/
Автор: Богатырев А.В. Есеновский-Лашков Ю.К. Насоновский М.Л. Чернышев В.А.
Теги: техника средств транспорта автодорожный транспорт транспорт автомобили
ISBN: 5-9532-0075-7
Год: 2004
Текст
УЧЕБНИКИ И УЧЕБНЫЕ ПОСОБИЯ ДЛЯ СТУДЕНТОВ
ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ
А. В. БОГАТЫРЕВ, Ю. К. ЕСЕНОВСКИЙ-ЛАШКОВ,
М. Л. НАСОНОВСКИЙ, В. А. ЧЕРНЫШЕВ
АВТОМОБИЛИ
Под редакцией кандидата технических наук,
профессора А. В. БОГАТЫРЕВА
Рекомендовано Министерством сельского хозяйства
Российской Федерации в качестве учебного пособия для
студентов высших учебных заведений по специальности
150200 «Автомобили и автомобильное хозяйство»
МОСКВА «КолосС» 2004
УДК 629.114(075.8)
ББК 39.33я73
Б73
Рецензент кандидат технических наук, профессор В. В. Селифонов [Москов-
ский государственный технический университет (МАМИ)]
Редактор Н. К. Петрова
Богатырев А. В. и др.
Б73 Автомобили/ А. В. Богатырев, Ю. К. Есеновский-Лаш-
ков, М. Л. Насоновский, В. А. Чернышев. Под ред. А. В. Бо-
гатырева. — М.: КолосС, 2004.—496 с.: ил. — (Учебники и
учеб, пособия для студентов высш. учеб, заведений).
ISBN 5-9532-0075-7.
Рассмотрены устройство и работа агрегатов и систем автомобилей сель-
скохозяйственного назначения. Приведены возможные их неисправности,
а также приемы поддержания заданного технического состояния машины.
Для студентов высших учебных заведений по специальности «Автомо-
били и автомобильное хозяйство».
УДК 629.114(075.8)
ББК39.33я73
© Издательство «Колос», 2001
z- ~ © Коллектив авторов, 2002
ISBN 5—9532—0075—7 © Коллектив авторов, 2004
ПРЕДИСЛОВИЕ
Автомобильная промышленность — одна из ведущих отраслей
машиностроения. Основная ее задача — совершенствование и раз-
витие автомобильного транспорта. Грузовым автотранспортом до-
ставляется свыше 80 % всего объема грузов. Это в первую очередь
касается транспортирования сельскохозяйственной продукции,
где занято до 40 % всего автопарка. В горнодобывающей промыш-
ленности автотранспортом перевозится более 40 % всех грузов из
карьеров. В лесном хозяйстве для перевозки древесины использу-
ют автомобили-лесовозы.
Автобусы в России выполняют 70 % всего объема внутригород-
ских и около 60 % внегородских перевозок пассажиров.
Автомобили имеют большое значение для обороны страны,
обеспечивая как транспортные перевозки, так и комплектацию
многих видов мобильного вооружения. Их используют также в
чрезвычайных ситуациях.
Промышленность выпускает специальные автомобили и авто-
поезда высокой проходимости, называемые транспортно-техноло-
гическими. Они предназначены для выполнения транспортных
операций в технологическом цикле сельскохозяйственного произ-
водства и потому должны удовлетворять следующим специфичес-
ким требованиям сельского хозяйства: иметь проходимость, сопо-
ставимую с проходимостью колесных уборочных машин; быть
приспособленными к систематической высокопроизводительной
работе в составе автопоезда на различных грунтовых дорогах и в
полевых условиях; комплектоваться специализированными кузо-
вами для перевозки различных сельскохозяйственных грузов;
иметь устройства отбора мощности для привода специального
оборудования и возможность движения с минимальной устойчи-
вой скоростью 2,0...2,5 км/ч.
Повышение проходимости транспортно-технологических авто-
мобилей обеспечивается за счет снижения давления шин на грунт до
0,25...0,35 МПа (в зависимости от вида грунта), применения одинар-
ных широкопрофильных шин, в том числе с регулируемым давлени-
ем, установки дорожного просвета 300...340 мм и больших углов пе-
реднего и заднего свесов, возможности блокировки дифференциала.
з
Высокопроизводительная работа автопоезда достигается за счет
применения в его составе прицепа и тягача одинаковой грузо-
подъемности, увеличения грузоподъемности с помощью надстав-
ных бортов, сокращения времени погрузочно-разгрузочных работ.
Для реализации последнего условия необходимы автомобили с
низкой погрузочной высотой как по полу платформы
(1350...1450 мм), так и по кромкам надставных бортов (2850 мм).
Важным фактором повышения производительности является
высокий ресурс транспортно-технологических автомобилей в до-
рожных условиях, типичных для сельского хозяйства. Примером
таких транспортно-технологических автомобилей могут служить
автомобили КАЗ-4540 и «Урал-5557».
Основу автомобильной промышленности составляют заводы,
выпускающие легковые и грузовые автомобили, автобусы, трол-
лейбусы, специализированные кузова и надстройки, прицепы и
полуприцепы, военную автомобильную технику, агрегаты, узлы и
запасные части к ним, автотракторное электрооборудование и ав-
тоэлектронику, технологическое оборудование, оснастку и инст-
румент.
Кроме того, в систему автомобильной промышленности входит
часть предприятий по техническому обслуживанию и ремонту ав-
томобильной техники. Научная база отрасли — это ряд научно-ис-
следовательских и проектно-конструкторских институтов
(НАМИ, НИИТавтопром и др.) совместно с научно-технически-
ми центрами автомобильных и моторных заводов.
Автомобильные заводы — крупнейшие потребители продукции
других отраслей. Так, в себестоимости легкового автомобиля бо-
лее 50 % составляют затраты на материалы и комплектующие из-
делия. В то же время автомобильные заводы являются одним из
основных источников дохода для бюджетной системы государства.
