчик положения дроссельном заслонки; 9— возвратный топливный клапан; 10 — топливный фильтр; // — емкость с аминированным углем для сбора паров бензина (адсорбер); /2— электрический топливный насос; 13 — электронный блок управления; 14 — разъем для диагностики; /5 — датчик частоты вращения коленчатою вала шигателя; 16 — датчик температуры охлаждающей жидкости; 17 — кислородный датчик
отношениях количество воздуха к топливу, обеспечивая оптимальный состав горючей смеси на всех режимах работы двигателя.
Основными отличительными особенностями данной системы центрального впрыскивания от рассмотренной ранее системы впрыскивания L-Jetronic (см. рис. 8.13) являются отсутствие распределенного (отдельно для каждого цилиндра) впрыскивания топлива: процесс топливоподачи происходит с помощью центрального отсека (модуля), в котором установлена одна электро-Mai нитная форсунка 6 (см. рис. 8.14), обеспечивающая впрыскивание топлива; регулировка подачи топливовоздушной смеси дроссельной заслонкой, а также распределение се по цилиндрам двигателя происходит по принципу работы карбюраторной системы.
В этой системе отсутствует датчик массового расхода воздуха, но в диффузоре 5установлен датчик поступающего воздуха, которого нет в системе распределенного впрыскивания. Состав и порядок действия остальных устройств центральной системы впрыскивания во многом подобны рассмотренной выше системе распределенного впрыскивания топлива.
Комплексные системы управления двигателем. Такие системы предназначены для выработки оптимального состава рабочей смеси, подачи топлива через форсунки в цилиндры двигателя, а так
116
же своевременного его воспламенения с учетом оптимального угла опережения зажигания. Примерная структурная схема комплексной системы управления двигателем показана на рис. 8.15. В соответствии с этой схемой блок управления работает в совокупности с датчиками и исполнительными устройствами. Основным элементом блока управления является электронный микропроцессор, который производит обработку всех необходимых данных, обеспечивающих работу двигателя, и предназначен для формирования момента подачи топлива и длительности импульсов электрического тока при работе электромагнитных форсунок; формирования импульса электрического тока для работы катушек зажигания с учетом необходимого угла опережения зажигания; управления работой регулятора добавочного воздуха; включения электрического бензонасоса (через реле); управления работой двигателя в аварийном режиме (в случае отказа отдельных элементов системы).
Примером использования комплексной системы является двигатель ЗМЗ-4062.10, устанавливаемый па автомобиле ГАЗ-3110 и его модификациях. Кроме того, на базе этою двигателя ведется разработка дизельною варианта двигателя с электронным управлением впрыскивания топлива для легковых автомобилей ГАЗ и грузовых автомобилей семейства «ГАЗель».
Сущность работы комплексной электронной системы управления двигателем ЗМЗ-4062.10 заключается в следующем. При включении зажигания на панели приборов загорается и гаснет конт-
Гоплино	Датчики	Воздух
Рис. 8.15. Примерная структурная схема комплексной системы управления двигателем
117
рольная лампа — это означает, что система исправна и готова к работе. Блок управления выдает команду на включение через реле электробен юнасоса, который создает давление бензина в топливопроводах и топливной рампе форсунок.
При вращении вала двигателя в процессе его пускгг стартером по сигналам датчика положения коленчатого вала блок управления выдаст электрические импульсы для подачи топлива в соответствующие форсунки и опредсляе г, в какую из двух катушек зажигания необходимо подавать электрические импульсы для пуска. После пуска двигателя блок управления переходит на режим подачи топлива в форсунки в соответствии с порядком работы двигателя.
Для определения оптимального количества топлива и угла опережения зажигания блок управления использует информацию датчиков температуры охлаждающей жидкости и воздуха, расхода воздуха, положения дроссельной заслонки, детонации, частоты вращения коленвала и данные, заложенные в его память. Для каждого конкретного режима работы двигателя блок управления выдает свои данные по оптимальному количеству топлива и углу опережения зажигания в зависимости от показаний, полученных от всех датчиков и оперативной памяти. Блок управления непрерывно корректирует выходные данные по изменяющимся сигналам датчиков.
Таким образом, управлением работой двигателя с помощью комплексной системы достигается более экономичная работа двигателя при повышении его мощностных показателей, а также выполнение норм по токсичности отработавших газов.
8.4.	Карбюраторы двигателей грузовых автомобилей и автобусов
На двигателях грузовых автомобилей семейств ЗИЛ. «Урал» и ряде моделей автобусов ЛиАЗ, ЛАЗ устанавливают карбюраторы К-88АТ или К-90.
Указанные карбюраторы по многим смеседозирующим системам и узлам унифицированы за исключением системы холостого хода. Это является основным отличием карбюратора К-90, так как у него в каналах холостого хода установлены два электромагнитных клапана и контактный датчик положения дроссельных заслонок, которые входят в ранее рассмотренную систему (см. рис. 8.9) экономайзера принудительного холостого хода (ЭПХХ). Это обеспечивает снижение уровня токсичности отработавших газов и уменьшение расхода топлива автомобилями и автобусами, на которых устанавливаются карбюраторы типа К-90.
Карбюратор К-88АТ. Карбюратор (рис. 8.16) имеет две смесительные камеры, каждая из которых предназначена для питания
118
одного ряда цилиндров. Карбюратор состоит из четырех основных частей: корпуса /0 воздушной горловины, корпуса 6 поплавковой камеры и диффузоров, корпуса 51 смесительных камер и пневмо-инерционного ограничителя 41 максимальной частоты вращения коленчатого вала. Для балансировки карбюратора служит канал 28, соединяющий воздушную горловину с поплавковой камерой 55, в результате чего в них уравновешивается давление и устраняется влияние загрязнения воздухоочистителя на состав горючей смеси.
Поддержание необходимого состава обедненной горючей смеси в карбюраторе достигается торможением топлива воздухом. Для ной цели смесительные камеры имеют самостоятельные главные дозирующие устройства с входящими в них воздушными жиклерами !9, а также малым 2/ и большим 62 диффузорами, улучшающими процесс смесеобразования в результате повышения в них скорости воздуха. Каждая смесительная камера имеет самостоятельную систему холостого хода с питанием из колодцев 57жиклеров 6! полной мощности. Общими для обеих камер карбюратора являются горловина с воздушной заслонкой 23 и сетчатым фильтром 32, поплавковая камера 55с поплавком 31 и запорным клапаном 33, экономайзер 1 и ускорительный насос 5 с форсункой 26. В обеих смесительных камерах дроссельные заслонки 63 закреплены на одной оси 68 и открываются одновременно.
Управление дроссельными заслонками 63 осуществляется из кабины водителя педалью 6 (см. рис. 8.1) или рукояткой 5, а управление воздушной заслонкой — с помощью рукоятки 4. Обе смесительные камеры карбюратора работают одновременно, и процессы смесеобразования в них одинаковы, поэтому работу карбюратора рассмотрим на примере работы одной из смесительных камер.
При пуске и прогреве двигателя воздушную заслонку 23 (см. рис. 8.16) закрывают, а так как она конструктивно через систему тяг связана с осью 68 дроссельной заслонки 63, то последняя несколько приоткрывается. В результате этого в смесительной камере создастся разрежение, что обеспечивает обогащение горючей смеси в результате интенсивного истечения топлива из кольцевой щели 20 малого диффузора 21 и эмульсии из отверстий 59 и 60 капала 30 холостого хода. Наряду с этим обогащение горючей смеси происходит и из-за нескольких нажатий на педаль дроссельной i.ic.ioiikh, в результате чего поршень /ускорительного насоса перемешается вниз и дополнительно через форсунку 26 впрыскива-г| топливо в малый диффузор 21.
В момент начала работы двигателя в случае несвоевременного открытия воздушной заслонки 23 под действием разности давлений открывается предохранительный клапан 22, что предотвращай сильное обогащение горючей смеси.
119
36	37
ll
10
9
8 —
6
5
MtltKjlEISQE
69 55 56 57 58 61 30 59 60 5168 63 67 66 65 5164 63 62 61 60 59 51 30 58 57 56 55 54 53 52 29
Рис. 8.16. Схема карбюратора К-88АТ:
/ — экономайзер; 2 — клапан экономайзера; 3 — толкатель; 4 — обратный клапан; 5— ускорительный насос; 6— корпус поплавковой камеры и диффузоров; 7— поршень; <У— инок привода ускорительною насоса и экономайзера; 9 — шток поршня; 10— корпус воздушной горловины; 11 — планка; 12. 14. 39. 50 — пружины; 13 — шток толка геля; 15 — направляющая; /6 — жиклер холостого хода; 17 — колодец жиклера холостого хода; /Л\ 42— грхбопроволы: /9, 47. 52 — воздушные жиклеры; 20 — кольцевая щель диффузора; 21 — малый диффузор; 22 — предохранительный клапан; 23 — воздушная заслонка; 24 — распылитель; 25 — смесительная полости; 26 — форсунка; 27 — жиклер форсунки; 28 — балансировочный канал; 29, 34. 48. 57, 54— воздушные каналы; 30— канал холостого хода; 31 — поплавок; 32 — сетчатый фильтр; 33 — запорный клапан; 35 — корпус датчика; 36 — клапан датчика; 37 — седло клапана; 38 — вал привода ротора; 40— ротор; 41 — ппевмоинернионный ограничитель; 43— мембрана; 44 — крышка вакуумной камеры; 45— корпус вакуумной камеры; 46— шток мембраны; 49. 69 — рычат привода дроссельных заслонок; 51 — корпус смесительных камер; 55 — поплавковая камера; 56 — iлавпый жиклер; 57 — колодец жиклера полной мощности; 58 — регулировочный винт; 59, 60 — отверстия канала холостого хода; 61 — жиклер полной мощности; 62 — большой диффузор; 63 — дроссельная заслонка; 64. 67— топливные каналы; 65 — колодец форсунок; 66 игольчатый клапан; 68 — ось дроссельных заслонок
При малой частоте вращения коленчатого вала на режиме холостого хода дроссельная заслонка 63 прикрыта, поэтому разрежение в диффузоре недостаточно для истечения топлива.
Максимальное разрежение создается за дроссельной заслонкой, которое передается через отверстия 60 и 59 в эмульсионный канал 30 и к жиклеру 16 холостого хода. Под действием этого разрежения топливо из поплавковой камеры 55через главный жиклер 56 и колодец 57жиклера полной мощности поступает в колотой /7, а затем к жиклеру /6 холостого хода. При этом необходимый для образования эмульсии воздух поступает из воздушной горловины через верхнее отверстие жиклера /6 холостого хода, а ткже из воздушного жиклера 19 и жиклера 61 полной мощности.
Образовавшаяся богатая горючая смесь движется ио каналу 30, н копие которого к ней дополнительно подсасывается воздух из верхнего щелевидного отверстия 59. и через нижнее отверстие 60 эмульсия поступает в пространство смесительной камеры за дроссельной заслонкой и далее в цилиндры двигателя.
По мере открытия дроссельной заслонки увеличивается разрежение у верхнего отверстия 59 и эмульсия начинает поступать из обоих отверстий. Этим достигается плавный переход двигателя от работы на режиме холостого хода к работе под нагрузкой, которая обеспечивается главной дозирующей системой.
При работе двигателя на холостом ходу качество горючей смеси регулируют винтом 58. а частоту вращения коленчатого вала — ввернутым в корпус привода карбюратора упорным винтом, изменяющим степень прикрытия дроссельной заслонки.
121
При малых и средних нагрузках двигателя переход от режима холостого хода к режиму частичных нагрузок происходит по мере открытия дроссельной заслонки. При этом система холостого хода плавно прекращает подачу эмульсии, а так как разрежение и скорость воздуха в диффузорах возрастают, то в работу вступает главная дозирующая система. К топливу, поступающему из поплавковой камеры через главный жиклер 56 и жиклер 6/ полной мощности, подмешивается воздух из воздушного жиклера 19. Образовавшаяся при этом эмульсия поступает в кольцевую щель 20 малого диффузора 21. С увеличением разрежения в малом диффузоре компенсация состава горючей смеси достигается поступлением дополнительного воздуха из жиклера 16 холостого хода, в результате чего уменьшается разрежение около жиклера 61 полной мощности и в колодце 57. Таким образом, воздух, поступающий через воздушные жиклеры 19 и /6, тормозит истечение топлива из главного жиклера 56. и горючая смесь обедняется до необходимого состава.
При больших нагрузках двигателя обогащение горючей смеси осуществляется экономайзером / с механическим приводом, состоящим из кинематически связанных рычага 69 привода дроссельных заслонок и штока 8 привода ускорительного насоса и экономайзера, на конце которого закреплена планка //. При открытии дроссельной заслонки 63 более чем на 80% планка 11 перемешается вниз и через направляющую /5 и пружину 14 нажимает на шток 13, который, воздействуя на толкатель 3, открывает шариковый клапан 2 экономайзера, и дополнительное количество топлива поступает по каналу 64 к жиклеру 67 полной мощности. В результате этого происходит обогащение горючей смеси и двигатель развивает полную мощность.
При резком открытии дроссельных заслонок (режим ускорения) кратковременное обогащение горючей смеси происходит в результате подачи дополнительного топлива из колодца ускорительного насоса 5, а также резервного топлива, находящегося в колодце 57 над жиклером 6/полной мощности. Резкое открытие дроссельной заслонки сопровождается быстрым перемещением штока 8 и планки // вниз. При этом давление под поршнем 7 возрастает, обратный шариковый клапан 4 закрывается, а топливо по каналу 67 через игольчатый клапан 66 поступает в колодец 65форсунки 26. Затем через жиклер 27 форсунки топливо подастся в смесительную полость 25, где оно смешивается с воздухом и в виде тонких струй впрыскивается через распылитель 24 в смесительную камеру для обогащения горючей смеси.
Связь поршня 7 с планкой // осуществляется через шток 9 и пружину 12, которая необходима для обеспечения затяжного впрыскивания топлива. Установка нагнетательного игольчатого клапана 66 исключает возможность поступления воздуха под пор-
122
тень 7 при его быстром подъеме, а также устраняет подсасывание топлива из колодца ускорительного насоса на средних и больших нагрузках двигателя при постоянном положении дроссельной заслонки.
Пневмоинерционный ограничитесь 41 (см. рис. 8.16) максимальной частоты вращения коленчатого вала двигателя состои т из центробежною датчика инерционного типа и исполнительного механизма с вакуумно-мембранным приводом на ось дроссельных заслонок.
Центробежный датчик установлен на крышке распределительных шестерен. В корпусе 35датчика, закрытом пластмассовой крышкой, установлен ротор 40, вал 38 привода которого в передней части уплотнен сальником, На этом же конце вала имеется паз для концевого выступа валика 22 узла привода ротора от распределительного вала (см. рис. 5.4).
Исполнительный механизм установлен на корпусе 51 (см. рис. 8.16) смесительных камер. Между разъемными плоскостями крышки 44 и корпуса 45 вакуумной камеры установлена мембрана 43, соединенная с верхним концом штока 46. На оси 68дроссельных заслонок установлен рычаг 49, соединенный одним плечом с нижним концом штока 46 мембраны, а другим — с пружиной 50, под действием которой рычаг 49 поворачивается и удерживает дроссельные заслонки 63 в открытом положении. Так как ось 68 может проворачиваться на некоторый угол относительно налика рычага привода заслонок из-за их шарнирно-вильчатого соединения, то при срабатывании ограничителя дроссельные заслонки прикрываются независимо от положения педали управления подачей топлива.
Пространство над мембраной 43 вакуумной камеры при помощи трубопровода 42 и канала 34 сообщается с полостью ротора 40, а через канал 48, жиклеры 47, 52 и каналы 54, 53 это же пространство соединяется со смесительной камерой карбюратора. Пространство под мембраной через канал 29 постоянно сообщается с воздушным патрубком карбюратора.
Если частота вращения коленчатого вала двигателя не превышает максимального значения, то ротор 40датчика, вращаясь, не развивает достаточной центробежной силы, и клапан 36 датчика, удерживаемый пружиной 39, не закрывает отверстие седла 37клапан. . При этом пространство над мембраной 43сообщается с воз-лушной горловиной через трубопровод 42, канал 34, полость ро-гора 40 и трубопровод 18, а пространство под мембраной — через капал 29. Таким образом, давление воздуха снизу и сверху мембраны 43 одинаковое и шток 46 не воздействует на механизм прикола дроссельных заслонок.
При частоте вращения коленчатого вала 3 100...3 200 об/мин Клапан 36 развивает значительную центробежную силу, при этом
123
воздушный жиклер главной дозируюшей си с
Рис. 8.17. Схема карбюратора К-135МУ.
1 - шток привода ускорительного насоса; 2 - крышка поплавковой камеры; 3 -/ шток привод, у н . _ трубкп ТОГШ1ВНОГО ЖИклсра холостого хода: 6 -распылителей с полым болтом*. 9 — i-
- запорный клапан поплавковой камеры. 12
клапан пнев.мопентробежного датчика^/6"
22- <
главный топливный жиклер: 2S —
воздушная заслонка; 7 — распылитель; л блок мы: 4 - малый диффузор; 5 - труока топливною	11 - запорный клапан поплавковой камеры; /2-
распылителей с полым	/5 - пробка жиклера: 16 - мембрана исполншельного механизма; /7 -
сетчатыи фильтр. 13 - поплавок.	^р>окнна; /9 _ ротор датчика; 20 - пегулиоовочныи винт. 21 - i ..
ось дроссельных заслонок; 23. 25 — жиклеры с .
*“  эмульсионная труока; 20
Л _ корпус смесительной камеры; 32 —
. т mmvniMini жиклео- //— запорный клапан ноплавковоп ммЧш..
“~итм ***- "•»................................................ “£’и",ома; '7~
,; ,Л ротор».-.....J- регулировочный «нт; 21 - пружин., огра™ .чикл»,
соответственно вакуумный и воздушный; 24— прокладка. 26 манжеъ. соответственно^ уу	регул,|рова(1Ш1 качества смеси
большой диффузор; 33 - электромагнитный клапан; 34 - рыча, ириаола; Л - впуекно., корпус поплавковой камеры; 37 — клапан экономайзера
клапан; 36 —
пружина 39 растягивается и клапан закрывает отверстие в седле 37. перекрывая доступ воздуха из воздушной горловины в пространство над мембраной 43. Последнее через канал 48 и жиклеры 47 и 52 сообщается со смеет ел ы юн камерой карбюратора, вследствие чего в этом пространстве создается разрежение. Так как пространство под мембраной через канал 29 соединяется с воздушной горловиной, то давление под мембраной становится выше давления над ней. Из-за разности давлений мембрана 43 поднимается вверх вместе со штоком /6, который, преодолевая натяжение пружины 50, перемешает рычаг 49 и прикрывает дроссельные заслонки 63.
В результате прикрытия дроссельных заслонок уменьшается количество горючей смеси, поступающей в цилиндры, и обеспечивается поддержание максимальной частоты вращения коленчатою вала в заданных пределах (3 100...3 200 об/мин).
Карбюратор К-135МУ. На V-образных восьмицилиндровых двиган елях автомобилей I A3-3307 и их модификациях установлен карбюратор К-135МУ (рис. 8.17), который по принципу действия смесеобразующих систем, а также по конструкции ограничителя максимальной частоты вращения коленчатого вала во мпотом аналогичен рассмотренному карбюратору, за исключением отдельных конструктивных особенностей. Все дозирующие системы и устройства расположены в трех основных частях карбюратора: корпусе 36 поплавковой камеры, се крышке 2 с фланцем и корпусе 31 смесительных камер. Корпус смесительных камер конструктивно объединен с корпусом датчика исполнительного механизма пневмо-центробежного ограничителя частоты вращения, ротор /Ркоторо-ю приводится в действие от распределительного вала двигателя.
Все каналы жиклеров снабжены пробками для обеспечения юступа к ним без разборки карбюратора. Топливные жиклеры холостого хода могут быть ввернуты снаружи, гак как они выведены через крышку на корпус смесительных камер.
В крышке 2 поплавковой камеры расположена воздушная за-• юнка с двумя автоматическими клапанами и приводом, который соединен с осью дроссельных заслонок системой рычагов и тяг.
В карбюраторе применен электромагнитный клапан 33, кото-рый автоматически отключает поступление топлива в смесительные камеры при движении автомобиля «накатом».
Ускорительный насос со штоком / и клапан 37 экономайзера ин 1ЯЮТСЯ общими для обеих камер карбюратора. Распылители экономайзера и насоса выведены в каждую камеру. Система пуска холодного двигателя — общая па обе камеры карбюратора.
Клапан экономайзера включается в работу ;а5...7 до полного шкрытия дроссельных заслонок. Приводы экономайзера и уско-ритсльного насоса конструктивно объединены.
125
8.5.	Приборы топливоподачи, очистки воздуха и газопроводы
Топливный бак. На автомобиле может быть установлен один или несколько топливных баков, являющихся резервуарами для хранения топлива. Емкость топливного бака должна обеспечивать пробег автомобиля без заправки в пределах 400...600 км. Форма топливного бака, особенности конструкции его заливной горловины и способ крепления зависят от места установки бака на автомобиле. В остальном же топливные баки различных автомобилей сходны по устройству.
Топливные баки состоят из двух штампованных половин (см. рис. 8.1). сваренных между собой; внутри бака имеются перегородки, которые повышают его жесткость и уменьшают гидравлические удары при резких перемещениях топлива. Уровень топлива в баке определяется с помощью указателя «V, установленного на щитке приборов, и датчика 9. расположенного в гнезде бака.
Топливные баки отдельных моделей автомобилей оборудуют приборами, контролирующими начало расхода резервною топлива, рассчитанного на пробег нс менее 50 км.
Заливная горловина //топливного бака имеет сетчатый фильтр и герметично закрывается крышкой, в которую для уменьшения потерь топлива вследствие испарения встроены два автоматических клапана, сообщающие полость бака с атмосферой для выравнивания давления в нем. При разрежении в бакс в пределах 0,015...0.040 МПа открывается впускной клапан и бак сообщается с атмосферой: при избыточном давлении в нем (0,01 ...0,02 МПа) открывается выпускной клапан.
Топливные фильтры. Для очистки топлива от механических примесей и воды применяются топливные фильтры (рис. 8.18). На пути от бака к карбюратору топливо очищается сетчатыми фильтрами бака, топливного насоса и карбюратора. Кроме того, между баком и топливным насосом устанавливают фильтр-отстойник щелевого типа, а между карбюратором и топливным насосом — фильтр тонкой очистки топлива. Такая тщательная очистка топлива необходима потому, что даже самые мелкие механические примеси и вода нарушают работу карбюратора.
Фильтр грубой очистки (рис. 8.18, а) имеет фильтрующий элемент 5, состоящий из топких пластин 9 с отверстиями 8 и штампованными выступами 6. В собранном фильтрующем элементе из-за наличия выступов образуются щелевые зазоры, в которых задерживаются и выпадают в отстой механические примеси с размером частиц более 0,05 мм. Топливо поступает в корпус 3 фильтра через отверстие 4 и, пройдя фильтрующий элемент 5, выходит из корпуса через отверстие 2. В металлическом стакане / из топлива огстаи-
126
1
в
Рис. 8.18. Топливные фильтры: а — грубой очистки; б, в — гонкой очистки
вается вода, которая вместе с механическими примесями спускается через отверстие, закрываемое пробкой 7.
Фильтр тонкой очистки (рис. 8.18, б) в значительной мере способствует безотказной работе смеседозирующих систем карбюра-тора и особенно жиклеров, имеющих отверстия с малым проходным сечением. Топливо через впускное отверстие 12 подается в стеклянный стакан-отстойник 14, прижимаемый к корпусу 11 скобой 15. Из стакана топливо поступает в пористый керамический элемент 13, где оно подвергается тонкой очистке и затем через выходное отверстие 10 подастся к карбюратору.
Двигатели большинства легковых автомобилей оборудуются только фильтром тонкой очистки (рис. 8.18, в) с фильтрующим элементом из латунной сетки 16, установленной на алюминиевом или к шроновом патроне. Принцип работы такого фильтра аналогичен фильтру с керамическим фильтрующим элементом.
Топливный насос. Для принудительной подачи топлива к карбюратору служит топливный насос. На двигателях автомобилей ЗИЛ-431410 топливный насос приводится в действие от эксцентрика распределительного вала через штангу, на карбюраторных двигателях автомобилей ГАЗ-3110 «Волга», ГАЗ-3307 и ИЖ-2126 •Ола» — непосредственно от эксцентрика, на двигателях ВАЗ — и спсптриком вала привода смазочного насоса и распределителя шжигания. Наибольшее распространение получили мембранные насосы, отличающиеся хорошей работоспособностью. На двигате-1ч\ с системой впрыскивания топлива устанавливаются электрические топливные насосы.
Насос Б-10 карбюраторных двигателей автомобилей ЗИЛ цшс. 8.19, а) состоит из трех основных частей: корпуса 2, клапанной головки 7и крышки 10. В корпусе насоса установлены коро-
127
9 10	Н
Рис. 8.19. Мембранный топливный насос: а — разрез насоса; б — механизм ручной подкачки
мысло 17. нагнетательная пружина 4 и валик !4 рычага / механизма ручной подкачки топлива. В клапанной головке /встроены три выпускных клапана 13 ч три впускных клапана <?, над которыми расположен сетчатый фильтр 9. Крышка 10 имеет перегородку //. разделяющую впускную А и нагнетательную Б полости насоса. Между клапанной головкой 7 и корпусом 2 зажата многослойная лакотканевая мембрана 6, закрепленная па штоке 5, нижний конец которого через шайбу соединен с внутренним вильчатым плечом коромысла /7. а его наружное плечо пружиной 75 постоянно прижимается к штанге 18 привода насоса.
Работает насос следующим образом. При набегании выступа эксцентрика /9 на штангу 18 коромысло /7, поворачиваясь на оси 16, своим вильчатым плечом опускает штоке мембраной вниз, преодолевая сопротивление пружины 4. При этом в полости над мембраной создастся разрежение, под действием которого открываются впускные клапаны 8, и топливо из бака поступает во впускную полость А крышки 10, откуда, пройдя сетчатый фильтр 9, заполняет пространство над мембраной. При сбегании выступа эксцентрика 19 из-под штанги 18 под действием пружины 4 шток 5 вместе с мембраной поднимается вверх, при этом под давлением топлива, находящегося над мембраной, впускные клапаны 8 закрываются, а выпускные 13 открываются, и топливо подается в
128
нагнетательную полость Б, из которой оно через отверстие штуцера /2 поступает по топливопроводу к карбюратору.
В том случае, если расход топлива через дозирующие системы карбюратора мал и запорный клапан поплавковой камеры закрыт, насос работает вхолостую. Это объясняется тем, что топливо, находящееся над мембраной, нс позволяет ей перемещаться вверх, при этом пружина 7 ежата, а шток 5 находится в нижнем положении, что позволяет вильчатому плечу коромысла свободно качаться до тех пор. пока не откроется запорный клапан поплавковой камеры карбюратора. При ремонтно-регулировочных работах । 1Я заполнения поплавковой камеры топливом служит механизм ручной подкачки (рис. 8.19, б). Валик 14 пазом, соединенным с коромыслом 17, действует на его вильчатый конец, обеспечивая перемещение шгока и мембраны нс под действием эксцентрика, а вручную — рычагом /.
Для контроля герметичност мембраны и вентиляции корпуса служит отверстие 3 (см. рис. 8.19, а).
Воздухоочиститель. Для очистки воздуха от ныли на двига-1ель устанавливают воздухоочиститель. Применение воздухоочистителя позволяет уменьшить изнашивание деталей цилиндропоршневой группы двигателя примерно в 2 — 3 раза по сравнению с их изнашиванием при работе карбюратора без фильтрации воздуха.
Кроме того, воздухоочиститель снижает уровень шума, возникающего во впускном тракте во время процесса впуска. Широкое распространение получили масляно-инерционные двух-гупенчатые воздухоочистители (двигатели автомобилей моделей ЗИЛ-4314, -4333) и сухие со сменными фильтрующими элементами (двигатели автомобилей семейства ГАЗ, ВАЗ и ИЖ).
Масляно-инерционный воздухоочиститель состоит из корпуса 7 (рис. 8.20), фильтрующего элемента 2, масляной ванны /. крыш-i и-переходника 4 для забора воздуха, отражателя <У. воздухосборника 5, переходника 9 для крепления воздухоочистителя и патрубка 6 отбора воздуха.
При работе двигателя в результате разрежения во впускном ы юпроводе запыленный воздух через воздухосборник 5 поступает в i рышку-переходи и к 4 и через кольцевую щель 3 направляется нни $ к масляной ванне / и отражателю 8. У поверхности масла uttt iyx резко изменяет направление и движется к фильтрующему к'менту 2, набивка которого может быть выполнена из капроновою волокна или металлической сетки. При изменении направления движения воздуха крупные частицы пыли, продолжая по инерции двигаться вниз, оседают в масле.
Проходя через фильтрующий элемент 2, воздух неоднократно И (меняет направление движения, в результате чего мельчайшие (истицы ныли задерживаются в его набивке. Очищенный воздух
129
Рис. <S.2O. Масляно-инерционный воздухоочиститель
через переходник 9 поступает в воздушную горловину карбюратора и к патрубку 6 отбора воздуха.
В сухих воздухоочистителях двигателей автомобилей семейств ВАЗ, ИЖ воздух очищается от пыли, проходя через фильтрующий элемент, состоящий из сетчатого металлического каркаса и сменного свернутого рулона специальной пористой бумаги или картона. Для предварительной очистки воздуха и увеличения пы-лсемкости фильтра на его свернутый рулон дополнительно надевают элемент из синтетической ваты.
Газопроводы. Впускной газопровод служит для подвода горючей смеси от карбюратора к соответствующим каналам в блоке цилиндров, выпускной — для отвода отработавших газов из двигателя. Первый обычно отливают из алюминиевого сплава, а второй — из серого чугуна. Газопроводы должны оказывать минимальное сопротивление перемещению газов, обеспечивая возможно большее наполнение и лучшую очистку цилиндров от отработавших газов. Впускные газопроводы должны обеспечивать также равномерное распределение горючей смеси по цилиндрам двигателя.	J
В процессе протекания горючей смеси по впускному газопроводу мельчайшие частицы топлива оседают на стенках его каналов. Это приводит к тому, что состав смеси, поступающий в цилиндры двигателя, становится различным, тем самым нарушает-
130
Рис. 8.21. Впускной газопровод V-образного карбюраторного двигателя
ся нормальный процесс сгорания топлива. Во избежание указанного явления во впускном газопроводе применяют подогрев горючей смеси. Для этой цели часть впускного газопровода выполняют с двойными стенками, между которыми циркулируют отработавшие тазы или охлаждающая жидкость, поступающая из рубашки охлаждения.
В V-образных двигателях имеются один впускной и два выпускных газопровода. Впускной газопровод (рис. 8.21) располагают между головками блока. Он отли г из алюминиевого сплава и обработанными плоскостями крепится через прокладки на шпильках ганками к обеим головкам блока.
Каналы 7 и <?, подводящие горючую смесь к цилиндрам, омываются горячей жидкостью через каналы 6 и 9 системы охлаждения, что и создает подо! рев смеси. Шпильки 2, J, 4, 5 служат для крепления соответственно карбюратора, патрубка радиатора, маслоналивного патрубка и топливного насоса. На нем также установлен корпус / клапана вентиляции картера. Впускные каналы в газопроводе расположены так, что каждая камера карбюратора питает горючей смесью определенную группу цилиндров с уче-1ом порядка работы двигателя, чем обеспечивается одинаковое по качеству состояние потока горючей смеси.
В однорядных двигателях оба газопровода, как правило, объ-сдипены в единый узел, который фланцами патрубков при помощи шпилек и гаек присоединен к блоку цилиндров или к головке блока. В таких двигателях для регулирования интенсивности подо-грева горючей смеси отработавшими газами в выпускном газопроводе или воздушном патрубке перед воздухоочистителем устанавливается поворотная заслонка, позволяющая изменять коли-•k cibo теплоты, поступающей для подо!рева горючей смеси от выпускного газопровода. Изменение положения поворотной за-। попки производится, как правило, автоматически с помощью Пиме пиитических спиралей или специальных терморегуляторов.
131
Контрольные вопросы
I.	Каковы особенности смесеобразования в бензиновых двигателях и в чем отличие рабочей смеси от горючей?
2.	В чем заключается принцип работы элементарного карбюратора и каковы его недостатки?
3.	Перечислите основные смсссдозируклпис системы современною карбюратора.
4.	На каком принципе основано действие главной дозирующей системы карбюратора?
5.	В чем заключается разница в назначениях ускорительного насоса и экономайзера?
6.	В чем состоит принцип работы системы впрыскивания топлива?
7.	В чем заключается разница между распределенной и центральной системой впрыскивания топлива?
8.	Перечислите основные устройства систем впрыскивания топлива.
9.	Объясните назначение и принцип работы воздухоочистителя и топливного насоса.
10.	Каковы назначение, устройство и работа топливного фильтра грубой очистки?
11.	На чем основано действие иневмоинерционного ограничителя частоты вращения коленчатого вала двигателя?
Гл а ва 9
СИСТЕМА ПИТАНИЯ ДИЗЕЛЕЙ
9.1.	Особенности смесеобразования в дизелях
Особенностью двигателем с самовоспламенением от сжатия, пли, как их принято называть, (изелей (но имени изобретателя Р. Дизеля), является приготовление горючей смеси топлива с воздухом внутри цилиндров.
В дизелях топливо поступает от насоса высокого давления и посредством форсунки впрыскивается в цилиндры под давлением, в несколько раз превышающим давление воздуха в конце такта сжатия. Смесеобразование начинается с момента поступления топлива в цилиндр. При этом в результате трения о воздух струя топлива распыляется на мельчайшие частицы, которые образуют топливный факел конусообразной формы. Чем мельче распылено топливо и чем равномернее распределено оно в воздухе, тем полнее сгорают его частицы.
Испарение и воспламенение топлива осуществляются за счет высокой температуры и давления сжатого воздуха (к концу такта сжатия температура воздуха составляет 550... 700°C, а давление — 1,5...5,5 МПа). Следует отметить, что после начала горения смеси температура и давление в камере сгорания резко возрастают, что ускоряет процессы испарения и воспламенения остальных частиц распыленного топлива.
Чтобы обеспечить наилучшие мощностные и экономические показатели работы дизеля, необходимо впрыскивать топливо в его цилиндры до прихода поршня в ВМТ. Угол, на который кривошип коленчатого вала не доходит до ВМ Г в момент начала впрыс-। икания топлива, называю! углом опережения впрыскивания топ-шва.
Для того чтобы форсунка впрыскивала топливо с требуемым опережением, топливный насос должен начинать подавать топ-инво еще раньше. Это вызвано тем, что требуется некоторое время для прохождения топлива от насоса к форсунке.
Угол поворота кривошипа коленчатого вала, на который поршень не доходит до ВМТ в момент начала подачи топлива из топливного насоса, называют углом опережения подачи топлива.
При малой нагрузке в цилиндрах дизеля практически всегда имеется достаточное количество воздуха для полного сгорания топлива. В этом случае коэффициент избытка воздуха имеет срав-
133
нителыю большую величину. С увеличением нагрузки возрастает только подача топлива, но при этом значение коэффициента избытка воздуха уменьшается, вследствие чего ухудшается процесс сгорания топлива. Поэтому среднее значение коэффициента избытка воздуха для различных типов дизелей, обеспечивающее их бездымную работу, устанавливаю! в пределах о. = 1,3... 1,5, что обусловливает также высокую экономичность дизелей по сравнению с карбюраторными двигателями.
Существенное влияние на улучшение смесеобразования и процесса сгорания оказывают способы приготовления рабочей смеси и принятая форма камеры сгорания. По способу приготовления рабочей смеси различают объемное, объемно-пленочное и пленочное смесеобразования. Каждому из этих способов присущи свои характерные особенности, для реализации которых требуются камеры сгорания с соответствующими конструктивными решениями. Существующие камеры сгорания дизелей по общности основных признаков их конструкции объединяют в две группы: неразделенные (однополостные) и разделенные (двухполостные).
Неразделенные камеры сгорания (рис. 9.1. а) представляют собой объем 5, заключенный между днищем поршня, когда он находится в ВМТ, и плоскостью головки 2. Такие камеры называют также однополостными с объемным смесеобразованием, так как процесс смесеобразования основан на впрыскивании топлива непосредственно в толщу горячего воздуха, находящегося в камере сгорания дизеля. При этом для лучшего перемешивания частиц распыленного топлива с воздухом его свежему заряду сообщают при впуске вращательное движение с помощью завихрителей или винтовых впускных каналов, а форму камеры сгорания стремятся согласовать с формой струи топлива, подаваемой форсункой /. Такой принцип смесеобразования используется в дизелях Я М 3, КамАЗ и Д-245.12; последний устанавливается на автомобиле малой массы ЗИЛ-5301 «Бычок».
Рис. 9.1. Камеры сгорания дизелей:
а — ЯМЗ-236М2; б — ЗИЛ-645: « — вихревого типа
134
В современных дизелях используется также пленочное смесеобразование, которое характеризуется тем, что большая часть впрыскиваемою топлива подается на горячие стенки шарообразной камеры сгорания, на которых оно образует сначала пленку, а затем испаряется, отнимая часть тепла от стенок.
Принципиальная разница между объемным и пленочным способами смесеобразования заключается в том, что в первом случае частицы распыленного топлива непосредственно смешиваются с воздухом, а во втором основная часть топлива сначала испаряется и в парообразном состоянии перемешивается с воздухом при ин-гепсивиом вихревом движении его в камере.
Разновидностью указанных способов смесеобразования является объемно-пленочное смесеобразование, которое обладает свойствами как объемною, так и пленочного смесеобразования. Существенным преимуществом этого процесса является возможность создания многотопливных дизелей, позволяющих использовать наряду с дизельным топливом высокооктановые бензины и спиртовые «метаноловые» смеси. В отечественном автомобилестроении к таким двигателям можно отнести дизель ЗИЛ-645, у которого процесс смесеобразования происходит в объемной камере сгорания 5 (рис. 9.1, б), расположенной в поршне 4 в виде наклонной цилиндрической выемки со сферическим дном. Вращение воздушною заряда в камере обеспечивается при помощи вихреобразую-щего канала, создающего кольцевой вихрь, направление вращения которого пока гано стрелкой. Топливо в камеру сгорания впрыскивается из двухдырочного распылителя 7 форсунки, расположенной в головке цилиндра 6. Пристеночная струя 8топлива направлена вдоль образующей камеры сгорания, объемная струя 9 пересекает внутренний объем камеры ближе к ее центру. Из-за пристеночной струи такой процесс часто называют объемным пристеночно-пленочным смесеобразованием. Этот процесс по сравнению с другими способами смесеобразования дает хорошую экономичность и обеспечивает более мягкую работу дизеля с плавным нарастанием давления в его цилиндрах, а также улучшает пусковые качества дизеля.
Разделенные камеры сгорания состоят из двух объемов, соединенных между собой каналами: основного объема, заключенного в полости над днищем поршня, и дополнительного, расположенною чаше всего в головке блока. Применяются в основном две |р\ ппы разделенных камер: предкамеры и вихревые камеры. Дизе-III с такими камерами называют соответственно предкамерными и вихревыми.
В вихрекамерных дизелях (рис. 9.1. в) объем дополнительной камеры /2составляет 0,5...0.7 общего объема камеры сгорания. Основная 10 и дополнительная 12 камеры соединяются каналом //, । оюрый располагается тангенциально к образующей дополнитсль-
135
ной камеры, в результате чего обеспечивается вихревое движение воздуха.
В дизелях предкамерного типа предкамера имеет цилиндрическую форму и соединяется прямым каналом с основной камерой, расположенной в днище поршня. В результате начального воспламенения и сгорания части свежего заряда в предкамере создается высокая температура и давление, способствующие более эффективному смесеобразованию и сгоранию топлива в основной камере.
Современные быстроходные вихре- и предкамерные дизели имеют достаточно высокие мощностные показатели при сравнительно высокой степени сжатия. К их основным недостаткам по сравнению с дизелями с неразделенными камерами сгорания следует отнести затрудненный пуск дизеля, что вызывает необходимость применения специальных пусковых устройств.
9.2.	Общее устройство системы питания дизелей
К системе питания дизелей относятся топливо- и воздухонод-водяшая аппаратура, выпускной газопровод и глушитель шума отработавших газов. В четырехтактных дизелях наибольшее распространение получила топливоподводящая аппаратура разделенного типа, у которой топливный насос высокого давления и форсунки конструктивно выполнены раздельно и соединены топливопроводами. Топливоподача осуществляется по двум основным магистралям: низкого и высокого давления. Назначение механизмов и узлов магистрали низкого давления состоит в хранении топлива, его фильтрации и подачи под малым давлением к насосу высокого давления. Механизмы и узлы магистрали высокого давления обеспечивают подачу и впрыскивание необходимого количества топлива в цилиндры дизеля.
Основными механизмами и узлами топливной аппаратуры дизелей ЯМЗ-236М2, -238М2 (рис. 9.2. а) являются топливный
Рис. 9.2. Схемы систем питания ди зелей:
а — ЯМЗ-236М2; о — КамАЗ-740; /, 4, 6. 33, 35. 38, 39. 44 — сливные юпли-вопроводы; 2 — муфта опережения впрыскивания топлива; 3, 36 — фильтры тонкой очистки; 5, 30— форсунки; 7, 8, 13, 28. 31. 37, 41. 45 — топ ливонрово-ды низкою давления; 9, 25 — топливопроводы высокою давления; 10, 29 — насосы высокого давления; // — крышка всережимного регулятора; 12. 27 — топливоподкачивающие насосы; 14. 40 — топливные баки; 15 — штуцер; 16 — крышка фильтра; 17, 43 — фильтры грубой очистки; 18 — корпус фильтра; 19 — фильтрующий элемент; 20— каркас фильтрующего элемента; 21 — топливозаборная трубка; 22— перепускной клапан; 23 — вал; 24— крышка подшипников; 26 — насос ручной подкачки топлива; 32 — магнитный клапан; 34 — факельные свечи; 42 — тройник
136
9	10 11
12 13 5
a
14
о
насос 10 высокою давления, тонливоподкачивающий насос 12 низкого давления, муфта 2 опережения впрыскивания топлива, форсунки 5, расположенные в головках цилиндров, топливный бак /7 с фильтром 17 грубой очистки топлива, фильтр 3 тонкой очистки топлива, топливопроводы 7 и 8 низкого давления, топливопроводы 9 высокого давления, сливные топливопроводы /, 4 и 6.
Привод насоса высокого давления осуществляется от распределительного вала дизеля посредством зубчатой передачи. Вал 23 привода установлен в подшипниках, закрытых крышкой 24. При помощи автоматической муфты 2 опережения впрыскивания он соединяется с кулачковым валом насоса, на заднем конце которого под крышкой 11 смонтирован всережимный регулятор частоты вращения коленчатого вала дизеля.
Взаимодействие механизмов и узлов топливной аппаратуры, а также циркуляция топлива в них происходят следующим образом. Тонливоподкачивающий насос /2 низкого давления через топливопровод 13 засасывает топливо из бака 14через фильтр 1 /грубой очистки и нагнетает его иод избыточным давлением по топливопроводу 8 в фильтр 3 тонкой очистки.
Из этого фильтра по топливопроводу 7 топливо поступает к насосу высокого давления, откуда оно под большим давлением по топливопроводам 9 подается в соответствии с порядком работы дизеля к его форсункам 5, через которые впрыскивается в цилиндры.
Так как насос низкого давления подает больше топлива, чем это необходимо для работы дизеля, то часть топлива, не использованного в насосе высокого давления, через перепускной клапан 22 по сливным топливопроводам 4 и / отводится обратно в бак. Просочившееся через зазоры в деталях форсунок 5 топливо сливается в бак по сливным топливопроводам 6. При этом неиспользованное топливо обеспечивает смазывание и охлаждение деталей насоса и форсунки.
В дизелях семейства КамАЗ-740 (рис. 9.2, б) топливо из бака 40 под действием разрежения, создаваемого топливоподкачивающим насосом 27 низкого давления, проходит фильтры 43 i рубой и 36 тонкой очистки.
По топливопроводам 41, 45, 28 и 37 магистрали низкого давления топливо поступает к насосу 29 высокого давления и от него по топливопроводам 25 высокого давления подастся к форсункам 30 в соответствии с порядком работы двигателя. Неиспользованное топливо и попавший в систему воздух отводятся через перепускной клапан насоса высокого давления и клапан-жиклер фильтра тонкой очистки по сливным топливопроводам 35 и 38. Из форсунок лишнее топливо по топливопроводам 44 и 33 поступает в бак через тройник 42 и топливопровод 39.
138
9.3.	Механизмы и узлы магистрали низкого давления
В магистраль низкого давления входят топливный бак, фильтры грубой и тонкой очистки топлива, топливоподкачивающий насос низкою давления, насос для ручной подкачки топлива и топливопроводы (см. рис. 9.2).
Топливный бак. У автомобилей MA3-5335, -5432 топливный бак 14 (см. рис. 9.2, а) изготовлен из листовой стали, установлен на кронштейн рамы с правой стороны и закреплен хомутами. Заправочный объем бака — 200 л. Бак имеет выдвижную заливную юрловину с фильтрующей сеткой и герметичной пробкой. Пробка имеет двойной клапан для впуска и выпуска воздуха. 13 бакс установлен фильтр предварительной (грубой) очистки топлива и татчик указателя уровня топлива. В нижней части бака имеется сливное отверстие, закрываемое пробкой.
Фильтр грубой очистки топлива. Фильтр грубой очистки топлива предназначен для предварительной очистки топлива. В автомобилях семейства МАЗ фильтр /7 размещается в топливном бакс (см. рис. 9.2, а} и состоит из корпуса с топливозаборной трубкой 2/, । рышки 16 и фильтрующего элемента /9, представляющего собой металлический каркас 20 с отверстиями, па который навит хлопчатобумажный шнур. Насосом низкою давления топливо из гопливозаборной трубки 21 подается к фильтрующему элементу и, пройдя сквозь него, через штуцер 75 поступает в топливопровод 13 низкого давления.
В отличие от дизелей ЯМЗ топливные фильтры грубой! очистки пнелей КамАЗ-740 и ЗИЛ-645 имеют следующие конструктивные особенности.
Фильтр грубой очистки не имеет специального (хлопчатобумажного) фильтрующего элемента, а очистка топлива происхо-шг при помощи фильтрующей сетки со специальным успокоителем масла, установленных в корпусе-стакане, который у автомо-оптей КамАЗ прикреплен к лонжерону рамы, а у автомобилей • ИЛ-4331 — к кронштейну топливною бака.
Фильтр тонкой очистки топлива. Фильтр тонкой очистки (рис. 9.3) с ггжпт для окончательной очистки топлива перед поступлением « го в топливный насос высокого давления. Фильтр состоит из кор-пуса <9, крышки 4 и фильтрующего элемента 3. Крышка соединена • корпусом болтом 5, который ввертывается в стержень 9. Гермс-нгшость соединения обеспечивается уплотнительной прокладкой.
Па входе в фильтр имеется жиклер 6, через который часть (избыток) топлива отводится по сливному топливопроводу мимо фильтрующего элемента, что предотвращает излишнее загрязнение фильтра и способствует непрерывной циркуляции топлива в магистрали низкого давления: таким образом исключается попавшие воздухг! в систему высокого давления. •*	«г
139
РиС. 9.3. ФиЛЬТр ТОНКОЙ очистки топлива
Сменный фильтрующий элемент 3 выполнен в виде стального каркаса 2, имеющего большое число отверстий. Каркас обмотан слоем ткани, поверх которой располагаются слои фильтрующей массы, пропитанной специальным связывающим веществом. Наружная поверхность фильтрующего элемента обмотана марлевой лентой. К крышке 4 фильтрующий элемент поджимается пружиной /. При работе насоса высокою давления топливо через жиклер 6 подается к фильтрующему элементу, проходит через него и попадает в полость между каркасом 2 и стержнем 9, откуда оно. поднимаясь вверх через канал в крышке 4. по топливопроводу поступает к насосу высокою давления. Для выпуска воздуха, попавшего в топливо при заполнении и прокачивании системы питания, служит отверстие в крышке, закрываемое пробкой 7. Отстой из фильтра выпускается через нижнее отверстие с резьбовой пробкой 10.
Топливный фильтр гонкой очистки дизелей КамАЗ-740 и ЗИЛ-645 имеет следующие особенности. Фильтр расположен выше других приборов системы питания (см. рис. 9.2, поз. 36), что способствует концентрации в нем воздуха, проникающего в фильтр при циркуляции топлива, и облегчает сбрасывание топлива обратно в бак по сливному топливопроводу через жиклер с дополнительно установленным в нем клапаном, открывающимся при избыточном давлении 0,15...0,17 МПа.
Для повышения качества очистки топлива фильтр тонкой очистки снабжен двумя параллельно работающими сменными фильтрующими элементами, изготовленными из пакета специальной бумаги и установленными в одном сдвоенном корпусе.
Топливоподкачивающий насос низкого давления. Насос предназначен для подачи топлива из топливною бака к насосу высокого давления. Топливоподкачивающий насос поршневого типа приводится в действие от эксцентрика кулачкового вала насоса высокого давления. На входе и выходе топлива в корпусе / (рис. 9.4. а) насоса установлены впускной 13 и выпускной /5 клапаны с пружинами 14 и 16. Поршень /9 приводится в движение через роли
140
ковый толкатель 3, состоящий из ролика 2, инока 5 и пружины 4, которая прижимает толкатель к эксцентрику 23 (рис. 9.4, б).
При движении поршня 19 вверх под давлением предварительно поступившего в насос топлива впускной клапан 13 закрывается, а выпускной клапан /5 открывается. При этом топливо из полости А через перепускной канал 22 поступает в полость Б. объем которой вследствие перемещения поршня вверх увеличивается.
При движении поршня /9 вниз (рис. 9.4. в) выпускной клапан /5 закрывается, и топливо из полости Б нагнетается к выходному отверстию насоса, откуда через выпускной штуцер /7(см. рис. 9.4, а) поступает в фильтр гонкой очистки и далее к насосу высокого давления.
При этом из-за увеличения объема полости А возникает разрежение, под действием которого открывается впускной» клапан /3 (см. рис. 9.4, б), и в >ту полость через отверстие впускного штуцера (см. рис. 9.4, а) поступает новая порция топлива, и цикл работы насоса повторяется.
При различных режимах работы дизеля постоянное давление в перепускном канале 22 (см. рис. 9.4, б) достигается переменным ходом поршня 19, обеспечиваемым специально подобранной пружиной 18. На режимах частичных нагрузок дизеля при малых рас-
а
Рис. 9.4. Тонливоподкачивающий насос низкого давления дизелей семейства ЯМЗ:
а — устройство; о — перепуск топлива; в — всасывание и нагнетание
141
ходах топлива в полости Б возникает давление и поршень /9 не совершает своего полного хода, поэтому шток 5 (см. рис. 9.4, а) толкателя частично перемешается вхолостую, вследствие чего подача топлива уменьшается.
Для предотвращения разжижения масла в картере насоса высокого давления топливо, просочившееся между штоком 5и стенками отверстия его направляющей втулки 20, поступает обратно в полость впускного клапана 13 через дренажный канал 6.
На корпусе насоса низкого давления установлен насос ручной подкачки топлива, который служит для заполнения системы питания топливом и удаления из нес воздуха после проведения ремонтно-профилактических работ или длительной стоянки автомобиля. Насос состоит из цилиндра //, поршня <Усо штоком 9 и рукоятки 10.
Для ручной подкачки топлива отвертывают рукоятку 10с резьбового хвостовика 21 (см. рис. 9.4, в) и, действуя сю, как штоком в обычном поршневом насосе, нагнетают в магистраль топливо или удаляют из нее воздух. После окончания ручной подкачки рукоятку J0 навертывают на хвостовик 21 до плотного прилегания поршня к прокладке 12 (см. рис. 9.4, а), чтобы нс допустить
подсоса воздуха в систему пи
Рис. 9.5. Схема топливоподкачивающего насоса дизеля КамАЗ-740
гания через насос ручной подкачки.
По сравнению с дизелями ЯМЗ-236М2 и -238М2 в дизелях КамАЗ-740, ЗИЛ-645 и Д-245.12 топливный насос низкого давления при наличии конструктивных изменений в устройстве отдельных узлов не имеет существенных различий но принципу действия.
Насос низкого давления дизеля КамАЗ-740 (рис. 9.5) работает следующим образом. При опускании толкателя / поршень 2 под действием пружины 3 движется вниз. При этом в полости А создается разрежение и впускной клапан 4, сжимая пружину, перепускает топливо в эту полость по топливопроводу от фильтра грубой очистки. Одновременно топливо, находящееся в нагнетательной полости Б. вытесняется к топливному насосу высокого давления (ТНВД).
При движении поршня 2 вверх под давлением предварительно поступившего топлива закрывается
впускной клапан 4 и открывается выпускной клапан 6. В этом случае топливо из полости А через перепускной канал поступает в полость Б, и при последующем перемещении поршня 2вниз описанный цикл работы насоса повторяется.
К фланцу насоса низкого давления крепится насос 5 ручной подкачки топлива. В системе питания дизелей КамАЗ установлен второй насос ручной подкачки топлива аналогичного типа, который крепится через кронштейн к картеру сцепления. Этот насос позволяет подкачивать топливо без опрокидывания кабины, что создаст шачитсльныс удобства при пуске двигателя, особенно в сложных условиях эксплуатации автомобилей.
9.4.	Механизмы и узлы магистрали высокого давления
К приборам питания магистрали высокого давления дизелей относятся топливный насос высокого давления с муфтой опережения впрыскивания, форсунки и топливопроводы.
Топливный насос высокого давления. Для точного дозирования гоплива и подачи его в определенный момент под высоким давлением к форсункам применяется топливный насос высокого давления. Наибольшее распространение на дизелях получили мно-госекнионные насосы с постоянным ходом плунжера и регулировкой конца подачи топлива. По расположению секций насосы (слятся на рядные и V-образные. Каждая секция топливного насоса обеспечивает работу одного из цилиндров дизеля, поэтому число секций топливного насоса определяется числом его цилиндров.
Топливный насос дизеля Д-245.12 — рядный четырехсекционный, ЯМЗ-236М2 — рядный шестисекционный, дизелей ЯМЗ-.’1NM2 и ЗИЛ-645 — рядный восьмисекционный, дизеля КамАЗ-MO — V-образный восьмисекционный. Давление впрыскивания, Создаваемое насосами, лежит в пределах 17,0...20.5 МПа. Конструктивно топливные секции рядных насосов дизелей Д-245.12. ЯМ J-236M2, -238М2 и ЖЛ-645 существенных различий нс имеют.
Типичным примером конструкции рядного топливного насоса высокого давления является насос дизеля ЯМЗ-236М2 (рис. 9.6), < остоящий из шести одинаковых секции. 13 нижней части корпуса 1 насоса на двух радиально-упорных шариковых подшипниках 20, уплотненных самоподжимными сальниками, установлен кулачковый вал /2 с шестерней //.
Па кулачковом валу имеются профилированные кулачки /^для । । • той насосной секции и эксцентрик 14 для приведения в двн-КСние насоса низкого давления, который крепится к привалоч-н<>й плоскости 13 насоса высокого давления.
143
Рис. 9.6. Топливный насос высокого давления дизеля ЯМЗ-236М2
В перегородке корпуса против каждого кулачка установлены роликовые толкатели 18. Оси роликов /5 своими концами входят в пазы корпуса насоса, предотвращая проворачивание толкателей. Насосные секции установлены в верхней части корпуса и крепятся винтами 29. Основной частью каждой насосной секции является плунжерная пара, состоящая из плунжера би гильзы 35. Плунжерную пару изготовляют из хромомолибденовой стали и подвергаю! закалке до высокой твердости. После окончательной обработки подбором производят сборку плунжеров и гильз гак. чтобы обеспечить в соединении зазор, равный 0,0015...0.0020 мм. Этим достигается максимальная плотность сопряжения взаимодействующих деталей, обеспечивающих необходимое давление впрыскивания топлива.
Топливо к плунжерным парам подводится по каналу 36, а отводится но каналу 30, в переднем конце которого под колпаком становлен перепускной клапан 5. Если давление в каналах превышает 0.16...0.17 МПа. клапан открывается и перепускает часть топлива в бак. Попавший в каналы насоса воздух выпускается через отверстие, закрываемое пробкой 8. На горец гильзы 35 притертой торцовой поверхностью опирается седло 34 нагнетательного клапана 33. Седло прижато к гильзе плунжера штуцером 7 через уплотнительную прокладку.
Нагнетательный клапан 33 состоит из головки с запорной конической фаской, раз! рузочного пояска и хвостовика с прорезями для прохода топлива. Сверху на клапан установлена пружина 32, которая прижимает ею к седлу. Верхний конец упирается в вы-ступ упора 31.
При вращении кулачкового вала /2 насоса выступ кулачка 19 набегает на роликовый толкатель 18, который через болт 40 воздействует на плунжер 6 и перемещает его вверх. Когда выступ ку-1ачка выходит из-под ролика толкателя, пружина 38, упирающаяся в тарелки 39 и 28, возвращает плунжер в первоначальное понижение. Рейка 3 входит в зацепление с зубчатым венцом 4 поворотной втулки 16, надетой на гильзу, а в вертикальные пазы нижней части втулки входят выступы 17 плунжера.
При перемещении рейки 3 вдоль се осн втулка /6 поворачивается на гильзе и. действуя на выступы //плунжера, поворачивает его, в результате чего изменяется количество топлива, подаваемого • форсункам. Ход рейки ограничивается стопорным винтом 37, входящим в ее продольный паз. Задний копен рейки соединен с гной 10 регулятора частоты вращения коленчатого вала, установленного в корпусе 9.
Выступающий из насоса передний конец рейки закрыт за-п юмбированным колпачком, в который ввернут винт 2 ограничения мощности двигателя при обкатке автомобиля.
Для опережения впрыскивания топлива в цилиндры дизеля в 1.1ВПСИМОСТИ от частоты вращения коленчатого вада в передней
145
части насоса установлена центробежная муфта, которая состоит из ведущей 23 и ведомой 26 полумуфт. На ведомой полумуфте откреплены две оси 27с установленными на них центробежными грузами 25, в вырезах которых разметены пружины 22, опирающиеся с одной стороны на осн 27, а с другой — на опорные пальцы 2/ ведущей полумуфты 23. Механизм муфты в сборе закрыт крышкой 24. которая навернута па резьбу ведомой муфты.
На дизеле ЗИЛ-645 топливный насос высокою давления рядный восьмисекционный, создающий давление впрыскивания до 18,5 МПа, установлен в развале блока цилиндров. Привод насоса осуществляется от коленчатого вала через две пары зубчатых колес, упругую муфту привода и автоматическую муфту опережения впрыскивания.
Насосные секции топливного насоса так же, как у насоса дизелей ЯМЗ, плунжерного (золотникового) типа с постоянным ходом плунжера. Несмотря на отдельные конструктивные отличия насоса, работа его секций принципиально не отличается ог работы секций насоса дизелей ЯМЗ-236М2, -238М2.
На дизелях семейства КамАЗ устанавливают V-образные насосы высокого давления, которые располагаются в развале блока цилиндров и приводятся в действие от зубчатых колес газораспределения через шестерню привода. В корпусе / насоса (рис. 9.7) установлен механизм 20 поворота плунжеров, соединенный с правой и левой рейками, которые действуют на плунжеры нагнетательных секций, расположенных в два ряда. В каждом ряду расположены по четыре нагнетательные секции, давление впрыскивания которых по сравнению с давлением впрыскивания дизелей ЯМЗ-236М2, -238М2 уменьшено и составляет (18+0-’’) МПа. Секции насоса расположены под углом 75’ в два ряда, что повышает прочность кулачкового вала за счет уменьшения его длины, позволяет увеличить давление впрыскивания и повысить работоспособность плунжерных пар.
Каждая секция насоса состоит из корпуса 15. гильзы 14 с плунжером 9, поворотной втулки 6, нагнетательного клапана 17, прижатого штуцером к гильзе плунжера через уплотнительную прокладку 16. Положение гильзы 14 относительно корпуса ^фиксируется штифтом 12. В нижней части гильза и корпус уплотняются прокладками 10 и 11. Так же, как и у дизелей ЯМЗ, топливные секции насоса плунжерного типа имеют постоянный ход плунжера. Плунжер приводится в движение от кулачковою вала насоса через ролик 2 толкателя 3. Пружина 7толкателя в верхней части упирается в шайбу 6’, а через тарелку 5 постоянно прижимает ролик 2 к кулачку. Толкатель от поворота фиксируется сухарем, выступ которого входит в паз корпуса насоса.
Начало подачи топлива регулируется установкой пяты 4 определенной толщины. При установке пяты большей толщины топ-
146
Рис. 9.7. Насос высокого давления с V-образным расположением топливных се к । uni
пню будет подаваться раньше, меньшей толщины — позднее. Чюбы и зменить количество подаваемого топлива, плунжер 9 поворачивается относительно гильзы 14 при помощи рейки 13 насоса, ко-горая связана с поворотной втулкой 6.
Управление подачей топлз ва осуществляется из кабины води-гсля педалью, воздействующей с помощью тяг и рычага 18 на m срсжимный регулятор /9 частоты вращения коленчатого вала, рас положенный в развале топливного насоса. На крышке регулятора /9 закреплен топливный насос .’2 низкою давления и насос 21 ручной подкачки топлива.
Работа насоса высокого давления плунжерного типа, установленного на дизелях ЯМЗ-236М2, -238М2, Д-245.12, КамАЗ-740 и
147
ЗИЛ-645, состоит из наполнения надплунжерного пространства топливом с частичным его перепуском, подачи топлива иод давлением к форсункам, отсечки и перепуска его в сливной топливопровод. При работе двигателя рейка топливного насоса перемещается в соответствии с изменением подачи топлива, при этом одновременно поворачиваются плунжеры всех секций.
Ввиду того что все секции работают одинаково, рассмотрим работу насоса на примере одной из секций дизеля ЯМЗ-236М2. При движении плунжера / вниз (рис. 9.8, а) внутреннее пространство гильзы /2 наполняется топливом из подводящего канала Ю корпуса 11 насоса. При этом открывается впускное отверстие 9, и топливо поступает в надплунжерное пространство 8. Затем иод действием кулачка плунжер начинает подниматься вверх (рис. 9.8, б), перепуская топливо обратно в подводящий! канал 10 но тех пор. пока верхняя кромка плунжера / нс перекроет впускное отверстие 9 гильзы. После перекрытия этого отверстия давление топлива резко возрастает и при 1,2... 1.8 МПа топливо, преодолевая усилие пружины 5, поднимает нагнетательный клапан 6 и поступает в топливопровод.
Дальнейшее перемещение плунжера вверх вызывает повышение давления до (20,5+0,5) МПа, которое превышает давление, создаваемое пружиной форсунки, в результате чего игла форсунки приподнимается и происходит впрыскивание топлива в камеру сгорания. Подача топлива продолжается до тех пор, пока вин-
Рис. 9.8. Схема работы секции насоса высокого давления: а — вп}ск (наполнение); б — начало подачи; в — конец подачи
148
говая кромка 13 (рис. 9.8, в) плунжера не откроет выпускное отверстие 3 в гильзе, в результате чего давление над плунжером резко падает, нагнетательный клапан 6 под действием пружины закрывается и надплунжерное пространство разъединяется с топливопроводом высокого давления. При дальнейшем движении плунжера вверх топливо перетекает в сливной канал 4 (рис. 9.8, а) через продольный паз 2 и винтовую кромку 13 плунжера.
Нагнетательный клапан 6 разгружает топливопровод высокого давления, так как он снабжен цилиндрическим разгрузочным пояском 7, который при посадке клапана на седло обеспечивает увеличение объема зоил и вон ровода примерно на 70...80 мм3. Этим достигается резкое прекращение впрыскивания топлива и устраняется возможность его подтекания через распылитель форсунки, что улучшает процесс смесеобразования и сгорания рабочей смеси, а также повышает надежность работы форсунки.
Перемещение плунжера во втулке с момента закрытия виускно-го отверстия до момента открытия выпускного отверстия называется активным ходом плунжера, который в основном и определяет количество подаваемого топлива за цикл работы топливной секции.
Изменение количества топлива, подаваемого секцией за один никл, происходит в результате поворота плунжера / зубчатой рейкой. При различных углах поворота плунжера благодаря винтовой кромке смешаются моменты открытия выпускного отверстия. При ном чем позднее открывается выпускное отверстие, тем большее । оличсство топлива может быть подано к форсункам.
На рис. 9.9 показаны следующие положения винтовой кромки плунжера за цикл работы топливной секции:
положение а — максимальная подача топлива и наибольший активный ход плунжера /. В этом случае расстояние // от винтовой
Рис. 9.9. Схема изменения подачи топлива:
максимальная подача: б — промежуточная подача; в — нулевая подача; h — расстояние от выпускного отверстия до винтовой кромки плунжера
149
кромки 5 плунжера до выпускного отверстия 2 будет наибольшим;
положение б — промежуточная подача, так как при повороте плунжера ио часовой стрелке расстояние /1 уменьшается и выпускное отверстие открывается раньше;
положение в — нулевая подача топлива. Плунжер повернут так. что его продольный паз 3 расположен против выпускного отверстия 2(/? = 0), в результате чего при перемещении плунжера вверх топливо вытесняется в сливной канал, подача топлива прекращается и двигатель останавливается.
Момент начала подачи топлива каждой секцией по углу поворота коленчатого вала изменяют регулировочным болтом 4(7 (см. рис. 9.6) с контргайкой, ввернутым в толкатель. При вывертывании болта верхний торец плунжера раньше перекрывает входное отверстие 4 (см. рис. 9.9) гильзы и топливо раньше подается к форсунке, т.е. угол начала подачи топлива увеличивается. При ввертывании болта в толкатель этот угол уменьшается и топливо к форсунке подастся с запаздыванием.
Муфта опережения впрыскивания. За два оборота коленчатого вала кулачковый вал насоса делает один оборот, и топливо из секций топливного насоса высокого давления подается в цилиндры дизеля в соответствии с порядком его работы. Для изменения момента начала подачи топлива в зависимости от частоты вращения коленчатого вала служит муфта опережения впрыскивания топлива, которая дополнительно поворачивает кулачковый вал относительно вала привода топливного насоса, обеспечивая тем самым углы опережения впрыскивания, близкие к оптимальным.
Механизм опережения впрыскивания дизелей ЯМЗ имеет две полумуфты установленные в корпусе 5 (рис. 9.10, а): ведущую 6 и ведомую 10. Ведущая полумуфта надета на ступицу ведомой полу-муфты и может на ней поворачиваться, а ведомая — жестко закреплена на кулачковом валу // насоса. Ведущая полумуфта через промежуточные детали 2. 3 и 4соединена с валом / привода. Между полумуфтами расположены два одинаковых груза 7. установленные на осях ведомой полумуфты, а своим криволинейным вырезом грузы охватывают опорные пальцы /2 ведущей полумуфты. Между осями 8 и опорными пальцами 12 враспор установлены пружины 9, которые, стремясь увеличить расстояние между ними, поворачивают одну полумуфту относительно другой. В >том случае (рис. 9.10, о, /) грузы 7 смешаются к центру механизма, а ведомая полумуфта занимает исходное положение относительно ведущей.
В основу работы муфты положен принцип использования центробежных сил грузов. При вращении ведущей полумуфты се опорные пальцы /2давят на криволинейные выре ;ы грузов 7. а последние передают усилие осям 8 ведомой полумуфты, и образуется
150
Рис. 9.10. Муфта опережения впрыскивания топлива: а — устройство; б — схема работы; в — детали муфты
пара сил, вращающая кулачковый вал // насоса высокого давления.
(' увеличением частоты вращения коленчатого вала дизеля возрастаю! центробежные силы, действующие на грузы. Под действием них сил преодолевается противодействие пружин 9и грузы /расходятся (см. рис. 9.10, о, //). При этом грузы, скользя криволинейными вырезами по опорным пальцам ведущей полумуфты, подгнивают к ним оси ведомой полумуфты и таким образом проис-ходпт угловое смещение кулачкового вала насоса (по направлению вращения) относительно вала привода насоса (показано стрелками). Следовательно, угол опережения впрыскивания топлива увеличивается.
11рн снижении частоты вращения коленчатого вала центробежная сила грузов уменьшается и под действием пружин ведомая полумуфта поворачивается относительно ведущей в сторону, про-нпюноложную вращению кулачкового вала насоса, в результате чего угол опережения впрыскивания топлива уменьшается.
Максимальный угол опережения впрыскивания, который обеспечивается муфтой, составляет б...8° по углу поворота кулачково
151
го вала насоса относительно приводного вала и 10... 14 по углу поворота кулачкового вала относительно угла поворота коленчатого вала.
Муфты опережения впрыскивания топлива дизелей КамАЗ-740. ЗИЛ-645 и Д-245.12 так же, как и муфты опережения впрыскивания топлива дизелей ЯМЗ-236М2. -238М2. — автоматические, с центробежными механизмами и состоят из ведущих и ведомых полумуфт, связанных друг с другом через подвижные детали с упругими элементами. Принцип работы их такой же. как у муфты опережения впрыскивания дизелей ЯМЗ.
Форсунки. Для впрыскивания и распыления топлива, а также для распределения сто частиц по объему камеры сгорания служит форсунка. Основным конструктивным элементом форсунки является распылитель, имеющий одно пли несколько выходных (сопловых) отверстий, формирующих факел впрыскиваемою топлива. В современных четырехтактных дизелях применяют форсунки закрытого типа, сопловые (распыливаюшие) отверстия которых закрываются запорной иглой, поэтому внутренняя полость в корпусе распылителей форсунок сообщается с камерой сгорания только в период впрыскивания топлива.
Форсунки закрытого типа по конструкции запорного устройства распылителей делятся на бссштифтовыс и штифтовые.
У бес штифтовых форсунок (рис. 9.11, а) конец запорной иглы 2 представляет собой конус, отделяющий сопловые отверстия от топливопровода высокого давления. Распылители / таких форсунок обычно имеют несколько сопловых отверстий, расположение которых зависит от формы камеры сгорания. Бесштифтовые форсунки с несколькими сопловыми отверстиями устанавливают обычно на дизелях с неразделенными камерами сгорания, где недостаточное вихревое движение воздуха восполняется хорошим распиливанием топлива форсункой.
У штифтовых форсунок (рис. 9.11, б) па конце запорной иглы 2 имеется фасонный штифт, входящий в сопловое отверстие распылителя /, что придает струе распыленною топлива конусообраз-ность и строго определенную направленность. Такие форсунки чаще всего применяют в дизелях с разделенными камерами сгорания.
На дизелях ЯМЗ-236М2, -238М2, Д-245.12, КамАЗ-740 и ЗИЛ-645 применяются бесштифтовые форсунки закрытого типа с гидравлическим подъемом иглы и фиксированным распылителем.
У дизелей семейства ЯМЗ к корпусу бфорсунки (см. рис. 9.11, </) гайкой 4 крепится многодырчатый распылитель / с установленной в нем иглой 2. Игла и распылитель представляют собой особо точную (прецизионную) пару, заменять их следует только комплектно.
Подъем иглы в распылителе /, равный 0.28...0,38 мм, ограничивается упором се в торцевую поверхность корпуса бфорсунки.
152
Рис. 9.11. Форсунка дизелей ЯМЗ (а), штифтовый распылитель (о) и схема работы (в) форсунки
И нижней части распылителя имеются четыре отверстия диаметром 0,34 мм, доступ топлива к ним перекрывается при посадке запорного конуса иглы на конус седла распылителя.
Положение распылителя относительно корпуса форсунки фик-• прус гея двумя штифтами 5, благодаря чему струи топлива в камере сгорания имеют определенное направление. Игла 2 прижимистей к седлу распылителя 7 пружиной 7, которая установлена внутри фасонной гайки 9, нижней частью ввернутой в корпус 6 форсунки. Верхний копен пружины упирается в заплечики регулировочного винта 12, ввернутого в фасонную гайку 9. Нижний ► •пип пружины передает усилие хвостовику запорной иглы через iili.iiiiy 21 с напрессованной на нее тарелкой 20 и шарик 23, запрессованный в отверстие нижнего торца штанги.
153
Необходимый натяг пружины, определяющий давление впрыскивания топлива, устанавливается регулировочным винтом 12, фиксируемым контргайкой 13. Увеличение натяга пружины приводит к запаздыванию впрыскивания, уменьшение — к опережению впрыскивания.
Сверху форсунка закрыта колпаком 14, навернутым на верхнюю часть гайки 9 до упора в верхний торец корпуса 6 форсунки через прокладку 8. В днище колпака имеется резьбовое отверстие для полою болта 15 крепления сливного топливопровода. Для подвода топлива служит штуцер /7с втулкой 19, в котором расположен сетчатый фильтр 18.
При помощи резинового уплотнителя /6 штуцер //выводится на боковую сторону головки цилиндров, где к нему присоединяется топливопровод от насоса высокого давления.
В головке цилиндров форсунка устанавливается в лагунном стакане 3, а ее сопловые отверстия выходят в полость камеры сгорания. Сверху форсунка закреплена шпилькой 10с помощью скобы // с лапками, опирающимися на буртик колпака 14 форсунки.
Работа форсунки состоит в следующем. Из насоса высокого давления топливо подается к штуцеру /7 (см. рис. 9.11, л) форсунки. Пройдя сетчатый фильтр 18, топливо по наклонному каналу 22 в корпусе 6 поступает в кольцевую выточку, выполненную на торце распылителя. Из кольцевой выточки топливо по трем боковым каналам 24 поступает в кольцевую полость 25 распылителя, расположенную под пояском утолщенной части иглы. Давление топлива передастся на запорный конус и поясок утолщенной части иглы.
Сопловые отверстия распылителя открываются (рис. 9.11, в) в тот момент, когда давление топлива под пояском утолщенной части и запорного конуса иглы 2 превышает давление пружины 7. При этом игла перемещается вверх и происходи! впрыскивание гоп-лива. В момент, когда в секции насоса происходит отсечка подачи топлива, давление в топливопроводе падает и игла под действием пружины резко закрывает сопловые отверстия, что предо!вращает подтекание топлива после завершения процесса впрыскивания. Под действием высокого давления часть топлива через плунжерную пару распылителя просачивается в верхнюю часть форсунки, откуда оно отводится в бак через полый болт 15 и сливной топливопровод.
На дизеле ЗИЛ-645 установлена форсунка, распылитель которой имеет два сопловых отверстия диаметром 0.45 мм (рис. 9.12). При установке форсунки в головке блока эти отверстия строго фиксируются относительно камеры сгорания.
Форсунка состоит из корпуса / с щелевидным фильтром 2, проставки 6 с наклонными отверстиями, корпуса 7 распылителя с запорной иглой 10, гайки 8, штанги 12 с тарелкой 4 и пружи
154
ной 5, регулировочного винта 13. Относительное положение кор
пуса / форсунки, проставки и корпуса распылителя фиксируется установочными штифтами //. Щелевой фильтр представляет собой металлический стержень, по образующей которого нанесены
углубления до 3 мкм.
При работе форсунки топливо от насоса высокого давления
подастся к щелевидному фильтру 2, откуда нусе /, проставке 6 и в корпусе /распылителя поступает под запорную иглу 10. Благодаря наличию кольцевой полости 9 давление топлива, нагнетаемое в форсунке, действует на запорную иглу. Когда это давление достигнет 18,5 МПа, игла преодолевает усилие пружины 5 и поднимается с седла — происходит впрыскивание топлива в камеру сгорания.
Давление начала впрыскивания регулируется винтом /5, изменяющим предварительный натяг пружины. При этом подъем иглы Ю составляет 0,25 мм и ограничивается штангой /2. Некоторое количество топлива, неизбежно просачивающееся вверх между иглой и распылителем, поступает в пространство над штангой /2, а затем через отверстие в регулировочном винте 13 поступает к штуцеру сл и впого зонд и вон ровода.
На головке цилиндров форсунка устанавливается в специальном стакане и закрепляется скобой. Ес уплотнение в стакане от попадания воды и грязи осуществляется при помощи кольца 3.
На дизелях Д-245.12 применяются форсунки закрытого типа, штанговые с гидравлическим подъемом иглы. Опа имеет фиксированный распылитель с пятью отверстиями. Давление начала впрыскивания лежит в пределах 17,5... 18,2 МПа. По устройству они не имеют существенных различий от форсунок дизелей ЯМЗ-236М2, 238М2.
На дизелях семейства КамАЗ-740 установлены форсунки закрытого типа с мно-
оно но каналам в кор-
Рис. 9.12. Форсунка дизеля ЗИЛ-645
н>дырчатым распылителем и гидравлическим подъемом иглы. Давление начала подъема иглы составляет 18,0... 18,5 МПа.
155
По принципу действия они нс отличаются от форсунок ди гелей ЯМЗ и ЗИЛ-645, по имеют некоторые конструктивные отличия в устройстве отдельных узлов. Среди этих отличий существенным является то, что регулировка форсунки па давление впрыскивания осуществляется не регулировочным винтом, а шайбами, установленными пол пружиной. При увеличении общей толщины регулировочных шайб давление повышается, при уменьшении понижается. И вменение общей толщины шайб па 0.05 мм приводит к изменению давления начала подъема иглы на 0.3...0,4 МПа.
9.5.	Регуляторы частоты вращения коленчатого вала
Автомобильные дизели работают при переменных нагрузках и частотах вращения коленчатого вала. Нагрузка и частота вращения коленчатого вала дизеля зависят от скорости движения автомобиля, массы перевозимого им груза и сопротивления дороги. Для повышения эффективности работы в таких условиях на дизели устанавливаются регуляторы частоты вращения коленчатого вала, которые позволяют автоматически поддерживать заданную скорость движения автомобиля и повышают срок службы дизелей.
В дизелях, как правило, применяют центробежные регуляторы. которые подразделяют на всережимные и двухрежимные. Первые обеспечивают устойчивую работу дизеля на всех задаваемых скоростных режимах, включая минимальную частоту вращения коленчатого вала дизеля на холостом ходу, и ограничивают максимальную частоту вращения коленчатого вала; вторые поддерживают минимально устойчивое вращение коленчатого вала на холостом ходу и ограничивают его максимальную частоту вращения, т.е. действуют на двух предельных скоростных режимах работы двигателя.
Всережимные регуляторы. На четырехтактных дизелях ЯМЗ-236М2 и ЯМЗ-238М2 (рис. 9.13), а также на дизелях КамАЗ-740 и Д-245.12 устанавливают всережимные регуляторы, которые в зависимости от нагрузки двигателя автоматически изменяю! количество подаваемого топлива и поддерживают частоту вращения коленчатого вала, заданную положением рычага управления или степенью нажатия на педаль подачи топлива. Регуляторы обеспечивают также увеличение подачи топлива при пуске двигателя, поддерживают минимально устойчивую и ограничивают максимальную частоту вращения коленчатого вала.	<
В корпусе регулятора / (рис. 9.13, а) на шариковых подшипниках 2 установлен вал 16 регулятора, приводимый во вращение от кулачкового вала /<У топливного насоса ггргг помощи повышающей передачи, состоящей из ведущего /7 и ведомого /5 зубчатых колес. На валу 16 ггргг помощи державки установлены цептробеж-
156
Рис. 9.13. Всережимный центробежный регулятор дизелей ЯМЗ: а — устройство; я — схемы работы регулятора соответственно при малой частоте вращения коленчатого вала и при частичных и полной нагрузках
иыс грузы 14, которые системой рычагов связаны с рейкой 19 насоса (рис. 9.13. б) и рычагом Л’управления подачей топлива.
При вращении вала грузы 14 расходятся и своими роликами давят на горец муфты 13. Усилие, воспринимаемое муфтой, передастся через упорную пяту 12 рычагу 7. соединенному тягой 3 с рейкой 19.
Торец упорной пяты 12 через корректор 26 воздействует на силовой рычаг 27, который сидит на общей оси 21 с двуплечим рычагом би находится под действием усилия пружины 9. Одним концом пружина закреплена на рычаге 10, жестко соединенном с рычагом 8 управления подачей топлива, а другим — на двуплечем рычаге 6, в наружное плечо которого ввернут регулировочный винт 23, упирающийся в силовой рыча! 27 и позволяющий изменять предварительное натяжение пружины.
В нижней части регулятора размещен кулисный механизм, служащий для остановки двигателя. Кулиса 28 /того механизма приводится в действие скобой // (см. рис. 9.13, а).
Работа регулятора заключается в следующем. Всережимный центробежный регулятор устанавливают на определенный режим рычагом 8, соединенным тягой с педалью управления в кабине водителя. Перед пуском дизеля скобу //кулисы 2<У(см. рис. 9.13, б) выключения подачи топлива фиксируют в положение «Работа», при этом рычаг 8управления подачей топлива упирается в болт 22. В этом случае под действием стартовой пружины 4 верхнее плечо рычага 7, перемещаясь против часовой стрелки, вдвигает рейку 19 в корпус насоса. При пуске дизеля цикловая подача топлива должна быть сравнительно большой, поэтому рейку насоса устанавливают в положение пусковой (увеличенной) подачи топлива.
После пуска дизеля, когда частота вращения коленчатого вала начинает увеличиваться пол действием центробежной силы, грузы 14 расходятся и, преодолевая сопротивление стартовой пружины 4, перемещают вправо подвижную муфту 13 и рычаг 7 до упора пяты /2 в корректор 26силового рычага. При этом рейка 19 выдвигается из корпуса насоса, и подача топлива уменьшается.
В дальнейшем по мере повышения частоты вращения коленчатого вала на режиме холостого хода до 500 об/мин рычаг 7 продолжает выдвигать рейку /9 вправо. При этом силовой 27 и двуплечий 6 рычаги поворачиваются против часовой стрелки, преодолевая сопротивление пружины 9. Перемещение рычага 7и рейки 19 прекратится, как только усилие грузов 14 уравновесится натяжением пружины 9, что будет соответствовать указанной частоте вращения коленчатого вала дизеля и минимальной подаче топлива на режиме холостого хода.
Минимальную частоту вращения коленчатого вала на холостом ходу регулируют болтом 22 и поджатием буферной пружины пробкой 24.
158
При переходе на нагрузочные режимы работы дизеля необходимая частота вращения коленчатого вала устанавливается нажатием на педаль управления подачей топлива. В этом случае рычаг 8 (рис. 9.13, в), поворачиваясь совместно с валом 5 на некоторый угол, воздействует на рыча! 10, который растягивает пружину 9. Под действием усилия пружины на двуплечий рыча! 6 рейка 19 перемещается в сторону увеличения подачи топлива и частота вращения коленчатою вала дизеля возрастает до тех пор, пока центробежная сила грузов 14 не уравновесит силу натяжения пружины 9.
Установившаяся частота вращения коленчатого вала дизеля поддерживается регулятором автоматически следующим образом. При уменьшении нагрузки на дизель топливо продолжает поступать в цилиндры в том же количестве, в результате чего частота вращения коленчатого вала и центробежная сила грузов 14увеличиваются. Грузы расходятся на больший угол и. действуя через рычажную систему, перемещают рейку 19 в сторону уменьшения подачи топлива до момента равенства усилия пружины 9 и центробежной силы грузов 14. при этом восстанавливается заданный Скоростной режим.
При увеличении нагрузки и прежнем количестве подаваемого гоплива частота вращения коленчатого вала понижается, в результате чего центробежная сила грузов 14 уменьшается, и они сходятся; при этом пружина 9, воздействуя через рычажную систему, перемещает рейку 19 в сторону увеличения подачи гоплива ю момента восстановления заданного скоростного режима.
В условиях эксплуатации возможны также перегрузки дизеля, в ном случае поддерживание заданного скоростного режима без переключения передач будет происходить до тех пор, пока головка болта 25 нс упрется в вал 5 рычагов 8 и 10. При дальнейшем в<»трастам и и нагрузки частота вращения коленчатого вала будет уменьшаться. В этом случае поддержание нарушенного скоростного режима может быть достигнуто включением понижающей передачи в коробке передач.
Дизель останавливают из кабины водителя при помощи кнопки •( гоп», которая тросом соединяется со скобой // (см. рис. 9.13. а). При этом скоба и связанная с ней кулиса 28 (см. рис. 9.13, б) пык мочения подачи топлива перемещаются в нижнее крайнее положение, а рычаг поворачивается относительно пальца, установленного в упорной пяте 12, по часовой стрелке и своим верхним илечом выдвигает рейку 19 до упора вправо, подача топлива прекращает ся.
При эксплуатации дизелей максимальную частоту вращения коленчатого вала ограничивают болтом 20, а ход кулисы — вин-!»м ’9 (см. рис. 9.13, в). Номинальную (часовую) подачу топлива п.к осом регулируют болтом 25. Эту регулировку выполняют на специальном стенде.
159
На дизелях семейства КамАЗ всережимный регулятор частоты вращения коленчатого вала установлен в развале насоса высокого давления. К корпусу регулятора крепится крышка, на которой смонтированы регулировочные устройства, рыча! и управления 18 (см. рис. 9.7) подачей топлива и остановки двигателя. По принципу работы регулятор всережимный, прямого действия, с передачей центробежной силы грузов через систему рычагов и рейку непосредственно плунжерным парам. Необходимая частота вращения коленчатого вала двигателя задастся натяжением пружины регулятора при помощи рычага, соединенного с педалью подачи топлива. Для каждого натяжения пружины при заданной частоте вращения коленчатого вала устанавливается равновесие между центробежной силон грузов и приведенной коси регулятора силой натяжения пружины. Таким образом, работа регулятора ди зе-лей КамАЗ принципиально не отличается от работы регулятора дизелей ЯМЗ, однако общая компоновочная схема, а также отдельные детали и узлы указанных регуляторов конструктивно отличаются друг от друга.
Двухрежимные регуляторы. Центробежные двухрежимные регуляторы. устанавливаемые на дизелях автомобилей ЗИЛ-4331, -433360 и их модификациях, представляют собой систему, состоящую из грузов, пружин и рычагов, связанных с репкой топливного насоса высокого давления. При этом регулятор соединен с рейкой топливного насоса при помощи рычага, связанного одновременно и с тягой педали подачи топлива, на которую воздействует водитель. Двухрежимный регулятор автоматически обеспечивает устойчивую работу дизеля на холостом ходу с частотой вращения 600...650 об/мин и ограничивает максимальную частоту вращения коленчатого вала в диапазоне 2 800...2950 об/мин.
Типовая схема устройства и работы двухрежимного регулятора ди зеля показана на рис. 9.14. Регулятор включает две последовательно действующие системы, одна из которых регулирует режим минимальной частоты, обеспечивая устойчивую работу двигателя на холостом ходу, а другая ограничивает в заданных пределах максимальную частоту вращения коленчатого вала дизеля.
На кулачковом валу //топливного насоса высокого давления при помощи гайки закреплен корпус 9. На наружной поверхности корпуса установлена крестовина, на осях 14 которой свободна посажены два цилиндрических пустотелых 1руза /Д связанных с рычагами 19. Внутри каждого груза размешены слабая наружная пружина 13 холостого хода, внутренняя пружина /6, жесткая пружина /7 ограничения максимальной частоты вращения, размещенная в стакане /6’, и ступенчатая шайба регулировочной гайки 15. Грузы с пружинами называются чувствительным элементом регулятора, который через систему рычагов и муфту 7 передаст усилие на рейку 2 насоса.	I
160
Рис. 9.14. Схема двухрежимного регулятора дизеля
Работа двухрежимного регулятора. Перед пуском дизеля двуплечий рычаг 6 подачи топлива устанавливают на максимальную подачу /; при этом кулиса 5 опускается вниз, а рейка 2 насоса регулировочным винтом / соприкасается с упором. При помощи этого винта регулируется пусковая подача топлива, которая в 1,5 — 2 раза больше, чем максимальная цикловая подача топлива.
Во время пуска дизеля грузы 10 под действием центробежных сил расходятся, сжимая пружину 13 холостого хода. При этом рычаги 19 по направляющей S перемещают муфту 7 влево, которая через двуплечий рычаг 4 выдвигает рейку 2 насоса вправо, уменьшая подачу топлива и снижая частоту вращения коленчатого вала. При этом сжатая пружина 3 обеспечивает обратное перемещение кулисы 5 в рычаге 4.
Ограничение частоты вращения достигается в результате того, что центробежные силы грузов оказываются недостаточными, чтобы преодолеть дополнительное усилие внутренних пружин 16 и 17. При уменьшении частоты вращения усилие пружины 13 хо-юстого хода становится больше центробежных сил, грузы /допускаются и муфта 7 через двуплечий рычаг 4 перемещает рейку в
161
направлении увеличения подачи топ.шва. Следовательно, первая система двухрежимного регулятора обеспечивает устойчивую работу дизеля при вращении коленчатою вала на холостом ходу. При этом массы грузов и затяжку гайкой /5 слабой пружины 13 холостого хода подбирают так, чтобы равновесие системы, характеризующееся равенством приведенной к муфте центробежной силы и силы затяжки пружины, имело место в указанных диапазонах частоты вращения коленчатого вала.
При переходе на нагрузочные режимы дизеля регулятор практически отключается, а необходимая частота вращения коленчатою вала обеспечивается рычагом 6, связанным с педалью подачи топлива. Максимальная цикловая подача топлива ограничивается упорным винтом, ввернутым в корпус регулятора. Например, при увеличении частоты вращения коленчатого вала перестановкой рычага 6 или педалью подачи топлива в положение / или в одно из промежуточных положений грузы 10 расходятся, сжимая слабую пружину 13 холостого хода. Коша 1рузы доходят до упора в тарелку 12 жесткой пружины 17. дальнейшее их перемещение прекращается. Это связано с гем, что центробежной силы грузов будет недостаточно для дополнительного преодоления силы предварительной затяжки пружин /6 и 17. В результате этого регулятор выключается и режим работы дизеля регулируется только педалью подачи топлива. Массу грузов и затяжку жестких пружин /6 и 17 подбирают так, чтобы эта система находилась в равновесии при максимальной частоте вращения коленчатого вала.
Наряду с этим для корректировки подачи топлива на переходных режимах работы в регуляторах используют пружинные корректоры подачи топлива, состоящие из стакана /<?, жесткой пружины /7 и тарелки 12.
Принцип работы корректора состоит в том, что при уменьшении нагрузки на дизель центробежные силы грузов преодолевают силы затяжки пружин 16 и /7, а также слабой пружины 13 холостого хода, и тарелка /2 садится на стакан 18. В результате того рычаги 19 перемещаются на небольшую величину Н. отклоняя при том через муфту 7 двуплечий рычаг 4 с рейкой 2 в сторону уменьшения подачи топлива. Таким образом, вторая система двухрежимного регулятора обеспечивает ограничение максимальной частоты вращения коленчатого вала на переходных режимах работы дизеля, нс допуская его отказа, даже при резком уменьшении нагрузки.	I
9.6.	Турбонаддув в дизелях
Для повышения литровой мощности дизелей используют наддув, т.е. подачу заряда воздуха в цилиндр под давлением. I
162
----► Отработавшие газы ----► Воздух
Рис. 9.15. Схема турбокомпрессора
Для наддува дизели ЯМЗ-238НБ, -240Н, -240П, Д-245.12 и другие оборудуют турбокомпрессором, использующим энергию отработавших газов. Увеличивая наполнение цилиндров воздухом, турбокомпрессор повышает эффективность сгорания одновременно увеличенной дозы впрыскиваемого топлива. Это даст возможность повысить эффективную мощность дизеля на 20...30 %. Однако над-ivb увеличивает тепловую и механическую напряженность деталей кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов.
Турбокомпрессор дизелей обычно представляет собой объединение газовой турбины, приводимой во вращение потоком отработавших газов, и центробежного компрессора, обсспечивающс-ю создание избыточного давления воздуха. Оба агрегата имеют один общим роторный вал, установленный в бронзовых подшипниках. Во время такта впуска дизеля сжатый компрессором воздух нагнетается в его цилиндры обычно под давлением 0,10...0,20 МПа.
Турбокомпрессор (рис. 9.15) состоит из газовой турбины 6 и центробежного компрессора 4. На роторном валу 7с одной стороны закреплено рабочее колесо 9турбины 6, а с другой — рабочее колесо 5 компрессора 4.
Отработавшие газы (пунктирные стрелки), движущиеся по выпускному газопроводу 2, вращают рабочее колесо 9 турбины с но 1ьшой частотой (30000...40000 об/мин), а затем они отводятся по газопроводу 3 в трубу глушителя.
Одновременно с колесом 9турбины вращается рабочее колесо 5 компрессора, которое через воздухоочиститель засасывает воздух (< плошные стрелки), сжимает его и под давлением нагнетает через впускной газопровод / в цилиндры «Удизеля.
163
По степени повышения давления наддув разделяют на низкий с давлением воздуха на впуске до 0,15 МПа, средний — до 0.20 МПа и высокий — при давлении свыше 0,20 МПа.
Контрольные вопросы
I.	Из каких приборов и узлов состоит система питания дизеля?
2.	В чем принципиальная разница в процессах смесеобразования в дизелях и карбюраторных двигателях?
3.	Для чего предназначается тонливоподкачивающий насос и принцип его работы?
4.	Как работают топливные секции насоса высокою давления?
5.	Для чего необходима муфта опережения впрыскивания топлива?
6.	Чем отличаются принципы действия вссрежимпого и двухрежимного рс1уляторов частоты вращения коленчатого вала дизелей?
7.	Каково назначение турбонаддува в дизелях и его влияние на долговечность дизеля?
Раздел III
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ АВТОМОБИЛЕЙ
Гл а в а 10
СИСТЕМА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ И ЕЕ ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА
Электрическая энергия на автомобилях используется для зажигания рабочей смеси в цилиндрах карбюраторного двигателя, пуска двигателя стартером, питания приборов освещения, световой и звуковой chi нализации, контрольно-измерительных, радиоприемных и электронных устройств, а также для питания дополнительного электрооборудования. Для питания электрической тергией перечисленных потребителей тока в сети элсктрообору-ювания автомобиля смонтирована система электроснабжения, ко-горая состоит из источников тока — аккумуляторной батареи и ।операторной установки, соединенных параллельно с потребиге-1ими тока и между собой.
Аккумуляторная батарея предназначена для питания стартера и приборов системы зажигания при пуске двигателя, питания потребителей тока при неработающем двигателе или при малой чистоте вращения якоря генератора, поддержания постоянства напряжения в сети электроснабжения при изменении нагрузки h i генератор. На автомобилях устанавливают свинцово-кислотные hi кумуляторныс батареи, так как они выдерживают разрядные юкп большой силы (200...600 А) при пуске двигателя (поэтому их называют стартерными).
Генераторная установка является основным источником гока в истеме электроснабжения автомобиля, обеспечивающим питание in с\ потребителей и заряд аккумуля торной батареи при работе дви-! и теля с малой, средней и высокой частотой вращения коленчато-||| на ia. В генераторную установку входят генератор и устройства, । н жащие для поддержания необходимых напряжения и силы тока.
На современных автомобилях применяются генераторы переменного тока при однопроводной системе электроснабжения с номинальным напряжением 12 или 24 В. Вторым проводом явля-гн я гак называемый корпус («масса») — рама (кузов) и другие М< галлическис детали автомобиля, с которыми соединяются от-|н|пательные полюсы источников тока.
165
Кон । ролы io-	Освещение
Электро-	Зажи- измеритель- и световая	Дополни тельное
снабжение Пуск гаиие ныс приборы сигнализация оборудование
Рис. 10.1. Принципиальная схема электрооборудования автомобиля:
/ — аккумуляторная батарея; 2 — генератор; 3 — регулятор напряжения; 4 — выключатель зажигания; 5— реле стартера; 6— стартер; 7— свеча; 8— распределитель зажигания; 9 — катушка зажигания; 10, 20, 24 — предохранители; //, 14. 16 — указатели соответственно уровня топлива, температуры охлаждающей жидкости и давления масла; 12, 13, 17 — датчики соответственно уровня топлива, температуры охлаждающей жидкости и давления масла; 15 — контрольная лампа указателей поворота; 18—переключатель указателей поворота; /9—реле-прерыватель указателе11 поворота; 21, 25— передние фонари; 22. 23 — фары; 26 — переключатель света фар; 27 — центральный переключатель света; .’Л’ — контрольная лампа дальнего света; 29— выключатель ст налов торможения; 30. 32 — задние фонари; 31 — фонарь номерного знака; 33 — звуковой сигнал; 34 — злектродвипггель стеклоочистителя; 35— переключатель дсктро шигателя стеклоочистителя; 36 — кнопка включения звукового сигнала
Для передачи электрической энергии от источников к потребителям тока служит сеть электроснабжения, состоящая из проводов, соединительных устройств и коммутационных приборов. Расположение в этой сети источников тока и их соединение с потребителями гока показано на общей принципиальной схеме электрооборудования (рис. 10.1). Таким образом, автомобиль оснащен сложной системой электроснабжения с эффективными источниками тока, приборами и устройствами электрооборудования автомобиля, от исправности которых в значительной степени зависит надежность автомобиля в целом.