В данном учебнике рассмотрены конструкции и принципы ра-
боты машин, правила их технического обслуживания, а также ос-
новные теоретические предпосылки, необходимые для эффектив-
ной и безопасной эксплуатации их в сельскохозяйственном про-
изводстве. Информация о мировых тенденциях развития автомо-
бильной техники будет способствовать повышению
общетехнического и профессионального уровня знаний студен-
тов.
Изложение материала базируется на основных моделях автомо-
билей, выпускаемых промышленностью России и стран СНГ и
используемых в сельскохозяйственном производстве: грузовые ав-
томобили ГАЗ-53-12, ЗИЛ-431410, КАЗ-4540, «Урал-5557», легко-
вой автомобиль «Нива» ВАЗ-2121. По остальным моделям автомо-
билей, в том числе переднеприводным легковым, даны особенно-
сти конструкции после рассмотрения основных моделей.
Раздел I
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОМОБИЛЯХ
Глава 1
ИЗ ИСТОРИИ РАЗВИТИЯ АВТОМОБИЛЕЙ
Первый автомобиль в России был создан в 1896 г. в Петербурге.
Производство автомобилей из импортируемых агрегатов пытались
организовать московские велосипедный завод «Дуке» Меллера,
станкостроительный завод Бромлея, машиностроительный завод
«Аксай» в Ростове-на-Дону, велосипедные мастерские Лидтке в
Петербурге. Петербургские компании «Иван Брейтигам», «Побе-
да», «П.Д. Яковлев», «Крюммель» и московские «П. Ильин»,
«Братья Крыловы», «Субботин», «А. Евсеев» изготовляли ориги-
нальные кузова, устанавливая их на импортные шасси. Автомоби-
ли производили по индивидуальным заказам, штучно.
Первая попытка организации промышленного производства
была предпринята петербургским заводом «Г. А. Лесснер» в 1904 г.
За неполные 6 лет было изготовлено около 100 легковых и грузо-
вых автомобилей, и в 1909 г. их производство прекращено.
В 1909 г. Русско-Балтийский вагонный завод в Риге организо-
вал промышленный выпуск автомобилей, изготовив в 1909—
1915 гг. 625 легковых и грузовых автомобилей.
В 1916 г. Главное военно-техническое управление России под-
писало контракты с группой промышленников на основе государ-
ственного кредита на строительство шести автозаводов: АМО в
Москве, «Руссо-Балт» в Филях под Москвой, «Русский Рено» в
Рыбинске, «В. А. Лебедев» в Ярославле, «Аксай» в Ростове-на-
Дону.
Развитие автомобильной промышленности России прошло не-
сколько этапов.
Первый этап (1924—1930 гг.) характеризуется выпуском неболь-
шого количества грузовых автомобилей индивидуального и серий-
ного производства. Датой рождения российского автомобилестро-
ения можно считать 1924 г., когда на Московском автомобильном
заводе (АМО, ныне ЗИЛ) был организован серийный выпуск ав-
томобилей АМО-Ф-15 грузоподъемностью 1,5 т.
В 1925 г. на Ярославском автомобильном заводе (ЯАЗ) нача-
то производство трехтонных грузовых автомобилей. В 1927—
1928 гг. авторемонтный завод «Спартак» в Москве приступил к
5
серийному производству легковых малолитражных автомобилей
НАМИ-1.
Второй этап (1931—1941 гг.) характеризуется организацией
крупносерийного и массового производства автомобилей. Индуст-
риализация страны и коллективизация сельского хозяйства обус-
ловили увеличение потребности в автомобилях.
В 1931 г. введен в строй Московский автозавод, реконструиро-
ванный для выпуска 25 тыс. трехтонных автомобилей. Наряду с
развитием двухосных грузовых автомобилей выпускались трехос-
ные автомобили повышенной проходимости ЗИС-6 грузоподъем-
ностью 2,5 т. В 1933—1934 гг. завод начал выпускать автобусы
(ЗИС-8, ЗИС-12, ЗИС-16), а в 1936г.—легковые шестиместные
автомобили ЗИС-101.
В 1931 г. реконструирован и расширен Ярославский автозавод.
На нем начато производство четырехтонного (Я-4) и пятитонного
(Я-5) грузовых автомобилей и автобусного шасси Я-6. В 1936 г.
ЯАЗ приступил к выпуску троллейбусов.
В 1932 г. введен в строй Горьковский автозавод (ГАЗ), рассчи-
танный на 100 тыс. автомобилей в год (грузовые автомобили
ГАЗ-АА грузоподъемностью 1,5 т и легковые автомобили ГАЗ-А).
В 1938—1939 гг. расширен и реконструирован Московский ав-
тосборочный завод КИМ для массового производства малолит-
ражных легковых автомобилей КИМ-10.
В годы Великой Отечественной войны был построен Уральс-
кий автомобильный завод (УралАЗ) в г. Миасс. В 1942—1943 гг.
завод поставлял двигатели и коробки передач Московскому и дру-
гим автозаводам, а с июля 1944 г. выпускал трехтонные грузовые
автомобили.
Третий этап (1945—1958 гг.) характеризуется бурным ростом ав-
томобильной промышленности. Одновременно с совершенствова-
нием конструкций автомобилей увеличивается их выпуск, разра-
батываются новые модели. Так, в 1958 г. выпущено 300 различных
типов и модификаций грузовых автомобилей, 10 моделей легко-
вых автомобилей и 10 типов автобусов.
В 1947—1948 гг. заводы взамен выпускаемых автомобилей на-
чали освоение новых грузовых автомобилей ГАЗ-51, ГАЗ-63,
ЗИС-150, ЗИС-151, «Урал-355М», ЯАЗ-200, МАЗ-200, МАЗ-205
и легковых автомобилей «Победа», ГАЗ-69.
После войны построены Минский автозавод (МАЗ), рассчи-
танный на выпуск двухосных грузовых автомобилей грузоподъем-
ностью 6...7 т, и Кутаисский автозавод (КАЗ), выпускающий гру-
зовые автомобили ЗИС-150.
На этом этапе реконструируют действующие заводы. Произ-
водственные мощности Московского автозавода достигают
200 тыс. грузовых автомобилей и автобусов в год, а Горьковского
автозавода — 320 тыс. грузовых и 75 тыс. легковых автомобилей.
Производство самосвалов на шасси ЗИС с 1947 г. начато Мыти-
6
щинским машиностроительным заводом, а на шасси ГАЗ — Са-
ранским заводом автосамосвалов. Ярославский завод перепрофи-
лирован на производство дизелей, в частности ЯМЗ-236, разрабо-
танных совместно с НАМИ. Производство автомобилей ЯАЗ-200
и ЯАЗ-210 передается соответственно на Минский и Кременчугс-
кий (КрАЗ) автозаводы.
В 1950 г. завод им. Урицкого в г. Энгельсе начал производство
троллейбусов (модель МТБ-82Д). В этом же году вступает в строй
действующих Павловский автобусный завод, куда передается про-
изводство автобусов малого класса на шасси грузовых автомоби-
лей ГАЗ. Производство этих автобусов начинает в конце 50-х го-
дов и Курганский автобусный завод.
В 1955—1959 гг. ЗИС выпускает первый в СССР междугород-
ный автобус ЗИС-127 вагонной компоновки. С 1959 г. страна ста-
ла импортировать из Венгрии международные автобусы «Икарус»,
а автобусное производство Московского завода переведено на
вновь построенный Ликинский автобусный завод (ЛиАЗ).
В 1957 г. в Риге организовано производство автобусов особо
малой вместимости (РАФ), используемых в качестве маршрутных
такси и служебных машин. Львовский автобусный завод (ЛАЗ)
специализирован на выпуск городских, пригородных и междуго-
родных автобусов. В 1960 г. запорожский завод «Коммунар» был
реконструирован на массовый выпуск микролитражных легковых
автомобилей «Запорожец» (ЗАЗ).
Значительно расширяется производство специализированных
и специальных автомобилей, для чего создаются новые заводы в
Брянске, Заволжье, Саратове, Грабове, Кургане, Шумерле и Эн-
гельсе. С целью расширения выпуска, повышения качества и уни-
фикации узлов и агрегатов автомобилей создается ряд специали-
зированных заводов по выпуску двигателей, коробок передач, ве-
дущих мостов, карданных валов, рессор, радиаторов, амортизато-
ров, поршней, фильтров, тормозной аппаратуры и других
агрегатов и деталей.
Четвертый этап (1959—1980 гг.) прямо связан с коренной тех-
нической реконструкцией автомобильного транспорта. В этот пе-
риод грузооборот автомобильного транспорта увеличивался при-
мерно в 1,4 раза за каждое пятилетие. Для удовлетворения нужд
горнорудной, металлургической, химической и строительной про-
мышленности (в том числе строительства крупнейших гидроэлек-
тростанций) в 1965 г. выпуск автомобилей грузоподъемностью
10... 14 т вырос в 6,5 раза по сравнению с 1958 г., а автомобилей-
самосвалов грузоподъемностью 25 и 40 т — в 5,5 раза. Такой рост
был обеспечен за счет ввода Кременчугского и Белорусского
(БелАЗ, г. Жодино) автомобильных заводов.
Развитие массовых автомобильных перевозок было обеспе-
чено за счет широкого использования автопоездов, прицепы и
полуприцепы для которых начинают выпускать заводы в Грабо-
7
ве, Ирбите, Сердобске, Тавде, Ставрополе, Красноярске, Челя-
бинске.
В 1976 г. начал работать Камский автомобильный завод
(КамАЗ). Производственная мощность его составляла 150 тыс.
большегрузных автомобилей и 200 тыс. дизельных двигателей в
год. На Нефтекамском автомобильном заводе в этот период орга-
низовано производство самосвалов на шасси КамАЗ.
В 60-е годы основные заводы перешли на выпуск более совер-
шенных моделей автомобилей: ЗИЛ-130 и ЗИЛ-131 (1967 г.) — на
Московском автозаводе; ГАЗ-53А (1965 г.) и ГАЗ-66 (1966 г.) — на
Горьковском; «Урал-375» (1962 г.) и «Урал-377» (1966 г.) —на
Уральском; МАЗ-500, МАЗ-503, МАЗ-504 (1965 г.) — на Минском
автозаводе и др.
Возросший во второй половине 60-х годов спрос на легковые
автомобили вызвал значительное расширение мощностей по их
производству. С этой целью в Ижевске был построен автомобиль-
ный завод, в 1967 г. начавший выпуск автомобилей «Москвич-
412» параллельно с АЗЛК.
Коренной перелом в развитии легкового автомобилестроения
произошел при пуске Волжского автомобильного завода (ВАЗ),
производственные мощности завода были рассчитаны на выпуск
660 тыс. легковых автомобилей малого класса и 75 тыс. полнопри-
водных легковых автомобилей «Нива».
В середине 80-х годов Волжский, Камский и Серпуховской ав-
томобильные заводы совместно начинают выпускать легковые ав-
томобили особо малого класса («Ока»), в том числе модели для
инвалидов.
За десять лет (1971—1980 гг.) выпуск грузовых автомобилей
увеличился в 1,5 раза, легковых — в 4 раза, автобусов — в 1,8 раза.
Пятый этап (1981—1990 гг.) развития автомобильной промыш-
ленности связан с реализацией комплексных народнохозяйствен-
ных и социально-экономических программ.
Для агропромышленного комплекса создан и поставлен на
производство большой парк сельскохозяйственных автопоездов с
дизелем на базе новых моделей ГАЗ, ЗИЛ и КамАЗ грузоподъ-
емностью 9... 14 т, а также принципиально новые полноприводные
транспортно-технологические автомобили «Урал-5557» и КАЗ-
4540 (грузоподъемность автопоездов соответственно 14 и Нт).
Для агропромышленного комплекса было создано 115 моделей
транспортных средств.