В зависимости от целевого назначения и функциональных связей приборы и устройства — потребители электрической энергии делятся на ряд систем и групп, являющихся составными частями общей схемы электрооборудования автомобилей.	4
166
Система зажигания предназначена для своевременного воспламенен ня рабочей смеси па всех режимах работы карбюраторного двигателя. Бесперебойное зажигание рабочей смеси достигается подводом к свечам зажигания тока высокого напряжения, обеспечивающего температуру разряда до 10 000 С. Повышение степени сжатия и частоты вращения коленчатого вала современных двигателей требует увеличения высокого напряжения до такого значения, при котором минимальная энергия искрового разряда между электродами свечи должна составлять 25...40 МДж. Это обусловливает легкий пуск и бесперебойную работу двигателя при различных нагрузочных режимах. Для карбюраторных двигателей наряду с контактной системой все большее применение находят контактно-транзисторные и электронные системы зажигания.
Система пуска служит для проворачивания коленчатого вала при пуске двигателя. Для его подготовки к пуску следует обеспечить вращение коленчатого вала с пусковой частотой, при которой создаются необходимые условия для смесеобразования и воспламенения рабочей смеси. Для этой цели служит электродвига-гель постоянного тока — стартер, питаемый от аккумуляторной батареи.
Стартер является основной частью системы пуска, к которой огносятся также устройства предпускового подогрева двигателей (жидкостные подогреватели, электрофакелыгое устройство, свечи подогрева воздуха и т.п.). Стартер в период пуска соединяется посредством зубчатой передачи с маховиком двигателя и через пес передает мощность, необходимую для проворачивания коленчатого вала. Стартер является самым мощным потребителем электрической энергии на автомобиле.
Контрольно-измерительные приборы предназначены для контроля за работой основных механизмов и систем двигателя, а такие автомобиля в целом. Наибольшее распространение получили указывающие (шкально-стрелочные) и сигнализирующие (световые ггзги звуковые) приборы.
Указывающие приборы служат для измерения давления масла и иг воздуха, температуры охлаждающей жидкости, уровня топлива, частоты вращения коленчатого вала (тахометры), пройденного пути и скорости движения (спидометры), силы тока (амперметры) и напряжения (вольтметры) и др.
('игнализирующие приборы предназначены для передачи информации водителю световым или звуковым сигналом (индикатором) о состоянии механизмов двигателя или систем автомобггля (например, световая индикация перегрева охлаждающей жидкости, утечки тормозной жидкости и т.д.). По принципу действия контрольно-измерительные приборы делятся па электрические, магии гоэлектрические, термоимпульсные и др.
167
Приборы освещения и световой сигнализации служат для освещения нуги следования автомобиля в темное время суток, световой сигнализации о маневрах, проводимых автомобилем, а также для внутреннего освещения салона кузова или кабины. К внешним световым приборам относятся фары (включая фары ближнею и дальнего света, противотуманные и дополнительные), передние, задние и боковые фонари, а также фонари освещения номерного знака.
Дополнительное электрооборудование автомобилей имеет вспомогательное назначение. К нему относятся стеклоочистители, звуковые сигналы, коммутационные приборы (предохранители, выключатели, провода), электроустройства, обеспечивающие отопление и вентиляцию кузова и кабины, а также устройства, снижающие уровень радио- и телсиомсх (резисторы, фильтры, дроссели и т.д.).
Контрольные вопросы
1.	Перечислите основные приборы системы электроснабжения.
2.	Назовите основные составляющие принципиальной схемы электрооборудования.
3.	Назовите основные потребители тока и их назначение.
4.	Назовите основные приборы дополнительного электрооборудования.
Гл а в a 11
ИСТОЧНИКИ ТОКА
11.1. Аккумуляторные батареи
Химические процессы. Принцип действия простейшего свинцово-кисло того аккумулятора показан на рис. I I.I. Электроды 2аккумулятора установлены в бачке /, изготовленном из диэлектрика и заполненном электролитом (25...30%-ным раствором серной кислоты H2SO4, что соответствует плотности электролита 1,25... 1.31 г/см3).
В аккумуляторе в результате химических процессов накапливается электрическая энергия. При прохождении тока наряда между электродами происходит процесс преобразования электрической энергии в химическую, называемый зарядом аккумулятора', обратный процесс, при котором химическая энергия превращается в электрическую и ток разряда /р идет к потребителю, называется разрядом аккумулятора.
Предположим, что имеется полностью заряженный аккумуля-гор. В этом случае активная масса положительною электрода представляет собой диоксид свинца РЬО2, а отрицательного — губча-гый свинец РЬ. Процессы разряда и заряда могут быть объяснены
Рис. 11.1. Принцип действия элементарною аккумулятора:
а — процесс разряда; б — процесс заря ia
169
теорией двойной сульфатации, в соответствии с которой при разряде (рис. I l.l, а) вследствие восстановления оксида свинца РЬО на положительном электроде и окисления губчатого свинца РЬ на отрицательном на обоих электродах происходит образование одного и того же продукта — PbSO4 (сульфата свинца).
В процессе разряда количество воды в электролите увеличивается, а количество серной кислоты уменьшается. При этом понижается плотность электролита и падает электродвижущая сила (ЭДС). Когда вся активная масса обоих электродов будет покрыта сульфатом свинца, ЭДС может стать равной нулю. Однако на практике это не допускается во избежание порчи аккумулятора.
Таким образом, процесс разряда аккумулятора можно описать следующим химическим уравнением:
Эл ектроя ит	Эл е ктрол ит
РЬО; + 2H2SO4 + Pb -> PbSO4 + 2Н2О + PbSO4
Аккумулятор заряжен Аккумулятор разряжен
Во время заряда (рис. 11.1, б) аккумулятор подсоединяю! к источнику постоянного тока. При прохождении зарядного тока химические процессы происходят в обратном направлении: сульфат свинца отрицательною электрода превращается в губчатый свинец РЬ, сульфат свинца положительною электрода — в диоксид свинца (РЬО2). Количество воды в электролите уменьшается, а количество серной кислоты увеличивается, т.е. повышается его плотность. Процесс продолжается до тех пор, пока на обоих электродах сульфат свинца не преобразуется в активные вещества (РЬО2 и РЬ), при этом ЭДС возрастает до максимальной величины.
Следовательно, химическое уравнение заряда аккумулятора можно записать следующим образом:
Эл е ктрол ит	Эл е ктролит
PbSO4 + 2Н2О + PbSO4 -> РЬО2 + 2H2SO4 + РЬ Аккумулятор разряжен Аккумулятор заряжен
Во время процесса заряда изменяется цвет пластин, при этом положительная пластина приобретает светло-коричневый цвет, а отрицательная — светло-серый. Наряду с этим при заряде и разряде изменяется и плотность электролита, по величине которой судят о степени заряжеиности аккумулятора.
Сравнив химические уравнения разряда и заряда, можно убедиться. что они тождественны, но реакции в них протекают в разных направлениях. Такая химическая реакция называется обратимой и позволяет весь процесс, происходящий в аккумуляторе, записать следующим образом:
170
Ра зрял +
PbO2 + 21ISO4 + Pb-----r PbSO4 + 2H2O + PbSO4
Заряд
Характеристики аккумулятора. Основными характеристиками аккумуляторов, определяющими их работоспособность, являются электродвижущая сила, напряжение, емкость.
Электродвижущей силой (ЭДС) называется величина, численно равная работе, совершаемой источником тока при переносе единицы заряда но всей замкнутой! цепи, и обозначаемая ЕЛ. Электродвижущая сила измеряется в вольтах (В) и зависит о г химических свойств активной массы пластин и плотности электролита. Темпера-гура электролита существенно не влияет на величину ЭДС, которая на практике определяется по эмпирической формуле ЕЛ = 0.84 + у, где у — плотность электролита при 15 С, г/см3.
С изменением плотности электролита изменяется и величина )ДС. Так, при температуре 15 ’С плотность электролита может быть в пределах 1,09... 1,31 г/см , при этом соответственно изменяется и ЭДС в пределах 1.93...2,15 В. ЭДС аккумуляторной батареи, со-сгоящей из нескольких последовательно соединенных аккумуля-горов, Е^ = пЕл, где п — число аккумуляторов.
Напряжением аккумулятора называется разность потенциалов положительных и отрицательных пластин (электродов) при замкну гой внешней цепи. Напряжение на клеммах аккумулятора отличается от его ЭДС на величину падения напряжения в самом ак-। у.муляторе, обусловленную сю внутренним сопротивлением. При разряде напряжение на клеммах аккумулятора меньше его ЭДС, а при заряде — больше его ЭДС. В среднем можно считать, что напряжение на клеммах аккумулятора равно примерно 2 В. Для того чтобы получить напряжение, соответствующее принятой на автомобиле системе электроснабжения, несколько двухвольтовых аккумуляторов объединяют в батарею с номинальным напряжением 6; 12 или 24 В.
Емкость аккумуляторной батареи является наиболее важной величиной, характеризующей се работоспособность. Под емкостью понимается такое количество электричества, которое отдаст полнощью заряженная батарея при непрерывном разряде седо опрс-1сленного конечного разрядного напряжения. Емкость Соизмеряется в ампер-часах (А ч) и определяется как произведение силы раз-14 того тока /р в амперах на время разряда z в часах: С = /р/. Емкость аккумуляторной батареи зависит от силы разрядного тока, 1П10ТНОСТИ и температуры электролита, типа пластин и количе- та вещества (активной массы), участвующего в реакции, т.е. от размеров используемой поверхности пластин.
I мкость аккумуляторной батареи при параллельном соединении входящих в нес аккумуляторов равна сумме их емкостей, а
171
ЭДС батареи равна ЭДС одного аккумулятора. При последовательном соединении аккумуляторов емкость батареи равна емкости одного аккумулятора, а ЭДС равна сумме аккумуляторов, входящих в батарею. Номинальная емкость батареи определяется при 20-часовом режиме разряда. Разряд должен проводиться постоянным током /, = 0,05С2оА (1де С21) — номинальная емкость батареи при двадцатичасовом режиме разряда и температуре электролита 25 С) и прекращаться по достижении конечного напряжения на выводах, равного 5.25 В. у шестивольтной батареи и 10.5 В — у двенадцативольтной батареи.
С увеличением силы разрядною тока емкость батареи уменьшается, а при пуске двигателя стартером снижается в 3 — 6 раз. так как сила разрядного тока в этом случае возрастает до нескольких сотен ампер. При понижении температуры э тектролита емкость батареи также уменьшается вследствие увеличения вязкости электролита. При jtom снижается скорость протекания химических процессов и замедляется проникновение электролита в поры активной массы пластин. В пределах температур-5...+ 18 С емкость батареи должна изменяться в среднем па 1 % на каждый градус.
Устройство аккумуляторной батареи. Свинцово-кислотные аккумуляторные батареи состоят из грех, шести или двенадцати отдельных аккумуляторов, соединенных последовательно между собой. Каждая такая батарея (рис. 11.2) состоит из моноблока 3 с отсеками для аккумуляторов; крышек 4 с заливными отверстиями. закрываемыми пробками 5; отрицательных 14 и положительных 17 пластин, собранных соответствен но в нолублоки 7 и 13; сепараторов 16; токоведущих бареток /2 с выводными штырями и межэлементных перемычек 8, служащих для последовательного соединения аккумуляторов в батарею.
Пластины аккумулятора являются наиболее ответственной частью батареи и представляют собой решетки, в ячейки которых вмазывается активная масса. Решетки положительных и отрицательных пластин отливаются из свинцово-сурьмянистого сплава (94 % — РЬ и 6°о — Sb). Присадка сурьмы повышает литейные качества и прочность пластин. Выпускаются также пластины, сплав решеток которых имеет пониженное содержание сурьмы (1,5...2,0 %), но увеличенное количество других присадок, позволяющих создавать так называемые необслуживаемые батареи с повышенным сроком службы.
Активной массой для положительных пластин является свинцовый сурик РЬ О4 (порошок ярко-красного цвета) и свинцовый глет РЬО, а для отрицательных — свинцовый порошок, свинцовый глет и раствор серной кислоты с добавлением специальных расширителей. После нанесения активной массы она высушивает-
* Глет — техническое название ярко-красной модификации оксида свинпа.
172

Рис. 11.2. Свинцово-кислотная аккумуляторная батарея
ся и затвердевает, прочно скрепляясь с решеткой. Пластины помещают в банки с электролитом, где они проходят заводскую формовку — зарядку электрическим током, в результате которой вещества, вмазанные в пластины, переходят на положительной пластине в перекись свинца РЬО2 темно-коричневого цвета, а на отрицательных пластинах — в губчатый свинец РЬ светло-серого цвета.
После формовки поверхности пластин становятся пористыми, вследствие чего в сотни раз увеличивается поверхность соприкосновения электролита с активным веществом по сравнению с видимой поверхностью пластины, что обеспечивает возможность повышения их емкости до заданной величины. После окончания формовки пластины moi ут быть оставлены в заряженном или разряженном состоянии. Батареи с сухозаряженными пластинами используются наиболее часто. Перед установкой их на автомобили их заливают до нормы электролизом установленной плотности.
Отрицательные и положительные пластины мостиками-баретками /..’объединяются в группы, называемые полублоками. Отрицательных пластин в полублоках 7 ставят на одну больше и так. чтобы каждая положительная пластина находилась между отри нагельными. Это вызвано тем, что положительные пластины легко коробятся, если они подвержены действию тока лишь с одной стороны.
Сепараторы 16 представляют собой изоляторы, помещенные между положительными и отрицательными пластинами. Сепара
173
торы исключают образование токопроводящих мостиков между пластинами ра ;ноп полярности при выпадении из них частиц активной массы. Сепараторы в основном изготовляют из минора или мипласта. Чтобы лучше предохранить пластины аккумулятора от замыканий, сепараторы делают несколько большего размера, чем пластины. Поверхность сепараторов со стороны отрицательной пластины гладкая, а со стороны положительной — ребристая. Ребристая поверхность улучшает доступ электролита к положительной пластине, что весьма важно при работе аккумулятора в режиме стартерного разряда.
Электролит, которым заполняют отсеки аккумуляторной батареи, состоит из химически чистой серной кислоты и дистиллированной воды. В крайнем случае при отсутствии дистиллированной воды допускается применение дождевой или снеговой воды, собранной в стеклянную тару непосредственно из атмосферы. Серную кислоту плотностью 1,83 г/см3 для удобства пользования разводят в дистиллированной воде до плотности 1,40... 1,45 г/см . Затем плотность электролита понижают до требуемой величины в зависимости от времени года и района, в котором эксплуатируется аккумуляторная батарея.
Плотность электролита, приведенная к темпсрагуре 25 С, для полностью заряженной батареи должна составлять 1,23... 1,30 г/см3. В центральных районах плотность электролита в летнее и зимнее время должна быть 1,27 г/см , а в южных — 1,25 г/см3. В районах Крайнего Севера ее увеличивают зимой до 1,30 г/см!, а летом уменьшают до 1,27 г/см3. При полном разряде батареи плотность электролита снижается на 0.15...0.17 г/см3.
Электролит необходимо приготовлять в керамической, эбонитовой или другой кислотостойкой таре. Сначала в тару запивают дистиллированную воду, а затем серную кислоту. Смесь должна быть тщательно перемешана. При этом нужно соблюдать меры предосторожности, так как попадание на кожу электролита и тем более серной кислоты вызывает тяжелые ожоги. Уровень электролита, залитого в аккумулятор, должен быть на 10... 15 мм выше верхних кромок сепараторов или предохранительного щитка 11. При эксплуатации автомобилей для доведения уровня электролита до нормы следует доливать только дистиллированную воду. Если плотность электролита полностью заряженной батареи ниже нормы, то его сливают из батареи и доводят плотность до нормы, добавляя разведенную серную кислоту.
Моноблок 3 представляет собой бак, в отсеках / которого установлены собранные полублоки аккумуляторов батареи. Его изготовляют из эбонита, асфальтопековой пластмассы или термопласта. Для увеличения прочности и кислотостойкое™ в отсеки моноблока запрессовывают кислотоупорные нолихлорвиниловые вставки 2. На дне каждого отсека имеются призмы 15, на которые
174
опираются положительные и отрицательные пластины. Между этими призмами образуется шламовая камера 18, в которой оседают мелкие частицы активной массы (шлам), выпадающей из пластин по мерс работы аккумуляторной батареи.
Каждый отсек моноблока закрывается крышкой 4, в которой имеется отверстие для заливки электролита и контроля его уровня. Заливочные отверстия закрываются вентиляционной пробкой 5 с отражателем 10, предохраняющим электролит от выплескивания во время движения. Полюсные выводы отдельных аккумуляторов соединяют межэлементными перемычками последовательно, т.с. положительный вывод одного аккумулятора соединяют с отрицательным выводом другого. К крайним выводам батареи приваривают выводные штыри 6, на которых имеются знаки «+» и «-», обозначающие полюсы батареи. Выводной штырь 9 положительного полюса имеет несколько больший диаметр, чем штырь 6 отрицательного полюса.
Маркировка батареи указывает их типы в соответствии с принятыми условными обозначениями. Типы батарей характеризуются назначением, числом аккумуляторов в батарее, номинальной емкостью; их условные обозначения состоят из цифр и букв, написанных на перемычке, моноблоке или крышке в определенной поел едовател ы юс ги.
Например, на автомобиле ЗИЛ-431410 устанавливается аккумуляторная батарея 6СТ-90ЭМН. Первая цифра маркировки обозначает число последовательно соединенных аккумуляторов в батарее; буквы СТ — батарея стартерного тина; число после букв — номинальная емкость батареи в ампер-часах при 20-часовом режиме разряда; буквы обозначают материал моноблока (Э — эбонит, Т — гермопласт) и сепараторов (М — мипласт, Р — минор, ( — стекловолокно); если после обозначения материала сепаратора ставится буква Н, то означает, что батарея нс сухозаряженная. Кроме тою, условное наименование батареи, поставляемых в страны с тропическим климатом, должно содержать букву Т.
11.2. Генераторные установки
На современных автомобилях устанавливают генераторы переменного тока. Для нормальной работы имеющихся на автомобиле потребителей тока должно быть стабильное напряжение пи-|.шия, поэтому независимо от частоты вращения ротора гспсра-юра и числа но дключенных потребителей напряжение генератора должно быть постоянным. Поддержание постоянства напря-сния и защита генератора от перегрузки обеспечивается прибором, называемым регулятором напряжения или реле-регулятором.
175
В зависимости от дорожно-климатических условий и режимов эксплуатации автомобилей напряжение генератора, питающего потребителей, рассчитанных на номинальное напряжение 12 В, должно быть в пределах 13,2... 15,5 В.
Генератор переменного тока трехфазный, синхронный, с электромагнитным возбуждением, но сравнению с генератором постоянного тока он имеет меньшие металлоемкость и габаритные размеры. При той же мощности он проще по конструкции и отличается большим сроком службы. Синхронным генератор называется потому, что частота вырабатываемого им тока пропорциональна частоте вращения ротора генератора. Удельная мощность генератора переменного тока. т.е. мощность генератора, приходящаяся на единицу его массы, примерно в 2 раза больше, чем у генератора постоянного тока. Это позволяет в 2 — 3 раза увеличить передаточное число привода генератора, вследствие чего при частоте вращения на режиме холостого хода двигателя генераторы переменного тока развивают до 40 % номинальной мощности, что обеспечивает лучшие условия заряда аккумуля торных батарей и, как следствие, повышение их срока службы. Наряду с этим генераторы переменного тока, несмотря на их различие в номерах серий, но многим моделям легковых и 1рузовых автомобилей соответственно унифицированы и имеют ряд взаимозаменяемых деталей (приводные шкивы, крыльчатки, подшипники и др.), а по устройству нс имеют принципиальных различий.
Устройство генератора переменного тока рассмотрим на примере генераторов серин Г250-ГЗ, который устанавливается на грузовом автомобиле ГАЗ-3307. Генератор представляет собой трехфазную двенадцатиполюсную электрическую машину с выпрямителями на кремниевых диодах; вентиляция — проточная. Основными частями генератора (рис. 11.3, а) являются статор, ротор. две крышки, вентилятор и приводной шкив.
Статор 7 имеет неподвижную обмотку /Л’, в которой индуцируется ЭДС, а ротор Л’ — обмотку 9 возбуждения генератора, с помощью которой при вращении ротора создается подвижное электромагнитное ноле. Статор является магнитопроводом и набран из тонких листов электротехнической стали, изолированных один от другого. На внутренней поверхности статора имеется восемнадцать зубцов /7. на которые устанавливаются катушки /9 трехфазной обмотки. Каждая фаза состоит из шести последовательно соединенных катушек; фазные обмотки соединены между собой по схеме «звезда», а их свободные концы /6 присоединены к трем зажимам выпрями тельного блока.
Ротор 8 состою из двух клювообразных стальных наконечников, входящих один в другой и образующих двенадцатиполюсную электромагнитную систему. Между наконечниками на втулке /5,1 установленной на рифленой поверхности вала 14 ротора, намота-
176
'////A
Рис. 11.3. Генератор переменною гока: а — конструкция; б — электрическая схема
на обмотка возбуждения, концы которой припаяны к контактным кольцам 4. Вал ротора вращается в двух шариковых подшипниках 3 и /2, расположенных в крышках / и 10, изготовленных из л поминиевого сплава. Обе крышки имеют кронштейны для крепления генератора па двигателе и прорези, через которые лопастями шкива 13 засасывается воздух, охлаждающий генератор.
На задней крышке 70 крепится натяжная планка для регулировки натяжения ремня вентилятора. На передней крышке /установлен щеткодержатель 6, в отверстие которого вставляются две шо-графитовые щетки 5. прижимаемые пружинами к контактным кольцам 4.
На генераторе имеются три вывода: один из них положительный (+). другой — шунт (Ш) и третий на корпус (-). Одна из (исток соединена с корпусом генератора, а другая — с его изолированным выводом (Ш). На валу ротора посажен приводной шкив 13,
177
который в зависимости от серии генератора Г-250 (Г-25О-ГЗ, -250-В2 и др.) имеет различные диаметры и сечение ручья под ремень, что является одним из параметров унификации генераторов.
Обмотка возбуждения генератора питается постоянным током от аккумуляторной батареи или от выпрямителя, к которым припаяны ее выводы. При вращении ротора электромагнитное поле его полюсов пересекает витки катушек статора, индуцируя в каждой фазе переменную ЭДС. Вырабатываемый генератором переменный ток преобразуется в постоянный выпрямительным блоком, собранным по трехфазной двухполупериодной схеме на шести кремниевых диодах. Диоды попарно расположены в трех секциях на специальном оребренном корпусе 2, закрепленном в крышке I генератора.
Электрическая схема соединения обмоток генератора и выпрямителей показана на рис. 11.3. 5. Выпрямительный блок обеспечивает также постоянное соединение цепи генератора с аккумуляторной батареей, а так как его диоды пропускают ток только в одном направлении, то этим исключается возможность разряда аккумуляторной батареи через обмотки генератора, когда напряжение генератора меньше напряжения аккумуляторной батареи.
11.3. Регуляторы напряжения
Существенным недостатком вибрационных реле-регуляторов, работающих совместно с генераторами постоянного тока, является большое искрообразование между контактами в период их размыкания. Это вызывает сильное окисление и эрозию контактов, вследствие чего происходят потери напряжения и мощности генератора. Поэтому на современных автомобилях применяю! генераторные установки переменного тока с полупроводниковыми контактно-транзисторными и бесконтактно-транзисторными реле-регуляторами. В полупроводниковых бесконтактно-электронных регуляторах сила тока возбуждения генератора регулируется при помощи полупроводников-транзисторов, эм итгерпо-коллекторная цепь которых включена последовательно с обмоткой возбуждения генератора.
Сущность работы бесконтактно-электронных регуляторов заключается в том, что при напряжении на клеммах генератора меньше предельного транзистор, включенный последовательно с обмоткой возбуждения генератора, открыт и пропускает ток возбуждения.
Если напряжение превышает предельное значение, то транзистор запирается и резко изменяется сила тока в обмотке возбуждения генератора.
178
Этот процесс обычно происходит с большой частотой, и практически напряжение генератора остается постоянным.
Принципиальная схема такого регулятора напряжения показана на рис. 11.4, его работа заключается в следующем. Когда напряжение генератора ниже заданной величины, стабилитрон Д1 не пропускает ток, так как напряжение на нем меньше напряжения стабилизации. При этом транзистор Т1 закрыт, и ток идет но цепи: «+» аккумуляторной батареи — амперметр А — выключатель ВЗ— резистор R5 — диод Д2 — резистор R6 — «-» аккумуляторной батареи. При этом база составного транзистора Т2— доказывается по । положительным потенциалом и в цени база—эмиттер транзистора Т2 и база —эмиттер транзистора ТЗ проходит ток. открывая составной транзистор Т2—ТЗ и соединяя цепь обмотки возбуждения генератора с минусом аккумуляторной батареи.
Цепь тока обмотки возбуждения: «+» аккумуляторной батареи — амперметр А — выключатель ВЗ — зажим В регулятора — обмотка возбуждения ОВ генератора — зажим Ш регулятора — переход коллектор—эмиттер составного транзистора Т2—ТЗ — «-» аккумуляторной батареи.
Когда напряжение генератора достигает заданного значения (13,5... 15,0 В), происходит «пробой» (т.с. резкое снижение сопро-i пиления) стабилитрона Д/, и через резистор R1, стабилитрон Д1 и переход база — эмиттер транзистора TI начинает проходить юк управления. Транзистор Т1 открывается. Так как транзистор /7 включен параллельно цепи, состоящей из диода Д2 и резистора R6, при очень малом сопротивлении перехода коллектор — эмит-гер открытою транзистора /7 сила тока в цепи диода Д2 и ре зис-гора R6 резко падает. Поэтому отрицательные потенциалы базы и
i:
RI
R2 R3
I- Т—
1'пс. 11.4. Принципигыьная схема бесконтактно-транзисторного регуля-
тора напряжения
179
эмиттера составного транзистора Г2— ТЗ оказываются равными, и составной транзистор Г2—ТЗ закрывается. При этом пень обмотки возбуждения прерывается, что приводит к снижению напряжения генератора. Напряжение на стабилитроне также уменьшается, coupon явление стабилитрона возрастает, ток через него не проходит, и транзистор Г1 закрывается, а составной транзистор Т2— ТЗ открывается. Цепь обратной свя зи, состоящая из конденсатора С/ и резистора R4, ускоряет открытие и закрытие транзисторов. Когда составной транзистор Г2— ТЗ закрывается, положительный потенциал его коллектора повышается и по цепи обратной связи R4— С! и переходу база — эмиттер транзистора 77, а также через резистор R3 проходит импульс тока, способствующий более быстрому открыванию гран зистора 77, что ускоряет закрытие составною транзистора Т2— ТЗ.
Конденсатор С/при этом заряжается. Когда составной транзистор Т2— ТЗоткрывается, конденсатор ( I ра зряжается, и ток идет по пени: конденсатор С1 — резистор R4— коллектор—эмиттер составного транзистора Т2—ТЗ—резистор R3— эмиттер— база транзистора 77 — конденсатор С/, что способствует более быстрому закрыванию транзистора 77, а следовательно, открыванию составного транзистора Т2—ТЗ.
При запирании составною транзистора Т2—ТЗ прерывается ток в цепи обмотки возбуждения генератора и в ней индуцируется ЭДС самоин дукции. Под действием этой ЭД( создастся ток самоиндукции, который проходит через гасящий диод ДЗ, гем самым предотвращая пробой транзисторов 72 и ТЗ. Конденсатор С2 выполняет роль фильтра.
На ряде моделей грузовых автомобилей семейства ЗИЛ-4314, -4333 и легковых автомобилей ГАЗ устанавливаются генераторы серий соответственно 32.3701 и 1601.3701, которые по устройству нс имеют существенных отличий от генератора, представлен но го на рис. 11.3, но работают совместно с бесконтактно-электронными регуляторами напряжения типа 13.3702; 201.3702 и др. Типичным примером такого регулятора напряжения является регулятор серии 13.3702-01. устанавливаемый на автомобилях ГАЗ-31029, -3110 «Волга» и др. Он обеспечивает поддержание напряжения генератора в пределах 13.4... 14,7 В.
Гго электронная схема включает в себя измерительный блок (рис. 11.5), состоящий из резисторов А’/, /?2, R3, R4, диода VD1 и транзистора VT2, управляющего транзистора VT3, предусилителя J Тб, выходного каскада с транзистором VT8 и схемы его защиты с транзистором VT4. Наряду с этим для обеспечения различных режимов работы элементов регулятора применительно к реальным условиям эксплуатации автомобиля в него дополнительно встроены: резисторы R5—R9, R12— R14, диоды Р775, I D7, 17)9 н конденсаторы С(, С\, С4.
180
Рис. 11.5. Схема электронного регулятора напряжения 13.3702-01 (автомобилей I АЗ-31029, -3110 «Волга»):
I регулятор напряжения; 2— выключи i ель; 3— ука гатель тока; 4— аккумуляторная батарея; 5 — генератор
При напряжении генератора ниже допустимого уровня тран-|истор VT2, а следовательно, и транзистор VT3 закрыты (сопро-гнвление их перехода эмиттер—коллектор составляет несколько юсятков тысяч Ом), а транзисторы 1 Тб и VTS открыты (сопротивление их переходов >миттср— коллектор не превышает 2 Ом). Га кой режим обеспечивает протекание тока максимальной силы через обмотку возбуждения генератора.
По мере увеличения частоты вращения ротора генератора напряжение па его выводах увеличивается. Когда напряжение генератора достигнет определенной величины, транзистор 1 Т2, а сле-ювательно, и транзистор I ТЗ откроются, а транзисторы VT6 и I Т8закроются. Это вызовет прекращение протекания тока в цени обмотки возбуждения генератора. Напряжение генератора начнет снижаться, что приведет к закрытию транзисторов К/2, VT3 и • икры гию транзисторов 1 Гб и \Т8. Но обмотке возбуждения вновь начнет протекать ток, и напряжение генератора начнет повышаться. Гаким образом, изменяя силу тока (среднее значение) в обмотке возбуждения, транзистор Г Т8 автоматически регулирует напряжение генератора в заданных пределах.
Для предохранения от выхода из строя транзистора VT8 при шарийном повышении силы тока в цени возбуждения генератора (например, гамыканис вывода «Ш» на вывод «+») в схеме предусмотрена электронная защита, которая работает следующим об-|м гом. При протекании по обмотке возбуждения генератора рабо-1Г1О тока транзистор 1 Т4 находится в закрытом состоянии и не и нгяет на режим работы транзисторов VT6 и VT8.
181
Если ио какой-либо аварийной причине в цепи обмотки возбуждения генератора резко увеличится напряжение, на коллекторе транзисторов ГТ6, VT8 возникнет импульс напряжения, который, воздействуя через конденсатор С2 и цепочку обратной связи (резисторы RIO и /?//) на транзисторы VT3. VT4, переведет их в автоколебательный режим, и средняя сила тока, протекающего через транзистор VT8, резко снизится, чго предохраняет его от преждевременного отказа.
Контрольные вопросы
1.	Каков принцип действия свинцового аккумулятора?
2.	Объясните устройство стартерной аккумуляторной батареи.
3.	Какие факторы определяют ЭДС. внутреннее сопротивление и напряжение аккумулятора?
4.	Как маркируют аккумуляторные батареи?
5.	Объясните но схемам устройство генератора Г-250-ГЗ и принцип его работы с бесконтактно-транзисторным регулятором напряжения.
6.	Объясните принципиальную схему бесконтактно-транзисторного ре гул ято ра напряжения.
7.	В чем сущность работы электронно-транзисторного регулятора напряжения серии 13.3702-01?
Гл а в a 12
СИСТЕМА ЗАЖИГАНИЯ
12.1.	Общие сведения о системе зажигания
Системой зажигания называется совокупность всех приборов и устройств, обеспечивающих воспламенение рабочей смеси в соответствии с порядком работы двигателя. Широкое применение на автомобилях получили системы зажигания, в которых источником электрической энергии являются аккумуляторные батареи или генераторы. Вырабатываемый ими ток низкого напряжения преобразуется в ток высокого напряжения. В определенные моменты высокое напряжение подводится к электродам свечи зажигания, и между ними возникает электрическая искра, которая воспламеняет рабочую смесь. Напряжение, необходимое для пробоя искрового зазора свечи зажигания на холодном двигателе, должно быть не менее I6 кВ, оно зависит от конструкции (типа) системы зажигания, расстояния между электродами свечи, дав-1сиия, температуры и состава рабочей смеси и других факторов. Наибольшего значения (свыше 20 кВ) пробивное напряжение должно достигать при пуске двигателя, наименьшего (до 12 кВ) — па установившихся нагрузочных режимах. Кроме того, система зажги ания должна обеспечивать изменение угла опережения зажигания в оптимальных пределах на любом режиме работы двигателя. Аппараты и приборы этой системы должны быть надежными в •эксплуатации, иметь малые габаритные размеры, массу, небольшой объем технического обслуживания и нс создавать радиопомех выше допустимых норм.
По способу прерывания пени тока низкого напряжения системы зажигания делятся на контактные (классические), контактно-гранзисторные и бесконтактные (электронно-транзисторные).
Принцип действия классической системы зажигания. Преобразование тока низкого напряжения в ток высокого напряжения и распределение его но цилиндрам двигателя рассмотрим на примере контактной системы батарейного зажигания (рис. 12.1, а). К си-« геме зажигания относятся катушка зажигания 6, прерыватель-рис пред ел итсль 4 с конденсатором 5, свечи зажигания /, нодави-i< п.ныс резисторы 2 для снижения помех радиоприему, выключи! ель (замок) зажигания 8, провода 3 и 9 соответственно высо-|<>)г) и низкого напряжения, аккумуляторная батарея 10. Кроме перечисленных приборов, в работе системы батарейного зажига-
183
ним участвует реле // включения стартера, служащее для закорачивания резистора 7 в момент пуска двигателя стартером 12.
Катушка зажигания представляет собой трансформатор (рис. 12.1, о), на железный сердечник которого намотаны первичная 20 и вторичная 21 обмотки. Первичная обмотка, состоящая из небольшого числа (до 350) витков толстой проволоки и последовательно соединенная с аккумуляторной батареей, образует цепь тока низкого напряжения. Вторичная обмотка, состоящая из большого числа (не менее 18 000) витков тонкой проволоки, включена в цепь тока высокого напряжения.
Прерыватель служит для получения изменяющегося магнитного потока в сердечнике катушки зажигания нулем размыкания контактов 17, периодически подключающих первичную обмотку 20 (см. рис. 12.1, о) катушки зажигания к источнику тока.
При включенном зажигании и замкнутых контактах /7прерывателя образуется ток низкого напряжения.
Цепь тока низкого напряжения: положительный вывод батареи — амперметр — выключатель зажигания 8 — клемма ВК-Б катушки зажигания — добавочный резистор 7 — клемма ВК — первичная обмотка 20 катушки зажигания — клемма /9 прерывателя — рычажок 18 — контакты 17 — корпус — отрицательный вывод батареи. Ток низкого напряжения, протекающий по первичной обмотке, создаст в сердечнике катушки зажигания магнитное поле, пронизывающее витки обеих обмоток.
Когда выступ вращающегося кулачка /6. нажимая на рычажок 18, разомкнет контакты 17, цепь низкого напряжения прервется, и сердечник катушки зажигания размагнитится, в результате чего во вторичной обмотке 2! индуцируется ЭДС, величина которой вследствие резкого уменьшения магнитного потока достигает 16... 20 кВ. С помощью ротора 14 и крышки /3 рас предел и -
Рис. 12.1. Схема контактной системы зажигания:
а — расположение приборов; б — цепи тока низкого и высокого напряжения
184
геля импульсы тока высокого напряжения поступают в соответствии с порядком работы двигателя на электроды свечи зажигания, образуя искровой разряд.
Цепь тока высокого напряжения', вторичная обмотка 21 катушки зажигания — подавительыый резистор 15— центральный электрод ротора — боковой электрод крышки /3 распределителя — провод высокого напряжения — подави тел ьный резистор 2— центральный и боковой электроды свечи зажигания / — корпус — аккумуляторная батарея 10— амперметр — выключатель зажигания 8 — добавочный резистор 7— первичная обмотка 20— вторичная обмотка 21.
При размыкании контактов /7в первичной обмотке катушки зажигания также индуцируется ЭДС самоиндукции, равная 200...300 В, вследствие чего в цепи низкого напряжения возникает ток самоиндукции. Направление тока самоиндукции совпадает с направлением тока низкого напряжения, поэтому он противодействует размагничиванию сердечника, вследствие чего напряжение во вторичной обмотке катушки зажигания уменьшается. Наряду с этим ток самоиндукции в момент размыкания контактов прерывателя вызывает искрение между ними, что приводит к >розии (подгоранию) контактов. Для устранения вредного действия ЭДС самоиндукции параллельно контактам прерывателя включается конденсатор 5, емкость которого может быть в предс-iax 0,17...0,25 мкФ. При размыкании контактов прерывателя ток самоиндукции из первичной обмотки отводится в конденсатор и заряжает его, в результате почти полностью устраняется искрение между контактами. Ток разряда конденсатора в момент размыкания контактов протекает через первичную обмотку в направлении, противоположном направлению тока низкого напряжения, что способствует резкому исчезновению магнитного ноля, созданного в первичной обмотке, вследствие чего повышается напряжение во вторичной обмотке катушки зажигания.
12.2.	Контактно-транзисторная система зажигания
С повышением степени сжатия, числа цилиндров и частоты вращения коленчатого вала двигателя контактная система зажи-ыния работает недостаточно устойчиво. В этом случае для нормальной работы системы зажигания необходимо повышенное напряжение во вторичной обмотке катушки зажигания, что требует увеличения тока низкого напряжения. Однако при увеличении силы Гока свыше 3,5 А возникает искрение контактов. Кроме того, с увеличением частоты вращения коленчатого вала и числа цилиндров двигателя происходит сильная вибрация контактов прерываниям, что снижает напряжение во вторичной обмотке катушки
185
зажигания. Для устранения указанных недостатков на автомобилях применяю! контактно-транзисторные или бесконтактно-транзисторные системы зажигания с полупроводниковыми элементами, позволяющими увеличить напряжение во вторичной обмотке катушки зажигания примерно на 25... 30 % и значительно повысить энергию искрового разряда между электродами свечи зажи
гания.
Устройство контактно-транзисторной системы зажигания. Конструктивно система включает в себя транзисторный коммутатор TK-I02A (поз. /, рис. 12.2), соединенный с прерывателем /5, распределитель /5, катушку зажигания 5(обычно типа Б114-Б), блок резисторов СЭ107 (поз. //), а также уст ройства для снижения уровня радиопомех. К последним относятся подавитсльные резисторы 14, расположенные в крышке распределителя и в наконечниках, соединяющих провода высокого напряжения со свечами зажигания 16.
Коммутатор состоит из транзистора //, стабилитрона 9, диода 8, двухобмоточного трансформатора 12, конденсаторов 6 и 7, рези-
Рис. 12.2. Схема контактно-транзисторной системы зажигания
186
стора 10. Первичная обмотка катушки зажигания включена в пень эмиттера Э транзистора //, а контакты прерывателя 13 — в цепь базы Б. Через первичную обмотку протекает ток базы Б и коллектора К транзистора.
Коммутатор имеет четыре выводные клеммы, три из которых обозначены М, К. Р. а одна нс имеет обозначения. Клемма М соединена с корпусом («массой») автомобиля, клемма Р — с подвижным контактом прерывателя, а клеммы К и безымянная — с копнами первичной обмотки катушки зажигания. Основной осо-бенностыо контактно-транзисторной системы является то. что через контакты прерывателя проходит небольшой по силе ток управления транзистора. При этом ток первичной обмотки катуш-। и зажигания прерывается не контактами прерывателя, а перехо-
юм эмиттер — коллектор транзистора.
Работа контактно-транзисторной системы зажигания. При включенном выключателе зажигания 2 (см. рис. 12.2) и разомкнутых контактах прерывателя 13 транзистор закрыт, так как нет тока в переходе эмиттер—база, т.с. в цепи его управления. В переходе эмит
тер — коллектор ток на корпус также не проходит вследствие большого сопротивления этою перехода.
В момент замыкания контактов прерывателя 13 в цепи управ-1сния трап «истором проходит ток, и транзистор открывается. При ном образуются две цепи тока низкого напряжения: цепь тока управления транзистора и цепь рабочего тока низкого напряже
ния.
Цепь тока управления (показана штриховыми стрелками): но-южитсльный вывод батареи — амперметр — выключатель зажигания 2— клемма ВК.-Б — клемма К добавочных резисторов 3 и  — первичная обмотка катушки зажигания — клемма коммутатора — электроды перехода эмиттер — база ( )—Б) транзистора // — первичная обмотка импульсного трансформатора 12— контакты прерывателя 13 — корпус — отрицательный вывод батареи. Тран-щетор в этой цепи разгружает контакты, так как сила тока управления транзистора составляет десятые доли ампера (0.3...0,8 А), что примерно в 10— 15 раз меньше силы юка, проходящего через । онтакты в классической системе зажигания. Указанная сила тока
практически не влияет на эрозию контактов и позволяет исключи гь из системы искрогасящий конденсатор.
При прохождении тока управления резко уменьшается сопро-швленис перехода эмиттер — коллектор (Э—К) транзистора, он открывается и включает цепь рабочею тока низкою напряжения.
Цепь тока низкого напряжения: положительный вывод батареи — амперметр — выключатель зажигания — клеммы ВК-Б и К добавочных резисторов 3 и 4— первичная обмотка катушки зажигания в — электроды перехода змиттер — коллектор транзистора 11 — корпус — отрицательный вывод батареи.
187
Сила тока, проходящего по первичной обмотке, зависит от времени замкнутого состояния контактов, т.е. частоты вращения коленчатого вала двигателя, и при минимальной частоте вращения составляет до 7 А. при максимальной — снижается до 3 А. В момент размыкания контактов прерывается цепь управления транзистора, в обмотке импульсного трансформатора 12 индуцируется ЭДС, повышающая потенциал базы, вследствие чего транзистор резко закрывается, выключая цепь тока низкого напряжения. Это приводит к исчезновению магнитного поля, наведенного первичной обмоткой катушки зажигания. Исчезающее магнитное поле пересекает витки вторичной обмотки, индуцируя в пси )ДС от 18 до 30 кВ, а в первичной обмотке возникает ЭДС самоиндукции в пределах 80... 100 В.
Цепь тока высокого напряжения', вторичная обмотка — подави-тельный резистор 14— ротор распределителя 15— свечи зажигания 16 — корпус — вторичная обмотка. Ток самоиндукции первичной обмотки идет на заряд конденсатора 7, вследствие чего происходит защита транзистора от действия ЭДС, так как при этом резко уменьшается ею нагрузка и нагрев. Электролитический конденсатор 6 защищает транзистор от случайных перенапряжений (короткое замыкание в обмотках генератора, разрегулировка регулятора напряжения и т.д.), которые могут возникнуть в цепи питания системы зажигания.
Трансформатор /2 обеспечивает активное запирание транзистора. При размыкании контактов прерывателя во вторичной обмотке трансформатора индуцируется ЭДС, приложенная к переходу эмиттер—база в направлении, противоположном направлению тока управления. При этом потенциал ба ты становится больше потенциала эмиттера, вследствие чего транзистор мгновенно закрывается (за 3...5 мкс), обеспечивая быстрое исчезновение тока и магнитного поля в первичной обмотке катушки зажигания. Энергия поля во вторичной обмотке трансформатора расходуется на нагрев резистора /0.
Для предохранения транзистора от пробоя служит стабилитрон 9, включенный параллельно первичной обмотке катушки зажигания.
Напряжение стабилизации стабилитрона зависит от предельно допустимого напряжения участка эмиттер —коллектор транзистора и составляет около 80 В. Если )ДС самоиндукции превысит указанное значение, стабилитрон пробивается и ток, вызванный ЭДС самоиндукции, замыкается через стабилитрон 9. Диод 8препятствует прохождению тока через стабилитрон в прямом направлении, минуя первичную обмотку катушки зажигания. I
Для нормальной работы транзисторного коммутатора темпера тура окружающего воздуха не должна превышать 60 °C, поэтом он устанавливается в кабине водителя.
188
12.3.	Бесконтактная транзисторная система зажигания
На ряде моделей грузовых автомобилей (ЗИЛ-131 Н, -431917; «Урал-4320»; ГАЗ-3307, -3308 «Садко» и др.) и легковых автомобилей (ГАЗ-3102, -3110 «Волга»; ВАЗ-2109. -2110 и др.) устанавливается бесконтактная система зажигания. Принципиальное отличие такой системы состоит в том, что момент иодачи искрового разряда в цилиндры двигателя определяется моментом подачи злектрического сигнала (импульсов )ДС) магнитоэлектрическим или полупроводниковым датчиком, взаимодействующим с транзисторным коммутатором и высоковольтным распределителем зажигания.
Датчик представляет собой однофазный генератор переменного тока, состоящий из ротора с постоянным магнитом и статора с кольцевой обмоткой, конструктивно объединенных с распределителем. Поэтому этот узел носит название датчик-распределитель. Датчики-распределители отличаются в основном числом пар полюсов магнита (в зависимости от числа цилиндров) и характеристиками центробежного и вакуумного регуляторов опережения зажигания. Датчики-распределители изготавливаются па базе серийных распределителей зажигания, в которых прерыватель заменен генератором полуволновых импульсов переменной ЭДС.
Типичным примером такой системы зажигания является бесконтактная система .зажигания (рис. 12.3), устанавливаемая на ряде моделей грузовых полноприводных автомобилей (ЗИЛ, ГАЗ, ♦Урал» и др.) и включающая в себя электронный коммутатор /, датчик-распределитель 5, состоящий из электромагнитного дат-
Рис. 12.3. Схема бесконтактно-транзисторной системы зажигания
189
чика 3 и распределителя 4, выключателя зажигания <*?, катушки зажигания 2 с добавочными резисторами 10 и свечей зажигания 7 с подавительными резисторами 6. Электронный коммутатор / состоит из двух каскадов: формирующего на транзисторах VT1, VT2, VT3 и выходного на транзисторе VT4. В пень коллектора транзистора VT4 включена катушка зажигания Б! 16, аналогичная по устройству катушке Б114 контактно-транзисторной системы зажигания, и отличается от нее в основном обмоточными данными. Добавочный резистор /0 катушки Б116 расположен в металлическом корпусе, внутри которого находятся две нихромовые секции (спирали), концы которых имеют маркировку К, С, «+». Электронный коммутатор / размещен в оребренном металлическом корпусе и имеет три вывода: КЗ — для соединения с выводом катушки зажигания, «+» — для соединения с выводом «+» добавочного резистора, Д — для соединения с выводом датчика-распределителя.
Работа бесконтактной системы зажигания. Перед пуском двигателя при включении зажигания выключателем Sтранзистор VT1 закрыт, так как его база соединена с эмиттером через диод I D1, т. с. они имеют одинаковый потенциал. При закрытом транзисторе VTI открывается транзистор VI2, гак как его база через резисторы Я5, R6 и диод I D6 соединена с батареей 9 и имеет положительный! потенциал по отношению к эмиттеру. При этом образуется ток управления, протекающий по цепи: положительный вывод батареи — выключатель зажигания — вывод добавочного резистора — положительный вывод коммутатора — диод VD6 — резисторы R6 и R5 — переход база — эмиттер транзистора VT2 — резисторы RI0 и R1! — корпус — отрицательный вывод батареи.
Протекающий ток управления создает положительный потенциал на базе транзистора I ТЗ, вследствие чего он открывается и ток проходит через его эми ттерн о-коллекторный переход. Ток эмиттера транзистора I ТЗ. в свою очередь, открывает выходной транзистор VT4, эмиттерно-коллекторный переход которого включен последовательно с первичной обмоткой катушки зажигания, образуя цепь низкого напряжения: положительный вывод батареи — выключатель зажигания — добавочный резистор — первичная обмотка — диод \ D7 — переход эмиттер — коллектор транзистора VT4 — корпус — отрицательный вывод батареи. При этом в обмотках катушки зажигания создается электромагнитное поле.	I
При пуске двигателя в электромагнитном датчике 3 вырабатывается переменное синусоидальное напряжение, которое подаст ся на вывод Д транзисторного коммутатора, затем через диол I '1)1 в резистор R1 и далее на базу транзистора КГ/. При достижении максимального потенциала положительной полуволны датчика, i
190
следовательно, и базы транзистора И77 последний открывается. При этом ток, протекающий по цепи: обмотка датчика — диод VD1 — резистор R1 — переход база — эмиттер транзистора VT1 — корпус — обмотка датчика снижает ток базы транзистора VT2 практически до нуля, и он запирается, что также приводит к запиранию транзисторов VT3 и VT4. Вследствие чего ток в первичной обмотке катушки зажигания резко уменьшается, а во вторичной обмотке создается высокое напряжение, которое через распределитель подводится к соответствующей свече зажигания, вызывая искрообразовапис и воспламенение рабочей смеси.
После исчезновения импульса высокого напряжения отрицательная полуволна датчика 3 запирает транзистор ИТ'/, открывая транзистор VT2. Открытие транзистора VT2 приводит к автоматическому открытию транзистора VT3, а также выходного транзистора VT4, и, таким образом, описанный процесс повторяется.
При работе двигателя на переходных режимах частота вращения датчика может достигать предельных значений, при которых амплитуда импульсов его ЭДС будет способствовать преждевременному открытию транзистора Й77, создавая нежелательное увс-шчение угла опережения зажигания. Для устранения этого недостатка в цепь базы включен резистор RI с конденсатором СЗ и диод ИШ. Для установки начального момента зажигания, при ко-юром поршень первого цилиндра находится в ВМТ, на роторе и статоре имеются метки (риски). Их совпадение соответствует найму размыкания контактов (применительно к кош акто-транзисторной системе зажигания).
L Для улучшения условий работы и повышения надежности каскадов коммутатора в него включены дополнительные элементы. С помощью резистора R7 и конденсатора С6 образуется цепь, по которой положительная полуволна тока самоиндукции первичной обмотки катушки зажигания поступает на базу транзистора 177, ускоряя процесс его отпирания. Стабилитрон I D5 и конденсатор С7 защищают каскады транзистора от всплесков повышенного напряжения, а диод ID7 защищает транзистор VT4 от напряжения обратной полярности. Конденсаторы С4 и С5 зашиша-(01 переходы база—эмиттер транзисторов VT2 и VT3 от тепловых перегрузок. Стабилитроны VD2, VD4 и резисторы R2, R3 служат для защиты каскадов коммутатора от повышенных напряжений источников тока. Диод VD6 не пропускает ток обратной полярно-। hi в коммутатор, а конденсаторы С/, С2 уменьшают пульсацию пипряжения в цепи питания его каскадов. Резисторы R8, RJO, RI1, включенные между базами и эмиттерами транзисторов VT2, VT3 и I Т4, обеспечивают стабилизацию напряжения в коллекторно-vmii ггерном переходе этих транзисторов. Резистор R12 и конден-। и тор С8 снижают мощность выходного транзистора VT4 во время 14 о закрытия при работе на переходных режимах.
191
12.4.	Основные аппараты системы зажигания
Катушка зажигания. Для преобразования тока низкого напряжения в гок высокого напряжения, обеспечивающий пробой искрового промежутка в свечах зажигания, служит катушка зажигания. Современные катушки зажигания, вне зависимости от их типа, в основном имеют аналогичное устройство и отличаются обмоточными данными, схемой соединения обмоток, наличием дополнительных устройств, конструкцией отдельных узлов и установочными размерами. Наряду с этим после отказа или ремонта катушек зажигания их следует строго отбирать по тинам и устанавливать только нате модели автомобилей, для которых они разрабатывались. Катушка зажигания состоит из цельнотянутого стального кожуха 2 (рис. 12.4). карболитовой крышки 13, сердечника 4 с первичной 6* и вторичной 6 обмотками, фарфорового изолятора 9, пружины 15 и магнитопровода образующего совместно с сердечником магнитную цепь.
Сердечник 4 набран из пластин электротехнической стали толщиной 0,5 мм. изолированных одна от другой окалиной для уменьшения вихревых токов, что способствует более быстрому изменению магнитного потока в момент прерывания тока в первичной
Рис. 12.4. Катушка зажигания
192
цепи. Сердечник заключен в пру бку 5 из электротехнического картона. на которую намотана вторичная обмотка, имеющая большое число витков (18 000—41000). из медного провода диаметром 0,06... 0,1 мм.
Для улучшения изоляции слон витков вторичной обмотки отделены один от другого конденсаторной бумагой. На последний ряд вторичной обмотки накладываю! изоляцию 7 из лакоткани и кабельной бумаги, затем наматывают первичную обмотку из проволоки диаметром 0,72... 1,35 мм (200—350 витков). Межслойную изоляцию первичной обмотки делают из кабельной бумаги, а последний слой покрывают той же бумагой, но в несколько рядов, после чего на катушку устанавливают магнитопровод 3, состоящий из двух полуцилиндров, изготовленных из трансформаторной стали.
Сердечник 4 от кожуха 2 изолируется с помощью фарфорового изолятора 9 и карболитовой крышки 13. уплотненной резиновым кольцом 12. С помощью контактной пластины /. пружины 15 и латунной вставки /6 сердечник соединяется с центральной клеммой /<?высокого напряжения. Контактное сопряжение указанных деталей дополнительно изолируется трубкой 14 из диэлектрика. Во внутреннюю полость катушки заливают трансформаторное масло, что улучшает изоляцию и охлаждение обмоток.
В зависимости от пипа катушки джигания на карболитовой крышке /.? располагают две или три клеммы ни зкого и одну высокого напряжения. На катушках зажигания Б114-Б и Б116 соответственно для контактно-транзисторной и бесконтактно-транзис-горной систем зажигания имеются две боковые клеммы, одна с маркировкой «К», другая без маркировки. Клеммы подключают к соответствующим клеммам транзисторного коммутатора (см. рис. 12.2) через блок резисторов. В бесконтактной экранированной системе зажшання «Искра» автомобилей ЗИЛ-131 Н и -431917 устанавливается герметизированная катушка зажигания Б118 с двумя вывозами ВК и Р. В отличие от других катушек зажигания один конец се вторичной обмотки соединен внутри с корпусом катушки. Клиника зажигания работает совместно с датчиком-распределителем 4902.3706, транзисторным коммутатором ТК200-01 и добавочным резистором СЭ326. На катушках зажигания Б115, Б117 и цругих для классической системы зажигания имеются три боковые клеммы /7, /9и 20(см. рис. 12.4). К клеммам /7и /9подведены концы первичной обмотки. Вторичная обмотка одним конном соединяется с первичной, а другой выведен на центральную клемму /.S’ высокого напряжения. Между клеммами 17 и 20 включен проволочный добавочный резистор //, установленный в керамическом изоляторе 10. Величина сопротивления резистора колеб-легся в пределах 0,9...8,0 Ом. Клеммы 18 и /9 нс маркируют, а Клеммы /7и 20. к которым присоединяются шипки 2/резистора, маркируют соответственно ВК и ВК-Б.
193
Резистор повышает работоспособность катушки зажигания и облегчает пуск двигателя стартером. При малой частоте вращения коленчатого вала двигателя контакты прерывателя находятся сравнительно продолжительное время в замкнутом состоянии, поэтому сила тока в первичной обмотке имеет достаточно высокое значение, резистор нагревается и его сопротивление становится большим (5...6 Ом), вследствие чего уменьшаются сила тока и возможность перегрева катушки зажигания. С увеличением частоты вращения коленчатого вала время замкнутою состояния контактов сокращается, сила тока уменьшается, резистор остывает и его сопротивление понижается. При пуске двигателя стартером резистор шунтируется, и ток поступает в первичную обмотку катушки зажигания, минуя резистор. Поэтому, несмотря на падение напряжения аккумуляторной батареи в момент включения стартера, сила тока в первичной обмотке катушки зажигания и напряжение во вторичной обмотке сохраняют заданные значения.
В контактно-транзисторной системе зажигания смонтирован добавочный блок 11 резисторов СЭ107 (см. рис. 12.2). который состоит из двух резисторов. Один из них (ноз. 3) постоянно включен в цепь первичной обмотки катушки зажигания Б114-Б, а другой (поз. 4) во время пуска двигателя закорачивается через переходной мост клеммы ВК замыканием контактов 1 при включении стартера. Таким образом компенсируется уменьшение напряжения аккумуляторной батареи при питании стартера.
Распределитель зажигания. Для периодического прерывания цепи низкого напряжения и подвода тока высокого напряжения к свечам зажигания в соответствии с порядком работы двигателя служат прерыватель и распределитель, объединенные в один прибор, который обычно называют распределителем зажигания. Конструктивно в распределитель зажигания входят центробежный и вакуумный регуляторы, а также октан-корректор, которые обеспечивают корректировку момента зажигания при изменяющихся режимах работы двигателя и в зависимости от октанового числа бензина. Прерыватели-распределители, применяемые в контактно-транзисторной и бесконтактной системах зажигания, нс имеют искрогасящего конденсатора.
Широкое распространение получили распределители зажигания 46.3706 контактно-транзисторных систем зажигания, установленных на карбюраторных двигателях автомобилей ЗИЛ.
Pacnpede.iume.ib зажигания 46.3706 (рис. 12.5) имеет корпус //, в котором установлены распределитель с прерывателем, приводной валик /, инерционный 10 \\ вакуумный /2 регуляторы, а также октан-корректор 14. Приводной валик / вращается в двух медно-графитовых втулках, установленных в корпусе. На верхнем конце валика установлена втулка с восьмигранным кулачком 25, который смазывается при помощи масленки (фильца) 23.
194
Рис. 12.5. Распределитель зажигания 46.3706
Прерыватель, размещенный в средней части корпуса, устроен следующим образом. На неподвижной пластине 2 на шариковом подшипнике установлен подвижной диск J, который может поворачиваться вокруг оси кулачка 25тягой 13 вакуумного регулятора. На штыре /<У подвижного диска крепится серповидная пластина /6, на стойке которой расположен неподвижный контакт 22. На этом же штыре помещен изолированный от корпуса рычажок /9 с подвижным контактом 21. На рычажок воздействует пластинчата пружина 77, вследствие чего контакты стремятся быть постоянно замкнутыми.
Рычажок и подвижной контакт соединены с клеммой 24, к । «порой присоединяется провод от клеммы первичной обмотки катушки зажигания. При вращении валика I контакты размыкаются кулачком 25, набегающим своими выступами на текстолитовую колодку 20 подвижною рычажка. Число граней кулачка равно числу цилиндров двигателя, а сю частота вращения равна частоте вращения распределительного вала. Допустимый зазор между кон-гактами прерывателя должен быть в пределах 0.35...0,45 мм. Зазор рпулируют с помощью эксцентрика 15, который поворачивает  ерповидную пластину /6 вокруг штыря /<У, изменяя тем самым •а юр между контактами.
К распределителю тока высокого напряжения относятся кар-Ьолитовая крышка 5 с клеммами для проводов и ротор 4 с токо-р.нносной пластиной. Крышка крепится к корпусу 7/прерывате
195
ля защелками 9, а ротор надевается на торен приводного валика и вращается вместе с ним. В гнездо центрального электрода б вставлен провод высокого напряжения, соединяющий через уголек <? токоразносную пластину ротора 4 с вторичной обмоткой катушки зажигания. В гнезда боковых электродов /установлены провода от свечей зажигания.
В момент размыкания контактов ток высокого напряжения от катушки зажигания поступает к свече через центральный электрод, угольный контакт, токоразносную пластинку ротора, боковой электрод и провод свечи зажигания.
Датчики-распределители 19,3706 и 24.3706. Датчики-распределители бесконтактно-транзисторной системы зажигания служат для управления транзисторным коммутатором, а также для распределения импульсов тока высокого напряжения по свечам и автоматического регулирования момента зажигания в зависимости от частоты вращения коленчатого вала и нагрузки двигателя.
Датчик-распределитель 19.3706 устанавливается на четырехцилиндровых двигателях ЗМЗ-4061, -4063 автомобиля ГАЗ-3302 «ГАЗель» и его модификациях, а датчик-распределитель 24.3706 устанавливается на восьмицилиндровом иипателе ЗМЗ-511 ipy-зового автомобиля ГАЗ-3307. В качестве примера рассмотрим датчик-распределитель 24.3706 (рис. 12.6), включающий в себя магнитоэлектрический датчик со статором 12 и ротором 21, центробежный регулятор /5, вакуумный регулятор 5. В нижней части корпуса 2 установлена пластина 7 октан-корректора, служащая для ручной регулировки момента зажигания и крепления датчика-распределителя па двигателе.
Ротор 21 датчика представляет собой многополюсный кольцевой постоянный магнит 26 с прижатыми к нему с обеих сторон восьмиполюсными обоймами 25 и 27, которые жестко закреплены на втулке 11. На верхнюю часть втулки установлен токоразносный бегунок 10 высоковольтного распределителя, а в нижней части втулки имеется паз, который соединяется с выступом другой втулки, жестко закрепленной на поводковой пластине ротора.
Статор /2датчика имеет обмотку 23, которая заключена в обойму, образованную фигурными пластинами 22 и 24, соединенными между собой заклепками. При этом в промежутки между зубцами одной пластины входят зубцы друюй, образуя систему магнитопровода. Статор имеет один изолированный вывод 4 на корпусе, соединенный с транзистором коммутатора, а второй коней обмотки связан с корпусом на «массу». Статор 12 посредством опор 13 закреплен на подвижной пластине, жестко соединенной с внутренней обоймой подшипника 14, а его наружная обойма относительно корпуса 2 закреплена неподвижно. Тяга вакуумною регулятора 5 шарнирно соединяется с подвижной пластиной, обес почивая поворот статора относительно ротора.	I
196
К распределителю тока высокого напряжения относится кар-бол итовая крышка 6с девятью выводами. В центральном выводе с внутренней стороны установлен подвижный уголек 7с активным сопротивлением 8... 15 кОм, что способствует подавлению радиопомех. Уголек обеспечивает контакт между центральным выводом
Рис. 12.6. Дат чик-^расп ределит ель 24.3706: а — конструкция; б — основные части
197
и электродом 9 токоразносного бегунка 10. Через электроды 6'высокое напряжение поступает на восемь выводов но окружности крышки, которые обеспечивают соединение проводов высокого напряжения со свечами зажигания.
Привод датчика-распределителя производится через шип /9, который закреплен на валике 17. В корпусе установлена колпачковая масленка ^для смазывания подшипника !8, валика /7и упорного подшипника 16. Для установки начального угла опережения зажигания на статоре и роторе датчика нанесены метки 20. В отличие от классических систем зажигания в бесконтактной системе
контролируют нс начало размыкания контактов, а момент новообразования в свече зажигания. Указанные метки должны совпадать при положении коленчатою вала, соответствующем моменту появления искры в нервом цилиндре двигателя.
Свечи зажигания. Для создания искрового разряда в камерах сгорания бензиновых и газовых двигателей служит свеча зажигания. От се конструкции, а также правильного подбора в значительной мерс зависит надежность работы системы зажигания и двигателя. Свеча состоит из корпуса 4 (рис. 12.7) с боковым электродом <9, центрального электрода 7 с токопроводящим стекло-или термогерметиком 3. изолятора 2 с тепловым конусом 9 и герметизирующей прокладкой 5. Свеча зажигания устанавливается в головке блока с помощью резьбы на нижней части корпуса,
Рис. 12.7. Свечи зажигания:
200 °C
38 %
300 °C
850 °C
100%
400 С
в

а — горячая; б — холодная; в — температура нагрева различных мест изолятора
198
который уплотняется через прокладку 6. Провод высокого напряжения присоединяется к свече контактной гайкой / и может быть снабжен наконечником с установленным в нем подавительным резистором для устранения радиопомех.
Основной характеристикой тепловых качеств свечей зажигания является калильное число, которое определяется па специальной установке, обеспечивающей калильное зажигание рабочей смеси от посторонних источников — перегретых частей свечи, клапанов, поршня. Калильное зажигание возникает при температуре в пределах 875...925 °C, что вызывает детонацию гоплива, перегрев двигателя и снижение его мощности. Установлен следующий ряд калильных чисел: 8; 11; 14; 17; 20; 23; 26. Чем меньше калильное число, тем больше склонность свечи к калил ьн ом у за ж и га 11 и ю.
О калильном числе можно судить подлине //теплового конуса 9 свечи зажигания. Свечи с удлиненным конусом обладают меньшим калильным числом, так как имеют малую теплопередачу от изолятора к корпусу, поэтому их называют горячими. Свечи с коротким конусом (рис. 12.7, б) имеют большее кадильное число, гак как лучше отводят теплоту от изолятора, т.е. обладают лучшей теплоотдачей, поэтому их называют холодными. Чем «холоднее» свеча, тем выше се калильное число.
В тепловом балансе свечи (рис. 12.7, в) основная доля теплоты приходится на воспламенение рабочей смеси (20...25 %) и на нагрев теплового конуса 9 (30...40 %), температура которого при оптимальном тепловом зазоре между электродами свечи 0,6...0,9 мм может достигать 650 °C. Остальная теплота расходуется на нагрев корпуса, изолятора, центрального электрода, температура которых лежит в пределах 200...400°C.
Все свечи отечественного производства имеют неразборную конструкцию с метрической резьбой на ввертываемой части корпуса. В условном обозначении свечей принята буквенно-цифровая маркировка, например AIIHT. А20ДВ, М8Т. В такой маркировке первая буква А соответствует резьбе М 14х 1,25 или буква М — резьбе М 18x1,5; одна или две цифры за первой буквой указывают калильное число (II; 20; 8), а буквы, следующие за цифрами, — длину резьбовой части корпуса: Н — 11 мм; Д — 19 мм; В — наличие выступания теплового конуса изолятора за торец корпуса; Т — н рметизацию соединения изолятор — центральный электрод тер-мопементом.
Контрольные вопросы
I. Каким требованиям должны удовлетворять системы зажигания?
'	2. Объясните принцип действия и назначение основных узлов класси-
ческой системы зажигания.
199
3.	Объясните принцип действия контактно-транзисторной системы зажигания.
4.	Объясните принцип действия бесконтактной системы зажигания.
5.	Объясните устройство транзисторного коммутатора.
6.	Дайне сравнительную опенку классической, контактно-транзисторной и бесконтактной систем зажигания.
7.	Объясните назначение и устройство катушек зажигания.
8.	Объясните назначение и устройство распределителя зажигания.
9.	Какие параметры систем зажигания можно регулировать?
10.	Объясните принцип действия центробежно! о регулятора угла опережения зажигания.
11.	Объясните назначение и устройство свечи зажигания.
12.	Какие факторы определяют работу свечи зажигания?
Глава 13
СИСТЕМА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПУСКА ДВИГАТЕЛЯ
13.1.	Общая характеристика и принцип работы системы пуска
Система электрического пуска предназначена для вращения коленчатого вала двигателя с пусковой частотой, при которой обеспечиваю гея необходимые условия смсссобра ювания, воспламенения и горения рабочей смеси. Пусковая частота вращения коленчатою нала для карбюраторных двигателей находится в пределах 50... I00 об/мин, а для дизелей — I50...250 об/мин.
Основной частью системы пуска является электродвигатель постоянного тока — стартер, питаемый от аккумуляторной батареи. Широкое распространение получили электродвигатели с по-следонательным включением обмотки возбуждения; на двигателях легковых автомобилей применяют также электродвигатели со смешанным возбуждением. Стартер должен развивать необходимый крутящий момент для обеспечения пусковой частоты вращения коленчатого вала в заданных пределах.
Крутящий момент от стартера к коленчатому валу передается через шестерню, находящуюся в зацеплении с зубчатым венцом маховика. Величина крутящего момента зависит от момента сопротивления провертыванию коленчатого вала двигателя, создаваемого силами трения и компрессии, а также от момента инерции движущихся масс шатунно-поршневой группы. Для увеличения крутящего момента усиливают магнитные поля, создаваемые обмотками стартера. С этой целью обмотку якоря и обмотку возбуждения соединяют между собой последовательно, а для их изготовления используют медные шины прямоугольного сечения, чго значительно уменьшает их электрическое сопротивление. При пуске двигателя по обмоткам проходит ток большой силы, вслсд-ciBifc чего усиливаются взаимодействующие магнитные поля и увеличивается крутящий момент стартера. Кроме того, для увеличения крутящего момента вал стартера в момент пуска соединя-с!ся с коленчатым валом через маховик двигателя при помощи понижающей зубчатой передачи с передаточным числом I0...15.
Вал стартера соединяется с маховиком только во время пуска цвигателя. Для этой цели служит шестерня, установленная на валу нектродвигателя с помощью шлицевого соединения, допускающею осевое перемещение шестерни по валу для ее соединения и разьединения с зубчатым венцом маховика. Разьединение шестерни
201
с зубчатым венцом маховика после пуска двигателя должно осуществляться автоматически, так как из-за большого передаточного числа этой передачи вал стартера может приобрести частоту вращения I 000... I 500 об/мин, что может привести к разносу якоря. Для предотвращения этого явления у большинства стартеров устанавливается муфта свободною хода, которая обеспечивает переда
чу крутящего момента только в одном направлении — от вала стар
тера к маховику.
На современных автомобилях управление стартером дистанционное, из кабины водителя; при этом управлении включение стартера осуществляется контактами его тягового реле. 11ринпиииаль-ная схема включения стартера показана на рис. 13.1. Основными ее элементами являются аккумуляторная батарея, стартер /, выключатель 2 и стартерная цепь, под которой понимаю! путь, проходимый током от аккумуляторной батареи к стартеру. В эту цепь входит провод, соединяющий батарею со стартером, корпус (масса) автомобиля и вес клеммы по пути стартерного тока. Стартер состоит из электродвигателя 5, механизма привода 10 и тягового реле 5. Гяговое ре ic вводит в зацепление шестерню 12 с зубчатым венцом 13 маховика, а также обеспечивает включение стартерной цепи при замкнутых контактах выключателя 2. Механизм привода 10 передает крутящий момент от вала стартера па маховик через зубчатую передачу и после начала работы двигателя предотвращает
передачу крутящего момента от маховика на вал стартера.
Взаимодействие элементов стартера при пуске двигателя происходит следующим образом. При замыкании контактов выключателя 2 по обмотке /тягового реле 5 проходит ток, и сердечник 8 электромагнита втягивается внутрь обмотки, а соединенный с ним рыча! //перемещает шестерню 12 приво да и вводит ее в зацепление с убчатым венцом 13 маховика. При полном зацеплении зуб-
Рис. 13.1. Принципиальная схема включения стартера
чат ой передачи сердечник 8 через контактный диск 6 замыкает контакты 4, и ток от аккумуляторной батареи поступает в обмотку электродвигателя. Якорь начинает врапцнься и передает крутящий момент через маховик на коленчатый вал двигателя. После пуска двигателя выключатель 2 размыкает контакты, и цепь обмотки электродвигателя прерывается. Под действием пружины 9 контактный диск и шестерня /2 механизма привода возвращаются в исходное положение.
202
13.2.	Устройство и работа стартера
Широкое распространение на автомобилях получили стартеры CT230-AI, СТ230-Б4, СТ!30-К4с принудительным включением, дистанционным управлением и номинальным напряжением питания I2 В. По устройству и принципу действия они нс имеют существенных различий. Устройство и работу стартеров рассмотрим на примере стартера CT230-AI (рис. 13.2), устанавливаемого на двигателях автомобилей ГАЗ-3307, -3302 «ГАЗсль» и др. Номинальная мощность стартера 1,5 кВт, максимальный крутящий момент — 22,5 Н м.
Электродвигатель. Основными частями электродвигателя являются корпус 9 (рис. 13.2, а) с четырьмя полюсными сердечниками, на которых закреплены катушки Ю обмотки возбуждения, крышки 13 и 30, промежуточная опора 29 и якорь S. Корпус и полюсные сердечники изготовлены из мягкой, низкоуглеродистой стали. Обмогка возбуждения состоит из двух ветвей; в каждую ветвь последовательно включены две катушки, изготовленные из медного провода прямоугольного сечения. Мсжвигковая изоляция выполнена из кабельной бумаги.
Крышка 73 со стороны коллектора стальная, штампованная, с окнами для доступа к медно-графитовым щеткам /5, закрепленным в четырех коробчатых щеткодержателях. Два щеткодержателя соединены с корпусом (на «массу»), а два других изолированы от
/6 /7 /.V 1920 21 22 23	24
а
Рис. 13.2. Стартер CT230-AI: а — продольны fl разрез: б — электрическая схема
203
корпуса прокладками из гетинакса. К изолированным щеткодержателям присоединены два конца параллельных вешен обмотки возбуждения, а 1ва других ее конца соединены вместе и выведены на клемму контактного болта 16. Полость корпуса со стороны щеткодержателя открыта кожухом /2 с резиновой прокладкой //.
Промежуточная опора 29 предохраняет вал якоря oi прогиба. Крышки 13 и 3(9 и промежуточная опора крепятся к корпусу стяжными болтами. Крышка 30 выполнена из чугуна и имеет фланец для крепления стартера к картеру маховика. К этому фланцу крепится 1акжс крышка 27механизма привода стартера. В крышках и на промежуточной опоре установлены гри подшипника скольжения, в которых вращается вал якоря 8. Перемещение вала в осевом направлении регулируют изменением толщины регулировочной шайбы /, которая удерживается упорным кольцом 2.
Якорь состоит из вала, сердечника, обмотки 7и коллектора 14. В пазы сердечника якоря, набранного из листов трансформаторной стали, уложена обмотка, состоящая из отдельных секций, концы которых припаяны к изолированным одна от другой медным пластинам коллектора. К коллектору пружинами прижаты четыре щетки 15.
Тяговое реле. Для создания усилия па рычаге 26 (см. рис. 13.2, а) привода и замыкания стартерной цепи служит тяговое реле. Оно состоит из кожуха 22, пластмассовой крышки /9, якоря 23 с возвратной пружиной 24, штока с контактным диском 20 и пружиной 18, втягивающей и удерживающей обмоток 21. Якорь реле перемещается в латунной трубке, на которой сверху намотана сначала втягивающая обмотка, а поверх нее — удерживающая. Втягивающая обмотка включена последовательно обмотке якоря, а удерживающая — параллельно. Обе обмотки 21 имеют один общий конец, который соединен с выводом 17, закрепленным на крышке 19. Другой конец втягивающей обмотки соединен с контактным болтом 16. а другой конец удерживающей обмотки — с корпусом. Обмотки реле закрыты кожухом 22, являющимся магнитопроводом. Кроме указанных контактов, в стартерную цепь входит зажим КЗ (рис. 13.2. 6), с помощью которого на период пуска двигателя закорачивается одна из ветвей добавочного резистора в цепи катушки зажигания.
На штоке якоря между двумя пружинами свободно установлен контактный диск 20 с пружиной 18, которая удерживает его в исходном положении при разомкнутых контактах.
При включении стартера магнитное ноле обмоток втягивает якорь 23 реле, который через палец 25 воздействует на рычаг 26, установленный на осн 28. При этом нижний конец рычага через поводковую муфту 6 и буферную пружину 5 перемещает роликовую муфту 4 по спиральным шлицам вала якоря до полного соединения шестерни Зе зубчатым венцом маховика. Одновремен
204
но с этим в конце своего рабочего хода якорь с помощью контактного диска замыкает цепь рабочего хода стартера. При этом вгя1 и-ваюшая обмотка тягового реле закорачивается, а якорь удерживается внутри латунной трубки под действием магнитного поля удерживающей обмотки. Якорь стартера начинает вращаться, обеспечивая пуск двигателя.
При выключении стартера цепь удерживающей обмотки размыкается, якорь реле вместе с деталями привода под действием пружины 24 возвращается в исходное положение, шестерня привода выходит из зацепления с венцом маховика и стартер отключается. При пуске двигателя пусковая сила тока стартера достигает 550... 600 А, а сила тока его холостого хода составляет 70...80 А.
Механизм привода. Механизм привода имеет муфту свободного хода 9 (рис. 13.3), которая передает крутящий момент от стартера на маховик и исключает передачу вращения от маховика на вал стартера после пуска двигателя, предотвращая тем самым разнос якоря.
Муфта состоит из шлицевой втулки 3. установленной на шлицах вала якоря стартера, обоймы 5, в которой выполнены четыре клиновидных паза, роликов 6 с плунжерами //, нагруженными пружинами 10, ступицы 7. изготовленной совместно с шестерней 8. Плунжеры с помощью пружин Ю зажимают ролики между поверхностями обоймы и ступицы.
При пуске двигателя крутящий момент передастся от шестерни на зубчатый венец маховика. При этом ролики, сдвигаясь в узкую часть клиновидного паза обоймы, жестко заклиниваются межд\ пей и ступицей шестерни.
После пуска двигателя из-за большого передаточного числа зубчатой передачи маховик начинает вращать шестерню привода с большей частотой, чем вращается вал стартера и связанная с ним обойма 5, которая в этом случае начинает отставать от стуни-
Рис. 13.3. Роликовая муфта свободною хода
205
цы 7 шестерни 6', вследствие чего обойма и ступица расклиниваются. Стартер при этом работает в режиме холостого хода до размыкания цепи выключателем.
В случае неудавшегося пуска двигателя пли заклинивания шестерни привода в зубчатом венце маховика ограничительная пружина / позволяет переместить поводковую муфту 2 и рыча! 26 (см. рис. 13.2, а) влево до отказа, при этом верхний конец рычага через якорь реле отключает стартерную цепь. Буферная пружина 4 (см. рис. 13.3) позволяет вводить в зацепление с венцом маховика шестерню 8 и в том случае, когда зуб шестерни не попадает во впадину венца. Пружина, сжимаясь, дает возможность контактному диску замкнуть контакты тягового реле и провернуть якорь стартера. Кроме рассмотренных элементов, в систему пуска также входят средства облегчения пуска двигателя при низких температурах окружающего воздуха.
13.3.	Средства облегчения пуска
При низких температурах пуск двигателей, особенно дизелей, затруднен, и поэтому на последних монтируются средства облегчения пуска. С этой целью в системах пуска дизелей автомобилей ЗИЛ-4331 и КамАЗ к топливной системе присоединено электро-факельное предпусковое устройство. На дизелях КамАЗ в это устройство входят факельные свечи 34 (см. рис. 9.2, 6), устанавливаемые во впускном газопроводе, к которым из трубопровода 31 через магнитный клапан 32 поступает топливо. Образовавшаяся таким образом горючая смесь воспламеняется факельной свечой и подогревает поступающий в цилиндры воздух. После пуска дизеля электрофаксльное устройство выключают.
На дизелях ЗИЛ-645 электрофаксльное устройство (рис. 13.4) включает в себя две электрофакельные свечи 4, ввернутые в отверстия впускных коллекторов 3 двигателя, электромагнитный топливный клапан 6, тсрморсле 7. реле 10 шунтирования добавочного резистора, контрольную лампу 9 и кнопочный выключатель 8.
Электрофаксльное устройство работает следующим образом. После включения электрофакельного устройства с помощью отдельной кнопки, расположенной в кабине водителя, ключ стартера поворачивают в первое (фиксированное) положение и нажимают кнопку выключателя 8. При этом через добавочное сопротивление тсрморсле 7 ток подается к свечам 4. накаливая элек-гроспираль. Через I ...2 мин в зависимости от температуры окружающего воздуха биметаллические контакты тсрморсле 7замыкаются, подавая гок па электромагнитный клапан 6, который открывает доступ топлива через трубопровод 5 к свечам. Сигнальная лампа 9 загорается, указывая на готовность системы к пуску.
206
A’
9
Рис. 13.4. Электрофакелы юс уст ройство дизеля ЗИЛ-645
Поворотом ключа вправо включается стартер, и одновременно через реле /^подается на свечи полное напряжение аккумуляторных батарей за счет отключения добавочного резистора в термореле 7.
При поворачивании стартером коленчатого вала топливный насос высокого давления дизеля 2 обеспечивает подачу топлива по топливопроводу / через открытый электромагнитный клапан 6 па раскаленную спираль электрофакельной свечи. Топливо, сгорая, обеспечивает подогрев поступающего воздуха, облегчая пуск двигателя. После пуска двигателя стартер отключается, но, продолжая Нажимать на кнопку выключателя <?, можно некоторое время поддерживать горение топлива во впускных коллекторах, способствуя тем самым более устойчивой работе всех цилиндров.
Электрофакел ьное предпусковое устройство является эффек-1ИВНЫМ средством облегчения пуска дизеля при отрицательных
207
температурах до -30°C, а также предохраняющим аккумуляторные батареи от перегрузки в процессе пуска, ускоряющим начало работы дизеля иод нагрузкой и снижающим гымность его отработавших газов в режиме пуска.
Контрольные вопросы
1.	Дайте общую характеристику и расскажи те о принципе работы системы пуска.
2.	Объясните схему включения стартера в электроцепь.
3.	Объясните устройство и принцип действия электродвигателя стартера.
4.	Какую силу тока потребляет стартер и на какое время его следует включать?
5.	Расскажите об устройстве тягового реле и особенностях устройства механизма привода стартера.
6.	Объясните но схеме работу электрофакельного устройства дизеля ЗИЛ-645.
Раздел IV
ШАССИ И ОРГАНЫ УПРАВЛЕНИЯ
Глава 14
ТРАНСМИССИЯ
14.1.	Основные виды трансмиссий
Трансмиссия автомобиля — jto ряд взаимодействующих между собой агрегатов и механизмов, передающих крутящий момент от двигателя к ведущим колесам. При передаче крутящего момента он изменяется как но величине, так и по направлению, одновременно распределяясь между ведущими колесами автомобиля.
По характеру связи между двигателем и ведущими колесами, а также по способу преобразования крутящего момента трансмиссии делятся на механические, комбинированные (пщромехани-ческие), электрические и гидрообъемныс. Наибольшее распространение получили механические трансмиссии, выполненные по раз личным схемам (рис. 14.1) в зависимости от обшей компоновки агрегатов автомобиля, включая расположение двигателя и ведущих колес.
Механическая трансмиссия (рис. 14.I, а), применяемая на большинстве грузовых и легковых автомобилей, состоит из сцепления /, коробки передач 2. карданной .? и главной 4 передач, шфференциала 5 и двух полуосей 6. Трансмиссии автомобилей с двумя и более ведущими мостами (рис. I4.1, б. в) оборудуют раздаточной коробкой 7 и дополнительными карданными валами — передачами J, а каждая пара ведущих колес имеет свою главную передачу, полуоси и дифференциал. Эти схемы трансмиссий часто называют м о сто вы м и, так как крутящий момент подводится к каждому ведущему мосту, а затем распределяется между правым и левым ведущими колесами данного моста.
В отдельных конструкциях полноприводных автомобилей с ко-leciion формулой 6x6; 8x8 или 10x10 применяют механическую бортовую трансмиссию (рис. I4.1. г). В такой трансмиссии крутящий момент от двигателя 9 через сцепление / и коробку передач 2 передастся к раздаточной коробке 7, в которой крутящий момент золится поровну между правым и левым бортами (колесами каж-1ои стороны). От раздаточной коробки крутящий момент подво
209
дится к бортовым редукторам 6’, а от них — к колесам. При этом у каждого колеса устанавливается своя главная передача 4.
Бортовая трансмиссия по устройству значительно сложнее, поэтому се применение ограничено.
Комбинированную {гидромеханическую) трансмиссию применяют на ряде моделей автомобилей (БелАЗ-540, ЗИЛ-4104) и автобусов (ЛиАЗ-677М, ЛиАЗ-5256 и др.). В комбинированную трансмиссию входит гидротрансформатор и механическая коробка пе-
Рис. 14.1. Схемы механических трансмиссий автомобилей с различной колесной формулой:
а — 4x2; б — 4x4; в — 4x6; г — бортовой 6x6
210
рсдач. Гидротрансформатор устанавливают вместо сцепления / (см. рис. 14.1, а—в). Крутящий момент от гидротрансформатора передается к механической коробке передач 2 с автоматическим или полуавтоматическим управлением. Такую трансмиссию часто называют гидромеханической передачей.
Электрическую трансмиссию применяют на карьерных автомо-билях-самосвалдх (БелАЗ-549, -75191, -75211) грузоподъемностью 75... 170 т. Электрическая трансмиссия состоит из генератора постоянного тока, приводимого в действие V-образными дизелями с турбонаддувом мощностью 750... 1 700 кВт и тяговых электродвигателей ведущих колес.
Электрическая трансмиссия обеспечивает преобразование механической энергии дизеля в электрическую, которая от генератора передается тяговым электродвигателям, расположенным совместно с редукторами в ведущих колесах автомобиля. Электродвигатели в сборе с ведущими колесами обычно называют элскт-ромотор-колесами. Электротрансмиссия упрощает конструкцию привода к ведущим колесам, однако се применение ограничено из-за большой металлоемкости и несколько меньшего КПД по сравнению с механическими и гидромеханическими трансмиссиями автомобилей особо большой грузоподъемности.
Гидрообъемная трансмиссия обеспечивает преобразование механической энергии в напор циркулирующей жидкости. В такой трансмиссии гидронасос, приводимый в действие от двигателя внутреннего сгорания, соединен трубопроводами с гидродвигателями.
Напор жидкости, создаваемый гидронасосом, преобразуется в крутящий момент на валах гидродвигателей, соединенных с ведущими колесами автомобиля. Недостатками гидрообъемпой трансмиссии, по сравнению с механической, являются большие габаритные размеры и масса, меньший КПД и высокая стоимость. 11оэтому такая трансмиссия не находит широкого применения.
14.2.	Сцепление
Сцепление служит для кратковременного отсоединения двига-тсля от трансмиссии и плавного их соединения в момент начала пшжения (трогания с места) автомобиля, а также переключения передач в коробке передач в процессе движения. Кроме того, сцепление предохраняет детали двигателя и агрегатов трансмиссии от перегрузки, возникающей при резком торможении автомобиля с 11соткл ючен н ы м дви гатслем.
Принцип работы сцепления (рис. 14.2). С маховиком 3 жестко со-</|инен кожух /, связанный шарнирами 5 с нажимным диском 2. Шарниры позволяют нажимному диску перемещаться в осевом направлении и воспринимать крутящий момент от кожуха. Между
211
нажимным диском 2 и махови-
сцепления
ком 3 установлен ведомый шск 4. Нажимной и ведомый диски прижимаются к маховику нажимными пружинами 6, и в результате сил трения крутящий момент от маховика передается ведомому диску, установленному па шлицах ведущего вала 7 коробки передач. В этом случае сцепление включено, и крутящий момент от ведущею вала передастся к агрегатам грапс-мнесии.
Если нажать па педаль 12, то она через тягу 14 повернет вилку // выключения сцепления, которая переместит выжимной

подшипник 9, установленный на муфте. Перемещаясь, выжимной подшипник нажимает на внутренние концы рычагов <?, при этом их внешние концы отводят нажимной диск вправо, сжимая
пружины 6, расположенные между нажимным диском и кожухом
Ведомый диск освобождается, и крутящий момент на ведущий
вал коробки передач не передастся. В этом случае сцепление выключено. Если педаль /2 отпустить, то она, а вместе с ней и выжимной подшипник 9 под действием оттяжных пружин (соот вет
ственно 13 и 10) возвращаются в исходное положение, а нажимные пружины прижимают нажимной и ведомый диски к маховику. Сцепление снова включено.
Детали, воспринимающие крутящий момент от маховика, от
носятся к ведущим частям сцепления, а детали, передаю
щие момент на ведущий вал коробки передач, — к ведомым.
По числу ведомых дисков фрикционные сцепления делятся на
одно- и двухдисковые.
К однодисковым
сцеплениям
относятся
также фрикционные сцепления с одной мембранной пружиной,
при помощи которой» при включении сцепления осуществляется
прижатие ведомою и нажимного дисков к маховику.
Однодисковыс сцепления могут быть с периферийным расположением пружин и с одной мембранной пружиной.
Однодисковое сцепление с периферийным расположением пружин. На автомобилях ЗИЛ-431410, -5301 «Бычок», ГАЗ-3307, -3102. -3110 «Волга», автобусах ПАЗ-3205, I А 5-221 «Соболь» и
других устанавливают однодисковыс фрикционные сцепления с
периферийными нажимными пружинами.
В
качестве
н аж и м но го ус гро ист ва
в таких
сцеплениях
может
использоваться несколько цилиндрических пружин с перифе-
212
рийным расположением по окружности нажимного диска. Сцепление с такими пружинами отличается достаточно высоким нажимным усилием и простотой обслуживания. Сцепления автомобилей ЗИЛ-431410 и -5301 «Бычок» имеют одинаковое устройство. Сцепление расположено в чугунном картере 7 (рис. 14.3, а), установ-
Рис. 14.3. Сцепление автомобиля ЗИЛ-431410, -5301 «Бычок»:
а — устройство; о — привод сцепления
213
лепном на блоке цилиндров. Ведущая часть сцепления включает в себя маховик /, нажимной диск . и кожух 13. прикрепленный к маховику болтами. К нажимному диску при помощи игольчатых подшипников 8 кренятся рычаги 5, установленные па пальцах опорных вилок 6, закрепленных гайками в кожухе сцепления. По окружности кожуха расположены 16 нажимных пружин 14, под которые со стороны нажимного диска подложены теплоизоляционные шайбы, уменьшающие передачу теплоты к пружинам, теряющим при нагреве свои упругие свойства.
Ведомая часть сцепления состоит из ведомою диска 3, ступицы 24 и ведущего вала 4 коробки передач. С обеих сторон к ведомому диску прикреплены фрикционные накладки из медно-асбестовой плетенки или друюй металлоасбестовой композиции, обладающей высокими фрикционными свойствами. Со ступицей 24 ведомый диск соединяется при помощи пружин 28, которые являются составной частью пружинно-фрикционного гасителя крутильных колебаний (демпфера).
Гаситель крутильных колебаний уменьшает крутильные колебания, возникающие из-за неравномерности вращения коленчатого вада двигателя, при резких изменениях частоты вращения валов трансмиссии, движении автомобиля по неровностям дороги, резком включении сцепления и г.д. Эффективное уменьшение (гашение) крутильных колебаний повышает долговечность механизмов трансмиссии, особенно зубчатых передач и карданных валов.
Рассмотрим устройсню гасителя круп ильных колебаний. К ведомому диску 3 заклепками кренится стальное кольцо 21, на котором с обеих сторон размещено восемь пар стальных фрикционных пластин 25. Два стальных диска 23 с прямоугольными окнами жестко крепятся к фланцам ступицы 24 ведомого диска вместе с маслоотражателями 26. Диски 23 конструктивно выполнены так, что они с некоторым усилием прижимаются к фрикционным пластинам 25. Восемь пружин 28 установлены в прямоугольных окнах, расположенных по окружности стальных дисков 23 и стального кольца 27. Концы пружин упираются в стальные пластины, размещенные в прямоугольных окнах.
При такой установке пружин ведомый диск 3 центрируется по наружному диаметру ступицы 24 и может поворачиваться вокруг пес на определенный угол в обе стороны, сжимая при этом пружины 28. Угол поворота ведомого диска ограничивается сжатием пружин до соприкосновения витков. При перемещении ведомого диска возникает сила трения между стальными дисками 23 и фрикционными пластинами 25, что приводит к гашению (уменьшению) крутильных колебаний, возникающих на валах трансмиссии при резких изменениях их частоты вращения. Гаситель крутильных колебаний способствует также более плавному нарастанию сил трения и крутящего момента во фрикционном сопряжс-
214
ими сцепления в момент начёта движения автомобиля или при переключении передач, обеспечивая тем самым (даже при быстром отпускании педали сцепления) сравнительно легкое включение сцепления.
Управление сцеплением осуществляется при помощи механизма выключения, привод которого может быть механическим или гидравлическим. Для облегчения пользования сцеплением иногда в механический привод встраивают вакуумный или пневматический усилители (автомобиль MA3-5335).
Механизм выключения сцепления состоит из муфты 11 с выжимным подшипником 9и четырех рычагов 5. Перемещение муфты с подшипником но направляющей осуществляется вилкой 12 выключения сцепления, к которой муфта прижимается оттяжной пружиной К). При этом подшипник 9отжимается от рычагов 5 на 1,5...3,0 мм, что соответствует свободному ходу педали сцепления 35...50 мм (рис. 14.3, б). При меньшем зазоре подшипник во время работы двигателя может постоянно или периодически нажимать на рычаги, вызывая пробуксовку сцепления и увеличивая гем самым изнашивание фрикционных накладок и подшипника. При большом зазоре сцепление полностью не выключается, в результате чего появляется шум зубчатых колес в коробке передач при переключениях с одной передачи на другую. Зазор регулируют гайкой 22, изменяя рабочую длину тяги 20 с установлен пой на ней пружиной.
Привод механизма выключения сцепления механический, смонтирован палевом лонжероне рамы и соединен при помощи рычагов и тяг с вилкой 12 выключения сцепления. При нажатии на педаль /6 сцепления ее вал /9 поворачивается и через рычаг 18, тягу 20 и рычаг 21 действует на вилку 12, а через нее на муфту 11 и выжимной подшипник. В результате этого муфта вместе с подшипником перемешается и нажимает на внутренние концы рычагов 5, которые, опираясь средней частью на пальцы опорной вилки 6, отводят своими наружными концами нажимной диск от ведомого.
После прекращения нажатия на педаль и плавном ее отпускании муфта с подшипником под действием пружины 10 и педаль привода под действием оттяжной пружины 17 возвращаются в исходное положение. В момент включения сцепления крутящий момент от маховика передается к кожуху 13, а от него через четыре пары пластинчатых пружин 75 на нажимной диск. При этом под действием нажимных пружин 14 ведомый диск надежно зажимается между рабочими плоскостями маховика и нажимного шска. Таким образом крутящий момент от маховика двигателя через ведомый диск и его шлицевое соединение передается в коробку передач и далее к другим агрегатам трансмиссии.
Сцепления автомобилей ГАЗ-3307, -3308, -3102 «Волга» одно-лисковые, фрикционного типа, по устройству они практически
215
нс отличаются одно от друюю, .а исключением привода выключения сцепления. У автомобиля ГАЗ-3307 привод механический, а у автомобилей ГАЗ-3308 и -3102 — гидравлический. Отличие указанны,х сцеплений от сцеплений автомобилей ЗИЛ-431410 и -5301 состоит в том, что у первых с одной стороны фрикционные накладки прикреплены не непосредственно к поверхности ведомою диска, а через шесть упругих пластин, что способствует более плавному нарастанию крутящего момента. Число нажимных пружин уменьшено до 12 (вместо 16). Крутящий момент от кожуха сцепления передается не через пластинчатые пружины, а через выступы нажимною диска и связанные с ними верхние концы рычагов.
Максимальный крутящий момент, передаваемый сцеплением, зависит от силы нажатия пружин, размеров дисков, коэффициента трения и числа трущихся поверхностен. Повышение крутящего момента, передаваемого сцеплением на автомобилях большой массы, достигается в основном увеличением числа ведомых и нажимных дисков.
Однодисковыс сцепления с мембранной пружиной. Мембранная пружина применяется в сцеплениях легковых автомобилей семейств ГАЗ-3110, ВАЗ-2110, ИЖ-21261 и других, а также в сцеплениях грузовых автомобилей особо малой массы. Особенноеibio такого сцепления является то, что в нем функции нажимных пружин и рычагов, отводящих нажимной диск, выполняет мембранная пружина. В свободном состоянии она имеет форму тарельчатого диска в виде усеченною конуса. От отверстий у вершины конуса идут радиальные прорези, образующие IX лепестков, выполняющих роль выжимных рычагов сцепления.
К достоинствам такой пружины следует отнести то, что она способствует созданию более равномерною и постоянного давления на нажимной диск, а также поддержанию заданного крутящего момента во фрикционном сопряжении по мере изнашивания накладок ведомого щека.	J
Сцепление с мембранной пружиной (рис. 14.4, а) состоит из двух неразборных в процессе эксплуатации частей. В одну из них входит кожух 7с установленными в нем мембранной пружиной 8 и нажимным диском а в другую — ведомый диск 2 с гасителем крутильных колебании. Кожух центрируется относительно маховика / на штифтах и крепится к нему болтами. Крутящий момент от кожуха к нажимному диску передастся через три упругие пластины. С внутренней стороны кожуха при помощи ступенчатых заклепок б установлены два кольца 5, которые являются опорами для мембранной пружины 8. Располагаясь между кольцами, мембранная пружина имеет возможность прогибаться относительно их.
При включенном сцеплении (рис. 14.4. >) мембранная пружина 8благодаря своей форме и установке между опорными кольца
216
ми нагружает нажимной диск 5, надежно зажимая ведомый диск между ним и плоскостью маховика, в результате чего крутящий момент передается на ведущий вал Ю (см. рис. 14.4, а) коробки передач.
При нажатии на педаль сцепления вилка //выключения сцепления перемещает расположенный на муфте выжимной подшипник 9, который через специальное фрикционное кольцо перемещает центральную часть мембранной пружины в сторону маховика (рис. 14.4, в). При этом наружная часть пружины удаляется от маховика и при помощи фиксаторов 4 перемещает за собой нажимной диск, освобождая при этом ведомый диск. Передача крутящего момента на ведущий вал коробки передач прекращается.