Для открытых разработок созданы карьерные автомобили-са-
мосвалы БелАЗ грузоподъемностью от 30 до 180 т. Для перевозки
людей в условиях Крайнего Севера и Восточной Сибири разра-
ботаны специальные транспортные средства НЗАС-4947 и
H3AC-3964, выпускаемые Нефтекамским заводом.
На ВАЗе и АЗЛК поставлены на производство переднепривод-
ные легковые автомобили.
8
Годы
Рис. 1.1. Производство грузовых автомобилей на различных заводах РФ в 1991—1998 гг.
Рис. 1.2. Производство легковых автомобилей на различных заводах РФ в 1991—1998 гг.
Среди новых моделей конца 80-х годов, поставленных или под-
готовленных к производству, следует отметить грузовые автомоби-
ли УАЗ-ЗЗОЗ, ГАЗ-3307, «Урал-4320», КамАЗ-5320, автобусы
ПАЗ-3205, ЛиАЗ-5256, легковые автомобили ВАЗ-1111, АЗЛК-2141,
Иж-2126, ВАЗ-2108, ВАЗ-2109, ВАЗ-2121, ГАЗ-24-10.
Шестой этап (1990—1996 гг.) характеризуется спадом промыш-
ленного производства в автомобилестроении (рис. 1.1, 1.2). Вне-
шняя причина этого —распад СССР, вследствие чего потеряно
производство нескольких типов автомобилей и многих агрегатов:
автомобилей и автобусов Украины (ЗАЗ, ЛАЗ, КрАЗ), грузовых
автомобилей большой и особо большой грузоподъемности (МАЗ и
БелАЗ, Белоруссия), микроавтобусов (РАФ, Латвия), автопогруз-
чиков (Украина, Армения), компрессоров (г. Паневежис, Литва),
ремней безопасности (г. Рига, Латвия), карданных валов (г. Грод-
но, Белоруссия), гидромеханических передач (г. Львов, Украина),
рулевых механизмов (г. Борисов, Белоруссия) и др.
Внутренние причины связаны с общим спадом экономики и
платежеспособного спроса, наличием устаревших производствен-
ных мощностей и несоответствием ряда выпускаемых моделей ре-
альным нуждам потребителей. Например, в 1990 г. лишь 10 % об-
щего выпуска грузовых автомобилей приходилось на малотоннаж-
ную технику, которая необходима для перевозки мелкопорцион-
ных грузов. По зарубежным данным, их выпуск должен составлять
50...60 %.
Наметившиеся к 2000 г. определенные позитивные сдвиги в
экономике нашей страны были характерны и для автомобилестро-
ения. Практически во всех крупных объединениях по выпуску ав-
томобилей и двигателей началось производство расширенной но-
менклатуры продукции. Налаживается технологически новое про-
изводство продукции за счет освоения лицензионной технологии.
Так, заводы «Красный Аксай» и Таганрогский автомобильный на-
чали производство лицензионных моделей фирмы ДЭУ, ГАЗ осва-
ивает по лицензии выпуск двигателей фирмы «Штайер», Ура-
лАЗ — автомобилей фирмы «Ивеко». Наметились новые стратегия
и приоритеты в области маркетинга, сбыта и сервиса.
Глава 2
НАЗНАЧЕНИЕ, КЛАССИФИКАЦИЯ И ОБЩАЯ КОМПОНОВКА
АВТОМОБИЛЯ
Автомобиль — это самодвижущаяся машина, предназначенная
для перевозки по безрельсовому пути пассажиров, различных гру-
зов или специального оборудования, а также для буксирования
прицепов.
Основные части автомобиля: двигатель, трансмиссия, ходовая
11
часть, кузов, механизмы управления и вспомогательное оборудо-
вание (рис. 2.1).
Двигатель преобразует химическую энергию топлива, сгораю-
щего в его цилиндрах, в тепловую энергию, а затем при помощи
кривошипно-шатунного механизма— в механическую, которая
приводит во вращение ведущие колеса автомобиля. Наиболее рас-
пространены бензиновые двигатели и дизели.
Значительное внимание уделяется созданию двигателей, рабо-
тающих на не нефтяных (альтернативных) топливах. Одним из них
является водород, запасы которого практически не ограничены.
Однако применение водорода связано с большими энергетически-
ми затратами, затруднениями при хранении и транспортировке.
Широкому применению электродвигателей препятствуют малая
энергоемкость аккумуляторных батарей и их громоздкость, что
снижает грузоподъемность автомобиля и его запас хода.
Трансмиссия служит для передачи вращающего момента от ко-
ленчатого вала двигателя к ведущим колесам автомобиля и изме-
нения его величины и направления. В состав трансмиссии входят
сцепление 3 (см. рис. 2.1), коробка передач 4, карданная передача
5 и ведущий мост 6.
Ходовая часть преобразует вращательное движение ведущих ко-
лес в поступательное движение автомобиля. Она состоит из рамы,
на которой устанавливают кузов и все механизмы автомобиля,
подвески передней и задней осей и колес.
Кузов служит для размещения водителя, пассажиров и груза. У
грузового автомобиля он состоит из грузовой платформы 2 и каби-
ны 1.
Механизмы управления предназначены для управления автомо-
билем. К ним относятся рулевое управление, с помощью которого
изменяют направление движения автомобиля, и тормозная систе-
ма, позволяющая уменьшить скорость или остановить автомо-
биль.
Трансмиссию, ходовую часть и механизмы управления в сборе
называют шасси.
Вспомогательное оборудование автомобиля — это лебедка, тя-
гово-сцепное устройство и другое дополнительное оборудование.
2.1. КЛАССИФИКАЦИЯ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ
В основу классификации и системы обозначения отечествен-
ных автотранспортных средств положены следующие признаки:
вид автотранспортного средства (подвижной состав), основной
технический параметр (масса, мощность или габаритные разме-
ры), тип кузова, назначение, колесная формула, тип двигателя.
Автомобильный подвижной состав подразделяют на пассажир-
ский, грузовой и специальный. К пассажирскому составу относят
12
Рис. 2.1. Основные части автомобиля ЗИЛ-130:
Двигатель; кузов; /// — трансмиссия; /И— рулевое управление; И—тормозная систе-
ма, и/ ходовая часть; /— кабина; 2— грузовая платформа; 3— сцепление; 4— коробка пе-
редач; 5— карданная передача; 6— главная передача (ведущий мост)
легковые автомобили, автобусы, пассажирские прицепы и полу-
прицепы, к грузовому — грузовые автомобили, автомобили-тяга-
чи, грузовые прицепы и полуприцепы с универсальными или спе-
циализированными надстройками для размещения груза. Специ-
альный состав охватывает автомобили, прицепы и полуприцепы с
установленным на них специальным оборудованием, имеющие
особое технологическое или иное назначение и выполняющие
различные, преимущественно транспортные работы.
Пассажирские автомобили вместимостью до восьми человек,
включая водителя, относятся к легковым; свыше восьми чело-
век — к автобусам.
Классификация легковых автомобилей. Легковые автомобили
делят по рабочему объему цилиндров двигателя на
пять классов: особо малый (до 1,099 л); малый (1,1...1,799 л); сред-
ний (1,8—3,499 л); большой (3,5 л и более); высший (не регламен-
тируется).
Легковые автомобили каждого класса характеризуются опреде-
ленным комплексом технических показателей: габаритными раз-
мерами, вместимостью, уровнем комфортабельности, динамичес-
кими и скоростными качествами, топливной экономичностью,
надежностью и др.
К автомобилям особо малого класса первой группы относятся ав-
томобили длиной 3,2...3,5 м, шириной 1,4...1,5 м. Это четырехмес-
тные автомобили с двух- или трехцилиндровым двигателем, обла-
дающие хорошей топливной экономичностью, но рассчитанные
на небольшой ресурс.
Автомобили особо малого класса второй группы имеют длину
3,5...3,8м, ширину 1,5...1,6 м и вместимость до пяти человек. На
них устанавливают трех- или четырехцилиндровые двигатели
Автомобили малого класса наиболее распространены. Они об-
ладают высокими потребительскими качествами и универсальнос-
тью в эксплуатации. Автомобили малого класса первой группы име-
ют длину 3,9..-4,2 м и ширину 1,62—1,66 м; второй груллы — соот-
ветственно 4—4,3 и 1,64—1,69 м; третьей группы — соответственно
4,2...4,5 и 1,69—1,71 м. На автомобилях этого класса устанавлива-
ют четырехцилиндровые двигатели.
Автомобили среднего класса отличаются повышенным уровнем
комфортабельности, лучшими динамическими и скоростными ка-
чествами и большой надежностью. Длина этих автомобилей
4,6—4,9 м, ширина 1,74—1,81 м. В качестве двигателя используют
четырех-, пяти-, шести- и восьмицилиндровые бензиновые двига-
тели и дизели.
Автомобили большого и высшего классов — это представительс-
кие автомобили единичного производства, обладающие высокими
комфортабельностью, скоростными качествами, безопасностью и
безотказностью в ущерб показателям экономичности.
На базе легковых автомобилей выпускают грузовые и грузо-
14
пассажирские автомобили, у которых для увеличения размеров пло-
щадки, предназначенной для размещения в кузове груза, задние си-
денья выполнены складывающимися, а конструктивное исполнение
задней части кузова обеспечивает увеличенный внутренний объем.
Тип кузова легковых автомобилей определяется числом
функциональных отсеков и конструктивным их выполнением.
Кузова могут быть трех-, двух- и однообъемными (табл. 2.1). Трех-
объемный кузов имеет моторный отсек, салон и багажник. У двух-
объемного кузова салон и багажник объединены.
2.1. Характеристики легковых автомобилей с кузовами различных типов
Внешний вид
Название
Характеристика
Закрытый кузов
Лимузин
Удлиненная база, четыре бо-
ковые двери, два (три) ряда
сидений, застекленная пере-
городка за первым рядом
Седан (хетчбек, са- Нормальная база, четыре или
лун, берлина) две боковые двери, два (три)
ряда видений
Купе (берлинетта) Укороченная база, две боко-
вые двери, один (два) ряд си-
дений
Полностью открывающийся кузов
Фаэтон (устарев- Удлиненная или нормальная
шее —торпедо) база, число дверей и рядов
сидений зависит от базы
Родстер (спайдер) Укороченная база, две боко-
вые двери
Грузопассажирские кузова
Универсал (стейшен Закрытый кузов со складыва-
вэгон, фамильяле, ющимся задним рядом сиде-
эстейст, бреак) ний, за счет чего можно уве-
личить помещение для груза
Пикап Закрытая кабина с одним
(двумя) рядом сидений, гру-
зовая платформа
Хэтчбек (комби, Промежуточное положение
лиртбек, свинчбек) между универсалом и седа-
ном, две (четыре) боковые
двери и дверь в наклонной
задней стенке
15
Классификация автобусов. Автобусы делят по габарит-
ной длине на пять классов: особо малый (до 5м); малый
(6...7,5 м); средний (8,5... 10 м); большой (11...12 м); особо большой
(16,5...24 м).
По назначению различают автобусы трех групп: город-
ские, междугородные и дальнего следования. Городские автобусы
обладают наибольшей вместимостью за счет большого числа сто-
ячих мест и высокими параметрами пассажирообмена. Макси-
мально унифицированы с городскими автобусами пригородные,
которые осуществляют связь города с ближним пригородом. Меж-
дугородные автобусы служат для перевозок районного и областно-
го масштаба.
Автобусы дальнего следования предназначены для перевозки
только сидящих пассажиров в условиях высокого комфорта на
дальние расстояния в туристических или экскурсионных целях.
Такие автобусы могут быть полутора- и двухэтажными, с наклон-
но расположенным салоном для улучшения обзорности.