Широкое распространение на легковых автомобилях и автобусах получил гидравлический привод сцепления, так как он обеспечивает более плавное нарастание момента трения между фрикционными поверхностями деталей сцепления в момент начала движения автомобиля, а также при переключении передач.
Гидравлический привод сцепления легковых автомобилей ГАЗ (ГАЗ-3110. -31029 и др.) состоит из резервуара / (рис. 14.5), глав-
Рис. 14.4. Сцепление с мембранной пружиной:
продольный разрез: о — сненленис включено; в — сненленис выключено
217
Рис. 14.5. Гидравлический привод сцепления
ного цилиндра с поршнем 3 и рабочего цилиндра 8, поршень 7 которого через толкатель 6 перемешает вилку // выключения сцепления. Главный и рабочий цилиндры соединены трубопроводом 9. Толкатель 4 поршня 3 главного цилиндра шарнирно соединен с педалью при помощи пальца и пластмассовой втулки.
При нажатии на педаль 5 сцепления толкатель 4 перемещает поршень главного цилиндра, в результате чего давление жидкости внутри цилиндра повышается и передастся по трубопроводу 9 в рабочий цилиндр 8. При этом поршень 7 рабочею цилиндра перемещает толкатель 6, а вместе с ним и вилку //, которая, поворачиваясь на шаровой опоре /2, перемещает муфту выжимного подшипника (см. вид Л). При отпускании педали муфта занимает исходное положение под действием своей оттяжной пружины. Одновременно под действием пружин 2 и 10 все части привода возвращаются в первоначальное положение, и сцепление включается. Для нормальной работы сцепления необходимо, чтобы ta-зор между головкой поршня 3 и стержнем толка геля 4 составлял 0,3...0,9 мм.
Попавший в систему воздух удаляется (прокачкой) через перепускной клапан, установленный на корпусе рабочею цилиндра.
Двухдисковыс сцепления. На автомобилях КамАЗ-5320, «Урал-4320». MA3-5335. автобусах ЛАЗ-4202 и других устанавливают двухдисковыс фрикционные сцепления с периферийным расположением пружин.
21Х
Сцепление автомобиля КамАЗ-5320 (рис. 14.6) установлено в картере 5. К ведущим деталям сцепления относятся маховик А.?, ведущий диск /, нажимной диск 4 и кожух 6. Ведущий и нажимной диски имеют на наружной поверхности по четыре шипа, которые входят в пазы приливов, расположенных на цилиндрической поверхности маховика, и передают на ведомые диски крутящий момент от двигателя. Одновременно обеспечивается возможность осевого перемещения дисков / и 4.
Рис. 14.6. Двухдисковос сцепление автомобилей КамАЗ
219
К ведомым деталям сцепления относятся два ведомых диска 3 с фрикционными накладками и гасителями крутильных колебании в сборе. Ступицы ведомых дисков установлены на шлицах ведущего вала коробки передач или делителя. Между кожухом би нажимным диском 4 установлены нажимные пружины 12, под действием которых ведомые диски 3 зажимаются между нажимным диском 4 и маховиком 13.
Механизм выключения сцепления состоит из рычагов 8, соединенных наружными концами с нажимным диском 4, а в средней части — с опорными вилками 7, которые установлены в кожухе 6, упорного кольца // рычагов выключения сцепления, муфты 9 выключения с подшипником и вилки выключения 10.
При включенном сцеплении крутящий момент перелается от маховика через шипы на средний ведущий и нажимной диски, затем на фрикционные иакла ikh ведомых дисков и через гасители крутильных колебании на их ступицы, которые установлены на ведущем валу коробки передач. Когда сцепление включено, упорное кольцо //рычагов выключения отходит от подшипника муфты 9 выключения. При лом образуется зазор А, равный 3,0...3,2 мм, обеспечивающий полноту включения сцепления.
При выключении сцепления муфта выключения с подшипником 9через упорное кольцо //воздействует на внутренние концы рычагов <?, которые поворачиваются на игольчатых подшипниках опорных вилок 7. Наружные концы рычагов при этом оттягивают нажимной диск 4 от заднего ведомою диска 3. Средний ведущий диск 1 при иомоши автоматического рычажною механизма 2. смонтированною на щеке, самоустанавливается в среднее положение между торцами нажимного диска 4 и маховика 13, освобождая передний ведомый диск 3. Таким образом, между ведущими и ведомыми лисками сцепления при полном его выключении образуются зазоры, которые обеспечивают разьединение ведущих и ведомых деталей.
Привод сцепления (рис. 14.7) — дистанционный гидравлический с нневмогидроуснлитслсм. Включение в гидравлический привод усилителя позволило существенно облегчить выключение и удержание в выключенном состоянии сцепления.
При нажатии на педаль / (рис. 14.7. а) при выключении сцепления усилие через рычаг и шток передастся к главному цилиндру 2. откуда жидкость под давлением по трубопроводу 10 поступает в корпус следящего устройства 4, которое при этом обеспечивает пропуск сжатою воздуха, поступающего но воздухопроводу 5 в цилиндр пневмоусилителя 3. Одновременно от главного цилиндра 2 жидкость под давлением поступает в рабочий цилиндр 6 усилителя. Следящее устройство 4, цилиндр пневмоусилптеля л и рабочий цилиндр 6 выполнены в одном ai регате — пневмогидравлическом усилителе.	
220
Рис. 14.7. Привод сцепления автомобилей КамАЗ
Принципиальная схема включения усилителя в гидропривод показана па рис. 14.7. б.
Суммарное усилие, определяемое давлением воздуха в цилиндре пневмоусилителя и давлением жидкости в рабочем цилиндре, передается на шток 9 и через рыча! 8, вал и вилку выключения спепления обеспечивает перемещение муфты с выжимным подшипником 7, необходимое для выключения сцепления.
14.3.	Коробка передач
Коробка передач служит для изменения по величине и направлению передаваемого крутящего момента, длительного разьединения двигателя и трансмиссии во время стоянки или при движении автомобиля по инерции, а также для движения автомобиля кишим ходом. В зависимости от условии эксплуатации сопротивление движению автомобиля может изменяться в сравнительно широком диапазоне, что вызывает необходимость увеличения или уменьшения силы тяги на ведущих колесах.
221
Различная сила тяги на ведущих колесах при работе двигателя на режиме заданной мощности может быть получена изменением соотношения между частотами вращения коленчатого вала и ведущих колес с помощью коробки передач.
По принципу действия коробки передач разделяют на бесступенчатые (гидромеханические, фрикционные и т.д.) и ступенчатые (механические).
Бесступенчатые коробки передач позволяют, нс меняя положения дроссельной заслонки, автоматически изменять в заданном диапазоне силу тяги на ведущих колесах автомобиля. Такие коробки передач имеют сложную конструкцию и повышенную трудоемкость!ехнического обслуживания. Наибольшее распространение среди них получили гидромеханические коробки передач, устанавливаемые преимущественно на отдельных легковых автомобилях и автобусах.
Гидромеханические коробки передач состоят из гидродинамической бесступенчатой передачи (гидротрансформатора) и последовательно присоединенной к ней механической ступенчатой коробки передач.
На большинстве автомобилей устанавливают главным образом механические, ступенчатые коробки передач, представляющие собой зубчатый редуктор, в котором зубчатые колеса могут соединяться в различных сочетаниях, образуя ряд передач с разными передаточными числами. Два сопряженных зубчатых колеса передачи составляют зубчатую пару. Меньшее из нары зубчатых колес называется шестерней, большее — колесом. Термин «зубчатое колесо» («зубчатые колеса») является общим. Передаточным числом зубчатой передачи называется отношение числа зубьев колеса к числу зубьев шестерни или обратное отношение их частот вращения. Если в передаче участвует несколько пар зубчатых колес, то общее передаточное число равно произведению передаточных чисел этих пар.
Автомобильные механические коробки передач изготовляются в основном по двух- или трехвальной схеме с параллельным расположением валов и имеют набор передач из косозубых и прямозубых колес. Отдельные передачи снабжаются синхронизаторами, т.е. механизмами, не допускающими зацепления зубчатых колес включаемой передачи до тех нор, пока они нс будут вращаться с одинаковой частотой.
В зависимости от числа передач (ступеней) переднего хода ступенчатые коробки передач могут быть трех-, четырех-, пяти- и многоступенчатые, а в зависимости от числа передвижных зубчатых колес (шестерен) — двух-, трех-, четырехходовые. Мноюсгу-пенчатые коробки передач имеют приставной редуктор-делитель, служащий для разбивки ступеней передаточных чисел. Например, применение делителя на автомобилях КамАЗ позволяет получить
222
в сочетании с основной пятиступенчатой коробкой передач 10 передач перс шею хода и две заднего. По числу подвижных элементов, при помощи которых осуществляется включение передач, различаю! одно-, двух- и трехходовые коробки передач.
Четырехступенчатая коробка передач. Широкое распространение на автомобилях ГАЗ-3307, -3308 «Садко» и автобусах ПАЗ-3205 получили четырехегупенчатые трехходовые коробки передач. По своему устройству они одинаковы, за исключением того, что в коробке передач автомобиля ГАЗ-3308 отсутствует привод спидометра (он установлен в раздаточной коробке), а у автобуса ПАЗ-3205 установлен дистанционный привод механизма переключения передач.
Коробка передач автомобиля ГАЗ-3307 состоит из картера 24 (рис. 14.8, а), крышки 2 с рычагом / и механизмом переключения передач (рис. 14.8, вид А — /I), ведущего вала 21, изготовленного как одно целое с шестерней 23, ведомого вала 10. расположенного на одной оси с ведущим валом, синхронизатора 25, промежуточного вала 19 и блока /5 зубчатых колес заднею хода.
Ведущий вал 21 с шестерней 23 установлен на двух подшипниках. Передний подшипник вала расположен в гнезде фланца коленчатого вала, а задний — в передней стенке картера 24. От осевого перемещения задний подшипник удерживается упорным кольцом, установленным в канавке его наружной обоймы, и крышкой 22, хвостовик которой служит для центрирования коробки передач со сцеплением.
Ведомый вал Ю передним концом опирается на роликоподшипник, расположенный в выточке ведущего вала 21, а задним —. на шарикоподшипник, закрепленный в картере 24крышкой 8, внутри которой смонтирована червячная парт! 9 привода спидометра. На шлицах ведомою вала установлено колесо 5 первой передачи и заднего хода. Колесо 4 второй и шестерня 3 третьей передач ною вала установлены свободно на бронзовых втулках. Колесо 4 второй передачи имеет на ступице зубчатый венец, а шестерня 3 зретьей передачи, кроме того, имеет конус со стороны синхронизатора 25.
Промежуточный вал 19. изготовленный как одно целое с зубчатыми колесами, вращается в роликовых и шариковых подшиппи-। ах. От осевого перемещения вал фиксируется крышкой /2заднего шарикового подшипника и его упорным кольцом. Зубчатые колеса 18 и /7и шестерня /бэтою вала находятся в постоянном зацеплении соответственно с шестернями 23 и 3 и колесом 4, расположенными на ведущем и ведомом вадах. Прямозубая шестерня // входит и зацепление с колесом 5 первой передачи пли с блоком зубчатых колес заднего хода, который вращается на осн, запрессованной в отверстиях задней стенки и внутреннего прилива картера.
Механизм переключения передач обеспечивает включение зубча-ii.ix колес на полную длину зуба, четкую фиксацию их положения
223
Рис. 14.8. Коробка передач автомобиля ГАЗ-3307:
а — устройство; о — схема переключения передач: I. 11. ill. IV, ЗХ — положения рычага /. соответствующие включению первой, второй, третьей, четвертой передачи и передачи мднею хода; II — нейтральное положение рычага
во включенном или выключенном положении, а также нс допускает одновременного включения двух передач. Механизм переключения передач состоит из рычага /, трех ползунов 26 с вилками 28, 6 и 7, соединяющимися соответственно с муфтой синхронизатора, колесом первой передачи и блоком зубчатых колес заднего хода, трех фиксаторов 27 и штифта 29. Водитель действует на механизм переключения рычаг ом /, который при соответствую тих передачах должен занимать определенное положение. 1
Точность установки зубчатых колес при включении и выключении передач обеспечивается фиксаторами 27, состоящими иг
224
шариков 32 и пружин, расположенных в отверстиях приливов крышки картера коробки передач. Шарики входят в имеющиеся на ползунах углубления.
Предотвращение возможности одновременного включения двух передач достигается установкой замка, состоящего из двух плунжеров 31, расположенных между ползунами, и штифта 29, установленного в отверстии среднею ползуна. Когда один из ползунов перемешается, два других блокируются плунжерами, входящими в боковые выемки ползунов.
Для предотвращения случайного включения заднего хода применяется специальный предохранитель 30, состоящий из штифта и пружины, расположенных в переводной головке ползуна. При включении передачи заднего хода необходимо приложить дополнительное усилие, что предотвращает возможность случайного включения заднего хода при движении автомобиля вперед.
Синхронизаторы служат для облегчения переключения передач. Широкое распространение получили синхронизаторы инерционного типа, они уравнивают частоты вращения включаемых зубча-1ы.х колес, обеспечивая тем самым их меньшее изнашивание, а также безударное и бесшумное переключение. Синхронизаторы устанавливают на тех передачах, которыми наиболее часто пользуются при эксплуатации автомобилей.
В коробках передач автомобилей ЗИЛ-431410, MA3-5335 и КамАЗ-5320 синхронизаторами снабжают вторую и третью, четвертую и пятую передачи. Коробки передач легковых автомобилей имеют синхронизаторы на всех передачах переднего хода.
Устройство синхронизатора третьей и четвертой передач коронок передач грузовых автомобилей ГАЗ-3307, -3308 «Садко» пока $ано на рис. 14.9, а. Синхронизатор состоит из ступицы 3, муфты 4, njyx блокирующих колец 1. трех сухарей 2 и двух проволочных колец 5. Ступица 3 установлена на шлицах ведомого вала 7 (рис. 14.9, б) и закреплена гайкой. На наружной поверхности ступицы нарезаны зубья и сделаны пазы для сухарей 2. На внутренней поверхности муфты 4 также нарезаны зубья, которые сопрягается с зубьями ступицы. В среднем положении муфта удерживайся выступами сухарей 2. прижимаемых к ней упругими прово-ючпыми кольцами 5.
На торцах блокирующих колец / вырезано три паза, в которые входят концы сухарей. Ширина этих пазов на 4 мм больше ширины сухаря. За юр между сухарем и пазом, а также скосы на зубьях муфты, блокирующих колец и включаемых зубчатых колес облегчаю] включение передач.
Работа синхронизатора заключается в следующем. При включении третьей передачи муфту 4 (см. рис. 14.9, б) с помощью вппки 6 передвигают из нейтрального положения назад. В начале
225
Рис. 14.9. Синхронизатор коробки передач автомобилей ГАЗ-3307, -3308 «Садко»:
а — детой; б — продольный разрез по муфте синхронизатора
своего перемещения муфта увлекает за собой три сухаря 2, которые, нажимая своими торцами на блокирующее кольцо 7. прижимают его к конической поверхности шестерни 8третьей передачи (см. рис. 14.9, поз. 3). Из-за разност и частот вращения шестерни 8 \\ муфты 4 синхронизатора на конических поверхностях возникает сила трения, под действием которой блокирующее кольцо поворачивается до упора в сухари. При этом зубья блокирующего кольца устанавливаются напротив зубьев муфты, и дальнейшее перемещение ее становится невозможным. При выравнивании частот вращения шестерни и ведомого вала сила, сместившая блокирующее кольцо, исчезает, и муфта 4 под действием усилия водителя, передаваемого от вилки 6, безударно входит в зацепление с зубчатым венцом включаемой шестерни 8. Работа синхронизатора при включении четвертой передачи происходит аналогично. При этом муфта 4 перемещается вперед до зацепления ее с зубчатым венцом шестерни ведущего вала.
Работа коробки передач происходит следующим образом. Изменяя положение зубчатого колеса 5 (см. рис. 14.8, а), муфты 20синхронизатора и блока 75 зубчатых колес заднего хода в рассматриваемой коробке передач можно получить пять передач с различными передаточными числами, из них четыре передачи — для движения автомобиля вперед и одну — для движения задним ходом. Передаточные числа каждой передачи составляют: на первой передаче — 6,55; на второй — 3,09: на третьей — 1,71; на четвертой — 1,0; на передаче заднего хода — 7,77.	I
226
Переключение передач осуществляется посредством рычага /, нижний конец которого вводят в пазы вилок и переводных головок, установленных на ползунах 26. На рис. 14.8, £ показаны положения рычага 1 при включении разных передач.
При включении первой передачи вилка 6 (см. рис. 14.8, а) перемещает зубчатое колесо 5, которое, двигаясь по шлицам ведомого вала, входит в зацепление с шестерней // промежуточного вала. Крутящий момент через шестерню 23 и колесо 18 постоянного зацепления передастся на промежуточный вал и через шестерню //и колесо 5 первой передачи — на ведомый вал.
Включение второй переда ч и происходит в результа-ге перемещения по шлицам ведомого вала колеса 5до зацепления его зубьев с наружным зубчатым венцом колеса 4 второй передачи, вследствие чего колесо 4 жестко соединяется с ведомым валом и ему передается крутящий момент от шестерни 16 промежуточного вала.
Для включения третьей передач и необходимо муф-гу 20 синхронизатора 25 переместить до зацепления ее с зубчатым венцом шестерни 3 третьей передачи. При этом крутящий момент будет передаваться через шестерню 23, колеса 18 и 17, шестерню 3 и синхронизатор 25 на ведомый вал.
Для включения четвертой передачи следуетперсдви-нугь муфту 20 синхронизатора до зацепления ее с зубчатым венцом шестерни 23 ведущего вала. В этом случае ведущий и ведомый валы коробки передач жестко соединяются между собой при помощи синхронизатора. Крутящий момент передается с одного вала на другой без изменений.
Для движения автомобиля задним ходом нужно перемесит» вперед блок зубчатых колес заднего хода. При этом колесо 13 входит в зацепление с шестерней 11 промежуточного вала, а шестерня 14—с колесом 5ведомого вала. Крутящий момент передается через шестерню 23 и зубчатое колесо 18 постоянного зацепления на промежуточный вал, затем через шестерню 11 на колесо 13 блока зубчатых колес заднего хода, а от него через шестерню 14 па колесо 5 ведомого вала. В результате того, что в зацепление дополнительно введен блок зубчатых колес заднего хода, ведущий и ведомый валы вращаются в разные стороны, что обеспечивает движение автомобиля задним ходом.
На заднеприводных легковых автомобилях ВАЗ и ИЖ-2126 ус-тновлены трехвальные четырехступенчатые коробки передач с четырьмя передачами для движения вперед и одной передачей нищего хода*. Картер 2 (рис. 14.10) такой коробки передач отлит из алюминиевого сплава и шпильками крепится к картеру сцепле-
‘ На некоторых заднеприводных автомобилях устанавливают пятиступенча-ii.tr коробки передач.
227
Рис. 14.10. Коробка передач заднеприводных автомобилей ВАЗ
ним. К задней стенке картера коробки передач крепится крышка 8с механизмом переключения передач. Все четыре передачи переднего хода включаются при помощи синхронизаторов 3 и 6.
В картере коробки передач на подшипниках установлены три вала: ведущий 1, промежуточный 15и ведомый 12. В этой коробке передач в отличие от ранее рассмотренной ведомый вал установлен на трех опорах: передний конец вала — в игольчатом подшипнике, расположенном в выточке ведущего вала /; средняя часть — на шариковом подшипнике, установленном в стенке картера; задний конец вала — на шариковом подшипнике, помешенном в крышке коробки передач. На заднем конце вала установлена червячная пара // привода спидометра. Колеса 7 и 5 и шестерня 4 соответственно первой, второй и третьей передач свободно вращаются на ведомом вешу, находясь в постоянном зацеплении с шестернями 14, 16 и колесом 17 промежуточного вала.
Шестерни 14, 16и колесо //выполнены в виде блока зубчатых колес. Промежуточный вал соединен с ведущим валом через зубчатую пару 18 постоянного зацепления.
В задней крышке на ведомом и промежуточном валах установлены соответственно ведомое колесо V и ведущая шестерня 13 заднего хода. Зубчатые колеса всех передач, за исключением передачи заднего хода, косозубые. Для включения заднего хода в крышке на оси установлено подвижное колесо (на рис. 14.10 оно не показано), входящее при перемещении в зацепление с шестерней 13 и колесом 9 и обеспечивающее вращение ведомого вала в обратную сторону.	I
Коробка передач имеет два однотипных инерционных синхронизатора 3 и 6, с помощью которых включаются первая, вто
228
рая, третья и четвертая передачи. Синхронизаторы но принципу действия аналогичны описанному ранее синхронизатору и лишь незначительно отличаются от него по устройству. Управление коробкой передач осуществляется рычагом К), установленным на шаровой опоре в кронштейне, прикрепленном к задней крышке коробки передач.
На переднеприводных легковых автомобилях ВАЗ-2109, -2110 и их модификациях устанавливают также трехходовые четырех-
1’ис. 14.11. Коробка передач переднеприводных легковых автомобилей
229
или пятиступенчатые коробки передач. Основными особенностями их устройства является то, что для уменьшения размеров и массы они выполнены по двухвальной схеме, в которой отсутствует прямая передача. Кроме того, в картере 9 (рис. 14.11) коробки передач с размещенными в нем валами и зубчатыми колесами монтируется главная передача ведущих колес.
Ведущий вал 3 изготовлен как одно целое с ведущими зубчатыми колесами: первой 8, заднего хода 7, второй 6, третьей 5 и четвертой 4 передач.
Ведомый вал 2 изготовлен вместе с шестерней 10. На игольчатых подшипниках этого вала установлены ведомые зубчатые колеса всех четырех (первой — четвертой) передач, находящиеся в постоянном зацеплении с колесами ведущего вала 3. Шестерня 10 находится в постоянном зацеплении с зубчатым колесом 77, установленным на коробке дифференциала 12 главной передачи.
Все передачи переднего хода включаются при помощи синхронизаторов, принцип действия которых существенно нс отличается от описанного ранее. Муфта 7 синхронизатора первой и второй передач является одновременно зубчатым колесом передачи заднего хода (ЗХ). Последняя включается введением в зацепление с зубчатым колесом 7 и муфтой 7 промежуточного зубчатого колеса заднего хода.
Пятиступенчатая коробка передач переднеприводных легковых автомобилей обычно изготовляется на базе четырехступенчатой коробки передач. Для этой цели задние концы ведущего 3 и ведомого 2 валов удлинены для расположения на них зубчатых колес и синхронизатора пятой передачи.
На автомобилях семейства «ГАЗель» (ГАЗ-3302, -33023, -33027 и др.) устанавливается пятиступенчатая, трехходовая коробка передач, аналогом которой являются коробки передач легковых автомобилей ГАЗ. Коробки передач автомобилей «ГАЗель» и легковых автомобилей ГАЗ (ГАЗ-31029, -3110 и др.) унифицированы по большинству деталей. Коробка передач автомобилей «ГАЗель» отличается первичным валом (число зубьев 25 вместо 26), насадным венцом привода блока шестерен (35 зубьев вместо 36) и шестерней первой передачи (45 зубьев вместо 43), а также размерами корпуса механизма переключения передач.
Пятиступенчатая коробка передач. На грузовых автомобилях ЗИЛ-431410, -433360. -5301 «Бычок» и автобусах ЛАЗ устанавливают трехходовые коробки передач с пятью передачами вперед и одной назад. Передаточные числа первой передачи 7,44, второй — 4,10, третьей — 2,29. четвертой — 1,47, пятой — 1,00, передачи заднего хода — 7,09.
Коробки передач указанных автомобилей и автобусов одинаковы по устройству. Только коробка передач автомобиля ЗИЛ-5301 «Бычок» в связи со спецификой его работы имеет меньшие значе
230
ния передаточных чисел на всех передачах, кроме прямой передачи, и некоторые конструктивные изменения в отдельных узлах. Коробка передач у автобусов ЛАЗ-695Н, -695НГ такая же, как у автомобиля ЗИЛ-431410, но привод механизма переключения передач из-за расположения двигателя сзади — дистанционный, через систему рычагов и тяг.
Коробка передач (рис. 14.12, а) включает в себя картер 24, крышку 4 с рычагом 5 и механизмом переключения передач, ВС-
24 23 222120 19 18	17 16
Рис. 14.12. Коробка передач автомобилей моделей ЗИЛ-4314, -4333 и их модификаций:
а общий вид; б — включение заднего хода; в — механизм переключения передач; г — блокирующее устройство; д — схема переключения передач: I —V — положения рычага, соответствующие передачам переднего хода; ЗХ — положение рычага при передаче заднего хода; Н — нейтральное положение рычага 5 коробки передач
231
дущий вал /, ведомый вал 14, расположенный на одной оси с ведущим валом, синхронизаторы 9 и 33, промежуточный вал 22 и блок 26 зубчатых колес заднего хода (рис. 14.12, б), установленный на оси 25. С обеих сторон в картере имеются люки с фланцами для крепления коробок отбора мощности, а также пробки 27и 77 (см. рис. 14.12, а, б), первая из которых служит для заливки и контроля уровня масла, а вторая — для его слива.
Коробка передач герметична, что необходимо для преодоления автомобилем бродов. К крышке заднего подшипника ведомого вала присоединена трубка 13 вентиляции картера, выведенная на заднюю стенку кабины.
Ведущий вал 7, изготовленный как одно целое с шестерней 2. установлен на двух шариковых подшипниках. Передний шариковый подшипник 35 расположен в гнезде фланца коленчатою вала, а задний — в передней стенке картера 24.
Ведомы й вал 14 передним концом опирается на роликовый подшипник 34. расположенный в выточке ведущего вала, а задним — на шариковый подшипник 15, закрепленный в картере крышкой, внутри которой установлен маслоотражатель. На шлицах этого вала установлено зубчатое колесо 12 первой передачи и передачи заднего хода, которое перемещается посредством вилки 11.
Промежуточный вал 22 передним концом опирается на роликовый подшипник 31, расположенный в передней стенке картера 24, а задним — на шариковый подшипник 75, установленный в задней стенке картера. Шестерня 76 изготовлена как одно целое с промежуточным валом, а шестерни 18, 19 и 20 и зубчатые колеса 21 и 23 установлены на нем на шпонках.
Шестерня 2 и зубчатое колесо 23, шестерня 32 и зубчатое колесо 21 четвертой передачи, зубчатое колесо 30 и шестерня 20 третьей передачи, зубчатое колесо 70 и шестерня 18 второй передачи находятся в постоянном зацеплении.
Шестерня 32, зубчатые колеса 30 и 10 свободно вращаются на ведомом валу. Они имеют выступающие конические поверхности (конусы) и внутренние зубчатые венцы для соединения с синхронизаторами 9 и 33.
Синхронизаторы служат для безударного включения зубчатых колес в коробке передач. Синхронизатор 9 инерционного типа включает вторую и третью передачи, синхронизатор 33 — четвертую и пятую передачи. Оба синхронизатора по устройству одинаковы, отличаются только размерами.
Синхронизатор (рис. 14.13, а) представляет собой передвижную муфту 8 с зубчатыми венцами 5 и диском 6, на который воздействует вилка механизма переключения передач. Диск имеет по три отверстия 7для блокирующих пальцев 2, жестко связывающих бронзовые конусные кольца 7, и потри отверстия для паль-
232
пев 4 фиксаторов, которые состоят из двух полуцилиндров и двух пружин 3.
Рассмотрим работу синхронизатора 33 (см. рис. 14.12, а) на примере включения пятой передачи. В нейтральном положении (рис. 14.13, о) муфта 8 синхронизатора расположена посередине между шестернями 9 и Ю. При включении передачи (рис. 14.13, в) муфта, перемещая пальцы 4фиксаторов, прижимает конусное кольцо / к конусу шестерни 9 ведущего вала. Муфта, соединенная с ведомым валом, и шестерня ведущего вала имеют разные частоты вращения.
Из-за трения между коническими поверхностями кольцо / (см. рис. 14.13, а) поворачивается относительно диска 6 муфты <*?до соприкосновения конусных фасок отверстий 7диска 6 с блокирующими пальцами 2. При этом происходит блокировка конусных колец 7 и муфты 8. При выравнивании частот вращения шестерни 9 и ведомого вала муфта перемещается дальше по полуцилиндрам фиксаторов, сжимая их пружины J(pnc. 14.13, г). При этом зубча-гый венец 5 муфты бесшумно входит в зацепление с зубчатым венцом шестерни 9 пятой передачи.
а
Нейтральное положение
9	15	8 4	10
б
Рис. 14.13. Синхронизатор («) коробки передач автомобилей семейства ЗИЛ и схемы (б—г) его включения
233
Механизм переключения передач (см. рис. 14.12, в) состоит из рычага 5 и трех ползунов. На ползуне 3 установлена вилка включения первой передачи и заднего хода, на ползуне 7 — вилка включения четвертой и пятой передач, на ползуне 6 — вилка второй и третьей передач.
Для предотвращения возможности включения двух передач одновременно между ползунами установлено блокирующее устройство (рис. 14.12, г), состоящее из четырех шариков 36, штифта 31 и фиксаторов 6 (см. рис. 14.12, а). На схеме (рис. 14.12, д) показаны возможные положения рычага переключения передач на разных передачах.
Рассмотрим работу коробки передач. При включении первой передачи и заднего хода нижний конец рычага 5 (см. рис. 14.12, в) соединяется с промежуточным рычагом 29, при этом утапливается упор и сжимается пружина предохранителя 28, что нс допускает случайного включения этих передач.
В передачу заднего хода входит шестерня 19 (см. рис. 14.12, а), установленная на промежуточном валу. При перемещении зубчатого колеса /2 назад до его зацепления с малой шестерней блока 26 (см. рис. 14.12, б) включается задний ход. В этом случае крутящий момент через шестерню 2 (см. рис. 14.12, а), зубчатое колесо 23, шестерню /9, блок 26 (см. рис. 14.12, б) колес и зубчатое колесо 12 передается ведомому валу, который начинает вращаться в обратную сторону по отношению к направлению его вращения при включении других передач.
На всех передачах крутящий момент передастся через шестерню 2 ведущего вала и зубчатое колесо 23 ведомого вала и далее через синхронизаторы и зубчатые колеса включенной передачи на ведомый вал (см. рис. 14.12, а).
Многоступенчатая коробка передач. На грузовых автомобилях (КамАЗ-5320, -4310, ЗИЛ-4331 и др.), предназначенных для работы с прицепами, применяют восьми- или десятиступенчатые коробки передач. Такая коробка состоит из двух основных частей: четырех- или пятиступенчатой коробки передач и зубчатого редуктора, называемого делителем передач. Например, на автомобиле КамАЗ-5320 установлена механическая десятиступенчатая коробка передач, которая объединяет трсхвальную пятиступенчатую коробку передач и двухвальный делитель. Такой коробкой оборудуются все автомобили КамАЗ, предназначенные для постоянной работы в составе автопоезда, и автомобили, работающие в различных дорожных условиях.
На автомобилях, работающих без прицепа, устанавливают только пятиступенчатые коробки передач. Пятиступенчатая коробка передач с делителем (рис. 14.14) состоит из картера 23, ведущего 6, ведомого 20 и промежуточного 29 валов с зубчатыми колесами, а также механизма переключения передач.
234
40 39 38 373635	343332 31 30	2928 27	26 25 24 23 22 21
Рис. J4.14. Пятиступенчатая коробка передач с делителем

Ведущий вал 6, изготовленный как одно целое с шестерней 9, установлен на двух подшипниках. Передни!! роликовый подшипник 4 расположен в гнезде ведущего вала 2 делителя, а задний шариковый 8 — в передней стенке картера 23 коробки передач.
Шестерня 9 ведущего вала находится в постоянном зацеплении с зубчатым колесом 30 промежуточного вала. Шестерня имеет конусную поверхность и внутренний зубчатый венец для соединения с синхронизатором /0 четвертой и пятой передач.
Ведомый вал 20 передним концом опирается на роликовый подшипник 32, установленный в гнезде ведущего вала, а задним — на шариковый подшипник 19, закрепленный в стенке картера 23 крышкой, внутри которой смонтирован узел привода спидометра. На передней части вала нарезаны шлицы, предназначенные для установки муфты синхронизатора 10. На шейках вала при помощи роликовых подшипников и втулок установлены шестерня 11 и зубчатые колеса /2 и 14соответственно четвертой, третьей и второй передач. Между зубчатыми колесами /2 и 14 на шлицах вала установлен синхронизатор 13 второй и третьей передач.
Зубчатое колесо //установлено на подшипнике, расположенном на промежуточной втулке 18. соединяющейся шлицами с валом. На выступающей части втулки нарезаны наружные шлицы, по которым перемещается муфта /6 включения первой передачи и заднего хода. Все шестерни и зубчатые колеса передач переднего хода ведомого вала находятся в постоянном зацеплении с соответствующими зубчатыми колесами и шестернями промежуточного вала, а зубчатое колесо 15 — с блоком 24 зубчатых колес передачи заднего хода. Большая шестерня этого блока находится в постоянном зацеплении с шестерней 25 промежуточного вала 29.
Промежуточный вал 29 передним концом опирается на роликовый подшипник 31. установленный в передней стенке картера, а задним — на сферический роликовый подшипник 21, размещенный в задней стенке картера. Передний конец промежуточного вала коробки передач имеет шлицы 33 для соединения с промежуточным валом делителя. Шестерни 25передачи заднего хода, первой 22 и второй 26 передач изготовлены заодно с промежуточным валом 29, а шестерня 2/третьей передачи и зубчатые колеса 28 и 30 соответственно четвертой передачи и привода промежуточного вала напрессованы на вал и зафиксированы сегментными шпонками.
Смазывание деталей коробки передач осуществляется в основном разбрызгиванием масла. Однако смазывание роликовых подшипников зубчатых колес ведомого вала происходи! через его центральный канал. Для этой цели на ведущем валу 2 делителя установлено маслонагнетающсс кольцо 3 для принудительной подачи масла в осевые каналы валов коробки передач (см. пунктирные линии на валах — поз. 6, 20). откуда масло через радиаль-
236
ныс сверления поступает к подшипникам шестерни 11 и зубчатых колее /2, !4, 15, 17.
Делитель позволяет работать на автомобиле с использованием повышенных передаточных чисел в коробке передач, что весьма важно при движении автомобиля без прицепа и в ненагру-женном состоянии, обеспечивая существенную экономию топлива. Делитель состоит из ведущего 2 и промежуточного 38 валов, одной пары зубчатых колес 5 и 35, синхронизатора 7 и механизма переключения передач. Передний шариковый подшипник / ведущего вала 2делителя установлен в гнезде коленчатого вала, а задний 40— в перегородке картера 36делителя, являющейся общей с картером сцепления. Передний конец промежуточного вала делителя установлен в шариковом подшипнике 37. расположенном в перегородке картера делителя, а задний — в роликовом подшипнике 34, укрепленном в задней стенке его картера. Промежу-гочные валы коробки передач и делителя соединены между собой шлицами 33. Косозубое колесо 35делителя закреплено на промежуточном валу при помощи шпонки. Зубчатое колесо 5, находящееся в постоянном зацеплении с косозубым колесом 35 делителя, свободно вращается на ведущем вгглу на роликовом подшипнике 39. Колесо 5 имеет коническую поверхность и зубчатый венец для соединения с синхронизатором /делителя.
Делитель обеспечивает включение двух передач. Одна из них является прямой и не изменяет крутящего момента, передаваемого от двигателя. При се включении крутящий момент, передаваемый к ведущим колесам, изменяется только пропорционально передаточному числу включенной передачи в коробке.
Другая передача является повышающей (с передаточным числом 0,815), и, следовательно, при се включении передаваемый крутящий момент изменяется пропорционально общему передаточному отношению той передачи, которая в данный момент включена в коробке передач.
При включении прямой передачи синхронизатор 7 делителя перемешается вправо и соединяет между собой ведущий вал 2 юлителя и ведущий вал 6 коробки передач. При включении повышающей передачи синхронизатор 7 перемещается влево и соединяет ведущий вал 2 делителя с зубчатым колесом 5, от которого крутящий момент через зубчатое колесо 35 передается на промежу-гочный вал 38 делителя, а от него через шлицевое соединение — на промежуточный вал коробки передач.
Рассмотрим работу многоступенчатой коробки передач (с делителем). При включенной прямой передаче делителя работа коробки не имеет существенных отличий от работы упомянутых пятиступенчатых коробок передач.
Первая передача и задний ход включаются перемещением муфты 16 соответственно назад или вперед.
237
При первой передаче крутящий моменте ведущего вада 2делителя через зубчатое колеео 35 передается на промежуточный вал 38делителя, а от него через шлицы 33 — на промежуточный вал 29 коробки передач. Затем крутящий момент от шестерни 22 промежуточного вала передается на зубчатое колесо 17, а от него через муфту 16 — на ведомый вал 20 коробки передач.
При заднем ходе крутящий момент с промежуточного вала 29 передастся на ведомый вал 20 через шестерню 25. большую шестерню блока 24 зубчатых колес (см. вид 4 на рис. 14.14), малую шестерню этого блока, зубчатое колесо 15 и муфту 16.
Вторая передача включается перемещением назад синхронизатора 13 второй и третьей передач. При этом внутренние зубья муфты синхронизатора входят в зацепление с венцом зубчатого колеса 14 второй передачи, жестко закрепляя се на ведомом валу.
Третья передача включается перемещением вперед синхронизатора 13. При этом ведомый вал 20соединяется с зубчатым колесом /2 третьей передачи, находящимся в постоянном зацеплении с шестерней 27 промежуточного вала.
Четвертая передача включается перемещением назад синхронизатора Ю четвертой и пятой передач. При этом ведомый вал 20 жестко соединяется с шестерней //, находящейся в постоянном зацеплении с зубчатым колесом 28четверто!i передачи промежуточного вала.
Пятая передача включается перемещением вперед синхронизатора 10. При этом наружные зубья муфты синхронизатора входят в зацепление с внутренними зубьями шестерни ^ведущего вала, тем самым соединяя его непосредственно с ведомым валом 20 (прямая передача).
Повышающие и с р е д а ч и включаются перемещением синхронизатора 7делителя вперед. При этом промежуточный вгш 29 коробки передач получает вращение через зубчатые колеса 5 и 35. Дальнейшее включение четырех повышающих передач происходит аналогично включению четырех понижающих передач.
На автомобилях с откидывающимися вперед кабинами (КамАЗ, МАЗ) применяют дистанционное механическое управление многоступенчатой коробкой передач.
Дистанционный привод многоступенчатой коробки передач состоит из системы тяг, связанных с рычагом управления, находящимся в кабине водителя, и механизма, непосредственно расположенного на коробке передач, в который также входит пневматический привод переключения передач в делителе.
Дистанционный механический привод (рис. 14.15, а) механизма переключения передач автомобилей КамАЗ состоит из качающегося рычага / со сферической головкой, смонтированной на кронштейне 2, передней опоры 5, укрепленной на переднем тор-
238
Рис. 14.15. Дистанционный механический привод механизма управления коробкой передач:
j — КамАЗ-5320; б — MA3-5335; в — положение рычага / переключения передач; I —V — положение рычага» соответствующее передачам переднего хода; ЗХ —положение рычага при передаче заднего хода; II — нейтральное положение рычага
це блока цилиндров, передней тяги < расположенной в развале блока цилиндров, задней опоры 5, установленной на задней крышке блока цилиндров, рычагов 6 передней тяги и промежуточной тяги 7, соединенной с рычагом механизма переключения передач, расположенною в отдельном корпусе 9 на крышке 10 коробки передач.
На автомобилях МАЗ-500А. -5335 (рис. 14.15, б) качающийся рычаг 1 шарнирно связан с рычагом // поперечного вала 12, соединенного с промежуточным механизмом 14 привода. Корпус 13 иого механизма закреплен на рамс автомобиля. Промежуточный механизм 14 шарнирно связан с тягой 15, которая с помощью промежуточной тяги /6 соединена с валом 18 переключения передач, установленным в корпусе 17. На валу /<?установлен рычаг 19, взаимодействующий с механизмом переключения передач, расположенным на крышке коробки передач.
Наличие шарнирных соединений в дистанционном приводе правления коробкой передач обеспечивает легкое переключение передач, а также позволяет опрокидывать кабину автомобиля без нарушения нейтрального Н положения рычага / управления коробкой передач. Положения рычага 7 при различных передачах показаны на рис. 14.15, в.
Пневматический привод механизма переключения передач с делителем (рис. 14.16) имеет включатель /, расположенный в верхней юловке рычага 2механизма переключения коробки передач. Нижнее положение включателя / соответствует включению низшей Н. । верхнее — высшей В передачи в делителе передач.
239
Рис. 14.16. Схема пневматического привода механизма переключения передач в делителе
Кран управления 3 имеет золотник, соединенный тросом с включателем /. При включении низшей передачи сжатый воздух из пневмосистемы А поступает к редукционному клапану 4, проходя через кран управления 3, поступает в полость Б воздухораспределителя 7. При этом золотник воздухораспределителя смещается влево, и полость Г под поршнем силового цилиндра соединяется с клапаном 8 включения делителя. При нажатии на педаль Ю сцепления упор 9 нажимает на шток клапана 8 включения делителя. Клапан открывается, и сжатый воздух от редукционного клапана 4 через клапан поступает в полость Г под поршнем силового цилиндра 6. Поршень и соединенный с ним рыча! 5 включения передач в делителе перемешаются вправо, и включается низшая передача в делителе.
При установке включателя / в верхнее положение В и нажатии на педаль сцепления в делителе включается высшая передача. При заранее включенном включателе / переключение передач в делителе произойдет только лишь при нажатии на педаль сцепления.
14.4.	Раздаточная коробка
На автомобилях, имеющих более одного ведущего моста, устанавливается раздаточная коробка, служащая для распределения крутящего момента, передаваемого от коробки передач, между несколькими ведущими мостами многоприводного автомобиля.
240
В раздаточной коробке расположено также устройство для включения и выключения переднего ведущего моста. В некоторых автомобилях от раздаточной коробки осуществляется отбор мощности для привода вспомогательных механизмов.
Конструктивно раздаточная коробка представляет собой, как правило, двухступенчатый зубчатый редуктор, позволяющий увеличивать крутящий момент на ведущих колесах автомобиля при движении ею в тяжелых дорожных условиях. Наличие в раздаточной коробке двух передач дает возможность изменять передаточные числа трансмиссии и удваивать общее число передач. При движении автомобиля один ряд передач обеспечивается включением прямой передачи, а другой с большими передаточными числами — включением понижающей передачи. Это способствует )ффсктивному использованию автомобиля в различных дорожноклиматических условиях.
Двухступенчатая раздаточная коробка. Коробка такого типа (рис. 14.17) устанавливается на автомобилях ГАЗ-3308, -33097 «Садко» и др. и имеет прямую и понижающую передачи с передаточными числами соответственно 1,0 и 1,98. Коробка крепится к поперечине и кронштейну рамы автомобиля через резиновые но-1ушки и соединяется с коробкой передач при помощи промежуточного карданного вала и фланца 5. В чугунном литом картере 21 на подшипниках установлены валы с прямозубыми зубчатыми колесами. Через контрольно-наливное отверстие картер заполняйся маслом, а для сообщения его с атмосферой служит сапун /7.
Ведущий вал 6 передним концом установлен в стенке картера па шариковом подшипнике 4, а задним — на роликовом подшипнике 8 к гнезде ведомого вала /2 привода заднею моста. На ведущем валу 6 на шлицах перемещается шестерня 7 включения заднего моста и понижающей передачи.
Ведомый вал 12. изготовленный как одно целое с шестерней 9, вращается на двух шариковых подшипниках 10 \\ 13. один из которых расположен в задней стенке картера, а другой — в крышке 14. Между шариковыми подшипниками на валу 12 установлена червячная пара привода спидометра, состоящая из червяка 76 и ко-icca 17. На шлицевом конце вала имеется фланец 15, к которому । рсиится карданный вал, передающий крутящий момент к заднему мосту.
Промежуточный вал 2 вращается в двух шариковых подшипниках 3 и 18. расположенных в стейках картера. По шлицам вала < нободио перемещается зубчатое колесо 79 привода переднею моста. Зубчатое колесо 7 понижающей передачи посажено на шлицы вала неподвижно и зафиксировано на нем стопорным кольцом.
Вал 23 привода переднего моста установлен в шарикоподшипниках 20 и 24. На шлицах шднего конца вала неподвижно закрсп-к на шестерня 22 привода переднего моста, а на переднем конце
241
Рис. 14.17. Раздаточная коробка полноприводных грузовых автомобилей ГАЗ:
а — устройство; б — механизм управления
посажен фланец 25, к которому крепится карданный вал, передающий крутящий момент к переднему мосту автомобиля.
Работа раздаточной коробки происходит следующим образом. Зубчатое колесо 19 промежуточною вала, перемещаясь по шлицам, входит в зацепление с шестернями 9 и 22. Шестерня ведущего вала может входить в зацепление с внутренним зубчатым венцом шестерни 9 ведомого вала или с зубчатым колесом / промежуточного вала 2. В первом случае включается прямая передача и крутящий момент от ведущего вала 6 непосредственно передается на ведомый вал 12, а от нею — на задний мост автомобиля. Для
242
включения на этой передаче переднего моста необходимо переместить зубчатое колесо 19 до зацепления его с шестернями 9 и 22. При этом крутящий момент будет передаваться к карданному валу переднего моста через шестерни 7, 9, колесо /9 и шестерню 22.
Увеличение крутящего момента в раздаточной коробке достигается включением понижающей передачи. При этом сначала при помощи зубчатого колеса 19 включают передний мост, а затем перемещают вперед шестерню 7до зацепления ее с .зубчатым колесом 1 понижающей передачи. При этом крутящий момент к заднему мосту передастся через шестерню 7, колеса 1 и /9 и шестерню 9, а к переднему мосту — через шестерню 7, колеса / и 19 и шестерню 22. Понижающую передачу следует включать при полностью остановленном автомобиле только для преодоления тяжелых участков дороги.
Механизм управления раздаточной коробкой (рис. 14.17, б) включает в себя следующие детали: два рычага 26, две тяги 27, два ползуна 33 и 34 с вилками 28, два плунжера 30с пружинами и два фиксатора 32.
На ползуне 33 включения и выключения переднего моста имеются две выемки 31 разной глубины под плунжеры 30 блокировочного устройства. На ползуне 34. который выключает понижающую или прямую передачу, имеются три выемки 29 под плунжеры 30: левая соответствует включению прямой передачи, средняя — нейтральному положению и правая — включению понижающей передачи.
Ползун 34 может перемещаться из нейтрального положения в положение, соответствующее включенной прямой передаче. Из-за наличия на ползуне лыски между выемками плунжеры не препят-I гвуют такому перемещению ползуна. Дальнейшее перемещение ползуна 34 становится невозможным, так как плунжеры, сжав пружину, упираются один в другой и препятствуют его движению.
При включении переднего моста напротив плунжеров устанавливается глубокая выемка ползуна 33. Плунжеры при перемещении ползуна 34 нс упираются дру! в друга, и включение понижающей передачи становится возможным. При этом выключить пе-I' ший мост будет невозможно, нс выключив предварительно понижающую передачу. Фиксаторы 32 с пружинами исключают возможность самопроизвольного переключения ползунов.
14.5.	Карданная передача
Карданная передача служит для передачи крутящего момента hi ведомого вала коробки передач или раздаточной коробки к веющему валу главной передачи. Ее применение связано с тем, что
243
Рис. 14.18. Схема карданной передачи (<л с шарнирами (о) неравных угловых скоростей
при движении автомобиля изменяется взаимное положение осей валов трансмиссии, и они не лежат на одной прямой.
Коробка передач / (рис. 14.18, «), или раздаточная коробка, установлена выше ведущего моста 7, в результате чего ось карданного вала 5, передающего крутящий момент, расположена под некоторым углом а к горизонтальной плоскости. Коробка передач соединена с рамой неподвижно, а ведущий мост подвешен к ней при помощи листовых рессор (или пружин). Когда при прогибе рессор изменяется положение моста относительно рамы, изменяется и угол а наклона карданного вала 5.
Карданная передача состоит из трех основных элементов: карданных шарниров 2, карданных валов 3 и 5 и промежуточной опоры 4. О Шим из условий равномерного вращения вала 6 главной передачи ведущего моста /является равенство углов аиаь между осью вала 5 и осями валов 3 и 6, что юлжно обеспечиваться конструкцией карданной передачи.
Карданные шарниры неравных угловых скоростей. Простейший карданный шарнир состоит из двух вилок 8 и 10 (рис. 14.18. б), укрепленных на валах 3 и 5, и крестовины 9 с шипами, входящими в отверстия вилок и соединяющими валы шарнирно. Вилка 10, поворачиваясь относительно оси /1/1, может одновременно с крестовиной поворачиваться относительно оси БЬ. обеспечивая передачу вращения от одного вала к другому при изменении угла между осями валов. Такой карданный шарнир называется жестким шарниром неравных угловых скоростей. В нем при равномерном вращении ведущей вилки <? ведомая вилка 10 вращается неравномерно: в течение одною оборота она дважды обгоняет ведущую вилку и дважды отстает от нее. В результате лого возникают дополнительные нагрузки, вызывающие изнашивание деталей шарнирного соединения и узлов трансмиссии.
Для устранения неравномерного вращения применяют два одинаковых карданных шарнира, причем их вилки, расположенные на противоположных концах карданного вала, должны лежать в одной плоскости. Тогда неравномерность, вызываемая одним карданным шарниром, компенсируется неравномерностью другого.
244
Однако и при двух карданных шарнирах угол между осями валов не должен превышать 23°.
При движении автомобиля в результате прогиба рессор расстояние между коробкой передач и задним мостом изменяется, поэтому на валу одну из вилок карданного шарнира устанавливают на шлицах, чтобы длина карданного вала также могла изменяться.
В карданных передачах легковых автомобилей наряду с жесткими шарнирами неравных угловых скоростей применяют и мягкие карданные шарниры, имеющие упругий элемент в виде муфты из эластичного материала, упругая деформация которого позволяет не только передавать крутящий момент между валами, пересекающимися под углом 2...5°, но и защищает трансмиссию от жестких ударов. Примером такой передачи может служить карданная передача автомобилей ВАЗ-2105. -2107 и др., состоящая из переднего и заднего карданных валов, промежуточной опоры и трех шарниров, из которых передний представляет собой упругий элемент. соединяющий ведомый вал коробки передач с передним валом карданной передачи.
Карданные шарниры равных угловых скоростей. Условия работы карданных передач определяются в первую очередь углами а наклона осей их валов (см. рис. 14.18, а): чем больше эти углы, тем в более тяжелых условиях работает передача. В особо тяжелых условиях работает карданная передача ведущих управляемых колес переднеприводных автомобилей, у которых угол наклона осей валов, изменяясь но величине и направлению (при повороте автомобиля), может достигать 35...40°. В таких передачах применяют шарниры равных угловых скоростей (шариковые или кулачковые).
а
К) //	12	13	14
Рис. 14.19. Карданные шарниры равных угловых скоростей: а — шариковый; б — кулачковый
245
обеспечивающие передачу крутящего момента, равномерное вращение ведомого вала и поворот управляемых колее.
Широкое распространение получили карданные шариковые шарниры (рис. 14.19, а) с делительными канавками, состоящие из двух вилок / и 4, пяти шариков 9 и штифта 7. Вилки / и 4 изготовлены как одно целое со шлицевыми валами 5. При помощи торцовых сферических углублений и центрального шарика 8 вилки центрируются между собой. Положение шарика £фиксируется штифтом 7, удерживаемым от осевых смещений шпилькой 6. В делительные канавки 2 и J вилок закладываются четыре рабочих шарика 9, которые удерживаются от выкатывания из делительных канавок центральным шариком 8.
При вращении ведущего вала крутящий момент от одной вилки к другой передастся через рабочие шарики. Делительные канавки имеют такую форму, которая независимо от угловых перемещений вилок обеспечивает расположение шариков в плоскости, делящей пополам угол между осями вилок, в результате чего оба вала вращаются с равными угловыми скоростями.
Наряду с шариковыми шарнирами часто применяют и кулачковые шарниры (рис. 14.19, б) равных угловых скоростей, состоящие из двух вилок /9 и /4, двух кулачков //и 13 и диска /2. Диск заходш в пазы кулачков и передает вращение от ведущей вилки к ведомой. В вертикальной плоскости вилки поворачиваются вокруг кулачков, а в горизонтальной — вместе с кулачками вокруг диска. Кулачковый карданный шарнир работает подобно двум сочлененным жестким карданным шарнирам, из которых первый создает неравномерность вращения, а второй устраняет эту неравномерность. Этим и достигается вращение ведущего и ведомого валов с равными угловыми скоростями.
Из-за простоты конструкции и сравнительно высокой работоспособное! и шариковые и кулачковые карданные шарниры нашли широкое применение в приводах к ведущим управляемым колесам многих автомобилей (ЗИЛ-433420, ГАЗ-3308, -33097 «Садко», КамАЗ-4310, ВАЗ-2109. -2112 и др.).	|
Устройство карданных передач. На современных автомобилях привод к ведущим мостам осуществляется карданными передачами с шарнирами неравных угловых скоростей. Устройство карданных передач автомобилей различных марок практически одинаково, отличие заключается главным образом в размерах и форме отдельных деталей.	1
Типичным примером конструкции карданной передачи является карданная передача автомобиля ЗИЛ-431410 (рис. 14.20, «), которая состоит из промежуточного 12 и основного 21 валов, соединенных с помощью шлицов 13, промежуточной опоры 18 и трех жестких карданных шарниров I— 111 неравных угловых скоростей.
246
Рис. 14.20. Карданные передачи автомобилей:
д _ устройство карданной передачи автомобиля ЗИЛ-431410: б — схема расположения валов карданной передачи полноприводного автомобиля; /. //. /// — жесткие шарниры неравных угловых скоростей
Все три карданных шарнира имеют одинаковую конструкцию, которая позволяет им работать с максимальным рабочим углом между осями валов, равным 19*. Карданный шарнир состоит из двух вилок 22 и 23. крестовины 26, четырех стаканов 34 с установленными в них подшипниками, деталей крепления и уплотнений подшипников.
Крестовина имеет четыре шипа, в центре которых просверлены несквозные смазочные каналы. На каждый шип надет игольчатый подшипник. Иглы 25 подшипника расположены в стакане 34 и внутренней обоймы нс имеют. Стакан устанавливается в вилке шарнира и удерживается крышкой 27, которая крепи 1ся болтами, стопорящимися усиками пластины 24.
При сборке карданных шарниров в каждое глухое отверстие шипа закладывается консистентный смазочный материю!, который в процессе эксплуатации не добавляется. Для удержания смазочного материала подшипники снабжены сальниками 35: один из них (радиальный) установлен в стакане подшипника, а другой (торцовый) — на шипе крестовины. В крестовинах, выпускавшихся ранее, имелись центральные масленки для смазывания подшипников всех шипов крестовин.
Промежуточный /2 и основной 21 карданные валы представляют собой тонкостенные трубы на концах которых установлены вилки //карданных шарниров. Передняя вилка //связана крестовиной с фланцем-вилкой /0, при помощи которой карданный вал крепится к ведомому валу коробки передач.
Задний конец промежуточного вала соединен со скользящей вилкой 28, шлицевой наконечник которой вместе со шлицевой втулкой 32 образует подвижное шлицевое соединение, компенсирующее изменение длины карданного вала в результате перемещения {аднего моста. Шлицевое соединение имеет полость для смазочного материала, уплотненную сальником 19 и защищенную от попадания грязи прорезиненным кожухом 20. К основному карданному валу 21 с обеих сторон приварены вилки, связанные через крестовины и игольчатые подшипники с промежуточным карданным валом и ведущим валом заднею моста. При помощи скользящей вилки 28 основной вал соединен с промежуточным карданным валом 12, а при помощи фланца вилки 23 — с фланцем вала ведущей шестерни главной передачи заднего моста.
Карданные валы динамически сбалансированы, что повышает равномерность вращения (без биения) и снижает вибрацию валов. Дисбаланс промежуточного вала устраняют приваркой к его трубе пластин 33, а основного вала — привертыванием балансировочных пластин под крышки подшипников карданных шарниров.
Промежуточная опора 18 при помощи кронштейна //крепится болтами к поперечине рамы автомобиля. Опора расположена на
248
заднем конце промежуточного карданного вада и является неразборной конструкцией, обеспечивающей поглощение вибрации, возникающей при работе карданной передачи. Шариковый подшипник 16 промежуточной опоры расположен в резиновой подушке 31, закрепленной стопорными скобами и имеющей специальные прорези, повышающие се эластичность. В крышке /5 шарикового подшипника установлены войлочные сальники 14 с отражателями 29, предохраняющими их от загрязнения, а также пресс-масленка 30 для смазывания подшипника. Карданные передачи полноприводных трехосных автомобилей (ЗИЛ-13IH, -433420. •<Урад-4320» и др.) состоя т из четырех карданных валов (рис. 14.20, 6): основного 4, расположенного между коробкой передач 2 и раздаточной коробкой 5, карданного вада 6 привода среднего моста 7, карданного вала 8 привода заднею моста 9 и карданного вада 3 привода переднего моста /. Устройство всех карданных вадов и шарниров этих автомобилей одинаково и аналогично описанным, за исключением того, что конструктивно карданный вал 6 среднего моста имеет несколько большие размеры.
14.6.	Главная передача и дифференциал
Главная передача. Главная передача служит для увеличения подводимого к ней крутящего момента и передачи его через дифференциал на полуоси, расположенные под прямым углом к продольной оси автомобиля. Конструктивно главные передачи нред-ставляют собой зубчатые или червячные редукторы; последние из-за сравнительно малого КПД широкою распространения нс получили. На автомобилях в основном применяют зубчатые главные передачи, которые делятся на одинарные и двойные. Псрсда-гочное число главной передачи в основном зависит оз быстроходности и мощности двигателя, массы и назначения автомобиля и 11Я большинства современных автомобилей составляет 4—9. Для 1сгковых автомобилей обычно применяют одинарную главную передачу, для грузовых автомобилей — как одинарную, так и двойную.
Одинарная главная передача (рис. 14.21, а) состоит из одной пары конических зубчатых колес со спиральными зубьями. К та-t ой передаче крутящий момент передастся от карданной передачи на ведущую коническую шестерню /, а от нес — на ведомое колесо 2, которое через специальный механизм (дифференциал) и полуоси передаст вращение на ведущие колеса автомобиля. Оси (убчатых колес одинарных передач могут пересекаться или быть < мсщенными (рис. 14.21, о); в последнем случае одинарная передача называется гипоидной. В такой главной передаче зубья шсс-Гсрни / и колесо 2 имеют специальную форму и наклон спирали,
249
позволяющие опустить ось конической шестерни на расстояние С, равное 30...42 мм.
При применении главной передачи с гипоидным зацеплением зубчатых колес карданную передачу и пол кузова можно разместить ниже, уменьшив тем самым высоту центра тяжести автомобиля, что улучшает его устойчивость. Кроме того, в гипоидной передаче одновременно в зацеплении находится большее число зубьев, чем в обычной конической передаче, в результате чего зубчатые колеса работают более надежно, плавно и бесшумно. Однако при гипоидном зацеплении происходи! продольное проскальзывание зубьев, сопровождающееся выделением теплоты, в результате чего происходит разжижение и выдавливание масла с поверхности сопряженных зубьев, приводящее к их повышенному изнашиванию. Поэтому для гипоидных передач применяют специальные трансмиссионные масла с противоизносной присадкой.
Одинарные главные передачи со спиральными зубьями применяют на ряде моделей автомобилей «ГАЗсль». УАЗ, а гипоидные — на автомобилях ЗИЛ-4331, -5301 «Бычок», ГАЗ-3307, ВАЗ-2106, ИЖ-21261, автобусе ПАЗ-3205 и др.
Двойные главные передача конструктивно Moiyi выполняться в одном картере — центральные (рис. 14.21, в) или каждая пара зубчатых колес располагается отдельно — разнесенные (рис. 14.21. г). В последнем случае главная передача состоит из двух отдельных механизмов: одинарной конической зубчатой передачи, устанавливаемой в заднем мосту, и цилиндрических зубчатых передач — колесных редукторов.
Рис. 14.21. Схемы главных передач: а — одинарной; б — гипоидной; в — двойной; г — разнесенной
250
Двойная центральная передача (см. рис. 14.21, в) состоит из пары конических и пары цилиндрических шестерен. Цилиндрические шестерни 5 и 6 имеют прямые или косые зубья, а конические 3 и 4 — спиральные. Крутящий момент передается от ведущей конической шестерни 3 к ведомой 4, установленной на одном валу с цилиндрической шестерней 6, которая передает крутящий момент на цилиндрическую шестерню 5. Двойная главная передача по сравнению с одинарной обладает более высокой механической прочностью и позволяет увеличить передаточное число при достаточно большом дорожном просвете иод балкой (картером) ведущего моста, что повышает проходимость автомобиля.
Двойные главные передачи применяю! на автомобилях большой массы и автобусах, на некоторых из них (автомобили MA3-5335) устанавливают разнесенную главную передачу (см. рис. 14.21, г).
Дифференциал. При повороте автомобиля его внутреннее ведущее колесо проходит меньший путь, чем наружное, поэтому, чтобы качение внутреннего колеса происходило без скольжения, оно должно вращаться медленнее, чем наружное. Это необходимо для гою, чтобы исключить при повороте пробуксовывание колес, которое вызывает повышенное изнашивание шин, затрудняет управление автомобилем и увеличивает расход топлива. Для обеспечения разных значений частоты вращения ведущих колес их крепят не на одном общем валу, а на двух полуосях, связанных между собой межколесным дифференциалом, подводящим к полуосям крутящий момент от главной передачи. Таким образом,
Рис. 14.22. Конический симметричный дифференциал: а — устройство; б — схема работы
дифференциал служит для распределения крутящего момента между ведущими колесами и позволяет правому и левому колесам при поворотах автомобиля и при его движении на криволинейных участках дороги вращаться с разной частотой. Мсжколссный дифференциал бывает симметричным или несимметричным, соответственно распределяющим крутящий момент между полуосями поровну или нс поровну. На автомобилях получили применение межколесные конические симметричные дифференциалы, межосевые конические и кулачковые дифференциалы повышенного трс 11 и я.
Конический симметричный дифференциал (рис. 14.22. а) представляет собой шестеренный механизм, смонтированный в главной передаче, и состоит из двух конических зубчатых колес 2 и <?, шесте ре и-сателлитов / и 7 и крестовины 4. Ведомое колесо 5 главной передачи жестко соединено с коробкой дифференциала, состоящей из двух чашек, между которыми крепится крестовина. Полуосевые зубчатые колеса 2 и 8установлены в коробке дифференциала на ।плицах полуосей 3 и 9. соединенных с ведущими колесами автомобиля. От ведущей шестерни 6 главной передачи крутящий момент передается на ведомое колесо 5 и коробку дифференциала. вместе с которой вращается крестовина 4 с расположенными на ней шестернями-сателлитами 1 и 7.
При прямолинейном движении автомобиля по ровной дороге оба ведущих колеса испытывают одинаковые сопротивления качению и проходят одинаковые пути. Поэтому сателлиты, вращаясь вместе с крестовиной и коробкой дифференциала, сообщают зубчатым колесам 2 и 8одинаковую частоту вращения, а сами относительно своих осей нс поворачиваются. При этом сателлиты как бы заклинивают полуосевые зубчатые колеса, соединяя обе полуоси.
При движении автомобиля на повороте (рис. 14.22, б) его внутреннее колесо проходит меньший путь, чем наружное, в результате чего полуось 9(см. рис. 14.22. а) и полуосевос зубчатое колесо 8, связанные с внутренним колесом автомобиля, вращаются медленнее. При этом шестерни-сателлиты 1 и 7, вращаясь на шипах крестовины 4, перекатываются по замедлившему вращение по-луосевому зубчатому колесу 8, в результате чего повышается частота вращения полуосевого зубчатого колеса 2и полуоси 3. Таким образом, ведущие колеса автомобиля при повороте получают возможность проходить за одно и то же время разные пути без юза и пробуксовывания.
Основная особенность любого симметричного дифференциала — равное распределение крутящего момента между ведущими колесами. Эта особенность в некоторых случаях оказывает отрицательное влияние при преодолении автомобилем труднопрохо щмых участков дороги. В случае попадания одного из колес автомобиля, например левого, на скользкое покрытие дороги (лед, мокрый
252
грунт и т.п.) крутящий момент на нем уменьшается до значения, ограниченного коэффициентом сцепления колеса с дорогой. Такой же крутящий момент действует и на правое колесо, хотя оно находится на поверхности с высоким коэффициентом сцепления. Если суммарный момент будет недостаточен для движения автомобиля, то последний не сможет тронуться с места. В этом случае левое колесо будет буксовать, а правое оставаться практически неподвижным.
Межосевой конический дифферелциал устанавливают на автомобилях повышенной проходимости с колесными формулами 6x4 и 6x6, ведущие мосты которых могут работать в разных условиях сцепления колес с дорогой.
В качестве примера рассмотрим межосевой дифференциал автомобиля КамАЗ-5320. Картер 2 (рис. 14.23, а) межосевого дифференциала прикреплен к картеру главной передачи промежуточного моста. Коробка 3 дифференциала состоит из двух чашек, соединяемых болтами. Передняя чашка имеет хвостовик, который опирается на шариковый подшипник. На шлицованной части хвостовика установлен фланец /, связывающий дифференциал с карданной передачей. Внутри коробки 3 размещен дифференциаль-
Рис. 14.23. Межосевой дифференциал автомобиля КамАЗ-5320 и его модификаций:
а — устройство: б — механизм блокировки
253
ный механизм, в который входят сателлиты 4 с крестовиной 5, коническое зубчатое колесо 14 привода заднего моста и колесо 13 привода промежуточного моста. Зубчатое колесо 13 при помощи шлицов жестко соединяется с ведущей шестерней 9 главной передачи промежуточного моста, а колесо 14 — со шлицованным концом проходного вала 10 привода заднего моста. Зубчатое колесо 13 имеет наружные зубья, с которыми в постоянном зацеплении находятся внутренняя зубчатая муфта 12 и муфта 11 блокировки дифференциала.
Блокировка осуществляется при помощи механизма д', который трубопроводами связан с пневматическим крапом управления, размещенным на щитке приборов в кабине автомобиля. Для включения блокировки водитель открывает кран управления, и сжатый воздух поступает в полость между крышкой и мембраной 19 (рис. 14.23, б), которая, прогибаясь, перемешает вперед при помощи пружины 16 стакан 18 и ползун 15, преодолевая сопротивление возвратной пружины 17. При этом замыкаются контакты микровыключателя 6(см. рис. 14.23. а), включающие контрольную лампу на щитке приборов.
Вместе с ползуном перемещается и укрепленная па нем вилка 7, которая вводит муфту 11 в зацепление с зубчатым венцом на корпусе дифференциала. В этом случае колесо 13 привода среднего моста и коробка 3 дифференциала оказываются жестко соединенными, тем самым дифференциал принудительно блокируется и зубчатые колеса 14 и 13 привода мостов вращаются с одинаковой частотой. При разблокировке дифференциала кран управления закрывается. При этом полость ja мембраной механизма блокировки соединяется с атмосферой. В результате этого поддавленном возвратной пружины 17 (см. рис. 14.23, б) мембрана 19 и ползун 15 с вилкой 7 (см. рис. 14.23, а) перемещаются вправо, возвращая одновременно муфту блокировки в исходное положение.
Кулачковый дифференциал повышенного трения (рис. 14.24) благодаря дополнительным силам трения (в результате самоблокировки) передает больший крутящий момент на то колесо автомобиля, которое вращается медленнее, что уменьшает возможность его пробуксовывания и повышает устойчивость автомобиля против бокового заноса.
Картер кулачкового механизма состоит из двух половин, соединенных болтами вместе с ведомым зубчатым колесом 3 и опирающихся на конические роликовые подшипники. Правой половиной дифференциала является его чашка 5, а левой — сепаратор 2. В сепараторе 2 расположены два ряда радиальных отверстий (по 12 отверстий в каждом ряду), в которых размешены сухари 6, установленные между внутренней 1 и наружной 4 звездочками, при помощи шлицов соединенными с полуосями. Внешняя поверхность внутренней звездочки / ио окружности имеет два ряда
254
Рис. 14.24. Кулачковый дифференциал повышенного трения автомобилей ГАЗ-3308, -33097 «Садко»
кулачков (по шесть кулачков в каждом ряду), а внутренняя поверхность наружной звездочки 4 имеет один ряд кулачков. Крутящий момент от ведомого колеса 3 передастся сепаратору 2, а от него через сухари 6 — на кулачки звездочек и затем на полуоси.
При движении автомобиля по прямой и ровной дороге сопро-гивление движению обоих колес одинаково и звездочки вращаются с одинаковой частотой. При движении автомобиля по скольз-। ой дороге, в случае когда одно колесо испытывает большее сопротивление, чем другое, сепаратор дифференциала прижимает сухари к кулачкам наружной и внутренней звездочек. В результате самоблокировки дифференциала возникает сила трения, которая па отстающей мездочке направлена в сторону вращения, а на мбегающей — против вращения. При этом крутящий момент распределяется между звездочками неодинаково: на отстающей он " ют больше на величину момента сил трения, на забегающей — меньше на ту же величину.
Из-за наличия сил трения происходит перераспределение момента между колесами. Наряду с этим в результате повышенного Греция между сухарями и звездочками требуется значительное усище для изменения частоты вращения одной звездочки отиоси-гсльно другой, что может произойти только при сравнительно большой разнице между дорожными сопротивлениями правого и левого колес. Поэтому у автомобилей с такими дифференциалами
255
при пробуксовывании одного колеса полная остановка другого колеса будет происходить значительно реже по сравнению с автомобилями, имеющими конический симметричный дифференциал.
На ряде моделей автомобилей повышенной проходимости (ГАЗ-33097 «Садко» и др.) кулачковый самоблокирующпйся дифференциал устанавливается также и в главной передаче переднего ведущего моста, чго обеспечивает эффективную эксплуатацию лих автомобилей в тяжелых дорожных условиях.
Описанные главные передачи с дифференциалами являются составными частями ведущих мостов, поэтому их работа и взаимодействие с деталями узлов привода колес рассмотрены на примерах ведущих мостов конкретных автомобилей.
14.7.	Ведущие мосты
Ведущий мост представляет собой жесткую пустотелую балку, состоящую из трех основных элементов: двух полуоссвых рукавов и средней части — картера, в котором размещена главная передача с дифференциалом. В полые рукава балок запрессованы стальные трубчатые кожухи полуосей, которые служат для установки ступиц колес. По способу изготовления балки ведущих мостов различают на литые и штампованно-сварные. У большинства автомобилей и автобусов балки задних ведущих мостов состоят из двух стальных штампованных половин, сваренных между собой.
Устройство и взаимодействие главной передачи, дифференциала и узлов привода задних колес рассмотрим на примере ведущих мостов автомобилей и автобусов с различными колесными формулами.	I
Ведущий мост автомобиля ЗИЛ-431410. Главная передача заднего моста этого автомобиля (рис. 14.25) двойная с общим передаточным числом 6,32; состоит из пары конических зубчатых колес со спиральными зубьями и пары цилиндрических косозубых колес. Ведущая коническая шестерня // изготовлена как одно целое с валом 2 и соединена с карданной передачей с помощью фланца /. Шестерня вращается в роликовых подшипниках 6 и 9, установленных в корпусе 7. прикрепленном болтами к картеру /7 главной передачи. Масло для смазывания подшипников ведущей шестерни поступает по желобу 33, отлитому в картере.	I
Ведомое коническое зубчатое колесо 12 крепится к фланцу промежуточного вала 15, с которым как одно целое изготовлена ведущая цилиндрическая шестерня 16. Прокладки 10 между кар гером /7 главной передачи и корпусом 7служат для регулировки зацепления зубьев ведущей шестерни 11 и ведомого зубчатою колеса 12.
256
К корпусу 7 крепится крышка 3 подшипника с сальником. Между крышкой и корпусом подшипника установлена уплотнительная прокладка 5, а между втулкой фланца / и роликовым подшипником 6— шайба 4. Между роликовыми подшипниками 6 и 9 расположены распорная втулка 34 и два шлифованных стальных кольца Sдля регулировки подшипников.
Промежуточный вал /5 установлен на конических роликовых подшипниках 14 и 32, расположенных в крышках 31 картера. Для регулировки подшипников и положения ведомого конического колеса /2 относительно оси ведущей шестерни // под крышки 31 подложены прокладки 13. Ведомое цилиндрическое зубчатое колесо 21 жестко соединено с двумя чашками 20 и 23 коробки дифференциала, в которых находятся полуосевые конические зубчатые колеса 22. Полуоси 26. размешенные в балке 27заднего моста. внутренними концами установлены в шлицевых отверстиях полуосевых зубчатых колес.
Рис. 14.25. Ведущий мост автомобиля ЗИЛ-431410
257
Рис. 14.26. Схемы полуосей:
а — полуразгружениой; о — полностью разгруженной
Коробка дифференциала вращается на конических роликовых подшипниках 24, закрытых крышками 18. Эти подшипники регулируют при помощи гаек 25. Между чашками дифференциала помешена крестовина 30, на шинах которой сидят сателлиты 28, находящиеся одновременно в зацеплении с полуосевыми зубчатыми колесами. Для уменьшения трения под полуоссвые зубчатые колеса и сателлиты установлены опорные шайбы 19 и 29 из низкоуглеродистой стал и.
При работе главной передачи усилие ог ведомого зубчатого колеса 21 передается коробке дифференциала, а через нее — на крестовину 30 и сателлиты 28. Последние, находясь в зацеплении с полуосевыми зубчатыми колесами 22, обеспечивают вращение полуосей.
Полуоси. Передача крутящего момента от дифференциала к ведущим колесам происходит при помощи полуосей. Каждая полуось 4 (рис. 14.26) внутренним концом со шлицами, на которых сидит полуосевая шестерня, установлена в коробке дифференциала. На наружном конце полуоси 4 (рис. 14.26, о) имеется фланец для крепления при помощи шпилек к ступице 5 колеса 1. Кроме крутящего момента Л/к, действующего на плече гк (радиуса качения колеса), полуоси могут воспринимать изгибающие моменты от сил, действующих при движении автомобиля.
Крутящий момент от полуоси к ступице ведущего колеса передастся через подшипниковый узел. В зависимости от расположения подшипников этого узла относительно кожуха, в котором находятся полуоси, различны и нагрузки, действующие на них. В связи с этим полуоси разделяются на два основных типа: полураз-груженные и полностью разгруженные.
Полуразгружениой полуосью (см. рис. 14.26, а) называется полуось 4, которая опирается на шариковый подшипник 2, располо-

258
a
Рис. 14.27. Привод к ведущим колесам автомобиля: а - ЗИЛ-431410; о - ГАЗ-ЗЗОХ -33097 «Садко»
женный внутри се кожуха 3. Такая полуось нс только перелает крутящий момент, скручивающий ее, по и воспринимас! изгибающие моменты.
Полностью разгруженной (см. рис. 14.26, б) называется полуось, разгруженная от изгибающих моментов и передающая только крутящий момент. Это достигается тем, что ступицу колеса устанавливают на кожухе 3 полуоси 4 на двух широко расставленных роликовых подшипниках 6 и 7, в результате чего изгибающие моменты воспринимаются кожухом, а полуоси передают только крутящий момент. На всех легковых автомобилях, автобусах особо малого класса и на многих грузовых автомобилях особо малой массы устанавливаю! полуразгруженные полуоси. На всех грузовых автомобилях средней и большой массы, а также автобусах среднего и большого классов устанавливают по шестью разгруженные полуоси.
В качестве характерного примера полностью разгруженной полуоси на рис. 14.27, а представлен привод задних ведущих колес автомобиля ЗИЛ-431410 в сборе с полуосью. Для установки полуосей и ступиц ведущих колее к торцовой части балки заднею моста приварены стальные кожухи 3, являющиеся балками полуосей 5. На обработанные шейки кожухов посажены два конических роликовых подшипника 9. Наружные кольца этих подшипников запрессованы в гнезда ступицы 4 колеса.
Установленная на подшипниках ступица закрепляется регулировочной гайкой 6 с замочной шайбой и контргайкой, которая зажимает сальник 7, препятствующий попаданию смазочного материала в ступицу из картера заднею моста. Для предотвращения вытекания его из ступицы и попадания в тормозной барабан на кожухе 3 размещен сальник 2. Фланец /5 полуоси 5 крепится к ступице с помощью шпилек и гаек 8. Для повышения надежности крепления полуосей на каждой шпильке установлены конусные разжимные втулки, при помощи которых достигается беззазорное соединение фланца полуоси на шпильках. В ре-тультате этого при передаче крутящего момента одновременно работают все шпильки.
На фланце ступицы с помощью шпилек II крепится тормозной барабан 13, а с другой стороны фланца на этих же шпильках с помощью гаек /Скрепятся диски 12 колес. Внутри тормозного барабана расположен разжимной кулак /, воздействующий при торможении на колодки 14 с приклепанными к ним фрикционными накладками.	]
В рассмотренной конструкции узла привода ведущего колеса полуось воспринимает только крутящий момент, а подшипники ступицы, расположенные симметрично относительно средней плоскости колеса, воспринимают изгибающие моменты и передают их на балку, разгружая при этом полуось.
260
Аналогичную конструкцию узла привода задних ведущих колес имеют и грузовые автомобили ГАЗ-3307, -3302 «ГАЗсль», ЗИЛ-5301 «Бычок» и др.
Типичным примером конструкции привода передних ведущих колес является привод (рис. 14.27, б) к управляемым колесам автомобилей ГАЗ-3308, -33097 «Садко», -33027 «ГАЗсль» и др. Передний мост лих автомобилей, оставаясь управляемым, в то же время передает крутящий момент передним ведущим колесам. Такие мосты часто называют комбинированными (одновременно управляемые и ведущие). Зак же как и задний мост, ведущий передний мост состоит из главной передачи, дифференциала и полуосей. У такою моста внешняя часть кожуха 20 полуоси 21 заканчивается сферическими чашками, являющимися опорами поворотной цапфы 17. Шкворень 23 поворотной цапфы изготовлен в виде двух шипов, приваренных к сферической чашке. На шипах установлены конические роликовые подшипники 18. которые закрывают крышками. Верхняя крышка одновременно является и рычагом 19 полой поворотной цапфы 17. Учитывая, что крутящий момент от дифференциала к ступицам 25 колес должен передаваться под изменяющимися углами, полуось 21 изготовлена как одно целое с внутренней вилкой 22. а вал /6. на котором установлена ступица колеса, изготовлен совместно с наружной вилкой 24.
Внутренняя вилка соединена с наружной вилкой карданным шарниром равных угловых скоростей шарикового тина, который обеспечивает одинаковые скорости вращения вилок независимо от угла управляемых колес. На шлицах вала /^установлен фланец /5, прикрепленный к ступице шпильками. Ступина 25 колеса вращается на двух конических роликовых подшипниках, установленных па поворотной цапфе 17.
Контрольные вопросы
1.	Каково принципиальное отличие мостовой трансмиссии от бортовой?
2.	Какова принципиальная разница в устройстве сцепления с мембранной пружиной?
3.	Как устроен гаситель крутильных колебании?
4.	Каково назначение и основные части коробки передач?
5.	Почему в коробке передач нс могут быть включены две передачи?
6.	Каково назначение и принцип работы синхронизатора коробки перелай автомобиля ЗИЛ-431410?
7.	Объясните назначение раздаточных коробок и назовите их основные части.
8.	Основные чаши и принцип действия дифференциала.
9.	В каких автомобилях и автобусах применяется двойная разнесенная । 1авная передача?
Глава 15
НЕСУЩАЯ СИСТЕМА, УПРАВЛЯЕМЫЙ МОСТ
И ПОДВЕСКА
15.1.	Рамы, их типы и устройство
Рама является несущей системой автомобиля, воспринимает все нагрузки, возникающие при движении автомобиля, и служит основанием, на котором монтирую! двигатель, агрегаты трансмиссии, механизмы органов управления, дополнительное и специальное оборудование, а также кабину, кузов или грузонесушую емкость (цистерну). Все грузовые и легковые автомобили с большим (обычно более 3,5 л) рабочим объемом цилиндров двигателя имеют раму. На легковых автомобилях особо малого и малого классов и автобусах рама отсутствует, ее функции выполняет несущий кузов легковых автомобилей или основание кузова у автобусов.
Рис. 15.1. Автомобильные рамы: а — лонжеронная; б — центральная
В зависимости от конструкции рамы (рис. 15.1) делятся на лонжеронные (лестничные) и центральные (хребтовые). Наибольшее распространение в автомобилестроении получили первые из них.
Лонжеронная рама грузовых автомобилей (рис. 15.1, а) состоит из двух продольных балок — лонжеронов 12 переменного сечения и нескольких поперечин 7. Лонжероны рамы могут сходиться в передней части (автомобили ЗИЛ) или располагаться параллельно один другому (автомобили ГАЗ). Спереди к лонжеронам кренятся буксирные крюки 2 и передний буфер /, предохраняющий автомобиль от повреждений.
На первой поперечине 7 рамы крепятся радиатор и передние опоры (одна или две) двигателя, задние его опоры — кронштейны 3 приклепаны к лонжеронам. Передние рессоры устанавливают на кронштейнах 14. Резиновые буфера 15 предохраняю г лонжероны от ударов. Между кронштейнами рессор на левом лонжероне крепится кронштейн /5 для крепления картера рулевого механизма.
На второй поперечине 7 рамы снизу крепится промежуточная опора карданной передачи. В задней части рамы на лонжеронах расположены кронштейны 6’для крепления задних рессор и кронштейны 9, служащие опорами для концов дополнительных рессор.
На левом лонжероне рамы имеется гнездо 11 для крепления аккумуляторной батареи, а на правом — откидной кронштейн 4 запасною колеса. Кронштейны Ю служат для крепления платформы, а кронштейн 16 — для фиксации положения пусковой рукоятки. На задней поперечине расположено тягово-сцепное устройство 6, а на заднем конце правого лонжерона — кронштейн 5 указателя поворота.
На легковых автомобилях ГАЗ в передней части кузова установлена полурама (подрамник), прикрепленная болтами к полу ку-зова. К ней крепится двигатель в сборе со сцеплением и коробкой передач.
Центральная рама (рис. 15.1, о) состоит из центральной несущей балки 21 с поперечинами 19. Поперечное сечение несущей балки 21 может быть круглым или швеллерным. В некоторых случаях рама образуется в результате соединения специальными патрубками 20 картера /7 раздаточной коробки и картеров 18 главных передач.
Между фланцами патрубков и картеров установлены поперечины 19, служащие опорами двигателя, кабины, кузова и других агрегатов. Такие рамы обладают высокой прочностью на изгиб, но Из-за сложности их изготовления широкого распространения в отечественном и зарубежном автомобилестроении они не получили.
263
15.2.	Передний управляемый мост и углы установки колес
Управляемый мост обеспечивает поворот автомобиля при помощи поворотных цапф, шарнирно соединенных с балкой моста. На управляемый мост, кроме вертикальной нагрузки от силы тяжести автомобиля, продольных и поперечных усилий от колес, действуют также силы и моменты, возникающие при повороте и торможении автомобиля.
Передний управляемый мост. Устройство переднего управляемою моста во многом определяется конструкцией несущей системы и типом подвески.
Передний мост автомобиля ЗИЛ-431410 (рис. 15.2) состоит из балки 13 и поворотных цапф 6 в сборе. Балка 13 двутаврового сечения изготовляется и; углеродистой стали. На се концах в вертикальной плоскости сделаны отверстия для установки шкворней <8’, обеспечивающих шарнирное соединение балки с поворотными цапфами 6. С одной стороны шкворни 8 имеют лыску для
Рис. 15.2. Передний мост автомобиля ЗИЛ-431410
264
удержания их oi проворачивания в отверстиях балки, в которых они крепятся при помощи клиновидного штифта 12.
Поворотная цапфа 6 — стальная кованая, имеет фланец, на наружной стороне которого в вертикальной плоскости расположены два выступа с запрессованными в них втулками 10, в которые входят концы шкворня. Таким образом, правая и левая поворотные цапфы 6, вращаясь на шкворнях Л’, могут поворачиваться в горизонтальной плоскости в обе стороны. Максимальный угол поворота цапф вправо составляет 34’, влево — 36°. Для облегчения поворота управляемых колес между балкой и нижним выступом фланца цапфы установлены опорные шайбы 14 и 15. Для регулирования осевого зазора между поворотной цапфой и проушиной балки служат прокладки 11.
На поворотных цапфах установлены роликовые подшипники 2, на которых вращается ступица / с передним колесом. Внутренние кольца подшипников сидят на шейках цапфы, а наружные запрессованы в гнезда ступицы колеса. Подшипники резулируют гайкой фиксируемой при помощи .замочного кольца 4. замочной шайбы 7 и контргайки 5.
С внутренней стороны ступицы к фланцу прикреплен болтами с гайками тормозной барабан 9. На наружных фланцах ступиц имеются отверстия для запрессовки в них шпилек, на которые устанавливаются диски управляемых колес автомобиля.
Углы установки передних колес. Автомобиль должен сохранять прямолинейное движение и возвращаться к нему после поворота. Нельзя допускать скольжение шин по дороге, так как это приводит к их быстрому изнашиванию. Для выполнения этих требований передние колеса и шкворни поворотных цапф управляемых мостов устанавливают иод определенными углами. Конструкция переднего поста обеспечивает развал и схождение передних колес, а также поперечный (боковой) и продольный углы наклона шкворней.
Угол развала колес (рис. 15.3, а) определяется углом а, образуемым плоскостью вращения колеса с вертикальной плоскостью, и обеспечивается углом наклона поворотных цапф вниз и считается положительным, если верхняя часть колеса отклонена наружу от вертикальной плоскости. Угол развала различен у разных моделей автомобилей и составляет ()...2°.
Угол развала необходим для обеспечения перпендикулярного расположения колес к поверхности дороги при движении автомобиля. Кроме того, при установке колес с углом развала сила реакции дороги в основном передается на внутренний подшипник ступицы колеса, выполняемый обычно большего размера, чем внутренний.
Поперечный наклон шкворня определяется углом (см. рис. 15.3, а), образуемым осью шкворня с вертикальной плоскостью, парад-
265
Рис. 15.3. Углы установки управляемых колее
дельной продольной плоскости автомобиля, иными словами, верхний конец шкворня наклонен внутрь к середине балки моста. Такой наклон шкворня совместно с углом развала колес уменьшает расстояние между точкой пересечения геометрической оси шкворня с дорогой и точкой центра контакта шины, т.е. уменьшается плечо А момента, который необходимо приложить при повороте колес автомобиля, следовательно, облегчается управление автомобилем. Кроме того, при повороте колес вокруг шкворней с поперечным наклоном передняя часть автомобиля несколько приподнимается и при выходе его из поворота под действием силы тяжести стремится опуститься, обеспечивая возвращение колес в исходное положение, как только исчезнет сила, удерживающая колеса в положении поворота. Эти углы сравнительно велики и находятся в пределах 6... 10°.
Продольный наклон шкворня (рис. 15.3. о) определяется углом у, образуемым вертикальной плоскостью, перпендикулярной продольной оси автомобиля, и осью шкворня. При этом ось шкворня пересекается с дорогой на расстоянии Б от центра контакта шины. Это расстояние является плечом боковой силы, возникающей при повороте, в результате чего создается стабилизирующий момент, который стремится повернуть колесо вокруг шкворня и вернуть его в исходное положение. Этим обеспечивается лучшая устойчивость и стабилизация управляемых колес при прямолинейном движении автомобиля. Угол продольного наклона шкворня обычно находится в пределах 2,5...3,5°. Однако стабилизация управляемых колес зависит также от эластичности шип. Чем эластичнее шины, тем больше их деформация и момент, стремящийся повернуть колесо в нейтральное положение. Поэтому у автомобилей с шинами повышенной эластичности продольный наклон шкворня нс превышает Г.
Схождение колее (рис. 15.3. в) необходимо для того, чтобы обеспечить их параллельное качение. При движении автомобиля из-за
266
установки колес с развалом возникает усилие, способствующее разворачиванию колес на угол 0,5... 1,0° от вертикальной плоскости автомобиля. При этом колеса стремятся катиться по расходящимся дугам. Для устранения этого явления применяют схождение колес, при котором расстояние В между колесами впереди делают несколько меньшим, чем расстояние Г между колесами сзади. В результате схождения колес они катятся параллельно и строго в продольной плоскости автомобиля, что устраняет боковое скольжение колес но дороге и уменьшает изнашивание шин. Так как угол схождения колес не превышает 1 , то на практике схождение определяют как разность расстояний В и Г, которые измеряют между ободьями колес или боковинами шин па высоте их осей. Схождение колес зависит от угла развала и составляет 2... 12 мм.
15.3.	Подвески автомобилей
Подвеска автомобилей и автобусов служит для смягчения ударов и гол ч ков. воспринимаемых колесами от неровностей доро-IH, гашения колебаний рамы или кузова и снижения динамических нагрузок на несущую систему.
Подвеска включает в себя три основные части: упругий элемент, гасящий элемент (амортизатор) и направляющее устройство. Кроме того, в подвеску легковых автомобилей в качестве дополнительного устройства вводят стабилизаторы поперечной устойчивости.
Упругий элемент связывает раму с передним и задним мостами или с колесами и поглощает удары, возникающие при движении автомобиля, обеспечивая необходимую плавность хода. В качестве упругого элемента применяют листовые рессоры, пружины, пневмобаллоны и скручивающиеся упругие стержни (торсионы).
Гасящий элемент — амортизатор — служит для быстрого чтения вертикально-угловых колебании рамы или кузова автомобиля. Наибольшее распространение получили телескопические амортизаторы двустороннего действия, которые гасят колебания как при сжатии, так и при растяжении упругого элемента.
Направляющее устройство обеспечивает вертикальные перемещения колес, а также передачу толкающих и тормозных усилий от колес к раме или несущему кузову. По типу направляющего устройства подвески делятся на независимые (пружинные) и зависимые (рессорные и балансирные).
При зависимой подвеске (рис. I5.4, а) оба колеса жестко свя-jaiiw между собой мостом, подвешенным к раме. При этом перемещение одного из колес в поперечной плоскости вызывает перемещение другого колеса.
267
Рис. 15.4. Схемы подвесок: а — зависимая; б — независимая
При независимой подвеске колес (рис. 15.4, о) каждое колесо непосредственно подвешено к раме или несущему кузову и перемещение одного колеса практически нс зависит от перемещения
другого.
Тип направляющего устройства подвески определяет конструкцию переднего управляемого моста, базовой деталью которого является балка. Если она связана с колесами жестко, то мост на $ы-вается неразрезным (см. рис. 15.4. а), а если через упругие элементы — ра .резным (см. рис. 15.4, б). На легковых автомобилях применяют разрезные передние мосты с независимой подвеской колес. Грузовые автомобили и автобусы имеют обычно неразрезные пе
редние мосты и зависимую подвеску.
Бесшкворневая независимая рычажно-пружинная подвеска перед
них колес широко применяется на таднеприводных легковых ав
томобилях ГАЗ, ВАЗ, ИЖ. К основным преимуществам такой под
вески следует отнести меньшую массу ее неподрессорснных час
тей, снижение усилия, действующего в шарнирах подвески, и простогу конструкции. Конструктивное отличие такой подвески состоит в гом, чго она имеет поворотную стойку, жестко соеди
ненную непосредственно с цапфой колеса. Концы стойки расположены в верхнем и нижнем рычагах на шаровых шарнирах, позволяющих цапфе иметь угловые перемещения в вертикальной и
гори зо I ггал ы 1 ои 11 л ос костя х.
Бесшкворневая подвеска такого тина (рис. 15.5) собрана на штампованной балке (поперечине) переднего моста, а ее нижние 14 и верхние 5 рычаги установлены на осях 4 и 75, закрепленных на поперечине. Нижние рычаги качаются на двух разборных резино-металлических втулках, а верхние — на нсразборных резинометаллических шарнирах. На наружных концах верхних рычагов смонтированы разборные шаровые шарниры . состоящие из шаровых опор и головок шаровых пальцев поворотной стойки 9. Верхний шаровой палец 8вставлен в цилиндрическое разрезное гнездо стойки 9 и закреплен болтом, а нижний шаровой палец установлен в опоре 12 стойки и закреплен гайкой 11. На цапфе поворотной
268
стойки на двух конических роликовых подшипниках установлена ступица 10 колеса.
Упругим элементом подвески является цилиндрическая пружина 2, установленная между поперечиной / и нижним рычагом 14 подвески. Внутри пружины расположен телескопический амортизатор 3 двойного дейст вия. Ограничение хода сжатия и отдачи обеспечивается резиновыми буферами 13 и 6, прикрепленными к рычагам. Подвеска взаимодействует также со стабилизатором поперечной устойчивости. При боковых кренах кузова автомобиля стержень стабилизатора закручивается и ограничивает наклоны кузова, перераспределяя при этом нагрузки, действующие на пружины подвески. При движении автомобиля на крутых поворотах стабилизатор снижает крен автомобиля на 15...25 %.
На переднеприводных моделях автомобилей ВАЗ-2109, -2110 и других применена независимая подвеска передних ведущих колес. Основным элементом подвески является качающаяся телескопическая стойка 5 (рис. 15.6), которая одновременно выполняет роль направляющего устройства и гасящего элемента в виде гидравлического амортизатора двойного действия.
Па стойке установлены витая цилиндрическая пружина 6 и буфер сжатия 7, ограничивающие ход колес вверх. Ход колеса вниз ограничивается гидравлическим буфером отдачи, расположенным в амортизаторе. Верхний конец стоики 5через резиновую опору 9 соединен с кузовом. В опоре установлен подшипник 8. который обеспечивает вращение стойки при повороте управляемых колес.
Рис. 15.5. Независимая беешкворневая подвеска передних колес
269
Рис. 15.6. Передняя подвеска перед н е п р и вол пых а втом об i1 л е й ВАЗ
Нижняя часть стойки соединяется при помощи кронштейна 4 с поворотной цапфой 3. Поперечный рыча! / подвески соединен с цапфой 3 шаровым шарниром 2. а с кронштейном поперечины кузова — pen 11 ю.металл и чески м шарниром.
Стабилизатор поперечной устойчивости крепится к рычагу / и к кронштейну кузова автомобиля при помощи резиновых подушек. Концы стабилизатора совместно со специальными растяжками рычага / воспринимаю! тяговые и тормозные усилия от передних ведущих колес и передают их на кузов.
Зависимая подвеска. Задние и передние мосты грузовых автомобилей и автобусов, а также задние мосты многих легковых автомобилей имеют зависимую подвеску. Широкое применение зависимой подвески объясняется тем, что она нс только смягчает толчки, воспринимаемые колесами от неровностей дороги, но и передаст тяговые и тормозные силы от колее к раме автомобиля. Наиболее распрост раненным упругим элементом такой подвески является рессора, которая одновременно является и ее направляющим устройством.
Механизмы и узлы, соединенные с колесами через рессоры, называются подрессоренными частями автомобиля, а узлы и детали, связанные непосредственно с колесами (балки переднего и задних мостов, рычаги, тяги и т.п.) — неподрессоренными.
Рассмотрим устройство зависимой рессорной! подвески (рис. 15.7) автомобиля ЗИЛ-431410. Передний мост этого автомобиля подвешен к рамс на двух полуэллиптических рессорах с гидравлическими амортизаторами 5 (рис. 15.7, а). Каждая рессора состоит из 11 листов, изготовленных из кремнистой стали. Первые два листа рессоры (большие по длине) называются коренными. В средней части каждого листа рессоры имеются но две отштампованных выдавки, препятствующие их продольному и поперечному перемещению. С этой же целью листы рессоры стянуты хомутиками 3.
270
Шарнирное соединение переднего конца рессоры в кронштейне / рамы обеспечивается следующим образом. На конце рессоры через накладку 1 /двумя болтами и стремянкой 2 крепят ушко 12. В пего запрессовывают втулку 13, через которую свободно проходит рессорный палец 14, закрепленный в кронштейне. Для смазывания пальца служит масленка 15. Средняя часть рессоры соединяется стремянками 10 с балкой 9 переднего моста.
Задний конец рессоры расположен в проушинах кронштейна 7 и опирается на сухарь 21, изготовленный из износостойкой стали. При любом допустимом прогибе рессоры конструкция подвески позволяет ей свободно перемещаться в продольном направлении в результате скольжения коренного листа по опорному сухарю 21.
Для предохранения от изнашивания скользящего коренного листа на его конце приклепана вспомогательная накладка 8. Опорный сухарь установлен на пальце 20, концы которого расположены в двух вкладышах 19, изготовленных из легированной стали. Вкладыши, закрепленные в кронштейне 7 стяжным болтом 23 с распорной втулкой 22, служат для предохранения кронштейна от истирания концами рессор. Прогибы рессоры ограничиваются резиновыми буферами 4 и 6. Буфер 6 установлен в опоре на лонжероне рамы, а буфер 4 прикреплен к рессоре стремянками 10.