Классификация грузовых автомобилей. Грузовые автомобили,
прицепы и полуприцепы в зависимости от полной массы
(т) делят на следующие основные классы: менее 1,2; 1,2...2; 2...8;
8... 14; 14...20; 20...40; более 40.
Общепринятая классификация по грузоподъемнос-
т и (т) может быть проведена для автомобилей с одним типом кузо-
ва при одинаковой комплектации. Так, грузовые автомобили с бор-
товой платформой могут быть подразделены на следующие классы:
особо малый (менее 1т); малый (1...3); средний (3—8); большой
(8... 15); особо большой (15—26); сверх особо большой (более 26 т).
В зависимости от назначения различают грузовые ав-
томобили общего назначения, специализированные и специаль-
ные. Грузовой автомобиль общего назначения может быть оборудо-
ван платформой бортовой, безбортовой или с тентом.
К специализированным относятся грузовые автомобили для пе-
ревозки однотипных грузов, к которым приспособлены их плат-
формы, надстройки или кузова с учетом физико-механических,
химических, весовых, геометрических и других свойств и парамет-
ров этих грузов.
Специальные автомобили (коммунальные, пожарные, медицин-
ские, автокраны) служат для размещения, транспортировки и экс-
плуатации различного, в том числе технологического, оборудова-
ния и выполнения других функций, не связанных с перевозкой
народнохозяйственных грузов.
Автомобиль-тягач приспособлен для буксировки прицепных
транспортных средств (прицепов и полуприцепов), в сцепке с ко-
торыми образуется автопоезд.
В зависимости от назначения и нагрузок,
приходящихся на колесную ось, различают гру-
зовые автомобили двух групп: дорожные и внедорожные. Автомо-
16
били первой группы предназначены для движения по дорогам об-
щего пользования, второй — для движения по специальным доро-
гам или на местности.
В России используют автомобили двух групп: с осевой нагруз-
кой 60 и 100 кН. Эти автомобили соответствуют несущей способ-
ности дорог общей сети двух основных типов. Автомобили с осе-
вой нагрузкой более 100 кН относятся к группе внедорожных.
Автомобили по общему числу колес и числу
ведущих колес обозначают формулой 4x2, 6x6, 8x8 и
т. д., где первая цифра соответствует числу колес автомобиля, вто-
рая — числу ведущих колес. Каждое сдвоенное ведущее колесо счи-
тается как одно целое. Например, колесной формулой 4x2 обозна-
чен двухосный автомобиль с одной ведущей осью (ГАЗ-53-12),
6 х 6—трехосный автомобиль со всеми ведущими осями (ЗИЛ-131),
6 х 4 — трехосный автомобиль с двумя ведущими осями (КамАЗ).
По виду потребляемого топлива и типу
двигателя различают автомобили карбюраторные, дизель-
ные, работающие на альтернативном топливе (газогенераторные,
газобаллонные), электрические (электромобили), паровые, газо-
турбинные, а также автомобили с комбинированными силовыми
установками: например двигатель внутреннего сгорания — элект-
рический двигатель.
Индексация автомобилей. Каждой модели автомобиля, прицепа
и полуприцепа присваивают индекс, состоящий из четырех цифр
(табл. 2.2). Так, первая цифра соответствует классу автомобиля (по
2.2. Цифровое обозначение класса автомобильного подвижного состава
Легковые автомобили Автобусы Грузовые автомобили
Рабочий объем двигателя, л Ин- декс Габарит- ная длина, м Ин- декс Полная масса, т Индекс
С борто- вой плат- формой Седель- ные тягачи Само- свалы Цис- терны Фур- ГОНЫ Спе- циаль- ные
До 1,099 11 До 5 22 До 1,2 13 14 15 16 17 19
1,1...1,799 21 6—7,5 32 1,2...2 23 24 25 26 27 29
1,8...3,499 31 8...10 42 2...8 33 34 35 36 37 39
Свыше 3,5 41 11...12 52 8... 14 43 44 45 46 47 49
16.5...24 62 14...20 53 54 55 56 57 59
20...40 63 64 65 66 67 69
Свы- ше 40 73 74 75 76 77 79
рабочему объему двигателя для легковых автомобилей, длине для
автобусов и полной массе для грузовых автомобилей); вторая циф-
ра — эксплуатационному назначению автомобиля (1—легковые;
2 — автобусы; 3 — грузовые бортовые автомобили; 4 — седельные
17
тягачи; 5 — самосвалы; 6 — цистерны; 7 — фургоны; 8 — резерв;
9 — специальные автомобили).
Третья и четвертая цифры относятся к модели. Для обозначе-
ния модификации модели вводят пятую цифру. Перед цифровым
индексом указывают аббревиатуру предприятия-изготовителя.
Например, легковой автомобиль с рабочим объемом двигателя
1,3 л и правым расположением органов управления, выпускаемый
Волжским автомобильным заводом, обозначают ВАЗ-21036.
2.3. Цифровое обозначение прицепов, полуприцепов, роспусков в зависимости от их
полной массы
Полная масса, т Группа Индекс
прицепа и полуприцепа роспуска
До 4 До 6 1 01-24
4... 10 6...10 2 25-49
10...16 10...16 3 50-69
16...24 16...24 4 70-84
Свыше 24 Свыше 24 5 85-99
Для прицепного состава в зависимости от его полной массы
также установлены группы индексов (третий и четвертый знаки
четырехзначного индекса модели прицепов, полуприцепов и рос-
пусков), приведенные в таблице 2.3. Для модификации модели
указывают пятую цифру. Например, полуприцеп-фургон Одес-
ского автосборочного завода с цельнометаллическим кузовом пол-
ной массы 29,2 т обозначают ОдАЗ-99871.
2.2. ОБЩАЯ КОМПОНОВКА АВТОМОБИЛЕЙ
Общая компоновка предусматривает рациональное взаимное
размещение двигателя, агрегатов и узлов автомобиля, обеспечива-
ющее наиболее эффективную реализацию его назначения.