Амортизатор 5 шарнирно соединен с передним мостом и рамой при помощи пальца /7и резиновой втулки 16. Проушина 18 поворачивается относительно пальца в результате деформации резиновых втулок.
Задний мост автомобиля подвешен к рамс на парных полуэл-липтических рессорах (рис. 15.7, б), из которых две рессоры 27 основные и две рессоры 26 дополнительные (подрессорники). Основная рессора состоит из 13 листов, а дополнительная — из девяти. Основная рессора крепится к балке 32 заднего моста стремянками 28 с накладками 29 и 31. Передний и задний концы основной рессоры 27задней подвески крепятся к раме в кронштейнах 24 и 30 так же, как и концы рессоры передней подвески.
Если автомобиль нс нагружен, работает тол ько основная рессора; в этом случае концы дополнительной рессоры 26 и кронштейны 25 не соприкасаются между собой. Когда автомобиль нагружен, рама в результате прогиба основной рессоры опускается и концы дополнительной рессоры упираются в кронштейны. В этом случае работают обе рессоры. Для плавного изменения жесткости дополнительной рессоры в начальный период ее работы опорные поверхности кронштейнов 25 имеют фасонную поверхность. Для смягчения ударов бгигки заднего моста о раму при работе автомобиля в тяжелых дорожных условиях на лонжеронах рамы установлены резиновые буфера.
Многие грузовые автомобили с колесной формулой 4x2 имеют передние и задние подвески, аналогичные но устройству описанным ранее. Наряду с этим подвеска грузовых автомобилей се-
271
в
Рис. 15.7. Зависимая подвеска грузового автомобиля: а — переднего моста; о — заднего моста
мейства ГАЗ имеет конструктивную особенность, состоящую в том, что коренные листы рессор как передней, так и задней подвески не имеют накладных ушек для их крепления. Коренные листы с кронштейнами рамы соединяются при помощи толстостенных резиновых вкладышей (опорных и торцовых). Такое соединение нс требует смазывания, а также способствует повышению плавности хода автомобиля.
272
Балансирная подвеска (рис. 15.8) на продольных перевернутых полуэллиптических рессорах применяется в трехосных автомобилях, промежуточный и задний мосты которых обычно располагаются близко один к другому. Иногда се используют на четырехосных автомобилях и многоосных прицепах. К раме автомобиля на специальных кронштейнах прикреплена поперечная ось 6, па концах которой во втулках установлена ступица 7, которая стремянками крепится к средней части рессоры 5. Концы рессоры опираются на кронштейны 3 полуосевых кожухов задних мостов 4 и 8.
Ведущие мосты соединяются с рамой штангами, передающими па раму толкающие усилия. Для этой пели каждый ведущий мост имеет на концах полуосевых рукавов нижние кронштейны, соединяемые с кронштейнами рамы двумя нижними штангами /. Кроме того, на каждом ведущем мосту прикреплен верхний кронштейн, соединяемый верхними штангами 2 с кронштейном рамы. Штанги соединяются с кронштейнами шаровыми пальцами.
При балансирной подвеске оба задних моста образуют общую (слежку, которая может качаться вместе с рессорами на оси 6, и, кроме того, в результате прогиба рессоры каждый мост может иметь независимые перемещения, обеспечивающие хорошую приспособляемость колес к неровностям дороги и высокую проходимость автомобиля. При угловом смещении мостов концы рессор 5 СКОЛЬЗЯ! в опорных кронштейнах.
Рис. 15.8. Задняя подвеска трехосного автомобиля
273
15.4.	Гидравлические амортизаторы
При движении автомобиля в результате деформации рессор и пружин подвески возникают поперечные колебания рамы или кузова, которые гасятся амортизаторами. В связи с повышенными требованиями к плавности хода амортизаторы стали одним из основных элементов подвески современных автомобилей.
На автомобилях и автобусах наиболее широко применяют гидравлические амортизаторы, в которых используют сопротивление (внутреннее трение) сравнительно вязкой жидкости, проходящей через калиброванные отверстия малых диаметров и ограниченные сечения в клапанах. Полный цикл колебаний рамы относительно моста и колес включает в себя два периода:
ход сжатия рессоры, когда подрессоренная часть (рама с платформой) сближается с неподрессоренной частью (мостами и колесами);
ход отдачи рессоры, когда подрессоренная часть удаляется от ней од рессоре и и о й.
Амортизаторы делятся на две группы: амортизаторы двустороннего действия и амортизаторы одностороннего действия; последние гасят колебания только при ходе отдачи рессоры. Амортизаторы двустороннего действия способствуют бол ее плавной работе подвески, по лому они почти полностью вытеснили амортизаторы одностороннего действия.
Амортизатор (рис. I5.9, а) двустороннего действия состоит из резервуара /6, рабочего цилиндра 17, штока 18 с поршнем 14 и клапанов: перепускного 5, отдачи 7, впускного 9, сжатия 10. В верхней части шток поршня перемешается в направляющей втулке и уплотнен резиновым сальником 3, расположенным в обойме. Между направляющей штока и обоймой сальника 3 находится сальник 4, уплотняющий полость П резервуара 16.
В рабочем цилиндре //вместе со штоком 18 перемешается поршень 14, в котором имеются сквозные отверстия, равномерно расположенные в два ряда по окружностям различных диаметров (по 10 отверстий в каждом ряду). Отверстия 6, находящиеся на большей окружности, закрыты сверху перепускным клапаном 5, к которому прижимается пружинная шайба. Отверстия /5на меньшей окружности перекрываются снизу дроссельным диском клапана отдачи 7. Этот клапан состоит из двух плоских стальных дисков, прижимаемых к поршню пружиной 8.
В нижней части рабочего цилиндра расположен корпус, в котором установлены впускной клапан 9 и клапан сжатия 10, прижимаемый пружиной //. Эти клапаны закрывают отверстия 13 и 12, расположенные в корпусе. К штоку 18 и резервуару 16 приварены проушины /. Нижней проушиной амортизатор крепится к балке или к нижним рычагам переднего моста при независимой
274
Рис. 15.9. Гидравлический амортизатор двустороннего действия: а — устройство; б, в — схемы работы
подвеске, а верхней — к кронштейну рамы или основания ку-зова. От повреждений и попадания грязи шток защищен кожухом 2.
Во время хода сжатия рессоры (рис. 15.9. о) поршень амортизатора движется вниз, перепускной клапан 5 открывается и жидкость перетекает через отверстия 6 поршня 14 в надпоршневое пространство. Под давлением жидкости клапан сжатия /6/преодолевает усилие пружины // и открывается, при этом жидкость в объеме, равном вводимой части штока, вытесняется из рабочего цилиндра в резервуар 16. Усилие пружины // клапана сжатия cornier необходимое сопротивление амортизатора, в результате чего частота колебаний подвески и подрессоренных масс автомобиля уменьшается. При перемещениях штока жидкость, частично просачиваясь через зазор между направляющей втулкой и штоком, поступает через отверстие /9 (см. рис. 15.9, а) в полость П резер
275
вуара, разгружая тем самым сальники от действия рабочего давления жидкости.
Во время хода отдачи (рис. 15.9, в) поршень движется вверх, вытесняя жидкость из верхней полости рабочею цилиндра в нижнюю. Перепускной клапан 5, расположенный со стороны надпоршневого пространства, закрывается, и жидкость через отверстия 15 поршня поступает к клапану отдачи 7 и открывает его. При этом жидкость в объеме, равном выводимой части штока, поступает из резервуара в рабочий цилиндр через отверстия 13, предварительно преодолев сопротивление впускного клапана 9.
Жесткость дисков клапана отдачи 7 и усилие пружины А’создают необходимое сопротивление амортизатора, которое пропорционально квадрату скорости перетекания жидкости.
При движении автомобиля необходимо, чтобы амортизатор гасил в основном свободные колебания подвески при ходе отдачи (распрямления рессоры) и не увеличивал жесткость рессоры при се сжатии. Поэтому сопроз ивление хода сжатия составляет 25... 30 % сопротивления хода отдачи.	!
В качестве амортизационной жидкости применяют веретенное масло (автомобили ЗИЛ-431410 и ГАЗ-3307), всесезонное масло МГПЦ-10 (автомобили ВАЗ) и смесь 50% трансформаторного и 50% турбинного масла (автомобили MA3-5335 и др.).	]
15.5.	Колеса
Колеса обеспечивают возможность движения автомобиля, а также смягчаюг толчки, возникающие при движении но неровностям дороги.
Автомобильное колесо (рис. I5.10, а) состоит из диска 2, обода 4 и шины 3. Ступица / колеса обычно входит в сборочный узел каждого моста автомобиля и при помощи соединительной части диска 2 соединяется с ободом 4, на который ус га на вливается пневматическая шина.
Поустройству соединительной части колеса деля гея на три типа: дисковые, бездисковые и спицевые. Последние используются лишь на некоторых легковых и гоночных автомобилях.	|
Наибольшее распространение на автомобилях получили дисковые колеса, ободья которых могут быть глубокими нсразборны-ми или плоскими разборными.
На легковых автомобилях обычно применяют дисковые колеса с глубокими ободьями (рис. 15.10, о), представляющими собой неразъемное сварное соединение обода 4 с диском 2, на наружной стороне которого имеются ребра жесткости 5 и выступы 7для крепления декоративного колпака. В средней части обола имеется кольцевое углубление — монтажный ручей, облегчающий мон-
276
Рис. 15.10. Автомобильные колеса:
а — в сборе; б — с неразборным ободом; « — с разборным ободом
гаж и демонтаж шин. По обеим сторонам обода 4 расположены конические посадочные полки, на которые монтируют борта шин. Наклон посадочных полок на уюл (5± 1) обеспечивает плотную посадку шины на ободе.
Крепежные отверстия 6 дисков имеют конические фаски с углом 60 , обеспечивающие центрирование диска и предотвращающие самоотвертывание крепежных гаек.
На большинстве грузовых автомобилей шины монтируют на диск колеса с плоским (без углубления) ободом (рис. 15.10, в), который делается разборным для облегчения монтажа и демонтажа шин. Обод 4 и диск 2 колеса соединены сваркой. Съемное бортовое кольцо 6' кренится замочным кольцом 9. Иногда бортовое кольцо 8 выполняю! разрезным, тогда его устанавливают на обод без замочного кольца.
Диски колес грузовых автомобилей крепятоя к ступице при помощи шпилек и гаек с конусными фасками. Чтобы гайки самопроизвольно нс отворачивались, резьба шпилек и гаек правых колес правая, левых колес — левая.
На задний мост грузового автомобиля устанавливают, как правило, сдвоенные колеса. Внутреннее колесо крепится на шпильках с колпачковыми ганками, имеющими внутреннюю и наружную резьбы. Наружные колеса устанавливают па колпачковых гайках и затягивают внешними ганками с конусными фасками.
На автомобилях МАЗ, КамАЗ и автобусах Л и АЗ применяют бездисковые колеса. Их принципиальное отличие от описанных конструкций дисковых колес состоит в том, что они не имеют промежуточной детали (диска) между ободом и ступицей. Передние колеса устанавливают на конические поверхности ступиц колес, .1 $адние — на кольца, прикрепленные к ступице гайками и шпильками. Специальные прижимы служат для центрирования и крепления бездисковых колес.
Пневматические шины разделяют по давлению воздуха в них, < иособу герметизации, устройству, габаритным размерам и форме
277
профиля. Вместе с подвеской шипы смягчают толчки, воспринимаемые колесами от неровностей дороги, поглощая энергию удара. Это обеспечивается упругостью сжатого воздуха, находящегося во внутренней полости шины. Нагрузка воспринимается в основном воздухом и частично (5... 10%) упругими стенками ш и и ы.
Максимально допустимое давление воздуха в шинах легковых и грузовых автомобилей малой массы составляет 0,2...0,30 МПа, Iрузовых автомобилей, автобусов и прицепов — 0,5...0,75 МПа.
По герметизации внутренней полости шины делятся на камерные и бескамерные, последние используют главным образом на легковых автомобилях и грузовых автомобилях малой массы.
Камерная шипа (рис. 15.11, а) состоит из покрышки 5, камеры 4 с вентилем 6 и ободной ленты 7 (шины легковых автомобилей ободной ленты не имеют).
Покрышка 5 воспринимает давление сжатого воздуха, удерживает камеру на ободе и защищает ее от повреждений. Покрышка состоит из каркаса /, подушечною слоя (брекера) 2, протектора 5, боковин Ю и бортов 9. Каркас изготовляют из нескольких слоев прорезиненной ткани — корда и прочно присоединяют к жестким бортам, кренящим покрышку на ободе колеса. В борт монтируется сердечник — кольцо 8 из стальной проволоки, обернутой прорезиненной тканью. Кольцо упрочняет и предохраняет борта покрышки от растягивания.
Сверху каркаса покрышка имеет толстый слой резины — протектор 2, на наружной (беговой) поверхности которого наносят рельефный рисунок для улучшения сцепления колеса с дорогой. В зависимости от назначения и условий эксплуатации шины выпускают со следующими рисунками протектора: дорожным (Д), универсальным (У) и повышенной проходимости (ПП), последний имеет протектор с более глубоким и крупным рисунком.
Рис. 15.11. Основные части пневматической шины
278
Подушечный слой 2 — резинотканевая прослойка, лежащая между протек тором и каркасом, предохраняет каркас от повреждений и смягчает удары, воспринимаемые протектором.
Камера 4— замкнутый резиновый рукав, в который накачивают воздух через вмонтированный в нее венти ть — клапан, пропускающий воздух только в камеру.
Ободная лента 7 устанавливается между ободом и камерой и предохраняет камеру от защемления бортами покрышки и истирания об обод.
Б е с к а м с р и а я ш ина 1егковых автомобилей (рис. 15.11, б) в отличие от описанной рапсе нс имеет камеры, вместо псе внутренняя полость покрышки покрыта специальным герметизирующим слоем 11 толщиной 2...3 мм, не допускающим утечки воздуха. По бортам шипы имеются кольцевые уплотнители и герметизирующий слой резины, обеспечивающие плотную посадку покрышки па борт. Вентиль /2 герметично крепится непосредственно в ободе колеса. Бсскамерная шина более безопасна при повреждениях, что особенно важно при высоких скоростях движения. Однако из-за увеличенного натяга бортов на полках обода демонтаж шин более сложен и требует применения специального оборудования.
По конструктивному исполнению каркаса покрышки шины телятся на диагональные и радиальные (рис. 15.12). Нити смежных слоев корда / (рис. 15.12, а) диагональной покрышки перекрещиваются друг с другом, образуя ромбовидную сетку.
В радиальных покрышках нити корда / (рис. 15.12, б) расположены от борта к борту по окружности профиля, т.е. в поперечной (меридиональной) плоскости, проходящей через ось вращения покрышки. При таком расположении нитей корда снижаются потери на внутреннее трение и нагрев каркаса, в результате чего
Рис. 15.12. Шины с различной конструкцией покрышки:
<i шагональная; о — радиальная (R): в — радиальная со съемным протектором (RC)
279
Рис. 15.13. Обозначение размеров шин
значительно увеличивается срок службы покрышки. Радиальные шины обозначают буквой R; если они имеют съемный протектор — RC (С — съемный), последние применяю!, как правило, на грузовых автомобилях. На шинах RC (рис. 15.12, в) устанавливают протекторные кольца 2, которые при изнашивании заменяю! новыми.
Размеры шин многих моделей автомобилей (рис. 15.13) обозначают двумя числами и проставляют на боковине покрышки. Первое число означает ширину профиля В, а второе — посадочный (внутренний) диаметр D шины. Размеры могут быть указаны в дюймах, миллиметрах или в смешанной системе. Например, на автомобиле ГАЗ-3307 устанавливают радиальные шины размером 8.25R20, а на автомобиле ВАЗ-21213 «Нива» диагональные — размером 6,95... 16. В такой записи размеры шип приведены в дюймах (1 дюйм = 25,4 мм). На автомобиле ЗИЛ-431410 устанавливают шины размером 260R508 (мм). На некоторых шинах применяют смешанную систему обо-
Таблица 15.1
Основные параметры шин
Автомобили, автобусы	Ра шеры шин (мм, дюймы)	Давление воздуха в шинах, МПа		Гарантийный пробег*, тыс. км
		передних	задних	
ГАЗ-3110 «Волга»	195/65R159111	0,21	0.22	43 1
ВАЗ-2110	165/70RIЗС	0.20	0,20	37
ГА3-3302 «ГАЗель»	185/75 R16C	0,30	0,30	43 1
ГАЗ-3307	240R508 (8,25 R20)	0,38	0,65	60
ЗИЛ-431410	260R508 (9.00R20)	0,35	0,60	60
КамАЗ-5320	260R508 (9.00 R20)	0,73	0,45	60	,1
MA3-5335	320R508 (I2.00R20)	0.60	0.70	60
ЛиАЗ-5256	280/70R572	0,875	0,875	65
* Гарантийный пробег — это пробег шин. на протяжении которого предприятие-изготовитель принимает претензии oi потребителя к качеству шин.
280
значения. при которой первый размер дается в миллиметрах, а второй — в дюймах. Так, на автомобиле ЗИЛ-431410 могут устанавливаться также шины размером 26OR2O. На автомобиле МАЗ-5335 монтируют радиальные шины 320R508. Па многих моделях легковых автомобилей могут применяться низко- и широкопро-фильныс шины, что находит свое отражение в записи размера шип. Например, на автомобилях ВАЗ-2105 и ГАЗ-31029 «Волга» применяют соответственно шины I75/70SRI3 и I95/65RI5, где 175 и 195 — ширина профиля шины в миллиметрах; 70 — отношение высоты профиля к ширине в процентах; R — радиальная; 13 и 15 — посадочный диаметр в дюймах; S — индекс максимально допустимой скорости. Индекс может иметь следующие буквенные обозначения: S — 180 км/ч; Q — 160 км/ч; Р — 150 км/ч; L — 120 км/ч.
В маркировке шин указывают завод-изготовитель, дату выпуска. серийный номер и размеры шин. На боковине покрышки для бескамерных шин делают надпись «Бескамерная», для морозостойких — «Север».
Срок службы шин учитывается по их пробегу (табл. 15.1), который во многом зависит от условий их эксплуатации и ухода за ними. Указанные нормы внутреннею давления для шин распространяются на новые и отремонтированные шины в течение всею срока их эксплуатации при любых дорожно-климатических условиях.
Контрольные вопросы
1.	Чем отличаются лонжеронные и центральные рамы?
2.	Объясните назначение амортизатора и сю работу при ходах сжатия и отдачи.
3.	Каковы назначения и численные значения углов установки колес?
4.	Объясните особенности устройства балансирной подвески.
5.	По каким параметрам классифицируются шины и как обозначаются их ра змеры?
Глава 16
РУЛЕВОЕ УПРАВЛЕНИЕ
16.1. Понятие о повороте автомобиля и принцип действия рулевого управления
Рулевое управление обеспечивает движение автомобиля по заданному направлению. Изменение направления движения автомобиля осуществляется поворотом его передних управляемых колес.
Движение автомобиля при повороте происходит вокруг центра О (рис. 16.1, «); при этом колеса автомобиля во избежание бокового
//л // /X / Угол поворота ।\Г)	--	внутри инею I i /	/ колсса \2 3 2 /	I |\ \ ) \ Цс| ХА/	\	* Угол поворота ,1ОВО внешнего колеса 4 а 7	Рис. 16.1. Схема поворота управляемых колес (а) и принцип действия рулевого управления (о) ?	Ж Ж \ ,1р \ \ ' рота \ \	J* 1 1 ---г I vjCv " АХ > ЧуО Г /д 9 ю j / ^^=::=:^Х7ТП^Х^’ б	13
282
скольжения должны описывать дуги концентрических окружностей. Центр поворота находится в точке пересечения продолжения оси вращения задних колес и осей вращения обоих управляемых колес. Поэтому управляемые колеса 2 при повороте автомобиля должны быть повернуты на разные углы. При этом угол поворота внутреннею колеса по отношению к центру поворота должен быть больше угла поворота внешнего колеса. Такая схема поворота конструктивно обеспечивается рулевой трапецией, сторонами которой являются балка / управляемого моста, поперечная рулевая тяга Зи рычаги поворотных цапф. Рулевая гранения вместе с механизмами и устройствами, обеспечивающими поворот авюмо-биля, составляет рулевое управление.
Простейшая схема рулевого управления показана на рис. I6.I, о. При вращении рулевого колеса 4 поворачивается рулевой вал 6, расположенный внутри рулевой колонки 5. На нижг см конце вала закреплен червячный механизм 7, сообщающий угловые перемещения сошке 8. С помощью продольной тяги 9 и рычага // сошка поворачивает левый поворотный кулак с расположенным на его цапфе колесом. Одновременно левый кулак посредством рычага 10 и поперечной тяги 3 поворачивает через рыча! 13 правый поворотный кулак /2, а вместе с ним и колесо, установленное на его цапфе.
Рулевое управление состоит из рулевого механизма и рулевого привода. Для облегчения управления автомобилем в рулевой привод может входить усилитель. Однако легкость управления автомобилем зависит прежде всего от общего передаточного числа рулевою управления, которое определяется отношением угла поворота рулевою колеса к углу поворота управляемых колес автомобиля. Общее передаточное число рулевого управления равно произведению передаточных чисел рулевою механизма и рулево-ю привода.
16.2.	Рулевые механизмы
Рулевой механизм служит для передачи усилия от рулевого колеса на рулевой! привод и уменьшения усилия, необходимого «ля поворота автомобиля. Передаточное число рулевых механизмов находится в пределах 15... 30. вследствие чего усилие, передаваемое сошкой, значительно больше усилия, приложенною к рулевому колесу. Применяются также рулевые механизмы с непостоянным передаточным числом, которое увеличивается по мере перемещения их рабочей пары к среднему положению. Это спо-<обствует уменьшению обратных ударов в рулевое колесо при наезде управляемых колес на неровности дороги. С этой же целью в приводе рулевого управления уменьшают плечо . I поворота колеса (см. рис. 15.3, а).
283
В зависимости от нагрузки на управляемый мост автомобиля предусмотрено несколько типов рулевых механизмов. Наиболее распространенными из них являются червячно-роликовые (червяк— ролик, червяк —сектор) и винтореечные (винт—шариковая гайка — сектор).
Червячно-роликовый рулевой механизм в виде червячной передачи с червяком глобоидной! формы и двух-, трехгребневым роликом (червяк—ролик) применяется на большинстве легковых и многих грузовых автомобилях. Рулевой механизм такого типа показан на рис. 16.2. В картере / па двух конических роликовых подшипниках вращается глобоидный червяк 5. установленный на валу 6 рулевого колеса. В гацепление с червяком входит трехгребневый ролик Л вращающийся на цилиндрическом роликовом подшипнике. установленном на оси 7, запрессованной в фасонную головку вала 2 рулевой сошки.
Опорами вала сошки служит с одной стороны роликовый подшипник 6'. а с другой — бронзовая втулка /6. С этой же стороны вал сошки уплотняется сальником 13. Сошка 14 установлена на шлицах вала и удерживается гайкой 15. Под нижней крышкой картера расположены прокладки 4. служащие для регулировки конических роликовых подшипников червяка 5. Регулировка глубины зацепления ролика 3 с червяком 5 производится осевым перемещением вала /2 сошки (в пределах величины Л) с помощью регулировочного винта //, установленного в крышке картера. Винт закрыт колпачковой гайкой Ю и фиксируется стопорной шайбой 9 со штифтом.
Рабочая пара типа червяк — ролик имеет зацепление с переменным зазором. В средней части, соответствующей положению колес для движения автомобиля по прямой, зазор имеет минимальную величину (0,03 мм); при повороте рулевого колеса за юр
Рис. 16.2. Рулевой механизм типа червяк — трехгребневый ролик: а — продольный разрез: б — поперечный разрез
284
Рис. 16.3. Рулевое управление переднеприводных легковых автомобилей: и — руленой механизм типа шестерня — рейка: б — рулевом привод и общая компоновка рулевою управления; / — распорная втулка: 2 — шарикоподшипники: .? — губчатая рейка; 4 — крышка упора; 5 — пружина; 6 — упор; 7 — шестерня; <У— картер; 9— крышка картера; 10— вал-шестерня; // — шаровой пален; 12 — вкладыши; /.? — уплотнитель; 14 — пружина шарнира; 15 — гори-юнтальные тяги; /6 — скоба крепления рулевого механизма; 17— рулевое колесо; 18 — поворотные рычаги; 10 — регулировочные втулки; 20— рсзиномсталличе-екие шарниры; 21 — крепежная пластина
увеличивается, так как высота зубьев сектора уменьшается от середины к крайним точкам. При этом по мере поворота автомобиля в ту или иную сторону свободный код рулевого колеса также возрастает, достигая в крайних положениях 25...30°. Наличие переменного зазора в соединении червяк — ролик повышает чувствительность рулевого управления при среднем положении колес и облегчает вывод рулевого колеса из крайних положений. Рулевой механизм данного типа имеет малые потери на трение, так как при работе ролик нс скользит, а катится по червяку, вследствие чс1 о снижается изнашивание деталей и затрачивается меньше уси-1ий на управление автомобилем.
На переднеприводных легковых автомобилях применяются реечные рулевые механизмы типа шестерня — рейка с прямозубым (па автомобиле ВАЗ-2109) или косозубым зацеплением (на остальных автомобилях), которые конструктивно хорошо сочетаются с переднеприводной компоновкой автомобиля при поперечном или продольном расположении двигателя.
Указанный рулевой механизм (рис. 16.3, а) состоит из картера 6’, внутри которого установлен вал 10, изготовленный как одно целое с косозубой шестерней 7, находящейся в зацеплении с зубча-юй рейкой 3. Вал 10 вращается на двух шариковых подшипниках 2, натяг которых производится через распорную втулку / или регулировочные прокладки под крышкой 9.
285
Надежное беззазорное зубчатое соединение приводной шестерни 7 с рейкой но всей величине ее хода обеспечивает металлокерамический упор 6 за счет пружины 5. Радиальные усилия, действующие на рейку, воспринимаются упором и через пружину 5 передаются на крышку 4. В сборе с тягами 15 рулевой механизм кренится двумя скобами 16 на панели нередка кузова. В верхней части вала на шлицах кренится рулевое колесо 17. которое посредством установленного на нем демпфирующего устройства повышает активную безопасность рулевого управления.
На автомобилях большой массы для облегчения управления ими рулевые механизмы имеют большие передаточные числа. При этом не допускается значительного повышения удельной нагрузки на поверхности рабочей пары рулевого механизма. В рулевых управ-
Рис. 16.4. Схема компоновки рулевого управления автомобилей модели ЗИЛ-4314
286
лениях таких автомобилей применяют механизм червяк —сектор с большой поверхностью зацепления или механизм с двумя рабочими парами: винте гайкой на циркулирующих шариках и зубчатую рейку с сектором. Последнее нашло широкое распространение на автомобилях КамАЗ, ЗИЛ и др.
В качестве примера рассмотрим устройство винтореечного рулевою механизма тина винт—шариковая гайка —сектор автомобиля ЗИЛ-431410 и его модификаций. Картер / (рис. 16.4) рулевого механизма установлен с левой стороны автомобиля на лонжероне рамы и вынесен вперед за пределы балки передней оси. Колонка 6 вала рулевого колсса закреплена па кронштейнах внутри кабины. Вал рулевого механизма соединен с валом рулевого колеса при помощи карданного вала 7, имеющего два карданных шарнира <У. Последнее вызвано трудностью размещения сплошного вала рулевого механизма из-за установки на автомобиле V-образ-ного двигателя и максимально приближенной к нему кабины.
Рулевой механизм объединен в одном агрегате с гидроусили-телем, насос 2 которого совместно с масляным бачком 3 крепится к двигателю. Насос и рулевой механизм соединены между собой гибкими шлангами: подводящим масло шлангом 5 высокого давления и отводящим масло шлангом 4 низкого давления. Через сошку 13 усилие от рулевого механизма передастся к приводу управляемых колес.
Рулевой механизм (рис. 16.5) состоит из силового цилиндра 2, винта 4, гайки 5 с шариками 7, поршня-рейки 5, зубчатого сектора 16 с валом /7. Картер рулевого механизма является одновременно корпусом цилиндра 2, закрытого в нижней части крышкой /. Передаточное число рулевого механизма равно 20.
Между промежуточной 8 и верхней 12 крышками цилиндра установлен корпус 10клапана управления гидроусилителем, внутри которого размещены плунжеры 14 и пружины /5, взаимодействующие с золотником 9. Винт 4, имеющий винтовую канавку под шарики 7, установлен на двух опорных шариковых подшипниках, закрепленных гайкой 11. Шариковая гайка 5, расположенная в расточке поршня-рейки, стопорится винтом /5. Выходы винтовой канавки на гайке соединены между собой двумя желобами 6. При вращении винта шарики выкатываются с одной стороны гайки, проходят по трубке, образованной желобами, и возвращаются к фугой ее стороне. В канавки винта, гайки и желобов закладывается 31 шарик. Наличие шариков уменьшает потери на трение и повышает работоспособность рулевого механизма.
Поршень-рейка 3 имеет четыре зуба для зацепления с сектором; в центре поршня-рейки сделано отверстие, закрываемое за-। пушкой. Поршень в картере уплотняется чугунными кольцами. Зуб-чатый сектор 16 изготовлен как одно целое с валом 17, установ-ленным в картере и в боковой крышке 19 на бронзовых втулках.
287
KJ
се
P"C- 16.5.
Рулевой механизм
т"па винт - Ша
JI 12
>иковая гайка — сектор
>убья сектора и рейки имеют некоторую конусность, т. е. толщина каждого зуба переменна по длине.
При вращении винта 4 гайка 5с поршнем-рейкой 3 перемещаются в цилиндре 2, вызывая поворот сектора 16, а вместе с ним и вала 17, на котором установлена сошка 18. Последняя через шаровой палец 22 передает усилие на рулевой привод, обеспечивая поворот автомобиля. Необходимое увеличение свободного хода в рулевом механизме при повороте управляемых колес в ту или иную сторону от среднего положения достигается тем, что ширина впадины между зубьями поршня-рейки, находящейся в зацеплении со средним зубом сектора, уменьшена но сравнению с шириной остальных впадин, а винт 4 имеет небольшую бочкообразную форму с незначительным углублением винтовой канавки на ее концах.
Зазор в зубчатом зацеплении рейка —сектор регулируют винтом 2 / с контргайкой, головка которою входит в отверстие вала и фиксируется в нем стопорным кольцом 20. При вращении винта перемещается вал сектора, вследствие чего зазор в зацеплении изменяется, так как зубья рейки и сектора имеют переменную по длине толщину.
16.3.	Рулевой привод
Под рулевым приводом понимается система рычагов, валов и тяг, обра ту тощих рулевую гранению и служащих для передачи усилия от сошки па управляемые колеса. В рулевой трапеции длины плеч рычагов подбирают таким образом, чтобы было обеспечено правильное соотношение углов поворота управляемых колес.
Конструкция рулевого привода зависит от типа передней подвески. При зависимой подвеске колес трапеция делается цельной, .1 при независимой — расчлененной. При расчлененной трапеции поперечную рулевую тягу выполняют разрезной, состоящей из нескольких частей!. Это необходимо для того, чтобы рулевой привод нс ограничивал перемещение каждою из колес, подвешенных независимо одно от друюю.
Рулевой привод зависимой подвески передних колес (см. рис. 16.4) соединяет поворотные кулаки передних колес с валом сошки 13. В него входят продольная /2 и поперечная 9 рулевые тяги и рычаги поворотных кулаков. В левом поворотном кулаке закреплены та рычага: верхний 7(7и нижний //. В нижнем выступе правого поворотною кулака такреплен один рычаг. Рычаги устанавливаются в конусных отверстиях кулаков на шпонках и крепятся гай-। ами. Нижний рыча! левого кулака и рыча! правого кулака соединены поперечной рулевой тягой 9. Верхний рычаг левого кулака соединен с продольной рулевой гягой 12 и рулевой сошкой 13.
289
С рычагами и сошкой рулевые тяги соединяются с помощью шаровых шарниров.
Шарнирные соединения деталей рулевою привода показаны на рис. 16.6. Продольная рулевая тяга // (рис. 16.6, а) представляет собой трубу с утолщенными концами, образующими головки 9 и /2, в которых установлены два шаровых пальца 2. Один палец тяги соединен с сошкой 13, в которой он закреплен гайкой 1, другой — с рычагом поворотного кулака. Головку пальца охватываю! и удерживают два сухаря 5. Внутренние сухари каждого пальца поджимают пружины 6. а наружные — резьбовые регулировочные пробки 4 и 10. которые шплинтуются. Пружины служат для устранения зазора при изнашивании деталей шарнирного соединения, а также для смягчения толчков, передаваемых от передних колес на рулевой механизм. Сжатие пружин ограничивается упорами 7. которые при сильных толчках предохраняют пружины от поломки. Шарниры смазываются через масленки 8. 01 вытека-
Рис. 16.6. Шарнирные соединения рулевых тяг:
а — продольной; о, в — поперечной
290
ния смазочного материала и попадания грязи шарниры защищены сальниками 3.
Поперечная рулевая тяга 19 (рис. 16.6, б) — трубчатая; на се концах навернуты наконечники /6, закрепленные стяжными болтами. На правом конце тяги и ее наконечнике — правая резьба, па левом — левая, что позволяет без снятия тяги, вращением изменять ее длину при регулировке схождения передних колес. В цилиндрические гнезда наконечников тяги входят шаровые пальцы 17 нижних рычагов, которые смазываются через .масленку 18. Головку пальца охватывают и удерживают в гнезде два стальных сухаря 75, прижимаемых пружиной 14, нижний конец которой опирается па пробку 20. В месте выхода пальца из гнезда наконечника установлен сальник 21. поджимаемый пружиной 22. На автомобиле ЗИЛ-4331 и поперечной рулевой тяге 23 (рис. 16.6, в) установлен шаровой палец 30 с нижней рабочей полусферой, с которой сопрягаются сменные металлокерамические вкладыши 28. На верхнюю часть полусферы надета вогнутая тарелка 25 с установленной на нес конической пружиной 26. Верхний конец пружины поджимается регулировочной резьбовой пробкой 24, фиксируемой шплинтом 27. Для герметичности шарнирного соединения па его пален установлен резиновый колпак 29.
Большая нагрузка на детали рулевого привода приводит к их повышенному изнашиванию, что влечет за собой увеличение за-юров в шарнирных соединениях и появлению большого свободного хода рулевого колеса, который не должен превышать установленных пределов для каждой модели автомобиля в соответствии с инструкцией по эксплуатации.
По лому на стадии современного производства автомобилей основные детали рулевого привода изготовляют из улучшенных материалов с большей точностью и подвергают термообработке. Это позволяет частично (автомобили ЗИЛ-431410, -4331, ГАЗ-3307) ci казаться от регулировок узлов шаровых шарниров, что способствует повышению срока их службы и упрощает обслуживание.
При независимой подвеске передних колес легковых автомобилей применяется расчлененная рулевая трапеция. Трапеция имеет поперечную рулевую тягу, состоящую из шарнирно соединенных частей, которые позволяют колесам перемешаться независимо одно от другого.
Рулевой привод независимой подвески колес включает в себя сошку 5 (рис. 16.7), маятниковый рычаг 7, закрепленный шарнирно па подшипнике, поперечную тягу 6, соединяющую сошку с маятниковым рычагом, боковые тяги 4 и два поворотных рычага /, жестко связанные с цапфами передних колес. Боковые тяги и наконечники 2 соединены между собой регулировочными втулками 3, имеющими на концах правую и левую резьбы, что позволяет при необходимости производить регулировку схождения колес. Про-
291
Рис. 16.7. Расчлененный рулевой привод
извольное отвертывание трубок предотвращаю! хомутики 9 со стяжными болтами 6’. В рассматриваемом рулевом приводе применены шесть шаровых шарниров (показаны стрелками). Сверху сферическая поверхность пальца /(/упирается во вкладыши 11, к которым он прижимается через опорную пяту 13 пружиной 12. Наличие пружины делает шарнирное соединение самоподтягиваю-щимся, нс требующим регулировки до определенной величины износа сферических поверхностей пальца и вкладышей. От попадания грязи и вытекания смазочного материала шарнир защищен уплотнителем 14. Шарниры рулевых тяг смазывают через масленки. На некоторых автомобилях закладывают высококачественный смазочный материал при сборке, и пополнять его в процессе эк- I сплуатации нс требуется. Описанная конструкция привода применяется на легковых автомобилях ГАЗ-3109, -3110 «Волга» и др. |
Реечный рулевой привод переднеприводных легковых автомобилей (см. рис. 16.3, б) выполнен с расчлененной рулевой трапецией, ; расположенной сзади оси передних колес. Привод включает в себя । две горизонтальные тяги /5 поворотных рычагов 18телескопических стоек подвески, два наружных шаровых шарнира, состоящих из шарового пальца //, вкладыша 13. пружины 14 и уплотнителя 12, а , также два резинометаллических шарнира 20. запрессованных во внутренние наконечники тяг 15. Через шарниры проходят два болта, крепящие рулевые тяги к зубчатой рейке. Болты соединены между! собой пластиной 21 и дополнительно стопорятся после затяжки. |
Поворотные рычаги приварены к стойкам передней подвески. I В рычагах жестко вмонтированы втулки с коническими отверстиями для установки пальцев шаровых шарниров, с которыми! соединяются тяги рулевого привода. Тяги выполнены составны-1
292
ми, что позволяет при регулировке схождения колес изменять их длину благодаря резьбовым втулкам /9, фиксируемым гайками. При повороте рулевою колсса 17 вал-шестерня 10 перемещает губчатую рейку 3, усилие от которой через тяги передается на поворотные рычаги телескопических стоек, а от них — к ступицам колес. В данном рулевом приводе количество шаровых шарниров сокращено до четырех вместо шести (см. рис. 16.7), что уменьшает потери на трение в рулевом управлении и снижает материалоемкость конструкции.
16.4.	Усилители рулевых приводов
На управляемые колсса автомобилей, прежде всею грузовых, приходится значительная по массе нагрузка, по лому при повороте автомобиля необходимо к рулевому колесу прикладывать большие усилия. Если работа водителя не может быть облегчена увеличением передаточного числа рулевою механизма, то в рулевой привод встраивается гидравлический усилитель, который может быть объединен с рулевым механизмом (автомобили ЗИЛ-431410, КамАЗ-5320, -54I0. ГАЗ-3110 «Волга») или выполнен в виде отдельного агрегата (автомобили MA3-5335, ГАЗ-3308, -33097 «Садко» и др.). Гидравлический усилитель не только облегчает управление автомобилем, но и смягчает толчки, передаваемые от неровностей дороги на рулевое колесо, и повышает безопасность пшжения, так как позволяет сохранять управляемость автомобиля в случае резкого падения давления в шинах передних колес вследствие их повреждения или разрыва.
Гидравлический усилитель, встроенный в рулевой механизм. На автомобилях ЗИЛ-431410, -4331 гидравлический усилитель (рис. 16.8) встроен в рулевой механизм и состоит из масляного насоса, клапана управления, силового цилиндра и поршня-рейки.
Нагнетательный масляный насос (рис. 16.8, </) лопастный, ро-горного типа, приводится в действие от шкива /, соединенного ремнем со шкивом коленчатого вала. По принципу работы — насос двойного действия: за один оборот ротора происходи г два всасывания и два нагнетания. Из бачка 7 масло через канал // поступает в полость ротора 5, и при вращении его лопасти /6 плотно прижимаются к внутренней поверхности статора 6. При этом в двух всасывающих полостях 2создается разрежение, так как под действием центробежной силы лопасти 16 выдвигаются и объем мсжлопаст-ных пространств увеличивается. Плотное прижатие лопастей к стенкам статора происходит под действием их центробежных сил и давления масла, попадающего в пазы лопастей ротора.
После прохода обеих полостей нагнетания 3лопасти вдвигаются, при этом объем межлопастного пространства уменьшается и
293
Рис. 16.8. Схема работы рулевого механизма с встроенным гидравлическим усилителем привода:
а — масляный насос; о — клапан управления в сборе с ру icbwm механизмом; г — схемы работы гидроусилителя при повороте направо и налево; /— шкив; 2 — всасывающая полос п»; 5 — полость нагнетания; 4 — пространство между статором и ротором; 5 — ротор; 6 — статор; 7— бачок; А* — фильтр; 9. 15 — предохранительные клапаны; 10. 14 — трубопроводы; //, 12. 26. 35. 36 — каналы; 13. 30 — золотники; /6 —лопасть; /7—зубчатый сектор; /А — поршень-рейка: 10 — наружная полость; 20 — картер рулевою механизма; 2/ — винт рулевого механизма; 22 — шарик; 23 — шариковая гайка; 24 — внутренняя полость; 25 — упорный подшипник; 21 — отверстие; 28 — корпус золотника; 29 — шариковый клапан; 31 — гайка; 32 — коническая пружинная шайба; 33 — пружина; 34 — плунжер; 37 — сошка
масло нагнетается в узкую часть пространства 4 между статором и ротором. И ; лого пространства через канал в корпусе насоса мас-ю поступает по трубопроводу 14 высокого давления к рулевому механизму, откуда оно через клапан управления по трубопроводу 10 возвращается, пройдя фильтр 8, обратно в бачок 7. В случае засорения фильтра бесперебойность подачи масла обеспечивается предохранительным клапаном 9.
Максимальное давление, создаваемое насосом, достигавi 6.5... 7.0 МПа. Если давление масла выше этой величины, то открывается предохранительный клапан 15. и часть масла перетекает по каналу 72 линии слива. При этом из-за падения давления в полости перепускного клапана открывается его золотник 13, вследствие чего увеличивается перепуск масла но каналу 12.
Кишан управления служит ллл распределения потока масла по полостям картера рулевого механизма в соответствии с поворо-юм рулевого колеса. Клапан управления состоит из корпуса 28 <рис. 16.8, о), золотника 30. двенадцати плунжеров 34 с шестью пружинами 33, обратного шарикового клапана 29 и двух упорных подшипников 25, установленных на валу винта 21 рулевого механизма. Золотник и подшипники закреплены гайкой 31, под которую подложена коническая пружинная шайба 32, обеспечивающая постоянное предварительное сжатие упорных подшипников.
При работе насоса масло по трубопроводу 14 высокого давления поступает в корпус 28 золотника и давит на двенадцать реактивных плунжеров 34. Эти плунжеры с шестью пружинами 33удерживают в среднем положении золотник 30 и связанный с ним винт 21 рулевого механизма. При повороте управляемых колес автомобиля золотник вместе с винтом перемещается в обе стороны от среднего положения нс более чем на 1 мм. Возврат их в среднее положение происходит под давлением масла и пружин 33 па плунжеры 34. а также под действием усилия стабилизации управляемых колес при повороте.
295
При и р я м о л и н ей но м д в и ж с н и и автомобиля (см. рис. 16.8. о) в корпус золотника масло поступает через кольцевые зазоры между золотником 30 и корпусом 28, далее по каналу 26 через отверстие 27 подается к сливному трубопроводу 10 и затем возвращается в бачок 7 насоса. При этом масло частично проникает в каналы 35 и 36, а через них в наружную 19и внутреннюю 24 полости картера 20 рулевого механизма. Вследствие постоянной циркуляции масла в картере улучшается смазывание деталей рулевого механизма и смягчаются толчки от неровностей дороги.
При повороте автомобиля налево (рис. 16.8, о, в) винт 21 ввертывается в шариковую гайку 23 и с помощью шариков 22 перемещает ее вправо. Так как гайка через поршень-рейку 18, зубчатый сектор 17 и сошку 37 связана с колесами, то она оказывает сопротивление винту 21. Под действием этой силы сопротивления винт вместе с золотником смещается влево на 1 мм до упора-правого подшипника в корпусе 28 клапана управления. При этом золотник своими кольцевыми поясками открывает доступ масла из линии высокого давления в наружную полость 19 и закрывает доступ масла во внутреннюю полость 24, соединяя ее с линией слива. Поршень, перемещаясь вправо, облегчает поворот управляемых колес.
При повороте автомобиля направо (рис. 16.8, г) работа клапана управления происходит аналогично описанному ранее. При этом золотник перемещается вправо, внутренняя полость 24 картера сообщается с линией высокою давления, а наружная полость /9 через каши! 36 — с линией слива. В этом случае масло от насоса поступает через канал 35 во внутреннюю полость 24 картера и перемещает влево поршень-рейку 18, которая поворачивает зубчатый сектор 17 и сошку 37, облегчая поворот управляемых колес.
При движении автомобиля на поворотах возрастает осевое усилие на винте, что в свою очередь вызывает увеличение давления под реактивными плунжерами. При этом возрастает усилие, под действием которого золотник стремится вернуться в среднее положение, а также усилие на рулевом колесе. Так как усилие на рулевом колесе возрастает но мерс увеличения силы сопротивления повороту колес, то у водителя создается так называемое «чувство дороги».
В случае отказа усилителя, повреждения трубопроводов, неисправности насоса, а также при движении автомобиля на буксире рулевое управление может кратковременно работать с увеличенным свободным ходом рулевого колсса без гидравлического усилителя. При этом обратный шариковый клапан 29 обеспечивает перепуск масла из линии высокого давления в линию слива.
Рассмотренный рулевой гидроусилитель автомобиля ЗИЛ-431410 по сравнению с гидроусилителями автомобилей КамАЗ при нали
296
чии конструктивных изменении в устройстве отдельных деталей и узлов не имеет существенных различии но принципу действия.
Отдельно вынесенный гидроусилитель автомобилей МАЗ. Компоновочная схема рулевого управления с вынесенным гидроусилителем наиболее рациональна для автомобилей большой массы (обычно полной массой свыше 12 000 кг). Достоинства данной компоновки по сравнению с компоновочной схемой ранее описанного встроенного в рулевой механизм усилителя заключаются в меньшей нагруженности рулевого привода, большей чувствительности при повороте рулевою колеса, сравнительно легком монтаже гидроусилителя в рулевом приводе. Кроме того, расположенный у колес гидроцилиндр воспринимает удары со стороны доро-। и. предохраняя рулевой механизм от перегрузок. Сущность рабсил гидроусилителя заключается в том, что усилие водителя при повороте рулевого колеса увеличивается давлением масла, которое подается в i идроусилитель насосом шестеренчатого или лопастною типа, приводимым клинорсменной передачей от коленчатою вала двигателя.
Типичным примером отдельно вынесенного гидроусилителя является компоновка рулевого управления автомобиля MA3-5335, предусматривающая раздельную установку рулевого механизма и । идроусилитсля (рис. 16.9), конструктивно объединяющих в себе корпус распределителя /3, корпус шаровых шарниров 6 и гидроцилиндр /.
Рис. 16.9. Рулевой ।идроусилитель автомобилей МАЗ
297
Распределитель регулирует поток жидкости, iюс 1 упающей в полости гидрон ил индра /, и состоит из корпуса 13, внутри которого установлен золотник 25, закрываемый снаружи крышкой 12. На внутренней поверхности корпуса имеются три кольцевые канавки: две крайние сообщаются между собой соединительным каналом 24 и связаны с магистралью нагнетания насоса через трубопровод 5, средняя — через магистраль слива по трубопроводу //соединена с бачком насоса. Нагнетательный 3и сливной // трубопроводы соединены соответственно через штуцеры 21 и 22 с полостями нагнетания и слива насоса и образуют магистральную систему циркуляции масла в гидроусилителе, в которой трубопроводы /5 и /6 обеспечивают соединение полостей гидроцилин-дра / с корпусом распределителя 13.
Золотник 25 выполнен в виде стержня, жестко соединенного со стаканом 27 пальца К) рулевой сошки. Золотник имеет две кольцевые канавки, соединенные каналами 24 с двумя замкнутыми объемами, которые называются реактивными камерами 23. Корпус 13 распределителя прикреплен наболтал к фланцу /4 корпуса б шаровых шарниров, в котором размещены два шаровых пальца. К пальцу 9 прикреплена продольная рулевая тяга, а палец /^соединен с рулевой сошкой. Шаровые пальцы зажаты между сферическими сухарями пружинами через пробку 26 и регулировочную гайку 7. При регулировочных работах усилие сжатия пружины ограничивается толкателем 8. а смазывание шарниров производится через масленку 17.
На корпус 6 шаровых шарниров навернут гидроцилиндр /. в котором расположен поршень 4, уплотненный двумя чугунными кольцами и соединенный со штоком 2. Полость гидроцилиндра закрыта с одной стороны пробкой 5, а с другой — крышкой 18. Герметичное уплотнение пробки и крышки с гидроцилиндром, а также штока 2 внутри крышки производится резиновыми кольцами, а выступающая часть штока защищена от загрязнения гофрированным грязезащитным чехлом 19.
На наружном конце штока навернута головка 20, внутри которой установлен резинометаллический шарнир для се крепления в кронштейне рамы. Следователызо, во время работы гидроусилителя поршень со штоком, укрепленным на раме, остаются неподвижными, а цилиндр перемешается относительно штока с поршнем при подаче жидкости под давлением в правую или левую полость цилиндра. Схема работы гидроусилителя и основные эле-менты рулевою привода автомобилей МАЗ показаны на рис. 16.10.
Полости гидроцнлиндра, разделенные поршнем, условно делятся на подпоршневую А и надпоршневую Б полости (рис. 16.10, а). Эти полости соединены трубопроводами 5 и 6 с каналами 3 распредели геля, выходящими в полость между кольцевыми проточками корпуса и золотника.
298
При прямолинейном движении автомобиля усилие к рулевому колесу нс прикладывается, при этом золотник 2 находится в нейтральном (среднем) положении. Масло, подводимое насосом по магистрали нагнетания 13. поступает в распределитель и заполняет две его крайние полости 20. из которых через зазоры между корпусом и золотником поступает в среднюю кольцевую полость 22. а затем в сливную магистраль 12 и по сливному трубопроводу поступает в бачок насоса гидроусилителя. Таким образом. в среднем положении золотника все масло, подаваемое насосом. поступает в сливной трубопровод, минуя полости гидро-цилиндра. поэтому никакого действия на управляемые колеса усилитель нс оказывает.
Процесс поворота автомобиля в ту или иную сторону рассмотрим с учетом принципиальной схемы устройства (рис. 16.10, б) и взаимодействия узлов рулевого привода автомобиля МАЗ. Рулевой привод включает в себя рулевое колесо 9. бачок 10. насос 11, сливную 12 и naiнетатсльную 13 магистрали, соединяющиеся с соответствующими полостями слива и нагнетания корпуса усилителя, гидроусилитель 15. рулевую сошку /6 и продольную рулевую тягу 14. соединенную с рулевой трапецией. Взаимодействие указанных элементов привода при повороте налево на схеме показано стрелками.
При повороте рулевого колеса 9 направо или налево сошка 16 перемещается, а сс шаровой палец /9 (см. рис. 16.10, а) выводит
Рис. 16.10. Схема работы отдельно вынесенного рулевого гидроусилителя автомобиля MA3-5335:
(1 — принцип действия; б — взаимодействие элементов привода; в — положение узлов при повороте налево
299
золотник 2 из нейтрального положения. При этом золотник разобщает магистраль нагнетания 13 с магистралью слива /2 и направляет масло в одну из полостей гидроцилиндра, противоположная полость которого в этот период сообщается со сливным трубопроводом и масло подается к насосу усилителя.
Гак при повороте рулевого колеса направо открывается проход масла в подпоршнсвую полость А гидрон ил индра, который перемещается относительно поршня 7, установленного на неподвиж- j ном штоке 17. Шаровой палец !8, соединенный с продольной рулевой тягой 14, передаст соответствующее перемещение рулевой трапеции, и колсса поворачиваются на необходимый угол.
Поворот рулевого колеса налево вызывает соединение надпоршневой полости Б гидроцилиндра с магистралью нагнетания 13 (см. рис. 16.10, в), что создаст необходимое усилие для поворота колес автомобиля в левую сторону. При движении автомобиля на поворотах, как только прекращается поворот рулевого колсса, золотник 2 (см. рис. 16.10, и) останавливается, однако корпус 4 распределителя перемещается относительно золотника под действием давления в гидроцилиндре и устанавливает золотник в нейтральное положение. В этом случае магистраль нашета-ния и магистраль слива вновь соединяются между собой, и поворот управляемых колес прекращается.
Реактивные камеры / в корпусе распределителя 4 обеспечивают его следящие действия и позволяют распределять усилие на рулевом колесе пропорционально условиям поворота автомобиля. При увеличении сопротивления повороту колес возрастает давление масла как в рабочей полости гидроцилиндра, так и в реактивных камерах 7. При этом возрастает усилие, под действием которого юлотник 2 стремится вернуться в нейтральное положение, а также увеличивается усилие на рулевом колесе. Так как усилие на рулевом колесе возрастает по мере увеличения । силы сопротивления повороту колес, то у водителя появляется такое же «чувство дороги», как и при управлении автомобилем без гидроусилителя.	I
В процессе работы гидроусилителя его золотник перемещает- -ся от нейтрального положения в пределах 0,4...0,6 мм, чем обеспечивается его высокая чувствительность при повороте управля- I емых колес автомобиля. При этом в начале поворота усилие на рулевом колесе составляет примерно 50 Н. а наибольшее его значение не превышает 200 Н. При неисправности гидроусили- I теля или движении автомобиля на буксире рулевое управление может кратковременно работать с увеличенным свободным хо- , дом и значительными нагрузками на рулевое колесо. При этом обратный клапан 27, установленный в корпусе распределителя, I обеспечивает перепуск масла из одной полости i идроцилиндра в другую.
300
Для i идроусилителей рулевых приводов в качестве рабочей жидкости применяют всесезонное масло марки Р, которое можно нс заменять до капитального ремонта. Летом его заменителем меже! быть турбинное масло 22 или Индустриальное 20, зимой — веретенное АУ. Замени юли всесезонного масла меняют при сс-зонном обслуживании в соответствии с картой смазывания.
На автомобильных заводах и фирмах большое внимание уделяется конегрукзорско-технологическим мероприятиям но повышению качества дру> их конструкций, определяющих пассивную безопасность автомобиля, а также обеспечение его активной безопасности.
Пассивную безопасность автомобиля в основном обеспечивают гравмобезопасное рулевое колесо: прочность салона кузова: безопасные стекла; ремни безопасное!и; безопасное внутреннее оборудование кузова (уменьшающее травмирование пассажиров и водителя). Активная безопасность автомобиля определяется ею управляемостью, устойчивостью, надежностью и эффективностью тормозной системы и рулевого управления при одновременном обеспечении хорошей обзорности и других свойств. Активная безопасность существенно уменьшает вероятность возникновения дорожно-транспортных происшествий.
Контрольные вопросы а
1.	И i каких основных узлов состоит рулевое управление?
2.	Что называют рулевым механизмом и рулевым приводом?
3.	Как обеспечивается поворот управляемых колес на разные углы?
4.	Перечислите основные различия в устройстве рулевых трапеций грузовых и легковых автомобилей.
5.	Каковы особенности рулевых механизмов автомобилей ГАЗ-3307, ЗИЛ-431410, MA3-5335?
6.	Какие основные детали имеет рулевой привод?
7.	С какой целью применяют рулевые усилители?
8.	Какого типа гидроусилители применяются на автомобилях ЗИЛ-431410 и MA3-5335?
9.	Объясниic устройство и принцип работы гидроусилителя, встроенною в рулевой механизм.
10.	На чем основан принцип работы отдельно вынесенною гидроусилителя автомобиля MA3-5335?
Гл а в a 17
ТОРМОЗНАЯ СИСТЕМА
17.1.	Назначение и типы тормозных систем
Тормозная система служит для уменьшения скорости и быстрой остановки автомобиля, а также для удержания его на месте при стоянке. Наличие надежных тормозов позволяет увеличивать среднюю скорость движения, что повышает эффективность эксплуатации автомобиля. Большинство автомобилей имеют три тормозные системы: рабочую, запасную и стояночную.
Рабочая тормозная система предназначена для уменьшения (регулирования) скорости движения и полной остановки автомобиля.
Стояночная тормозная система служит для удержания остановленного автомобиля на месте. Система должна удерживать полностью груженый автомобиль на дороге с уклоном нс менее 16%.
Запасная тормозная система предназначена для остановки автомобиля в случае полного или частичного отказа рабочей системы и может быть выполнена как специальная автономная система или может являться частью рабочей системы, т.е. иметь общие с ней элементы.
На грузовых автомобилях могут быть также установлены:
вспомогательная тормозная система в виде тормоза-замедлителя (на автомобилях большой массы), используемая при длительном торможении автомобиля, например на пологом длинном спуске;
тормозная система прицепа, работающего в составе автопоезда. служащая как для снижения скорости движения прицепа, так и для его экстренного торможения в случае обрыва сцепки с авто моб и л е м -тя гач о м.
Каждая тормозная система состоит из тормозных механизмов (тормозов) и тормозного привода.
Тормозные механизмы обсс печ и вают торможс и г го нспосредстве н-но вращающихся колес или одного из валов трансмиссии. По расположению они делятся на колесные и трансмиссионные, по форме вращающихся деталей — на барабанные и дисковые, по форме трущихся поверхностей — на колодочные и ленточные', последние нс нашли применения в тормозных системах автомобилей.
Управление тормозными механизмами осуществляется с помощью тормозных приводов, которые могут быть гидравлическими, пневматическими или механическими. У автомобилей большин
302
ства моделей в тормозные приводы включают усилители, облш-чающие управление тормозами, а также регуляторы тормозных сил и другие устройства, повышающие эффективность торможения автомобиля.
Нсвращающисся рабочие детали барабанных и дисковых тормозов обычно изготавливают в виде колодок, на которые для увеличения силы трения устанавливают фрикционные накладки из материала с высоким коэффициентом трения.
Устройство колодочного тормозного механизма и его привода показано на рис. 17.1. Колесный тормозной механизм представляет собой пару тормозных колодок У, смонтированных внутри тормозного барабана 8. Принцип действия тормозных механизмов основан на использовании силы трения, возникающей при торможении между тормозными колодками и тормозным барабаном. Если на автомобиле применяется гидравлический привод (рис. 17.1, а), то колодочный тормоз имеет рабочий цилиндр 6. поршни /которого раздвигают колодки 9. При пневматическом приводе (рис. 17.1, о) разжатие колодок 9 осуществляется с помощью разжимного кулака 12, соединенного со штоком /J, взаимодействующим с мембраной 14 тормозной камеры //.
Работа тормозного механизма происходит следующим образом (см. рис. 17.1, а). При нажатии на тормозную педаль толкатель /
с приводом:
а — гидравлическим; б — пневматическим
303
цилиндра 2 гидропривода перемещает поршень 5. вследствие чего давление жидкости повышается, и выпускной клапан 5 открывается. При этом давление жидкости по трубопроводу передается и рабочий цилиндр 6. поршни /которою расходятся и прижимают колодки 9 к тормозному барабану 8. Трение колодок о барабан вызывает торможение колеса. После прекращения нажатия на педаль она возвращается в исходное положение вместе с толкателем / и поршнем 3. Одновременно с этим под действием пружины 10 колодки 9 отходят от барабана 8, поршни 7 рабочего цилиндра сближаются и по трубопроводу вытесняют жидкость в главный тормозной цилиндр через впускной клапан 4. Колесо при этом растормаживается и получает возможность свободно вращаться.
17.2.	Тормозные механизмы
На современных автомобилях в качестве рабочего колесною тормоза наибольшее распространение получили колодочные тормоза барабанного типа с внутренним расположением колодок. Наряду с этим на легковых автомобилях широко применяются дисковые тормоза, устанавливаемые, как правило, на передних колесах.
Колодочные тормозные механизмы. Подавляющее большинство грузовых автомобилей оборудуется рабочими тормозными системами с колодочными тормозными механизмами барабанного типа. Такой колесный тормоз (рис. I7.2) состоит из тормозного барабана J, вращающегося вместе с колесом, и неподвижной части — стального опорною диска /7, на котором установлены тормозные колодки 5 и 8. К диску прикреплен рабочий цилиндр 2, во внутренней полости которою находятся два поршня с уплотнительными манжетами и пружиной между ними. С помощью поршней происходит разжатие колодок и прижатие их к рабочей поверхности тормозного барабана. В нижней части опорною диска закреплены опорные пальцы /5 с эксцентриками /4, на которые надеты ушки колодок. В средней части колодки опираются на рокировочные эксцентрики 12 и фиксируются от бокового смещения П-об-разной скобой 7. Ребра верхних концов колодок с помощью оттяжной пружины 4 плотно входяг в прорези наконечников поршней рабочего цилиндра 2. который от попадания грязи защищен с обеих сторон резиновыми колпачками /. К наружным поверхностям обеих колодок приклеивают или приклепывают фрикционные накладки, которые различаются длиной. Накладка 6 задней колодки 5 короче накладки передней колодки 8.
Тормозные механизмы имеют две регулировки — частичную и полную.
Частичная (текущая) регулировка производится для восстановления нормального зазора между колодками и барабаном в про-
304
Рис. 17.2. Колесный колодочный тормозной механизм барабанною типа
цессе эксплуатации. При этом за юр между колодками и барабаном регулируют эксцентриками 12, которые фиксируются в необходимом положении с помощью пружины //и болта 9 с шайбой 10.
Полная регулировка производится после смены колодок или переклепки накладок. При этом сначала центрируют каждую колодку относительно барабана с помощью эксцентрика 14, который фиксируют в установленном положении через пластину 13 гайкой 16, а затем корректирую! зазор эксцентриком 12.
Дисковые тормозные механизмы. На передних колесах многих легковых автомобилей ВАЗ. ГАЗ, ИЖ и других устанавливаются дисковые тормозные механизмы, обеспечивающие более эффективное торможение, чем барабанные. Применение дисковых тормозных механизмов улучшает эксплуатационные качества автомобиля, так как в этом случае более полно используется его сила тяжести, приходящаяся на каждое колесо передней оси при торможении. Наряду с этим дисковые тормоза по сравнению с барабанными при одинаковом тормозном моменте имеют значительно меньшую массу, что позволяет снизить общую массу автомобиля или увеличить массу перевозимого груза.
В дисковом тормозном механизме, типовая конструкция которого показана на рис. 17.3, торможение производится с помощью сил трения, возникающих между закрепленным на ступице колеса чугунным тормозным диском / (рис. 17.3, а) и прижимаемыми к нему с двух сторон тормозными накладками 3, установленными в гнезде суппорта 4. Для зашиты трущихся поверхностей диска и накладок от механических повреждений и загрязнения с внутрен
305
ней стороны тормоз закрыт стальным штампованным кожухом 2. а с внешней — диском колеса.
В гнезде суппорта (рис. 17.3, б) установлены два противолежащих рабочих цилиндра 7. В каждом цилиндре помешен поршень 8, уплотняемый упругим резиновым кольцом 9, расположенным в кольцевой выточке цилиндра. При растормаживании вследствие упругости уплотнительных колец 9 поршень возвращается в исходное положение. Внутренняя полость каждого цилиндра защищена от попадания пыли и грязи резиновой манжетой 10. Оба рабочих цилиндра одного колесною тормоза соединены между собой трубкой 5, вследствие чего давление из внутреннего цилиндра передастся в наружный. Для удаления воздуха из тормозного привода в корпусе каждою цилиндра установлен клапан 6.
Поршни непосредственно упираются в колодки 5, установленные на специальных пальцах, служащих для них направляющими. На колодки приклеивают фрикционные накладки //. При торможении жидкость главного тормозного цилиндра под давлением подается в рабочие цилиндры 7. в результате чего поршни, преодолевая сопротивление уплотнительных колец 9, выдвигаются из цилиндра и через колодки 3 плотно прижимают фрикционные накладки 11 к тормозному диску /, препятствуя его вращению. При растормаживании давление в рабочих цилиндрах снижается, и поршни под действием упругости уплотнительных колец 9 освобождают колодки, отходя от них на 0,10...0,15 мм. Указанный
Рис. 17.3. Дисковый тормозной механизм: а — общий вил; о — поперечный разрез
306
зазор поддерживается автоматически до предельного и нашивания накладок, при котором их толщина не превышает 1,5 мм.
По мере изнашивания накладок при торможении увеличивается только ход поршня рабочего цилиндра, что компенсирует их изнашивание. При растормаживании колодки по-прежнему отходят от диска на 0,10...0,15 мм вследствие упругости резиновых колец 9 и наличия торцевою биения тормозного диска, которое не должно превышать 0,15 мм.
17.3.	Механический и гидравлический тормозные приводы
Тормозным приводом называется совокупность устройств, предназначенных для передачи усилия, создаваемою водителем на педали или рычаге, к тормозным механизмам или для управления посторонним источником энергии, приводящим в действие тормозные механизмы.
Тормо noii привод должен обеспечивать заданное распределение усилий между тормозными механизмами при минимальном усилии водителя на педали или рычаге, одновременное срабатывание всех тормозных механизмов, быстрое создание полной тормозной силы на каждом колесе. Наряду с этим он должен быть надежным в эксплуатации, иметь несложную конструкцию и высокий КПД.
Тормозные приводы бывают механическими, гидравлическими, пневматическими, электрическими, а также комбинированными (пневмогидравличсскими, пневмоэлсктрическими).
Механический привод. Тормозной механический привод представляет собой совокупность рычагов, валиков, тросов и тяг, через которые усилие от рычага управления передастся к тормозным механизмам. Механический привод стояночной тормозной системы автомобиля ВАЗ-2105 включаез в себя следующие летали привода: ручной рычаг 2 (рис. 17.4, а) с кнопкой / защелки и зубчатым сектором 4, рыча) 5 переднего троса 6 с пружиной 9, ролик 7, направляющую скобу 8 и задний трос К). При этом в тормозные механизмы задних колес дополнительно встроены разжимной рычаг /.?, укрепленный на задней колодке /4, и распорная планка 12. концы которой упираются в оое тормозные колодки 14.
При перемещении вверх рычага 2 привода стояночной системы усилие через рычаг 5 и передний трос 6 посредством направляющего ролика 7 передастся на скобу 8 с накинутым на нес задним тросом 10, который своими концами закреплен к разжимным рычагам 13 задних колодок правого и левого тормозных механизмов. Поворачиваясь на своей оси, рычаг 13 перемещает рас
307
порную планку /2, которая, раздвигая колодки /7, прижимает их к тормозному барабану /5, обеспечивая торможение колес.
При растормаживании перемещают рыча1 2 привода вниз, нажимая на кнопку /; при этом защелка 5, фиксирующая положение рычага, выводится из зацепления с зубчатым сектором 4. Отпустив рычаг 2 в исходное положение (вниз до отказа), стояночную систему полностью растормаживают благодаря действию пружин — стяжных // и оттяжной 9.
Механический тормозной привод стояночной системы автомобиля ВАЗ-21213 практически не имеет принципиальных различий от рассмотренною.
Механический стояночный тормоз автомобилей ВАЗ-2109, -2110 (рис. 17.4. (5) включает в себя ручной рычаг 2 с кнопкой / защелки, сопрягаемой с зубчатым сектором, которые монтируются в сборе на кронштейне 18 и крепятся к полу кузова, регулировочную тя!у /9с установленным на ней защитным чехлом / и уравнитель 20, с обеих сторон которого крепятся два троса 10. Свободные концы этих тросов соединены с разжимными рычагами 13, взаимодействующими с распорными планками 12.
Рис. 17.4. Механические приводы стояночной тормозной системы авто-
мобиле!!:
а - ВАЗ-2105; б- ВАЗ-2110
308
При торможении рычаг 2 перемешается вверх и через тягу /9, уравнитель 20 и трос //7 передает усилие на разжимной рычаг 13 и планку /2, которая, действуя на колодки тормозного механизма, обеспечивает торможение автомобиля. При растормаживании рычаг 2 привода опускают вниз до упора; при этом стяжные пружины сжимают колодки, а пружина 16 возвращает трос в исходное положение, и таким образом происходит растормаживание колес. С помощью гайки 21 с контргайкой 22 регулируются величина хода ручною рычага и натяжение тросов 10. На большинстве легковых автомобилей имеется контрольная лампа включения стояночной тормозной системы, выключатель которой крепится под рычагом 2 стояночного тормоза и приводится в действие специальным упором на рычаге.
На грузовых автомобилях с одно- и двухконтурным приводом рабочей тормозной системы (ГАЗ-3308, ЗИЛ-131Н, а также на ряде модификаций ШЛ-431410) установлен центральный двухколодочный тормоз барабанного типа с механическим приводом и ручным управлением. Тормоз расположен непосредственно за коробкой передач или раздаточной коробкой, действует на карданный вал и предназначен для затормаживания автомобиля на стоянках и удерживания его на уклонах (подъемах и спусках).
Устройство и работу механизмов стояночной тормозной системы рассмотрим на примере автомобиля ГАЗ-ЗЗО8. Опорный диск 19 тормоза (рис. 17.5) прикреплен болтами к задней стенке раздаточной коробки. К диску крепится корпус 7 разжимного и корпус 4 регулировочного механизмов. Верхние толкатели 5тормозных колодок опираются на два шарика 6. помещенных в канале разжимного стержня 8. С валом / регулировочного механизма соединен сухарь 3, на который опираются нижние опоры 2 колодок /7 и 20, взаимодействующих с тормозными барабанами 14.
При торможении усилие от рычага 9 передастся на тягу /2, которая через вгглку 15 с контргайкой 13 обеспечивает поворот рычага 16 и перемещение разжимного стержня <9. Положение рыча! а 9 фиксируется защелкой // на зубчатом секторе Ю. При растормаживании разъединяют защелку с губчатым сектором и возвращают рычаг 9 в исходное положение, при этом оттяжные пружины 18 и 21 возвращают колодки в оггорможеннос положение.
В случае работы автомобиля в составе автопоезда его тормозной привод взаимодействуете комбинированным тормозным краном. При затормаживании автомобиля-тягача стояночным тормозом приводятся в действие рабочие тормоза прицепа (полуприцепа). Стояночный тормоз можно использовать при движении только в аварийных случаях. Пользоваться стояночным тормозом при обычной езде не разрешается, гак как он сильно нагружает механизмы трансмиссии, а при длительном притормаживании теряет свою работоспособность.
309
Рис. 17.5. Стояночная тормозная система автомобиля ГАЗ-3308
Механический привод тормозов имеет значительные потери на трении из-за большого количества опор, шарниров, наличия тросовых соединений и теплового перенапряжения фрикционно-ю сопряжения. Этим объясняется сравнительно низкий КПД привода. Поэтому в последние годы наметилась тенденция отказа от трансмиссионных тормозных механизмов, так как на больших подъемах и спусках они не обеспечивают достаточной надежности, а в случае поломки карданной передачи происходит отказ стояночной тормозной системы.
На автомобилях большой массы с многоконтурным приводом тормозов (ЗИЛ-4331, КамАЗ-5320, седельных тягачах МАЗ-64227 и -54322) отдельных тормозных механизмов для стояночной тормозной системы нет, для этого используют самостоятельный привод на тормозные механизмы колес рабочей тормозной системы.
310
Гидравлический привод. Большинство современных автомобилей имеют рабочие тормозные системы с гидравлическим или пневматическим приводом. Одним из основных назначении этих приводов является разделение энергопотока на несколько независимых контуров. Контуром привода называется независимая его часть, остающаяся работоспособной при выходе из строя остальной части привода. Каждый контур привода имеет специальные регулировочные устройства, обеспечивающие восстановление нормальной работы привода в случае ее нарушения.
В соответствии с требованиями, предъявляемыми к тормозным системам, привод рабочей тормозной системы должен иметь нс менее двух контуров, причем каждый контур привода при отказе другого контура должен обеспечивать эффективность торможения не менее 35 % эффективности торможения при исправной рабочей тормозной системе.
Тормозная система автомобилей ГАЗ-3102. -3110 «Волга» и автобуса ПАЗ-3205 с двухконтурным приводом (рис. 17.6, а) состоит из дисковых передних тормозов /. колодочных задних тормозов 'барабанного типа, сдвоенного (тандемного) главного тормозного цилиндра 4. полости которого соединены с сигнальным устройством 2, имеющим контрольную лампу 3, гидровакуумно-го усилителя 5 и регулятора давления 6, включенного в контур задних тормозов через кронштейн кожуха 8 полуосей. Схема гидропривода рабочей тормозной системы автомобиля ГАЗ-3307 (рис. I .6, б) кроме указанных узлов (см. рис. 17.6. а) включает в себя передние тормоза 7барабанного тина, передний // и задний 10 гидровакуумные усилители, соединенные с впускным газопроводом /.? через обратный клапан 12, автоматически разъединяющий их при остановке двигателя. Кроме того, установлены воздушный фильтр 9 гидроусилителей и наполнительный масляный бачок /5сдвоенного гидроцилиндра 4. Система приводится в действие педалью 14. При повреждении одною из контуров тормозная жидкость вытекает из него. Другой, исправный, контур в этом случае обеспечивает остановку автомобиля.
Двухконтурные системы должны нс только обеспечивать требуемую эффективность торможения, но и сохранять устойчивость движения автомобиля и легкость сю управления. Многие отечественные автомобили и автобусы имеют описанный двухкоитур-ный привод.
Например, на автомобилях ВАЗ-2101), -2110 применено диа-тональное расположение кошуров, при этом один контур обеспечивает работу тормозных механизмов левого переднего и правого заднего колес, другой — правого переднего и левого заднего колес.
На автомобилях ГАЗ-3102. -3110 «Волга» один контур воздействует при помощи малых цилиндров на все колеса, другой — на
дисковые тормозные механизмы передних колее, которые для мой цели оснащены большими колесными цилиндрами.
Важным звеном в работе двухконтурной тормозной системы является конструкция сдвоенного главного тормозного цилиндра
а
Рис. 17.6. Схема гидропривода двухконтурной тормозной системы автомобилей:	,
а _ ГАЗ-3102, -3110 «Волга»; б — ГАЗ-3307, -3308, -3309 «Садко»
312
и гидровакуум ного усилителя. Сдвоенные главные тормозные цилиндры автомобилей ВАЗ-2109, -1113 но устройству и принципу тействия нс имеют различии. Типичным примером является главный тормозной цилиндр автомобиля ВАЗ-2109, -2110 (рис. 17.7. а), который своим корпусом 6 крепится па шпильках к вакуумному усилителю в сборе с питательным бачком 2. Бачок при помощи резиновых соединительных втулок 3 установлен на главном цилиндре и разделен перегородкой на две рабочие полости, которые через соединительные втулки и штуцеры бачка сообщаются с рабочими полостями главного цилиндра.
Корпус бачка изготовлен из полупрозрачной пластмассы, на которой выштампованы две метки «min» и «птах», но которым контролируется уровень жидкости в питательном бачке. По центру таливной горловины установлен направляющий цилиндр. В верх-
а
Рис. 17.7. Сдвоенные главные тормозные цилиндры автомобилей: а — ВАЗ-2109, -2110 в сборе с бачками; б — ГАЗ-3307
ней части цилиндра имеются две прорези, через которые полость направляющего цилиндра сообщается с двумя рабочими полос гимн бачка. Это позволяет в случае утечки жидкости из одной полости бачка сохранить в другой достаточный уровень жидкости для нормальной работы исправного контура тормозов.
Горловина бачка закрывается резьбовой крышкой, в которой установлен корпус датчика / аварийного уровня жидкости в бачке. Полость контактов датчика сверху дополнительно закрывается защитным пластмассовым колпачком. При понижении уровня жидкости контакты датчика замыкают цепь контрольной лампы, которая загорается и сигнализирует о необходимое! и доливки тормозной жидкости.
Внутри корпуса цилиндра последовательно расположены два поршня. Поршень 5 толкателя создает давление в одном диагональном контуре рабочей тормозной системы, а плавающий поршень 14 — в другом контуре. Поршень 5 в цилиндре уплотняется двумя резиновыми кольцами 4 и 8, соответственно низкого и высокого давления. Уплотнительное кольцо 8 высокого давления прижимается пружиной 9 к торцу распорной втулки 7. Другой конец пружины упирается в тарелку 10, а с другой стороны в згу тарелку упирается возвратная пружина //. Ход поршня в цилиндре ограничивается стопорным винтом 13, выступающий конец которого заходит в паз поршня.
Плавающий поршень !4, установленный в передней полости главного цилиндра, имеет такое же устройство и уплотнение, при этом задняя часть поршня уплотняется своим кольцом высокого давления, которое прижимается к торцу поршня пружиной через шайбу /2.
Когда педаль тормоза нс нажата, система расторможена, при этом поршни 5 и 14 под действием возвратной пружины //отжаты в крайнее положение и упираются в стопорные винты 13. При этом распорные втулки 7, упираясь в винты /Л отводя! уплотнительные кольца 8от торцевых канавок поршней. Вследствие этого образуются компенсационные зазоры Д, через которые рабочие полости главного цилиндра сообщаются с бачком.
Под действием усилия при нажатии на педаль тормоза происходит процесс торможения, в этом случае шток вакуумного усилителя перемещает поршень 5. Распорная втулка 7отходит от стопорного винта, и уплотнительное кольцо 8 прижимается пружиной к торну канавки. Компенсационный зазор перекрывается, и происходит разобщение полостей главного цилиндра и бачка. Дальнейшее перемещение поршня 5 в рабочей полости привода «левый передний — правый задний тормозные механизмы» создает давление жидкости, которое через трубопроводы и шланги передастся к колесным тормозным цилиндрам. Это же усилие нажатия на педаль передастся и на плавающий поршень 14, который, пе
314
ремещаясь, создает давление в приводе «правый передний — левый задний тормозные механизмы».
По мере перемещения поршней увеличивается давление в рабочих полостях тормозных цилиндров. Это приводи! к распиранию колец высокого давления 6’, которые сильнее прижимаются к стенкам цилиндра и к торцам канавок, что способствует лучшей герметичности поршней в полостях главного цилиндра и повышению давления в колесных тормозных цилиндрах. Давление в системе гидравлическою привода тормозов зависит во многом от усилия, создаваемого на педали, и может достигать значительной величины: например, при усилии па педали 200...250 Н давление тормозной жидкости может быть 4,0...4,5 МПа.
Сдвоенные главные тормозные цилиндры автомобилей ГАЗ-3307, -3309 и -3308 «Садко» и других (рис. 17.7, б) состоят из двух корпусов /би 26, во внутренних полостях которых находятся первичный 22 и вторичны»! /7поршни, фиксируемые болтами 24. На поршнях посредством соединительных стержней /9 установлены головки 20, выполняющие функции уже рассмотренных па примере ВАЗ-2109 (рис. 17.7, а) перепускных устройств. Каждая головка включает в себя резиновое уплотнительное кольцо 21 и манжету 25 головки, уплотнительные кольца 27 поршня и 28 корпуса, пружину 29 головки и возвратную пружину 18 поршня. Эти детали обеспечивают герметичные соединения головок с полостями рабочих цилиндров в процессе работы гидропривода тормозов.
При расторможенном состоянии тормозных механизмов полости А и Б сообщаются с бачком 15 (см. рис. 17.6. б) благодаря тому, что между головками 20 и поршнями 22 (см. рис. 17.7, б) в обеих полостях сдвоенного цилин дра имеются зазоры. При торможении поршни /7 и 22 через клапаны /5 избыточного давления создают посредством перемещения толкателя необходимое давление жидкости в приводах соответственно переднего и заднего рабочих контуров. В этом случае поршни 22 и //герметично прижимаются к головкам за счет пружин 29 и уплотняющих колец 21 головок, вследствие чего полости А и Б разобщаются с питательным бачком тормозного цилиндра.
В процессе растормаживания, копа толкатель 23 отходит от поршня 22, под давлением жидкости оба поршня возвращаются в исходное положение. При этом жидкость, преодолевая сопротив-1ение пружины 31. открывает клапан 15 и возвращается в полос-ги цилиндра. После того как давление жидкости значительно синилось, пружина 31 прижимает клапан 15 к корпусу, края которого закрывают отверстия В, и в приводах сохраняется небольшое избыточное давление. Клапан избыточного давления состоит из резинового корпуса с пружиной 31 и металлического диска с шестью отверстиями В. При торможении жидкость, пройдя через
315
отверстия В, своим давлением отгибает края ре шнового корпуса и поступает в приводы тормозных механизмов.
При отказе контура привода задних колес первичный поршень 22 через соединительный стержень /9 и упор приводит в движение вторичный поршень /7, который подает жидкость в контур привода передних колес. При выходе из строя кош ура привода передних колес вторичный поршень //движется вхолостую до упора соединительного стержня в упор 30\ при этом работа тормозного контура привода задних колес происходит без нарушения давления. При исправной работе контуров i идропривода давление в обеих рабочих полостях возрастает равномерно благодаря тому, что перемещение поршня //происходит под действием перепада давлений, который устраняется потому, что поршни имеют плавающие головки.
17.4.	Вакуумные усилители гидропривода тормозов
На автомобилях с гидроприводом тормозов обычно применяются вакуумные усилители, позволяющие использовать энергию разряжения во впускном газопроводе двигателя. Усилители повышают работоспособность привода и облегчают управление тормозами, а в случае их отказа не препятствуют торможению автомобиля. Вакуумные усилители по своей эффективности, работоспособности и простоте конструкции получили широкое распространение среди отечественных лш ковых автомобилей. Типичным примером является усилитель, предназначенный для автомобилей ВАЗ-212I3 и -2I05; его устанавливают в моторном отсеке и кренят задним фланцем к кронштейну педали. Между корпусом 5 усилителя (рис. 17.8) и его крышкой 6 зажата резиновая мембрана 4, внутренний поясок отверстия которой заходит в кольцевую выточку корпуса 3 клапана. Мембрана вместе с корпусом клапана делят полость вакуумного усилителя на две камеры: вакуумную А и атмосферную В. Камера А через наконечник и uuiaiii соединяется с впускной системой двигателя посредством обратного клапана /. предотвращающего попадание горючей смеси в вакуумную камеру и открывающегося только при перепаде давления между полост ью А и впускным трубопроводом двигателя. Вследствие этою в камере усилителя может поддерживаться разрежение, которое позволяет произвести одно-два гффективных торможения при отказе двигателя.
Толкатель 14. соединенный через вилку /5 с педалью /6, входит в корпус 3 клапана, а его шаровая головка обжата в гнезде поршня 9. Упорная пластина <У, закрепленная в корпусе клапана, ограничивает продольное перемещение поршня в пределах зазора между пластиной и кольцевой выточкой поршня. Корпус 3 клапа-
316
Рис. 17.8. Вакуумный усилитель тормозного привода автомобилей ВАЗ-21213 и ИЖ-21261 «Ода»
на. изгоювленный из пластмассы, обеспечивает роль поршня, переметающегося в корпусе 5 усилителя. Корпус клапана имеет сквозные отверстия, обра дующие каналы С и Д. Капал Д соединяет центральную часть корпуса клапана с атмосферной камерой В, а канал С — с вакуумной полостью А. впереди усилителя установлен шток 21, в торцевое отверстие которого ввернут регулировочный болт 22, имеющий сферическую головку, контактирующую в процессе работы с поршнем 23 главного тормозного цилиндра 24. На выходе из корпуса 5 усилителя шток 21 плотно обжимается уплотнителем /9. а для герметичности фланца главного цилиндра с корпусом устанавливается резиновая манжета 20.
Хвостовик корпуса 3 клапана на выходе из горловины крышки 8 уплотняется ре шновой манжетой 18. На хвостовик и заднюю часть крышки 6 устанавливается резиногофрированный чехол с колпаком 17, который обеспечивае! плотную защиту торца хвостовика оз грязи. Такое уплотнение связано с гем, что со стороны хвостовика корпуса клапана на толкателе 14 монтируется резиновый клапан 10, взаимодействующий через опорные чашки с пружинами 12 и //, а также поролоновый фильтр !3 очистки воздуха, поступающею в полости усилителя.
Работа усиди 1сля возможна только в том случае, если во впускном трубопроводе создается разрежение. В этом случае разрежение через клапан 1 передается в полость А и при отпущенной педали через каналы С и Д — в атмосферную полость В, так как между передним торцом клапана 10 и расположенным перед ним коль
317
цевым выступом корпуса клапана 3 имеется кольцевая щель. При этом полость В отделена от атмосферы торцом резинового клапана 10, который прижат к заднему торну поршня 9 усилием пружины //. В этом случае при наличии вакуума по обе стороны мембраны 4 корпус клапана и мембрана под действием пружины 2 прижимаются ближе к крышке 6 корпуса.
При нажатии на педаль /6тормоза толкатель /‘/вместе с поршнем 9 и подвижной частью резинового клапана /0 перемещается вперед, пока нс исчезнет кольцевая щель и торцовая часть клапана 10 не войдет в кольцевой выступ корпуса 5 клапана. В лом случае вакуумная полость А отделяется от атмосферной полости В. Дальнейшее перемещение толкателя 14 передвинет поршень 9 от клапана 10. при этом между ними образуется щель, что обеспечит поступление в полость В воздуха из полости Е через фильтр 13. Вследствие этого корпус клапана и мембрана под разностью давлений перемещаются вперед вместе со штоком 21, который, воздействуя па поршень 23 главного цилиндра 24, создаст избыточное давление в системе гидропривода тормозов.
Если водитель прекратит дальнейшее нажатие на педаль тормоза и оставит ее нажатой в каком-то промежуточном положении, то в этом случае корпус клапана 5 перемещается вперед вместе с прижатым к нему торцом клапана Ю под действием разряжения в полости Л и атмосферного давления в полости В. Перемещение корпуса клапана будет происходить до тех пор, пока клапан 10не упрется в задний торец поршня 9. При этом сообщение полостей Е и В прекратится, а в системе 1 идропривода тормозов жидкость будет находиться иод определенным постоянным давлением.
В случае экстренного торможения педаль 16 тормоза через вилку 15 и толкатель 14 обеспечивает механическое воздействие на поршень 23 главного тормозного цилиндра 24 посредством поршня 9, который через буфер /упирается в шток 21. При этом поршень 9, отходя от клапана 10, обеспечивает последнему упор в торцевой выступ корпуса клапана 5. Это приводит к разобщению вакуумной и воздушной полостей с одновременной подачей воздуха из полости Е к мембране 4 через полость В, гем самым увеличивая давление жидкости в сдвоенном главном тормозном цилиндре.
При отказе усилителя или движения автомобиля на буксире тормозная система приводится в действие механическим путем от педали 16 через толкатель 14, буфер 7 и шток 21. В этом случае к педали нужно прикладывать сравнительно большие усилия, увеличивается ее свободный ход. а также снижается эффективность работы рабочей тормозной системы автомобиля.
Вакуумные усилители автомобиля ВАЗ-2109, -2110 и их модификации конструктивно отличаются от описанного тем, что в крышке корпуса усилителя завальцованы две шпильки, которые
318
являются направляющими для корпуса клапана, служат для крепления усилителя и главного цилиндра, а также обеспечивают прочность соединения корпуса с крышкой. На других марках автомобилей усилители по сравнению с рассмотренными, имеют также отличия в устройстве. Однако при наличии конструктивных особенностей отдельных деталей и элементов уплотнительных соединений усилители гидропривода большинства автомобилей но принципу действия не имеют существенных различий.
17.5.	Редукционный гидроклапан и регуляторы давления
В гидроприводе задних тормозов автомобилей обычно устанавливается гидроклапан или регулятор давления, которые служат для автоматического изменения давления жидкости в контуре задних тормозных механизмов в зависимости от прогиба рессор, чем ограничиваются возрастания тормозных сил на задние колеса и предотвращается их юз. Примером установки редукционного гидроклапана являются грузовые автомобили малой массы семейства «I АЗель».
Редукционный гидроклапан 12 в сборе (рис. 17.9) расположен в зоне задней подвески и крепится посредст вом кронштейна 13 к лонжерону рамы. С задней подвеской i идроклапан соединяется через стойку 7, присоединенную к нагрузочному стержню <9. При помощи болта 37и упорного штифта 36 нагрузочный стержень крепится к нажимному рычагу //, который вместе с осью 35 качается в отверстиях кронштейна /5 гидроклапана. Соединение стойки 7 с нагрузочным стержнем 8 производится с помощью резиновой по-1ушки 9, которая шарнирно соединена с кронштейном /, приваренным к поперечной штанге подвески. В месте шарнирного соединения установлены резиновая втулка 2 с шайбой 6, которые надеты на ось 4, закрепленную в кронштейне через пружинящую шайбу 3 1айкои 5. Наличие резиновой подушки и втулки обеспечивает безударную работу двух шарниров.
Гидроклапан состоит из корпуса 20 с двумя резьбовыми отверстиями, в которых установлены накидные гайки трубопроводов 24 и 27. Внутри корпуса подвижно установлена гильза 16, имеющая специальное отверстие с конусным седлом и проточку для уплотнительного кольца 19. В отверстии с конусным седлом установлен шариковый клапан 26, прижатый к седлу кольцевой пружиной 25.
Своим нижним торцом гильза фиксируется в верхнем исходном положении пружинной шайбой 17, а во внутренней се полости установлен поршень 14, уплотнительная манжета 28 которого разделяет гидроклапан на / и II основные рабочие полости.
319
Полость / соединена с трубопроводом 27 сигнального устройства, информирующего водителя о падении давления в одном из кон гуров гидропривода, полость II — с трубопроводом 24, связывающим эту полость с узлом-коллектором трубопроводов, подводящих жидкость к рабочим цилиндрам заднего контура. На копне поршня 14 установлен и закреплен промежуточной 2/ и стопорной 23 шайбами управляющий конус 18, поджимаемый сверху пружиной 22. При перемещении поршня управляющий конус обеспечивает сообщение первой или второй полости через шариковый клапан 26, фиксируемый прижимной пружиной 25. Упорной разрезной скобой /5, установленной в кольцевой канавке поршня, определяется исходное взаимное положение гильзы /6 и поршня 14.
В нижней (меныпей по плошади) ступени поршня устанавливается резьбовая втулка 30 с уплотнительным кольцом 29, которая обеспечивает крепление корпуса к кронштейну 13. Установленная внутри втулки пружина 31 поджимает через пластмассовое распорное кольцо 52 уплотнительную манжету 33. Нижние части втулки и поршня закрыты грязезащитным чехлом 34.
Принцип работы гидрок лапана (резулятора давления) состоит в том, что он позволяет снижать давление жидкости, подводимое к задним тормозам. При этом начало редуцирования в процессе торможения обусловливается нагрузкой на задний мост и давлением жидкости в рабочем контуре задних колес. В исходном положении поршня гидроцилиндра тормозная жидкость выходит из полости //для приведения в действие рабочих цилиндров задних колес, а в полость / жидкость поступает из главного тормозного цилиндра.
Рис. 17.9. Редукционный гидроклапан (регулятор давления) 1идропри-вода тормозов задних колес авюмобилей «ГАЗель»
320
При этом в обеих полостях гидроцилиндра и в трубопроводах тормозного привода давление жидкости одинаково, так как шариковый клапан 26, отжатый управляющим конусом 18, обеспечивает полное прохождение жидкости из полости / в полость II.
При торможении происходит динамическое перераспределение нагрузки, приходящейся на переднюю и заднюю оси. Чем резче торможение, тем больше увеличивается доля общей нагрузки на передние колсса и уменьшается на задние. Одновременно увеличивается расстояние между задним мостом и рамой (кузовом), и соответственно изменяется сила, действующая от нагрузочного стержня 8, который через нажимной рычаг //и регулировочный болт 10 передаст усилие на шток поршня 14. При этом, когда сила от давления тормозной жидкости на головку поршня превысит сумму сил от нагрузочного стержня и давления жидкости на меньшую площадь поршня, последний переместится вниз, а управляющий конус 18 освободит шариковый клапан 26, который под действием прижимной! пружины 25 перекроет доступ жидкости из полости I в полость //. С этого момента давление в полости / выше давления в полости //, обслуживающей задние тормозные механизмы. После снятия усилия с педали тормоза поршень гидроцилиндра за счет снижения давления и под действием возвратной пружины 31 переместится в исходное положение, а управляющий конус, отжав шариковый клапан 26, откроет доступ жидкости из полости / в полость //.
Следовательно, с увеличением нагрузки редукционный гидроклапан обеспечивает прохождение жи гкости к колесным цилиндрам задних тормозов, от чего повышается давление в их контуре и улучшается эффективность работы тормозных механизмов. С уменьшением нагрузки гидроклапан уменьшает подачу жидкости (частично или до полного ее прекращения) к тормозным механизмам, вследствие чего уменьшаются давление в приводе задних тормозов и вероятность блокировки задних колес прежде, чем заблокируются передние колсса. Этим предупреждаются юз задних колес и занос автомобиля. В процессе эксплуатации автомобилей «ГАЗель» появляются остаточные деформации рессор задней подвески, изменяющие заводскую регулировку гидроклапана при установке его на автомобиль. Поэтому после первых 1,5...2,0 тыс. км пробега, через 30 тыс. км, и далее через каждые 60 тыс. км пробега следует проверять регулировочные параметры установки гидро-клапана.
Регулятор давления на автомобилях ВАЗ-2109, -2110,-2112 включен в оба контура тормозною привода, и через него тормозная жидкость поступает к задним тормозным механизмам в зависимости от нагрузки на колсса. При уменьшении нагрузки регулятор уменьшает подачу жидкости к задним тормозам вплоть до се прекращения. При увеличении нагрузки регулятор обеспечивает по-
321
Рис. 17.10. Привод регулятора давления
ступление жидкости в колесные цилиндры задних тормозов, повышая в них давление и улучшая тем самым эффективность работы тормозных механизмов.
Регулятор давления / (рис. 17.10) монтируется на полках кронштейна У двумя болтами 2 и /5. Кронштейн Скрепится на специальном кронштейне 8. расположенном в левой задней части кузова. Одновременно передним болтом 2 крепится вильчатый кронштейн 3 привода с приваренным к нему пальцем, в отверстие которого запрессован штифт 4, обеспечивающий установку и проворачивание на нем двухплечего рычага 5. Для того чтобы кронштейн из- $а наличия в нем овального отверстия нс проворачивался относительно болта 2. его выступ заходит в паз на кронштейне 9.
На опоре рычага 5 установлена пластинчатая пружина 7, исключающая передачу вибрации от деталей привода на поршень регулятора давления. В верхних отверстиях двух полок рычага 5 расположена ось 6, через отверстие которой проходит упругий рычаг (торсион) 10, другой конец которого через серыу 11 шарнирно соединяется с кронштейном рычага задней подвески. Серьга 11 удерживается на пальце 14 стопорным кольцом 13. а с концом упругого рычага соединяется скобой 12.
Кронштейн 3 вместе с рычагом 5 за счет овальных отверстии иод болт крепления 2 можно перемешать относительно регулятора давления. Для этой цели в приводе предусмотрено два отверстия: А и В под штифты вспомогательного рычага, с помощью которого перемещают кронштейн 3. Этим регулируется усилие, с которым рычаг 5действует на поршень регулятора. Одной из причин необходимости регулировки является то. что по мере снижс-
322
пня упругости пружин задней подвески необходимо корректировать усилие, с которым действует рыча! 10 через рычаг 5 на поршень регулятора.
Регулятор давления включает в себя корпус / (рис. 17.11), в котором во втулке 5. фиксируемой стопорным кольцом 4, установлен поршень 2 с защитным колпачком J, пружину 6, устанавливаемую на поршень и прижимающую уплотнители 21, 23 к втулкам 7 и 5 через упорные шайбы 22, толкатель 20 со стопорным кольцом 6, в который упирается конец клапана 18. втулку 19толкателя с уплотнительными кольцами 10, поджимаемыми пружиной /2 через тарелку /7 к шайбе 9, пробку 16 с установленными в ней резинометаллическим клапаном 18, седлом 14 и уплотнительным кольцом 13, поджимаемыми пружиной 17. Герметичность установки пробки !6 обеспечивается уплотнительной прокладкой 15. а герметичность уплотнительных колец /0 проверяется с помощью канала 25 в корпусе регулятора, который совпадает с радиальным отверстием во втулке 19. Отверстие в корпусе закрывается резиновой заглушкой 24, входящей внутрь на 1 ...2 мм. Течь жидкости из-под заглушки или ее выдавливание свидетельствует о негерметичности колец 10. В корпусе / регулятора имеются чс-
Рис. 17.11. Регулятор давления тормозной системы переднеприводных автомобилей ВАЗ
323
тырс внутренние полости: / и IVсоединяются с главным тормозным цилиндром, // — с правым, а /// — с левым колесными тормозными цилиндрами задних тормозов.
В исходном положении педали тормоза поршень 2 поджат рычагом 5через пластинчатую пружину 7(см. рис. 17.10) к толкателю 20 (см. рис. 17.10), который иод этим усилием поджимается к седлу 14 клапана 18. При этом клапан 18 отжимается от седла и образуется зазор А|,атакже зазор 1цмежду головкой поршня и уплотнителем 21. Через эти зазоры полости / и /^сообщаются с полостями 7/ и ///.
При нажатии па педаль тормоза жидкость через зазоры Л3и 1ц и полости IVи ///поступает в цилиндры колесных тормозных механизмов. При увеличении давления жидкости возрастает усилие на поршне, стремящееся выдвинуть его из корпуса. Когда усилие от давления превысит усилие от упругою рычага, поршень начинает выдвигаться из корпуса, а вслед за ним под действием пружин 12 и //перемещается толкатель 20вместе с втулкой 19и кольцами 10. При этом зазор h2 увеличивается, а зазоры Л, и Л3 уменьшаются. Когда зазор Л, выберется полностью и клапан 18 изолирует полость /Г от полости ///, толкатель 20 вместе с расположенными на нем деталями перестанет перемещаться вслед за поршнем. При этом давление в полости /// будет изменяться в зависимости от давления в полости //.
При дальнейшем увеличении усилия на педали тормоза давление в полостях IV, И и / возрастает, поршень 2 продолжает выдвигаться из корпуса, а втулка 19 вместе с уплотнительными кольцами 10 и тарелкой // под усиливающимся давлением в полости //сдвинется в сторону пробки 16. При этом зазор й2 начинает уменьшаться. За счет уменьшения объема полости ///давление в ней, а значит, и в приводе тормоза нарастает и практически будет равно давлению в полости //, что и обеспечивает равенство давлений в тормозных механизмах задних колес. Когда зазор /;3 полностью выберется, давление в полости //, а значит, и в полости /// будет расти в меньшей степени, чем давление в полости / за счет дросселирования жидкости между головкой поршня и уплотнителем 21. Зависимость между давлением в полостях // и / определяется отношением разности площадей головки и штока поршня к площади головки.
По мерс увеличения нагрузки на автомобиль рычаг ///регулятора (см. рис. 17.10) будет больше нагружен от рычага задней подвески, что создаст большее усилие на поршень 2 регулятора (см. рис. 17.11). В результате этою момент касания головки поршня с уплотнителем 21 головки поршня будет происходить при большем давлении в главном тормозном цилиндре. Следовательно, эффективность задних тормозов увеличится с возрастанием загрузки автомобиля, при этом усилие на педали тормоза остается примерно таким же, как и при меньшей массовой загрузке автомобиля.
324
17.6.	Одно- и двухконтурный пневматический привод тормозов
На грузовых автомобилях средней и большой массы широко применяют пневматические приводы к тормозным механизмам колес. Приводы обеспечивают также эффективное торможение прицепов и полуприцепов автопоездов.
В пневматических приводах для приведения тормозных механизмов в действие используется энергия предварительно сжатого воздуха, которая позволяет получить практически любые усилия, необходимые для торможения автомобиля при незначительных усилиях на тормозной педали. Наряду с этим в системе пневматического привода устанавливается следящее устройство, обеспечивающее пропорциональность между усилием нажатия на тормозную педаль и усилием, создаваемым воздухом на разжимном устройстве тормозных механизмов.
Принципиальная схема одноконтурного пневмопривода рабочей тормозной системы автомобиля-тягача и прицепа показана на рис. I7.I2. Компрессор /, установленный на двигателе и привозимый в действие клиновидным ремнем от шкива коленчатого вала, накачивает воздух в воздушные баллоны 8. Давление сжатого воздуха, поддерживаемое в диапазоне 0,60...0,77 МПа, ограничивается регулятором давления 2. Предохранительный клапан 9 исключает возможность повышения давления сжатого воздуха в системе более 1,0 МПа. Подвод сжатого воздуха к тормозным меха-
Рис. 17.12. Схема одноконтурного пневмопривода автомобиля-тягача ЗИЛ-431410:
а — пневмопривод тягача; б — пневмопривод прицепа
325
низмам осуществляется через тормозной кран б со встроенным в него следящим устройством. При нажатии на педаль 5 тормозной кран подает сжатый воздух из баллона 8в тормозные камеры 3 и 10 соответственно передних и задних колес. Давление воздуха через мембраны 14 (см. рис. 17.1) тормозных камер передается на разжимные кулаки тормозных механизмов.
При возвращении педали 5(см. рис. 17.12) в исходное положение тормозной кран 6 разобщает воздушные баллоны с тормозными камерами, из которых сжатый воздух выходит наружу, вследствие чего тормозные механизмы растормаживаются. Для выпуска конденсата баллоны снабжены сливными кранами 7. Двухстрслоч-ный манометр 4, установленный в кабине, даст возможность контролировать давление в баллонах и магистралях, подводящих воздух к тормозным камерам.
Для связи привода тормозов прицепа и полуприцепа с тормозной системой автомобиля применяются гибкий шланг 13 и соединительная головка /2, состоящая из двух половин, одна из которых связана с автомобилем, а другая — с прицепом. С обеих сторон соединительной головки установлены разобщительные краны // и 14, служащие для отключения или включения магистралей тягача или прицепа (полуприцепа).
В пневматическом приводе прицепного состава используется воздухораспределительный клапан 15, который управляет снабжением тормозных камер и баллона со сжатым воздухом из системы тягача. При снижении давления воздуха в соединительной магистрали клапан подключает тормозные камеры 10 прицепного состава к воздушному баллону <? прицепа или полуприцепа, а при нормальном давлении соединяет пневмосистсму тягача с баллоном прицепа или полуприцепа и тормозные камеры с атмосферой через комбинированный тормозной кран 6 (показано стрелками).
Рассмотренная схема одноконтурного пневмопривода автопоезда длительное время применялась на автомобилях семейства ЗИЛ и в настоящее время сохранилась на ряде модификаций автомобилей семейства ЗИЛ-431410 с одновременным выпуском части автомобилей этой модели с многоконтурным приводом. Наряду с этим на отдельных моделях грузовых автомобилей для повышения их активной безопасности применяют двухконтурный пневматический привод, включающий две раздельные ветви трубопроводов для питания тормозных камер передних и задних колес.
Типичным примером двухконтурного привода являются автомобили MA3-5335, которые оборудованы раздельным пневматическим приводом передних и задних тормо шых механизмов. В этом приводе воздух, нагнетаемый компрессором 1 (рис. 17.13), поступает через влагомаслоотделитсль 2 к регулятору давления 3. При этом сброс конденсата из влагомаслоотделителя производится
326
Рис. 17.13. Схема двухконтурного пневмопривода автомобиля MA3-5335
автоматически. Из регулятора давления .? воздух проходит в конденсационный баллон 4, из которого через двойной защитный клапан 5 подается в контуры привода передних и задних тормозных механизмов. Контур привода задних тормозов включает в себя верхнюю секцию тормозного крана 13 с трубопроводом 9, воздушный баллон (рсссивер) 6 и тормозные камеры 10 задних тормозных механизмов. Контур привода передних тормозов состоит из нижней секции тормозного крана 13, воздушного баллона 7 и тормозных камер 14 передних тормозных механизмов. При повреждении контура привода передних или задних тормозных механизмов двойной защитный клапан 5 перекрывает неисправный контур и обеспечивает подачу сжатого воздуха только в один исправный контур.
Из баллона 6 сжатый воздух подводится к клапану 8 управления пневмосистемой прицепа, который связан с разобщительным краном /2 и головкой II, присоединяемой к тормозной системе прицепа. К баллону /дополнительно подключены потребители воздуха (пневмоусилитель сцепления и др.). В общей системе пневмопривода установлены две сигнальные лампы и два манометра для контроля за давлением воздуха в контурах рабочей тормозной системы.
17.7.	Приборы одно- и двухконтурного пневматических приводов
Компрессор служит для питания пневматической системы сжатым воздухом. Двухцилиндровые компрессоры одноступенчатого сжатия поршневого типа и ряд других приборов унифицированы для ряда моделей грузовых автомобилей (ЗИЛ, МАЗ) с одно- и двухконтурным пневмоприводом тормозов.
Компрессор (рис. I7.I4) состоит из блока 2 цилиндров, головки 5 цилиндров, картера 9, коленчатого вала 10, двух шатунов 3, поршней 4 с поршневыми пальцами и поршневыми кольцами.
327
Рис. 17.14. Компрессор пневматического привода тормозов автомобилей ЗИЛ-431410. MA3-5335
Коленчатый вал установлен в картере на двух шариковых подшипниках. На переднем конце вала установлен шкив /. а на заднем смонтирован самоподжимной уплотнитель, обеспечивающий герметичность соединения отверстия 8в крышке 7компрессора с главной смазочной магистралью двигателя. По каналам коленчатою вала компрессора масло поступает к шатунным подшипникам и через отверстия в шатунах — к поршневым пальцам. Охлаждение компрессора — жидкостное. В полость Б блока цилин ,ров охлаждающая жидкость поступает из системы охлаждения двигателя.
Воздух из воздухоочистителя двигателя подается к цилиндрам компрессора через полость В, в которой установлены два впускных клапана //с седлами 15. Под впускными клапанами находится разгрузочное устройство компрессора, состоящее из плунжера 14 со штоком /2, коромысла 16, пружины /.? и сс направляющей 17. Канал /8 разгрузочного устройства соединен с регулятором давления. При движении поршня вниз под действием разрежения происходит заполнение цилиндра воздухом через открытые впускные клапаны //. При движении поршня вверх под давлением сжимаемого воздуха открываются выпускные пластинчатые клапаны 6. и через камеру А воздух поступает к воздушным баллонам.
При достижении в пневматической системе давления воздуха 0,73...0,77 МПа регулятор давления подаст сжатый воздух по каналу 18под плунжеры /4разгрузочного устройства, которые, поднимаясь, открывают одновременно оба впускных клапана //. В этом случае при вращении коленчатого вала компрессора поршни не подают воздух в систему, а перекачивают его из одною цилиндра в другой. С понижением давления в пневматической системе регулятор давления выпускает воздух из-под плунжеров 14 а атмосферу, они под действием пружины /./опускаются, впускные клапаны садятся на свои седла и компрессор снова начинает нагнетать воздух в пневматическую систему.
Регулятор давления предназначен для поддержания давления воздуха в пневматической тормозной системе в заданных пределах, установлен на блоке цилиндров компрессора (рис. 17.15) и соединен с каналом сю разгрузочного устройства, а также через резьбовую крышку //фильтра /2с воздушным баллоном. На корпусе 13 под кожухом 14 расположены регулировочный колпак /, седло /выпускного клапана, впускной Юн выпускной 9шариковые клапаны, шгок 5с пружиной 3 и центрирующие шарики 2 и 4.
При достижении верхнего предела давления поступающий от воздушного баллона воздух преодолевает сопротивление пружины 3 и поднимает впускной клапан 10. одновременно прижимая выпускной клапан 9 к сю седлу. При этом через зазор между клапаном 9 и корпусом сжатый воздух поступает в канал разгрузочного устройства компрессора. Когда давление достигает нижнего предела, пружина 3, воздействуя на шток 5, возвращает шарико-
329
От воздушною баллона
Рис. 17.15. Регулятор давления в пневмоприводе тормозов
вые клапаны 9 и 10 в исходное положение. Поступление воздуха из системы в разгрузочное устройство компрессора прекращается, и воздух но каналу выпускается в атмосферу. Заданные пределы давления в регуляторе устанавливают вращением колпака /, фиксируемого контргайкой 6.
На автомобиле MA3-5335 с двухконтурным пневмоприводом в регулятор давления встроен предохранительный клапан, который предохраняет пневмосистему от чрезмерного повышения давления в ней в случае отказа регулятора давления. Клапан открывается при давлении воздуха в системе 0,85...0.90 МПа и выпускает в атмосферу излишки воздуха.
Влагомаслоотделитель служит для очистки от конденсата воздуха, поступающего в пневматический привод тормозов автомобилей ЗИЛ, КамАЗ и МАЗ. Воздух из компрессора через вывод // поступает в трубчатый радиатор 1 (рис. 17.16), где охлаждается потоком встречного воздуха, затем проходит по направляющему аппарату 4 и через центральное отверстие в стержне винта 3 в корпус 2 к выводу / и далее в пневматический тормозной привод. Направление потока сжатого воздуха показано стрелками на корпусе 2. Выделившаяся в результате конденсации влага, стекая через специальный фильтр 5, скапливается в нижней крышке 7. При срабатывании регулятора давление во влагоотделителс падает, при
330
Рис. 17.16. Влагомаслоотлелитель автомобилей КамАЗ, МАЗ
этом мембрана 6 перемещается вверх. Клапан 8слива конденсата открывается, смесь воды и масла через вывод /// удаляется в атмосферу.
Тормозной кран служит для регулирования подачи сжатого воздуха из воздушного баллона к тормозным камерам и создания в них разжимного усилия, действующего на колодки тормозных механизмов пропорционально усилию нажатия на педаль. При неизменном усилии на педали сила торможения должна быть постоянной, а при полностью отпущенной педали необходимо полное и быстрое растормаживание тормозных механизмов. Это обеспечивается включением в тормозной кран следящего устройства.
На одиночных автомобилях применяются одинарные тормозные краны (с одной секцией); на автомобилях, работающих с прицепами. — комбинированные тормозные краны с двумя секциями, одна из которых служи т для управления тормозными механизмами автомобиля, а другая — тормозными механизмами прицепа.
Устройство одинарного тормозного крана автомобиля ЗИЛ-431410 с одноконтурным тормозным приводом показано на рис. 17.17. В литом корпусе 25 расположены рыча1 24 и механизм крана. Рычаг установлен на оси 2, закрепленной в бобышках корпуса. Верхний конец рычага закрыт крышкой 4, на которой установлен резиновый чехол 3, предохраняющий внутренние полости крана от загрязнения. В отверстие крышки пропущена тяга, соединяющая верхний конец рычага с тормозной педалью. Величина свободного хода рычага регулируется винтом 26. Нижний конец рычага 24 упирается в узел уравновешивающей пружины, состоящей из упора /, стакана 23, пружины 22 и опорной шайбы 5.
331
В гнезде корпуса установлен стакан 20, входящий в общий узел с мембраной 6. седлом /9 выпускною клапана / и шайбой 7 с гайкой /Укрепления мембраны. По наружному диаметру мембрана закреплена болтами между корпусом и крышкой 16тормозного крана. В исходном положении мембрана удерживается возвратной пружиной <?.
А
к
тормозным камерам
К тормозным камерам
Рис. 17.17. Одинарный тормозной кран автомобиля, работающего без прицепного звена:
/ _ упор: 2 — ось рычага; 3 — защитный чехол; 4, 16 — крышки. 5. 7— шайбы; 6— мембрана: <S\ 10, 22 — пружины; 9 — стержень; II — впускной клапан; 12 — штуцер; 13 — се ио впускного клапана: 14, 15 — прокладки: 17— выпускной клапан; /Л — гайка; 19 — седло выпускного клапана; 20. 23 — стаканы; 21 — клапан; 24 — рычаг; 25 — корпус; 26 — регулировочный винт
332
В крышке 16 тормозного крапа па стержне 9 размещены пружина 10, впускной //и выпускной /7 клапаны. Седло /5впускного клапана уплотняется в крышке прокладками 14 и 15 и зажимается штуцером 12, через который подводится воздух из воздушно-ю баллона. Для отвода воздуха к тормозным камерам в крышке имеются два канала (см. вид А). В нижнюю часть крышки 16 вмонтирован пластмассовый корпус включателя стоп-сигнала.
В корпусе 25 имеется выпускное отверстие, закрытое плоским резиновым клапаном 21. Отверстие сообщается с атмосферой и служит для выпуска воздуха из тормозных камер при растормаживании.
При нажатии тормозная педаль через систему рычагов и тяг воздействует на верхнее плечо рычага 24 тормозною крана в направлении стрелки Б. Усилие нажатия на педаль от нижнею плеча рычага передастся на стакан 23 и пружину 22. Шайба 5, запирающая пружину, давит на седло /9 выпускного клапана /7 и заставляет сс перемещаться и прогибать мембрану 6. При этом выпускной клапан 17 закрывает канал седла /9, разъединяя тем самым тормозные камеры и выпускную полость тормозного крана с атмосферой. При дальнейшем перемещении седла /9впускиои клапан // отходит от седла 13 и пропускает сжатый воздух в полость иод мембрану би далее к тормозным камерам, которые приводят в действие разжимные кулаки тормозных механизмов.
Величина давления сжатого воздуха, действующего на тормозные механизмы, находится в прямой зависимости от усилия, приложенного к тормозной педали. Воздух, поступая под мембрану 6 тормозного крана, оказывает противодействие перемещению мембраны и седла /Рвыпускного клапана. В тот момент, когда величина этою противодействия начнет превосходить усилие нажатия на педаль, передаваемое на стакан 23 рычагом 24, мембрана прогнется в обратную сторону и, надавливая седлом /9 на шайбу 5 уравновешивающей пружины 22, сожмет пружину. При этом впускной клапан // закроется, перекрыв дальнейшее поступление сжатого воздуха в тормозные камеры.
Таким образом происходит автоматическое регулирование величины давления сжатою воздуха, подаваемою тормозным крапом, а следовательно, и тормозного усилия, в зависимости от усилия нажатия на тормозную педаль. В >том и заключается принцип следящего действия тормозного крана.
Воздух из тормозных камер выпускается при снятии ноги водителя с тормозной педали. Отпущенный рычаг 24 освобождает пружину 22, при этом мембрана 6 с седлом /9 перемещается в свое первоначальное положение. Впускной клапан // закрывается; открывшийся выпускной клапан / позволяет сжатому воздуху через три косых отверстия седла 19 и выпускное отверстие под резиновым клапаном 21 в корпусе тормозного крана выйти из
333
тормозных камер наружу. При этом происходит растормаживание тормозных механизмов.
К о м б и н и р о в а н н ы й тормозной кран (рис. 17.18) автомобилей-тягачей ЗИЛ с одноконтурным тормозным приводом состоит из двух секций, нижняя из которых обслуживает тормоза автомобиля, а верхняя — тормоза прицепа. К основному корпусу 8 присоединяется корпус 23управляющих рычагов, закрытый крышкой Зс установленным на ней защитным чехлом 2. С противоположной стороны корпуса установлены две клапанные крышки 17 с пятью отверстиями: двумя вертикальными (/ и // соответственно для трубопроводов к магистрали прицепа и рабочим камерам тормозных механизмов автомобиля), горизонтальными (/// и /И для трубопроводов к воздушным баллонам) и боковым (И — для выхода сжатого воздуха в атмосферу из полостей крана через резиновый клапан 19).
Между крышками 17 и корпусом зажаты две мембраны 9 с правыми и левыми полостями и пустотелыми седлами 10с косыми отверстиями в их торцах. Левые полости мембран через косые отверстия в седлах и овальное окно (пунктир на рисунке) соединены с атмосферой, а правые через выпускные клапаны 12 — с магистральными трубопроводами прицепа и тягача и через впускные клапаны 15 — с баллонами сжатого воздуха.
С учетом того, что ранее (см. рис. 17.17) было дано подробное описание и принцип действия одинарного крана одиночного автомобиля, рассмотрим только особенности устройства комбинированного крана и взаимодействие его деталей и узлов при работе автомобиля-тягача с прицепом. Положение крана, соответствующее опорможенному состоянию автопоезда (педаль тормоза не нажата), показано на рис. 17.18. Натягу / и приводные рычаги 4 и 22 нс действует усилие от тормозной педали. Уравновешивающая пружина 5 секции прицепа сдвигает расположенный в направляющей втулке 6 шток 7 вперед, и седло 10 закрывает выпускной клапан 12. стержень которого открывает впускной клапан 15. и магистраль прицепа оказывается соединенной с баллоном сжатого воздуха. При этом возвратная пружина // мембраны нижней секции отодвигает ее вместе с седлом назад, открывая выпускной клапан, и позволяет конической пружине 13 двойного клапана закрыть впускной клапан. В результате нижняя секция комбинированного крана автомобиля-тягача обеими полостями мембраны оказывается соединенной с атмосферой.
Торможение начинается с поворота приводного рычага 4 около оси, охватываемой вилкой фигурного рычага 22, что вызывает перемещение штока 7и сжатие пружины 5. При этом мембрана 9 под действием возвратной пружины 11 и давления сжатого воздуха прогибается налево и освобождает двойной клапан, который пружиной 13 перемещается налево. Вследствие этого выпускной
334
Рис. 17.18. Комбинированный тормозной кран автомобиля-тягача с одноконтурным приводом
клапан 12 открывается. а впускной клапан /5 закрывается и прекращает доступ сжатого воздуха из баллона в магистраль прицепа, следовательно, обе полости мембраны оказываются соединенными с атмосферой.
Из-за снижения давления воздуха в магистрали прицепа вегу-пает в действие его воздухораспределительный клапан 15 (см. рис. 17.12, о), обеспечивая поступление сжатого воздуха в тормозные камеры колес прицепа и тем самым производится его торможение.
При торможении автопоезда рычаг 4 поворачивается вокруг нижней опоры (см. рис. 17.18). охватываемой вилкой фигурного рычага 22, тот же рычаг 4 начинает поворачиваться относительно верхней опоры в штоке 7и рычагом 22 сдвигает направо стакан 21. Уравновешивающая пружина 20 этого стакана через опорную шайбу отодвигает мембрану и седлом закрывает выпускной клапан 12. Одновременно открывается впускной клапан, при этом сжатый воздух из баллона через правую полость мембраны направляется к тормозным камерам колес автомобиля, обеспечивая его торможение совместно с прицепом, причем колеса автомобиля-тягача затормаживаются на 0.2...0.4 с позднее колес прицепа.
Для удержания прицепа на тормозах пользуются рычагом 27, который фиксируется упором 28 и через систему тяг соединяется с кулаком 25. Поворачиваясь, кулак своим нижним концом смешает вперед шток 7верхней секции крана. При этом седло 10 отходит от выпускного клапана 12, а впускной клапан /5 под действием пружины 13 закрывается. В результате чего сжатый воздух из магистральных трубопроводов автомобиля выходит из бокового отверстия V в атмосферу через резиновый клапан 26, а воздухораспределитель прицепа включает в работу сю тормоза, если в баллоне прицепа имеется запас воздуха. Сжатый воздух из баллонов (ресиверов) автомобиля-тягача проходит через комбинированный тормозной кран (в расторможенном состоянии), который обеспечивает поступление воздуха в пневматическую систему тормозов прицепа до достижения давления 0,48...0,53 МПа. Давление воздуха регулируют затяжкой уравновешивающей пружины 5 крана поворотом направляющей втулки би закрепления ее контргайкой. Рабочий ход штока 7 регулируют болтом 24, а свободный ход рычага 4— болтом, ввернутым перед этим рычагом около крышки 3 в корпус 23. Открытие впускных клапанов 15 регулируют прокладками, установленными на их седлах 14 и закрепленными штуцерами 16. В нижней части комбинированного крана установлен датчик 18 сигнала торможения, имеющий канал /9 подвода сжатого воздуха к мембране включателя светового сигнала.
Тормозные камеры служат для преобразования энергии сжатого воздуха в усилие, необходимое для прижатия колодок к бараба-
336
Рис. 17.19. Тормозная камера с регулировочным рычагом одноконтурного пневмопривода
нам тормозных механизмов. Тормозные камеры автомобиля ЗИЛ-431410 с одноконтурным приводом (рис. 17.19) установлены на кронштейнах валов разжимных кулаков и крепятся к ним болтами 9. Между корпусом 1 и крышкой 4 тормозной камеры зажата мембрана 2, изготовленная из прорезиненной ткани. В мембрану через приклепанный к штоку 8 диск 3 упираются две возвратные пружины 6 и 7. Вал 16 разжимного кулака тормозных колодок рычагом //соединен с вилкой 10, навинченной на конец штока 8. Вмонтированные в рычаг // червяк 12 и червячное колесо 15 позволяют проворачивать вал /6 относительно рычага и этим регулировать зазор между колодками и тормозным барабаном. Положение червяка /2 при выбранном зазоре фиксируется шариковым фикса тором /Л который удерживает валик !4 от самопроизвольного проворачивания.
При торможении сжатый воздух проходит по гибкому шлангу 5 в тормозную камеру. Под действием давления воздуха мембрана 2 прогибается и перемешает шток 8. который поворачивает рычаг // и вместе с ним червячное колесо 15 и вал 16 с разжимным кулаком, прижимающим колодки к тормозному барабану. При рас-гормаживании мембрана возвращается в исходное положение под действием возвратных пружин 6 и 7.
337
17.8.	Многоконтурные пневматические приводы
В целях повышения эффективности и работоспособности тормозных систем в соответствии с современными требованиями безопасности движения на автомобилях со средней и большой массой внедрены многоконтурные пневматические приводы тормозов, которые устанавливаются на автомобилях КамАЗ, ЗИЛ-431410, -4331, -433360 и седельных тягачах семейства МАЗ. При этом на автомобилях ЗИЛ-431410 может быт ь установлена одноконтурная тормозная система с однопроводным приводом тормозов прицепа (см. рис. 17.12) или многоконтурный модернизированный тормозной привод с комбинированным одно- и двухпроводным приводом тормозов прицепа.
Пневматический привод тормозов автомобиля КамАЗ-5320. Привод оборудован рабочей, стояночной, вспомогательной и запасной тормозными системами (рис. 17.20), а также системой для аварийного растормаживания стояночного тормозного механизма и выводами для питания сжатым воздухом прицепов и полуприцепов.
Источником сжатого воздуха является компрессор /, который совместно с регулятором 2 давления и предохранителем 3 от замерзания конденсата в сжатом воздухе составляют питающую часть привода, из которой очищенный сжатый воздух под заданным
Рис. 17.20. Схема пневматического привода тормозных механизмов автомобиля КамАЗ-5320:
/ — компрессор; 2 — регулятор давления; 3 — предохранитель от замерзания; 4 — пневмоэлсктрический датчик включения клапана прицепа; 5 — пневматический цилиндр привода заслонки механизма вспомогательного тормоза; б — пневматический цилиндр привода рычага останова цзигателя; 7— кран управления вспомогательным тормозом; 6*— двойной защитный клапан: 9 — краны слива конденсата; 10 — воздушный баллон контура /Г; // — воздушные баллоны контура ///; 12 — воздушный баллон контура //; 13 — воздушный баллон кон гура /; 14 — датчик падения давления в баллоне; 15 — тройной зашитый клапан; /б — кран аварийною растормаживания стояночною тормоза; 17 — кран управления стояночным тормозом; /<$' —двухстрслочный манометр; /9— шухсекиионный тормозной кран; 20 — тормозные камеры типа 24; 21 — клапан ограничителя давления; 22 — клапаны контрольною вывода; 23 — автоматический регулятор тормозных сил: 24 — тормозные камеры типа 20/20; 25 — пружинные энергоаккумуляторы; 26 — датчик включения стояночною тормоза; 27 — двухмагистральный клапан; 28 — ускорительный клапан; 29 — клапан управления тормозами прицепа с шухпроводным приводом; 30 — датчик включения сигнала торможения; 31 — одинарный защитный клапан; 32 — клапан управления тормозами прицепа с однопроводным приводом; 33 — разобщительные краны; 34 — соединительная головка типа А; 35 — соединительные головки типа «Палм»; 36 — задние фонари; 37 — контрольные лампы и зуммер; 38 — аккумуляторная батарея; А — контрольный вывод контура /И; В, Е — контрольный вывод контура ///; С — контрольный вывод кон гура /; О — контрольный вывод кон гура //; N — тормозная (управляющая) магистраль двухпроводного привода: Р — сое ниппельная магистраль однопроводного привода; R — питающая магистраль двухпроводного привода
338
339
давлением полается в необходимом количестве в остальные части пневматического привода тормозов и к другим потребителям сжатого воздуха. Привод разбит на автономные контуры. Каждый контур действует независимо от других. Независимость действия каждого контура обеспечивается специальными двух- и трехсекционными кранами.
Контур 1 привода рабочих тормозов передней оси состоит из части тройного защитного клапана /5: воздушного баллона /5 объемом 20 л с краном 9слива конденсата и датчиком /4 падения давления в баллоне; части двухстрслочною манометра /<?; нижней секции двухсекционною тормозного крана 19; клапана 22 контрольного вывода С; клапана 21 ограничения давления; двух тормозных камер 20; тормозных механизмов передней оси тягача; трубопроводов и шлангов между этими аппаратами. Кроме тою, в контур входит трубопровод, соединяющий нижнюю секцию тормозною крана /9 с клапаном 29 управления тормозами прицепа с двухпроводным приводом.
Контур // привода рабочих тормозов задней тележки состоит из части тройного защитного клапана /5; воздушного баллона 12 объемом 40 л с краном 9слива конденсата и датчиком 14 падения давления в баллоне; части двухстрелочною манометра 18; верхней секции двухсекционного тормозного крана /9; клапана 22 контрольного вывода D автоматическою регулятора 2J тормозных сил с упругим элементом, соединяющим регулятор штангой, закрепленной на балках затеи гележки автомобиля; четырех тормозных камер 24тормозных механизмов задней гележки (среднего и заднего мостов): трубопроводов и шлангов между этими аппаратами. В контур входит также трубопровод, соединяющий верхнюю секцию тормозного крана /9 с клапаном 29 управления тормозами прицепа.
Контур Ш привода .запасного и стояночного тормозов, а также комбинированного привода тормозов прицепа (полуприцепа) состоит из части двойного защитного клапана 8; двух воздушных баллонов // объемом 40 л с краном 9 слива конденсата и датчиком 14 паления давления в баллоне; двух клапанов 22 контрольных выводов (Ви £); крана / управления стояночным тормозом; ускорительного клапана 28; части двухмагистрального перепускного клапана 27; четырехпружинных энергоаккумуляторов 25 тормозных камер; клапана 29 управления тормозами прицепа с двухпроводным приводом; одинарного защитного клапана 31; клапана 32 управления тормозами прицепа с однопроводным приводом; трех разобщительных кранов 33; трех соединительных головок (головка 34 тина А однопроводного привода тормозов прицепа и две головки 35 типа «Палм» двухпроводного привода тормозов прицепа): датчика 30 включения сигнала торможения; трубопроводов и шлангов между этими аппаратами.
340
Контур /Г привода вспомогательного тормоза и других потребителей состоит из части двойного защитного клапана К: воздушного баллона 10 объемом 40 л с краном 9 слива конденсата и датчиком /4 падения давления в баллоне; клапана 22 контрольного вывода А\ пневматического крана 7 управления вспомогательным тормозом; двух цилиндров 5 привода заслонок газодинамического (вспомогательного) тормоза; пневматического цилиндра 6 привода выключения подачи топлива; пневмоэлектрического датчика 4 включения клапана прицепа; трубопроводов и шлангов между этими аппаратами.
От контура /I привода вспомогательного тормоза сжатый воздух поступает к дополнительным потребителям; стеклоочистителям, пневмосигналу, пневмо!идравлическому усилителю сцепления, механизмам управления агрегатами трансмиссии и др.
Контур привода системы аварийного растормаживания нс имеет своего воздушного баллона и исполнительных органов; состоит из тройного защитного клапана /5; крана /б; двухмагистрального клапана 27\ соединяющих аппараты трубопроводов и шлангов.
Пневматический привод тормозов автомобиля ЗИЛ-4331. В пневмоприводах тормозных систем автомобиля КамАЗ-5320 и в моделях с многоконтурными приводами автомобилей ЗИЛ-4331, -433360, -431410 и др. много общего в назначении и устройстве автономных контуров, в пневмоприводе и используемых приборах.
Схема пневматического привода тормозов автомобиля ЗИЛ-4331 приведена на рис. 17.21. Сжатый воздух из компрессора / через регулятор давления 20, предохранитель от замерзания конденсата 21, воздушный конденсационный баллон /0 поступает к блоку защитных клапанов (двойной 19 и тройной 14), которые распределяют воздух, заполняя воздушные баллоны первых четырех независимых контуров:
/ — привода тормозов передних колес;
// — привода тормозов задних колес;
111 — привода стояночной и запасной тормозных систем, а также комбинированного привода тормозов прицепа или полуприцепа;
/И— привода вспомогательною тормоза и питания других пневматических устройств, включая агрегаты трансмиссии автомобиля.
Наряду с этим имеется контур I привода системы аварийного растормаживания, который не имеет своего воздушного баллона.
Во всех воздушных баллонах имеются краны 12 слива конденсата. а во всех контурах встроены пневматические датчики /впадения давления сжатого воздуха. Двухстрелочный манометр 17соединен с воздушными баллонами двух первых контуров привода механизмов рабочей тормозной системы. Для проверки работы тормозных систем в разных точках пневматического привода установлены клапаны 3 контрольною вывода, к которым присоединяются переносные манометры.
341
342
Рис. 17.21. Схема пневматического привода тормозных механизмов автомобиля ЗИЛ-4331:
/ — компрессор; 2 — тормозные камеры передних колес; 3 — клапаны контрольного вывода; 4 — клапан ограничения давления; 5— пневмоэлекгричсскис датчики включения сигнала горможения; 6 — кран вспомогательной тормозной сисгемы; 7 — воздухораспределитель; д’ — кран аварийною растормаживания стояночной системы; Ч II — воздушные баллоны рабочей тормозной системы: 10 — конденсационный воздушный баллон; 12— крапы для слива конденсата; 13 — пневмо электрические датчики падения давления в тормозных сисгемах; 14 — i ройной защитный клапан; /5 — кран стояночной тормозной системы; /6 — пневмоцилиндры привоза механизмов вспомогательной тормозной системы; / 7 — двухстрелочный манометр рабочей тормозной системы; 18 — двухсекционный кран рабочей тормозной системы; /9 — двойной защитный клапан; 20 — регулятор давления; 2/ — предохранитель от замерзания конденсата; 22 — воздушный баллон стояночной тормозной системы сдатчиком се включения; 23 — воздушный баллон вспомогательной тормозной системы; 24— клапан управления тормозной системой прицепа (полуприцепа) с однопроводным приводом; 25 — клапан управления тормозной системой прицепа (полуприцепа) с двухпроводным приводом; 26 — одинарный защитный клапан; 27 — ускорительный клапан; 28 — тормозные камеры задних колес; 29 — клапан быстрою растормаживания; 30 — регулятор тормозных сил; 31 — двухмагистральные перепускные клапаны; 32. 33 — соедини тельные головки
Контур I включает в себя воздушный баллон //, датчик 13 падения давления. нижнюю секцию тормозною крана 18. клапан 4 ограничения давления, тормозные камеры 2 передних колес и клапан 3 контрольного вывода.
Контур II включает в себя воздушный баллон 9, датчик 13 падения давления, верхнюю секцию крана !8, регулятор тормозных си I 30 с упругим элементом, клапан 3 контрольного вывода и тормозные камеры 28 задних колес.
Контур III включает в себя воздушный баллон 22, датчик 13 падения давления, тормозной кран /5стояночной тормозной системы с ручным управлением, ускорительный клапан 27, два двухмагистральных перепускных клапана 31. клапан быстрого оттор-маживания 29, клапан контрольного вывода 5, пружинные энерго-аккумуляторы, расположенные в тормозных камерах 28. В этот контур также входят: одинарный защитный клапан 26, клапаны 25 и 24управления тормозами прицепа (полуприцепа) соответственно с двухпроводным и однопроводным приводом, две автоматические соединительные головки 32, одна соединительная головка 33 (типа А) и датчик 5 сигнала торможения, обеспечивающий подачу светового сигнала при работе любой тормозной системы.
Контур IV включает в себя воздушный баллон 23. датчик 13 падения давления, кнопочный кран 6 включения вспомогательного тормоза, два пневматических цилиндра /6, датчик 5 сигнала торможения, клапан 3 контрольного вывода и возлухораспреде-шгельную коробку 7, которая предназначена для питания сжа
343
тым воздухом пневмоусилителя сцепления, переключателя передач в делителе, пневмостеклоочистителя и других потребителей сжатого воздуха.
Контур Ивключает в себя кнопочный пневмокран ^аварийного растормаживания стояночного тормоза, лвухмагистральный клапан 31. тройной защитный клапан /V и энергоаккумуляторы тормозных камер 28.
17.9.	Приборы многоконтурного пневмопривода
Приборы многоконтурного пневмопривода представляют собой устройства, совокупность которых обеспечивает управление тормозной системой. Приборы предназначены для обеспечения тормозных систем энергией сжатого воздуха, для накопления этой энергии, а также для передачи энергии от ее источника к тормозным механизмам и управления энергией в процессе передачи с целью обеспечения торможения.
Рабочий, стояночный и запасной тормоза управляют тормозными механизмами, установленными на всех колесах автомобиля. В действие тормозные механизмы приводятся с помощью тормозных камер типа 24, расположенных на передней оси, и тормозных камер типа 20, расположенных на среднем и заднем мостах и выполненных совместно с пружинными энергоаккумуляторами (рис. 17.22). Во время движения автомобиля силовые пружины энергоаккумуляторов сжаты под действием давления воздуха; при падении давления воздуха в цилиндрах энергоаккумуляторов силовые пружины приводят в действие тормозные механизмы колес задней тележки. Цифры «24» и «20» в обозначении тина камер обозначают активную площадь мембран камер в квадратных дюймах.
Тормозная камера типа 24. В этой камере (рис. I7.22, а) мембрана 3 зажата между корпусом 8 камеры и крышкой 2 стяжным хомутом 6, состоящим из двух полуколец. Камера к кронштейну разжимного кулака прикреплена двумя болтами, приваренными к фланцу, который вставлен в корпус камеры изнутри. Шток камеры заканчивается резьбовой вилкой 10. соединенной с регулировочным рычагом. Перед вилкой на шток навернута контргайка 9, а с другой его стороны установлен опорный диск 4. Подмсмбран-ная полость связана с атмосферой через дренажные отверстия, выполненные в корпусе 8 камеры.
При подаче в полость над резиновой мембраной 3 сжатого воздуха через штуцер / мембрана перемещается и воздействует па шток 7. При растормаживании шток, а вместе с ним и мембрана под действием возвратной пружины 5 возвращаются в исходное положение, а колодки тормозных механизмов под действием оттяжных пружин отходя г от тормозною барабана.	j
344
Рис. 17.22. Тормозные камеры автомобилей с многоконтурным приводом тормозов:
а — гииа 24; б — типа 20 с энергоаккумулятором; / — штуцер; 2 — крышка корпуса; 3 — мембрана; 4 — опорный диск; 5 — возвратная пружина; 6— хомут; 7 — шток; 8 — корпус камеры; 9— контргайка; 10— вилка; // — подпятник; 12— уплотнительное кольцо; 13— гол китель; 14— поршень; /5—уплотнение поршня; 16— цилиндр энирюаккумулятора: 17 — силовая пружина; 18— болт механизма аварийною растормаживания; /9 — упорная гайка; 20 — патрубок пилиндра; 21 — дренажная iрубка; 22 — \норный подшипник: 23 — фланец;
24 — патрубок тормозной камеры
Тормозная камера с пружинным энергоаккумулятором тина 20. Камера прикреплена к кронштейну разжимного кулака тормозною механизма двумя болтами. Шток 7 (рис. 17.22. б) тормозной камеры связан с регулировочным рычагом тормозного механизма. Гормозная камера является составной частью контура // пневмопривода рабочей тормозной системы, а энергоаккумулятор вхо-шт в контур /// привода стояночной и запасной систем и приводится в дейст вие при выпуске сжатого воздуха.
При торможении рабочим тормозом сжатый воздух подается через штуцер / в полость над мембраной 3, она воздействует на шток 7 тормозной камеры, который выдвигается и приводит в lencTBiie тормозной механизм колеса. При выпуске воздуха шток и мембрана возвращаются в исходное положение с помощью возвратной пружины 5.
345
При включении стояночного тормоза сжатый воздух выпускается из полости под поршнем 14. Поршень под действием силовой пружины //движется вниз и перемешает толкатель 13, который через подпятник // воздействует на мембрану 3 и шток / тормозной камеры, и автомобиль затормаживается.
При выключении стояночною тормоза воздух подается в цилиндр 16 энергоаккумулятора под поршень 14, который, поднимаясь, сжимает силовую пружину. При этом поднимается толкатель и освобождает диафрагму и шток тормозной камеры, которые под действием возвратной пружины поднимаются вверх.
В случае торможения запасным тормозом воздух частично выпускается из цилиндров энергоаккумуляторов. Количество воздуха, выпускаемого из цилиндров, зависит от положения рукоятки тормозного крана.
При нарушении герметичности в контуре пневматического привода тормозов стояночной (запасной) тормозной системы или снижении давления в баллоне этого контура произойдет автоматическое затормаживание тормозных механизмов колес задней тележки автомобиля пружинными энергоаккумуляторами. Движение автомобиля в этом случае обеспечивается растормаживанием тормозных механизмов колес задней тележки устройствами пневматического или механического растормаживания.
Устройство для механического растормаживания, смонтированное внутри толкателя 13 пружинного энергоаккумулятора, включает в себя болт 18 с упорным подшипником 22. При вращении болта 18 поршень 14перемешается вместе с толкателем 13 в сторону сжатия пружины 17, при этом освобождается шток /, который под действием возвратной пружины 5 возвращает ршулировоч-ный рычаг с разжимным кулаком в расторможенное положение.
Механизмы моторного вспомогательного тормоза-замедлителя с заслонками дроссельного типа. Механизмы установлены в приемных трубах глушителя и служат для перекрытия проходных сечений выпускных коллекторов с целью перевода двигателя в режим торможения. Каждый механизм (рис. 17.23) состоит из сферического корпуса / и заслонки 3, закрепленной на валу 4. На валу заслонки закреплен также поворотный рычаг 2, соединенный со штоком пневмоцилиндра. Рычаг 2 и связанная с ним заслонка J имеют два фиксированных положения. При выключении вспомогательного тормоза заслонка 3устанавливается вдоль потока отработавших газов, а при включении тормоза — поперек потока, препятствуя их выходу и гем самым обеспечивая возникновение противодавления в выпускных коллекторах. Одновременно прекращается подача топлива, и двигатель начинает работать в режиме торможения.	J
Исполнительными механизмами, приводящими в действие механизм моторного тормоза-замедлителя, являются три пневмати-
346
Рис. 17.23. Механизм вспомогательного тормоза-замедлителя
ческих цилиндра. Два из них диаметром 35 мм обеспечивают управление дроссельными заслонками в выпускных коллекторах двигателя (см. рис. 17.21, поз. 16), а третий цилиндр диаметром 30 мм служи! для управления рычагом регулятора топливною насоса высокого давления.
Двухсекционный тормозной кран. Для управления механизмами рабочей тормозной системы автомобиля и комбинированным приводом тормозных механизмов прицепа при наличии раздельного привода к тормозным механизмам передних и задних колес служит двухсекционный тормозной кран. Выводы ///и /Г крана (рис. 17.24) соединены с воздушными баллонами двух раздельных контуров привода рабочей тормозной системы, а выводы /и // — с тормозными камерами соответственно передних и задних колес.
Тормозной кран имеет независимые последовательно расположенные секции и включает в себя рычаг 5с толкателем 6, ускорительный поршень /, большой 3 и малый /0 ступенчатые следящие поршни, верхний 2 и нижний 13 клапаны и соответственно их седла 9 и 12, упругий элемент 4, упорную шпильку 7, пружины 8 и //ступенчатых поршней, направляющий стержень !4 и атмосферный вывод 15 в атмосферу, закрываемый клапаном.
В исходном положении (тормозная педаль отпущена) клапаны 2 и 13 под дейст вием своих пружин закрыты, вывод / разобщен с выводом IV, а вывод // — с выводом ///. Выводы I— IVсообщены с выводом /5 в атмосферу.
При нажатии на тормозную педаль усилие через систему тяг и рычагов привода передается на рычаг 5 тормозного крана и далее через толкатель 6 и упругий элемент 4 следящему ступенчатому поршню 3. Перемещаясь вниз, поршень 3 закрывает выпускное отверстие клапана 2, а затем клапан отходит от седла 9. Через вывод // сжатый воздух поступает в тормозные камеры задних колес до тех пор, пока сила нажатия на рычаг нс будет уравновешена давлением сжатого воздуха на ступенчатый поршень 3, т.с. пока не произойдет следящее действие в верхней секции крана.
347
Рис. 17.24. Тормозной кран многоконтурной системы автомобилей КамАЗ
Одновременно с повышением давления в выводе II сжатый воздух через канал в корпусе крана проходи т в полость над порш-
нем I второй секции тормозного крана. Поршень / перемещается вниз (при небольшом давлении в надпоршневом пространстве) и
воздействует на ступенчатый поршень Ю второй секции тормоз-
ного крана. При перемещении поршня 10 вниз закрывается выпускное отверстие клапана /5, а затем клапан отходит от седла 12.
Сжаты)! воздух через вывод / поступает в тормозные камеры ко
лес передней оси.
С повышением давления в выводе I сжатый воздух проходит в
полость под поршнями / и 10. давление воздуха уравновешивает силу, действующую на поршень сверху. Вследствие /того в выводе /
также устанавливается давление, соответствующее усилию на рычаге тормозного крана. Таким образом происходит следящее действие нижней секции крана.
348
В случае повреждения контура и при падении давления в выводе // крана усилие от рычага тормозною крана через шпильку 7 будет передаваться непосредственно на шток ступенчатого поршня К). Таким образом, вторая секция будет управляться механически, а не пневматически и сохранять свою работоспособность. При этом следящее действие происходит за счет уравновешивания усилия, приложенного к рыча)у 5 сверху, а также давлением воздуха и пружины // на малый ступенчатый поршень /0 снизу.
При повреждении другого кон гура и отсутствии воздуха в выводе / второй секции первая секция работает аналогично описанному ранее. Когда же усилие с тормозной педали снимается, рычаг тормозного крана под действием упругою элемента 4 возвращается в исходное положение; возвратная пружина, разжимаясь, поднимает вверх ступенчатый поршень 5. Клапан 2садится в седло 9, и доступ воздуха из воздушною баллона к вывод) // прекращается. При дальнейшем движении поршня 3 вверх откроется выпускное отверстие клапана 2. Сжатый воздух через отверстия клапанов 2 и 13 и вывода 15 уходит в атмосферу.
Падение давления в выводе //, а следовательно, над поршнем / заставляет перемещаться поршни / и Юн верхнее положение. Прекращается подача воздуха из баллона, и воздух из вывода / выходит в атмосферу через открывшееся выпускное отверстие клапана 13, отгибая при этом края резиновою клапана вывода 15. Тормозной кран полностью срабатывает при усилии на рычаге 600...700 Н и ходе рычага 24... 26 мм. Начальная нечувствительность секций крана составляет около 80... 120 Н.
Предохранитель от замерзания. От замерзания конденсата трубопроводы и приборы пневматического тормозного привода защищает предохранитель от замерзания. По принципу дейст вия предохранитель — испарительного типа, а в качестве рабочей жидкости используется этиловый спирт. Стакан 2 испарителя (рис. 17.25) закрыт крышкой 7. Между крышкой и стаканом установлено уп-ютнительное кольцо 4. В крышку вмонтировано выключающее устройство, которое состоит из штока 10 с рукояткой, запирающего штифта 8, уплотнителя 9 и пробки 6 с уплотняющей обоймой. Между дном стакана и пробкой 6 инока 10 размещен фитиль 3, растягиваемый пружиной /. Резьбовая пробка наливного отверстия крышки имеет щуп для измерения уровня залитого спирта. В дно ( гакана ввернута сливная пробка. В крышке имеется жиклер 5 для выравнивания давления воздуха в магистрали и стакане предохранителя. В зависимости от вместимости в стакан 2 заливается 200 или I 000 см этилового спирта.
Когда рукоятка штока находится в верхнем положении, воздух, нагнетаемый компрессором в воздушные баллоны, проходит мимо фитиля испарителя и обогащается парами спирта, образуя конденсат с достаточно низкой температурой замерзания.
349
Рис. 17.25. Предохранитель от замерзания приборов пневмопривода
При температуре окружающего воздуха выше +5 С шток следует установить в нижнее положение, повернув рукоятку. При этом пробка 6 с уплотнителем утапливает фитиль 3 с пружиной /. резервуар разобщается с пневматической магистралью и испарение спирта прекращается.
Ручной тормозной кран. Для управления пружинными энергоаккумуляторами привода стояночной и запасной тормозных систем предназначен ручной тормозной кран. Кран выполнен как поршневой следящий механизм обратного действия, т.е. управляет пневматическими механизмами. работающими при выпуске сжатого воздуха. Тормозной кран
имеет три вывода: вывод / (рис. 17.26) соединен с воздушным баллоном стояночной и запасной тормозных систем, вывод II — с атмосферой, вывод /7/ — через ускорительный клапан с пружинным энергоаккумулятором. Кран включает в себя корпус 2, уравновешивающую пружину 3, упор поршня 5, выпускной клапан 12, следящий поршень 13, шток //, фигурное кольцо 6, направляющий колпак 10, пружины 7, 1, 4 соответственно колпака, клапана и штока, крышку 8 с рукояткой, имеющей защелку 9. Кроме того, на кране расположен стопор с профилем, обеспечивающим автоматический возврат рукоятки в исходное положение при ее отпускании.
В расторможенном состоянии автомобиля и исходном положении крана направляющий колпак 10 и шток II под действием своих пружин занимают крайние нижние положения, а выпускной клапан 12 кромкой штока // разъединяется от седла следующего поршня 13, тем самым вывод / сообщается с выводом III и разобщается с атмосферным выводом //. При этом сжатый воздух через отверстие в поршне 13 поступает в полость А и через впускное окно седла клапана, выполненное на дне поршня 13, в по-
350
/// И /
Рис. 17.26. Ручной тормозной кран управления стояночной и запасной
тормозиыми системами
л ость В, откуда но вертикальному каналу в корпусе 2 проходит к выводу /// и далее через ускорительный клапан к энергоаккумуляторам. Пружины энергоаккумуляторов иод дейст вием сжатою воздуха сжимаются, что соответствует расторможенному состоянию тормозных механизмов задних колес.
Для приведения в действие стояночной тормозной системы необходимо повернуть крышку 8 через рукоятку крана назад до упора, где она фиксируется стопорной защелкой 9. При этом воздух из вывода /// поступает в атмосферный вывод //, так как поршень 13 упирается в ограничитель пружины 4 и клапан 12 не доходит до нижней кромки штока //. Вследствие того, что весь воздух из вывода /// выходит в окружающую среду, пружины энергоаккуму-шторов срабатывают, полностью затормаживая колеса. Для от-тормаживания стояночной тормозной системы необходимо повернуть рукоятку крана вперед до отказа. В этом случае сжатый воздух будет поступать из воздушного баллона в цилиндры с пружинными энергоаккумуляторами. Под действием сжатого воздуха пружины сжимаются и тормозные механизмы растормаживаются.
Запасная тормозная система приводится в действие также поворотом рукоятки крана. При этом вместе с крышкой 8поворачивается направляющий колпак 10. Скользя по винтовым поверхностям фигурных выступов кольца 6, направляющий колпак /0поднимается вверх и увлекает за собой шток // вместе с упором 5 поршня. Нижняя кромка штока отходит от клапана /2, и последний по । действием пружины 1 садится в седло поршня 13. разоб-
351
тая вывод / с выводом 111 и сообщая вывод в атмосферу // с выводом ///. Так как поступление сжатого воздуха от вывода / к выводу III прекращается, то воздух из управляющей магистрали ускорительного клапана через вывод ///, отверстие клапана 12 и вывод 11 выходит в атмосферу до тех пор, пока давление в полости А под поршнем 13 нс преодолеет суммарное усилие уравновешивающей пружины 3 и давления на поршень в полости В. При равенстве усилий поршень 13 вместе с клапаном 12 поднимается вверх до посадки клапана па кромку штока 11. Выпуск воздуха из управляющей магистрали ускорительного клапана через вывод 111 прекращается и происходит следящее действие крана.
При выпуске сжатого воздуха из управляющей магистрали ускорительный клапан отсоединяет полости цилиндров пружинных энергоаккумуляторов от питающей магистрали и соединяет их с выводом в атмосферу. Сжатый воздух из цилиндров выпускается в атмосферу, и пружинные энергоаккумуляторы затормаживают колсса задней тележки автомобиля.
Двойной защитный клапан. Для распределения поступающего из компрессора сжатого воздуха но двум контурам (вспомогательной и стояночной тормозных систем) и поддержания необходимого давления в одном контуре при повреждении другого предназначен двойной защитный клапан. Клапан имеет вывод / от компрессора (рис. 17.27) и выводы /// и //. соединенные соответственно со стояночной и вспомогательной тормозными системами. Клапан включает в себя корпус 1 с двумя крышками /2, в которых установлены пробки !4 с дренажными отверстиями и регулировочными шайбами 13. В нем монтируются центральный поршень Юс двумя плоскими клапанами //и 9, а также уплотнительными кольцами 3 и стопорными кольцами 4, два упорных поршня 5 с уплотнительными кольцами 2. пружины 6, 7, 8
Рис. 17.27. Двойной защитный клапан
352
соответственно плоских клапанов, центрального и упорного поршней.
В начальном (исходном) положении центральный поршень Ю занимает среднее положение под действием пружин 7. В процессе работы при подаче воздуха от компрессора к выводу / сжатый воздух' через отверстие в центральном поршне 10отжимает плоские клапаны //, 9 до упора в поршни 5 и поступает к выводам /// и //, соединенным с воздушными баллонами стояночной и вспомогательных тормозных систем.
Если давление в баллонах соответствует давлению при котором регулятор отключает пневмосистему от компрессора, клапаны //и 9 закрываются.
При утечке воздуха (например, из вывода ///) поршень 10 с плоским клапаном 9 под действием давления в левом выводе прижимается к упорному поршню 5. Ход центрального поршня 10 ограничивается упором крышки /2. Плоский клапан 9 остается прижатым пружиной 6. вставленной в поршень 5, до тех пор, пока давление имеет опрс теленную величину. Как только давление в крестообразном отверстии поршня /0будс1 больше усилия, развиваемого пружиной 6, плоский клапан 9 отходит от поршня 10, и избыточный воздух поступает в негерметичный контур. При повышенном расходе воздуха в одном из контуров клапан действует аналогично описанному.
Двойной защитный клапан при повреждении одного из контуров поддерживает давление сжатого воздуха в другом контуре в пределах 0,52...0,54 МПа.
С увеличением давления выше заданного уровня пружина 8сжимается под действием плоских клапанов 11 или 9. один из клапанов отходит от седла, и избыточный сжатый воздух уходит в поврежден 11 i ый контур.
Тройной защитный клапан. Назначение тройного защитного клапана — распределение воздуха, поступающего из компрессора, по трем контурам — двум основным (привод тормозных механизмов задней тележки и колес передней оси рабочей тормозной системы) и одному дополнительному (привод аварийной системы растормаживания тормозных механизмов с тояночной системы); кроме того, с целью сохранения давления в исправных контурах клапан обеспечивает отключение поврежденного контура.
Клапан (рис. 17.28) состоит из следующих основных деталей: корпуса /, трех крышек 2 с заглушками б. трех мембран 8, //. 16, грех магистральных клапанов 3, 12, 15 и двух перепускных клапанов 13, 14 для третьего контура. Он также имеет два вывода / и //. через которые сжатый воздух направляется в воздушные баллоны контуров привода тормозных механизмов колес передней оси и задней тележки.
353
Рис. 17.28. Тройной защитный клапан
Сжатый воздух от компрессора через дополнительный ввод корпуса / поступает в полости А и Б под магистральными клапанами 3 и 12. При этом клапаны преодолевают усилие уравновешивающих пружин 5 и 9, которые через опорные диски 4 и 10 воздействуют на мембраны 8 и // и открываются. Сжатый воздух через два вывода направляется в баллоны контура привода тормозных механизмов колес передней оси и контура привода тормозных механизмов колес задней тележки. Одновременно с наполнением воздушных баллонов открываются клапаны 13 и 14, и воздух поступает в полость В над клапаном 15. При достижении определенного давления клапан /5 через опорный диск /7, преодолевая усилие пружины 18, открывается, и воздух заполняет контур аварийного растормаживания стояночного тормоза.
Клапаны 3 и /2открываются при давлении 0,52 МПа, а клапан 15 — при давлении 0,50 МПа. Предварительное усилие пружин, воздействующих через лиски и мембраны на клапаны, регулируют винтами 7. Между мембраной и клапанами установлены буферные пружины.
При исправных контурах пневмопривода мембраны 8, 11 и 1( прогибаются под действием давления воздуха, поступающего из
354
баллонов в полости А, Б и В под клапаны. Поэтому клапаны открываются даже тогда, когда давление в полостях под ними ниже указанного. При выходе из строя магистрали, идущей от компрессора, клапаны под действием своих пружин закрываются, и давление в контурах пневмопривода сохраняется.
В случае выхода из строя о итого из контуров давление во внутренних полостях корпуса клапана уменьшается и под действием пружин все клапаны закрываются. Но поскольку в полости А, Б и В под магистральные клапаны продолжает поступать воздух от компрессора, а на мембраны воздействует сжатый воздух, проходящий из исправных контуров, клапаны, через которые пополняются воздухом исправные контуры, открываются при давлении, меньшем, чем давление открытия клапана в неисправном контуре. Эго объясняется тем, что на мембрану исправных контуров воздействует сжатый воздух из ресиверов и из компрессора. а клапан неисправного контура открывается только под действием воздуха, поступающего из компрессора. В негермстичный контур, таким образом, воздух может поступить только при значительном повышении давления. В этом случае защитный клапан срабатывает как предохранительный клапан, выпустив часть воздуха в атмосферу.
Ускорительный клапан. Для уменьшения времени впуска сжатого воздуха и выпуска его из цилиндров шергоаккумуляторов, г.с. для уменьшения времени срабатывания запасной и стояночной тормозных систем, служит ускорительный клапан.
Корпус ускорительного клапана (рис. 17.29. а) состоит из нижней 5 и верхней 9частей. В верхней части находится управляющая камера 2 с поршнем 5, па котором выполнено седло выпускною клапана. На пустотелом штоке /смонтированы выпускной клапан / и впускной клапан 4. поджимаемый пружиной 6. В нижней части корпуса установлено седло 8 впускного клапана. Ускорительный клапан имеет четыре вывода: вывод / соединен с полостями цилиндров энергоаккумуляторов, вывод II — с атмосферой, вывод /I— с краном управления стояночным тормозом, а к выводу /// подается сжатый воздух из воздушного баллона.
В исходном (расторможенном) состоянии поршень 3(рис. 17.29. б) опускается вниз под действием сжатого воздуха, поступающе-го из ручного тормозного крана в камеру 2, при этом сначала закрывается клапан /. а затем открывается клапан 4, обеспечивая тем самым поступление из воздушного баллона сжатого воздуха через выводы /// и / в шергоаккумуляторы. За счет преодоления сжатым воздухом силы сопротивления пружин энергоаккумуля-горов происходит растормаживание колес.
При включении запасной или стояночной тормозной системы из камеры 2 (рис. 17.29, в) сжатый воздух выпускается в атмосферу через отверстие ручного тормозною крана. Из-за падения дав-
355
Рис. 17.29. Ускорительный клапан: а — конструкция; о, в — схема работы сотнею вен но в расторможенном состоянии и при торможении
ления в камере 2 поршень перемещается вверх и выпускной клапан / под действием разрежения открывается, а под действием пружины 6 впускной клапан 4 закрывается. Через открытый выпускной клапан / и вывод / пружинные энергоаккумуляторы своими цилиндрами сообщаются с атмосферным выводом //. Давление в полостях цилиндров энергоаккумулягоров уменьшается, пружины разжимаются, и происходит затормаживание колес.
Пропорциональность между управляющим давлением в выводе IV и давлением в полостях цилиндров энергоаккумуляторов достигается посредством поршня 3. При снижении давления в выводе /I поршень 3 под действием сравнительно большего давления в выводе 1 перемещается вверх и отходит от выпускного клапана /. Сжатый воздух из полостей пружинных энергоаккумуляторов через открытый выпускной клапан / и вывод // выходит в атмосферу. При достижении в выводе / давления, несколько большего, чем давление в выводе IV, поршень 3 перемещается
356
вверх до закрытия впускного клапана / под действием пружины 6, и давление в энергоаккумуляторах больше не возрастает. Если давление в выводе /Е возрастает, то поршень допускается вниз, открывается клапан / и в жергоаккумуляторы дополнительно поступает некоторая часть сжатого воздуха.
Автоматический регулятор тормозных сил. Регулятор предназначен для автоматического регулирования давления сжатого воздуха, подводимого при торможении к тормозным камерам мостов задней тележки в зависимости от действующей осевой нагрузки. Это необходимо для использования максимальных сил сцепления шин с поверхностью дороги и обеспечения устойчивости автомобиля, особенно при повышенных скоростях движения. Схема компоновки регулятора на автомобиле и его взаимодействия через промежуточные узлы с мостами задней тележки показана на рис. 17.30. Регулятор 2 тормозных сил установлен на кронштейне, закрепленном на лонжероне / рамы автомобиля, и крепится болтами, которые соединяют верхнюю и нижнюю части корпуса регулятора.
Рычаг 3 регулятора специальной тягой 4 соединен через упругий элемент 5, штангу 6 и компенсатор 7с балками мостов 8 и 9 задней тележки. Упругий элемент защищает регулятор от повреждений при вертикальных перемещениях мостов за щей тележки, а также поглощает толчки и уменьшает вибрацию, когда они превышают допустимые пределы. Следовательно, регулятор соединен с мостами таким обра юм, что перекосы мостов во время тор-
Рис. 17.30. Компоновочная схема регулятора тормозных сил:
/ — положение рычага регулятора при наибольшей осевой нагрузке «Груженый» автомобиль; // — положение рычага при наименьшей осевой нагрузке «Порожний» автомобиль
357
можепия на неровных дорогах и скручивание мостов вследствие действия тормозного момента не отражаются на правильном регулировании тормозных сил.
Регулятор тормозных сил имеет три вывода: вывод / (рис. 17.31) соединен с верхней секцией тормозного крана, вывод //—с тормозными камерами задних колес, вывод /// — с атмосферой. Регулятор включает в себя клапан /, ступенчатый поршень 2 с наклонным ребристым конусом, мембрану 5, установленную в проточке поршня и зажатую с наружной стороны между двумя частями корпуса регулятора, толкатель 3. соединенный с шаровой пятой 6, рычаг 7, установленный на валу регулятора, поршень 7, направляющую толкателя, соединительную трубку /0и ребристый конус 9 корпуса, ребра которого входят в полости наклонных ребер // поршня 2.
Регулятор установлен в вертикальном положении. Длина плеча и положение рычага 4 при разгруженной оси специально подбираются в зависимости от хода подвески при нагружении мостов задней тележки и соотношения осевых нагрузок в груженом и порожнем состояниях. Шаровая цапфа 6 служит опорой для толкателя 3, который удерживает клапан / в открытом положении до тех пор, пока не будет достигнуто давление в тормозных камерах колес задней тележки, соответствующее положению рычага 4.
При торможении сжатый воздух из первой секции тормозного крана поступает в корпус регулятора через вывод / и отжимает вниз ступенчатый поршень 2. При лом толкатель 3 отжимается клапаном / вниз до посадки его на шаровую пяту 6, а при дальнейшем перемещении поршня 2 толкатель открывает клапан /. Через вывод // сжатый воздух поступает в тормозные камеры задних колес, а также в полость под мембрану 5. Через соединитель
Рис. 17.31. Регулятор тормозных сил: а — общий вид; б — конструкция
ную трубку /(7 из вывода / воздух поступает под поршень 7, который обеспечивает постоянный и мягкий контакт пяты с толкателем 3. Положение толкателя зависит от положения рычага регулятора.
При дальнейшем движении поршня 2 (см. рис. 17.31) вниз сю ребристый конус накладывается на мембрану 5. Эффективная площадь мембраны непрерывно увеличивается до гех пор, пока не превысит площадь верхней части поршня. После этою поршень 2 приподнимается и клапан / закрывается. Давление в тормозных камерах полностью нагруженною автомобиля становится равным давлению в полости тормозною крана. Если автомобиль нагружен не полностью или совсем нс нагружен, то давление в тормозных камерах будет меньше давления в полости тормозного крана, т.с. происходит следящее действие регулятора.
При растормаживании давление в выводе / уменьшается, ступенчатый поршень 2 перемещается вверх и закрывает впускное отверстие клапана /. При дальнейшем движении поршня 2 клапан / отходит от седла толкателя 5, и сжатый воздух из тормозных камер через вывод // и полый толкатель 5 выходит в вывод /// и далее через резиновый клапан в атмосферу.
Контрольные вопросы
I.	Какие требования предъявляют к тормозным системам?
2.	Какие тормозные системы должны бьнь у автомобиля и каково их назначение?
3.	По каким признакам классифицируются тормозные приводы, их достоинства и недостатки?
4.	Сколько контуров имеют тормозные приводы легковых автомобилей ВАЗ-21 К) и ГАЗ-31 К) «Волга» и в чем их различие?
5.	Каково принципиальное различие барабанных и дисковых тормозных механизмов?
6.	Как регулируется зазор между ко лодками и тормозным барабаном в задних колесах грузовых и легковых автомобилей?
' . Какие типы стояночных тормозных систем применяются на автомобилях?
8.	Назовите основные приборы механического привода тормозов.
9.	Назовите основные приборы одно- и двухконтурного привода тормозов.
10.	Какие тормозные системы входят в многоконтурный тормозной привод?
Раздел V
ТЕОРИЯ И РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЕЙ
Глава 18
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ДЕЙСТВИТЕЛЬНЫЕ ЦИКЛЫ
18.1.	Теоретические (термодинамические) циклы ДВС
Осуществить термодинамический анализ действительного цикла в реальном двигателе очень сложно. Полому в теории двигателей прежде всего рассматривают замкнутые теоретические циклы, состоящие из обратимых термодинамических процессов. Сопоставление значений КПД теоретического и действительного циклов позволяет выявить степень совершеноi ва использования теплоты в реальных двигателях, а также наметить способы повышения их технико-экономических показателей.
Теоретическим (термодинамическим) циклом называется обратимый круговой процесс, в котором теплота превращается в работу с минимальными потерями.
В термодинамике теоретические циклы поршневых двигателей отличаются способами подвода и отвода теплоты и подразделяются на три основных вида:
•	с подводом теплоты к рабочему телу при постоянном объеме (рис. !8.1, п). Этот способ подвода теплоты близок к протеканию процесса сгорания в двигателях с принудительным зажиганием рабочей смеси;
•	с подводом теплоты при постоянном давлении (рис. 18.1, б). Является расчетным циклом дизелей, в которых распыливание топлива осуществляется сжатым воздухом (компрессорные дизели). В транспортных средствах такие дизели практически не используются из-за громоздкости компрессорных установок;
•	смешанный — с подводом теплоты как при постоянном объеме, так и при постоянном давлении (рис. 18.1, в). Этот цикл соответствует рабочим циклам современных автомобильных дизелей транспортного типа.
Во всех трех циклах отвод (потеря) теплоты в холодный источник предполагается при постоянном объеме. Этот вид потерь является существенным для теоретического цикла.
При рассмотрении теорет ических циклов в отличие от действительных принимаются следующие допущения:
360
•	циклы являются замкнутыми и протекают с постоянным количеством одною и того же рабочего тела (газа), следовательно, нс учитываются процессы впуска и выпуска и обусловленные ими насосные потери;
•	теплоемкость газа в течение всею цикла принимают равной постоянной величине, не зависящей от температуры;
•	сгорание топлива в цилиндре заменяют мгновенным подводом топлива извне, а выпуск отработавших газов — мгновенным отводом ес в холодный источник;
•	процессы сжатия и расширения протекают без теплообмена с внешней средой, т.е. адиабатно. Трение между поршнями и цилиндрами отсутствует.
В индикаторных диаграммах теоретических циклов по оси абсцисс откладывается в определенном масштабе объем газа над поршнем И, м\ а по оси ординат — абсолютное давление газов в цилиндре р, МПа.
Основными параметрами циклов являются:
•	степень сжатия е; рабочий объем цилиндра
•	степень повышения давления X — отношение максимального давления цикла р, к давлению в конце сжатия (X = р-/рс) (см. рис. 18.1, а)’
•	степень предварительного расширения р — отношение объема в копне подвода теплоты к объему V в конце сжатия (р = = VZJV^ (см. рис. 18.1, о);
•	степень последующею расширения 8 — отношение объема в конце расширения Vh к объему в конце подвода теплоты (8 = = (см- Рис- 18.1, я).
Рис. 18.1. Индикаторные диаграммы теоретических циклов: а — ври Г' = const; б — при р - const; в — смешанного
361
Цикл с подводом теплоты при постоянном объеме (см. рис. 18.1, а) происходит следующим образом. При сжатии рабочего тела (газа) давление в цилиндре изменяется по линии ас без теплообмена с внешней средой, т.е. адиабатически. Затем на участке cz при постоянном объеме, т.е. но изохоре, извне подают теплоту вследствие чего температура и давление газа повышаются. После этого по линии zb происходит адиабатическое расширение газа, а полинии Ьа — отвод теплоты Q2 в холодный источник по изохоре. Следовательно, рабочее тело, претерпев ряд изменений, возвращается к исходному состоянию, в результате чего цикл замыкается и его можно повторять неограниченное число раз.
Цикл с подводом теплоты при постоянном давлении (см. рис. 18.1, б) осуществляется путем сжатия рабочего тела (воздуха) адиабатически по линии ас, затем по линии с£| при постоянном давлении, т.е. по изобаре подводят теплоту Qt. После этою по линии Zib происходит адиабатическое расширение, а по линии Ьа — отвод теплоты Q2 в холодный источник по изохоре. Ввиду того что степень сжатия у дизелей, работающих по циклу И= const, невелика, они имеют сравнительно невысокие КПД и ограниченное применение.	- Ж
Цикл со смешанным подводом теплоты (рис. 18.1, я) происходит при подводе теплоты к рабочему телу частично при Й= const и частично при р - const. Этот цикл лежит в основе работы быстроходных дизелей. Рабочее тело в точке а сжимают адиабатически по линии ас. Затем к нему подводят теплоту Q, равную сумме Q{ + Q". Подвод теплоты Q{ = Ct (77 - 7t) происходит по линии cz' при V = const, а теплоты Q\- CP(TZ - 77) но линии z'z при р = = const. Далее следует адиабатическое расширение по линии z.\b и отвод теплоты Q2 = С\ (/},- Та) полинии Ьа в холодный источник по изохоре, где Сг, Ср — теплоемкость рабочею тела соответственно при постоянном объеме и постоянном давлении, а Та, Т, Tz, Tz и Ть — абсолютная температура в точках а, с9 z\ z \\ Ь соответственно.
Во всех рассмотренных циклах их основным оценочным параметром является термический КПД, который характеризует теп-лоиспользование (экономичность) цикла и представляет собой отношение количества теплоты, преобразованной в механическую работу, к количеству теплоты, подведенной к рабочему телу:
И/ = (<2i - Q2)/Q\ = 1 - Q2/Q1.
(18.1)
где C?i> О2 ~ соответственно подведенное и отведенное количество теплоты.
Теплоиспользование (экономичность) в рассмотренных теоретических циклах зависит от КПД степени сжатия е, степени повышения давления X и степени предварительного расширения р. При этом г|, теоретического цикла с подводом теплоты
362
при /= const зависит только от степени сжатия е и показателя адиабаты к. а для смешанного цикла — от величин е, X, р и к.
При одном и том же значении степени сжатия с более высокий термический КПД г|, получается при V= const; с увеличением степени сжатия г термический КПД т|, всех трех циклов увеличивается, особенно для теоретического цикла с подводом теплоты при И= const. Однако повышение степени сжатия двигателей, работающих по этому циклу (карбюраторных), возможно лишь до определенных пределов, после достижения которых увеличение степени сжатия приводит к преждевременному самовоспламенению рабочей смеси и вызывает явление взрывного сгорания — детонацию топлива, поэтому практически и термический КПД г|, у них также меньше.
Для смешанного цикла при одних и тех же значениях степени сжатия е и количества подведенной теплоты Qтермический КПД увеличивается с возрастанием X и уменьшением р, но возрастают значения /- и /к, тем самым повышается тепловая напряженность и нагрузка на детали, особенно кривошипно-шатунного механизма. Поэтому в современных автомобильных дизелях степень повышения давления X лежит в пределах 1.4...2.
18.2.	Индикаторная диаграмма действительного цикла
Графическое представление о давлении газов при изменении объема цилиндра реального двигателя в каждом из четырех тактов дает индикаторная диаграмма. Она может быть построена по данным теплового расчета или снята при испытании двигателя с помощью специального прибора — индикатора, отмечающего одновременно давление в цилиндре и перемещение поршня. Площадь индикаторной диаграммы характеризует работу, совершаемую газами в цилиндре за один цикл. При построении индикаторной диаграммы (рис. 18.2, /) по оси абсцисс в определенном масштабе откладываю! объем цилиндра J , а по оси ординат — абсолютное давление газа р. Характерными точками свернутой индикаторной диаграммы являются точки а. с, z, b и /*. Такую диаграмму часто называют свернутой в отличие от развернутой индикаторной диаграммы (см. рис. 18.2, //), по оси абсцисс которой откладывают угол а поворота коленчатого вала.
Развернутую индикаторную диаграмму применяют при исследовании характера изменения давления газов по углу а поворота кривошипа за 720°.
Процесс впуска горючей смеси (для карбюраторных двигателей) или очищенного воздуха (для дизелей) на свернутой индикаторной диаграмме (см. рис. 18.2, /) характеризуется кривой га. которая расположена ниже линии давления окружающей среды pQ.
363
Рис. 18.2. Свернутая (/) и развернутая (//) по углу поворота кривошипа индикаторная диаграмма действительного цикла карбюраторною двигателя:
/;о — давление окружающей среды; г — конец процесса выпуска: рг — давление в копне процесса выпуска; а — конец основного впуска; ра — давление в конце впуска; а' — закрытие впускного клапана: с — конец процесса сжатия; д — номинальное давление по степени сжатия; с' — начало горения рабочей смеси; р('— действительное давление в конце сжатия; cz — процесс сгорания: pz — расчетное давление газов; р' — дсистшнелыюе давление газов: Ь' — начало открытия выпускного клапана; b — конец процесса расширения: рь — давление в койне расширения:	1Лч 1а — объемы камеры сгорания, рабочий и полный соответ-
ственно; и — у юл поворота кривошипа
Это указывает на то, что процесс впуска происходит при некотором почти постоянном разрежении в цилиндре.
Процесс сжатия на индикаторной диаграмме характеризуется кривой ас, которая показывает, как увеличивается давление в цилиндре по мере уменьшения объема над поршнем при такте сжатия. При этом у карбюраторных двигателей точка с' показывает давление в начале горения рабочей смеси, а точка с" — давле-
364
пис в конце такта сжатия. Давление в цилиндре дизеля, при котором впрыскивается топливо, примерно соответствует точке с'.
Процесс сгорания рабочей смеси на индикаторной диаграмме изображается прямой линией с<', которая показывает, что этот процесс происходит с быстрым повышением давления газов р (за несколько миллисекунд) при почти постоянном их объеме. Однако в действительности, особенно в дизелях, в точке г' сгорание нс заканчивается, и часть топлива сгорает при увеличивающемся объеме.
Процесс расширения характеризуется на индикаторной диаграмме кривой zb. показывающей, как уменьшается давление в цилиндре по мере увеличения объема вследствие перемещения поршня вниз при такте расширения.
Процесс выпуска отработавших газов из цилиндра начинается при открытии выпускного клапана до прихода поршня в НМТ (точка /У). На индикаторной диаграмме процесс выпуска обычно изображается кривой Ьг. которая проходит выше линии давления окружающей среды ро. Эго означает, что давление при такте выпуска больше давления окружающей среды.
Работа, затрачиваемая на осуществление процессов впуска и выпуска, па индикаторной диаграмме определяется площадью, заключенной между линиями впуска и выпуска. Эту работу называют насосными потерями и относят се к механическим потерям двигателя.
Болес подробное рассмотрение параметров индикаторных диаграмм действительного цикла дано при анализе рабочих процессов двигателей, их тепловом и динамическом расчетах.
Контрольные вопросы
I.	Что понимается под теоретическими (термодинамическими) циклами две?
2.	Назовите основные параметры теоретических циклов быстрою, постепенного и смешанного сгорания.
3.	Объясни ie индикаторную диаграмму цикла сметанною сгорания.
4.	Данте характеристику степени повышения давления X и степени предварительного расширения р и назовите их средние значения.
5.	Назовите характерные точки свернутой и развернутой индикаторных диаг рамм.
6.	Даше характеристику кривых свернутой индикаторной диаграммы действительною цикла.
Гл а в a 19
АНАЛИЗ РАБОЧИХ ПРОЦЕССОВ ДЕЙСТВИТЕЛЬНОГО ЦИКЛА
19.1.	Анализ процесса впуска
В действительном цикле необходимо периодически вводить в цилиндры свежий заряд горючей смеси и удалять образующиеся продукты сгорания, т.е. производить газообмен. В четырехтактных двигателях процессы газообмена осуществляются в процессе тактов впуска и выпуска. Часть индикаторной диаграммы процессов газообмена с одноцилиндровым отсеком двигателя показана на рис. 19.1. Воздух, поступающий из воздухоочистителя /, смешивается с топливом в карбюраторе 2, и образовавшаяся горючая смесь поступает через клапан 3 в цилиндр 6.
Как видно из рис. 19.1, б. открытие и закрытие клапанов осуществляется при положениях поршня, отличных от его положения в ВМТ и НМТ. Например, впускной клапан открывается со значительным опережением до подхода поршня к ВМТ (точка #|) и заканчивается с запаздыванием после перехода поршня в НМТ (точка л2). Опережение открытия впускного клапана улучшает очистку цилиндра от продуктов сгорания, а запаздывание — повышает наполнение цилиндров вследствие действия скоростного напора, создаваемого силами инерции движущегося потока горючей смеси или воздуха. Таким образом, процесс впуска в действительном цикле начинается не при достижении поршнем ВМТ, а несколько позже (точка Ь2), когда он уже начал движение к НМТ. Это объясняется тем, что остаточные газы, занимающие в конце процесса выпуска объем камеры сгорания (Kt.) и некоторую часть объема цилиндра (К/; = Уа - Ус), имеют давление выше давления окружающей среды, что препятствует поступлению в цилиндр свежего заряда. При перемещении поршня к НМТ эти газы расширяются, и в точке Ь2. когда их давление становится ниже атмосферного, начинается процесс впуска.
Давление в цилиндре в период впуска меньше давления окружающей среды, причем наибольшее разрежение соответствует примерно половине хода поршня. К концу впуска в точке л давление ра несколько повышается в результате действия силы инерции поступающего в цилиндр заряда.
Уменьшение давления, МПа, из-за сопротивлений в системе впуска
&Ра = Ро - А»
366
где — давление окружающей среды; ра — давление в точке а.
Уменьшение давления равно сумме гидравлических сопротивлений впускной системы (воздухоочистителя, карбюратора, проходного сечения впускною клапана). Следовательно, давление в конце впуска ра =	- Ара.
Величина ра с повышением скорости движения поршня уменьшается, что ухудшает наполнение цилиндра свежим зарядом. В четырехтактных двш ателях без наддува ра - 0,83... 0,90 (большие значения относятся к бензиновым и газовым двигателям, а меньшие — к дизелям).
Масса свежего заряда тем больше, чем больше значение давления ра. Поэтому давление впуска при проектировании двигателя повышают, увеличивая проходное сечение впускною клапана, уменьшая длину впускного газопровода, снижая давление на впуске и противодавления в глушителе шума. С учетом этого численные значения ра определяются в зависимости от частоты вращения ко-
Рис. 19.1. Одноцилиндровый отсек (а) двигателя с частью индикаторной диаграммы (о):
/ — воздухоочиститель; 2 — карбюратор: 3, 4 — клапаны: 5 — глуши гель: 6 — цилиндр
367
ленчатого вала пе, коэффициента сопротивления впускной системы (р и отношения рабочего объема цилиндра к площади проходною сечения клапанаПри проведении тепловых расчетов по ДВС указанные зависимости могут быть определены рядом расчетных формул; например:
51310
Ал »' J <р2
(19.1)
где т — отношение частоты вращения петах к каждой 1 000 оборо-
тов коленчатого вала т - /kniiiL- к _ показатель адиабаты расши-I 000
рения горючей смеси или воздуха (в дизелях), который зависит от конструкции двигателя и лежит в пределах 1,35... 1,45; <р — коэффициент, характеризующий гидравлическое сопротивление впускной системы и равный 0,7...0,8.
Скорость со, с которой смесь входит в цилиндры, составляет 50...80 м/с и находится ио эмпирической зависимости
оз = 0,017//t,4-27.
Массовое наполнение цилиндров двигателя горюче!! смесью в значительной степени зависит от продолжительности открытия проходною отверстия d" впускного клапана. Площадь впускного отверстия для прохода смеси определяется кольцевой поверхностью усеченного конуса (см. рис. 5.2, в. поз. 14 и рис. 24.4, а}, расположенной между опорной поверхностью клапана и седлом. Значение этой площади может быть определено зависимостью:
fKl == Tidh cos0,
где б/ — средний диаметр опорной поверхности клапана: Л — средняя высота подъема клапана; 0 — угол между плоскостью головки и фаской седла клапана.
Для большинства двигателей площадь приходящаяся на 1 л рабочего объема и на каждую 1 000 максимальных оборотов, составляет 2,35...3,10 см2/(л-1 000 об/мин). При проектировании двигателя или сю тепловом расчете эту величину задают, а диаметр впускного клапана по конструктивным соображениям делают примерно равным радиусу цилиндра.
Продолжительность открытия клапанов, выраженная в секундах, очень невелика. Если принять, что в среднем клапаны открыты в течение времени, соответствующею примерно 285...290 угла поворота кривошипа (см. точки и Ь\ и Ь2 на рис. 19.1. о), то при пс = 1000 об/мин это время составит 0,04 с. а при пе =
368
= 4000 об/мин оно уменьшится до 0,01 с, что является основной причиной применения электронных систем зажигания.
Давление в конце выпуска рг. Ввиду непрерывною изменения скорости поршня и проходного сечения клапана давление газов в цилиндре при такте впуска непрерывно меняется. Изменение давления зависпз от нагрузки, частоты вращения коленчатого вала, сопротивления газовыпускной системы и фаз газораспределения. В практике проектирования ДВС давление. МПа, в конце выпуска определяется по эмпирической зависимости
Л = 1,03(1 + 0,55-10 Чпт).
В связи с трудностью учета всех перечисленных причин давление /^принимают постоянным и равным его среднему значению за весь процесс выпуска в пределах 0,105...0.135 МПа.
Температура остаточных газов в конце выпуска Тг. Эта температура, К, зависит от частоты вращения коленчатого вала, состава рабочей смеси, момента зажигания (впрыскивания топлива в дизелях) и других факторов и определяется по следующей формуле:
Tr = 1 450/с - 738/ol + 0,14//. + 1 336,
где о — коэффициент избытка воздуха.
Значения Тг находятся в пределах 900... 1 200 К для карбюраторных двигателей и 800...950 К — для дизелей.
Температура остаточных газов в начале впуска Т'. В самом начале процесса впуска давление остаточных газов, имеющих температуру Гг, понижается с давления рп большего, чем давление окружающей среды, до давления ра, меньшего, чем давление окружающей среды. В результате расширения и теплообмена температура остаточных газов понижается, а объем увеличивается (па рис. 19.1, б — до точки Л2). При этом температура остаточных газов в начале впуска (10... 15% хода поршня к НМТ) определяется по формуле:
in- I
где m — показатель политропы расширения остаточных инов, равный 1,30... 1,38.
Приращение температуры рабочей смеси на величину Л Г вследствие подогрева се деталями двигателя составляет примерно 25...30 К для двигателей с чугунными поршнями и 15...25 К. для двигателей с поршнями из алюминиевого сплава. Значение Д7" зависит от времени сопротивления заряда с нагретыми деталями, т.е. от частоты вращения коленчатого вала. Ориентировочно для четырехтактных карбюраторных двигателей величина ДГнаходится в пределах 10...40 К, а для дизелей без наддува — 10...25 К, с
369
наддувом — 5... 10 К. Таким образом, температура смеси, поступившей в цилиндры двигателя и нагретой от деталей:
т' = г0 + дг,
где TQ — температура окружающею воздуха (при расчетах принимают То = 288 К).
Коэффициент остаточных газов у. Коэффициент у характеризует степень загрязнения свежею заряда отработавшимися газами, оставшимися в цилиндре от предыдущего цикла, и является важной характеристикой совершенства системы газораспределения данного типа двигателя. В общем виде этот коэффициент определяет отношение массы (Достаточных газов к массе Gy поступившей смеси: у = Gr/G{V
В практике проектирования и доводки рабочих процессов двигателя, используя характеристические уравнения состояния газа в процессе газообмена, коэффициент остаточных газов определяют из выражений:
Рг(7?)+Д7) ил и у =----------- ,
йЛПк (f-1)
(19.2)
где ц — коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси; i]i — коэффициент наполнения горючей смесью цилиндров двигателя.
Ориентировочно можно считать, что остаточные газы в количестве 1 % по отношению к свежему заряду нагревают горючую смесь примерно на 8... 10 К.
Коэффициент у возрастает с увеличением объема камеры сгорания, т.е. с уменьшением степени сжатия е, а также с увеличением давления остаточных газов рг. Для четырехтактных карбюраторных двигателей у= 0,04...0,08, для дизелей у - 0,03...0,06.
Температура рабочей смеси в конце впуска Та. Температура Та заряда, поступающего в цилиндр, повышается вследствие перемешивания его с остаточными газами. Кроме того, заряд нагревается на величину АТ от соприкосновения его с горячими деталями двигателя, которое учитывается величиной T'v Наряду с этим наблюдается некоторое снижение температуры вследствие поглощения теплоты на испарение топлива, находящегося в горючей смеси в жидкой фазе. Учитывая подогрев смеси и се охлаждение при впуске, а также влияние уже рассмотренных параметров на подогрев смеси, температуру рабочей смеси, К, в конце такта впуска определяют по формулам:
или / =	_ ILl
“ (1 + Y)nt.e-I
(193)
370
где \|/ — отношение теплоемкостей соответственно остаточных газов и горючей смеси. Этот коэффициент определяется составом горючей смеси, на которой работает двигатель.
Средние значения 7^ для карбюраторных двигателей составляют 350...400 К (75... 125°C), причем первое значение относится к двигателям с повышенными степенями сжатия. Для дизелей Та = = 315...370 К (4О...95°С). Несколько меньшие значения Та для дизелей объясняются меньшим подогревом смеси из-за сравнительно низких температур остаточных газов Тг\\ меньшими значениями у.
Коэффициент наполнения т|Р Данная величина характеризует степень совершенства процесса впуска, служит для оценки наполнения горючей смесью или воздухом цилиндров двигателя и представляет собой отношение массы свежей горючей смеси или воздуха (в дизелях), фактически поступившей в цилиндр, <7Ф к массе заряда Gtn — теоретической, которая могла бы заполнить цилиндр при температуре Го и давлении окружающей среды. В общем виде формула имеет вид ци= G\JGm.
При проектировании и доводке рабочих процессов двигателя, используя характеристическое уравнение для газа, заполняющего цилиндр, можно определить коэффициент наполнения по одной из формул
и ш
(19.4)
Представленные уравнения показывают, что значение коэффициента наполнения зависит в основном от значений температур, давлений и степени сжатия.
Оптимальные значения этих параметров в основном определяются конструктивными особенностями кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов. Тенденции развития конструкций этих механизмов направлены на максимально возможное повышение коэффициента наполнения. Для большинства двигателей средние значения т|г изменяются в пределах 0,65...0,75 при максимальных частотах вращения коленчатого вала и 0,80...0,85 при частотах вращения, соответствующих максимальному крутящему моменту Л/стах. При снижении частоты вращения ниже частоты вращения коленчатого вала, соответствующей Л/еп1ах, коэффициент наполнения падает до значений 0,60...0,70.
19.2.	Анализ процесса сжатия
В действительном цикле процесс сжатия происходит в условиях теплообмена между свежим зарядом и деталями двигателя, т.е. не является адиабатическим и начинается в точке сь (см. рис. 19.1)
371
индикаторной диаграммы, когда впускной и выпускной клапаны закрыты. В начальный период сжатия температура газов ниже температуры деталей внутрицилиндрового пространства (стенок цилиндров, камеры сгорания и головки поршня), поэтому газы дополнительно нагреваются за счет притока теплоты от этих деталей (рис. 19.2). По мерс сжатия газов и повышения их температуры теплоотдача от детален к газам уменьшается и примерно в точке т теплообмен между объемом газа и деталями отсутствует. Дальнейшее сжатие (после точки т) происходит с отводом теплоты от газов, гак как их температура выше температуры деталей. В конце такта сжатия теплопередача от газов несколько снижается, так как поверхность соприкосновения газов со стенками цилиндра постепенно уменьшается с приближением поршня к ВМТ.
Следовательно, характер теплообмена непрерывно изменяется, и процесс сжатия имеет политропный характер, причем показатель политропы сжатия /?, является переменным. Для той части процесса сжатия, которая протекает с подводом теплоты, показатель политропы сжатия /ц больше показателя адиабаты к. В точке т при отсутствии теплопередачи = к, а для остальной части процесса сжатия сопровождающийся теплопередачей от газов к ДС ГШ1ЯМ /?| < к.
Для определения показателя политропы /il применяют эмпирическую зависимость
/?1	1,38	(),O3(/7t. |Пах/Дграе|)*
где Летах ~ максимальная частота вращения коленчатого вала двигателя; Лерисч — частота вращения, для которой определяют величину /7|.
Рис. 19.2. Изменение температуры газов и взаимное расположение политропы /7| и адиабаты к при сжатии
372
Показатель политропы сжатия зависит от частоты вращения коленчатого вала, размеров узлов цилиндропоршневой группы, формы камеры сгорания и интенсивности охлаждения. Средние значения показателя политропы сжатия //, находятся в пределах: для карбюраторных двигателей — 1,32... 1,39, дизелей — 1,36... 1,40.
Для упрощения расчета давления рс и температуры Тс в конце сжатия линию, соответствующую сжатию в действительном процессе с переменным показателем политропы, заменяют линией сжатия с условным постоянным показателем политропы /?| так, чтобы заштрихованная площадь, ограниченная этой линией и ординатами конечных точек (ГЛ, Tf), была равна площади сжатия действительной индикаторной диаграммы, снятой с работающего двигателя. В таком случае давление конца сжатия /^определяется по формуле политропического процесса:
р№ = рМ\
откуда рс = ри( = раЕ"'.
Давление в конце сжатия находится в пределах: для карбюраторных двигателей — 0,8... 1,9 МПа, дизелей — 3,5...5,0 МПа.
Температура конца сжатия Те определяется из уравнения политропического процесса ТИ""1 = const и в этом случае для политропы сжатия можно написать равенство:
Т I/ >/|-1 _ р
1 П r it	1 сг с •»
откуда Тс= Т„(У„/= V1-
Температура в конце сжатия у карбюраторных двигателей находится в пределах 600...750 К, у дизелей — 800...975 К.
Степень сжатия е является важнейшим параметром, повышение которого влечет за собой увеличение термического КПД двигателя. Давление ре и температура Тс в конце сжатия тем выше, чем больше степень сжатия и средний показатель политропы Однако в карбюраторных двигателях повышение степени сжатия ограничено детонацией (взрывным горением) топлива и лежит в пределах 6... 11. Для дизелей без наддува степень сжатия находится в пределах 14...21, с наддувом — 13... 16. Температура газов в конце сжатия у дизелей должна превышать температуру самовоспламенения топлива на 150...250 К.
19.3.	Анализ процесса сгорания
Особенности сгорания топлива в карбюраторных двигателях. В двигателях с принудительным воспламенением смеси электрической искрой процесс сгорания протекает нс при постоянном объеме, как было указано в теоретическом цикле быстрого crop i-ния, а начинается раньше — до прихода поршня в ВМТ и закан
373
чивается после ВМТ. Изменение давления в данном процессе удобнее изучать при помощи так называемой развернутой индикаторной диаграммы (рис. 19.3). по оси абсцисс которой отложены углы сх поворота коленчатого вала, а по оси ординат — соответствующие давления газов в цилиндре. Точка / на линии сжатия определяет момент воспламенения рабочей смеси. Угол 0OJ (выраженный в градусах) поворота коленчатого вала от момента воспламенения смеси до ВМТ называется углом опережения зажигания. Так как процесс сгорания в момент воспламенения охватывает незначительный объем пространства, занимаемого рабочей смесью, то необходимо время, чтобы химические процессы сгорания развивались достаточно интенсивно, а количество выделяющейся при этом теплоты достигло заметной величины. Поэтому в первые моменты после воспламенения давление газов существенно не отличается от того, которое было бы при сжатии с выключенным зажиганием (штриховая линия).
В точке 2 процесс сгорания начинает развиваться более энергично, так как давление повышается не только за счет сгорания смеси, но и от еще продолжающегося процесса ее сжатия. Далее, по мерс продвижения фронта пламени, температура и давление в несгоревшей части смеси увеличиваются, что приводит к мгновенному протеканию процесса сгорания и. как следствие, к быстрому повышению давления.
Скорость распространения фронта пламени зависит от интенсивности протекания химических реакций, в свою очередь зависящих от температуры и давления внутри камеры сгорания.
Рис. 19.3. Часть индикаторной диаграммы карбюраторного двигателя, развернутой по углу поворота коленчатого вала
374
По мере протекания процесса сгорания температура и давление возрастают, увеличивая скорость сгорания. Средняя скорость распространения пламени составляет 25...30 м/с. В зависимости от формы и размеров камеры сгорания время, в течение которого успевает сгореть весь объем заключенной в ней смеси, равняется 0,002... 0.005 с. За до время коленчатый вал поворачивается па угол примерно 30...50°.
Таким образом, процесс сгорания в карбюраторном двигателе разбивается как бы па два периода. Первый период (I) — участок от точки / до точки 2 развернутой диаграммы, в течение которого только развивается процесс сгорания, называют периодом задержки воспламенения’, второй период (II) — участок диаграммы от точки 2 до точки в которой достигается максимальное давление газов в цилиндре, называется периодом видимого эффективного сгорания, В этот период сгорает около 90% смеси и происходит резкое возрастание скорости сгорания и давления в цилиндре. В точке z' индикаторной диаграммы основная масса рабочей смеси сгорает, и далее происходит догорание ее несгоревигей части уже на линии расширения.
С увеличением скорости сгорания растут температура и давление газов. Увеличение поверхности соприкосновения горящих газов со стенками цилиндров, имеющее место особенно при медленном горении рабочей смеси, сопровождается увеличением тепловых потерь. При высоких скоростях сгорания уменьшается температура отработавших газов, однако чрезмерно высокая скорость сгорания слишком резко повышает давление.
Резкое увеличение давления увеличивает нагрузки на детали кривошипно-шатунного механизма. В результате уменьшается мощность двигателя, его работа сопровождается стуками, срок службы двигателя сокращается и происходит повышенный износ детален. Такая работа двигателя называется жесткой и характеризуется быстрым нарастанием давления по углу поворота коленчатого вала двигателя.
Мягкая работа двигателя получается в том случае, если приращение давления не превосходит 0,25...0,30 МПа на Г угла поворота коленчатого вала, а давление достигает максимума (точка г') при повороте кривошипа от ВМТ на угол 10...20".
Двигатель развивает наибольшую мощность, если рабочая смесь сгорает в минимальном объеме. Поэтому опережение зажигания должно быть выбрано с таким расчетом, чтобы к приходу поршня в ВМТ большая часть смеси уже воспламенилась. Значение наивыгоднейшего опережения зажигания зависит от скорости сгорания рабочей смеси и частоты вращения коленчатого вала. Опережение зажигания должно увеличиваться с уменьшением скорости сгорания рабочей смеси и увеличением частоты вращения коленчатого вала. При этом при слишком раннем зажигании значитель-
375
нос повышение давления в камере сгорания происходит до прихода поршня в ВМТ и сопровождается большим противодавлением на поршень и падением мощности. При слишком позднем зажигании происходит понижение давления и температуры из-за больших тепловых потерь.
Иногда в процессе сгорания несгоревшая часть заряда рабочей смеси подвергается воздействию чрезмерно высоких температур и давлений, вследствие чего нормальное сгорание смеси (со скоростью 25...40 М/с) переходит в стадию взрывного сгорания со скоростью свыше 2 000 м/с. Такое явление называется детонационным сгоранием или детонацией.
Явление детонации наступает в результате того, что в процессе сгорания сгорающая часть смеси, увеличивая давление в камере сгорания, сжимает нссгоревшую часть смеси. Температура несгоревшей части смеси при этом возрастает, переходя предел самовоспламенения с образованием зоны детонации. От зоны детонации волны высокого давления распространяются во все стороны камеры сгорания и, ударяясь в стенки цилиндров, вызывают их вибрацию, а также оказывают вредное воздействие на остальные детали и узлы кривошипно-шатунною и газораспределительного механизмов. В условиях эксплуатации автомобилей возникновение детонации при прочих равных условиях в основном зависит от несоответствия степени сжатия применяемому сорту топлива.
Особенность сгорания топлива в дизелях. Время, отведенное на процесс смесеобразования, в дизелях очень мало, оно соответствует повороту коленчатого вала на угол 20...40 , в то время как в карбюраторных двигателях этот же процесс занимает значительно больше времени и происходит во время «актов впуска и сжатия рабочей смеси. Поэтому необходимым условием для протекания процесса сгорания в дизелях является тщательное смешение топлива с воздухом. При этом процессы смесеобразования и сгорания топлива происходят с момента его впрыскивания в цилиндры и условно разделены на три периода — I, II, III (рис. 19.4). в течение которых происходит подготовка топлива к сгоранию, быстрое сгорание основной массы смеси и догорание продуктов сгорания с медленным нарастанием давления.