Компоновочная схема легкового автомобиля (рис. 2.2) зависит от
расположения силового агрегата (двигатель, сцепление, коробка
передач) и ведущего моста. Наиболее распространены следующие
три схемы:
силовой агрегат спереди, ведущий мост задний (рис. 2.2, о);
силовой агрегат спереди, ведущий мост передний (рис. 2.2, б);
силовой агрегат сзади, ведущий мост задний (рис. 2.2, в).
Первая схема, часто называемая классической, обеспечи-
вает хороший доступ к двигателю при его обслуживании и ремонте и
большой объем багажного отделения. Недостатки этой схемы: отно-
сительно большая длина автомобиля, наличие туннеля в полу салона
для размещения карданного вала. Такую компоновку применяют в
легковых автомобилях среднего, большого и высшего классов.
18
Рис. 2.3. Компоновочные схемы
грузовых автомобилей:
а — кабина за двигателем; б — кабина над
двигателем; в— кабина перед двигателем
Рис. 2.2. Компоновочные схемы легковых
автомобилей при расположении силового
агрегата:
а — спереди, ведущий мост задний; б — спере-
ди, ведущий мост передний; в — сзади, веду-
щий мост задний
Вторую схему применяют в автомобилях особо малого,
малого и среднего классов. Здесь двигатель, сцепление и коробка
передач выполнены в едином картере.
Преимущества схемы: обеспечение хорошей устойчивости и
управляемости, минимальная длина автомобиля, уменьшенная
неснаряженная масса, отсутствие туннеля в полу салона. Однако
при такой схеме затруднен доступ к двигателю для его обслужива-
ния и ремонта.
Область применения третьей схемы — автомобили осо-
бо малого класса с двигателем небольшого рабочего объема.
Компоновочные схемы грузовых автомобилей общего назначения
определяются взаимным расположением двигателя и кабины.
Наиболее распространены следующие три схемы (рис. 2.3): кабина
за двигателем, над двигателем и перед двигателем.
При первой схеме (рис. 2.3, а) обеспечиваются хоро-
ший доступ к двигателю, простота конструкции сцепления и ко-
робки передач, расположение водителя и пассажиров в зоне пони-
женной вибронагруженности. Однако при этом увеличиваются
база и длина автомобиля, ухудшается передняя обзорность.
Вторая схема (рис. 2.3, б) позволяет удлинить грузовую
платформу, обеспечить загрузку мостов автомобиля до максималь-
но допустимых значений, улучшить переднюю обзорность. Недо-
19
Рис. 2.4. Компоновочные схемы автобусов:
а — двигатель впереди переднего моста; б — двига-
тель над передним мостом; в — двигатель под по-
лом в пределах базы; г, д — двигатель сзади
a
статок схемы: необходимость опро-
кидывания кабины для обеспечения
доступа к двигателю.
Третью схему (рис.2.3, в)
применяют при компоновке пол-
ноприводных многоосных автомо-
билей. Она позволяет равномерно
распределить осевые нагрузки на
дорогу и обеспечивает хорошую об-
зорность. Однако при такой схеме у
автомобиля меньше длина грузовой
платформы и затруднен доступ к
двигателю и коробке передач.
Компоновочные схемы автобусов
_ зависят от взаимного расположения
д *-*—1 двигателя и трансмиссии. Основны-
ми являются следующие схемы:
двигатель расположен впереди переднего моста (рис. 2.4, а), над
передним мостом (рис. 2.4, б), под полом в пределах базы (рис.
2.4, в), сзади (рис. 2.4, гид) продольное или поперечное располо-
жение двигателя.
Наибольшие преимущества у схемы с задним расположением
двигателя: возможность понижения уровня пола и создания емких
багажных отделений, изоляция двигателя от салона и хороший до-
ступ к нему, минимальные вибрации и шум, возможность рацио-
нальной планировки пассажирского салона, создание более ком-
фортабельных условий для водителя. Однако при такой схеме
трудно управлять силовым агрегатом и сложно разместить радиа-
тор системы охлаждения.
2.3. ТИПАЖ АВТОМОБИЛЕЙ
Типаж —это экономически оптимальная по номенклатуре и
техническим параметрам совокупность машин, составляющая ти-
поразмерные ряды, в которых автомобили объединены общнос-
тью народнохозяйственного назначения.
Типаж составляют на основе классификационных параметров
раздельно по видам автомобилей и пересматривают каждые пять-
десять лет. Такими параметрами для типажа легковых автомоби-
20
лей являются рабочий объем двигателя и собственная масса. В ти-
паже отражены класс, группа, колесная формула, число мест, до-
пустимая масса груза, полная масса автомобиля, рабочий объем,
максимальная скорость, время разгона с места до 100 км/ч, пробег
до капитального ремонта, трудоемкость обслуживания после
1000 км пробега.
В типаже грузовых автомобилей отражены полная их масса,
осевая нагрузка, базовая модель и основные модификации, грузо-
подъемность, колесная формула, мощность и число цилиндров
двигателя.
Классификационные параметры для типажа автобусов —их
длина и вместимость. В типаже автобусов указывают также осевую
нагрузку, назначение, число мест для сидения, для проезда стоя и
общее, полную массу, мощность двигателя, максимальную ско-
рость, время и путь разгона с места до заданной скорости.
Особенность типажей: указание конкретного завода-изготови-
теля для каждого класса автомобиля. Срок действия последних
разработанных типажей закончился в 1995 г.
Разработаны и утверждены Правительством РФ (постановле-
ние №286 от 15 марта 1999 г.) «Основные направления развития
автомобильной промышленности России на период до 2005 года»,
в которых определены приоритеты развития автомобильной про-
мышленности. Одним из них является общественный транспорт.
Другой приоритет связан с необходимостью обеспечения обороно-
способности страны, особенно в период реформирования армии.
Автомобильная техника является основным средством передвиже-
ния войск. Около 65 % автомобильного парка армии составляют
шасси под вооружение и военную технику.