Время от точки / до точки 2 развернутой индикаторной диаграммы дизеля называется периодом задержки самовоспламенения (период I). В этот период начинает повышаться давление за счет физико-химических процессов предпламенного окисления, подготавливающих самовоспламенение топлива. Продолжительность этою периода оказывает существенное влияние на развитие всего последующего процесса сгорания и должна составлять сравнительно малый промежуток времени (0,001 ...0,003 с). При более длительном периоде задержки воспламенения в камере сгорания скапливается большое количество топлива, которое при дальнейшем
376
Рис. 19.4. Часть индикаторной диаграммы дизеля, развернутой по углу поворота коленчатого вала
сгорании вызывает чрезмерно резкое нарастание давления, т.е. происходит увеличение жесткости работы дизеля.
Время от точки 2до точки <диаграммы называется периодом быстрого сгорания (период II), в котором происходит выделение большого количества тепла с интенсивным нарастанием давления. Степень повышения давления за период быстрого сго
рания зависит от количества топлива, поступающего в цилиндр
за время периода задержки самовоспламенения и от правильного выбора угла 01И| опережения впрыскивания. Этот период соответствует сгоранию при постоянном объеме теоретического смешан
ного цикла.
Время от точки < до точки <' развернутой индикаторной диаграммы называется периодом медленного нарастания давления (период III), соответствующим сгоранию при постоянном давлении теоретическою цикла. Участок кривой между этими точками диаграммы характеризует максимальное давление газов. В точке zf наступает равновесие между повышением давления вследствие выделения теплоты и понижением давления от расширения газов вследствие движения поршня к НМТ. При дальнейшем перемещении поршня к НМТ происходит догорание продуктов сгорания, которое, как и в карбюраторных двигателях, часто распространяется более чем на 40% хода поршня в процессе расширения, что ведет к интенсивной передаче теплоты от газов к стенкам цилиндров, т.е. к снижению теплоиспользования в цикле.
Для дальнейшею анализа процесса сгорания необходимо определить основные параметры рабочего тела, т.е. определить состав топлива и его продуктов до и после сгорания, а также выявить параметры термохимического процесса сгорания свежего за
ряда.
Химический сослав топлива. Двигатели внутреннего сгорания обычно работают на жидком или газообразном топливе. Основными составляющими любого вида жидкого топлива являются углерод С и водород Н (в спирте еще и кислород О). Углерод и водород, находясь в различных химических соединениях, образуют различные смеси углеводородов: бензин, дизельное топливо, керо
377
син и др. Обычно элементарный состав жидкого гоплива задастся в процентах но массе. Если содержание углерода равно С %, водорода Н % и кислорода О %, то С + Н + О = 100 %. Например, состав дизельного топлива в процентах (по массе) следующий: углерода С — 85,7 6, водорода Н — 13,3 %, кислорода О — I %у а состав бензина — С — 85,5 %, Н — 14,5 %.
При полном сгорании топлива углерод, соединяясь с кислородом воздуха, образует диоксид углерода (углекислый газ) СО2, водород — водяной пар Н2О, а кислород топлива вместе с кислородом воздуха участвует в окислении углерода и водорода. При неполном сгорании вследствие недостатка кислорода часть углерода, сгорая, превращается в СО , а часть — в оксид углерода СО. Как известно, реакция окисления углерода при достаточном количестве кислорода протекает следующим образом: С + О2 -> СО2, т.е. один атом углерода соединяется с одной молекулой кислорода, давая одну молекулу углекислого газа. Так как атомная масса yiлерода равна 12, а молекулярная масса кислорода — 32, то в процессе сгорания па каждые 12 кг углерода необходимо подвести 32 кг кислорода. Следовательно, для ci орания I кг углерода в СО2 необходимо 32: 12 =2.66 кг кислорода.
Аналогично, зная реакцию окисления водорода
Н2 +-О, -> н,о
2
и что молекулярная масса водорода равна 2, находим, что в процессе горения на каждые 2 кг водорода необходимо подвести 32:2 = = 16 кг кислорода. Следовательно, для сгорания 1 кг водорода необходимо 16:2 = 8 кг кислорода. Таким образом, для полного сгорания 1 кг топлива, состоящею из углерода, водорода и кислорода, необходимо подвести следующее количество кислорода /о, кг, с учетом количества кислорода Ог, содержащегося в 1 кг топлива и участвующего в реакции сгорания:
/о=|с + 8Н-От.
Исходя из этого количество воздуха Lq, кг, которое теоретически необходимо для сгорания 1 кг топлива:
0,23
-С + 8Н-О
где 0,23 — массовая доля содержания кислорода в воздухе.
Теоретически необходимое количество кислорода /о, кмоль, для сгорания 1 кг топлива
378
.. |с + 8Н-От zo _ 3_______
32	32
°L 32 ’
Теоретически необходимое количество воздуха £0, кмоль:
/о _ I Г С Н О, 0,21 21[12+4 32
где 0,21 — объемная доля содержания кислорода в воздухе, а остальные члены правой части равенства получены на основании следующих соображении.
Так как при получении I кмоль СО2 расходуется 1 кмоль кислорода и 12 кг углерода, то для сгорания С ki углерода потребуется С/12 кмоль кислорода.
На получение 1 кмоль Н2О затрачивается 2 кг водорода и 0.5 кмоль кислорода, следовательно, на I кг водорода пойдет 1/4 кмоль кислорода, а на Н кг водорода Н/4 кмоль кислорода.
Содержащийся в топливе кислород даст 0/32 кмоль кислорода. Поэтому из воздуха на эту величину потребуется кислорода меньше.
Наряду с этим, зная, что средняя молекулярная масса воздуха /ло равна 28,96, можно определить теоретически необходимое количество воздуха Ао, кмоль, для сгорания 1 ki топлива:
8С + 8Н-О, ' о _ 3
/ло 0,23-28,96
(19.5)
Например, состав автомобильною бензина, по массе, следующий: С = 85,5; Н2 = 14,5; О2 ~ 0. Тогда, используя формулу (19.5), получим теоретически необходимое количество воздуха для сгорания I кг бензина:
или
14,95
28.96
, _ 8/3-0,855 + 8-0,145
«0.516 кмоль.
= 14,95 кг,
Действительное количество воздуха L , приходящеюся на 1 кг топлива в горючей смеси, может быть больше или меньше теоретически необходимого количества воздуха Lo для полного сгорания топлива. Отношение действительного количест ва воздуха, участвующего в процессе сгорания, к теоретически необходимому
379
для полного сгорания топлива называю! коэффициентом избытка воздуха а:
сх = L JL().
Если в горючей смеси на 1 кг топлива приходится примерно 0,516 кмоль (~15 кг) воздуха, т.е. £д == £0, го смесь называется нормальной. В >том случае
ос = LJLq= I.
В случае если а > 1.0, то такую смесь называют бедной (топливом). Если воздуха недостаточно для полною сгорания топлива, т.е. а < 1,0, то такую смесь называю! богатой.
В дизелях коэффициент избытка воздуха а находи гея в пределах 1,3... 1,8. Значение а выбирается на основании опытных данных и зависит в основном от способа смесеобразования и формы камеры сгорания.
В практике эксплуатации автомобилей считают, что если в горючей смеси на I кг топлггва приходится 15... 17 кг воздуха, то смесь называется обедненной (а = 1,05... 1,15); если больше 17 кг, ю бедной (а = 1.2... 1,25); если 12... 15 ki . го обогащенной (а = = 0,8...0,95); если меньше 12 кг, то богатой (а = 0,4...0,7).
Наиболее экономичная работа бензинового двигателя достига-сгся на обедненной смеси при а = 1,05... 1,10. а наибольшую мощность он развивает при работе на обогащенной смеси при а = = 0,85...0,90.
Таким образом, коэффициент а определяет состав горючей смеси. Его значение зависит от типа смесеобразования, условий воспламенения и сгорания рабочей смеси, а также ог режима работы двигателя. Для нормального режима работы среднее значение а лежит в пределах: бензиновые двигатели с электронным впрыском топлива — 0,7... 1,0; газовые с искровым зажиганием — 0,8... 1,2; дизели с неразделенными камерами сгорания без наддува — 1,3... 1,7; с наддувом — 1,5...2,0; дизели с предкамерным смесеобразованием — 1,2... 1,5.
Состав продуктов свежего заряда и продуктов сгорания. При работе двигателя на жидком топливе в состав свежего заряда входит масса испарившегося топлива. Если молярную массу топлива обозначить через /ит, то количество киломолей горючей смеси, которое приходится на 1 кг топлива для бензиновою двигателя:
Л/| = а£о + 1//лг.
Так как молекулярная масса автомобильною бензина нц = = 100... 120 г/моль, то при проведении расчетов величину — принимают равной 0,01.	/Л’
380
В дизелях объем топлива, впрыскиваемою в цилиндр, по сравнению с объемом воздуха ничтожно мал (до 0,01 %) и поэтому
величиной — можно пренебречь. Тогда количество, кмоль, све-жсго заряда в цилиндре дизеля
Л/| = aLo.
Продукты полного ci орания жидкою гоплива при cz > 1 состоят из диоксида углерода СО2, водяною пара Н?О, избыточного кислорода О и азота N.
Общее количество продуктов сгорания I кг топлива Л/2, кмоль/кг, при а > 1 определяется как суммарное количество компонентов:
+ 0,21(а-1)£о.
Изменение количества газов при сгорании характеризуется коэффициентом молекулярного изменения свежей смеси цо:
для карбюраторных двигателей
+ &2_ 1
32
для ги зелен
н„=1+(й^ук„).
Для расчета процесса сгорания необходимо значь коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси, учитывающий наличие остаточных газов в цилиндре к моменту начала сгорания
Ц = (Mo + Yr)/( । + Yr)-
(19.6)
При неполном окислении углеводородных топлив (а < 1) продукты сгорания состоят из диоксида углерода СО2, оксида углерода СО, водяного пара Н2О. а юта N и ею оксидов. В этом случае суммарное количество продуктов ci орания при и. < 1
М; =	+ °’ 79aZ-o
А	вши
а коэффициент молекулярною изменения свежей горючей смеси
0,21(1- a) Lo + gH/4 + gO/32 - \/т, а£о + 1/m,
381
при этом коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси р определяется так же, как и при а > I по формуле (19.6).
Определение параметров процесса сгорания. Температуру газов в процессе сгорания определяют по уравнению сгорания — тепловому балансу. Сгорание в карбюраторном двигателе должно протекать при И= const, в действительности оно происходит при некотором переменном объеме. При этом допущении количество топлива Qy.. выделяющегося после сгорания,
Qvz = Qvc+ Q\y
где QVc — количество теплоты в газе до ci орания (см. рис. 18.2, отрезок с'с); СЛ — количество теплоты, которое при сгорании свежего заряда сообщается газам на отрезке графика с<.
Это уравнение можно сформулировать так: теплота, содержащаяся в газе до сгорания (отрезок с'с), плюс теплота, которая будет сообщена в процессе сгорания, равна теплоте, содержащейся в газе после сгорания.
Количество теплоты выделяющейся на участке с~ индикаторной диаграммы с учетом химической неполноты сгорания (а < I), диссоциации (распада) в процессе сгорания, потерь теплоты в стенках деталей цилиндропоршневой группы, а также неизбежного в реальных двигателях дот орания па линии расширения:
- А//„),	(19.7)
где — коэффициент выделения теплоты па линии cz. который во многом зависит от типа камеры сгорания и способа смесеобразования, ею численные значения лежат в пределах 0,75...0,95, причем большие значения берутся для цикла быстрого сгорания, меньшие (0,75...0,85) для смешанною цикла; Ни — низшая (за вычетом потерь теплоты на парообразование) теплотворная способность топлива.
Зная элементарный состав жидкого топлива, можно определить его низшую теплотворность, кДж/кг:
Ни = 4,2|8 100 С 4- 30 000 Н - 600(9Н - IV) - 2 600(0 - S)],
где С, Н, И7, S — процентное (по массе) содержание соответственно углерода, водорода, влат и серы в топливе.
При расчете ИЛю учитывается из-за малого значения. При проведении тепловых расчетов обычно принимают Ни « 44 000 кДж/ki для карбюраторных двигателей, а для дизелей //„ ~ 42 500 кДж/кг; Д//„ — количество теплоты, потерянной вследствие неполноты сгорания свежего заряда из-за частичной диссоциации реакций окисления углерода. Для дизелей Д//м равно нулю вследствие по-
382
вишенных значений а. Для двигателей, работающих но циклу быстрого сгорания:
А/-/„ = 119 600(1 - а)£о.
Эти потери имеют место только при работе бензинового или газового двигателя на обогащенных и богатых смесях с коэффициентом избытка а < 1. Наряду с этим в практике часто определяют — удельную теплоту сгорания топлива, отнесенную к массе заряда, кДж/кг:
(aZo + l)(l + 7r)-
Теплоемкость свежей смеси. В цилиндре двигателя перед ci оранием кроме парообразного топлива и воздуха, содержащихся в свежем заряде (Л/,), имеются и остаточные газы Мг. Каждая из этих составляющих содержит в себе определенное количество теплоты. На основе аналитического анализа параметров теплоемкостей средняя молярная теплоемкость, Дж/(моль- К), свежего заряда для бензиновых двигателей и дизелей
/лСГср = 20,16 + 1,74-1037]..
Теплоемкость продуктов сгорания. Каждый цилиндр двигателя после сгорания заполняется продуктами сгорания в количестве Мг при температуре Tz\\ остаточными газами от предшествующего цикла, нагретыми до той же температуры. Теплоемкость продуктов сгорания обычно вычисляют в интервалах температур от гочек отрезка с'с до указанных на индикаторной диаграмме (см. рис. 18.2).
На основе ряда преобразований средняя молярная теплоемкость, Дж/(моль-К), продуктов сгорания для двигателей, работающих по циклу быстрого сгорания, определяется эмпирической зависимостью
тСУг = (18,42 + 2,6a) + (1,55 + 1,38a) 10 3 Г.
Для двигателей, работающих по циклу смешанного сгорания, теплоемкость продуктов сгорания, ДжДмольК):
mCVr = (20,1 + 0,92/а) + (1,55 + 1,38/а)10-37;.
В практике тепловых расчетов в процессе предварительного определения величины Pz исходят из того, что приближенно Pz = ХРС.
Температура конца сгорания. Температуру газов в конце сгорания определяют на основании первого закона термодинамики,
383
т.е. равенства количества теплоты, введенной в цилиндр в результате сгорания I кг топлива (низшая теплота сгорания //„), и внутренней энергии газа, полученной в период процесса сгорания. Это равенство представляет собой тепловой баланс на участке (см. рис. 18.2) и называется уравнением сгорания.
При аналитическом решении и преобразовании уравнения сгорания в нем практически используют значения всех ранее рассмотренных параметров процесса сгорания. Для двигателей, работающих по циклу быстрого сгорания, это уравнение имеет вид

Л/1(1 + У|)
+ /»С|С1Х = \nmCVrT..
(19.8)
Для двигателей, работающих по смешанному циклу, уравнение сгорания имеет вид
+ (wQp + &314Х)Тс - \1{шСуг + 8,314)71,
где 8,314 — газовая постоянная, кДж/(кмоль-К).
Подставляя в указанные уравнения числовые значения при различных частотах вращения коленчатого вала, получим квадратные уравнения относительно 71, решая которые определим расчетные значения температур при каждом интервале частот вращения.
Значения температур в точке zf индикаторной диаграммы, вычисленные по уравнению сгорания, должны быть, К: для карбюраторных двигателей — 2 500...2 800; дизелей без наддува — 1 900... 2 300, дизелей с наддувом — 2 100...2600.
Давление в конце сгорания. В двигателях наибольшее давление сгорания зависит от степени сжатия, частоты вращения коленчатого вала, температуры 71 и состава горючей смеси. Уменьшение максимальною давления на малых частотах вращения объясняется недостаточным наполнением цилиндров горючей смесью и большими потерями в стенки цилиндропоршневой группы вследствие сравнительно малой скорости поршня.
При больших частотах вращения коленчатого вала увеличивается относительное и абсолютное количество остаточных газов и сокращается время каждого цикла, поэтому процесс сгорания не оканчивается в ВМТ, а продолжается частично при расширении, в результате чего давление также понижается.	а
Наибольшее давление р~ наблюдается при горении обобщенных смесей с а = 0,8...0,9. Этому способе гвует наибольшее увеличение количества молей свежего заряда, характеризуемого коэффициентом молекулярного изменения и. Так как для двигателей, работающих по циклу быстрого сюрания, коэффициент предва-
384
I
ригельного расширения р = VJVC = I, выражение для определения давления, МПа, в конце сгорания имеет вид
(19.9)
Для двигателей, работающих по смешанному циклу, давление в конце сгорания обычно определяют через отношение X - р /рс.
Следовательно, при заданном значении X максимальное давление сгорания в дизеле, МПа:
/2. = Xpt.
Степень увеличения давления у дизелей находится в пределах Х= 1,4...2 при степени предварительною расширения р= 1,20... 1,75.
Значения /лдля реально выполненных двигателей находятся в пределах, МПа: карбюраторные двигатели — 2,5...6, дизели без наддува — 7... 11, дизели с наддувом — 8... 16.
19.4.	Анализ процессов расширения и выпуска
Процесс расширения. Поршень под действием силы давления расширяющихся газов перемешается от ВМТ к НМ Г, совершая рабочий ход (см. участок zb на рис. 18.2). По мерс увеличения объема давление и температура газов уменьшаются. При этом газы совершают работу за счет уменьшения внутренней энергии (температура газов уменьшается) и частично за счет подвода теплоты (догорания рабочей смеси).
В отличие от теоретических циклов, в которых процесс расширения принимается адиабатическим, т.с. без подвода и отвода теплоты, в действительном цикле процесс расширения газов протекает как с подводом теплоты за счет до!орания рабочей смеси, так и с отводом теплоты через стенки цилиндра. Следовательно, процесс расширения происходит по политропе, показатель которой /о изменяется в зависимости от интенсивности подвода и отвода теплоты.
Среднее значение показателя политропы в основном зависит от рабочею объема двигателя, частоты вращения коленчатого вала, а также от характера протекания процесса сгорания. Например, с увеличением частоты вращения коленчатого вала показатель политропы п2 уменьшается, так как ускоряется процесс расширения, а вследствие этого уменьшается передача теплоты от газов через стенки цилиндра и утечки газов через неплотности; кроме того, увеличивается подвод теплоты за счет догорания топлива. С увеличением рабочею объема цилиндра увеличивается охлаждающая поверхность, отнесенная к единице объема газов, а следова
385
тельно, возрастает отвод теплоты и показатель политропы расширения увеличивается.
При проведении тепловых расчетов для определения показателей политропы /ь обычно пользуются формулами:
для карбюраторного двигателя
/?2 1,2 + О,ОЗ(/7£,пК1Х//7£ф),
где /7гр — частота вращения коленчатого вала в расчетном интервале;
для дизеля
п2 = 1,21 + 130/Ч>р.
При проектировании нового двигателя показателем п2 задаются на основании данных испытаний существующих аналогов. Для карбюраторных двигателей п2 = 1,23... 1,32, для дизелей п2 = = 1,2... 1,29.
При определении давления и температуры конца процесса расширения считают, чю при работе двигателя по циклу при V = const расширение происходит от ВМТ до НМТ; при работе по смешанному циклу расширение начинается с момента подвода теплоты при р = const (точка z на рис. 19.4), а заканчивается в НМТ. При этом берутся текущие значения давления (МПа), температуры (К) и объема (м3/кг).
Зная средний показатель политропы расширения п2. давление сгорания р и температуру сгорания 72, определяют давление рь и температуру Ть в конце расширения из уравнении политропического процесса:
Р.Уг”2 = РьУь"2 и T.V'---' = ThV„'»-',
где Vh- Vu — объем в конце расширения. При этом для дизелей
Рь = Р^/УьУ2 = Рг/5"2; Ть = TSVJVbY^ = г/8^-1.
где 8 — степень последующего расширения, 8 = Ио/К = VJVC\ Уь/Ус = Е/р.
Для определения степени предварительного расширения р для дизелей пользуются формулой
р = (рГ)/(ХТг).
Для карбюраторных двигателей р = 1, а 8 = е, тогда
Pb-P-jt"2', Ть= ^/е"2"1.
386
Давление и температура в конце расширения (в момент открытия выпускного клапана) находятся в пределах:
для карбюраторных двигателей:
рь = 0,35...0,6 МПа и Ть = 1 300... 1 700 К;
для дизелей::
0,25...0,5 МПа и Ть = 1000... 1 300 К.
Меньшие значения температуры и давления для дизелей объясняются большей степенью расширения газов и меньшей температурой в конце сгорания.
Процесс выпуска. В действительном цикле процесс выпуска начинается в конце такта расширения и заканчивается после ВМТ в начале такта впуска. Для того чтобы лучше очистить цилиндр от отработавших газов, выпускной клапан открывают в точке Ь{ (см. рис. 19.1, б) до прихода поршня в НМТ в конце такта расширения. чтобы к началу такта выпуска (точка Ь) давление в цилиндре упало до давления в выпускной системе. Выпускной клапан "/(см. рис. 19.1, а) закрывается после ВМТ в начале такта впуска в точке Ь2 (см. рис. 19.1, б), что позволяет использовать инерцию движения газов в выпускном газопроводе для очистки пространства сжатия от остаточных газов.
В целом процесс выпуска должен происходить таким образом, чтобы давление рг остаточных газов в конце выпуска и затраты работы на осуществление этого процесса были минимальными.
Давление отработавших газов в цилиндре во время выпуска не остается постоянным, так как из-за периодичности этого процесса в системе выпуска возникают упругие колебания газов, которые теоретически рассчитать очень сложно, поэтому величину давления в процессе выпуска обычно принимают постоянной, равной среднему давлению за весь этот процесс.
Давление выпуска рг зависит от частоты вращения коленчатого вала двигателя, конструкции и размеров системы выпуска и находится в пределах 0,1 ...0,13 МПа как для карбюраторных двигателей, так и для дизелей.
Температура отработавших газов зависит от частоты вращения коленчатого вала, состава смеси, скорости распространения фронта пламени и других факторов. Для карбюраторных двигателей Тг = = 900... 1 300 К, для дизелей Тг = 700... 1 000 К.
Отработавшие газы выходят из выпускного газопровода с высокой начальной скоростью вследствие сравнительно большого давления внутри цилиндра 0,15...0,35 МПа. На основании термодинамических соотношений критическая скорость истечения газов
387
10= is.sVf,
где Г = Тг, при этом со = 500...700 м/с.
Выход отработавших газов с указанной скоростью сопровождается характерным звуковым эффектом, для глушения которого устанавливается глушитель 5 (см. рис. 19.1).
С момента открытия выпускного клапана до подхода поршня в НМТ удаляется до 70% всех отработавших газов, которые уносят с собой значительную часть тепловой энергии. Энергию отработавших газов часто используют в газовой турбине для привода центробежного нагнетателя (компрессора) (см. рис. 9.15), который осуществляет дополнительный наддув воздуха в надпоршнс-вос пространство цилиндров двигателя, обеспечивая тем самым повышение его мощности и экономичности. В этом случае гидравлическое сопротивление выпускной системы повышается (увеличивается /;г), но это увеличение с избытком компенсируется повышением давления на впуске.
Контрольные вопросы
1.	В чем заключается сущност ь процесса газообмена действительного никла?
2.	От каких параметров зависит давление впуска р(, и какова их краткая характеристика?
3.	Назовите численные значения коэффициента остаточных газов для карбюраторных двигателей и дизелей.
4.	Данге определение коэффициента наполнения цилиндров горючей смесью и его численные значения.
5.	Расскажите о политропическом процессе сжатия с подводом и отводом теплоты.
6.	От каких факторов зависит показатель политропы сжатия и его численные значения?
7.	Назовите химический состав жидкого топлива, применяемого для карбюраторных двигателей и дизелей.
8.	Каковы численные значения давления и температуры в конце процесса сгорания в карбюраторных двигателях и дизелях?
9.	Дайте характеристику процесса расширения и сю показателя политропы п2.
10.	Назовите характерные точки процесса выпуска и численные значения критической скорости отработавших газов.
Глава 20
ПОКАЗАТЕЛИ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИЕ РАБОТУ ДВИГАТЕЛЯ
20.1.	Индикаторные показатели действительного цикла
Индикаторные показатели оценивают степень совершенства тепловых процессов, происходящих внутри цилиндров реального двигателя.
Индикаторная работа £/. Индикаторная работа цикла характеризует его эффективность. Данная величина определяется площадью индикаторной диаграммы, которая может быть разделена на две части: Fj (рис. 20.1), заключенную между линиями сжатия и расширения, и /ъ, заключенную между линиями выпуска и впуска, затрачиваемую на процессы газообмена. Следовательно, индикаторная работа цикла, МДж:
L, = m(Fi - F2), где т — масштаб диаграммы, определяющий, скольким единицам работы соответствует единица площади диаграммы.
Теоретическое среднее индикаторное давление р/. Для определения мощности двигателя необходимо знать среднее индикаторное давление р, (см. рис. 20.1), под которым понимается условное постоянное давление на поршень в течение одного рабочего хода, совершающее работу, равную индикаторной работе газов за весь цикл. Если через £; обозначить индикаторную работу цикла, а через Ил = Va - Ve — рабочий объем цилиндра, то теоретическое среднее индикаторное давление, МПа:
л'= ^/(ИА- I04).
Графически р' представляет собой высоту прямоугольника, площадь которого равна полезной площади индикаторной диаграммы. Давление р{ представляет собой среднее давление за процесс сжатия, а давление р2 — среднее давление за процессы сгорания и расширения.
Работу газов за цикл часто выражают как разность между полезной работой за процессы сгорания — расширения и работой, затрачиваемой на процесс сжатия. Исходя из ранее рассмотренных соотношений указанных процессов теоретическое среднее индикаторное давление за цикл, МПа:
389
представляет собой индикаторную работу газов, отнесенную к рабочему объему двигателя. Однако в практике при проведении тепловых расчетов используют теоретическое среднее индикаторное давление р' с введением в него коэффициента р — полноты и н д и катор ной д и а гра м м ы.
Действительное среднее индикаторное давление цикла д-. Этот параметр имеет меньшее значение за счет скруглений индикаторной диаграммы и насосных потерь при впуске и выпуске. Площадь полезной (действительной) индикаторной диаграммы несколько меньше площади теоретической индикаторной диаграммы. Уменьшение площади диаграммы происходит по следующим причинам:
•	при увеличении угла опережения зажигания или впрыскивания топлива линия сжатия более плавно переходит в линию сгорания, при этом теряется часть площади теоретической диаграммы (площадь 2 на рис. 20.1);
•	вследствие того, что процесс сгорания начинается до прихода поршня в ВМТ (точка с'), а заканчивается при повороте коленчатого вада на 15...20’ после прохождения ВМТ, максималь-
Рис. 20.1. Индикаторная диаграмма действительного цикла дизеля:
Р\ — среднее давление за процесс сжатия; р2 — среднее давление за процесс сгорания и расширения; т/j. -Л — соответственно площади: полезная и потерь па газообмен; а' — закрытие впускною клапана: К — изменяющийся объем над поршнем (точки z—z') в цилиндре при постоянном давлении р; р, — среднее индикаторное давление; И,. Уа — объемы цилиндра в конце сжатия и расширения соответственно; /. 2. 3, 4 — плошали округлений индикаторной диаграммы
390
нос давление цикла снижается на 10... 15%, и полезная площадь диаграммы уменьшается, причем у карбюраторных двигателей несколько больше, чем у дизелей (площадь /);
•	выпускной клапан открывается за 40...70 до прихода поршня в НМТ, вследствие чего линия расширения с точки // плавно переходит в линию выпуска, при этом теряется часть полезной площади диаграммы (площадь 5).
Отношение площади действительной индикаторной диаграммы Л] к площади теоретической диаграммы называется коэффициентом полноты диаграммы ц, который может быть от 0,92 до 0,96.
Исходя из изложенного действительное среднее индикаторное давление, МПа:
А = Н(Р/ - Д/Л), Ад = Рг - ри>	(20.1)
где рг — давление в конце выпуска, МПа; ра — давление в конце впуска, МПа.
Работа, затрачиваемая на осуществление процессов впуска и выпуска, на индикаторной диаграмме определяется площадью 4, заключенной между линиями впуска и выпуска. Эту работу называют насосными потерями и относят ее к механическим потерям двигателя, работающего без наддува, так как в последнем случае работа, затрачиваемая на вспомогательные процессы, оказывается положительной: /;, > рг. На автомобильных ДВС с турбонаддувом ^возрастает до 2,5 МПа, что даст повышение мощности и экономичности двигателя, но при этом увеличивается его тепловая и механическая напряженность.
Таким образом, по среднему индикаторному давлению р, можно судить о степени эффективности рабочего процесса. В дизелях значение давления р, обычно ниже, чем в карбюраторных двигателях, за счет больших шачений коэффициентов избытка воздуха. При номинальном режиме работы значение р, составляет в бензиновых двигателях 1,1... 1,3 МПа, а в дизелях — 0.9... I МПа.
При отсутствии внешней нагрузки, г.е. на режиме холостого хода, когда индикаторная работа равна работе механических потерь, среднее индикаторное давление не превышает 0,05...0,1 МПа, причем меньшее значение имеют двигатели легковых автомобилей.
Индикаторная мощность 7V}. Данный параметр определяет полезную работу, совершаемую газами внутри цилиндров двигателя в единицу времени. Индикаторная работа £„ совершаемая в одном цилиндре за один цикл:
~~ Pi
где pt — среднее индикаторное давление; Vh — рабочий объем
цилиндра.
391
При определении N, рассчитывают число рабочих ходов, совершаемых двигателем, которое равно 2пе/т, где пе — частота вращения коленчатого вала в секунду; 2пе — число ходов поршня в секунду; т — тактностьдвигателя, т.е. число ходов за рабочий цикл.
Тогда индикаторная мощность двигателя, имеющего / цилиндров, Вт:
N,:=^-PiiVh.
т
Индикаторную мощность обычно выражают в киловаттах (кВт), для этого подставим рп МПа, Vb, л, //<,, об/мин, и получим
ы   А (Ид и?
300т’’
На практике при определении N, часто исходят из того, что в одноцилиндровом 4-тактном двигателе за 1 с происходит л,./(2 • 60) циклов, тогда в многоцилиндровом двигателе, имеющем / цилиндров, число циклов будет равно /«f/(2 • 60). Исходя из этого мощность многоцилиндрового двигателя, кВт:
N,= L,inv/\2Q = p,Vhine/\2Q,
(20.2)
где L: — в мегаджоулях.
I	••
20.2.	Эффективные и удельные показатели работы двигателя
Эффективная мощность Ne. Мощность, получаемая на коленчатом валу двигателя. называется эффективной мощностью, измеряется в килловаттах (кВт) и на различных режимах работы двигателя может быть определена в ходе стендовых испытаний но формуле
Ne = (Л/л)/9 554,
где Ме — эффективный крутящий момент двигателя, Н-м. определяемый на стенде; пе — частота вращения коленчатого вала, об/мин.
Эффективная мощность меньше индикаторной на величину мощности, затрачиваемой на насосные потери в кривошипношатунном и трение в газораспределительном механизмах двигателя, а также па приведение в действие вентилятора, жидкостною насоса и других вспомогательных устройств.
Таким образом, эффективная мощность Ne меньше, чем индикаторная мощность на величину мощности механических по-
392
гсрь NM, расходуемой в механизмах и системах двигателя, т.е. Ne = = Nt- Nu. Следует отмстить, что от всей мощности потерь /VM примерно 55 % расходуется на трение поршней и поршневых колец о стенки цилиндров.
Механический КПД Т]м. Оценка доли индикаторной мощности, затраченной на механические потери, производится по величине механического КПД, который представляет отношение эффективной мощности Ne к индикаторной Nt:
Пм = 4/М = (М - /VJ/M = 1 - NJN,. (20.3)
В карбюраторных двигателях цм = 0,7...0,85, в высокооборотных дизелях г|м = 0,73...0,87.
Эффективный крутящий момент Ме. Эффективный крутящий момент является результирующим моментом сил, действующих на каждую шатунную шейку коленчатого вала и приводящих его во вращательное движение. При заданной мощности двигателя и частоте вращения коленчатого вала эффективный крутящий момент можно определить из соотношения Ме = 9 554 (Ne/ne). Например, для карбюраторных двигателей легковых автомобилей Л/е= 70... 190 Нм.
Литровая мощность /Vjr Важным показателем, оценивающим совершенство двигателя но эффективности использования его рабочего объема, является так называемая литровая мощность /V,, = = 4/И,, кВт/л, т.е. максимальная мощность двигателя Ne, приходящаяся на I л его рабочего объема Vh. Чем выше N „ тем выше технико-экономические показатели двигателя.
Литровую мощность увеличивают обычно за счет повышения степени сжатия двигателя, частоты вращения коленчатого вала, коэффициента наполнения и массы свежей горючей смеси, поступающей в цилиндры двигателя. Однако при увеличении литровой мощности возрастают нагрузки на детали кривошипно-шатунного механизма.
Для карбюраторных двигателей NA = 18...40 кВт/л (меньшее значение для грузовых автомобилей), а для высокооборотных дизелей N:i = 15... 25 кВт/л.
Среднее эффективное давление ре. Используя формулы (20.2) и (20.3), обычно на практике определяю! мощность двигателя Ne, кВт, из следующего выражения:
Ъ = Пм М = Нм (р Vhmt )/120 = peVhine/120 =	.	(20.4)
225т 1,36
где ре — среднее эффективное давление.
Среднее эффективное давление рс представляет собой некоторое условное постоянное давление, которое, действуя на пор
393
шень в течение так га расширения, создает работу, равную эффективной работе цикла. При номинальном режиме работы двигателя среднее эффективное давление для карбюраторных и газовых двигателей составляет 0,6...! МПа, а для дизелей — 0,5... 0,8 МПа.
Значение ре может быть определено как разность
Ре ~~ Pi ~ Prpt
где /7ф — среднее давление трения.
По аналогии с эффективной мощностью среднее эффективное давление можно определить как произведение
АПм = Ре-	(20.5)
Среднее давление трения р^. Данный параметр представляет собой некоторое постоянное давление на поршень, действие которого в процессе такта расширения создает работу, равную работе трения.
Для карбюраторных двигателей ориентировочно принимают /лгр = 0,35 + 0,0005не, где пе — частота вращения коленчатого вала.
Для дизелей р^ приближенно определяют из выражения
== 0,8 + 0,17ц.р, где ц.р — средняя скорость поршня, м/с.
При этом на привод вспомогательных механизмов приходится примерно 30... 35 % от всей работы трения.
Скоростная характеристика двигателя. Индикаторные и -.дефективные показатели действительного цикла в условиях производства могут быть получены и скорректированы в ходе испытании и доводки двигателей на стендах. С изменением частоты вращения коленчатого вала двигателя кроме мощности Ne соответственно изменяются крутящий момент Ме, удельный g, и часовой G,„ расходы топлива. Зависимость этих величин от частоты вращения коленчатого вала, выраженная графически, называется скоростной характеристикой двигателя. Скоростная характеристика, полученная при полном открытии дроссельной заслонки (максимальной подаче топлива), называется внешней скоростной характеристикой двигателя. Характеристики, соответствующие постоянным промежуточным положениям дроссельной заслонки или промежуточным подачам топлива у дизелей, называются частичными скоростными характеристиками двигателя.
Эти характеристики получают экспериментальным путем на тормозных стендах после обкатки новых двигателей. Принцип получения основных показателей для построения внешней (скоростной) характеристики на стенде (рис. 20.2) состоит в том, что ко
394
ленчатый вал двигателя, работающего с определенным постоянным положением дроссельной заслонки, затормаживают, доводя таким образом частоту его вращения до ряда определенных устойчивых интервалов оборотов: от минимально возможных до максимально допустимых. При этом замеряют тормозной момент Л/торм, необходимый для достижения каждой частоты вращения, и соответствующий этим частотам часовой расход топлива G„,.
По результатам испытаний строят кривые зависимости эффективного крутящего момента (Ме = Л/|орм) и часового расхода топлива Gm от частоты вращения пе коленчатого вала. Затем, используя приведенные зависимости для определения Ne и ge, находят соответственно численные значения мощности и удельного расхода топлива для различных частот вращения коленчатого вала и строят но ним графики.
В качестве примера на рис. 20.2 показаны скоростные характеристики автомобилей особо .малого и среднего классов, а также грузового автомобиля. Из характеристики (рис. 20.2, а) видно, что мощность ^.двигателя экспериментального автомобиля особо малого класса (прототипа 02288 НАМИ «Компакт»), равная 41 кВт, развивается при частоте вращения коленчатого вала пе = = 5 600 об/мин. Максимальный крутящий момент двигателя Ме = = 80,6 Н • м при частоте вращения вала около 3 300 об/мин, а минимальный удельный расход топлива 280 г/(кВт-ч).
Для двигателя грузового автомобиля ГАЗ-3307 эти показатели (рис. 20.2, б) соответственно равны: мощность Ne = 92 кВт при частоте вращения коленчатого вала 3 200 об/мин, максимальный крутящий момент Ме = 294,3 Н м при 2 000...2 200 об/мин и минимальный удельный расход топлива ge~ 310 г/(кВт*ч).
Характеристика двигателя ЗМЗ-4062 легкового автомобиля среднего класса ГАЗ-31105 «Волга» (рис. 20.2, в) показывает, что его номинальная мощность Ne= 106 кВт при пс= 5 200 об/мин. максимальный крутящий момент Ме = 210 Нм при 4 300 об/мин, минимальный удельный расход топлива gc~ 266 г/(кВт*ч).
Особенностью скоростной характеристики этого двигателя является характер кривой крутящего момента Л/е, которая на средних и больших нагрузках достигает максимальных значений. Это объясняется повышенным коэффициентом наполнения из-за наличия в двигателе четырех клапанов па каждый цилиндр. Вследствие этого коэффициент приспособляемости двигателя имеет значения, близкие к единице, что повышает технико-экономические показатели автомобиля в целом.
Внешние (скоростные) характеристики других карбюраторных двигателей такого типа имеют свои значения, но кривые имеют примерно аналогичный вид.
Определение исходных размеров двигателя. По заданным значениям эффективной мощности Nei частоты вращения коленчатого
395
Рис. 20.2. Скоростные (внешние) характеристики двигателей автомобилей:
а — особо малого класса (прототипа 022X8 НАМИ «Компакт»); б — ГАЗ-3307; в — ГАЗ-31105 «Волга»
вала тактности т и расчетному значению ре определяется рабочий объем, л, всех цилиндров двигателя
Уп = 30т/Ч,/(/А>«е).
а также одного цилиндра Vh = V„/i.
После определения ИЛ рассчитывается диаметр цилиндра и ход поршня, мм:
396
D = 100у4Г|/(л5/£>).
Исходя из отношения S/D определяю! ход поршня 5 по формуле
5= DS/D.
Затем определяют ориентировочное значение средней скорости поршня
Ц|.ср = Sne/30.
При этом необходимо отметить, что ц1Ср в значительной степени является показателем тепловой напряженности и динамической нагружснности двигателя.
Целесообразным является также уменьшение отношения S/D (увеличение короткоходности) при повышении быстроходности двигателей. Особенно это выгодно для I-образных двигателей, так как позволяет получать оптимальные массовые и габаритные по-казатсл и.
Для современных моделей двигателей значения отношения S/D и Г) (мм) находятся в пределах: для карбюраторных двигателей S/D = 0,7... 1,05; D = 60... 110; для дизелей S/D = 0,9... 1,4; D = = 80... 130. Выбор рабочего объема, числа цилиндров, хода и средней скорости поршня, а также определение необходимости наддува и его давления производится на основе обеспечения заданного ресурса и конструкторско-технологических мероприятии, связанных с тепловой и механической напряженностью данною типа двигателя.
20.3.	Теплоиспользование и тепловой баланс двигателя
Теплоиспользование действительного цикла. Количество топлива в килограммах, расходуемого двигателем за 1 ч работы, называется часовым расходом топлива Gm. Часовой расход топлива зависит от нагрузки и экономичности двигателя. Величина G„, не дает полного представления о степени использования теплоты, введенной с топливом и экономичности двигателя, а поэтому основными параметрами, характеризующими экономичность работы двигателя, являются индикаторный и эффективный удельные расходы топлива.
Количество топлива, расходуемого двигателем в течение часа для получения единицы (1 кВт-ч) индикаторной работы, называется индикаторным удельным расходом топлива g, и представляет собой отношение часового расхода топлива G,n к индикаторной мощности N;.
397
g, = Gm/N,.
Реальную оценку экономичности действительного цикла двигателя производя! но эффективному удельному расходу топлива gc на единицу эффективной работы. Аналогично удельному индикаторному расходу топлива эффективный удельный расход топлива
& = G„,//Vc = g,/qM.	(20.6)
При номинальном режиме работы двигателей величина gc лежит в следующих пределах: для карбюраторных двигателей — 300...340 г/(кВт ч); для дизелей — 220...260 г/(кВг ч).
В реальном двигателе степень использования теплоты от сгорания топлива, введенного в его цилиндры, оценивают индикаторным, относительным и эффективным КПД.
Индикаторный КПДт|, является качественным параметром, определяющим уровень совершенства процесса превращения зепло-ты в работу газов внутри цилиндров двигателя, т.е. характеризующим все его тепловые потери.
Индикаторный КПД представляет собой отношение теплоты, которая преобразуется в полезную работу Lh ко всей затраченной теплоте //„; т.е. q,= Lj/H,,. Если известны индикаторная мощность А,, кВт, часовой расход С,„, кг/ч, и его тепло! а ci орания //„, кДж/кг, то индикаторный КПД
4/ = 3 600А,/(<7„,//„) или т|, = 3600/(&Я„),
где 3 600 кДж/(кВт ч) — термический эквивалент работы, рав-ный 1 кВтч.
При проведении тепловых расчетов индикаторный КПД двигателей часто определяют на основании полученных данных из выражения
п, = 1,985aZ.jp,То/( Н„х\ vpJ.
Относительный КПД т|0 показывает, какую часть составляет действительно совершенная индикаторная работа от всей возможной работы в теоретическом цикле, а также харакзеризует дополнительные тепловые потери, имеющиеся в реальном двигателе, и представляет собой отношение индикаторного КПД двигателя q, к термическому КПД цикла q,:
По = 4,/П,-
Из этого следует, что
П/ = П/По-
В современных двигателях q0 лежит в пределах 0,6...0,8.
Эффективный КПД q(. характеризует степень использования теплоты с учетом всех видов потерь как тепловых, так и механи-
398
Таблица 20.1
Эффективные показатели современных двигателей
Тип двигателя	рс, МПа	П/	По	Пс
Карбюраторц ыи	0,6... 1,0	0,25-0,35	0,55-0,70	0,23-0,30
Дизель: без наддува с наддувом	0,55-0,85 0,8—2.0	0,30-0.50 0,50-0,65	0,6-0,75 0,65-0,85	0,30-0,42 0,37...0,45
веских. Он представляет собой отношение количеснм теплоты, превращенной в полезную эффективную работу на вгшу двигателя, ко всей затраченной теплоте:
Г|£, = 3 600^/(<7„Д,) или п, = 3 600/(&Д<),
где &,= G,n/Nc — удельный эффективный расход топлива, г/(кВт- ч).
На основании приведенных формул связь между величинами ge и g, может быть выражена через механический КПД:
&/& = Пе/1Ъ = П.м, откуда ge = я,/Пм-
Для автомобильных двигателей средние значения /;о, т|„ по и приведены в табл. 20.1.
Тепловой баланс двигателя. При рассмотрении действительного цикла было установлено, что лишь 25...40 % теплоты, которая выделяется при сгорании топлива, преобразуется в полезную эффективную работу. Остальная же часть теплоты представляет собой тепловые потери. Распределение теплоты на полезную работу и различные виды потерь называется тепловым балансом двигателя. Он определяется обычно при лабораторных испытаниях двигателя или поданным тепловою расчета и составляется либо в килоджоулях к единице времени (1 ч), либо в процентах к введенной в двигатель теплоте. Уравнение тепловою баланса состоит из нескольких основных элементов и имеет следующий вид:
Q = GJ1U = Qe + &+£?,+ Q„ + eKI,
где Q— располагаемая теплота, выделившаяся при полном сгорании топлива; //„ — теплота сгорания топлива, кДж/кг; Qe — теплота, превращенная в эффективную работу; Q„ — теплота, отведенная в охлаждающую среду; Q, — теплота, унесенная отработавшими газами; Qlt — теплота, не выделившаяся вследствие неполноты сгорания топлива; Q(X1 — остаточный член теплового баланса, включающий в себя все виды неучтенных потерь.
Если тепловой баланс составлен в относительных единицах, т.е. в процентах от всего количества располагаемой теплоты, то уравнение теплового баланса можно записать так:
399
g = & + &. + A + g„ + &>ci = 100 %,
где ge = Qc- l00/Qc,b — количество теплоты, %, превращенной в эффективную работу; gB = 0В- 100/0% — количество теплоты, %, унесенной с охлаждающей жидкостью, и т.д.
Значение каждою члена теплового баланса определяют расчетом из указанных выражений.
Располагаемое количество теплоты в течение часа, кДж/ч:
Q = GJln
где Gm — часовой (массовый) расход топлива; Ни — низшая теплотворная способность топлива, кДж/ч.
Теплота, эквивалентная эффективной работе, кДж/кг:
Qe = 3 600/Vc.
Теплоту, передаваемую охлаждающей среде через стенки цилиндра, головку цилиндров и поршень, кДж/ч, можно определить при жидкостном (водяном) охлаждении по уравнению
0В = 4,186(7в(б-/|),
где 4,186 — теплоемкость жидкости, кДж/(кг- градус); Св — количество жидкости, прошедшей через двигатель за I ч, кг; /2 — температура выходящей из двигателя жидкости, °C; ц — температура входящей в двигатель жидкости, °C.
Для расчетов можно принимать /2 = 85...90°C, а /| = 55...60 С.
Теплота, уносимая с отработавшими iазами, кДж/ч:
0, = 0/и(Л/2/ДС1г/г - Л/|/77СИ)Г0),
гдсЛ^/7/с^ — произведение количества молей продуктов сгорания на их теплоемкость, равное теплоте, унесенной из цилиндра вместе с обработавшими газами за 1 ч, кДж/ч; M}mcyb — произведение количества молей свежей смеси на их теплоемкость, равное теплоте, введенной в цилиндры вместе со свежим зарядом за 1 ч, кДж; tr и /0 — соответственно температура отработавших газов и свежего заряда, °C.
Количество теплоты, не выделившееся из-за неполноты сгорания (при недостатке кислорода), кДж/кг, определяют при коэффициенте а < I по формуле
Д//„ = 119 600(1 -а)£0.
Остаточный член теплового баланса 0ОС! представляет собой суммарное количество неучтенных потерь, включающих в себя теплоту, не выделившуюся вследствие плохого перемешивания топлива с воздухом, теплоту, потерянную на работу трения, и
400
Таблица 20.2
Примерные значения составляющих теплового баланса, %
Тип двигателя	& = Пе		X.	Хн	Хит
Карбюраторный	21...28	12...27	30...55	0...35	3...10
Дизель	30...40	18...35	25...45	0...7	5...10
другую теплоту, т.е. включает в себя все неучтенные потери и может быть определен как разность, кДж/кг:
си =	&+ о, + о..).
Слагаемые величины теплового баланса нс являются постоянными, а изменяются в зависимости от нагрузки, степени сжатия и частоты вращения коленчатого вала двигателя. В табл. 20.2 приведены примерные значения составляющих теплового баланса при работе двигателя на номинальных и близких к ним режимах.
При расчете баланса теплопередачи учитывается и теплота, эквивалентная работе трения поршня и поршневых колец в цилиндрах двигателя, которая является составной частью слагаемого (?в.
Слагаемое (?н входит в состав теплового баланса только в том случае, когда коэффициент а < 1. Если коэффициент а > 1, то количество теплоты, которое не выделилось вследствие неполноты сгорания, невелико, и поэтому ее включают в остаточный член Qcx.r тепловою баланса.
Контрольные вопросы
1.	Па какие две основные части разделяю! индикаторную работу действительного никла?
2.	Что понимается под теоретическим средним индикаторным давлением и как оно графически определяется?
3.	Что понимается иод действительным средним индикаторным давлением и вследствие чего производи гея скругление индикаторной диаграммы?
4.	Как определяется ко эффипиенг полноты индикаторной диаграммы и каковы его численные значения?
5.	Что понимается иод индикаторной мощностью двигателя и какова определяется ?
6.	Назовите основные эффективные показатели работы двигателя и их средние значения.
7.	Что такое скоростная характеристика и каков ее принцип построения в процессе стендовых испытаний?
8.	Что понимается под дефективным удельным расходом топлива и каковы его численные значения?
9.	Назовите основные составляющие уравнения теплового баланса и их ориентировочные значения.
Глава 21
КИНЕМАТИКА И ДИНАМИКА МЕХАНИЗМОВ ДВИГАТЕЛЯ
21.1.	Кинематический анализ кривошипно-шатунного механизма
Рассмотренные процессы действительного цикла дают возможность провести кинематический анализ движения элементов кривошипно-шатунного механизма (поршня, шатуна, кривошипа) и выявить компоновочно-габаритные размеры, а также рассчитать скорость и ускорение этих деталей для последующего динамического расчета и прогнозирования срока службы двигателя. Исходными данными для кинематического расчета являются ход поршня и выбранная конструктивная схема кривошипно-шатунного механизма. На современных двигателях применяют в основном три конструктивные схемы кривошипно-шатунного механизма:
•	центрального, у которого ось цилиндра пересекает ось коленчатого вала (рис. 21.1. а)\
•	смещенного, у которого ось цилиндра не пересекает ось коленчатого вала, а смещена относительно нес на некоторую величину е (рис. 2I.1, б). Смещение обычно не превышает 12% хода поршня;
•	V-образного с прицепным шатуном, у которого два или несколько шатунов работают на одной кривошипной шейке коленчатого вала (рис. 21.1, в). В этом случае для упрощения расчетов можно считать, что движение поршня прицепного шатуна происходит по той же закономерности, что и движение поршня основного шатуна.
Наиболее распространенным кривошипным механизмом является центральный, для которого приведены кинематический и динам и ч ес ки й ан ал и зы.
Задачей кинематического исследования кривошипно-шатунного механизма является установление закономерности движения поршня и шатуна. При рассмотрении кинематики кривошипно-шатунного механизма за исходное положение принимают положение механизма, соответствующее ВМТ поршня, и все кинематические величины выражают в функциях угла поворота коленчатого вала.
Основными геометрическими размерами центрального кривошипно-шатунного механизма (см. рис. 21.1, а) являются £ш = АВ — длина шатуна; /?кр = ОВ — радиус кривошипа; = 27?кр = А^А2 —
402
Рис. 21.1. Конструктивные схемы кривошипно-шатунных механизмов: а — центрального; б — смешенного: в — V-образного с прицепным шатуном
ход поршня; „ = /1|/1 — путь поршня; акр — угол поворота кривошипа; рп1 — угол отклонения оси шатуна от оси цилиндра; сокр — угловая скорость вращения кривошипа; Хкр= /?кр/Аш - 0,24...0,31 — отношение радиуса кривошипа к длине шатуна.
Путь поршня зависит от соответствующего угла поворота коленчатого вала. Из рис. 21.1, я следует, что
5ilii = OAt - 0/1,
или
‘Si.n “' ( «кр + ^iii) (^KpCOS0tKp + Zql(COS Pm).
Для удобства изучения движения поршня это выражение преобразуют, выражая путь поршня 5П „ как функцию только угла акр. Так как /?kpsinaKp = £lusinpni, то
sin Phi = Xkpsinakp;
cosplu = 7l -sin2p,„ = 71 -^KPsin2aKp = (I -Ц, sin2 aKp)2.
i
Выражение (I - X2p sin2aKp)2 можно разложить в ряд
cos0u, = (1 -Л2Р sin2 aKp)2 = I --X2P sin2 a
K|1
4 sin4 ct кр 0111
403
Учитывая, что члены этого ряда выше второго имеют малые значения, можно с достаточной для практики точностью ограничиться двумя первыми членами разложения и принять
cospui
= 1 - — Л2 sin2
2
^кр •
Подставляя полученное значение соч0И| в уравнение пути поршня и вводя величину Хкр = /?р/£Н1. получим
cosaKp) + siiraKp ,
1 - cos 2а. п но так как акП =-----------------------то
Гч I I	’
Н.П
(I соьакр) +
^-(l-cos2aKp)
Значение выражения, заключенного в квадратные скобки, в зависимости от величин акр и Хкр приводятся в справочниках но двигателям.
Скорость поршня при его перемещении в зависимости от угла поворота кривошипа определяется путем дифференцирования уравнения перемещения поршня ио времени:
п
dr
dakp
—-	= со
d/
кр
— sin 2aKn
1	КР
— угловая скорость вращения кривошипа.

Тогда
Ц.
Значения выражения, заключенного в скобки, в зависимости от величин акр и Хкр даюгся в таблицах.
Обычно для оценки качества двигателя пользуются средней скоростью поршня
_ 2*^0 и _ ^п.п _ 2^?крД( я _ 2 „
60 " 30 " ЗОд -/WP-
Для современных автомобильных двигателей средняя скорость поршня рср = 10... 14 м/с.
404
С достаточной для практики точностью можно считать, что максимального значения скорость поршня ц|1ШЧ достигает при акр + Рш = 90 ’, когда ось шатуна занимает положение, перпендикулярное к радиусу кривошипа.
Значение максимальной скорое!и поршня можно приблизительно принять следующим, м/с:
^птах — ^крС0кр\/1 +	,
ИЛИ Ццпах 1 ,625ц1хр.
Ускорение поршня определяется путем дифференцирования уравнения скорости поршня по времени:
d/
сЧ d«Kp dak„ d/
~~ ^Kpe\p(cos otkp + ХКр cos 2cxkp).
Значения выражения, заключенного в скобки, в зависимости от величин акр и Хкр даются в учебниках но расчету двигателей.
Из формулы видно, что ускорение приобретает максимальное значение при а, п = 0 и а о = 360°, т.е. в ВМТ:
•	INI F	Г*Л *
Jmax — ''кр^крх ’
При акр = 180°, т.е. в НМТ, ускорение приобретает минимальное значение:
Jiimin ~	*'кр^кр\*	^“кр/-
На рис. 21.2 показаны кривые нуги (перемещения) 5||Н, скорости vn и ускорения jn поршня для различных положений кривошипа от акр = 0 до акр = 360 \
В ВМТ скорость перемещения поршня равна нулю, так как sin0 = 0. При движении поршня оз ВМТ до НМТ скорость его сначала увеличивается от нуля до максимальной величины (при акр ~ 75 ), а затем уменьшается от максимальной величины до нуля в ВМТ. Ускорение поршня имеет максимум при акр = 0, т.е. в ВМТ, так как cos 0=1; при этомутач = /?кри£р( I + Хкр). При а.кр =180, т.е. в НМТ, абсолютная величина ускоренияyn = -Якр(окр(1 - Хкр), т.е. меньше максимального значения на величину 2Х р. Ускорение равно нулю, когда абсолютное значение скорости достигаем максимума, т.е. при акр « 75 . Скорость или ускорение считаются положительными, если они направлены к uenipy кривошипа, и отрицательными, если они направлены от центра. Периодичность изменения скоростей и ускорений движения поршня равна 360 .
Кинематика шатуна основана на том, что в процессе работы шатун совершает сложное движение, которое складывается из его поступательною перемещения и вращения вокру! оси поршневого пальца. При этом точка А (см. рис. 21.1) совершает прямолинейное воз-
405
Рис. 21.2. Кривые пути (перемещений) Snil, скорости ц, и ускорения jn поршня в зависимости от угла акр поворота кривошипа
вратно-поступатсльнос движение по оси цилиндра, а точка Б равномерно перемещается по окружности радиуса кривошипа.
Угол перемещения шатуна относительно оси цилиндра
РН1= ai-csin(XKpsinaKp).
Из этого выражения видно, что угловое перемещение шатуна приобретает максимальное значение при акр = 90 и акр = 270°:
Риппах "" BTCSin (iA.Kp).
При этом угловая скорость вращения шатуна равна нулю.
После аналитических преобразований установлено, что при этих же углах (90 и 270 ), т.е. в моменты его максимальных отклонений, достигает максимального значения и угловое ускорение уш шатуна
___, ^кр^кр
Jui шах “ — I------
При акр = 0 и акр = 180 угловое перемещение и ускорение шатуна имеют нулевое значение, а угловая скорость достигает максимального значения
max
~ — ^кр^кр*
406
21.2.	Кинематический анализ клапанного узла газораспределения
В современных двигателях при верхнем расположении клапанов наибольшее распространение получили газораспределительные механизмы, имеющие два или четыре клапана на цилиндр. Движение клапанов должно быть плавным, а ускорения, по возможности, невелики. Если клапан будет мгновенно открываться и закрываться, то ускорения будут очень большими, и в механизме газораспределения возникнут значительные силы инерции. Поэтому важно выбрать такой профиль кулачков распределительного вала, при котором обеспечивается необходимое наполнение или очистка цилиндров.
В автомобильных двигателях применяют в основном кулачки следующих профилей: выпуклого, вошутого, тангенциального, а также профиля, обеспечивающего безударную работу механизма газораспределения.
Выпуклый профиль образуется дугами различных радиусов. Кулачок с выпуклым профилем обладает хорошей работоспособностью и находит широкое применение (рис. 21.3, а).
Примером кулачка с вогнутым профилем может служить кулачок постоянною ускорения (рис. 2I.3. б). Кривые подъема и опускания клапана в этом кулачке состоят из дуг параболы, которые обеспечивают постоянное ускорение при подъеме и опускании клапана. Вогнутый профиль требует более сложной механической обработки, чем выпуклый. На рис. 2I.3, в приведен тангенциальный профиль кулачка. Он менее других обеспечивает плавность работы и требует установки сильных пружин, что является отрицательным в системе газораспределения.
Кулачок с выпуклым профилем обеспечивает наилучшее наполнение двигателя. Этот кулачок имеет сравнительно небольшие
Рис. 21.3. Профили кулачков: а — выпуклый; б — вогнутый; в — тангенциальный
407
отрицательные ускорения и, следовательно, небольшие отрицательные силы инерции, стремящиеся оторвать клапан от кулачка. Эти силы воспринимаются клапанной пружиной, которая может быть более слабой, чем при кулачках других профилей. К недостаткам этого кулачка можно отнести значительные скорости и ускорения в начале подъема и в конце опускания клапана, что вызывает более сильные удары толкателя о клапан и клапана о седло в эти моменты. Для уменьшения ударов необходимо тщательно подбирать фазы газораспределения (см. рис. 5.9) и температурные зазоры в механизме газораспределения.
В быстроходных двигателях часто применяются безударные кулачки. Их профиль строится согласно заданной закономерности движения клапана в соответствии с его диаграммой ускорения как без учета, так и с учетом жесткости пружин клапанных механизмов.
На рис. 21.4 приведены кривые, показывающие изменение по углу поворота распределительного вала высоты подъема скорости рМ1, ускорения уЮ1 клапана и силы давления клапанной пружины (211р при кулачке с выпуклым профилем. Штриховая линия под кривой SMI показывает принятое значение теплового зазора в клапанном механизме.
Для нахождения значений перемещения 5,, скорости щ и ускорения jx толкателя при скольжении его но профилю кулачка, описанному дугой с радиусом Я|1р, воспользуемся уравнениями:
(^пр ~ Л») О
Р| (Лпр /o)(0ptHsin «р
J ~~ (^пр ~ ^o)tOpjiCOS СХр н,
где сорн — угловая скорость вращения распределительною вала; г0 ~ радиус начальной окружности кулачка; аР11 — угол поворота кулачка распределительною вала.
При подъеме и посадке клапана в седло допускается его скорость цепкое = 0,5...0,6 м/с2, максимальное положительное ускорение уюнпах= 900... 1 200 м/с2, максимальное отрицательное -у|С11ШХ = = 300...500 м/с2.
Каждый цикл движения в процессе работы клапана можно разделить на четыре периода.
Первый период — открытие клапана (схема I, рис. 21.4). Направления скорости щ и ускорения у'| в этот период совпадают, а возникающая при этом движении клапана сила инерции направлена в сторону, противоположную ускорению, и вместе с силой упругости пружины нагружает ее.
С момента достижения максимальной скорости начинается второй период (схема II), во время которою клапан движется за-
408
Рис. 21.4. Кинетическая диаграмма клапанного узла и схемы действия сил инерции:
I, 11, III, IV — периоды работы клапана; wprt — уповая скорость распределительного вала; Q„p — сила давления клапанной пружины; 5^,, (хК|.	— соответ-
ственно высота подъема, ускорение и скорость клапана
медленно, и в точке максимального подъема он останавливается. В этот период ускорение меняет знак и будет направлено в сторону, противоположную движению клапана. Направление силы инерции PJX совпадаете направлением клапана, т.е. будет стремиться оторвать клапан от кулачка.
Для сохранения кинематической связи клапана с кулачком необходимо, чтобы сила упругости пружины, прижимающая клапан к кулачку (непосредственно или через промежуточные детали), была больше силы инерции.
После остановки клапана в положении максимального открытия начинается третий период (схема III), во время которого кла
409
пан возвращается в первоначальное положение под действием силы упругости пружины. Движение клапана при этом будет ускоренным, а направления скорости и ускорения клапана совпадают. Направление силы инерции сохранится таким, каким оно было при втором периоде движения, т.е. сила инерции будет стремиться оторвать клапан от кулачка. В течение всею этого периода сила упругости пружины должна быть больше силы инерции.
С момента достижения максимальной скорости начинается четвертый период (схема IV), во время которого скорость убывает от максимума до нуля, а ускорение, меняя направление, создает силу инерции, прижимающую клапан к кулачку.
Из анализа цикла движения клапана следует, что для уменьшения размеров пружины желательно, чтобы сила инерции во втором и третьем периодах была как можно меньше и изменялась подобно изменению силы пружины, т.е. плавно увеличивалась бы с подъемом клапана. С этой целью в последние годы распространение получают методы проектирования безударных кулачков с учетом упругости пружин и масс деталей механизма газораспределения.
21.3.	Динамический анализ кривошипно-шатунного механизма
При работе двигателя на детали кривошипно-шатунного механизма действуют силы давления газов в цилиндре и силы инерции движущихся масс.
Различают силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс и центробежные силы инерции вращающихся масс. Кроме того, возникают производные от силы давления газов и сил инерции — силы трения, силы полезного сопротивления на коленчатом валу, реакции на опорах коленчатого вала и двигателя. Расчет и анализ сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме, необходимы для выполнения расчета деталей двигателя на прочность и износ, определения нагрузок на подшипники коленчатого вала, анализа уравновешенности и определения неравномерности вращения коленчатого вала.
Для расчета деталей кривошипно-шатунного механизма на прочность и износ находят значения сил давления газов и сил инерции для ряда последовательных положении кривошипа и, складывая их, определяют суммарные силы.
Сила давления газов. Абсолютное значение силы давления газов и характер ее изменения в зависимости от угла поворота коленчатого вала могут быть определены по индикаторной диаграмме, которая может быть представлена в развернутом виде в координатах Р—акр (рис. 21.5).
410
Рис. 21.5. Изменение ch i давления газов Рг, инерции Р, и суммарной Ръ в зависимости от угла акр поворота кривошипа
Давление газов в цилиндре двигателя передается во все стороны с одинаковой силой и, действуя на головку цилиндра, создает силу, равную силе давления газов на днище поршня Р .
Сила давления газов на днище поршня, Н:
Р. = 106(p-po)Fn,	(21.1)
где р — индикаторное давление газов (давление нгш поршнем) при заданном угле поворота кривошипа, МПа; ро — давление в картере двигателя (под поршнем). МПа, принимается равным атмосферному давлению для всех двигателей с вентиляцией картера; Ец — площадь сечения цилиндра, м2.
Следовательно, развернутая индикаторная диаграмма в соответствующем масштабе представляет кривую изменения силы давления газов в зависимости от угла поворота коленчатого вала Р' = /(акр). Силу давления газов принято считать положительной, если она направлена к осн коленчатого вала, и отрицательной, если направлена от его оси. Максимальное значение силы давления газов на поршень обычно возникает при углах 370...380 поворота кривошипа.
Массы частей кривошипно-шатунного механизма. В практике динамического анализа определение сил инерции, возникающих в кривошипно-шатунном механизме, производят обычно путем замены масс деталей приведенными массами, динамически эквивалентными системе сосредоточенных масс. Масса поршневой группы tnn считается сосредоточенной на оси поршневого пальца в точке А (рис. 21.6, а).
411
IHj = nin + /Hm n
a
Pnc. 21.6. Схема системы сосредоточенных масс, динамически эквивалентной кривошип ио-шатун ному механизму:
а — приведенная система кривошипно-шатунного механизма; б — схема приведения масс кривошипа
Масса шатунной группы /??п1 заменяется двумя массами, одна из которых /лШ|1 сосредоточивается на оси поршневого пальца в точке А, а другая /и111к — на оси кривошипа в точке В. Значения этих масс, кг, определяются из выражений:
^111.П “ (^111	/7/||| к — (	п/ Аш)/?71|(,
где ЛН1 — длина шатуна; А|||к — расстояние от центра кривошипной головки до центра тяжести шатуна; п — расстояние от центра поршневой головки до центра тяжести шатуна.
Для большинства автомобильных двигателей /??„, ,, = (0,2...0,3)/w п, а ^ш к = (0/ ...О,8)д7П1. Поэтому при расчетах можно принимать средние значения:
и	0,275/7?!!,,	0,725///ш.
(21.2)
Неуравновешенная масса кривошипа заменяется двумя массами, сосредоточенными па оси кривошипа в точке В (т ) и па оси коренной шейки в точке О (///о) (рис. 21.6, б). Масса коренной шейки с частью щек, расположенных симметрично относительно оси вращения, является уравновешенной. Масса кривошипа, сосредоточенная в точке 5, кг:
'»шш + 2/»ц1(р//?),
(21.3)
412
где mut Ul — масса шатунной шейки с прилегающими частями шск; //?,„ — масса средней части щеки по контуру abed, имеющей центр тяжести на радиусе р.
В короткоходных двигателях величина тт мала по сравнению с ///,„„, и сю можно в большинстве случаев пренебречь. При расчетах ///,„„, и в необходимых случаях //7,и определяют исходя из размеров кривошипа и плотности его материала.
Таким образом, система сосредоточенных масс, динамически эквивалентная кривошипно-шатунному механизму, состоит из массы т} = ///„ + />7,11.11, сосредоточенной в точке А и имеющей возвратно-поступательное движение, и массы mR = /нк+ /лшк, сосредоточенной в точке в и имеющей вращательное движение.
Силы инерции. При рабою кривошипно-шатунного механизма двигателя возникают силы инерции от возвратно-поступательно движущихся масс и вращающихся масс.
Сила инерции Р возвратно-поступательно движущихся частей (поршня с кольцами, поршневого пальца и верхней части шатуна) равна произведению массы nij на их ускорение у, взятое с обратным знаком:
Pj ~~ ttljj ~ ^J^Kp^Kp^OS (Хкр ^кр^^^^кр)’	(2 I .4)
где т — масса поступательно движущихся деталей кривошипношатунного механизма: т}= ///„ + х/д,,,; //?,, — масса деталей поршневой группы; ///,„ — масса шатуна в сборе (/?/„ и тт рассчитываются по чертежам деталей или выбираются но табличным данным); X — доля массы шатуна, отнесенная к возвратно-поступательно движущимся деталям, х= (0,25...0,275)///,,,.
Так как ускорение поршня изменяется по величине и направлению, то и сила инерции возвратно-поступательно движущихся частей также переменна по величине и направлению. Период этого изменения равен одному обороту коленчатого вада. На рис. 21.5 приведена кривая изменения сил инерции Pf по углу поворота кривошипа. Сила инерции возвратно-поступательно движущихся частей достигает максимальной величины при переходе поршнем ВМТ в пределах 10...20’. Правило знаков при ее построении такое же, как и для силы давления газов.
Из формулы (21.4) следует, что для уменьшения силы инерции возвратно-поступательно движущихся частей выгоднее меньшее значение Хкр = Лкр/Л,„, т.е. более длинный шатун. Однако при увеличении длины шатуна возрастают габаритные размеры и масса двигателя, что является нежелательным.
Сила инерции неуравновешенных вращающихся частей (кривошипа. коленчатого вала и нижней части шатуна) Л.ш, называемая часто центробежной силой (Рц), определяется по формуле
Аг„, — - ///к(о^р7?кр.
413
где /?7К — масса неуравновешенных (относительно оси вращения кривошипа) элементов кривошипа, приведенная к его радиусу: тк -	+ 2 /?71Ир//?; тш ш — масса шатунной шейки кривошипа;
тш “ неуравновешенная масса щеки; р — расстояние от оси вращения до центра тяжести неуравновешенной массы щеки.
Характер изменения этой силы аналогичен характеру изменения ускорения поршняуп. Знак «минус» показывает, что направления силы и ускорения различны.
Следовательно, сила инерции неуравновешенных вращающихся частей имеет постоянное для данных частот вращения значение и всегда направлена по радиусу кривошипа от оси коленчатого вала.
Суммарные силы и моменты, действующие в кривошипном механизме. Для получения полного представления о силах, действующих в элементах кривошипного механизма, необходимо рассмотреть совместное действие сил давления газов на поршень и сил инерции движущихся масс. Совместное действие этих сил обусловливает динамическую нагрузку на кривошипный механизм. Исходной силой является суммарная сила Ръ, действующая по оси цилиндра и равная алгебраической сумме сил Р{ и Р :
р.=Рг + р.
Построение кривой изменения суммарной силы М = /(а р) от угла поворота кривошипа можно производить графическим суммированием ординат кривых Рг = /(акр) и Pj=f(a^), как это показано на рис. 21.5. Из рассмотрения суммарной кривой видно, что при положении поршня около В МТ в копне хода сжатия и в начале расширения силы инерции уменьшают суммарную силу /V, действующую по оси цилиндра.
При работе двигателя сила давления газов, действующих в цилиндре (рис. 21.7), образует параллелограмм сил с центром в точке
Рис. 21.7. Схема сил и моментов, действующих в кривошипно-шатунном механизме
414
А. расположенной на оси поршневого пальца. При этом суммарная сила газов А раскладывается на две составляющие: силу Аш, действующую вдоль осп шатуна, и нормальную силу М, прижимающую поршень к стенке цилиндра:
ш = A^cosp; = Pj-tgp.
Перенося силу Ptu в центр шатунной шейки (точка В) и разложив ее на составляющие, получим тангенциальную силу Т, действующую перпендикулярно к радиусу кривошипа, и нормальную силу К, направленную но радиусу кривошипа. Эти силы соответственно равны:
Т = P^sin (а + p)/cos Р;
К = P^cos (а + P)/cos р.
Момент, создаваемый тангенциальной силой Т, называется крутящим моментом двигателя. Суммарный (индикаторный) крутящий момент, развиваемый одним цилиндром:
Л/кр = TR.
Силы Лг и 7V| на плече И создают реактивный крутящий момент, приближенно равный крутящему моменту двигателя, но направленный в противоположную сторону и передаваемый через опоры двигателя на раму (кузов) автомобиля.
Силы Р% и Р", приложенные к коленчатому валу и направленные вниз от оси коленчатого вала, оказывают давление через коренные подшипники на картер двигателя.
На шатунную шейку, кроме сил Р'п, Ти К. действует постоянная по значению, но изменяющаяся по направлению центробежная сила инерции вращающейся части шатуна Кпп, действующая по радиусу кривошипа и нагружающая шатунную шейку (шатунный подшипник):
“ U ХР^ц^СО",
где % — часть массы шатуна, отнесенная к массе кривошипа.
Эта сила постоянна по величине (при со = const) и всегда направлена по радиусу кривошипа в сторону от оси коренной шейки. Результирующая радиальная сила Kf (Ри), действующая на шатунную шейку, определяется как алгебраическая сумма К' =
Результирующая сила, действующая на шатунную шейку кривошипа:
= #2+(Кги.+ Л')2
а ее направление относительно кривошипа определяется углом р.
415
Для построения графиков кривых рассмотренных сил необходимо рассчитать их значение через каждые 20...30 от 0 до 720 поворота коленчатого вала. При этом за нуль принимаем такое положение кривошипа, при котором поршень находится в начале такта впуска. Примером могут служить графики динамического расчета, приведенные на рис. 23.2, 23.3 и др.
Контрольные вопросы
1.	Назовите конструктивные схемы кривошипно-шатунного механизма и их отличительные особенности.
2.	Перечислите основные геометрические размеры цен трального кривошипно-шатунного механизма.
3.	Данте краткую характеристику хода, пути, скорости и ускорения поршня.
4.	Назовите основные профили кулачков, применяемых в газораспределительных механизмах.
5.	Чго понимается под сплои давления газов в цилиндре и как она определяется?
6.	Что такое приведенные массы кривошипно-шатунного механизма и как они распределяются но группам?
7.	Как охарактеризовать суммарную силу от давления газов в цилиндре Р? Дайте определение сс составляющих.
8.	Назовите основные силы (Рш, Л£, 7 и др.), действующие в кривошипно-шатунном механизме, и укажите их основные составляющие.
Глава 22
ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ДЕЙСТВИТЕЛЬНОГО ЦИКЛА*
22.1.	Основные параметры рабочего тела
Количество свежей горючей смеси (кмоль/кг топлива), поступившей в цилиндр двигателя:
Л/| = aLo + \/тх — для бензиновых двигателей;
Л/j =	— для дизелей;
Л/] = I + аЛо — для двигателей с газобаллонными установками, где — молекулярная масса паров бензина, кг/кмоль; а — коэффициент избытка воздуха; — количество воздуха, кмоль, теоретически необходимого для сгорания I кг топлива.
Величина Lo для различных двигателей определяется следующим образом:
1 (С
0,21 [ 12
кмоль
------------для карбюраторных кг топлива
двигателей;
В учебнике значительное внимание уделено расчетам вновь создаваемых двигателей. В связи с этим приводятся основные данные, необходимые для выбора исходных параметров, которые используются при выполнении как теплового, гак и динамического расчетов.
Необходимо иметь в виду, что в тепловом расчете подробно даны примеры определения основных параметров аналитических зависимостей, рассматриваемых на режиме номинальной (максимальной) мощности двигателя, и с учетом уже приобретенного опыта по тепловому расчету проводится динамический расчет на примере выбранного двигателя.
Примерами расчета являются: рядный 6-цилиндровым бензиновый двигатель с номинальной мощностью Ne - 77,2 кВт при пе = 2 800 об/мин, с - 7 и его модификация для работы на сжатом газе, а также экспериментальный образец рядного дизеля с мощностью Ке = 66,2 кВт при пе = 2000 об/мин, е = 15. Указанные двигатели предназначены для установки на опытных образцах грузовых автомобилей малой и средней грузоподъемности, планируемых к применению в иромышле!то-коммерческой сфере эксплуатации.
При проведении теплового расчета определяются основные параметры действительного цикла, среднее индикаторное и эффективное давление, значения КПД и показателей расходов топлива. Исходя из этого тепловой расчет начинается с характеристики основных параметров рабочего тела двигателя н расчета его рабочего цикла на режиме работы при номинальной мощности.
417
где С, Н, О
'£ Н О/ \12+ 4 “32J
КМОЛЬ --------------для дизелей, кг топлива
— соответственно содержание углерода, водорода и
кислорода;
-
кмоль
м3газа
— для двигателей с газобал-
лон н ы м и уста н о в ка м и,
где C„HW — химическая формула газового топлива.
Сжиженный газ содержит 52% пропана С3НХ (// = 3, m = 8) и 48 % бутана С4Н|0 (/? = 4, m = 10).
Основным компонентом сжатого газа является метан СН4, для которого п = I, m = 4.
Численные значения основных составляющих параметров рабочего тела даны на примерах расчета рабочих циклов рассматриваемых двигателей, при этом исходя из условий нормальной работы двигателей параметры окружающей среды принимаются: давление д, = 0,1013 МПа, температура воздуха, поступающего из атмосферы, 7О = 288 К.	~	I
Наряду с этим в процессе наполнения цилиндров температура свежего заряда несколько увеличивается вследствие подогрева его от нагретых деталей. Повышение температуры улучшает процесс испарения топлива, но снижает плотность заряда, что отрицательно влияет на его наполнение цилиндров. Эти два фактора должны быть учтены при определении величины АТ. Численные значения подогрева АТ, К (°C), лежат в пределах: для бензиновых двигателей 0...20, для газовых 10...20, для дизелей 10...40.
22,2.	Расчет рабочего цикла бензинового двигателя
На основе анализа технической характеристики прототипа проектируемого двигателя, для проведения теплового расчета принимаем следующие исходные данные: номинальная мощность Ne = = 77,2 кВт; частота вращения коленчатого вала пе = 2 800 об/мин; степень сжатия е = 7; число цилиндров / = 6; коэффициент избытка воздуха а = 0,93; коэффициент наполнения т|и = 0,77.
Топливо: бензин А-80 состава С = 85,5 %, Н = 14,5 %; молекулярная масса паров бензина тг = 114 кг/кмоль; коэффициент выделения теплоты £ = 0,90; температура отработавших газов Тг = = 1 000 К.
Процесс впуска (газообмена). В процесс впуска происходит частичное удаление из цилиндров отработавших газов и наполнение его свежим зарядом.
418
Основными параметрами процесса являются: давление и коэффициент остаточных газов, плотность свежего заряда при впуске, давление и температура рабочей смеси, коэффициент наполнения цилиндров свежим зарядом.
Учитывая принятую частоту вращения коленчатого вала двигателя, отсутствие устройств для подогрева и стремление получить при этом лучшее наполнение цилиндров свежим зарядом, принимаем температуру подогрева свежей смеси в начале впуска ДГ= 5°.
Давление остаточных газов
pr = pQ(\ + 0,55-Ю Чтах) = 0,1013(1 + 0,55*10 к 2 800) = 0,117 МПа.
Коэффициент остаточных газов:
рг(7;+ДГ) _	0,117(288 + 5)
р„Тгг\1 (с-1) “ 0,1013 1000-0,77(7-1)
Плотность рабочей смеси при впуске
A.-J06
р0 = ^Г
0.1013106 287•288
= 1, 23 кг/м3,
где R = 287 Дж/(кг*К) — газовая постоянная для воздуха.
Давление рабочей смеси в конце впуска, МПа, является основным фактором, определяющим количество рабочего заряда, поступающего в цилиндр двигателя:
Р« = ро - Др,
где Др — потери давления на преодоление сопротивлений впускной системы:
Др = Ф^РоЮА
Здесь (овп — скорость заряда во впускном газопроводе, определяемая по эмпирической формуле
coWII = 27 + 0,017/д;
следовательно,
со11П = 27 + 0,017 * 2 800 = 74,6 м/с.
Уменьшение гидравлических потерь в газопроводах обеспечивается увеличением их проходных сечений с обработкой внутренних поверхностей, а также приданием обтекаемой формы клапанам.
Суммарный коэффициент сопротивления впускного тракта и затухания колебаний в нем
419
Кс = а + 3.3/// IO"4.
По экспериментальным данным а = 2,00...3,25, причем меньшее значение берется для двигателей с частотой вращения пе более 3 000 об/мин.
В соответствии со скоростным режимом работы двигателя и в предположении, что внутренняя поверхность впускной системы будет обрабатываться, принимаем а = 2,75, тогда
Ас = 2,75 + 3,3-2 800-10 4 = 3,67.
В карбюраторных двигателях и дизелях значения Кс и соШ1 лежат в следующих пределах:
Ас = 2.7...4,2; соШ1 = 50... 130 м/с.
Следовательно, потери давления на впуске
Др = ^Асро-Ю-6 = 2^1.3,67-1.23-10 ь = 0,0126 МПа, л*
откуда
ра = />о - А/; = 0,1013 - 0,0126 = 0,089 МПа.
Ориентировочно в четырехтактных двигателях численные значения давлений впуска лежат в пределах ра = (0,83... 0,9)/эо-
В двигателях с сравнительно высокими степенями сжатия (е > >8,5) давление впуска р(П МПа, с достаточной точностью можно определять по формуле
Температура рабочей смеси в конце впуска
т	То+ ЛТ е	ра =	288 + 5	7	0,089
“	(1 + т)П|	с - 1	/Л) ~	(I + 0,07)0,77	7 -	1 0,1013
Для различных типов двигателей при работе их с полной нагрузкой коэффициент наполнения изменяется в пределах: для бензиновых и газовых двигателей гь = 0,70...0,85: для дизелей без наддува т|| = 0,80...0,90. Он характеризует степень совершенства процесса впуска, зависит от ряда конструктивных, нагрузочных и регулировочных парамет ров двигателя. При расчете коэффициента наполнения можно пользоваться формулой:
420
е ра 7; I _ 7	0,089	288	1
Е-1 ' Та ‘ р0 1+у~7-1 361 ' 0,1013 ’ 1+0.07
В данном случае расчетный коэффициент наполнения соответствует принятому в исходных данных, что отвечает требованиям руководящих технических материалов но выбору этого параметра. Для сопоставления полученных данных рекомендуется пользоваться табл. 22.1, в которой приведены пределы справочных значений основных параметров и коэффициентов рабочего цикла рассмат-р 11 вас м ы х д в и гате л ей.
Процесс сжатия. В процессе сжатия происходит повышение давления и температуры рабочего тела, что должно обеспечивать надежность воспламенения и эффективность сгорания свежею заряда.
Давление в конце процесса сжатия
Рс =
где /7| — показатель политропы сжатия, /?| = 1,41 - 120///е, откуда щ = 1,41 - 120/2 800 = 1.37.
Таким образом,
ре= 0.089 -71’37 = 1,28 МПа.
Таблица 22.1
Основные параметры рабочего цикла двигателей
Параметр	Двигатели		
	бензиновые	дизели	1 а зовые
К о эфф 111 ш е 11 т осп га точ н ы х газов у	0,06...0,12	0,03... 0,06	0,04... 0.10
Температура остаточных газов 77, К	900... 1 100	600... 900	750... 1 000
Температура заряда в конце впуска Т(Г К	320... 370	310...350	320... 380
Коэффициент наполнения Hr	0,70... 0.85	0,80... 0.90	0.75...0,85
Коэффициент избытка воздуха и.	0.85... 0,95	1,35... 1,65	1.0... 1,3
Средний показатель политропы сжатия /ц	1,30... 1,38	1.32... 1.39	1.27... 1,35
Давление в конце сжатия д., МПа	0,9... 1.5	3.5... 5,5	0.9... 1,6
421
Окончание там. 22. /
Параметр	Двигатели						
	бензиновые			дизели		газовые	
Температура в конце сжатия Тс, К	550...	*	toO	760...'	)00	600...800	
Коэффициент молекулярного изменения ц	1,02...		1,12	1,01...1	1,05	0,92...	1,00
Коэффициент использования теплоты	0.85...	0,95		0,70-0,85		0,80-0,87	
Температура газов в конце сгорания 71, К	2 500...	2 900		1900...2 300		2 200... 2 800	
Давление газов в конце сгорания р., МПа	4...	6		6... 1	1	3...5	
Средний показатель политропы расширения п2	1,23...		1,30	1,18...	1,28	1,23...	1,30
Темпера гура газов в конце расширения Th> К	1 400...		750	1 000...	1 300	1 200...	500
Давление в конце расширения рь. МПа	0,35...	0,60		0,20-0,50		0,35-0,60	
Механический КПД	0,70...	0,85		0,70-0,82		0,70-0,80	
Среднее эффективное давление ре, МПа	0,6...		,0	0,6 ...0,9		0,5-0,75	
Эффективный КПД р,	0,23...	0,33		0,30-0.43		0,23-0,28	
Низшая теплота сгорания жидкого топлива /7„, кДж/кг	43 750... 43 900			42 300... 42 500		—	
Удел ьн ы й эффс кт! i bi i ы й расход жидко!о топлива г/(кВтч)	285...		160	210...:	270	— _	
II и зш а я те плота с i ора н и я сжатого газа //„, кДж/м3 |кДж/кмоль]	—			3 1761	4 000 кДж/м3 600 кДж/кмоль]		
Низшая теплота сi орания сжиженного газа Ни. кДж/м3 |кДж/кг|					•		96 500 кДж/м3 |51 642 кДж/кг]	
Удел ьн ы и эффе кти ы i ы i 1 расход теплоты газового топлива gc	—		•	—-		12... 17 мДжДкВтч)	
422
Гемпература в конце сжатия:
Тс = Та^-1 = 361 -70-37 = 741 К.
Процесс сгорания. Теоретически необходимое количество воздуха Lo в молях для ci орания 1 кг бензина
Н
0,21
855 0.145 А
12 + 4
= 0,512 кмоль/кг топлива.
Количество молей свежей смеси
М\ = а£о +— = 0,93-0,512 +----------= 0,485 кмоль/кг.
/?/г	114
Состав продуктов сгорания определяется по формулам:
Л/со = 0,42£о(1 - а) = 0,42-0,512(1 - 0,93) = 0,0151 кмоль/кг; Л/со = С/12 - 0,42Ао(1 - «) = 0,855/12 - 0,0151 = = 0,0562 кмоль/кг;
= 0,79аЛо = 0,79*0.93• 0,512 = 0,3762 кмоль/кг;
А/н о = Н/2 = 0,145/2 = 0.0725 кмоль/кг.
Количество молей продуктов сгорания определяется по формуле:
Л/2 = Л/со + Л/( о +	+ Л/н о = 0,0151 + 0,0562 + 0,3762 +
+ 0,0725 = 0,52 кмоль/кг топлива.
Химическим (теоретическим) коэффициентом молекулярного изменения называется отношение количества молей продуктов сгорания к количеству молей свежего заряда
Ро = Л/г/Л/3 = 0,52/0,485 = 1.072,
где М, Л/, — масса соответственно продуктов сгорания и свежего заряда.
Действительным коэффициентом молекулярного изменения р рабочей смеси называется отношение общего числа молен газов в цилиндре после сгорания к числу молей газов в цилиндре до сгорания и определяется по формуле:
= 1,07.
423
Средняя молярная теплоемкость свежею заряда для карбюраторных двигателей
д/с1ср = 20,16 + 1,74-10 37;..
Подставляя значения температуры сжатия для данного типа двигателя, получим
= 20,16 + 1,74-10 3- 741 = 21,45 ДжДмоль - К).
Средняя молярная теплоемкость продуктов сгорания для бензиновых двигателей
тс[г= (18,42 + 2,бое) + (1,55 + L38cx) 10~3 7L.
Подставляя числовые значения коэффициента избытка воздуха а = 0,93, получим: * •
nwVr = (18,42 + 2,6-0,93) + (1,55 + 1,38-0,93) 10 371 =
= 20,84 + 2,83-10 3 71.
Зная элементарный состав жидкого топлива, можно определить его низшую теплотворность:
Ни = 4,218 100С + 30 000Н - 600(9Н - И0 - 2600(0 - S)] =
= 4,2|8 100 • 0,855 + 30 000 • 0,145 - 600(9 • 0,145) - 2 600 • 0.015| =
= 43 905 кДж/кг,
где С, Н, И7, О и S — процентное (по массе) содержание соответственно углерода, водорода, влаги, кислорода и серы в топливе.
При расчетах И7обычно не учитывается из-за практически малого значения.
В процессе расширения на режиме происходит значительное до!орание рабочей смеси, что снижает величину коэффициента использования теплоты но применение на данном режиме обогащенной смеси (а. = 0,93) повышает скорость сгорания, тем самым снижая процесс догорания. Исходя из этого можно принять S, = 0,9.
Количество теплоты, потерянной вследствие химической неполноты сгорания на основе реакций окисления углерода:
\Ни= 119 600(1 - сх)£о = Н9 600(1 - 0,93)0,512 =4 286 кДж/кг.
С учетом этого уравнение сгорания принимает вид
Н//м-Д/-/„)
J \ и	и J	—г*	пл
.. ,,--+ +	= [imcirT
424
В это уравнение входят две неизвестные величины: температура конца сгорания 71, К, и теплоемкость продуктов сгорания тс при той же температуре.
При определении mcVr уравнение сгорания после подстановки в него числовых значений принимает вид квадратного уравнения следующего типа:
АТ2 + 571- С=0,
где А, В. С — численные значения известных величии, откуда
Т = ~в + ^В'+ААС
' ~ 2А
Таким образом, подставляя числовые значения, получим
0,90(43 905-4286) 0.485(1+1X07)
+ 21.45-741 = 1,07(20,84 + 2,83-10 3 Тг)Т.,
и после преобразования имеем квадратное уравнение
3,02-10 3 Т2 + 22,23 71 - 84 605 = 0.
Решая квадратное уравнение относительно 71, определим температуру в конце сгорания:
-22,23 ± Л 22.232 + 4 • 0.00302 • 84 605
2-0,00302
-22,23 + 38,95 0,00604
= 2 770 К.
Давление в конце сгорания р.. зависит от характера осуществляемою цикла. Для двигателей, работающих по циклу с подводом теплоты при V = const, давление в конце сгорания
Wk7Lsl.07-l.28.2770= а
' Гг	741
Степень повышения давления X = pjpc = 5,2/1,28 = 4,06.
Процесс расширения. Давление в конце процесса расширения
Pb =
Здесь — показатель политропы расширения. гь = 1,22 + 130/лс, где пе — частота вращения коленчатою вала, об/мин: ль = 1,22 + + 130/2 800 = 1,22 + 0,046 = 1.266.
Следовательно,
= 5,2/71266 = 0,443 МПа.
425
Температура в конце расширения
Ть = Г/е"-’-1 = 2 770/70-266 = I 650 К.
22.3.	Основные параметры, характеризующие работу бензинового двигателя
Для определения мощностных показателей двигателя необходимо знать среднее индикаторное давление р', под которым понимается условное постоянное давление на поршень в течение одного рабочего хода, совершающее работу, равную индикаторной работе газов за цикл.
Среднее индикаторное теоретическое давление р' — соответствует нескругленной диаграмме:
Среднее индикаторное действительное давление р, — соответствует скругленной диаграмме:
Pi= <р(а'- Да),
где ср - 0,96 — коэффициент полноты диаграммы, &р, = рг - ри = = 0,117 - 0,089 = 0,028 МПа, и тогда имеем
Pi = 0,96( 1,018 - 0,028) = 0.95 М Па.
Среднее значение работы трения (механических потерь) в общем случае
рт = 0,035 + 0,00005л,, рт = 0,035 + 0,00005 • 2800 = 0,175 МПа.
Среднее значение механических потерь можно также подсчитать по эмпирическим зависимостям, МПа:
а)	для карбюраторных двигателей с числом цилиндров до шести и отношением S/D > 1
^, = 0,05 + 0,015^,
где — средняя скорость поршня, м/с, предварительно принимаемая в соответствии с конструктивными особенностями двигателя;
426
б)	для карбюраторных 8-цилиндровых двигателей с соотношением S/ D < 1
ргп = 0,04 + 0,0135 ц,;
в)	для карбюраторных двигателей с числом цилиндров до шести и отношением S/D < 1
р„, = 0,03+ 0,013ц,;
г)	для четырехтактных дизелей с диаметром цилиндров 90... 120 мм
рт = 0,09 + 0,0125 ц,.
Среднее эффективное давление
Ре = Р,- /Ли = 0,95 - 0,175 = 0,775 МПа (7,75 кг/см2).
Механический КПД
Им = Ре/Pi = 0,775/0,95 = 0,816; принимаем 82 %.
Индикаторный КПД характеризует степень совершенства рабочего процесса в двигателе и представляет собой отношение теплоты, эквивалентной индикаторной рг боте цикла, к теплоте сгорания рабочей смеси:
8,314
лад
!	0,95 • 0,485 • 288
’	43905 0,1013-0.77
= 0.322 = 32,2%.
Удельный индикаторный расход топлива
3600 -10’_ 3 600-10’ 7/„ц,	43 905 0,322
= 254,6 г/(кВт- ч) (187 г/э-л.с- ч).
Удельный расход топлива на единицу эффективной мощности & = &/Лм = 254,6/0,82 = 310,5 г/(кВтч) (228,3 г/э-л.сч.).
Эффективный КПД
Пе= П/Пм = 0,322 • 0,82 = 0,264 = 26,4 %.
Термический КПД
I], = 1 - 1/ек~‘,
где к = 1,4 — условный показатель адиабаты сжатия, тогда г|, = I - I/7°-4 = 0,54 = 54 %.
427
22.4.	Расчет рабочего цикла дизеля
Для проведения расчета принимаем следующие исходные данные:
номинальная мощность Nf = 66,2 кВт при пе = 2 000 об/мин; степень сжатия е = 15; число цилиндров / = 4; коэффициент наполнения г)г= 0,80; коэффициент избытка воздуха а = 1.5; топливо дизельное состава С = 86,5%, Н = 12,5%, 0=1%; коэффициент выделения теплоты £ = 0,8; давление и температура воздуха — ро = 0,1013 МПа, То = 288 К; температура отработавших газов Тг = = 800 К.
Процесс впуска. Учитывая сравнительно невысокую частоту вращения коленчатою вала и выбранную для данного типа дизеля степень сжатия е = 15, можно принять температуру подогрева свежего заряда АТ = 10 К.
Давление остаточных газов
р, = ро(\ + 0,55-ЮЛ/..) = 0,1013(1 + 0,55-10 4-2 000) = 0,1124 МПа.
Коэффициент остаточных газов
р (Т+АТ) 0 1124-298
= 1_  \ о -)_ =---О’. L1 ------= о, 0369.
А,ДПг(е-1) 0,1013-800-0.8-14
Давление в конце впуска
" ’;» ’ г,” ,, Ж,	I о ч •..г” Дд *Жг I
с-1	(7J,+ДГ)	р,	14	п „ л ..... 298	0,1124
£	Д	£	15	288	15
= 0,085 МПа.
Температура в конце впуска
у. То + АТ £ ра _	298	15 0,085 _	„
е-I Ро ” (1+0,0369)0,8 ’14 0J013-
Расчетный коэффициент наполнения
(	£ ра Та I 15 0,085	288	1
'Ъ Е.-1 ’ То ’ д, ’ 1 + у 14 ’ 322 0,1013 ’ 1 + 0,0369 " ’ ’
В соответствии с требованиями руководящих технических материалов допускаемая погрешность между расчетным коэффициентом наполнения и принятым в исходных данных не должна превышать 4 %.
428
Процесс сжатия. Давление в копне сжатия
Рс = р^"',
где л, — показатель политропы сжатия, л, = 1,41 - 110//?,., откуда lit = 1,41 - 110/2 000 = 1,355.
Таким образом
д. = 0,085- 15|355 = 3,334 МПа.
Температура в конце сжатия
Тс = Таг"' 1 = 322 -150-155 = 842 К.
Процесс сгорания. Выделяются продукты сгорания следующего состава:
М о = (2/12 = 0,865/12 = 0,0721 кмоль/кг;
Л/н о = Н/2 = 0,125/2 = 0,0625 кмоль/кг;
Л/м, = 0,79uZ.o = 0,79 1,5-0,495 = 0,5875 кмоль/кг; *-
Л/О, = 0,21(а- 1)£о = 0,21(1,5- 1)0,495 = 0,0521 кмоль/кг.
Общее количество молей продуктов сгорания
Л/, = Л/со, + Л/||2о + Л/м2 + Л/и = 0,0721 + 0,0625 + 0,5875 +
+ 0,0521 = 0,7742 кмоль/кг топлива.
Химический коэффициент молекулярного изменения
Ро - । +
0,125 0,01
4 + 32
1,5-0,495
= 1.0425,
где
I /0,865
0,21
= 0,495 кмоль/кг топлива.
12
0,125 ООП
4	32
Действительный коэффициент молекулярного изменения
ц0+У= 1,0425 + 0,0369 1 + у 1+0,0369
= 1,04.
Действительное количество молей воздуха для сгорания 1 ki топлива при а= 1,5 составит
Л/, = а£о = 1.5 • 0,495 = 0,743 кмоль/кг топлива.
429
Средняя молярная теплоемкость свежего заряда для дизеля
тсу^ = 20.16 + 1,74-10"37"с.
Подставляя значения температуры сжатия, получим
тсу^ = 20,16 + 1,74 • 10“3- 842 = 21,625 Дж/(моль* К).
Средняя молярная теплоемкость продуктов сгорания
wq/cp =
Подставляя значение коэффициента избытка воздуха а = 1,5, получим:
= 20,161+ 2,47-10 371 Дж/(моль -К).
Теплотворная способность топлива определяется с учетом формы камеры сгорания и процесса смесеобразования. Для дизелей данного тина низшую теплотворную способность топлива предпочтительнее определять по формуле
Ни = 33,9IC + 125,611 - 10,89(0 - S) - 2,31 (9Н + РК),
где S и W — соответственно содержание серы и влаги в топливе, которые при расчетах не учитываются из-за их практически малого значения.
Подставляя численные значения, получим
Ни = 33,91 0,865 + 125,6*0,125 - 10,89*0,01 -2,31*9*0,125 =
= 42 324 кДж/кг.
Используя значения полученных параметров, определяем максимальную температуру газов в конце сгорания:
" л + (/«Q ср + 8,314Х) Тс = р (п,е,.г + 8,314) 1\,
где 8,314 — универсальная газовая постоянная, кДж/(кг- К).
Подставляя численные значения величин в уравнение сгорания, получим
430
0,8-42 324 0,743(1 + 0,0369)
+ (21,625 + 8,314-2,3)842
= 1,04(20,161 + 2.47-10 37;+8,314)71.
После преобразований получаем квадратное уравнение, решение которого производим аналогично, как и для бензинового двигателя (см. подразд. 22.2):
Решая уравнение относительно определим температуру в конце сгорания'.
-29,614 ± ^29,6142 + 4-0,00257-78258 _ -29,614 + 41
0,00514
2-0,00257
11,386 0,00514
= 2 215 К.
Давление pz в конце сгорания
pz = \рс = 2,3• 3,334 = 7,67 МПа,
где X — степень повышения давления, для дизелей с неразделенными камерами сгорания (прямоструйных) она лежи г в пределах 1,85...2,6, а предкамерных — 1,3... 1,9. Для данного типа дизеля (прямоструйного) принимаем X = 2,3.
Процесс расширения. Степень предварительною расширения р в дизеле (точки pz—pz индикаторной диаграммы на рис. 20.1) определяют из выражения:
ИГ;_|,04 2215_ '	2,3-842	 '
Степень последующего расширения (до точки Ь' индикаторной диаграммы):
£	15
3 = - = —— = 12,6.
р 1,19
Учитывая до! орание заряда на линии рабочего хода, принимаем для дизеля показатель политропы расширения п2 - 1,22.
Тогда давление в конце расширения’.
Рь = Pz/^"2 = 7,67/12,61,22 = 0,35 МПа.
Температура в конце расширения’.
Th = Тг/Й"2-' = 2 215/I2.60-22 = 1 268 К.
431
22.5.	Основные параметры, характеризующие работу дизеля
Среднее индикаторное давление нескругленной диаграммы
= 0,957 МПа.
Среднее индикаторное давление скругленной диаграммы
А = <р(л'-Д#), где <р = 0.93 — коэффициент полноты диаграммы; Др, = рг - ра = = 0J 124 - 0,085 = 0,0274 МПа, и тогда имеем
р. = 0,93(0,957 - 0,0274) = 0,86 МПа.
Среднее значение работы трения (механических потерь) для дизелей с предкамерным смесеобразованием
р„, = 0,07 + 0,0125ц, ср = 0,07 + 0,0125-8 = 0,17 МПа,
где ц|ер — средняя скорость поршня, предварительно принято Ц|.ср ~~ & м/с.
Среднее эффективное давление
Ре = Pi~ Рт = 0,86 -0.17 = 0,69 М Па.
Механический КП I
Пм = PdPi- 0,69/0,86 = 0,802, принимаем 80%.
Индикаторный КПД
Пг
Q 71 . 0,86-0,743-288 п . 1Л .. ( Of
afcJI442324.0,10l3 0.8a0'446,44-<‘%
Удельный индикаторный расход топлива
3600 Ю3 3 600 10" 1ПП П z/ о ч
---------=-------------= 90,7 г/(кВт • ч).
//„П,	42324-0.446	7	7
432
Удельный эффективный расход топлива
ge = &/Пм = 190,7/0,8 = 238 г/(кВтч). Эффективный КПД
П(, = п/Г|м = 0.446 • 0,8 = 0,357 = 35,7 % Термический КПД
где показатель адиабаты сжатия к = 1,4.
22.6.	Особенности расчетных параметров газовых процессов
Определение основных расчетных параметров рабочего никла газовых двигателей производится в основном ио формулам, применяемых для бензиновых двигателей, но с некоторыми изменениями.
Теоретически необходимое количество (моль) воздуха для сгорания I моля топлива
где C„HwOr — объемные доли газа, входящего в I м3 или 1 моль газовою топлива.
Например, для сжатого газа, основным компонентом которою является метан СН4: п = !,/// = 4, г - 0, С;/Н„,ОГ= I.
Для сжиженного газа, содержащего 52 % пропана С3Н8 и 48 % бутана С4Н|():
= 27,24
кмоль кг газа *
При тепловом расчете газовых двигателей количество свежею заряда можно определить из выражения
А/, = I +
433
При работе в режиме номинальной мощности коэффициент избытка воздуха принимают в пределах а = 1,0... 1,3.
В общем случае количество продуктов сгорания (кмоль) обычно определяют по формуле

+ (а-0,21)Ло.
При коэффициенте избытка воздуха а > 1 с достаточной для практики точностью принимают:
для сжатого газа ЛА = 9,52а;
для сжиженного газа М2 = 27,24а - 0,96.
Коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси
р — ла/ л/| •
Для газовых двигателей его численные значения лежат в пределах р = 0,91 ...0,99.
Теплоемкости свежего заряда д/С|ср и продуктов сгорания mcVr могут быть определены по формулам для бензиновых двигателей.
Значения Т- и р., а также параметры процесса расширения — давление рь и температура Ть определяются как и для бензиновых двигателей. При определении Tz и р. следует иметь в виду, что низшая объемная теплота сгорания газа Ни должна быть отнесена к 1 кмоль газообразного топлива. Для этою значение Н1Г отнесенное к I м3 топлива, следует умножить на 22,4 (так как объем 1 кмоль топлива составляет 22,4 м3).
При эксплуатации автомобилей линейные нормы расхода сжатого газа (метана) определяются в м3/100 км, при этом считается, что плотность его газовой фазы при нормальных условиях составляет 0,717 кг/м3, что даст возможность перерасчета расхода сжатого газа в г/(кВт-ч) или кг/100 км.
При проведении тепловых расчетов газовых двигателей эффективный удельный расход сжатого газа определяют в л/(кВт-ч):
= 9700
>о-103
Линейные нормы расхода сжиженною газа определяются как объемный расход топлива, отнесенный к пробегу автомобиля, и измеряются вл/100 км.
Для двигателей, работающих на сжиженном газе, удельный расход топлива определяют в г/(кВт ч) по аналогичным формулам, как и для жидкого топлива.
434
22.7.	Расчет рабочего цикла газового двигателя
Для проведения теплового расчета двигателя, переоборудованного для работы на сжатом газе, принимаются в основном те же исходные данные, что и для бензинового двигателя. Для поддержания оптимальных значений динамических показателей газового двигателя, с учетом высокооктанового числа природного газа, cienein» сжатия увеличивают до значения е = 9,3. Кроме тою, производят корректировку параметров: коэффициента избытка воздуха — а = 1,15, коэффициента наполнения — г|и=0,8 и показателя политропы сжатия — П\ = 1,33.
Топливом служит сжатый газ — метан состава С = 80%, И = = 20%, молекулярной массой mt = 16 и коэффициентом выделения теплоты = 0,85.
Процесс впуска. При работе па сжатом газе значительно повышается степень сжатия при сравнительно высоком значении коэффициента избытка воздуха а = 1,15, в связи с чем принимаем минимальное значение подогрева свежего заряда от нагретых деталей А7 = 10 . При этом параметры процесса впуска рассчитываются таким же образом, что и при использовании бензина:
давление остаточных газов
Рг = /А> (1 + 0,55 l0‘4//t,nm ) = 0,1013(1+0,5510”4 • 2800) = 0,117 МПа;
коэффициент остаточных газов
рг(Т„+ЬТ} _	0.117(288+10)
аЛПи (г - f) 0,1013 ” 1 000 ’oj(9,3^1)
давление в конце впуска’.
е-1 Т'	Р\	9,3-1 п	о п 298	0,117	А ЛО-7 жЛГ|
, =---i]i /Л)-=г + — = -2--0,8-0,1013-+ —-----= 0,087 МПа;
е	16 То	е 9,3	288	9,3
температура в конце впуска
Г _ 7>ДГ	е	ра	_	298	9,3	0,087	_3/[1 к
а (1 + у)Пг	е-1	ро (1+0,051)0,8	9,3-1 0,1013
Процесс сжатия. Давление в конце процесса сжатия определяют из выражения
Рс = Р£\
где показатель политропы сжатия гц = 1,33.
Тогда
рс = 0.087*9,3’33 = 1.69 МПа.
435
Температура в конце сжатия
7] = Таг"'-1 = 341 * 9,3й33 = 712 К.
Процесс сгорания. Исходя из особенностей расчета параметров газового цикла (см. подразд. 22.6) теоретически необходимое количество воздуха в молях для сгорания 1 м сжатого газа определяю! из выражения
т
0,21
кмоль
м газа
Количество молей свежею заряда
ЛЛ = а£о + 1 = 1,15 • 9,522 + 1 = 11.95
кмоль
м3 газа
Количество продуктов сгорания
М. =aLo = 1,15-9,522 = 10,95  f . \г газа
Коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси
р = Л/э/Л/, = 10.95/11,95 = 0,916.
Средняя молярная теплоемкость свежего заряда при работе на сжатом газе
д/си.р = 20,16 + 1,74-1О-3 Т .
Подставляя значения температуры сжатия для двигателя, работающего на сжатом газе, получим
/?7С|ср = 20,16 + 1,74*10 3*712 = 21,4 Дж/(моль* К).
Средняя молярная теплоемкость продуктов сгорания для газовых двигателей
/лсГг= (18,42 + 2,6а) + (1.55 + 1.38а)10'3Г.
Подставляя значения коэффициента избытка воздуха а= 1,15, получим:
mcir= (18,42 +2,6* 1,15) + (1.55 + 1.38* 1,15)10 37L =
= 21,41 + 3,137* 10’371.
Теплотворная способность топлива определяется в соответствии с нормативами руководящих технических материалов. На основании этого принимаем низшую теплотворную способность сжато
436
го газа Ни = 34000 кДж/м1; отнеся ее к I кмоль газообразною топлива, получим
Н„ = 34 000 • 22,4 = 761 600 кДж/кмоль.
С учетом этого составляем уравнение сгорания, при этом исходя из высокой степени сжатия, а также неизбежного догорания заряда на линии расширения, принимаем коэффициент использования теплоты 4 = 0,85:
Подставляя численные значения, получим (см. обоснование к решению в подразд. 22.2):
0.85-761 600
11,95(1 + 0.051)
+ 21,4 • 712 = 0,916(21.41
+ 3,137 • 10-37’.)7’г
и после преобразования имеем квадратное уравнение:
2,87- 10 3гП + 19,61 Т,+ 66780 = 0.
Решая уравнение относительно Т., определим температуру в конце сгорания'.
-19,61 ± 719,612 + 4-0,00287-66780 _ -19,61 + 33,93 2-0,00287	“	0,00574
Давление в конце сгорания
0,916-1,69-2495
712
= 5,42 МПа.
Степень повышения давления
=	5,42/1,69 = 3,21.
Процесс расширения. Давление в конце расширения
Рь = Pzfe"2-
Здесь /7, — показатель политропы расширения, /?2 = 1,22 + 130//;(,, где пе — частота вращения коленчатого вала, об/мин;
/7, = 1,22 + 130/2 800 = 1,22 + 0,046 = 1,266.
Следовательно,
ph = 5,42/9,31-266 = 0,32 МПа.
437
Температура в конце расширения
Ть = Ту^-i = 2495/9,3°’2со = 1 378 К.
22.8.	Основные параметры, характеризующие работу газового двигателя
Среднее индикаторное теоретическое давление р' — соответствует нсскруглснной диаграмме
= 0,789 МПа.
Среднее индикаторное действительное давление р( — соответствует скругленной диаграмме
А = Ф(Л'~АР/),
где <р = 0,96 — коэффициент полноты диаграммы; Др, = р, - ра -= 0,117 - 0,087 = 0,03 МПа.
Тогда имеем
р, = 0,96(0,789 - 0,03) = 0,729 МПа.
Среднее значение индикаторной работы трения
рт - 0,030 + 0,00005л,,;
рт = 0,030 + 0,00005-2 800 = 0,17 МПа. Среднее эффективное давление
Ре = Р-Рт = 0,729 - 0,170 = 0,559 МПа.
Индикаторный КПД
П,
о, 371
//«ДА
= 0,371
11,95 - 0,729 - 288
34 000 - 0,1013  0,8
= 0,338 = 33,8 %.
Механический КПД
11м =- = ^111 = 0,77 = 77%. р, 0,729
Эффективный КПД
= П,Пм = 0.33  0,77 = 0,254 = 25.4 %.
438
Термический КПД
где к = 1,33 — показатель адиабаты сжатия для газовых двигателей;
Ч- = 1-д^ет = 0.52’52%.
В связи с переводом автомобилей на газовое топливо в условиях автотранспортных организаций и объединений возникают организационно-технические сложности по их переоборудованию. Поэтом} остановимся подробно на параметрах, определяющих топливную экономичность двигателей, работающих на компримированном (сжатом) природном газе, как основной критерий, обеспечивающий экономическую целесообразность переоборудования автомобилей для работы на газовом топливе.
Эффективный удельный расход газа
Ус = 9 700
Hi /4> М о Ре
0,80,1013 11,95-298 0,546
= 0,404 м3/(кВт - ч).
Удельный расход теплоты на единицу эффективной мощности
970()	/А> = 9700 34-0,8-0,1013 = |3 74
М'КРс И-95 -298 -0,546
где Ни — низшая теплота сгорания, МДж/м;.
Полученные значения удельного расхода теплоты соответствуют нормативным данным (см.табл. 22.1).
Исходя из объемных соотношений сжатою газа его удельный расход в литрах на единицу эффективной мощности составит
К  = 9700 П| ’1 °3 = 9700 °’8 0’1013 103 = о 404 л/(кВт • ч MJ„pe 11,95-298-0,546
С учетом плотности газовой фазы сжатого газа уф = 0,717 кг/м3 получим удельный расход газа в граммах на единицу мощности:
& = 404 -0,717 = 289,6 г/(кВт • ч).
При номинальных режимах работы двигателей сопоставление средних удельных расходов сжатого газа (&, = 270...300 г/(кВт• ч)) и бензина (&, = 310...345 г/(кВт-ч)) с учетом стоимости топлива показывает существенное преимущество газовых двигателей поэтому параметру.
439
При эксплуатации автомобилей линейный расход сжатого газа
(7/ =//(0i -Qi}——. м’/100 км, О
где п — число баллонов, Q} и Q~ соответственно количество газа (м ) в одном баллоне до и после пробега 5. Численные значения 0! и Q2 определяются в зависимости от давления газа в баллоне при различных температурах окружающей среды по нормативным таблицам.
Например, перед выездом на линию автомобиля ГАЗ-33076, у которого п = 4, манометр показывал давление 15 МПа при температуре + 10 С, а по возвращении после пробега 80 км — 9 МПа при той же температуре. При этом в соответствии с табличными данными 0| = 10,27, 02 = 5,63. На основе этою определяют расход сжатого газа:
(7, =4(10,27-5,63)^ = 23,2 м3/100 км.
80
Таким образом, проведенные расчеты с анализом основных параметров расхода газового топлива показывают экономическую целесообразность внедрения на автомобилях газобаллонных установок.
Контрольные вопросы
I.	Назовите основные параметры рабочего тела. Какое количество воздуха требуется для ci орания I кг топлива для бензиновых, газовых двигателей и дизелей?
2.	Назовите формулы для определения количества молей продуктов сгорания Л/> для бензиновых двигателей, дизелей и газовых двигателей, работающих на газе сжиженном нефтяном и компримированном (сжатом) природном газе.
3.	Дайте характеристику основных расчетных параметров рабочей смеси в конце впуска (p{li Та) и приведите их численные значения для карбюраторных двигателей и дизелей.
4.	Дайте характеристику основных расчетных параметров процесса сжатия (д,Тс) и назовите их численные значения для различных типов двигателей.
5.	Что такое теплоемкоегь свежей смеси и продуктов сгорания mcyrv\ в каких единицах она измеряется?
6.	Дайте анализ химической неполноты ci орания Д//„. Как она определяется?
7.	Перечислите основные параметры, характеризующие работу карбюраторного двигателя и дизеля, приведите численные значения д., цм,
iV	1
8.	Назовите основные составляющие в формуле процесса сгорания и дате анализ его квадратного уравнения типа AT2 + ВГ- - С = 0.
Гл а в a 23
ДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ
23.1. Определение основных размеров двигателя
Динамический расчел двигателя производится для анализа сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме (см. рис. 2I.7) с использованием данных, полученных на примере теплового расчета бензинового двигателя.
Исходя из заданною значения номинальной мощности Ne, частоты вращения коленчатого вала пе, числа цилиндров /, такт пости т, а также среднего эффективною давления ре находим литраж Vh двигателя'.
ЗОтМ, _ 120 -77,2 репе ” 0.775-2800
Диаметр цилиндра для двигателя е i = 6 и \|/ = S/D = 1,0
400014 = J±0£°jL3
п\\н 3,14-1-6
= 9.7 см (97 мм).
В практике величину D рекомендуется округлять в соответствии с действующими руководящими техническими материалами и стандартами или принимать равной значению этого параметра у прототипа.
Стандартом определен предпочтительный ряд диаметров цилиндров: 60; 63; 71; 76; 80; 85; 90; 95: 100; 105: 110; 112; 115; 130; 145 мм. Исходя из этого ряда чисел принимаем D= 95 мм.
В общем случае диаметр цилиндра
0 = 100
4И/Н 7iSl(/O’
где И/,1 — рабочий объем одного цилиндра; — ход поршня. Для данного типа двигателя
И/ 4 3
l7/» =-г --7-= 0,72 л. /	6
441
Ход поршня равен диаметру цилиндров, а так как у = S/D = 1,0, то 5„ = D = 95 мм.
В случаях, когда у ф 1,0, ход поршня
= — Z). D
Для автомобильных двигателей значения S/D лежат в пределах: для карбюраторных — 0,7... 1,1; 4-тактных дизелей — 0,90... 1,15, причем высокооборотные двигатели, а также двигатели, работающие с большой нагрузкой, должны иметь отношения 5/D ближе к нижнему пределу.
Радиус кривошипа
S 95
/<р = ^ = — = 47,5 мм.
Отношение радиуса кривошипа к длине шатуна определяется величиной Хд:
Значение в современных двигателях находится в пределах
. Выбрав величину X, = 0,244. получим
I4’2
I 1
— =	• • =4,1. Затем определяем длину шатуна L (по мсжосево-
/ V \J 1 I
му расстоянию):
47,5 0,244
194,7
мм.
Длина шатуна является конструктивным параметром кривошипно-шатунного механизма и оказывает влияние на динамику, размеры и массу двигателя.
Средняя скорость поршня
= Snne _ 0,095-2800 _
ср 30	30
м/с.
Среднюю скорость поршня можно определить также из выражения
сп =-----i------ — Кпсо-
,1хр	30л	я кр
Значение ц1ср в автомобильных двигателях лимитируется на-
дежностью работы поршневой группы и находится в пределах 1...
442
14 м/с. Максимальная скорость поршня превышает среднюю примерно на 55...60%.
Литровая мощность
^=—^ = -—=17,93 кВт/л-
4,3
Значения литровой мощности находятся в пределах: карбюраторные двигатели — 16...32 кВт/л: дизели автомобильные — II... 19 кВт/л.
После проведения расчетов по определению размеров двигателя обычно приступают к выполнению графической части — конструктивной разработке двигателя, которая предусматривает увязку размеров и взаимного расположения (компоновку) его базовых деталей. Основные данные для проектирования: диаметр цилиндра D, ход поршня 5,,, длина шатуна £, радиус кривошипа R получаем расчетом, а поперечный или продольный разрезы двигателя, включая конструктивные решения узлов и механизмов, берутся из руководящих технических материалов, справочно-технических материалов и копий чертежей двигателей-прототипов.
23.2.	Построение индикаторной диаграммы
По полученным данным теплового расчета строится свернутая диаграмма газовых сил, действующих в цилиндре двигателя. Построение индикаторной диаграммы, как правило, производится графическим методом. По оси абсцисс откладывается отрезок EN, соответствующий рабочему объему и равный значению хода поршня в масштабе, который в зависимости от значения хода поршня может быть принят равным 1: 1, 1,25:1 или 1,5:1 (рис. 23.1). Величина. соответствующая объему камеры сгорания, определяется из соотношения:
ОЕ =
EN
£- 1
Затем на координатных осях, соответствующих «мертвым» точкам Г и 7V, наносятся значения давлений ра, рп р, pz, ph и проводится линия атмосферного давления ро. При построении индикаторной диаграммы ее размеры выбираются таким образом, чтобы высота диаграммы была больше длины в 1,4—1,7 раза, а масштабы давлении обычно принимают равными тр = 0,02; 0,025; 0,04 МПа в 1 мм.
Луч ОА/, проводимый для получения промежуточных точек на политропах сжатия и расширения, строится под произвольным углом а к оси абсцисс. В данном случае угол о. = 15°, тогда углы |3| и
443
л МПа
Рис. 23.1. Свернутая индикаторная диаграмма, построенная графическим методом
|}2, под которыми проводятся лучи ON{ и ОК, определялся из
соотношения:
lgPi = (1 + tgoc)"1 - 1 = (1 + 0,267)U7 - I = 0,3829 = 21°10' для сжатия;
444
lgp2 = (1 + tga)"2 - I = (I + 0,267)1-26 - 1 = 0,3474 = 19°20' для расширения.
Луч ОМ можно проводить также под углом 20°. В этом случае значения углов [3, и р2 для различных показателей политропы сжатия /7| и расширения л2 приведены в табл. 23.1.
Построения поли кроны сжатия выполняются следующим образом. Из точки ре — конца сжатия проводится линия, параллельная оси абсцисс, до пересечения с осью ординат. Из точки пересечения иод углом 45 проводится линия до пересечения с лучом ONb а из этой точки — горизонтальная линия, параллельная оси абсцисс. Затем из точки с проводится линия, параллельная оси ординат, до пересечения с лучом ОМ. Из точки пересечения проводится иод углом 45’ к вертикали линия до пересечения с осью абсцисс, а из полученной точки восстанавливается перпендикуляр ю пересечения с ранее проведенной горизонтальной линией. Точка пересечения этих двух линии даст новую точку 2 полтропы сжатия. Анало1ично находятся другие точки 5, 4 и т.д. политропы сжатия. Необходимо отмстить, что положение точки с' определится углом опережения зажигания, а положение точки с" ориентировочно может быть найдено из выражения
р" = (1,15... 1,25)рс.
Так как сгорание практически происходит пе при постоянном объеме, то линия сгорания отклоняется от изохоры, и действительное давление копна сгорания у карбюраторных двигателей лежит в пределах (0.83...0,86)/;. (см. рис. 21.2).
Для расчета принимаем /;,'= 0,85/;.:
//= 0,85-5,2 = 4,42 МПа.
Во избежание жесткой работы двигателя повышение давления Д/; нс должно быть более 0,25 МПа на 1 коленчатого вала:
^P = Pz- Р. = 4,42- 1,28 = 3,14 МПа,
чю соответствует углу поворота вала
Значения углов pt и р2 при а = 20
Таблица 23.1
	1,32	1.33	1.34	1,35	1,36	1,37	1,38	1.39
01	26°42'	26’54'	27° 10'	27’20'	27 30'	27’50'	27’57'	28° 10'
Лэ	9 5	1,26	1.27	1,28	1,29	1.30	1,31	1,32
02	25’20'	25 30'	25’40'	25’50'	26 05'	26°35'	26 40'	26’55'
445
Перемещение поршня
н.п
cos 2а) ,
— отношение радиуса кривошипа к длине шалуна: X t
кр
ин
н.п
СМ.
Следовательно, при графическом построении индикаторной диаграммы положение точки p'z определяется исходя из значения величины скругления диаграммы (р, перемещения поршня 511П и угла опережения зажигания. Соединив точки рс и получим линию сгорания на графике индикаторной диаграммы (см. рис. 23.1).
Построение политропы расширения производится так же, как и политропы сжатия, но из точки pz с использованием луча ОК под углом р2. По мерс подхода поршня к НМ Г производится скругление политропы с учетом фаз газораспределения и момента открытия выпускного клапана. При этом точка 6 обычно располагается примерно па половине расстояния между точками а и Ь'. Затем проводится линия основного выпуска отработавших газов Ь'г и впуска свежего заряда га.
Индикаторная диаграмма дизеля строится подобно тому, как это показано на примере карбюраторного двигателя. Различие заключается только в том, что учитывается степень предварительного расширения р, а политропа расширения строится из точки
а не из точки р. Положение точки pz определится степенью предварительного расширения р:
Графически отрезок р —p'z = ОЕ(р - 1).
23.3.	Построение развернутой диаграммы газовых сил
Свернутая индикаторная диаграмма, построенная па основе данных теплового расчета, показывает изменение давления газов на поршень по мере его перемещения р = f(S).
* Значение выражения (| -ников или технической литературы по теории и расчету двигателей.
cos2а) рекомендуется брать изучеб-
446
Графическим построением этой диаграммы ио методу проф. Брикса получаем развернутую индикаторную диа1 рамму силы давления газов по углу поворота коленчатого вала: р = /(а).
Сущность построения заключается в следующем. Длину индикаторной диаграммы (отрезок EN) (см. рис. 23.1) делим пополам, получаем точку О. Из точки О радиусом /?= Vh/2 проводим полуокружность и делим ее на шесть равных частей (по 30 ), точки деления на полуокружности соединяем с центром О, а на оси абсцисс вправо оз точки О откладываем поправку Брикса — отрезок Д = RX/2 и таким образом определится точка О\ при этом величина А, = R/L, где L — длина шатуна.
Из точки О' проводим прямые, параллельные ранее проведенным лучам, до пересечения с полуокружностью и из точек пересечения проводим прямые, параллельные оси ординат.
Расстояние от оси абсцисс до точек встречи этих прямых с кривыми индикаторной диаграммы в масштабе равны абсолютным давлениям газов в цилиндре двигателя в определенном такте и при соответствующем угле поворота коленчатого вана.
Для получения избыточного давления Ад (/;г1) при графическом построении развернутой диаграммы замер отрезков на индикаторной диаграмме следует производить нс от оси абсцисс, а от линии атмосферного давления /;о.
Замеряя эти отрезки для каждого углового интервала (обычно 20...30 угла поворота кривошипа) с учетом такта и соответственно знака (±), заносят их значения в табл. 23.2 (графа 2), затем переносят в систему координат р — а* (рис. 23.2). Соединив полученные точки в угловых интервалах, строим кривую изменения давления газов, отнесенного к единице плошали поршня, в зависимости от угла поворота коленчатого вала (см. кривую рг — диаграммы сил, действующих на поршень).
В табл. 23.2 в качестве примера приведены сводные данные, полученные при динамическом расчете за рабочий цикл (о i Одо 720 ).
Сила, действующая на поршень от давления газов, Рг, Н, пропорциональна давлению газов в цилиндре при заданном угле поворота коленчатого вала (см. рис. 23.2) и определяется по формуле
Ру (/<-,) = рЛ1.
где р — удельное давление на поршень, МПа; F„ — площадь поршня, м .
При выполнении динамического расчета двигателя рекомендуется, начиная с полразд. 23.3, составить сводную табл. 23.2 и в нее заносить в принятых угловых интервалах значения тригонометрических функций и параметры, полученные расчетом, которые в дальнейшем будут необходимы для построения трафиков динамического расчета.
447
Сводные данные, полученные
а°		Л/Хд - ро). МПа	cos и. + + Xcos2а	/?//?. псо2 /,/=~ £ = = -0,663 х x(cosa + Xcos 2a), МПа	Pi = = Д/7 + +/V МПа	1 cos|3	Рт ~ 1 “А	о' cosp МПа	tg[5
1		2	3	4	5	6	7	8
0		+0,0157	+ 1,240	-0.822	-0,806	+ 1,00	-0,806	0
30		-0,0157	+0,9X6	-0,654	-0,670	+1,0075	-0,675	+0,123
60		-0,0157	+0,380	-0.252	-0.281	+ 1,023	-0,288	+0,220
90		-0,0157	-0,240	+0,159	+0.143	+1,035	+0,148	+0,251
	120	-0.0157	-0.620	+0.411	+0.395	+1,023	+0,404	+0,217
150		-0.0157	-0,746	+0,495	+0.479	+ 1,0075	+0,483	+0,123
	180	-0.0157	-0,760	+0.504	+0.488	+ 1.00	+0.488	0
210		-0,010	-0,746	+0,494	+0.485	+1.0075	+0.489	-0,123
240		+0,010	-0,620	+0,41 1	+0,421	+ 1,023	+0.431	-0,220
270		+0,040	-0,240	+0,159	+0,199	+ 1,031	+0,205	-0,251
300		+0.092	+0,380	-0,252	-0.173	+ 1,023	-0,177	-0.217
330		+0,420	+0.986	-0,654	-0,134	+ 1.0075	-0,135	-0,123
360		+ 1,460	+ 1,240	-0,822	+0,508	+1,00	+0,508	0
370		+4,420	+ 1,210	-0.802	+3.627	+ 1,001	+3,631	+0,043
390		+2.947	+0.986	-0,654	+2,293	+ 1.0075	+2.310	+0,123
420		+1,372	+0,380	-0,252	+ 1,107	+1,023	+ 1,133	+0,220
450		+0,687	-0,240	+0,159	+0,856	+1.031	+0,882	+0,251
480		+0.435	-0.620	+0,411	+0,831	+1.023	+0.850	+0,217
510		+0,361	-0.746	+0.494	+0,796	+1,0075	+0,802	+0,123
540		+0.200	-0,760	+0.504	+0,704	+1,00	+0,704	0
570		+0,030	-0,746	+0.494	+0,465	+1.0075	+0,469	-0.123
600		+0,022	-0.620	+0,411	+0,433	+1.023	+0,443	-0,220
630		+0.020	-0.240	+0,159	+0,179	+ 1,031	+0,185	-0,251
660		+0,0177	+0,380	-0,252	-0,249	+ 1,023	-0,255	-0.217
690		+0,0177	+0.986	-0.654	-0,638	+1.0075	-0,643	-0.123
720		+0,0177	+1,240	-0,822	-0,806	+ 1,00	-0,806	0
448
Таблица 23.2
при динамическом расчете
аХЯ) = = A-tgp, М11а	cos(ix + р) COSp	COS(u + P) COSp МПа	sin (сх + р) cosP	р, = sin (а +13) COSp 11	Нф = = Л/„Л. Нм
9	10	И	12	13	14
0	+ 1,00	-0.806	0	0	0
-0,0824	+0,804	-0,539	+0.606	-40,6	-136,6
-0,0618	+0,313	-0.088	+0,973	-27.3	-92,0
+0,0359	-0,251	-0,036	+ 1.00	+ 14,3	+48,1
+0,0857	-0,687	0,271	+0,760	+30,0	+100,0
+0,0589	-0,927	0,444	+0,396	+ 18,96	+63,8
0	-1,00	-0.488	0	0	0
-0,0597	-0.927	-0,450	-0,396	-19,2	-64,6
-0,0926	-0,687	-0,289	-0,760	-31,9	-107,6
-0,0500	-0,251	-0,050	-1,00	-19,9	-67,0
+0,0375	+0,313	-0.054	-0,973	+ 16,83	+56,6
+ 0.0165	+0.804	-0.108	-0,606	+8,12	+27,3
0	+ 1,00	+0.508	0	0	0
+0.156	+0,987	+3,58	+0,217	+78,7	+264,8
+0,282	+0,804	+1,844	+0,606	+ 139,0	+467,6
+0.244	+0,313	+0,347	+0,973	+ 107,7	+362,4
+0,215	-0,251	-0.215	+ 1,00	+85,6	+288,0
+0,181	-0,687	-0,572	+0,760	+63,16	+212,5
+0,098	-0,927	-0,738	+0,396	+31,52	+ 106,0
0	-1,00	0,704	0	0	0
-0,057	-0,927	-0.431	-0,396	-18,41	-62,0
-0,0953	-0,687	-0,298	-0,760	-32,91	-110.7
-0,0449	-0.251	-0.045	-1,00	-17,9	-60.2
+0,054	+0,313	-0,078	-0.973	+24,23	+81,5
+0,0785	+0,804	-0,513	-0,606	+38,7	+ 130,1
0	+1.00	-0,806	0	0	0
449
р, МПа
4.5-
Рис. 23.2. Развернутая диаграмма сил, действующих на поршень
При проведении прочностных расчетов детален следует учитывать, что максимальная сила давления газов на поршень возникает при угле поворота коленчатого вала а = 10... 20 после ВМТ, для проектируемого двигателя а = 12,56 , а сила давления равна Р, = = 106(/?' ~ Ро)^гр Н, где /;' — действительное давление в конце сгорания, МПа (см. рис. 23.1); ро — давление в картере двигателя (под поршнем), принимается равным давлению окружающей среды, МПА; Fu — площадь поршня, м2.
Следовательно,
Рг= 106(4.42 — 0,1013) • 70,85 • 10 4 = 30 598 Н.
23.4.	Определение масс и сил инерции поступательно движущихся частей кривошипно-шатунного механизма
Так как размеры деталей кривошипно-шатунного механизма проектируемых двигателей различны, то конструктивные массы поршня и шалуна можно ориентировочно определить по табл. 23.3.
С учетом рядного расположения цилиндров, их диаметра, отношения S/D и давления р, определяем по таблице конструктивные массы поршня и шатуна.
Поршень из алюминиевого сплава (///,' = 120 кг/м )
тп = m'lFn = 120-0,007085 = 0,850 кг.
Таблица 23.3
Удельные значения конструктивных масс, кг/м2
11аименовапие конструкт иных масс*	Карбюраторные (в том числе газовые) шигатсли при диаметре поршня, м		Дизели при диаметре поршня, м	
	0.06... 0,08	0,08 ...0,10	0,08 ...0,10	0,10... 0,12
Поршневая группа (алюминиевый сплав) т'п = =	кг/м	80... 120	100... 150	150...220	200... 300
Чугунный поршень	150... 200	180... 250	250... 320	300... 400
Стальной шатун КГ/м2	100... 150	130... 200	250... 320	300... 400
Меньшие значения масс относятся к двигателям с относительно малым давлением р и большой частотой вращения коленчатого вала. Конструктивная масса зависит от отношения S/D, при S/D < 1 ее нужно принимать ближе к нижнему пределу.
451
Масса шатуна (//?', = 155 кг/м2)
мш = "4Л1 = 155-0,007085 =1,1 кг.
Масса верхней головки шатуна, отнесенная к поршню:
Wui.ii = 0,275/яП1; мшп = 0,275- 1,1 = 0,302 кг.
Масса возвратно движущихся частей
mj - ти + /л111п = 0,850 + 0,302 = 1,152 кг.
Исходя из этого рассчитывают силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс, действующие на единицу площади поршня (см или м2):
nij ЯКр<»
где т = тп + /?Кр — радиус кривошипа, м; w — угловая скорость кривошипа, рад/с.
Выражение /?Kpo)2(cosa + X + cos2а) определяет ускорение поршня. При этом суммарная сила инерции имеет максимальное значение при положении поршня около ВМТ.
Таким образом, pj равно произведению массы возвратно-поступательных частей кривошипно-шатунного механизма на ускорение поршня, отнесенному к его площади. При этом угловая скорость коленчатого вала
ппе 3,14-2 800	,
“= ®=-3<г 	|11|;|/с'
Из приведенных расчетов определено что
т = т„ +	= 1,152 кг при R р = 0.0475 м и F„ = 70,85 см2.
Следовательно, сила инерции, действующая па единицу площади поршня:
_ —(cos а + х. cos 2а) =
*11
1,152 -0,0475 • 2932 (cos а + X cos 2а) _
70,85
=-66,3 (cosсх + X cos2а). Н/см2
или
-0,663(cosa + Xcos2а), МПа.
452
Следовательно, для определения рр МПа, при различных углах поворота коленчатого вала нужно величину -0,663 перемножить на соответствующее значение величины тригонометрических функций (cosa + Xcos2o.) при заданном значении X, которое указано в графе 3 табл. 23.2, или в таблицах учебных пособий.
По полученным данным (см. графу 4 табл. 23.2) с учетом знака (+; -) строится кривая силы инерции Pj (см. рис. 23.2) па развернутой диаграмме сил, действующих на поршень.
Определение результирующей силы производится следующим образом. Алгебраическая сумма сил давлений газов и сил инерции Р дает результирующую силу А, приложенную к поршневому пальцу и направленную по оси цилиндра. Закономерность изменения этой силы в зависимости от угла а поворота коленчатого вала А = /(а) за рабочий цикл (от 0 до 720 ) определится графическим построением.
Для этого ниже развернутой диаграммы, представляющей зависимость А(Л|) = /(а), строится кривая изменения силы инерции А=/(а) за время рабочего цикла (см. рис. 23.2). Путем проведения алгебраического суммирования А и Р в системе координат Р— о определяются точки ординат результирующей силы А, ио которым строится кривая изменения этой силы (см. развернутую диаграмму сил, действующих на поршень).
23-5. Определение сил, действующих на цилиндр, шатун и кривошип (шатунную шейку) коленчатого вала
Существенное влияние па динамику двигателя оказывают удельные силы, действующие в кривошипном механизме, основными из которых являются:
in
— сила по шатуну;
М(А>) — боковая сила, действующая на цилиндр:
Ay = Algp. где А = А + С;
cos[3
— сила но кривошипу.
Все эти силы изменяются с изменением угла а, значения которого берутся от 0 до 720 обычно через каждые 30 , кроме того, берегся точка при а = 370 , так как приближенно можно считать, что А имеет максимум в этой точке.
453
Рис. 23.3. Развернутая диаграмма сил. действующих в кривошипно-шатунном механизме
При определении знака угла р следует руководствоваться тем, что когда шатун отклоняется от оси цилиндра в сторону вращения кривошипа, указанный угол принимается положительным, а при отклонении шатуна в противоположную сторону — отрицательным.
Вычисление удельных сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме, производится аналитически по приведенным формулам, затем их значения сводятся в табл. 23.2, после чего строятся соответствующие кривые (рис. 23.3) диаграммы сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме. Значения тригонометрических функций приведены в табл. 23.2, также их рекомендуется брать из учебников но расчету двигателей.
23.6. Определение тангенциальной силы и крутящего момента
Для определения крутящего момента используют значения тангенциальной силы, направленной по касательной! к окружности, описываемой центром шатунной шейки.
Тангенциальная удельная сила. Н:
Л =
? sin (сх + р)
1 cosp
тогда крутящий момент одного цилиндра Л/кр = PyFnR^ где Рт — тангенциальная удельная сила; Fn — площадь поршня, см2 или м2; /?кр — радиус кривошипа, м.
Крутящий момент. Н м, может быть определен также по формуле
= IObhx(sin(a + р)/со8р)Л.Кр1,
где Ду, МПа, и значения тригонометрических функций находим из табл. 23.2, а значения Fn, м2 — площадь поршня и /?кр, м — радиус кривошипа берутся на основе расчетных данных.
Значения Рг, Л/кр(7у) для различных углов поворота коленчатого вала заносятся в графы 13, 14 сводной табл. 23.2. График изменения тангенциальной силы (7у) в соответствующем масштабе тс = mvFtlRK[) (I Н м, 1 кге-м в 1 мм) и при принятых значениях /?кр выражает крутящий момент Л/кродного цилиндра. Исходя из этого для многоцилиндрового двигателя принимаем масштаб тангенциальной силы равным К=7 Н в 1 мм, который следует учитывать при построении кривых тангенциальной силы и суммарною крутящего момента на графике развернутой диаграммы тангенциальной силы и крутящего момента (рис. 23.4).
455
Рис. 23.4. Развернутая диаграмма тангенциальной силы и крутящего момента
23.7. Суммарный крутящий момент
Для четырехтактных двигателей с равными интервалами между вспышками крутящий момент будет циклически изменяться с периодом
или 0 =
720
/
где / — число цилиндров.
Например, период изменения крутящего момента для шестицилиндрового двигателя
720°
е = -^- = 120 (см. таб ь 23.4).
6
Определение суммарного крутящего момента можно производить аналитически или графически. При аналитическом методе численные значения крутящего момента одного цилиндра записываются в табл. 23.4 (графа Л/) для каждого углового интервала (графа а). Суммируя значения крутящих моментов всех цилиндров (по графам М). определяются значения суммарного крутящего момента двигателя для каждого угла поворота коленчатого вала.
В результате подсчета но точкам а, /;, с\ г/, е строится в установленном масштабе кривая суммарного крутящего момента У 17 р (см. рис. 23.4) на графике развернутой диаграммы тангенциальной силы и крутящего момента.
Значение среднего крутящего момента приближенно можно определить по формуле
Л^р ср
/
тогда
^кр.ср
•0,82 = 182,8 Н • м, или Л/крср = 18,28 кге • м.
При графическом методе построения суммарного крутящего момента кривая тангенциальной силы одного цилиндра разбивается на число участков, равное 720//, и все участки кривой сводятся на одном и суммируются. Полученная таким образом результирующая кривая показывает изменение суммарного крутящего момента двигателя в зависимости ог угла поворота коленчатого вала.
457
Таблица 23.4 оо
Распределение крутящего момента по цилиндрам двигателя
Цилиндр	Угол поворота коленчатого вала									
	0е		30е		60е		90е		120°	
	а	м	а	Л/	а	Л/	а	М	а	Л/
1	0	0	30°	-136.6	60°	-92	90°	+48.1	120°	+ 100
2	120°	+100	150°	+63.8	180°	0	210°	-64,6	240°	-107.6
3	240°	107.6	270°	-67	300°	+56.6	330°	+27,3	360°	0
4	360°	0	390°	+467.6	420°	+362,4	450°	+288	480°	+212.5
5	480°	+212,5	510°	+106	540°	0	570°	-62	600°	-110,7
6	600°	-110.7	630°	-60,2	660°	+81.5	690°	+ 130,1	720°	0
	а =94	.2 Н • м	6=373	,6 Н м	с =408	,5 Н • м	rf=366	.9 Н • м	<> = 94.	2 Нм

Контрольные вопросы
1.	Перечислите основные конструктивные размеры карбюраторною двигателя и приведите формулы для определения параметров P),. Dy Sy /?, л, с указанием их численных значений.
2.	Объясните сущность графического построения политроп сжатия и расширения на свернутой индикаторной диаграмме с указанием ориентировочных значений давлении рп рс, р.у рь.
3.	Объясните сущность построения развернутой индикаюрнои диаграммы с помощью полуокружности и вспомогательных прямых с замером отрезков на них для каждого углового интервала поворота кривошипа.
4.	Каким образом определяется сила инерции Р для каждою углового интервала в 30 (от 30 до 720 ) при заданном значении Л?
5.	Приведите формулы для определения боковой силы М, действующей па цилиндр, и силы, направленной вдоль шатуна Ри. Как они изменяются в зависимости от перемещения шатуна относительно оси цилиндра?
6.	Объясните, почему максимальное давление газов р'должно бьпь при повороте кривошипа на угол 370...380°. Как это показано на свернутой индикаторной диаграмме?
7.	Назовите формулу тангенциальной удельной силы Рх и объясните, почему она является основой! для определения крутящею момента.
Гл а в a 24
РАСЧЕТ МЕХАНИЗМОВ ДВИГАТЕЛЯ
24.1. Предпосылки и исходные данные к расчету деталей
Конструкционная разработка двигателя включает в себя определение (увязку) базовых размеров и взаимною расположения деталей, сопряженных в узлах и механизмах двигателя. Основными исходными данными для проектирования и определения компоновочной схемы являются диаметр цилиндра 7)ц, ход поршня 5, радиус кривошипа Якр и конструкторская документация прототипа двигателя. В процессе проектирования для уточнения отдельных конструктивных решений необходимо также использовать чертежи двигателей, близких проектируемому, руководящие технические материалы, справочники и технические альбомы. После определения основных размеров и компоновочной схемы двигателя переходят к непосредственной конструкторе кой проработке дезалей и узлов кривошипно-шатунного механизма (КШМ). Важное значение при этом имеют величины давления газов и сил инерции (см. рис. 23.2, 23.3) поступательно движущихся и вращающихся масс, действующих в КШМ, численные значения которых приведены в данной главе. Указанные величины должны быть грамотно обоснованы для реального их применения при расчете узлов и деталей проектируемого двигателя.
Наряду с этим следует иметь в виду, что такие базовые детали, как блок цилиндров и картер двигателя, не поддаются строгому математическому расчету, а являются, как правило, результатом обобщения конструктивных форм, оправдавших себя при эксплуатации двигателей. Поэтому при проектировании целесообразно разработку двигателя проводить после тщательного изучения конструктивных особенностей двигателя, принятого за прототип.
В данной работе при расчетах деталей за основу берется прототип двигателя номинальной мощностью 7VC = 57 kBi (78 л.с.) при пе = 5 400 об/мин, со степенью сжатия г = 8, числом цилиндров 7= 4. Указанный двигатель планируется для установки на грузопассажирскую модификацию полноприводного легкового автомобиля. На основе анализа теплового и динамического расчета принятого прототипа определены следующие исходные данные для проведения расчета механизмов и систем двигателя:
ход поршня Sn = 2Якр = 70 мм; масса поршневой i руины /wllop.ip = = 0,5 кг; масса верхней головки шатуна /лВ1 П1 = 0,24 кг; масса ниж
460
ней головки шатуна /л|1Г11| = 0,56 кг; давление в конце сгорания pz = 6,4 МПа;
отношение радиуса Лкр кривошипа к длине L шатуна
X = Якр/А = 0,26;
угловая скорость коленчатого вала
(п = яд/30 = 3,14-5 400/30 = 565 рад/с;
масса неуравновешенных частей колена кривошипа
/?7кр == 0,86 кг;
масса возвратно-поступательно движущихся частей КШМ
^пор.гр ^в.г.ш 0,5 4" 0,24	0,74 кг,
массы вращательно движущихся частей КШМ
пъ = тп.... + /?/кП = 0,56 + 0,86 = 1,42 кг;
силы инерции возврато-поступательно движущихся частей
C.»in = -/»1Кр«г,ае(1 - М = -0,74 • 0,035 • 5652(1 - 0,26) = -6 120 Н,
/’пах = -/»|/?кр«рае(1 + V = -0,74 • 0,035 • 5652(1 + 0,26) = -10 420 Н;
центробежная сила инерции вращающейся части нижней головки шатуна
^г.ш - ~ти г.шКР0)рас = -0,56 • 0,035 • 5652 = -6 260 Н;
центробежная сила инерции вращающихся масс кривошипа и нижней головки шатуна
К' = -/дкр/?кр°^ас = -0,86 • 0,035 • 5652 = -9 610 Н.
На основе исходных данных проводятся расчеты поршневой и шатунной групп деталей КШМ, клапанного узла механизма газораспределения двигателя и его систем охлаждения и смазывания. Наряду с этим делаются расчеты по узлам топливоподачи системы питания дизеля. При лом приводятся материалы для изготовления деталей, дастся анализ механизмов и сопряженных в их узлах элементов, а также конструктивные соотношения размеров и математические зависимости для получения значений определяемых параметров.
24.2. Расчет основных деталей поршневой группы
Поршневая группа обеспечивает создание закрытою переменного объема цилиндра, в котором происходит рабочий процесс.
461
В нес входят следующие детали: поршень, компрессионные и маслосъемные кольца, поршневой палец и его фиксирующие детали.
В целях обеспечения сравнительно малой массы и хорошего отвода теплоты автомобильные поршни, как правило, изготавливаются из алюминиевых сплавов методом литья (АЛ 10В) или ковки (АК4). Твердость поверхности поршней, изготовленных из алюминиевых сплавов, составляет 100... 140 НВ.
Для тихоходных дизелей поршни, как правило, выполняют из серого чугуна СЧ 28 — 48, твердостью 160...240 НВ. Это объясняется тем, что при сравнительно небольших частотах вращения коленчатого вала указанных дизелей (1200...2000 об/мин) значение сил инерции невелико, а поэтому экономическая целесообразность применения чугунных поршней может быть оправдана. Стальные поршни в автомобильных двигателях применяют сравнительно редко из-за технологических сложностей их изготовления.
Расчет поршня. Исходя из соотношений конструктивных размеров элементов поршня, указанных в табл. 24.1, даются их краткие обоснования с определением численных значений основных параметров.
Диаметр цилиндра обычно определяется из динамического расчета, а диаметр поршня принимают в зависимости от допустимых величин монтажных зазоров. Для проектируемого двигателя наружный диаметр поршня принят D- 80 мм.
Внутренний диаметр поршня
4, - 0,70 = 0,7-80 = 56 мм.
Расстояние от днища до первой перемычки кольца
Д « 0,10 = 0,1 • 80 = 8 мм.
Расстояние между бобышками
/>« 0,40 = 0,4-80 = 32 мм.
Толщина стенки уплотняющей части поршня
5, - 0,070 = 0,07-80 = 5,6 мм.
Расстояние от днища поршня до оси пальца
/3« 0,70 = 0,7-80 = 56 мм.
Длина юбки поршня
/2~ 0,80 = 0,8-80 = 64 мм.
Толщина днища поршня
511ор - 0,10 = 0,1 • 80 = 8 мм.
462
Таблица 24.1
Соотношение конструктивных размеров деталей поршневой группы
Размеры элементов поршня в долях от его наружного диаметра
Типы		ь	4	
двигателей	1	2	3	4
Карбюраторные	(0.65... 0,80)2)	(0.25 ...0,50)2)	(0,1 ...0.15)2)	(0,05 ...0.10)2)
Дизели	(0,45 ...0,75)2)	(0.25 ...0,45)2)	(0,18...0,25)2)	(0.07... 0,12)2)
Продолжение табл. 24.1				
Типы	4	А	S1 Л»	*3
двигателей	5	6	7	8
Карбюраторные	(0,8... 0,95)2)	(0,55 ...0,8)2)	2... 5 мм	Равна высоте компрессион-
Дизели	(0,85... 1,25)2)	(0.6... 1,0)2)	2.5... 5 мм	ного кольца 2 ...4 мм
Окончание табл. 24.1				
Типы	dn н	^пор	/„	^п.вн
двигателей	9	10	11	12
Карбюраторные	(0,32... 0.38)2)	(0.07...0,10)2)	(0.78...0,87)2)	(0,04 ...0.07)2)
Дизели	(0.33 ...0.43)2)	(0.10...0,15)2)	(0,83...0.88)2)	(0.03 ...0,06)2)
Расчетная схема поршня
Толщина перемычки между канавками для колец
Л’з ~ 2,5 мм.
Диаметр бобышки пальца
г/б ~ 0,5 D = 0,5 • 80 = 40 мм.
Допускаемое напряжение изгиба на днище для алюминиевых поршней с неоребренным днищем |о„] = 20...25 МПа, с оребренным — |о„] = 50... 140 МПа. Для чугунных поршней с неоребренным днищем |ои] = 40...50 МПа, с оребренным днищем — |ои| = = 75... 175 МПа.
= А14./(251Юр)12 = 6,4[5,6/(2 • 0,8)|2 = 78 МПа.
Цилиндрическую часть поршня проверяют на сжатие и разрыв в наиболее слабом сечении (общей площадью /\с), расположенном в канавке для маслосъемного кольца (см. расчетную схему поршня сечения х—а* в табл. 24.1), имеющей отверстия пли прорези для отвода масла от кольца к поршневому пальцу.
Напряжение сжатия в цилиндрической части поршня, ослабленной сверлениями для отвода масла (число отверстий п = 8; f/OIB = • мм). Допускаемое напряжение сжатия fotA| = 35... 60 МПа для алюминиевых поршней, |oLA| = 65...80 МПа — для ЧУГУННЫХ.
Осж =/« 0,785 Wkx-
Здесь Гкх. = 0,785/)2|(г/Н|| + 2л'|)2 - f/2J - F'. где F' — общая площадь сечений масляных отверстий:
F = //б/о1вЛ| = 8 • I • 5,6 = 45 мм2 = 0,45 см2.
Тогда
FK.C = 0.785 • 82|(5,6 + 1,12)2 - 5,62| - 0,45 = 0,000692 м2 = 6.92 см2;
осж = 6,4 • 0.785 • 0,082/0,000692 = 46,5 МПа.
В этом сечении поршень проверяют также на разрыв. Допускаемое напряжение |ор] = 7... 14 МПа для алюминиевых поршней и [ор| = 12...20 МПа — для чугунных:
ор = 0,8PIloprp//vc = 0.8-0,0104/0,000692 = 12 МПа.
При наличии на направляющей части (юбке) поршня Т- или П-образных разрезов, ее, как правило, проверяют на допускаемое удельное давление:
4= KWJ(DI2),
где 7Vmax — максимальная сила, прижимающая поршень к стенке цилиндра; 7Vmax лежит в пределах 0,0015...0,0045 МПа; для данною
464
тина двигателя принимаем /Vnm= 0.002 МПа; D — диаметр поршня; /2 — длина юбки поршня.
Тогда удельное давление на стенку цилиндра
<7 =	= 0,002/(0,08-0,064) = 0,39 МПа,
где D= 80 мм = 0,08 м; /2 = 0,87) = 64 мм = 0,064 м.
Значения удельных давлений лежат в пределах: для двигателей грузовых автомобилей q = 0,25...0,3 МПа, для легковых автомобилей— q = 0,35...0,6 МПа.
Первую кольцевую перемычку проверяют обычно на напряжения изгиба. Допускаемое напряжение |ои| = 20...35 МПа для алюминиевых поршней и |ои] = 50...65 МПа — для чугунных:
а„ = 0,0045Л(7>Дз)2 = 0,0045 • 6,4(80/2,5)2 = 29,5 МПа.
При этом также определяют напряжение среза. Допускаемое напряжение |т] = 5... 10 МПа для алюминиевых поршней и [т] = = 7,5... 15 МПа — для чугунных:
т = 0,0314/л(ДДз) = 0,0314-6,4(80/2,5) = 6,43 МПа.
Суммарное напряжение впервой кольцевой перемычке от действия изгибающих напряжений и срезывающих усилий определяют по третьей теории прочности.
Допускаемое напряжение |oxJ = 30...40 МПа для алюминиевых поршней и [ск] = 60...80 МПа — для чугунных:
о, =	+ 4-е2 = х/29,52 +4-6,432 = х870,25~+ 165,38 = 32,3 МПа.
Поршни двигателей работают, соприкасаясь с газами, имеющими высокие температуры, поэтому при сборке цилиндропоршневой группы предусмотрены монтажные зазоры, предотвращающие заклинивание поршней. И, кроме того, для компенсации расширения при нагревании, юбки делают овальными с термо-компенсационными вставками или разрезами, ширина которых составляет 1,5...2,0 мм. Разрезы делают с той стороны поршня, которая менее нагружена во время рабочего хода.
Расчет поршневого пальца. Поршневой пален работает при изменяющейся знакопеременной нагрузке. В зависимости от способа крепления различают поршневые пальцы, закрепленные в верхней головке шатуна, и плавающие пальцы. В последнем случае между пальцем и втулкой головки шатуна имеется зазор 0,005... 0,010 мм. а между пальцем и бобышками — натяг0,004...0,010 мм. Учитывая условия работы пальца, его изготавливают из сталей, обеспечивающих после термической обработки достаточно вязкую сердцевину и износостойкую наружную поверхность. Широ-
465
кос распространение для изготовления пальцев получили стали: 15, 20, 45, 40ХА, 15ХМА.
Пальцы, изготовленные из малоуглеродистых сталей, цементируют на глубину 0,8... 1,5 мм. Поверхность пальцев из углеродистых сталей подвергают закалке ТВЧ. После термообработки твердость наружной поверхности пальца должна быть не ниже 50...60 HRC. После шлифовки шероховатость поверхности должна быть нс ниже 10-го класса. Для выбранного прототипа двигателя основные размеры поршневого пальца (материал — сталь 40ХА) определяются из соотношений (см. табл. 24.1)
clnil = 0,3£) = 0,3 • 80 = 24 мм; /,, = 0,8Д = 0,8 • 80 = 64 мм;
41.нн = 0,7rf,lH = 0.7-24 = 17 мм; = 0,4£>= 0.4-80 = 32 мм, где — ширина верхней головки шатуна.
Износостойкость пальца и бобышки поршня обеспечивается допустимой удельной нагрузкой пальца на втулку шатуна и бобышки поршня.
Удельная нагрузка на втулку верхней головки шатуна
_ ^гшах пор. гр max 0,032-0,0104 ,О1МГ, ----------------= 'о:032-0^024 ' = а МПа-
и.п
где Ргт11Х = />-Лк>р = 6,4  50 • 10 4 = 0,032 МI I — суммарная сила давления газов наднище поршня; /%ор.грпт — сила инерции поршневой группы, /^орлртах = /я1Юр.1р/?Кр<оi 2(1 + X) = 0.74  0,035 • 5652• 1.26 « ~ 0,0104 МН; а'и = 0,032 м — длина втулки верхней головки шатуна; d„ „ = 0,024 м — диаметр пальца.
Допускаемое удельное давление на втулку qni = 20...50 МПа.
Удельная нагрузка на бобышки поршня должна обеспечить их износостойкость. Численное значение удельной нагрузки
i max ^Jnop.rpinin 0,032-0,006	„ КЛГП
’ 0,03 -0,024 = 36 МПа-
где 2/б — длина опорных поверхностей двух бобышек:
2/с> - 4. - п,„ - 2 = 64 - 32 - 2 = 30 мм.
С'пор.грmin — /л1^кр(*> (I — X) = 0,74• 0,035 • 565’(1 - 0.26) = 0,006 МН.
Допускаемая величина удельной нагрузки на бобышку
?6 = 20...45 МПа.
466
Напряжение изгиба пальца определяю! но формуле из курса сопротивления материалов:
_ М max _	^’^ш) _
W 1,2г/,,,, (1 -а4)
0,031 (0,064 + 2 • 0,032 - 1,5 • 0.032)
1,2 0,024s (I -0,71-*)
= 200 М Па,
где — сила давления газов на палеи, Р, = p-E„,v + (~KPjn) = = 6,4-50 • IO4 - 0,07-0,006 = 0,031 МН; b = 0.032\i - расстояние между бобышками; -КР „ — сила инерции поршня без учета массы пальца; ак = </„ nJdnn = 17/24 = 0,71; Л — поправочный коэффициент, его численное значение для автомобильных двигателей находится в пределах 0,06...0,12; принимаем А = 0,07.
Допускаемые напряжения на изгиб для пальцев из легированных сталей |о„| = 250...450 МПа, для уыеродистых (сталь 15 и 20) — |о„| = 120... 150 МПа.
Касательное напряжение среза пальца о с в плоскостях между бобышками и головкой шатуна
0.85Р(1 + ак + а2) 0.85-0,031(1 + 0,71+0,712) ^.„(1-ai)	=	0.0242 (I -0,714)
= 136 МПа.
Допускаемое напряжение на срез для легированных сталей |от| = 110... 220 МПа и для углеродистых сталей |ot| = 60... 100 МПа.
Максимальная овальность пальца ДД„ач под нагрузкой

0.07 = 0.026 мм,
где /„ — длина пальца; Е — модуль упругости пальца, для стали £= 2- 105 МПа.
Вследствие овальности пальца в нем значительно возрастают напряжения изгиба. Для автомобильных двигателей овальность допускается в пределах: Д</т;1Х = 0,025...0.05 мм или ЛДпах = 0.0015^.,,.
Расчет поршневого кольца. Для изготовления компрессионных колес чаще всего применяют чугун СЧ 22 —СЧ 44 или СЧ 28 — СЧ 48. Наружную поверхность кольца покрывают пористым хро
467
мом толщиной 0,1...0,2 мм. Вместо хромирования кольца часто подвергают электролитическому лужению или фосфатированию. Нанесенный поверхностный слой способствует ускоренной приработке кольца. Стальные маслосъемные витые кольца делают из стальной ленты У8А твердостью 45 HRC, расширители — из стальной ленты У10А или 65Г твердостью 50 HRC.
При расчете кольца определяют давление кольца на стенку цилиндра, напряжения изгиба кольца в рабочем состоянии и при надевании его на поршень.
Среднее давление кольца /;ср на стенку цилиндра
0,425Е	Л’()Д
ер_(3-ц) (A)/z-l)3(Z>/z)~
0,425-1 10s _________3,5________
(3-0,2)	(80/3,5-I)3 (80/3,5)
= 0,222 МПа,
где Л’о — зазор в стыке кольца в разомкнутом состоянии; / — ширина кольца /= (0,04...0,045)0 = 0,044-80 = 3,5 мм; s^/i = 3...4; р = 0,05...0,25 — коэффициент, зависящий от формы эпюры кольца; Е — модуль упругости, для серого чугуна Е = 1,0- I05 МПа, для легированного чугуна Е= 1,2- 10 МПа.
Среднее давление кольца на стенку цилиндра для компрессионных колец рср ~ 0,1...0,4 МПа, для маслосъемных колец /;ср = = 0,2...0,4 МПа.
Наибольшее давление р. изгибающее кольцо, соответствует точке, расположенной против выреза (рис. 24.1).
Эпюра давлений может быть грушевидной или овальной. Кольца с овальной эпюрой обеспечивают лучшее уплотнение с деформированной поверхностью цилиндра и являются предпочтительными.
Для колец с грушевидной эпюрой давлений значения р определяют из следующих oiношений:
Р/Р^ = Мк-
Рис. 24.1. Эпюра давлений норшнево-ю кольца
468
Коэффициент цк определяет давление поршневого кольца в каждом угловом интервале а ио образующей поверхности цилиндра:
а, ...°..... О	30	60	90	120	150	180
........... 1,05	1,05	1.14	0,9	0,45	0,68	2,86
Напряжение изгиба в рабочем состоянии кольца
и.р ПК1Х
(П/z-l)2
1,275-1 -105
-----——т = 334 МПа. (80/3.5-1)2
Допускаемое напряжение [о | = 250...450 МПа.
Напряжение изгиба при надевании кольца на поршень
н шах
1 ~
ЗЛЕ	3,9JJ0^
(D/l-Vf Ь05
1-12,2 (3-0,2)3,14-3,5 (80/3,5-1)2
= 283 МПа,
где т = 1,05...2,00 — коэффициент, учитывающий способ приложения усилии при надевании кольца (ручной, на стенде или в приспособлениях).
Допускаемое напряжение при надевании кольца |суи „| = = 250...400 МПа.
При работе двигателя зазоры в замках колец в горячем состоянии должны быть в пределах 0,20...0,35 мм.
24.3.	Расчет основных частей шатуна
К основным элементам шатунной группы относятся стержень шатуна, верхняя (поршневая) головка, нижняя (кривошипная) головка с вкладышами и шатунные болты с ганками и деталями их фиксации.
Стержни шатунов изготавливают из сталей 45, 45Г2, а для двигателей с высоким значением р — из легированных сталей 18ХНМА и 40ХНМА с большими пределами прочности и текучести. Их выполняют, как правило, двутаврового сечения, для упрочнения поверхность стержня обрабатываю! дробью, нормализуют, закаливают и отпускают.
В зависимости от способа закрепления пальца шатуны изготавливают с неразрезнои верхней головкой для скользящей посадки или запрессовки поршневого пальца и с разрезной юлов-кой, в последней палец удерживается от скольжения стяжным болтом за счет уменьшения диаметра отверстия. Для уменьшения силы трения в неразрезные головки с плавающими пальцами зап
469
рессовывают втулки, изготовляемые обычно из оловянно-цин-ковой бронзы.
Нижние головки шатуна чаще всего изготавливают разъемными. Плоскость разъема делают под различными углами по отношению к плоскости, проходящей через ось симметрии шатуна. Крышку нижней головки соединяют с верхней болтами, которые обычно изготавливают из сталей 35Х, 40Х, 45Х, 35ХМА. В головки
шатунов помещают стальные вкладыши с рабочей поверхностью, выполненной из антифрикционного материала. Для карбюраторных двигателей легковых автомобилей применяют сплав АМО-1-20 (1,0... 1,5 % меди, 20...22% олова, 0,2...0,3 % железа, остальное — алюминий). Для карбюраторных двигателей грузовых автомобилей, как правило, применяют сплав СОС 6-6 (5...6 % сурьмы, 5...6 % олова, остальное — свинец).
В быстроходных дизелях в качестве антифрикционною материала применяют свинцовую бронзу БрСЗО (30% свинца) твердостью 30...35 НВ или сплав АСМ (алюминий — сурьма — магний) примерно такой же твердости. Толщина слоя антифрикционного
материала во вкладышах может быть в пределах 0,3...0,7 мм. Осно-
вой вкладыша служит стальная лента с омедненной поверхнос-
тью толщиной 1,0... 1,5 мм, которая защищает ленту от коррозии и обеспечивает прочное соединение с антифрикционным материалом.
В соответствии с технической характеристикой прототипа двигателя, принимаем для стержня шатуна сталь 45Г2. Расчет шатуна (рис. 24.2) обычно проводится начиная с верхней головки, которая сжимается силой Р, и растягивается силой инерции Р.
Расчет верхней головки шатуна. Исходными параметрами являются:
внутренний диаметр верхней головки шатуна «г
d= (1,1... 1,25)4.,, = U2-24 = 27 мм:
наружным диаметр головки шатуна Dtm = (1,30...1,65)4.,,;
ДО1 = 1,33 • 24 = 32 мм.
Рис. 24.2. Расчетная схема шатуна *
470
Длина поршневой головки шатуна а1и = (0,33...0,45)РП1л; принимаем = 0,40 • 80 = 32 мм.
Кроме напряжении от силы растяжения и сжатия в головке возникают напряжения от запрессованной в нее взулки и приращение натяга Д, в связи с изменением температуры. Вследствие этого от суммарного натяга на поверхности головки возникает давление /х
0,037 + 0,024
= 22,5 МПа,
322 -272
272 - 242
где Д = 0,03...0,04 мм — натяг от запрессовки втулки, принимаем Д = 0,037 мм; Д, = J(aKf - ае1)/пп = 27(1,8 - 1,0)10 ’5-110 = 0,024 мм, здесь аиг, о^, — коэффициенты линег пою расширения соответственно втулки и головки шатуна; /гол — температура нагрева головки; ц = = 0,3 — коэффициент Пуассона; Епт, /?ег — модуль упругости материала соответственно втулки и шатуна; Ет = 1,15- 10‘ МПа (бронза), Ест = 2,1-10 МПа (сталь).
Напряжение, возникающее на наружной поверхности головки
МПа.
Напряжение па внутренней поверхности верхней головки
^вн
= 134 МПа.
Допускаемое напряжение внутри головки |оВ||| = 145... 160 МПа.
Разрывается верхняя головка силой инерции без учета сил от давления газов в цилиндре: -Ру = -/?//? о?(1 + X).
Радиальное давление в головке шатуна принимают равномерно распределенным по полуокружности и подсчитывают но уравнениям изогнутого бруса малой кривизны (рис. 24.3). Считают,
471
Рис. 24.3. Схема к расчету верхней головки шатуна: а — для растяжения; б — для сжатия
что брус защемлен в местах радиального перехода проушины в стержень, который нс деформируется.
Для участка <р = 90 и при угле перехода <р11ер (максимальное значение которого примерно 130 ) момент и сила соответственно равны:
Ч = -/>у,юр.1р/ср(0,00033ф11С|1 - 0,0297);
Л'о = -Л„ор.гР(0,572 - 0,0008ф||ср).
Таким образом, в сечении О—О' головки шатуна определится изгибающий момент:
М) = -C,.<>P..1/cp(0>00033<p1ICp - 0,0297) =
= -(-7 040)0.0147(0,00033-110 - 0,0297) = 0,68 Н • м,
гас Сш>р>р= “'«поргр/Ml + X) = -0,5-0,035 • 5652(1 + 0,26) = -7 040 Н; «ср = (Я™ + '0/4 = (32 + 27)/4 = 14,75 мм; ф,1ср = 90... 130’ - угол перехода, принят ф|1ср = 110 '.
Нормальная сила в этом сечении
№ = -^„(0,572 - 0,0008ф„ер) =
= -(-7 040)(0,572 - 0,0008- 110) « 3410 Н.
Нормальная сила в расчетном сечении от растягивающей силы для угла перехода ф|1ср =110
472
^PiK-р ^оС08фцер 0,5( ^yiiop. ip)(bill<PiiCp COS(p||Cp)
= 3410cos 110’ - 0,5(-7 040)(sin 110 - cos 110°) = 3 350 H.
Изгибающий момент A/luI<pnCp в расчетном сечении шатуна и момент Л4дф„ср для нагруженного участка по экспериментальным данным имеют малые значения и лежат в пределах 1,2... 1,7 Нм. Исходя из этого для дальнейшею расчета принимаем ЛЛ^ф,,, = 1,65, Л/сжф|К.р 1,5 Н м.
После нахождения нормальной силы и принятого момента для данного сечения головки шатуна определяют напряжении от растяжения в наружном слое шатунной го повки'.
рн ~
2 ЛЕ — флер /. ('У
Флер
"п,Л
6-0,0147 + 0,0025 0,0025(2-0,0147 + 0,0025)
0,03 0,0025 -106 83,э МПа‘
Здесь Л/ф„е1,= 1,65 Н м — изгибающий момент; Л — коэффициент, учитывающий наличие в шатуне запрессованной втулки;
- 30 мм — длина головки шатуна; А = 2,5 мм — толщина стенки головки;
2,1 -105 • 150
2,1 • I05 • 150+1.15-105 - 90
где Et1, — модуль упругости материала шатуна и втулки соответственно; 7С1 — площадь сечения головки шатуна:
Лт = (A<>.i - <4г)цп = (32 - 27)30 = 150 мм2;
Г„, — площадь сечения втулки:
Ли = (4„ - 4|.н)лш = (27 - 24)30 = 90 мм2.
Напряжения в наружном слое верхней головки от сжимающей силы
473
_ J 5\	6 0,0147 + 0,0025	()?,	10 6
0,0025 (2-0,0147 + 0.0025)	’	0,03-0,0025
= -44,56 МПа,
где /VCAtPn — нормальная сила, сжимающая головку шатуна для нагруженною участка. В практике проведения расчетов шатуна она составляет весьма малые доли от осж и находится в пределах 80... 110 Н (8...11 кге). В данном случае принимаем /УСАф = 93 Н, а момент сжатия для нагруженного участка головки Л/СЖф| = 1,5 Нм.
Наибольшие напряжения от сжимающей силы возникают в местах перехода головки в стержень. Минимальный запас прочности образуется в наружном слое в месте перехода головки в стержень и лежит в пределах 2,3...3,6.
Коэффициент запаса прочности верхней головки шатуна
__________________2-250
83,5 + (-44,56) + 0 j 5 (83 5 + (_44,50 + 2. (( q 0,85
где о_1р — предел выносливости при растяжении, для углеродисто й стали о_|р = 200...250 МПа, для легированных сталей <у_|Р = = 340...380 МПа; орн — напряжение от силы растяжения в наружном слое; осжн — напряжение от силы сжатия в наружном слое;
= 0,7... 1.0 — коэффициент, учитывающий влияние чистоты обработки (технологическою фактора) на предел усталости; оса = = 0,1...0,2 — коэффициент, характеризующий свойства материала; о' — напряжение на наружной поверхности головки шатуна от запрессовки в нее втулки с натягом.
Расчет стержня шатуна. Стержень шатуна при работе растягивается силой инерции и сжимается оглавления газов. Сила инерции, растягивающая стержень шатуна, определяется для условий работы двигателя на режимах, близких к Рпт и подсчитывается по формуле
О^ПОр.Гр "'шЖрОГ(1 + А,) —
= -(0,5 + 0,35)0,035 - 5652( 1 + 0,26) « -12 000 Н,
где /Днор.гр ~ общая масса поршня, пальца, комплекта колец, кг;
— масса части шатуна, находящаяся над расчетным сечением, принята равной 0,35 кг.
474
Сила инерции, деист кующая в плоскости качения шатуна, создаст максимальную нагрузку в момент приблизительно перпендикулярного расположения оси шатуна и радиуса кривошипа, причем максимальный изгибающий момент будет приходиться на сечение л—х(см. рис. 24.2), расположенное примерно на расстоянии 0,55...0,60 длины шатуна /,„ от оси верхней головки.
Для увеличения запаса прочности шагуна при сравнительно малой массе, его делают двутавровым. Отношение высоты двут авра к его ширине лежит в пределах 1,4... 1,7.
Сила, сжимающая стержень шатуна, соответствует максимальному нагрузочному режиму при Л/кр|Ш1Х и Р - 0:
Р, = (Рг.»;.х - Ро)Л> = (6-4 - 0,1)0,005 = 0,031 МН,
где р() = 0,1 МПа — принятое давление окружающей среды.
Суммарное напряжение при сжатии с учетом продольного изгиба в плоскости качания шатуна:
Р	0 031
Ох =~-Кх =	.1,06 = 188 МПа,
Р,.	17э-10
где Л, — коэффициент, учитывающий продольный изгиб; для карбюраторных двигателей Kv = 1,06... 1,12, ля дизелей — Кх = - 1,12... 1,18; Лп.ср " 175- 10 6 м2 — площадь шатуна в расчетном сечении (см. рис. 24.2), определяемая исходя из размеров стержня шатуна.
Допускаемое суммарное напряжение при ежа гни в плоскости качания шатуна лежит в пределах оЛ.= 160...250 МПа.
Суммарное напряжение при сжатии с учетом продольного изгиба в плоскости, перпендикулярной плоскости качания шатуна:
Р, . _ 0,031 шер ’ “175-10
1.03 = 182 МПа,
где Л,,— коэффициент, учитывающий продольный изгиб шатуна в плоскости, перпендикулярной плоскости качания шатуна; для карбюраторных двигателей Л, = 1,02... 1,05, для дизелей — Kv = = 1,05...1,08.
Допускаемое суммарное напряжение сжатия в указанной плоскости лежит в пределах о, = 200...350 МПа.
Напряжение растяжения для стержня шатуна в общем случае определяют из выражения
12 000 -10 6 175-10'6
= -68,6 МПа.
475
При расчетах стержня шатуна с целью определения его запаса прочности необходимо определять среднее значение амплитуды напряжения в сечениях х—х. у—у.
Амплитуда напряжения в плоскости х—х сечения стержня шатуна
ov -ор 188-(-68,6)
^ал- = Z—~ =----------------
= 128,3 МПа.
Среднее напряжение в плоскости х—х сечения стержня шатуна
188 + (-68,6)
= 59.7 МПа.
Амплитуда напряжения в плоскости г—у сечения шатуна
182-(-68,6)
= 125,3 МПа.
Среднее напряжение в плоскости у—у сечения шатуна
= 56,7 МПа.
Запасы прочности стержня шатуна*. в плоскости х—х:
ф-ip _	250
аа V + ааосрх • 28,3 0.85 + 0,13 • 59,7
где ео = 0,85 — технологически!! фактор; = 0,13 — коэффициент, характеризующий материал стержня шатуна;
в плоскости у—у:
125,3 0,85 + 0,13 56,7
Запасы прочности стержней шатунов в карбюраторных двигателях и дизелях лежат в пределах 1,5...2,5.
Расчет нижней головки шатуна. Нижнюю головку делают разъемной с ребрами жесткости в крышке головки. При этом должно быть выдержано условие возможности монтажа шатуна через цилиндр двигателя при снятой головке блока, что при относительно большом размере шатунной шейки обеспечивается косым разрезом нижней головки. В связи с тем что нижнюю головк\ делают разъемной, сс расчет сводится к определению сил, действующих на крышку и болты. Нижняя крышка изгибается иод действием
476
силы инерции. При этом сила, отрывающая крышку нижней головки шатуна:
J ~~ (^норгр + ^В.Г.1и)(1 + \) + (^111.ир ^кр)^кр^^ =
= (0,5 + 0,24)(1 + 0,26) + (0,56 - 0,2)0,035-5652 « 0,0144 МН,
где ///„«ppp = 0,5 кг — масса поршневой группы; /л1М.1и = 0,24 кг — масса части шатуна, совершающая возвратно-посгупапсльное движение; /и|1ьвр = 0,56 кг — масса части шатуна, совершающая вращательное движение; /икр = 0,2 К! — масса отъемной крышки; /?кр = = 0,035 м — радиус кривошипа; со = 565 рад/с — угловая скорость коленчатого вала.
В автомобильных двигателях с тонкостенными вкладышами для определения напряжения в крышке шатуна от действия сил Р' пользуются формулой
и
0,023С Wa
0,0144
0,023 0,07
2,45 -10 7
0,4 0,0002
= 123
МПа,
где FKp - 0,0002 — площадь сечения крышки; С= 0,07 — расстояние между осями болтов; Ио = Ыг/Ь = 0,03 • 0,0072/б = 2,45 •10 7 м3 — момент сопротивления изгибу; b = 0,03 — ширина подшипника; h - 0,007 — толщина крышки подшипника.
Допускаемое напряжение в крышках шатунов лежит в пределах |ои| = 125...250 МПа.
Расчет шатунных болтов. Шатунные болты являются ответственными деталями, и их обрыв приводит к разрушению кривошипно-шатунного механизма двигателя. Диаметры шатунных болтов определяются исходя из отношения их сечения 4 к площади поршня F„:
для карбюраторных двигателей fJF„ = 0,015...0.030;
для дизелей Уб/Гп = 0,030...0,045.
Шатунные болты растягиваются силой предварительной затяжки и переменной силой инерции Р'. Плотность стыка обеспечивается условием Р„р > Р', где /’||р — сила предварительной затяжки; Р' = = Pj/z. — сила инерции, приходящаяся па один шатунный болт; z— число болтов. Следовательно, сила предварительной затяжки болтов определяется из выражения Рпр = (2... 3)P'/z\ принимаем Рпр = = 2,5P//z= 2,5 0,0144/2 = 0,018 МН.
Для данного типа шалуна принимаем болты диаметром 12 мм с метрической резьбой М12х 1,25, материал болтов — сталь 40Х.
Суммарная сила, растягивающая болт:
Рб = Р11р + xP’/z = 0,018 + 0,4 • 0,0144/2 = 0,021 МН,
477
гдел'= 0,35...0,45 — коэффициеш нагрузки от сил инерции, принимаем .г = 0,4.
Максимальное напряжение в болте по минимальному сечению внутреннего диаметра резьбы

4/f, = 4 0,021 nd2 3,14-0,0I2
= 268 МПа.
Минимальное напряжение в болте по этому сечению
т4Л,„	4-0,018
n"n nd2 3,14-0,012
= 229 МПа.
Амплитуда напряжения
Отах Отт
2
268 - 229
2
= 19,5 МПа.
Среднее напряжение
268 + 229
= 248,5 МПа.
Запас прочности шатунного болта при допускаемом напряжении [ог] = 800...850 МПа (для сталей 38Х, 40Х, 40ХН)
а,___________	825
О;, (К„/га) + аоаср	19,5 (6,5/0,9) + 0,4  248,5
где Кс —- коэффициент концентрации напряжений; для болтов с метрической резьбой, изготовленных из углеродистых сталей, принимают ЛГП = 3...4; для болтов, изготовленных из улучшенных сталей, = 6...7; ео = 0,9 — коэффициент, учитывающий технологический фактор; осп = 0,4 — коэффициент, зависящий от свойств материала.
Таким образом, на основании приведенных расчетов деталей кривошипно-шатунного механизма установлено, что численные значения напряжений и полученные соответственно запасы прочности гарантируют их долговечность и работоспособность в пределах установленного нормативного срока службы принятого к расчету двигателя.
24.4.	Характеристика основных узлов газораспределения
При расчете клапанного узла определяются основные расчетные параметры клапанов, кулачков распределительного вала и клапанных пружин. Из конструкции двигателей известно, что на каж-
478
дый цилиндр устанавливают обычно ио два или четыре клапана и седлами (рис. 24.4, я), пружины (одна или две) цилиндрические или конические, направляющие втулки, крепежные детали. Эффективность газообмена в двигателях оценивают коэффициентом наполнения с учетом равномерности наполнения отдельных цилиндров. С этой целью диаметры клапанов выбираются наибольшими, насколько это возможно по условиям их размещения в цилиндре. Обычно при двухклапанной схеме газораспределения диаметр тарелки впускною клапана делают примерно равным радиусу цилиндра.
Общая площадь проходных сечений при двух клапанах составляет 25...30 % площади поршня. Для увеличения коэффициента наполнения диаметр горловины впускного клапана принимают на 10... 20 % больше диаметра горловины выпускного клапана. При этом площадь проходного сечения горловины впускного клапана составляет 15...25 % от площади поршня.
Чтобы уменьшить сопротивление движению смеси или воздуха, впускные трубопроводы выполняют с плавными переходами и с гладкой внутренней поверхностью. Впускные клапаны изготавливают из сталей 37ХС, 40ХН, 5Х9С2, выпускные — из жаропрочных сталей ЭИ48, ЭИ992, СХ8. Долговечность клапанов повышается наваркой жаропрочного сплава на посадочный конус клапана и опорную поверхность седла. Седла клапанов изготали-вают из легированных чугунов, а чтобы предот вратить их выпадение, они завальцовываюгея или запрессовываются в головку с натягом 0,02...0,04 мм.
Продолжительность открытия и закрытия клапанов обеспечивается соответствующим расположением и формой кулачков, находящихся на распределительном валу, который изготавливают обычно из улучшенных сталей или из легированною чугуна.
Поверхности трения распределительного вала термически упрочняют.
Кулачки распределительного вала имеют рабочую поверхность, обеспечивающую безударный подъем клапана на заданную высоту и опускание. Продолжительность нахождения клапана в открытом состоянии определяется профилем кулачка, выполненным в соответствии с диаграммой фаз газораспределения, обеспечивающей максимальное наполнение горючей смесью цилиндров и хорошую их очистку от продуктов сгорания.
Наибольшее распространение получили кулачки с выпуклой поверхностью, описанной кривыми с радиусами г0, гь г2 (рис. 24.4, б) и профилирующими углами <р(), <рь <р2 кулачков. Точки А и А' пересечения сторон угла ф|П1пх с начальной окружностью г0 с центром О кулачка соответствуют началу открытия и концу закрытия клапана. Работают такие кулачки с толкателями, имеющими выпуклые или плоские головки (в том числе и регулировочные шайбы).
479
Рис. 24.4. Расчетные схемы:
а — клапана с седлом; б — профиля кулачка
Клапанные пружины служат для удержания клапанов в закрытом состоянии и для поддержания постоянной кинематической связи между деталями газораспределтельною механизма. Появление в клапанном узле увеличенных зазоров приводит к работе со стуками в клапанах, а поверхности пары кулачок —толкатель быстро изнашиваются. Обычно в клапанном узле применяется одна или две цилиндрические пружины, в последнем случае направление их навивки делается разным для устранения заклинивания при поломке одной из пружин. С целью устранения возникновения резонансных явлений шаг навивки пружин делается переменным. Для пружин применяются стали 50ХФА, 50ХГА, 65Г.
480
24.5.	Расчет деталей клапанного узла
Расчет механизма газораспределения, как правило, начинают с определения проходных сечений в горловине и в седле впускного клапана. В данном подразделе проведен расчет основных параметров деталей клапанного узла, расчетные схемы которою приведены на рис. 24.4.
На основе анализа прототипа двигателя определены основные исходные данные для расчета этою узла:
диаметр горловины впускного клапана
</|<>рип = 0,45 £> = 0,45-8,0 = 3,6 см;
площадь горловины впускного клапана
Лор.,,. = 0,785г/2)р „„ = 0,785- 3,62 =10,17
см2;
площадь проходного сечения впускною клапана при подъеме от седла на высоту Ам (см. рис. 24.4, д) с углами наклона фасок клапана а = 30 и 45
Липпах яЛк,(0,785г/1Ор|„| + 0,360/?^) —
= 3,14-0,8(0,785-3,6 + 0,360-0,8) = 7,8 см2, где Ам = 0,8 см — высота подъема клапана; наибольший диаметр тарелки (головки) клапана
(I,ол = 1,1г/гор = 1,1 -3,6 = 3.96 см;
наименьший диаметр тарелки клапана
г/, = 0,95г/,ор = 0,95-3.6 = 3.42 см.
ширина фаски b тарелки клапана при угле фаски седла 0 = 30
b = 0,1 г/,ор = 0.1 -3.6 = 0,36 см;
диаметр стержня впускного клапана
г/,.,.,,,, = 0,18г/,ор = 0.18-3.6 = 0.64 см.
При этом обычно принимают: 1ъ = 7...9 мм — толщина головки клапана. А, = I...2 мм — ширина се пояска.
Подъем толкателя на основании опытных данных принимают (см. рис. 24.4, б):
т max
= (0,15...0.25)(г/,ор//ы),
где г/|Ор — диаметр горловины; /к, — число одноименных клапанов, приходящихся на один цилиндр, /Ю| = 1.
481
Исходя из этого принимаем
Липах = 0>17(г/|(>р//К|) = 0,17(3,6/1) = 0,6 см.
Радиус начальной окружности
Д) (1,6... 2,4)/jTmax.
Принимаем радиус начальной окружности кулачка
/о — 27?ттах — 2 6—12 мм.
Радиус дуги с центром О, первою участка г, подъема клапана от Я до С
г, = (1О...2О)Л1ПШ.
Исходя из этого принимаем
Г| = 15ЛТ1гах = 15 • 6 = 90 мм.
Если радиус первого участка Г| определяют, задавшись г() и /;1пт, то радиус второго участка принимают г2 > 3 мм, тогда радиус дуги г2 второго участка (ВС) с центром О2 для расчета можно принять равным 5 мм. При этом толкатель с плоской головкой сопряжен по дуге кулачка радиусом г2 от точки С до С'.
Минимальная сила клапанной пружины при закрытом клапане (предварительная затяжка)

= 100- 1,5(12 - 5)1,5 - 2822- 10* = 125 Н,
где = 60... 150 г — масса комплекта клапана, для карбюраторного двигателя принята равной 100 г; для дизелей /н1кл = 120... 170 г; К— коэффициент запаса пружин; К= 1,35... 1,65 для карбюраторных двигателей, К = 1,28... 1,52 — для дизелей; для расчета принят К = 1,5; /„, /т — плечи коромысла (см. рис. 5.6) соответственно клапана и кулачка; 7^/7, = 1.3... 1,8; для расчета принято отношение /кд/7, = 1,5; со — угловая скорость распределительного вала, рад/с.
Максимальная сила пружины при полностью открытом клапане
/’npnx.x = m^KA(lJl.)^K = 100• 1,5• 15• 1,5• 2822- 10 е = 268 Н,
где А = г0 + 7/, - г2~ 14... 16 мм — для карбюраторных двигателей и дизелей; для расчета принимаем /1=15 мм.
Максимальное касательное напряжение в пружине при полностью открытом клапане
482
^inax
° 'пр max “пр
8-268-29-10‘9
———z—-г- = 371 МПа,
где К— коэффициент, учитывающий неравномерное распределение напряжений по сечению витка, для расчета принимаем К= 1,2; 8 = 3,5... 4.5 мм — диаметр проволоки пружины, для данного типа двигателя принимаем 8 = 4 мм.
Средний диаметр пружины
dnp = (0,75... 1,())<ор = 0,8-36 = 29 мм.
Коэффициент А зависит от соотношения </||р/8 следующим образом:
</„Р/8........................... 4	6	7	8	9	10
А................................ 1,27	1,24	1,20	1,17	1,15	1,13
Допускаемое касательное напряжение rnm = 350...450 МПа. Минимальное касательное напряжение
ПИП ~~
ПрП11Л“11р
л83
8-125-29- IO’9 ’ 3,14 43 • 10 9
= 173 МПа.
Ам пл итуда напряжения
Гтач ^inin ’2
371-173
2
= 99 МПа.
Среднее касательное напряжение
Чпах 1 vnnn ср -
= 272 МПа.
Предел выносливости для пружинных сталей г_, = 330... 430 МПа, для расчета принимаем т_| = 420 МПа, тогда запас прочности
г,,	_	420
та + atTcp 99 + 0,10 • 272
где оц. - 0,1 ...0,2 — выбирается в зависимости от предельной амплитуды.
Число рабочих витков клапанной пружины
./ __ (/о + Лсл max ) /,,р ~ ЯР лР °' пртах“ир
2 -0,44 -8,3
8 - 268 - 2.93 • IO"6
483
где G = 8,3-HP — модуль упругости второго рода, МПа;/) — высота сжатой пружины; (fa + Лмп1ах) — уменьшение длины пружины при полностью открытом клапане, мм.
Полное число витков пружины 7пр = 7'р + 2 = 8 + 2 = 10, для расчета можно принять 7||р = 8... 10.
Клапанные пружины проверяют па собственные резонансные колебания, кол./мин:
нс = 2,17[8/(/71//2р)|107,
где 8 и Jnp выражены в миллиметрах; пс — частота колебаний пружины в минуту.
пс = 2,17|4/(8 - 292)] I07 = 12901 кол./мин.
Отношение частоты собственных колебаний пружины к частоте вращения (об/мин) распределительного вала должно быть в пределах 4... 7. В данном случае
/7с/лрв= 12 901/2 700 = 4,77.
Проведенными расчетами установлено, что напряжения, возникающие при работе сопряженных в клапанном узле деталей, ниже предельно допустимых. Это определяет их необходимый запас прочности, обеспечивающий равнодолговечность и надежность деталей клапанного узла с деталями кривошипно-шатунно-го механизма в пределах заданного ресурса принятого к расчету двигателя.
Контрольные вопросы
1.	Назовите основные соотношения элементов поршня (</„„, /, />, 8|1ор).
2.	Каковы средние значения удельных давлений на поршень, возникающих от боковой силы /Vv, для двигателей ле1ковых и грузовых автомобилей?
3.	В каких пределах лежат удельные нагрузки на втулку верхней головки шатуна п на бобышки поршня?
4.	Каково среднее давление компрессионных и маслосъемных колец на стенки цилиндра?
5.	Что понимается под грушевидной и овальной эпюрами поршневых колец? Каковы основные преимущества колец с овальной эпюрой?
б.	Как определяются исходные параметры для расчета верхней головки шатуна (J и £)1Ш — соответственно внутренний и наружный диаметры) исходя из расчетных схем шатуна и поршня?
7.	Каковы пределы суммарного напряжения сжатия о, в стержне шатуна с учетом коэффициента его продольного изгиба?
8.	Назовите соотношения основных параметров WfuplU|, ZOpHU. и др.) клапанного узла исходя из расчетной схемы (см. рис. 24.4).
9.	Каковы численные значения предела выносливости пружинных сталей и как определяется запас прочности клапанных пружин?
Глава 25
РАСЧЕТ СИСТЕМ ДВИГАТЕЛЕЙ
25.1.	Расчет системы охлаждения
В автомобильных двигателях в качестве теплоносителя в жидкостных системах применяют воду или низкозамерзающие жидкости — этиленгликолевые антифризы. Применяемые антифризы имеют высокий коэффициент объемного расширения, в связи с этим системы охлаждения оборудуют расширительными бачками. Кроме того, антифризы имеют меньшую теплопроводность, что снижает теплоотдачу и повышает температуру таких деталей, как поршни и гильзы цилиндров примерно на 15...20 С, при этом температура масла в поддоне картера повышается на 20...25 С, а температура охлаждающей жидкости при выходе из двигателя на 5...7 С выше, чем при охлаждении водой.
Чтобы увеличить отдачу теплоты, применяют, как правило, жидкостные системы охлаждения закрытого типа с принудительной циркуляцией жидкости и одним или двумя способами регулирования теплового состояния двигателя. Одним из способов является распределение теплового потока жидкости в рубашке охлаждения блока цилиндров, другим — изменение количества воздуха, проходящего через радиатор.
Максимальная температура теплоносителя в жидкостных системах охлаждения закрытого типа составляет I05... I08°C, в системах охлаждения открытого типа — 95...98 С. Емкость систем охлаждения (л) ориентировочно составляет: для легковых автомобилей — (0,10...0,20)%, для грузовых — (0,25...0,40)/%..
Систему охлаждения рассчитывают, как правило, для работы двигателя при %тахили для режимов, соответствующих Л/<>тах.
Для проектируемого двигателя при принятых значениях %гшх = = 57 кВт и пе = 5 400 об/мин количество теплоты, отводимой от двигателя, определяют на основании его теплового баланса или из выражения
= 800 • 57 = 45 600 Дж/с,
где q — количество отводимой теплоты, Дж/(кВт-с).
По опытным данным значения q принимают: для карбюраторных двигателей 800... 1 250, для дизелей — I 100... I 150 Дж/(кВт-с).
Количество охлаждающей жидкости (воды), циркулирующей в системе охлаждения:
485
Охл______
Рж^-А Ga IH.IX ИХ
45 600
1 000 - 4187•8
= 0,00136 м’/с,
где рж — плотность жидкости; Сж — теплоемкость жидкости:
С|ю;1 = 4187
э.глпк
= 3 840
Дж кг’С
Разность температуры жидкости на входе и выходе из радиатора Д пых_ Д их = 5... 10 °C для радиаторов двигателей легковых автомобилей; принимаем равной 8 С.
Определение поверхности охлаждения радиатора производится по формуле
' =--------0™-------= 45600 = 9 2
Р	Ж ер- /покер) 140-30
где R — коэффициент теплопередачи через стенки радиатора, Вт/(м!-'С); принимаем R = 140 Вт/(м2-°С). По опытным данным R = 140... 180 Вт/(м2- С) для легковых автомобилей, для грузовых — R = 80... 105 Вт/(м2-°С); /жхр = (/ралвх + град.ВЬ1Х)/2 — средняя температура жидкости в радиаторе; /1ипср = (/В(П вх + /вохвых)/2 — средняя температура воздуха, проходящего через радиатор, принимаем 7ж.ср Аюз.ср ~ 30...45 С.
Для предварительных расчетов поверхность охлаждения радиатора, м2, принимают Град = fNe. где f — удельная поверхность охлаждения, м2/кВт. По опытным данным для легковых автомобилей/=0,14... 0,30 м2/кВт, для грузовых — /= 0,2...0,4 м’/кВт.
Мощность, необходимая для привода жидкостною насоса:
С7ЖРЖ	0,00136-80	1Э
„ = —- — = - - п - ----= 0,247 кВт
ПлПмПн 0,44
где Рж — напор, создаваемый насосом; при расчетах может быть Рж = 40...90 Н; принимаем Рж = 80 Н; гр, = 0,6...0.7 — гидравлический КПД насоса; = 0,7...0,9 — механический КПД насоса; Л,, = 0,8...0,9 — КПД подачи насоса. Принимая средние значения коэффициентов, получим = 0,65-0,8-0,85 = 0,44.
25.2.	Расчет смазочной системы
Смазочная система является одной из основных систем двигателя, определяющих его надежную и экономичную работу, и выполняет функции снижения износа и уменьшения трения в сопряженных деталях, уплотнения кольцевого зазора между порш-
486
новым кольцом и гильзои цилиндра, охлаждения пар трения и зашиты их от коррозии, а также удаления с деталей нерастворимых и масле примесей.
В зависимости от способа подвода масла к трущимся поверхностям смазочные системы подразделяются на системы с разбрызгиванием масла (капельные), принудительные и комбинированные, последние получили наибольшее распространение в автомобилестроении, так как позволяют упростить конструкцию двигателя. В такой системе часть трущихся поверхностей смазывается разбрызгиванием или принудительным маслораспредсленпем. а под давлением масло подводится только к наиболее напряженным узлам трения, главным образом к подшипникам коленчатого и распределительного валов.
Поэтому в данном разделе для расчета принимается комбинированная смазочная система. Расчет начинается, как правило, с определения количества теплоты отводимой смазочной системой в окружающую среду:
= (0,02... 0,03) &О|1 = 0,025-200 = 5,0 кДж/с,
где QIWI — теплота, внесенная с топливом; при заданной мощности двигателя 01О11« 180...220 кДж/с, принимаем = 200 кДж/с.
Объем масла. необходимый для отвода данного количества теплоты от смазываемых поверхностей:
См
Р См	- С )
5
900 2,094 15
= 0,00018 м’/с,
где р = 900...950 — плотность масла, кг/м’; С„ = 2,094 кДж/(кг-°С) — теплоемкость масла, выходящего из узла трения.
Для автомобильных двигателей разность температур масла на входе и выходе из смазочной системы /"- /' = 12... 17 С; принимаем 15 °C.
Секундный расход масла с учетом утечки и других неизбежных потерь, включая перепуск масла через редукционный клапан:
К, = ЯК/Пм = 2,5-0,00018/0,75 = 0,0006 м’/с,
где К = 2,0...2,5 — коэффициент, учитывающий утечки; г]м — коэффициент подачи масла насосом, принимаем г]м = 0,75.
При проектировании смазочных систем следует учитывать, что производительность смазочных насосов лежит в следующих пределах: для карбюраторных двигателей И' = 0,0006... 0,0025 м /с; для дизелей — И' = 0,0008...0,006 м’/с, для расчета принимаем = 0,0006 м /с.
487
Тогда длина {высота) зуба шестерни смазочною насоса:
,	0,0006-60
b = -—-— =------------------------= 0.016 м = 16 мм
2птЧн 2 • 3,14 • 0,004252 - 7 - 2 700
где т = 0,00425 м — модуль зацепления зуба (т = 4,25 мм); z = 7 — число зубьев шестерни; п = 2 700 об/мин — частота вращения шестерни при К' = 0,0006 м3/с.
Длину зуба шестерни насоса можно также определить из выражения
Ь =----------------
2nm2zn • 60 10 6г|м ’
где г|„ — механический КПД насоса. Мощность, потребляемая насосом:
0,0006-0,4-106 0,85
= 282 Вт = 0.282 кВт,
где — объем масла рабочий; р — перепад давлений при входе и выходе из насоса; р- 0,3...0,55 МПа — для карбюраторных двигателей и р - 0,6... 1,0 МПа — для дизелей, принимаем р = 0.4 МПа; т|м = 0,8...0,9 — механический КПД насоса, принимаем г|м = 0,85.
Масляный радиатор устанавливается обычно впереди радиатора системы охлаждения и может включаться автоматически с помощью датчика или вручную водителем в зависимости от реальных условий эксплуатации автомобиля. Теплота, отводимая маслом от двигателя при включении масляного радиатора, передастся через его поверхность.
Площадь охлаждения масляного радиатора
где = 40... НО Вт/(м2- С) — коэффициент теплопередачи от радиатора к воздуху; принимаем /?м = 95 Вт/(м °C); средняя температура масла Лм.р-ихср = (/мпх + /м.вых)/2 = 75...85 С; принимаем равной 80 С; /возраяср = 40...45 С; принимаем равной 42 С, тогда рал.ср — бюз.рад.ср = 80 — 42 = 38 С.
25.3-	Расчет секции топливного насоса и форсунки дизеля
Определение цикловой подачи и размеров топливной секции.
Основными расчетными параметрами топливной секции являют
488
ся полный ход /„, и диаметр <7Н1 плунжера. Полный ход плунжера вшпочаст в себя холостой ход плунжера /х, при котором закрываются впускные отверстия, активный ход плунжера /,. в течение которого происходит сжатие и впрыскивание топлива через форсунку, и дополнительный ход плунжера 1и ог копна впрыскивания до крайнего верхнего положения плунжера. Теоретическое количество топлива, подаваемое в цилиндр двигателя насосной секцией за один цикл, равно объему активного хода плунжера, мм3:
V. = (лг/2/4)/а.
Цикловая подача — это количество топлива, которое необходимо подавать насосной секцией в цилиндр двигателя за один цикл при часовом расходе топлива Gm. Цикловая подача определяется из выражений:
Сил = (Сл,-2)/(лс-60/) кг или Г1|Д = (Сл,-2)/(л/60/рт) мм3,
где пе — частота вращения коленчатою вала, об/мин; 7 — число цилиндров двигателя; рт — плотность топлива, кг/л; (л/607) — число рабочих циклов в минуту.
Из-за уменьшения подачи топлива вследствие износа плунжерной нары и возможной перегрузки двигателя предусматривается 15... 30%-ный запас, а поэтому топливный насос рассчитывают на действительную по объему подачу топлива, мм3, за один цикл:
^=(1,15... 1,30)К....
Поступающее в цилиндр через форсунку действительное количество топлива И, всегда меньше теоретического вследствие утечки топлива через зазоры и неплотности, сжимаемости топлива и деформации топливопроводов высокого давления. Отношение объема топлива, действительно подаваемого за цикл, к объему, описываемому плунжером за активный ход, называется коэф-фицентом подачи насоса
Пн = ид/гт.
Значения коэффициента подачи насоса лежа, в пределах г|„ = = 0,65...0,90.
Следовательно, объем активного хода плунжера, мм’/цикл:
Ип=(1,15...1,30)И„.д/П„.
Активный ход плунжера составляет примерно 0.35 от полного хода плунжера /ги, поэтому объем полного перемещения плунжера, мм/цикл:
= Ит/0,35, или К, = (яг/,1,/4)/,,.,.
489
При определении параметров топливных секций часто пользуется отношением т = l^/d^ которое лежит в пределах 0,7... 1,6. Зная значение Ин и задавшись отношением т, можно получить значения диаметра плунжера б/ш| и полного хода плунжера /пл, исходя из выражений
Ki (ltdпл/4)/пл, d— 4Ин/(дт), /н ( — xdnn.
Диаметр плунжера должен быть не менее 6 мм во избежание технологических сложностей его изготовления. На основе принятого хода плунжера изготавливают профиль кулачка вала топливного насоса с учетом продолжительности процесса впрыскивания топлива, который находится в пределах 20...35 по углу поворота коленчатого вала.
Расчет основных параметров форсунки. Основными параметрами являются высота подъема иглы в момент впрыскивания и диаметр распыляющего отверстия — суммарная площадь сопловых отверстий. Высота подъема иглы конструктивно должна обеспечивать получение такою проходного сечения, которое позволяло бы пропускать максимальное количество топлива, подаваемого за цикл.
Диаметр сопла dc форсунки и общую площадь Дм па примере четырех сопловых отверстий площадью / находят по формулам:
dc = ^(4/ )//ум ~
где z — число сопловых отверстий; — максимальное количество топлива, впрыскиваемое форсункой за один рабочий цикл, мм3; гцр — средняя скорость истечения форсунок, мм/с; / — средняя продолжительность подачи топлива за цикл, с.
Средняя скорость истечения топлива, мм/с, из сопла форсунки
= 100<p1/2<g(pBn — р, )р,,
где (р — коэффициент истечения, учитывающий сопротивление сопла форсунки, для открытых форсунок ср = 0,7...0,8; для закрытых — (р = 0,6...0,7; рВ1| — давление впрыскивания топлива под иглой, МПа; рг — давление газов в цилиндре в момент впрыскивания, МПа; рт — плотность топлива, кг/л.
Давления /?1Н| и р{ определяют параметры нагружающей иглу пружины таким образом, чтобы сила се предварительной затяжки была равна сумме давления газов внутри цилиндра и давления начала подачи топлива.
При определении се численные значения должны быть ориентированы на пределы (1,3... 1,6)- 10 мм/с.
490
Среднюю продолжительность подачи топлива /, с, за цикл приближенно определяют по принятому углу подачи 0 впрыскивания топлива из отношения:
Г = (0/36О)/(?7е/6О) = 0/(6/?е), где пе — частота вращения вала дизеля, об/мин.
Процесс подачи топлива должен происходить при нарастающей скорости перемещения плунжера, в противном случае впрыскивание может быть прерывистым с падением давления в подводящем трубопроводе. По опытным данным средняя скорость перемещения плунжера в зависимости от конструкции топливного насоса составляет 0,7... 1.5 м/с.
Контрольные вопросы
1.	По каким формулам определяются количество теплоты ((?очл), отводи мой от двигателя, и количество охлаждающей жидкости циркулирующей в системе охлаждения? В каких единицах они измеряются?
2.	С учетом каких параметров определяется площадь поверхности радиатора системы охлаждения?
3.	Назовите численные значения производительности насосов смазочных систем. Как исходя из лого определяется длина зуба шестерни смазочною насоса?
4.	Как определяется площадь масляною радиатора? Укажите численные значения параметров теплопередачи от радиатора к воздуху.
5.	Что такое цикловая подача топлива секциями насоса высокого давления и но каким формулам она определяется?
6.	Назовите расчетные параметры юпливнои секции и приведите формулу объема (^,) полного перемещения плунжера.
7.	Как определяют общую площадь сопловых отверстии форсунок и среднюю скорость истечения из них топлива?
Раздел VI
ТЕОРИЯ АВТОМОБИЛЯ
Глава 26
СИЛЫ, ДЕЙСТВУЮЩИЕ НА АВТОМОБИЛЬ
26.1.	Сила тяги на ведущих колесах и анализ скоростной характеристики
Силы, действующие на автомобиль, разделяют на силы, движущие автомобиль, и силы, оказывающие сопротивление его движению. Основной движущей силой является сила тяги, приложенная к ведущим колесам. Для определения силы тяги используют скоростную (внешнюю) характеристику двигателя, которая определяет зависимость мощности Ne, кВт, и крутящего момента А/с, Нм, от частоты вращения коленчатого вала двигателя. Зависимость между мощностью и крутящим моментом может быть выражена формулой
Ме = (3 104/ji)(/Vc///J = 9 554(7VC//?C).	(26.1)
Крутящий момент, развиваемый двигателем, передается на ведущие колсса через агрегаты трансмиссии. Если обозначить передаточные числа коробки передач /к, главной передачи /0, а потери в трансмиссии учесть в се КПД г|т, то момент движения М(1 на ведущих колесах
A/j — A/e/K/()ii|,
где /к/0 = /ф — передаточное число трансмиссии; Г|т — механический КПД трансмиссии.
При движении автомобиля окружное усилие — тяговая сила, равно подведенному к ведущим колесам моменту движения M(t (крутящему моменту), деленному на радиус качения колсса гк:
M.d/rK = Pd = Л/^к'оП.Ак-	(26.2)
Крутящий момент колсса (момент движения) вызывает в точке контакта колсса с дорогой силу трения Рк (сила противодействия дороги окружному усилию Pd), которая называется касательной или тангенциальной реакцией (рис. 26.1). Сумма окружных усилий обоих ведущих колес равна той тяговой (толкающей
492
Рис. 26.1. Силы, действующие на ведущие колеса
силе), которая передастся рамс автомобиля, заставляя его двигаться вперед. Кроме моментов M(h силы Pd и рсакци i /\, на ведущие колеса автомобиля действует вес автомобиля 6Л и его составляющие — силы тяжести <7К, приходящиеся на каждое колесо и вызывающие со стороны дороги вертикальные (нормальные) реакции ZK.
При повороте автомобиля и движении по дороге с поперечным уклоном колесо воспринимает также поперечную силу К, в результате чего возникает боковая реакция дороги YK.
В целом для определения технико-эксплуатационных качеств автомобиля необходимо знание динамических показателей двигателя, под которыми понимается характер протекания кривых мощности и крутящего момента при его работе по скоростной характеристике, т.е. при полном открытии дросселя в карбюраторном двигателе или полной подаче топлива в дизелях.
При анализе внешней характеристики (рис. 26.2) на кривой мощности можно отметить ряд характерных точек, соответствующих различным режимам работы двигателя.
Точка а — режим минимально устойчивой частоты вращения коленчатого вала двигателя. При этом мощность Ne — минимальна, а удельный расход топлива gt. — максимален. Значения //е|П1П для карбюраторных двигателей! находятся в пределах 500... 900 об/мин, а для дизелей — 350...700 об/мин.
Точка Ь — режим максимальной мощности, характеризующийся предельным значением мощности с координатами Л^,П1их—д^£,т.1Х и соответствующими ей значениями крутящего момента и удельного расхода топлива.
Точка с — режим максимального крутящего момента Л/С1П.1Х или среднею эффективного давления. Эта точка определяется координатами Nen—neni. Значения отношения частоты вращения пет при максимальном крутящем моменте к частоте вращения //сд;1П|Х при максимальной мощности лежит в пределах 0,50...0,75.
493
Ne, кВi
Рис. 26.2. Характерные точки скоростной характеристики
Точка d — режим максимальной частоты вращения летах коленчатого вала. Кривая мощности скоростной характеристики в этой точке обрывается с целью предотвращения предельных износов из-за высоких частот вращения коленчатого вала. У двигателей грузовых автомобилей два последних режима (точки b и d) практически совпадают из-за наличия у них ограничителя или регулятора частоты вращения и соответствуют частоте вращения, при которой эти механизмы срабатывают. При проектировании двигателей легковых автомобилей стремятся к тому, чтобы максимальная частота вращения коленчатого вала, соответствующая максимальной скорости движения автомобиля по горизонтальной дороге с твердым покрытием, не превышала более чем на 20 %.
Та б л и на 26.1
Численные значения постоянных коэффициентов а, Л, с
Коэффициенты •	Д вига гели			
	Карбюра-торные	Дизели		
		прямоструйные	предкамерные	вихре камерные
а	1	0,5	0,7	0,6
b	1	1,5	1,3	1,4
с	1	1,0	1,0	1,0
494
В условиях эксплуатации автомобильные двигатели работают на частотах вращения преимущественно в интервале nem—neN
В условиях производства скоростная характеристика снимается на специальном тормозном стенде.
Если двигатель нс подвергался испытаниям или отсутствует экспериментальная кривая мощности, то строить се приходится обычно с помощью эмпирических зависимостей, пользуясь данными технической характеристики двигателя и соотношениями между Ne и пс.
Одной из таких зависимостей является
Ne = Nm
(26.3)

где Ne — определяемая (текущая) мощность при задаваемых интервалах частот вращения //е; Nm — номинальная мощность двигателя при соответствующей частоте вращения пт.
Значения коэффициентов (а, b и с) уравнения кривой мощности приведены в табл. 26.1.
Если эмпирическую зависимость (26.3) кривой мощности использовать для определения крутящего момента по формуле (26.1), а зачем эти выражения исследовать на Л/<<11т из соотношения между частотой вращения максимума мощности и частотой вращения максимального момента пе„„ то в общем случае найдем пст - Ь/{2пепгл^, и таким образом для бензиновых двигателей пип = = 0,5//ишх, для дизелей не„,= (0,65...0,75)//С|П;1Х.
Исходя из этою по скоростной характеристике определяется коэффициент приспособляемости Апр, который представляет собой отношение максимального крутящего момента к моменту при максимальной мощности:
^пр = ^ета\/ ^eNemAX-
Чем ближе величина А,1р к единице, тем лучше двигатель приспосабливается к нагрузкам, создаваемым условиями движения. Коэффициент приспособляемоети лежит в следующих пределах: для дизелей — 1,05... 1,15, для бензиновых двигателей — 1,2... 1,4.
26.2.	Нагрузочная характеристика двигателя
Двигатели внутреннего сгорания работают нс только при полном открытии дросселя (полной подаче топлива), но и на других режимах. Поэтому с помощью скоростной характеристики нельзя достаточно полно оценить экономичность дви1атсля при различных режимах его работы. Для анализа экономических показателей
495
Рис. 26.3. Нагрузочная характеристика двигателя:
а — схема движения автомобиля в реальных условиях по режиму нагрузочной характеристики; б — характер протекания кривых и Gm при различной степени (сс) использования мощности двигателя
на различных режимах снимают так называемые нагрузочные характеристики — имеется в виду нс одна, а несколько — А, Б, В, Г, для данного типа двигателя (рис. 26.3).
Нагрузочная характеристика карбюраторного двигателя представляет собой кривые изменения часового Gm и удельного ge расходов топлива в зависимости от изменения нагрузки. При снятии нагрузочной характеристики частоту вращения вала поддерживают постоянной пе = const. Переменным является положение дроссельной заслонки, поэтому эту характеристику часто называют дроссельной. В условиях эксплуатации автомобильные двигатели много времени работают на прикрытых дросселях, поэтому для оценки их экономичности необходимо иметь соответствующие характеристики для конкретного положения дроссельной заслонки.
496
На графике нагрузочной характеристики по оси абсцисс откладывают, как правило, значения мощности Nv в процентах, считая за 100 % мощность (кВт/ч), развиваемую двигателем при рассматриваемых частотах вращения коленчатого вала на полностью открытом дросселе. По оси ординат отложены значения часовых и удельных расходов топлива. При полностью открытой дроссельной заслонке удельный расход равен расходу, который определяют по скоростной характеристике при той же частоте вращения. На холостом ходу, когда мощность Ne = 0, а часовой расход топлива G„, имеет конечное значение, удельный расход топлива достигает максимума.
Каждая кривая нагрузочной характеристики соответствует одной постоянной частоте вращения, причем переход от одной точки кривой к другой производят изменением степени открытия дроссельной заслонки, а постоянную частоту вращения коленчатого вала поддерживают изменением нагрузки двигателя при помощи гидравлического или электрического тормоза, а в условиях движения автомобиля —- реальными дорожными условиями. Часовые расходы топлива изменяются почти по линейному закону. Резкие перегибы кривых Gm и ge вверх при нагрузках, близких к максимальной, вызваны значительным обогащением горючей смеси экономайзером или ускорительным насосом.
Примером работы двигателя по нагрузочной характеристике в эксплуатационных условиях является тот случай, когда автомобиль движется на прямой передаче с некоторой постоянной скоростью по доро!с различного качества (рис. 26.3. а).
При переходе к более тяжелой дороге для сохранения прежней скорости движения и, следовательно, гой же частоты вращения коленчатого вала двигателя необходимо соответствующее увеличение открытия дросселя, т.е. увеличения нагрузки; при переходе к более легкой дороге сохранение прежней скорости движения достигается путем прикрытия дроссельной заслонки, т.е. уменьшением нагрузки.
26.3.	Сущность построения скоростной характеристики
Для рассмотрения примеров тягово-динамического расчета принимаем за основу техническую характеристику модернизированною грузопассажирского легкового автомобиля прототипа ГАЗ-310221 «Волга» с кузовом «универсал» и полной нагрузкой по массе Ga = 23 936 Н (масса автомобиля 2 440 кг). Двигатель мощностью
= 66,17 кВг при пе = 3 600 об/мин с минимальным удельным расходом топлива ge - 299,2 г/(кВт-ч). При проведении тягово-динамического анализа в целях сокращения расчетов принимаем только три определяющих передаточных числа в коробке передач:
497
7Ki = 3,155; 7к2 = 1,772; 7к3пр = I; передаточное число главной передачи — 70 = 4,55; КПД трансмиссии г]т = 0,9; коэффициент сопротивления качению колес/= 0,018; шины типа «Север» с маркировкой — 177/R15C, где 177 мм (7") — ширина профиля шины, мм, 15 — посадочный диаметр в дюймах, для определения /;(м) принимаем их размерность 7,0" — R15"; коэффициент деформации X = = 0,96; лобовая площадь автомобиля 2,3 м2; коэффициент обтекаемост и К = 0,25 Н • с2/м4.
Используя эмпирическую зависимость (26.3) и формулу (26.1), проведем расчет и построение кривых эффективной мощности Ne и крутящею момента Ме скоростной характеристики двигателя автомобиля, принятого к расчету. В общем случае при расчетах значений кривых Nen Мс частоту вращения коленчатого вала л€,тах можно разбить на какое угодно число интервалов 7, но нс менее четырех и для каждого интервала следует определять текущее значение мощности и крутящего момента, например через каждые 720 об/мин.
Расчет начинается с установления максимальной частоты вращения /7гпшх, принимаем
= 1,2 • 3 600 = 4 320 об/мин;
тогда число интервалов 7 = 4320/720 = 6.
Коэффициенты /?, с для данного карбюраторною двигателя в расчеты нс принимаются, так как они равны единице.
Исходя из этого производим расчеты точек кривой мощности по формуле (26.3):
Ne2 = бб, 17
1440
3 600
1440
3 600
1440
3 600
= 32,82 кВт.
Решая далее, аналогично получим значения соответственно для остальных четырех точек мощности, кВт: 49,23; 61,40; 66,17; 60,35.
После этого производим расчеты точек кривой крутящего момента по формуле (26.1):
Ме[ = 9 554- 15,35/720 = 203,7 Н м;
Ме2 = 9 554-32,82/720 = 217,75 Н • м.
Аналогично получим значения моментов, Н-м, и для остальных четырех точек, соответственно 217,75; 203,71; 175,61; 133,47.
498
Таблица 26.2
Значения Ne и Ме при различных частотах вращения
Параметр	Частота вращения вала двигателя					
	720	1440	2 160	2 880	3 600	4 320
/V,., кВт	15,35	32,82	49,23	61,4	66,17	60,35
н-м	203,7	217,75	217,75	203,71	175,61	133,47
Исходя из полученных значений крутящих моментов определяем коэффициент приспособляемости двигателя
е шах
217,75
175,61
= 1,24.
Полученные данные сводим в табл. 26.2 и в принятых масштабах строим расчетный график скоростной характеристики двигателя (рис. 26.4).
Рис. 26.4. Скоростная характеристика двигателя, принятого к расчету
499
пр ~
Определение удельного расхода топлива gc производят следующим образом. На графике скоростной (внешней) характеристики двигателя обычно размещаются и кривые топливо-экономических показателей — это удельный ge и часовой Gnt расходы топлива. Практически оптимальное значение ge, г/(кВтч), определяют опытным путем, замеряя при работе двигателя на стенде его эффективную мощность Ne и часовой! расход топлива Gr„ откуда
ge = Gm/Ne.
№>А)
Среднее значение ge для карбюраторных двигателей лежит в пределах 280...340 г/( кВт-ч), для дизелей — 220...260 г/(кВт*ч). В соответствии с исходными данными для данного типа двигателя минимальный расход топлива составляет ge = 299,2 г/(кВт* ч).
На практике считают, что значение усредненного удельною расхода в точке а (см. рис. 26.4) составляет 1,2, а в точке d — I 3 от принятого удельного расхода.Тогда удельные расходы топлива в точках а и d соответственно составляют: в точке a gc= 1,2 • 299,2 = = 359 г/(кВт*ч); в точке d — & = 1,3*299,2 = 389 г/(кВт*ч). По удельному расходу топлива в этих и промежуточных точках (которые рассмотрены далее) можно приближенно определить характер протекания кривой gc.
Определение часовых расходов топлива Gm, кг/ч, в общем случае производится по формуле
Gm = иЛе)/И)3.
Часовой расход топлива, кг/ч, при минимальном удельном расходе ge
Gmin = (299,2 -49,23)/10’ = 14,73.
Соответственно часовой расход топлива в точках а и составит
б„„, = (359- 15,35)/10’ = 5,51 кг/ч:
Gmd = (389 • 60,35)/!О3 = 23.47 кг/ч.
Аналогично определяем промежуточные точки кривой б^для Ne2 = 32,82 кВт и б„,4 для Ne4 = 61,4 кВт при соответствующих промежуточных значениях &,2 = 315 и ge4 = 317 г/(кВтч).
Исходя из этого получим
б„,2 = (&зМ.)/1 000 = 315-32,82/10’ = 10,3 кг/ч;
6,„4 = М/1 000 = 320-61,4/10’ = 19,46 кг/ч.
В принятых масштабах но полученным данным строим кривые удельных и часовых расходов топлива на графике скоростной (внешней) характеристики.
500
Анализ кривых скоростной характеристики, полученных путем стендовых испытаний (см. рис. 20.2), и характеристики, полученной по аналитическим зависимостям (см. рис. 26.4), показывает, что они в целом идентичны. Для однотипных двигателей допустимые отклонения в характеристиках, снятых па стенде и полученных расчетными способами согласно руководящим техническим материалам, не должны превышать 2...4 %. Выявленные отклонения в характере протекания кривых устраняются на стадиях производствен nori доводки двигателей.
26.4.	Уравнение движения автомобиля
Уравнение движения связывает силы, движущие автомобиль, с силами сопротивления и позволяет определить характер движения автомобиля в реальных условиях эксплуатации. Мощность, развиваемая двигателем, затрачивается на преодоление сопротивлений движению и ее можно выразить равенством
N = T.N
•'е Х^^’сопр-
Развернутое уравнение, отнесенное к двигателю и выраженное через его мощность, имеет вид
Nc- Nr = N + N + Nh+ N.
(26.5)
Это уравнение называется уравнением мощностного баланса. Основными составляющими этою уравнения являются:
•	механические потери в трансмиссии (мощность, теряемая в трансмиссии — 7Vr);
•	сопротивление качению колес по дороге (мощность сопротивления /Vy, а сила — Pf)\
•	сопротивление воздушной среды (мощность сопротивления A/z, сила сопротивления — Pw)\
•	сопротивление при движении на подъем (мощность сопротивления Nh„ сила сопротивления — РЛ);
•	сопротивление при разгоне (мощность сопротивления /V, сила сопротивления — Pj).
Разновидностью уравнения мощностного баланса является уравнение, отнесенное к ведущим колесам и выраженное в силах:
Р/+ ри + Р„ + Рр
(26.6)
которое называется уравнением тягового баланса. Первые два сопротивления этого уравнения являются постоянными и невозвратимыми, а последние два сопротивления являются переменными и возвращаются при движении на уклоне и по инерции.
501
Согласно уравнению (26.5) часть мощности, снимаемой с двигателя, затрачивается на преодоление трения в механизмах, находящихся между маховиком двигателя и ведущими колесами. Мощность, теряемая в трансмиссии, равна разности между мощностью двигателя и мощностью на ведущих колесах:
Nr=Ne~N<!-
Исходя из этого КПД трансмиссии можно определить как отношение мощности на ведущих колесах к мощности двигателя:
П. = АЖ = W - Nr)/Ne.
Сочетание двух последних формул дает соотношения
/Ч/=пЖ; М=(1 -пЖ.
Значения КПД трансмиссии лежат в следующих пределах: для легковых автомобилей — 0,86...0,92; грузовых автомобилей — 0,80...0,90. В холодное время на стадии начала движения автомобиля КПД снижается до 0,60...0,70.
Скорость движения автомобиля влияет на характеристики и численные значения составляющих уравнений мощностного и тягового балансов. Скорость движения автомобиля определяется частотой вращения коленчатого вала, передаточным числом трансмиссии (/‘гр = /к/0) и радиусом ведущего колеса гк:
va = (2ъгкпк)/60.
Так как скорость, равная 1 м/с, составляет 3,6 км/ч, то для получения скорости, выраженной в километрах в час (км/ч), необходимо скорость, выраженную в метрах в секунду (м/с), умножить на коэффициент 3,6.
Частота вращения колеса зависит от частоты вращения коленчатого вала двигателя пс, передаточных чисел коробки /к и главной передачи /0 и определяется из соотношения:
«к = Я<./('к/о).
Отсюда формула скорости движения автомобиля, км/ч, имеет вид
“	60 ’ /к/0’
или после упрощений
va = 0,377^.	(26.7)
'к'о
502
Радиус ведущего колеса гк не является величиной постоянной, а изменяется под влиянием действующих на него сил. Различают следующие радиус колеса статический, динамический и качения.
Статическим радиусом колеса гс называется расстояние от оси неподвижного колеса до опорной поверхности. Колесо при этом нагружено лишь вертикальной нагрузкой.
Динамическим радиусом колеса гл называется расстояние от оси колеса до опорной поверхности, по которой оно движется. Колесо при этом испытывает вертикальную нагрузку и подвергается воздействию окружной и боковой сил. Поэтому значение этого радиуса зависит не только от вертикальной нагрузки и давления в шине, но также от скорости вращения колеса и передаваемого момента.
Радиусом качения колеса гк называется радиус условного неде-формированного колеса, которое имеет с действительным одинаковую угловую и линейную скорости. При отсутствии проскальзывания колеса гк = гд. На практике, измеряя путь проходимый колесом, и его частоту вращения лк, можно подсчитать радиус качения, м:
Гк = SJ(2nnJ.
Коэффициент деформации и размерность шины. Радиус качения колеса в процессе движения автомобиля не является величиной постоянной, поэтому при расчетах пользуются коэффициентом деформации шины (см. рис. 26.1):
= г Jr,
где гк — радиус деформированного колеса; г — радиус недефор-мированного колеса.
Величина X лежит в следующих пределах: для легковых автомобилей — 0,94...0,96; для грузовых автомобилей — 0,95...0,97.
Элементарный радиус недеформированного колеса, мм:
г = (d/2 + 5)25,4,
где В — ширина профиля шины, дюйм; d — диаметр обода колеса, дюйм — соответственно первое и последнее число в записи размера шин (например, радиальные шины автомобиля ГАЗ-3307 имеют размерность 8.25/R20).
С учетом деформации шин от массовой нагрузки радиус качения колеса, м:
гк =	-25,4 0,001 = 0,0127(J + 25)X.
(26.8)
503
В общем случае при обозначении В — ширина профиля, мм, и d — посадочный диаметр в дюймах (например, ЗИЛ-431410 — 260/R20) радиус качения колеса, м, приближенно определяют по формуле
гк = 0,0121 d + 0,00087 Я
Таким образом, используя формулы для определения радиуса качения ведущих колес и скорости движения автомобиля, можно получить численные значения скоростей в каждом интервале частот вращения на различных передачах.
Расчет производится следующим образом:
в соответствии с технической характеристикой автомобиля, принятого к расчету, шины имеют размерность 7,0/Rl 5 при X = = 0,96; исходя из этого радиус качения колеса
/7 4- ? /?
гк = °+ zox-25,4-0,001 = 0,0127(z/ + 2B\k,
подставляя числовые значения, получим
гк = 0,0127(15 + 14)0,96 = 0,353 м;
определяем скорость автомобиля на передачах, км/ч:
2тГГк/?> *3,6	77*7
=----кл •----  U>3// ~
60/к/о	/к/0
при этом передаточное число главной передачи /0 = 4,55 на всех передачах;
определяем на каждой передаче (/к), /к2,7к3||р) по шесть значений скоростей, т.е. для каждого интервала частот вращения, и данные сводим в табл. 26.3.
Таблица 26.3
Расчетные значения скоростей движения автомобиля на каждой передаче
Передаточное число, /\; скорость движения ц,	Интервалы частот вращения коленчатого вала, об/мин					
	720	1440	2 160	2 880	3 600	4 320
/ к । — 3,155, va ।	6,67	13,34	20,02	26,69	37,37	40,04
'>.2 = 1,772; v.,2	11,88	23,80	35,65	47,53	59,42	71,30
АсЗ ~~ 15 ^аЗ	21,05	42,11	63,17	84,32	105,3	126,35
504
Рис. 26.5. Расчетные значения скоростей автомобиля на передачах
По полученным данным строим график скоростей движения автомобиля на передачах (рис. 26.5), при этом на графике расчетные значения скоростей, приведенных в таблице, округляем до целых значений.
26.5.	Силы сопротивления движению
Сила сопротивления качению. При движении автомобиля тяговое усилие Pd на ведущих колесах расходуется на преодоление ранее рассмотренных составляющих в уравнении тягового баланса, одной из которых является сила сопротивления качению колес Pj. Качение шины по дороге является сложным, оно складывается из деформации шины, деформации полотна дороги и поверхностного трения между шиной и дорогой. К сопротивлению качения относится также трение в подшипниках колес и в элементах подвески. В целом сила сопротивления качению зависит от конструкции и материала шины, скорости движения, приложенных к колесу крутящего момента, внешних сил и дорожных условий.
Деформация шин зависит от нагрузки на колесо, профиля шины, давления воздуха в ней, приложенного к колесу момента, скорости движения, материала и расположения слоев корда и других факторов.
Трение шины о дорогу зависит от формы протектора, размера шины, деформации шины и дороги. Установлено, что основная
505
Рис. 26.6. Схема к определению сопротивления качению
часть энергии затрачивается на внутреннее механическое и молекулярное трение в материалах шины, т.е. на упругую деформацию шины, которая называется гистерезисом.
При качении эластичного
колеса по дороге деформация шины в передней части возрастает,
а в задней — уменьшается, поэтому вертикальные реакции, действующие со стороны дороги на протектор, в передней части контакта больше, чем в задней, как показано на рис. 26.6.
Линия действия силы ZK (равнодействующей нормальных реакций), равной по значению силе тяжести G„ смещается от вер
тикального диаметра вперед на некоторую величину ас, т.е. создается плечо сопротивления качению вследствие действия крутящего момента Md, образующего тангенциальную силу Тг. В результате смещения ас возникает пара сил ZK и (7а; сила ZK создает момент ZKac, противодействующий качению колеса. Для равномерного вращения колеса к нему приложена толкающая сила Г, которая вместе с силой /^образует пару сил. Момент этой пары уравновешивает момент ZKac. Значение силы сопротивления качению Pf, Н, находят из условия равновесия колеса:
ZK67C —
откуда
Отношение ас/гк обозначается буквой f и называется коэффициентом сопротивления качению, следовательно:
Pj= GJ
Мощность Nf, необходимая для преодоления сопротивления качению, кВт:
7VZ = ^(3,6-103) =/<bV3 600,
где Gh = Gacosa при движении автомобиля на подъеме (рис. 26.7).
При скоростях движения до 50 км/ч коэффициент f обычно считают постоянным. При движении с большей скоростью коэф-
506
Рис. 26.7. Силы, действующие на автомобиль при подъеме
фициент/заметно увеличивается из-за внутреннего трения в слоях покрышки с образованием гистерезисных потерь. В этом случае коэффициент сопротивления качению определяется по эмпирическим формулам:
/=/Н 4-0,01(14. -50)| или/=/0(1 + ц?/20000), где/ — коэффициент сопротивления качению при движении автомобиля со скоростью не более 50 км/ч.
Значения коэффициента/) находятся в пределах: асфальтовое и бетонное покрытие — 0,014...0,018; гравийное покрытие — 0,020...0,025; грунтовое покрытие — 0,025...0,035; укатанный снег — 0,07...0,10.
Сила сопротивления воздушной среды. Движение автомобиля связано с перемещением окружающих частиц воздушной среды, на которую расходуется часть мощности двигателя при движении автомобиля.
Сила сопротивления воздуха /^составляется из силы давления встречных частиц воздуха, силы, создаваемой разрежением за автомобилем, и силы трения воздуха о поверхность автомобиля. Сила сопротивления воздуха зависит от лобовой площади автомобиля, его формы, скорости движения, плотности воздуха и может быть подсчитана по полученной опытным путем формуле, Н:
Рш = KFvl,
где К — коэффициент сопротивления воздуха, зависящий от обтекаемости автомобиля, т.е. его формы и качества поверхности кузова или кабины, Н-с2/м'; F — лобовая площадь автомобиля, м2; va — скорость движения автомобиля, м/с.
507
Если скорость автомобиля задана в километрах в час (км/ч), то Pw = KFv2/\3 = XF(va/3,6)2.
Коэффициент сопротивления воздуха К определяют опытным путем. Его численные значения лежат в пределах: для легковых автомобилей — 0,20...0,35; грузовых — 0,60...0,70 Н с2/м4.
Лобовой площадью F автомобиля называют площадь его проекции на*плоскость, перпендикулярную к продольной оси автомобиля. Лобовую площадь (м2) автомобиля определяют по формулам: для легкового — F\= 0,8В}Н; для грузового — F2 = ВН, где В\ — наибольшая ширина легкового автомобиля, м; В — колея грузового автомобиля, м; Н — высота автомобиля, м.
Мощность, необходимая для преодоления силы сопротивления воздуха, кВт или Вт соответственно:
Нш = />а/(3,6-10’) или Nw = KFv.^.
При наличии попутного или встречного ветра со скоростью vB вместо абсолютной скорости va следует учитывать скорость автомобиля относительно воздушного потока:
Pw=KF(va± vB)2/\3.
Знак «плюс» относится к встречному ветру, знак «минус» — к попутному.
На высоких скоростях движения от взаимодействия кузова легкового автомобиля и воздуха возникает также вертикальная (подъемная) сила, воздушный поток которой стремится как бы «оторвать» от дороги днище кузова автомобиля. С этим связано применение спойлерных устройств и кузовов специальной формы, которые снижают подъемную силу и увеличивают сцепление шин с дорогой. При скоростях 130... 140 км/ч вертикальная сила сравнительно невелика, и ее можно не учитывать в расчетах.
Силы сопротивления подъему и дороги. Ранее были рассмотрены основные силы, действующие на ведущих колесах автомобиля. Однако при ускоренном его движении и особенно при преодолении подъема (см. рис. 26.7) появляются дополнительные силы. В общем случае движения автомобиля на подъеме действуют три группы сил.
Первую группу составляют силы Pd, движущие автомобиль. Они образуются вследствие взаимодействия ведущих колес с дорогой и называются силами тяги.
Вторую группу составляют силы, оказывающие сопротивление движению. Это силы сопротивления качения задних Рк\ и передних Рк2 колес, действующих в плоскости дороги; сила сопротивления воздуха Pw, приложенная к центру лобовой площади автомобиля; сила сопротивления подъему Ph — направленная параллельно плоскости дороги и являющаяся составляющей силы тя-
508
жеста (7а автомобиля; сила инерции Рр приложенная в центре тяжести автомобиля и называемая силой сопротивления разгону.
Третью группу сил составляют нормальные реакции дороги на передние Z} и задние Z2 колеса, вызванные перпендикулярной составляющей Gh силы тяжести (массы) автомобиля. Эта группа сил рассматривается отдельно.
Существенное влияние на указанные силы оказывают автомобильные дороги, которые сравнительно редко имеют горизонтальные участки большой длины. Гораздо чаще они состоят из чередующихся между собой подъемов и спусков. Крутизну подъема характеризуют или величина угла а в градусах, или величина уклона дороги /, представляющая собой отношение превышения Н к заложению 5 (см. рис. 26.7). На дорогах с твердым покрытием в городских условиях углы подъема невелики и обычно не превышают 6°. Для таких углов можно принять, что sin а ~ tga. Это дает следующую зависимость между уклоном / и углом а:
/ = tga.
Сила сопротивления подъему Ph зависит от массы автомобиля и от угла подъема дороги. При движении на подъем силу тяжести G, автомобиля можно разложить на две составляющие, одна из которых Gacosa будет направлена перпендикулярно и другая (7asina — параллельно поверхности дороги.
Для малых углов а силу Ptn Н, можно определить из выражения
Ph = Gasina ~ G,tga = GJ.
Мощность, кВт, затрачиваемая на преодоление подъема при движении со скоростью va:
Nh = РЛц,/(3,6-103).
В случае движения автомобиля на подъемах и спусках вторая составляющая силы тяжести, перпендикулярная плоскости дороги, определяет силу сопротивления качению /} на этих участках:
Pf = /(7, cos a.
Величины коэффициента/и уклона i в совокупности характеризуют качество дороги. Поэтому сила суммарного сопротивления дороги Pv, слагающаяся из сил сопротивления качению и подъему, будет иметь следующий вид:
Pv = Pj ± Pft =/G.,coso. ± GjSina = <7.,(/cosa ± sin a). (26.9)
Знак «плюс» берется при движении на подъем, знак «минус» — при движении на спуске. Выражение в скобках обозначается буквой у и называется коэффициентом суммарного сопротивления дороги, т.е.
509
V = /cosa ± sin a =/± /, тогда Pv = 6;1у.
При этом мощность, кВт, при суммарном сопротивлении дороги \|/ составит
Ny = G^vJ'i 600.
Сила сопротивления разгону. При движении автомобиля с увеличивающейся скоростью появляется сила сопротивления разгону. В общем виде она представляет собой силу инерции, зависящую от массы автомобиля тл и ускорения j его движения:
Pj= mJ=
где g — ускорение силы тяжести (9,81 м/с2).
Кроме разгона поступательно движущейся массы автомобиля, часть тяговой силы при ускоренном движении затрачивается на ускорение вращающихся узлов.
При движении с ускорением наибольшие затраты энергии имеют место при разгоне маховика и связанных с ним деталей сцепления, а также колес со ступицами, как обладающими наибольшими моментами инерции. Остальные вращающиеся детали обладают сравнительно малым моментом инерции, и их влияние на разгон автомобиля обычно не учитывается.
Влияние момента инерции вращающихся масс указанных узлов учитывается коэффициентом учета вращающихся масс р, показывающим во сколько раз энергия, необходимая для ускорения (разгона) автомобиля, больше силы инерции его поступательно движущейся массы. Исходя из этого сила сопротивления разгону:
Значение коэффициента р определяется из соотношения
Р = 1,05 + 0,07/2
где /к — передаточное число той передачи коробки передач, на которой производится разгон автомобиля.
Мощность Nj, необходимая для ускорения автомобиля, кВт:
= />а/(3,6 -103) = Wa₽y>a/3600.
26.6.	Нормальные реакции дороги на колеса автомобиля
Схемы сил и реакций, действующих, на автомобиль при неравномерном прямолинейном движении на подъем под углом к горизонтали, изображены на рис. 26.8. К ведущим колесам автомо-
510
Рис. 26.8. Схема сил и реакций, действующих на автомобиль
биля приложена сила тяги Pd, приводящая его в движение. В общем случае движения сила сцепления Рсп двух колес одной оси пропорциональна нормальной реакции /на оба колеса. Это является непременным условием получения необходимой силы тяги и эффективного торможения:
^.и ~ ф/,
где ф — коэффициент сцепления шин с дорогой.
Тогда условие движения автомобиля с одним ведущим мостом определяется зависимостью
Pd < /2(ф + /); если /= 0, то Pd < ф/2.
Во время движения автомобиля нормальные реакции Z, и Z2 на его колесах изменяются в зависимости от условий движения. Если пренебречь сопротивлением качению и считать, что точка приложения силы сопротивления воздуха Р,„ лежит на одной высоте с центром тяжести Л„,= hd, в котором будем считать приложенными силу тяжести G, и силу сопротивления разгону /^,то можно составить следующие уравнения моментов всех сил относительно оси, проходящей через точку А опоры передних колес:
«G,cosa + (Pw+ Ру + Gasina)Arf - Z2L = О,
где L — база автомобиля.
Сумма проекций всех сил на плоскость дороги
рш+ Р)+ 6а sin a = Pd.
511
Заменяя выражение в скобках на Pd, имеем
aG cosa + Pdhd - Z2L = 0.
Если принять для тяговой силы ее максимальное значение, ограничиваемое сцеплением шин с опорной поверхностью, последнее уравнение примет вид
дC^cosa + Z&hd - Z2L = 0.
Решая это уравнение относительно реакции Z2, получим значение нормальной реакции, действующей на задние колеса автомобиля:
Z2 = aGjCOSa/CZ, - <phd).
Сумма проекций всех сил на ось, перпендикулярную к опорной поверхности,
Z| + Z2 = GjCosa,
откуда
Z[ = Gjcosa - Z2.
Подставляя вместо реакции Z2 ее значение, получим значение нормальной реакции, действующей на передние колеса автомобиля:
Z| = G,cosa(Z> - qhd)/(L - <pAJ.
Из формул для определения Z| и Z2 следует, что нормальные реакции на колесах движущегося автомобиля зависят от его конструктивных размеров (базы автомобиля L = а + b и координаты центра тяжести Arf), силы тяжести G,, крутизны преодолеваемого подъема или спуска. Процесс торможения автомобиля вызывает возрастание нагрузки на переднюю ось и уменьшение нагрузки на заднюю.
В статическом (неподвижном) состоянии автомобиля на горизонтальной плоскости дороги реакции на его колесах Z\ = 6, и Z2 = 62, где G| + G2 = G.v Из условия равновесного состояния автомобиля имеем:
<7i = Z\ - GJ)/(a + b) = Gab/L и G2 = Z2 = GAa/(a + b) = Gaa/L.
Отношение значений реакций на передней Zj и задней Z2 осях автомобиля в общем случае движения к их значениям Z\ и Z2 для неподвижного автомобиля, стоящего на горизонтальной плоскости, называется коэффициентом продольного перераспределения нагрузки'.
пц - ZJZ\ = Lcosa(A - qhd)/b(L - yhd) и
512
пъ - ZJZi - Lcqsu4/L - (рйб/.
Высота центра тяжести Лг/и расстояние его от передней оси а, значения которых необходимы для определения значений нормальных реакций и коэффициентов продольного перераспределения нагрузки, определяются опытным путем или берутся из таблиц, составленных на основе экспериментальных данных.
Тяговая сила по условиям сцепления шин с дорогой определяется на основе нормальных и касательных реакций колес с дорогой. При рассмотрении силового баланса было принято, что величина силы тяги зависит от параметров автомобиля (Ме. т|т, /к, /0, гк). Однако это не означает, что увеличивая, например, передаточные числа коробки передач, можно реализовать какую угодно большую тяговую силу, так как ее предельное значение ограничено сцеплением шин с дорожным покрытием. Под силой сцепления РС1| понимается сила, противодействующая скольжению колес относительно дороги, т.е. она является силой трения скольжения, возникающей между шиной и полотном дороги.
Сцепление шины с дорогой оценивается коэффициентом <р, который численно равен отношению наибольшей касательной реакции к реакции колес Z(cm. рис. 26.8):
<Р= PJZ2.	(26.10)
Для обеспечения движения автомобиля необходимо, чтобы тяговая сила Pd на ведущих колесах была меньше силы РС11 сцепления колес с дороюй или равна ей, в противном случае колеса будут буксовать.
Безостановочное движение автомобиля возможно лишь в том случае, если тяговая сила на ведущих колесах нс больше силы сцепления, но равна или больше суммы сил дорожного сопротивления и воздуха:
<pZ2> Pd> Pw.	(26.11)
Если тяговая сила больше силы сцепления, то ведущие колеса пробуксовывают, а в том случае, если суммарная сила сопротивления движению больше силы тяги, останавливается двигатель.
Для переднеприводных автомобилей в формулу (26.11) вместо Z2 подставляют ZH а для полноприводного автомобиля вместо Z2 подставляют (7,cos а.
На коэффициент сцепления оказывают влияние рисунок протектора, степень изношенности шины, скорость движения автомобиля и давление колеса на дорогу, равное по абсолютной величине нормальной реакции Zb Z2. На дорогах с твердым покрытием коэффициент сцепления (р прежде всего зависит от трения между
513
шиной и дорогой, которое определяется типом и состоянием дорожного покрытия. Для различного типа дорог он составляет: с асфальтобетонным покрытием — 0,4...0,7; цементобетонным — 0,5...0,8; грунтовым — 0,3...0,6; укатанным снежным — 0,2...0,3. Причем меньшее значение берется для мокрого состояния полотна дороги.
Контрольные вопросы
1.	Расскажите, в чем сущность образования тяговой силы P(J и других сил (показать на схеме), действующих на колесах при движении автомобиля.
2.	Укажите на кривой мощности скоростной характеристики точки, соответствующие различным режимам работы двигателя, и их отличительные особенности.
3.	Назовите значения составляющих эмпирической зависимости для определения мощности двигателя при тягово-динамических расчетах.
4.	Каково принципиальное различие кривых Gm и нагрузочной характеристики и аналогичных кривых скоростной характеристики?
5.	Зачем нужны уравнения тяювого и мощностного балансов автомобиля и какие составляющие в них входят?
6.	От каких факторов зависит КПД трансмиссии и каковы его средние значения для различных типов автомобилей?
7.	Какие причины вызывают сопротивления: качению, воздуха, подъему, разгона, и от каких факторов они зависят?
8.	Что такое коэффициент учета вращающихся масс и как он определяется?
9.	Какие факторы влияют на коэффициент сцепления шин с дорогой и каковы его средние значения для дорог различных типов?
10.	Каково условие безостановочного движения автомобиля?
Глава 27
ТЯГОВАЯ ДИНАМИКА АВТОМОБИЛЯ
27.1.	Тяговый баланс автомобиля
Для определения тяговой динамики автомобиля, а также ряда его эксплуатационно-технических качеств на практике обычно не I используют принцип сопоставления мощностей, а производят расчеты по движущим силам и силам сопротивления движению. Поэтому уравнение движения удобно представить в виде тягового (силового) баланса, отнеся его к ведущим колесам, с учетом потерь в трансмиссии:
Pd=Pf+Ph+Pw+Pj.
Заменив обозначения сил их значениями и учтя, что Pj+ Ph = = для общего случая движения автомобиля, имеем
(Л^/к/о/Гк)^,, =	+ A7’(vJ/3,6)2 + m&j.
Полученное выражение называется развернутым тяговым балансом автомобиля. Оно позволяет определить тяговую силу и установить, как она распределяется по различным видам сопротивлений. Для анализа тягового баланса удобно воспользоваться его построением графическим методом. С этой целью в координатах , Pd, va нанесем кривую Pd (рис. 27.1), дающую для рассматриваемого автомобиля зависимость тяговой силы на ведущих колесах от скорости va. Далее от горизонтальной оси вверх откладываются величины сил сопротивления качению Pj, подъему Ph и сила со-
1 противления воздуха Pw.
Полученная кривая Рш+ Pv определяет сумму сил сопротивления при движении автомобиля с равномерной скоростью. Точка । пересечения этой кривой с кривой тяговой силы Pd определяет I величину максимальной скорости движения автомобиля для заданных условий. Отрезки вертикальных линий, заключенные внутри заштрихованной площади, определяют величины тяговой силы, равные силе Pj, которые могут быть использованы для разгона автомобиля.
Кривая Pw + Ру определяет тяговую силу, необходимую для равномерного движения автомобиля в заданных нагрузочных и дорожных условиях. Если сила тяги больше суммарной силы сопротивления дороги, то для равномерного движения автомобиля нужно уменьшить подачу топлива настолько, чтобы тяговая кривая
515
Рис. 27.1. Схема к определению параметров тяговою баланса автомобиля
на этой передаче снизилась и пересекла кривую Ри, + Ру в точке, ордината которой соответствует вновь установленной скорости val. Разность Pd- (Рш + Ру) представляет избыточную тяговую силу Ри (силовой запас), которая может быть использована на преодоление дополнительного сопротивления движению или на разгон автомобиля. Определив избыточную силу, можно решать ряд задач по определению динамических свойств автомобиля.
27.2.	Расчет тяговой характеристики
В практике проведения тягово-динамического расчета строят развернутый график тяговой характеристики автомобиля. На основе принятых исходных данных с использованием приведенных зависимостей расчет и построение характеристики производят в следующем порядке.
Определяют тяговую силу на ведущих колесах, Н:
*<! -------.
Значения Ме берутся на основе построения графика скоростной характеристики (см. табл. 26.2), а гк — из расчета графика скоростей движения; остальные параметры приведены в исходных данных автомобиля, принятого к расчету.
Расчет значений /^проводится по шести значениям частот вращения на I, II, III передачах. Полученные значения по каждой передаче сводятся в табл. 27.1.
516
Таблица 27.1
Значения тяговых усилий на ведущих колесах, Н
Параметр	Интервалы частот вращения коленчатого вала, об/мин						
	720	1 440	2 160	2 880	3 600	4	1320
Л/!	7455	7970	7970	7455	6427	4 885	
РJ2	4 187	4476	4476	4187	3610	2 744	
Рчз	2363	2 526	2 526	2 363	2037	1	548
На основании полученных данных в координатах Pd (Н), иА (км/ч) строятся кривые тяговых усилий Pd2 и Р(к на I —III передачах (рис. 27.2). При выявлении характера кривых следует указывать значения скоростей движения и частоты вращения коленчатого вала, для этой цели иногда под осью абсцисс графика наносятся масштабные шкалы частот вращения. Определяют силу сопротивления качению при скорости движения автомобиля иА < 50 км/ч. При нагрузке G, = 23 936 Н (см. исходные данные) сила сопротивления качению
Pf= 23 936 -0,018 = 431 Н.
Рис. 27.2. Тяговая характеристика автомобиля, принятого к расчету
517
Используя график скоростей движения, определяют коэффициент сопротивления качению при скорости ул > 50 км/ч
/=/>[1+0,01^-50)],
где/) — принятый в исходных данных коэффициент сопротивления качению при скорости ил< 50 км/ч.
Полученные значения fuPj при скорости ил > 50 км/ч сводят в табл. 27.2.
Табл и ца 27.2
Значения коэффициента / и силы Pf при скоростях движения va >50 км/ч
Параметр	Скорость движения, км/ч				
	63	71	84	105	126
Коэффициент сопротивления качению f	0,021	0,022	0,024	0,028	0,032
Сила сопротивления качению Pj	503	526	574	670	766
Наносят в пределах координатных осей графика (см. рис. 27.2) точки значений силы Pf и строят кривую силы сопротивления качению Р.
Определяют силу сопротивления воздуха, Н, на 1, II и III передачах:
Pw =
где значения К и вберутся на основе исходных данных.
Силу сопротивления воздуха Pw рассчитывают по шести значениям скорости на каждой передаче, как указано на графике скоростей движения, что важно для построения динамической характеристики автомобиля. Из всех полученных значений Pw выбирают их значения для установленных скоростей v.d > 50 км/ч (табл. 27.3).
Таблица 27.3
Значения силы сопротивления воздуха Ри, при скоростях движения га >50 км/ч
Параметр	Скорость движения, км/ч					
	59	63	71	84	105	126
Сила сопротивления воздуха Pw	156	177	225	314	490	782
По значениям Pw строят суммарную кривую Л+ Pw и определяют характерные точки, в том числе и точку пересечения кривых Р^ з и (/}+ Рш), соответствующую максимальной скорости (126 км/ч), определенной по графику скоростей движения, что подтверждает правильность выбора расчетных параметров.
518
27.3.	Мощностной баланс автомобиля
Для анализа динамических свойств автомобиля вместо соотношения сил можно использовать сопоставления тяговой мощности N(l с мощностью, необходимой для преодоления сопротивления движению. По аналогии с уравнением тягового баланса может быть составлен мощностной баланс автомобиля, представляющий собой распределение по отдельным видам сопротивлений эффективной мощности двигателя.
Часть мощности двигателя, как уже указывалось, затрачивается на преодоление механических и гидравлических сопротивлений в механизмах трансмиссии. Эти потери оцениваются механическим КПД трансмиссии и мощностью на ведущих колесах.
Мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления качению, кВт:
^/(3,6-103) = /6^/3 600,
где Gh = GjCosa.
Мощность, затрачиваемая при суммарном сопротивлении дороги у:
= GaV^a/3 600.
Аналогично этому определяют мощность, кВт, затрачиваемую на преодоление других видов сопротивления:
на сопротивление подъему
М, = W(3,6- 10’);
сопротивление воздуха
Nw = Лл/(3,6-10)3 = KFv*/(47-1 000);
сопротивление разгону
Nj = PjVa/(3,6- 103) = m.$jvJ3 600.
Уравнение мощностного баланса в общем виде
Na = /ЧлЪр = Nf + /V, + Nh ± Nj.
Подставляя в это уравнение значение мощностей и учитывая, что Nf + Nh = Ny, получим
ПЛе = V<W3 600 + KFv* / (47 } 000) + map/4/3600.
Мощностной баланс автомобиля может быть представлен в виде графика (рис. 27.3, а). Такой график часто называют диаграммой движения автомобиля, позволяющей определить возможность движения автомобиля с той или иной скоростью по дороге с заданным сопротивлением.
519
Рис. 27.3. Мощностной баланс автомобиля:
а — на высшей передаче; б — на I, II, III передачах
На графике наносятся в координатах Ne. va кривые мощности Ne и Nd. Ординаты, заключенные между кривыми Ne и Nd, характеризуют мощность /VTp, затрачиваемую на преодоление трения в трансмиссии. В нижней части графика наносят зависимость N/ =fvA. Если считать коэффициент f постоянным, зависимость выразится прямой, проходящей через начало координат. Вверх от прямой откладывают значения мощности сопротивления воздуха Nw. Ординаты точек кривой Л^т- Nu представляют собой суммарную мощность, затрачиваемую на преодоление сопротивлений качению и воздуха. Ординаты Nt„ заключенные между кривыми Nd и Nj + /V,r, представляют собой запас мощности ч который может быть израсходован на преодоление подъема или на разгон автомобиля. Наибольшую скорость гатах на горизонтальной дороге автомобиль развивает в тот момент, когда мощность Nd станет равной сумме мощностей Л^ + Nw, т.е. в точке А пересечения этих кривых. Следовательно, точка А определяет максимальную скорость движения автомобиля при заданном сопротивлении дороги и при полном открытии дроссельной заслонки.
Для равномерного движения на меньшей скорости нужно прикрыть дроссельную заслонку, уменьшив тем самым мощность, подводимую к ведущим колесам. Штриховая кривая Nd соответствует частичному прикрытию дроссельной заслонки. При этом точка а пересечения кривых Nd и Л^ + Nw определяет максимальную скорость va| для данных условий.
520
Диаграмма движения на различных передачах показана на рис. 27.3, б. При помощи графика мощностного баланса решаются и другие задачи. В частности, можно определять те сопротивления, которые может преодолеть автомобиль при заданной скорости движения.
27.4.	Динамическая характеристика автомобиля
Использование методов силового и мощностного балансов на практике затруднительно, так как для различных коэффициентов сопротивлений дороги на графике силового баланса необходимо наносить несколько кривых Рг и Pw, а на графике мощностного баланса — Nr и 7VZ + что весьма усложняет графики. Кроме того, по тяговому и мощностному балансам нельзя сравнивать динамические свойства автомобилей, имеющих различную лобовую площадь и полную массу.
Чтобы связать параметры динамической характеристики с условиями движения, перенесем в уравнении тягового баланса силу Pw в левую часть:
Pd-Pu,= wGa + (Ga/g^J.	(27.1)
Разделим правую и левую части уравнения на массу автомобиля G,:
(Pd- = V + (P/g)Z	(27.2)
Отношение (Pd - P„)/Ga = D, или D = ip + (P/g)j, называется динамическим фактором автомобиля, который представляет собой отношение тяговой силы Pd на ведущих колесах, уменьшенной на силу сопротивления воздуха Ри. к силе тяжести автомобиля Gj.
Зависимость динамического фактора от скорости движения на разных передачах называется динамической характеристикой автомобиля (рис. 27.4).
На низшей передаче динамический фактор больше, чем на высших, вследствие увеличения силы Pd и уменьшения силы Р,„. Значение динамического фактора при максимальной скорости определяет значение дорожного сопротивления у, которое может быть при этой скорости преодолено.
Максимальный динамический фактор Dmaxхарактеризует величину наибольшего дорожного сопротивления ч/,пах, преодолеваемого при равномерном движении на первой передаче.
Динамическая характеристика автомобиля позволяет определить основные параметры динамичности автомобиля. С этой целью суммарные дорожные сопротивления у = /(va) изображаются на ее графике в виде прямых линий (/— /; 2—2 и т.д.).
521
D
Рис. 27.4. Динамическая характеристика автомобиля:
а — определение максимальной скорости; б — определение дорожного сопротивления; в — определение критической скорости
Наиболее удобно пользоваться динамической характеристикой в случае равномерного движения автомобиля — когда ускорения J = 0, динамический фактор равен сумме коэффициентов сопротивления дороги:
D = /+ i = \|7-
Исходя из этого на графике динамической характеристики в масштабе динамических факторов можно откладывать значения коэффициентов сопротивления дороги.
Для определения максимальной скорости движения автомобиля по той или иной дороге на динамическую характеристику необходимо нанести прямую, представляющую заданное сопротивление дороги.
При этом возможно несколько вариантов:
если линия у пересекается с кривой динамического фактора (линия 1— 1 на рис. 27.4, а), то максимальная скорость равна ulb так как при этой скорости соблюдается условие D = у;
если кривая D проходит выше линии \|/ (линия 2—2), равномерное движение при полной подаче топлива (или горючей смеси) в цилиндры невозможно, так как динамический фактор даже
522
на высшей передаче во всем диапазоне скоростей больше у. Избыток динамического фактора приводит к разгону автомобиля;
линия 3—3 соответствует случаю D < у. Движение с постоянной скоростью при таком значении \|/ невозможно, и автомобиль может двигаться только замедленно;
если линия у пересекает кривую D в двух точках (линия 4—4). то автомобиль при полном открытии дроссельной заслонки может двигаться равномерно как со скоростью гл12, так и со скоростью ul3. Для равномерного движения со скоростью, большей тл|2 и меньшей va3, нужно уменьшить мощность двигателя, прикрыв дроссельную заслонку.
По динамической характеристике легко решается и обратная задача: определение суммарного сопротивления дороги, преодолеваемого автомобилем при движении с заданной скоростью. Для этого на динамической характеристике определяют значение динамического фактора D при указанной скорости и тем самым находят коэффициент \у. Так, например, при скорости (рис. 27.4, б) коэффициент суммарного сопротивления дороги равен цц, а при скорости гл12 он равен у2.
Если известно значение коэффициента /, то после определения v по формуле \|/ = f ± / можно найти и максимальный угол подъема, преодолеваемого автомобилем. Так, если коэффициент сопротивления качению равен /н то при движении со скоростью автомобиль преодолеет подъем, угол которого
' = Vi -/I-
Для определения значения коэффициента \|/П1ах нужно провести прямую, параллельную оси абсцисс и касательную к кривой динамического фактора на данной передаче (рис. 27.4, в). Отрезок, отсекаемый этой прямой на оси ординат, укажет значение динамического фактора Z)max, а следовательно, и коэффициент \|/1Пах. Абсцисса точки касания определит скорость автомобиля , которая является границей, определяющей область устойчивого движения автомобиля. При > ц1Лт|х движение устойчивое, при неустойчивое. Скорость автомобиля, соответствующая максимальному динамическому фактору на прямой передаче, называется критической.
Динамическая характеристика с номограммой нагрузок позволяет решать уравнения движения с учетом конструкции автомобиля (/Vj, Ме. /к и др.), типа дорожного покрытия и полной массы автомобиля. С изменением массы автомобиля изменяется динамический фактор. Поэтому следует определить влияние изменения полной массы автомобиля на его динамические показатели. Из выражения, определяющего динамический фактор:
D=(P(i-PJ/G,
523
видно, что с увеличением массовой нагрузки (силы тяжести) динамический фактор уменьшается. Например, при новой силе тяжести (7К динамический фактор Z)v
Dx= DAGJGX
где D} — динамический фактор при полной по массе нагрузке.
Следовательно, зная силу тяжести и динамический фактор автомобиля с полной нагрузкой и силу тяжести при его частичной нагрузке по массе, можно определить динамический фактор для любой массы, отличающейся от полной (рис. 27.5). Для того чтобы не пересчитывать при каждом изменении нагрузки величину Dx, динамическую характеристику дополняют номограммой нагрузок, для построения которой подсчитывают динамический фактор автомобиля без груза (порожнего)
Z)o = Da(Ga/Q),
где Gq — масса (сила тяжести) порожнего автомобиля.
Слева от оси ординат динамической характеристики, построенной для полностью груженого автомобиля, приводят ординату, на которую наносят шкалу динамического фактора D(). На оси абсцисс между ординатами D, и D{) наносят шкалу нагрузки автомобиля от 0 до 100 %. Масштаб мм, для шкалы D() определяют по формуле
#0 = д((70/(7а),
где а — масштаб шкалы Da.
По динамической характеристике с номограммой нагрузок можно определить максимальную скорость движения при данном
524
проценте нагрузки от полной массы автомобиля и данном коэффициенте сопротивления дороги по шкале Z)o.
Для этого, как пример, из точки а, определяющей 40%-ную загрузку автомобиля, проводят вертикаль до пересечения се в точке b с наклонным лучом, соответствующим заданному коэффициенту сопротивления дороги (в данном случае = 0,05). Из точки b проводят горизонталь до пересечения ее в точке с с кривой динамического фактора. Проектируя полученную точку с на ось абсцисс, найдем численное значение определяемой скорости (точка J).
Аналогичным путем могут решаться задачи определения максимальной массы перевозимого груза при заданном дорожном сопротивлении или значения дорожного сопротивления при заданных нагрузке и скорости движения и т.д. Например, при ил ~ ~ 38 км/ч и i|/ = 0,10 нагрузка по массе груза (точка е) нс должна превышать 20 %, или при нагрузке И = 80 % и максимальной скорости 18 км/ч коэффициент сопротивления дороги у = 0,14.
27.5.	Ускорение, время и путь разгона
Ускорение, которое может развивать автомобиль при заданных условиях движения, в значительной мере характеризует его тяговые качества: чем больше ускорение, которое может развить автомобиль, тем выше при прочих равных условиях средняя скорость движения, а следовательно, и тяговые показатели автомобиля.
В основу определения ускорения у, м/с2, берется уравнение динамического фактора:
D = V + (РЖ откуда j = (D - v)(g/P).
График ускорений (рис. 27.6) строят в зависимости от скорости движения для груженого автомобиля при его движении по горизонтальной дороге с твердым покрытием хорошего качества при максимальном использовании мощности двигателя. Значения динамического фактора D берутся по динамической характеристике, а коэффициент учета вращающихся масс
|3 = 1,03 +а/2,
(27.3)
где а — коэффициент перераспределения масс; /к — передаточное число в коробке передач.
Для легковых автомобилей а = 0,04...0,06, для грузовых автомобилей и автобусов а - 0,05...0,07.
На графике ускорений скорости ц|Ь (рис. 27.6, а) определяют моменты переключения передач, при которых интенсивность разгона достигает максимальных значений, а общий характер кривых ускорений подобен характеру кривых динамической характеристики. Разница в относительном расположении кривых
525
Рис. 27.6. График ускорений:
а — автомобиля с четырехступенчатой коробкой передач; б — расчетный график, полученный при тягово-динамическом анализе
ускорений по высоте определяется изменением коэффициента р учета вращающихся масс, от которого зависит ускорение.
Для грузовых автомобилей средней и большой массы кривая ускорений на первой передаче располагается ниже кривой ускорений на второй передаче. Это объясняется тем, что влияние коэффициента Р, снижающего кривую ускорений для первой передачи, оказывается большей, чем влияние увеличенного динамического фактора, повышающего кривую ускорений автомобиля. Поэтому разгон целесообразно начинать со второй передачи, а первую передачу использовать при преодолении больших дорожных сопротивлений или при движении с малой скоростью. Примерные значения максимальных ускорений (м/с2) на прямых передачах составляют: для легковых автомобилей — 0,7... 1,1; грузовых автомобилей — 0,20...0,45.
Время и путь разгона характеризуют приемистость автомобиля, которая определяется быстротой нарастания скорости и может оцениваться графиками времени и пути разгона автомобиля в зависимости от скорости его движения. Время и путь разгона представляют собой время, в течение которого автомобиль может разогнаться в данном интервале скоростей, и путь, который ему для этого потребуется.
Время разгона обычно определяют при движении на каждой передаче, а график ускорений условно разбивают на участки: скорости от t>amin до по кривой Ji (участок ab)\ от скорости г>а1 до va2 по кривой/2 (участок Ьс)\ от скорости га2 до va3 по кривой j3 (уча
526
сток de) и от скорости ц)3до максимальной скорости izlmax по кривой у4 (участок fg).
Используя график ускорений, каждый участок разбивают на ряд одинаковых интервалов. При этом предполагается, что на каждом интервале автомобиль разгоняется с постоянным ускорением, м/с2:
Jcp ~ 0,5(/| + /2)»
где/| и/2 — ускорение соответственно в начале и в конце интервалов скоростей, м/с2.
При изменении скорости в каждом интервале движения от г!И (начальной) до va к (конечной) среднее ускорение уср, м/с2, может быть определено как приращение скорости Дгл,, км/ч, деленное на время движения Д/:
/ср ~ А^а/(3?бД/),
где = 72<|К - vdll; Д/ — время разгона в каждом интервале, с:
Д/= (t>aK
- Ч,.н)/(3,6уср), или Д/ = Дуа/(3,6/ср).
Общее время разгона получается суммированием времени разгона по каждому интервалу движения:
t = Д/т + Дб + ... + д/>.
Следовательно, по полученным значениям t можно построить кривую времени разгона t (рис. 27.7) для различных скоростей движения, начиная со скорости uimin. Время переключения передач г„ зависит от типа двигателя, конструкции коробки передач и квалификации водителя и по опытным данным для различных типов автомобилей лежит в пределах 0,3... 1,5 с.
Путь разгона в интервалах скоростей движения на участке обычно определяют при помощи графика времени разгона, рассчитав Д5 — приращение пути в каждом интервале скоростей, м:
ДД* (г>срД/)/3,6 (?2СрД^)//Ср,
где гср — средняя скорость, км/ч; ; ДГ — время разгона, с; уср — ускорение, м/с2.
Средняя скорость движения, км/ч, в каждом интервале принимается равномерной:
^ср	Чен)*
Складывая полученные значения ДД*, строят, обычно на совмещенном графике (см. рис. 27.7), суммарную кривую Д’, начиная с того участка скорости, с которого строили кривую t.
плавным перегибом кривых в к другой.
Рис. 27.7. Суммарные кривые времени 1 и пути 5 разгона на передачах
Величины Дуп — уменьшение скорости движения при переключении передач и — путь, пройденный автомобилем в момент переключения передач (см. график) имеют сравнительно малые значения и на практике при графическом построении часто принимают их усредненные значения с местах перехода от одной скорости
Расчет и построение динамической характеристики и графика ускорений при проведении тягово-динамического расчета в соответ
ствии с исходными данными производят в следующем порядке:
•	определяют значение динамического фактора по интервалам скоростей движения на каждой передаче:
D=(Pd- Pw)/G^
•	значения силы сопротивления воздуха Ри. берут из ранее проведенного расчета тяговой характеристики автомобиля (см. табл. 27.3);
•	полученные значения динамического фактора доводят в табл. 27.4 и в координатах D— va строят кривые Dh Dit, DUi динамической характеристики (см. рис. 27.4, а).
Для выявления основных параметров ускорения необходимо:
•	определить коэффициент учета вращающихся масс р для каждой передачи в соответствии с принятыми значениями /к (см. исходные данные) и установить значение коэффициента перераспределения масс а. Для автомобиля, принятого к расчету, принимаем а = 0,04:
Р = 1,03 + шк2,
тогда для /К1 р, = 1,43; для /к2 Рз = 1,16; для /к3 р3 = 1,07;
•	определить ускорение автомобиля, м/с2, на принятых интервалах скоростей каждой передачи:
j=(D-vWP),
так как величина ускорения обычно определяется на горизонтальной дороге, находящейся в хорошем состоянии, то принимаем
528
Таблица 27.4
Значения динамического фактора и ускорения на интервалах передач
Параметр	Значения параметров на интервалах передач								
	1 передача						II	передача	
	1	2	3	4	5	6	1	2	3
D	0,31 1	0,332	0,332	0,310	0,266	0,201	0,175	0,186	0,184
j. м/с2	2,01	2,15	2,15	2,00	1,70	1,25	1,33	1,42	1,40
Окончание табл. 27.4
Параметр	Значения параметров на интервалах передач								
	1! передача			III пе			редача		
	4	5	6	I	7	3	4	5	6
D	0,170	0,144	0,105	0,097	0,102	0,098	0,085	0,064	0,035
J, м/с	1,28	1,04	0,70	0,72	0,77	0,70	0,57	0,33	0,027
коэффициент сопротивления дороги =/= 0,018 при скорости не более 50 км/ч;
• взять значения динамического фактора из данных его расчета, а коэффициент \|/ скорректировать, например, при скоростях движения иЛ > 50 км/ч на второй передаче (гл, = 71 км/ч) = 0,022 (см. табл. 27.2). Такая корректировка производится и по ряду других интервалов скоростей третьей передачи.
Полученные значения ускорений j по интервалам скоростей движения на каждой передаче сводят в табл. 27.4.
По полученным данным строят график (см. рис. 27.6, б), на котором следует отметить точки а и b пересечения кривых ускорений. Они определяют скорости, при которых следует производить переключения передач, чтобы интенсивность разгона была максимальной.
Контрольные вопросы
1.	Что позволяет определить развернутый тяговой баланс? Назовите его основные параметры.
2.	Каким образом строится развернутый график тяговой характеристики автомобиля на основе полученных данных?
3.	Что такое мощностной баланс и каковы методы ею определения?
4.	Каково назначение динамической характеристики и как определяются основные параметры динамичности автомобиля?
5.	Что такое динамическая характеристика с номограммой нагрузок и как их используют при решении эксплуатационных задач?
6.	Как определить ускорение автомобиля, время и путь его разгона? Назовите примерные значения максимальных ускорений для легковых и грузовых автомобилей.
7.	Каким образом строятся графики динамической характеристики и ускорений автомобиля на основе полученных данных?
Глава 28
ТОРМОЗНАЯ ДИНАМИКА АВТОМОБИЛЯ
28.1.	Понятие о тормозной динамике автомобиля
Тяговые и тормозные свойства автомобиля связаны между собой и существенно влияют на скорость движения. Чем надежнее работают механизмы и узлы тормозной системы, тем быстрее может быть остановлен движущийся автомобиль и тем выше его средняя скорость; последняя во многом зависит от состояния тормозных механизмов. Они должны иметь высокую работоспособность и обеспечивать торможение автомобиля с заданной эффективностью. Существенное влияние на это оказывают конструкция разжимного устройства тормозного механизма, а также размеры деталей и узлов фрикционного сопряжения.
Схема сил, действующих в тормозном механизме, показана на рис. 28.1. При торможении автомобиля колодки силой Р{ прижимаются к тормозному барабану J, в результате чего между барабаном и колодками возникает сила трения Р1р, которая образует пару сил на плече, равном диаметру тормозного барабана.
Силы и Р2 (реакция, создаваемая разжимным устройством), складываясь, дают равнодействующую /?, стремящуюся при данном направлении вращения (показано стрелкой) отжать от барабана заднюю (правую) колодку и прижать к нему переднюю (левую) колодку, вследствие чего момент трения на передней колодке значительно увеличивается. Поэтому переднюю колодку де-
лают большей длины, чем заднюю, что способствует снижению удельных нагрузок на накладки, более равномерному их изнашиванию и повышению эффективности торможения.
Рис. 28.1. Схема сил, действующих в тормозном механизме:
/ — оттяжная пружина; 2 — рабочий цилиндр; 3 — тормозной барабан; 4 — тормозная колодка; 5 — опорные пальцы; 6 — регулировочный эксцентрик
530
При торможении силы трения, распределенные на поверхности фрикционных накладок, создают момент трения Л/тр, направленный в сторону, противоположную вращению колеса, а между колесом и дорогой возникает тормозное усилие Р1ор, а также появляется сила Рг
Уравнение тягового баланса для случая торможения автомобиля имеет вид:
*7 — 'lop + * U) + ‘у
В этом случае движущей силой является сила инерции Pj9 которая затрачивается на преодоление тормозной силы Ртор, силы сопротивления дороги Ру и силы сопротивления воздуха Ptv.
Значение максимальной тормозной силы Ртор, которая может быть получена на колесе, равно силе сцепления колеса с дорогой:
^тор ”' ф^К’
где ср — коэффициент сцепления колеса с дорогой; ZK — нормальная реакция на колесе, равна силе тяжести (7К, действующей на колесо.
При наличии тормозов на всех колесах автомобиля (см. рис. 28.2) максимальная сила между колесами и дорогой:
^тортах ^тор! + ^торЗ ~ Ф ^?Ф ”' ЧФ г Ф — ф(^|	^з) “ Ф^а*
Процесс торможения автомобиля существенно зависит от соотношения между тормозной силой и силой сцепления шин с дорогой. При максимальном значении коэффициента сцепления на твердом сухом покрытии дороги (ф = 0,8) тормозная сила может достигать значения, равного 80% от массы автомобиля. Если сила сцепления больше тормозной силы, то при торможении колеса автомобиля перестают вращаться и скользят по дороге, т.е. начинается юз. В этом случае при малом значении ф более эффективное торможение обеспечивается, если нажать на педаль несколько раз, не доводя колеса до скольжения, чем затормозить их резко один раз.
28.2.	Силы и реакции, возникающие при торможении
Схема сил, действующих на автомобиль при торможении, приведена на рис. 28.2. При этом не учтены силы Р/М Pw, так как они во всех случаях движения способствуют торможению. Составим уравнение моментов относительно оси, проходящей через точки опоры задних колес:
Z,£- G.Ab- Pmphd=0,
531
Рис. 28.2. Схема сил, действующих на автомобиль при торможении
откуда
Составим уравнение моментов относительно оси, проходящей через точки опоры передних колес:
Слв +	— О,
откуда
= (<V' ~ P^h^/L.
Определим наивыгоднейшес отношение тормозных сил на передних и задних колесах автомобиля. Так как Ртор| = (pZt и Ртор2 = = (pZ2, то
Подставляя вместо Z| и Z2 их значения, получим
PlOpKl ~ ^орАг/
При условии максимальной интенсивности торможения = = ф(7а
^тор! _ Ь +
^юр2	~~ Pi opKl
Полученное уравнение показывает, что условия наивыгодней-шего распределения тормозных сил между колесами передней и задней осей автомобиля изменяются при изменении величины или
532
расположения груза в кузове вследствие изменения координат центра тяжести, а также величин а, b и hd или при изменении коэффициента сцепления <р.
28.3.	Измерители тормозных свойств
Основными измерителями тормозных свойств автомобиля являются замедление (отрицательное ускорение) при торможении -у,ор, время торможения /тор и тормозной путь 5гор.
Тормозной путь дает более наглядное представление об эффективности действия тормозной системы, чем замедление. Но наряду с этим замедление является более объективным параметром, так как величина тормозного пути зависит, кроме конструкции тормозной системы автомобиля и качества дорожного покрытия, еще и от быстроты реакции водителя.
При торможении на хорошей горизонтальной дороге (Л = 0) с твердым покрытием коэффициентом сопротивления качению/= = 0,018 можно пренебречь, так как последний значительно меньше <р. В этом случае суммарное сопротивление дороги у будет равно нулю. Тогда из уравнения
<Р + V + Шй) = о,
получим значение отрицательного ускорения:
-j = (<р/Р)£-
Но так как при торможении принимают 0 = 1, следовательно:
Таким образом, приближенно можно принять замедление тор можения постоянным и зависящим только от коэффициента сцеп ления <р колес с дорогой (кривая -jrop, рис. 28.3).
При экстренном торможении автомобилей всех марок на сухом асфальтобетоне максимальное замедление лежит в пределах: /1ор = = 7,5... 8,0 м/с2. Обычно в условиях эксплуатации, чтобы избежать не-
Рис. 28.3. График пути, времени и замедления при торможении
533
приятных ощущений у пассажиров, повышенного износа тормозов и шин, замедление нс должно быть больше 1,5...2,5 м/с2.
Кинетическая энергия Е находящегося в движении автомобиля выражается формулой Е= тху~/2. При торможении она поглощается работой торможения, которая может быть определена как произведение тормозной силы Р1ор на длину тормозного пути:
Лор^.ор = <7,y?/(2g).
Подставляя вместо тормозной силы Ртор сс максимальное значение ф(7а и выражая скорость в километрах в час (км/ч), определяют минимальный тормозной путь:
5тор = r2/(2-3,62g(p) = гл2/(254ф).
(28.1)
Как видно из последней формулы, наибольшее влияние на тормозной путь оказывает скорость движения автомобиля. Тормозной путь увеличивается пропорционально квадрату скорости автомобиля и уменьшается с увеличением коэффициента сцепления колес с дорогой. Поэтому при увеличении скорости движения автомобиля значение тормозного пути растет особенно быстро (кривая 5тор, см. рис. 28.3).
Для оценки тормозных качеств автомобиля часто используется
1л	. dr\
время торможения. Из уравнения jIOP = ——, d/ 'тор
принимая замедле-
ние торможения постоянным, можно определить время торможения:
f dva _ул\- ул1
или в предельном случае (Jwp = фд) при торможении до полной остановки (va2 = 0):
4оР = W(<P#)«
Кривая времени торможения /|ор показана на рис. 28.3.
В реальных условиях эксплуатации тормозной путь 5ТоР может быть больше расчетного на 10...30 %, так как при выводе формулы (28.1) не учитывалось техническое состояние тормозных механизмов, поэтому для расчета тормозного пути вводится коэффициент К = 1,1... 1,3; тогда
«(254ф).
К времени торможения, за которое автомобиль проходит путь Sj'pp, добавляются: время реакции водителя в зависимости от его опыта и личных качеств = 0,6...0,8 с; время срабатывания при
534
водов — гидравлического /2 = 0,03...0,05 с, пневматического /2 = = 0,2...0,3 с; время нарастания замедления с момента действия тормозов до максимальной силы торможения /3 = 0,2... 1 с.
За указанные значения времени автомобиль успевает пройти значительный путь. Исходя из этого общий остановочный путь торможения
с _
торост " 3,6 1 “ 254 ’
где — суммарное значение составляющих 6 + 6 + 6-
В качестве примера приведем наибольший (допустимый) путь торможения 5гор ост с начальной скоростью 40 км/ч на горизонтальной дороге с асфальтобетонным покрытием:
легковые автомобили и их грузопассажирские модификации — 14,5 м;
грузовые автомобили с полной массой: до 3,5 т — 19 м; 3,5... 12т — 18,4 м.
Значения расчетных тормозных путей и замедлений при торможении приводятся в руководящих технических материалах и учебниках по тормозной динамике автомобиля.
Контрольные вопросы
1.	Каким образом при торможении автомобиля распределяются силы в тормозных механизмах колес?
2.	Объясните уравнение тягового баланса для случая торможения автомобиля.
3.	Объясните (по плакату) схему сил и реакций, действующих на автомобиль при торможении.
4.	Как влияют силы сопротивления движению на процесс торможения?
5.	Чем объясняется отклонение действующих параметров торможения от теоретических?
6.	От чего зависит теоретическое распределение тормозных сил на колеса?
7.	Каковы численные значения тормозного пути с начальной скоростью 40 км/ч на дороге с асфальтобетонным покрытием для легковых и грузовых автомобилей?
Глава 29
ТОПЛИВНАЯ ЭКОНОМИЧНОСТЬ АВТОМОБИЛЯ
29.1. Общая характеристика топливной экономичности
Автомобильный транспорт потребляет значительное количество весьма дефицитного топлива, стоимость которого составляет примерно 13... 18 % всех затрат на автомобильные перевозки. Поэтому топливная экономичность является важнейшим свойством, характеризующим расход топлива при движении автомобиля в заданных условиях. Для оценки экономичности двигателя принят удельный расход топлива, т.е. расход топлива в граммах на единицу мощности в час. Удельный расход топлива &>, г/(кВт-ч), представляет собой отношение часового расхода топлива G„n кг/ч, при определенном режиме работы двигателя к развиваемой при том же режиме мощности двигателя Ne, кВт:
8е ~ JnNe —
Указанный расход топлива характеризует экономичность двигателя и не может быть оценочным параметром экономичности автомобиля в целом. С этой целью для оценки топливной экономичности принят расход топлива в килограммах или литрах на 100 км пути, а также в килограммах или литрах на тоннокилометр для грузовых и пассажирокилометр для пассажирских автомобилей.
В лабораторных условиях при диагностировании или проведении испытаний автомобиля на стенде с беговыми барабанами определяют значения тяговой силы Р({, суммарной силы сопротивления дороги Ру и при необходимости часовые расходы топлива Gnv В зависимости от степени открытия дроссельной заслонки (иь и2, ...) строятся кривые Pd и Ру (рис. 29.1) по точкам, фиксируемым на стенде. На полученной графической зависимости при конкретных положениях дроссельной заслонки точки пересечения этих кривых определяют скорости движения автомобиля га. При этом в зависимости от характера протекания кривых определяются и расходы топлива. Например, при коэффициенте i|/| и угле (точка 0 скорость автомобиля равна иа2, а расход топлива определяется отрезком ra2z/.
На графике каждая кривая имеет две характерные точки. Первая из них при движении по дороге с принятым коэффициентом определяет минимальный расход топлива (например, gemin при у ).
536
Рис. 29.1. Экономическая характеристика автомобиля
Скорость ц1)К, соответствующую этому расходу, называют экономической.
Вторая точка этой кривой (конечная) соответствует скорости движения в точке а. Аналогичные ей точки других кривых (/?, с) соответствуют максимально возможным скоростям движения при принятых значениях у и определяют расходы топлива при полных нагрузках двигателя. Верхняя огибающая кривая (и—е), проведенная через точки а. Ь. с\ показывает изменение путевого расхода топлива при максимальной нагрузке двигателя в зависимости от скорости движения автомобиля.
29.2. Измерители топливной экономичности
Совершенство конструкции автомобиля с позиций топливной экономичности оценивают по путевому расходу топлива (?,„ отнесенному к пройденному пути. Если известны дорожные условия работы автомобиля, то по экономической характеристике легко подобрать наиболее экономичный режим его работы. При этом целесообразно, чтобы наиболее экономичные скорости были одновременно и наиболее ходовыми эксплуатационными скоростями автомобиля. Расход топлива QH, л на 100 км пробега, в общем случае установившегося движения автомобиля может быть определен из следующего выражения:
= 100 (?„,/( Ц.Р),	(29.1)
где G,„ — часовой расход топлива, кг/ч; ул — скорость движения автомобиля, км/ч; р — плотность топлива, кг/л.
537
Значение G„, можно определить по следующей формуле: G„,= 3600Qp/z,
где / — время, соответствующее расходу топлива Q.
Из теории двигателя известно, что часовой Gm и удельный ge расходы топлива связаны зависимостью (26.4), тогда
Оп^&Л/НОд.р).	(29.2)
Заменяя мощности и Nw произведением соответствующих усилий на скорость, получим
Qi = &(Л|, + Pw)/(^ 600r| 1рр).
Подставляя значения сил сопротивления в развернутом выражении, получим расход топлива
Q, = |&/(3 600r|ipp)IH/;(vJ/3,6)2 + vQ, 1.
538
Последняя формула отображает зависимость расхода топлива на единицу пути от нагрузочных, дорожных и скоростных условий, обтекаемости и лобовой площади автомобиля, а также от экономичности двигателя.
Исходя из приведенных зависимостей, построение экономической характеристики рассмотрим на примере трех графических зависимостей (рис. 29.2), расположенных одна под другой. На верхнем графике строят суммарную кривую (/Vvp 4- NJ сопротивления движению, отнесенную к мощности на ведущих колесах автомобиля, которая пересекается с кривыми мощности ^скоростной характеристики (Nd = /Vj|ip). Точки пересечения определяют значения скоростей движения при различных углах и открытия дроссельной заслонки, что характеризует степень использования мощности двигателя. Указанные точки проецируют на ось абсцисс и получают скорости u1JK, ц|2, ..., нижнего графика =f(vj.
Кривые зависимости Gm = f(nj среднего графика, полученные для ряда одинаковых положений дроссельной заслонки, имеют одинаковую с верхним графиком шкалу частоты вращения коленчатого вала пе. Значения ординат точек Г —6' пересечения вертикальных линий от верхнего графика с кривыми среднего графика показывают часовой расход топлива при данной скорости движения. Значения расхода топлива получают путем подстановки полученных значении Gm и соответствующих им значений v.d в формулу (29.1).
Полученные данные сводят в таблицу и строят график. При этом следует иметь в виду, что на ось абсцисс строящегося графика наносят шкалу скорости согласованную со шкалами /^других графиков при помощи зависимости
Ц, = О,377гкл.,/(/к/о).
Контрольные вопросы
I.	От каких факторов зависят расходы топлива?
2.	Объясните сущность обобщенной экономической характеристики (см. рис. 33.1) с анализом точек каждой кривой, включая верхнюю огибающую.
3.	Каковы основные измерители и показатели топливной экономичности автомобиля?
4.	Каким образом можно построить совмещенный график экономической характеристики с использованием параметров мощностного баланса и измерителей топливной экономичности?
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
I.	Автомобили / |А. В. Богатырев, Ю. К. Есеновский-Лашков, М.Л. На-соновский и др.|- — М.: «КолосС», 2002. — 493 с.
2.	Автомобиль : Основы конструкции / |Н. Н. Вишняков, В. К. Вахла-мов, А. Н.Нарбут и др.|. — М. : Машиностроение. 1986. — 303 с.
3.	Ерохов В. И. Системы впрыска топлива легковых автомобилей / В. И. Ерохов. — М.: Транспорт, 2002. — 174 с.
4.	Колчин А.Н. Расчет автомобильных и тракторных двигателей / А. Н. Колчин, В. П.Демидов. — М.: Высш, шк., 2002. — 495 с.
5.	Кузнецов А. С. Автомобили моделей ЗИЛ-4333, ЗИЛ-4314 и их модификации : устройство, эксплуатация, ремонт / А. С. Кузнецов, С. И. Глазычев. — М.: Транспорт, 1996. —- 287 с.
6.	Осепчугов В. В. Автомобиль: Анализ конструкций, элементы расчета / В. В. Осепчугов, А. К. Фрумкин. — М : Машиностроение, 1989. — 303 с.
7.	Пузанков А. Г. Автомобили : Устройство автотранспортных средств / А. Г. Пузанков. — М.: Изд. центр «Академия», 2005. —• 550 с.
8.	Пузанков А. Г. Автомобили : Устройство и техническое обслуживание / А. Г. Пузанков. — М.: Изд. центр «Академия», 2006. — 638 с.
9.	Теория и конструкция автомобиля / |В.А.Иларионов, М.М.Морин, Я.Е.Фаробин и др.]. — М. : Машиностроение, 1992. — 415 с.
10.	Тур Е.Я. Устройство автомобиля / Е.Я.Тур, К.Б.Серебряков, Л.А.Жолобов. — М. : Машиностроение, 1990. — 351 с.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
РАЗДЕЛ I. ОБШЕЕ УСТРОЙСТВО АВ1 ОМОБИЛЯ
Глава 1. Начальные сведения об устройстве автомобиля..........9
Глава 2. Классификация, система обозначений и развитие автомобильных конструкций....................................13
2.1.	Общие сведения..........................................13
2.2.	Грузовой подвижной состав...............................13
2.3.	Пассажирский и специальный подвижной состав.............15
2.4.	Направления развития автомобильных конструкций..................................................20
РАЗДЕЛ II. КОНСТРУКЦИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Глава 3. Общее устройство двигателя.........................23
3.1.	Классификация, механизмы и системы двигателя, основные конструктивные параметры...................................23
3.2.	Рабочие циклы четырехтактных двигателей................27
3.3.	Многоцилиндровые двигатели.............................31
Глава 4. Кривошипно-шатунный механизм.......................39
4.1.	Блок и головка цилиндров...............................39
4.2.	Поршневая труппа и шатуны..............................43
4.3.	Коленчатый b;li и маховик..............................49
Глава 5. Механизм газораспределения..............................53
5.1.	Основные типы механизмов газораспределения..................53
5.2.	Механизм газораспределения V-образного двигателя............57
5.3.	Детали клапанного привода...................................61
5.4.	Фазы газораспределения .....................................66
Глава 6. Смазочная система....................................69
6.1. Устройство и работа смазочных систем ....................69
6.2. Приборы и механизмы смазочных систем. Вентиляция картера..................................73
Глава 7. Система охлаждения...................................81
7.1.	Виды систем охлаждения и принцип их работы...............81
7.2.	Устройсзво и работа приборов жидкостной системы охлаждения............................................85
7.3.	Предпусковые подогреватели...............................92
Глава 8. Система питания карбюраторных двигателей...........95
8.1.	Смесеобразование и общее устройство системы низания....95
8.2.	Карбюраторы двигателей легковых автомобилей............99
8.3.	Электронные системы впрыскивания топлива..............109
8.4.	Карбюраторы двигателей грузовых автомобилей и автобусов.................................................118
8.5.	Приборы юн швоподачи, очистки воздуха и ।азопроводы...............................................126
541
Глава 9. Система питания дизелей...........................133
9.1.	Особенности смесеобразования в дизелях................133
9.2.	Общее устройство системы питания дизелей..............136
9.3.	Механизмы и узлы магистрали низкого давления............139
9.4.	Механизмы и узлы магистрали высокою давления............143
9.5.	Регуляторы частоты вращения коленчатого вала..........156
9.6.	Турбонаддув в дизелях.................................162
РАЗДЕЛ 111. ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ АВТОМОБИЛЕЙ
Глава 10. Система электроснабжения и ее принципиальная схема.165
Глава 11. Источники тока...................................169
11.1.	Аккумуляторные батареи...............................169
11.2.	Генераторные установки...............................175
11.3.	Регуляторы напряжения................................178
Глава 12. Система зажигания................................183
12.1.	Общие сведения о системе зажигания...................183
12.2.	Контактно-транзисторная система зажигания ...........185
12.3.	Бесконтактная транзисторная система зажигания........189
12.4.	Основные аппараты системы зажигания .................192
Глава 13. Система электрического пуска двигателя...........201
13.1.	Общая характеристика и принцип работы системы пуска...............................................201
13.2.	Устройство и работа стартера.........................203
13.3.	Средства облегчения пуска............................206
РАЗДЕЛ IV. ШАССИ И ОРГАНЫ УПРАВЛЕНИЯ
Глава 14. Трансмиссия......................................209
14.1.	Основные виды трансмиссий............................209
14.2.	Сцепление............................................211
14.3.	Коробка передач......................................221
14.4.	Раздаточная коробка..................................240
14.5.	Карданная передача...................................243
14.6.	Главная передача и дифференциал......................249
14.7.	Ведущие мосты........................................256
Глава 15. Несущая система, управляемый мост и подвеска.....262
15.1.	Рамы, их типы и устройст во..........................262
15.2.	Передний управляемый мост и углы установки колес.....264
15.3.	Подвески автомобилей.................................267
15.4.	Гидравлические амортизаторы..........................274
15.5.	Колеса...............................................276
Глава 16. Рулевое управление...............................282
16.1.	Понятие о повороте автомобиля и принцип действия рулевого управления.........................................282
16.2.	Рулевые механизмы....................................283
16.3.	Рулевой привод.......................................289
16.4.	Усилители рулевых приводов...........................293
Глава 17. Тормозная система................................302
542
17.1.	Назначение и тины тормозных систем....................302
17.2.	Тормозные механизмы...................................304
17.3.	Механический и гидравлический тормозные приводы..........................................307
17.4.	Вакуумные усилители гидропривода тормо юв.............316
17.5.	Редукционный гидроклапан и регуляторы давления.........319
17.6.	Одно- и двухконтурный пневматический привод тормозов...325
17.7.	Приборы одно- и двухконтурного пневматических приводов.327
17.8.	Многоконтурные пневматические приводы.................338
17.9.	Приборы многоконтурного пневмопривода.................344
РАЗДЕЛ V. ТЕОРИЯ И РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЕЙ
Глава 18. Теоретические и действительные циклы..............360
18.1. Теоретические (термодинамические) циклы ДВС ..........360
18.2. Индикаторная диаграмма действительного цикла..........363
Глава 19. Анализ рабочих процессов действительного цикла....366
19.1.	Апалп з процесса впуска...............................366
19.2.	Ана лиз процесса сжатия................................371
19.3.	Анализ процесса сгорания...............................373
19.4.	Анализ процессов расширения и выпуска.................385
Глава 20. Показатели, характеризующие работу двигателя......389
20.1.	Индикаторные показатели действительного цикла.........389
20.2.	Эффективные и удельные показатели работы двигателя.....392
20.3.	Теплоиспользование и тепловой баланс двигателя........397
Глава 21. Кинематика и динамика механизмов двигателя........402
21.1.	Кинематический анализ кривошипно-шатунного механизма...402
21.2.	Кинематический анализ клапанною узла газораспределения.407
21.3.	Динамический анализ кривошипно-шатунного механизма.....410
Глава 22. Тепловой расчет действительного цикла.............417
22.1.	Основные параметры рабочего тела......................417
22.2.	Расчет рабочею цикла бензиновою двигателя.............418
22.3.	Основные параметры, характеризующие работу бензинового двигателя..................................................426
22.4.	Расчет рабочего цикла ди !сля.........................428
22.5.	Основные параметры, характеризующие работу дизеля ....432
22.6.	Особенности расчетных параметров газовых процессов....433
22.7.	Расчет рабочею цикла газового двигателя...............435
22.8.	Основные параметры, характеризующие работу газового двигателя ........................................438
Глава 23. Динамический расчет двигателя.....................441
23.1.	Определение основных размеров двигателя...............441
23.2.	Построение индикаторной диаграммы.....................443
23.3.	Построение развернутой диаграммы газовых	сил..........446
23.4.	Определение масс и сил инерции поступательно движущихся частей кривошипно-шатунного механизма......................451
23.5.	Определение сил, действующих на цилиндр, шатун и кривошип (шатунную шейку) коленчатого вала...............453
543
23.6.	Определение тангенциальной силы и крутящего момента...455
23.7.	Суммарный крутящий момент.............................457
Глава 24. Расчет механизмов двигателя.......................460
24.1.	Предпосылки и исходные данные к расчету деталей......460
24.2.	Расчет основных деталей поршневой группы.............461
24.3.	Расчет основных частей шатуна........................469
24.4.	Характеристика основных узлов газораспределения......478
24.5.	Расчет деталей клапанного узла.......................481
Глава 25. Расчет систем двигателей.........................485
25.1.	Расчет системы охлаждения............................485
25.2.	Расчет смазочной системы ............................486
25.3.	Расчет секции топливного насоса и форсунки дизеля...........................................488
РАЗДЕЛ VI. ТЕОРИЯ АВТОМОБИЛЯ
Глава 26. Силы, действующие на автомобиль..................492
26.1.	Сила тяги на ведущих колесах и анализ скоростной характеристики...................................492
26.2.	Нагрузочная характеристика двигателя.................495
26.3.	Сущность построения скоростной характеристики........497
26.4.	Уравнение движения автомобиля........................501
26.5.	Силы сопротивления движению..........................505
26.6.	Нормальные реакции дороги на колеса автомобиля.......510
Глава 27. Тяговая динамика автомобиля......................515
27.1.	Тяговый б<1ланс автомобиля...........................515
27.2.	Расчет тяговой характеристики........................516
27.3.	Мощностной баланс автомобиля.........................519
27.4.	Динамическая характеристика автомобиля...............521
27.5.	Ускорение, время и путь разгона .....................525
Глава 28. Тормозная динамика автомобиля....................530
28.1.	Понятие о тормозной динамике автомобиля..............530
28.2.	Силы и реакции, возникающие при торможении...........531
28.3.	Измерители тормозных свойств.........................533
Глава 29. Топливная экономичность автомобиля...............536
29.1. Общая характеристика топливной экономичности.........536
29.2. Измерители топливной экономичности...................537
Слисок литературы..........................................540