Основа восстановления и дальнейшего развития автомобиль-
ной промышленности — создание специализированных агрегат-
ных производств. Сложившееся производство агрегатов на круп-
нейших объединениях (ВАЗ, ГАЗ, ЗИЛ, КамАЗ) направлено на
выпуск автомобилей собственной ограниченной номенклатуры.
Рынка агрегатов разного типоразмера в России нет. Практика
мирового автостроения основана на принципах использования
компонентов высокого технического уровня и качества, произво-
димых специализированными фирмами. Например, фирма «Цан-
радфабрик» (Германия) выпускает механические коробки пере-
дач, рулевые управления, ведущие мосты; фирмы «Аутомотив
Продакс» (Великобритания) и «Ферадо» (Франция) — диафраг-
менные сцепления; «Роквел стандарт» и «Итон» (США) — веду-
щие мосты; «Вабко» и «Вестингаус» (Германия) — тормозные ап-
параты; «Фойт» (Германия) и «Аллисон» (США) — гидромехани-
ческие передачи.
Эти агрегаты, выпускаемые объемом десятки тысяч, применя-
ют на автомобилях различных фирм: например, «Мерседес», ДАФ,
«Рено», «Ивеко», «Вольво» и др.
21
Стратегия развития автомобильной промышленности предус-
матривает реформирование действующих производств с сохране-
нием на головном предприятии кузовного и сборочного производ-
ства. При этом заготовительные, вспомогательные и агрегатные
производства выделяют в самостоятельные предприятия. Страте-
гия ориентирует на постепенное создание крупных широкопро-
фильных корпоративных структур, сопоставимых с зарубежными
концернами по номенклатуре и объемам выпуска. Именно такие
корпорации доминируют в мировом автомобилестроении.
Конкурентоспособность российской автомобильной промыш-
ленности как одного из основных производителей наукоемкой
продукции может быть достигнута только на базе дальнейшего
развития собственных российских научных разработок.
Контрольные вопросы и задания
1. В чем состоит назначение автомобиля? 2. Перечислите основные части авто-
мобиля. 3. Какие признаки положены в основу классификации автомобилей?
4. По каким параметрам классифицируют автомобили? 5. Какие автомобили отно-
сятся к специализированным и специальным? 6. Какие максимальные нагрузки
на ось грузового автомобиля приняты в России? 7. Что такое колесная формула?
8. Как строится система индексации автомобилей, прицепов и полуприцепов?
9. Какие компоновочные схемы автомобилей и автобусов вы знаете и чем они оп-
ределяются? 10. Какие квалификационные признаки используют при составлении
типажа автомобилей?
Раздел II
ДВИГАТЕЛЬ
•
Глава 3
ОБЩЕЕ УСТРОЙСТВО И РАБОТА ДВИГАТЕЛЕЙ
ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
3.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Двигатель — машина, преобразующая какой-либо вид энергии
в механическую работу. На большинстве современных автомоби-
лей установлены тепловые поршневые двигатели внутреннего сго-
рания (ДВС). Теплота, выделяющаяся при сгорании топлива в их
цилиндрах, преобразуется в механическую работу.
Двигатель является источником механической энергии, кото-
рая необходима для движения автомобиля.
Классификация двигателей. ДВС классифицируют по следую-
щим признакам:
по назначению — транспортные и стационарные;
способу осуществления рабочего цикла — четырех- и двухтак-
тные;
способу смесеобразования — с внешним смесеобразованием (бен-
зиновые и газовые) и внутренним смесеобразованием (дизели);
способу воспламенения рабочей смеси — с принудительным вос-
пламенением от электрической искры (бензиновые, газовые и др.) и
воспламенением от сжатия, т. е. с самовоспламенением (дизели);
виду применяемого топлива — работающие на бензине, тяже-
лом дизельном топливе (дизели), сжатом или сжиженном газе, дру-
гих видах топлива;
числу цилиндров — одно- и многоцилиндровые (двух-, трех-, че-
тырех-, шести-, восьмицилиндровые и т. д.);
расположению цилиндров — однорядные с вертикальным распо-
ложением цилиндров или с наклоном оси цилиндров к вертикали
на 20...40°; V-образные двухрядные с расположением цилиндров под
углом и оппозитные с противоположным горизонтальным распо-
ложением цилиндров под углом 180°;
способу наполнения цилиндров свежим зарядом — без наддува
(наполнение осуществляется за счет разрежения, создаваемого в
цилиндре при движении поршня от в.м.т. к н.м.т.) и с наддувом
(наполнение цилиндра свежим зарядом происходит под давлени-
ем, которое создается компрессором);
способу охлаждения — с жидкостным и воздушным охлаждением.
23
Составные части двигателей. Поршневой двигатель внутреннего
сгорания состоит из механизмов кривошипно-шатунного и газо-
распределения и систем охлаждения, смазочной, питания, зажига-
ния, пуска.
Кривошипно-шатунный механизм (КШМ)
воспринимает давление газов и преобразует прямолинейное воз-
вратно-поступательное движение поршня во вращательное движе-
ние коленчатого вала.
Механизм газораспределения (ГРМ) предназ-
начен для своевременного открытия и закрытия клапанов, что не-
обходимо для впуска в цилиндр горючей смеси (карбюраторные и
газовые двигатели) или воздуха (дизели) и выпуска отработавших
газов.
Система питания служит для подачи отдельно топли-
ва и воздуха в цилиндры дизеля или приготовления горючей смеси
из мелко распыленного топлива и воздуха и подачи смеси в ци-
линдры карбюраторного или газового двигателя.
Система охлаждения обеспечивает нормальный
тепловой режим двигателя.
Смазочная система служит для подачи смазочного
материала к трущимся поверхностям с целью уменьшения трения,
снижения износа и отвода теплоты от контактирующих поверхно-
стей.
Система зажигания обеспечивает воспламенение
рабочей смеси в карбюраторных и газовых двигателях.
Система пуска служит для вращения коленчатого вала
двигателя при его пуске.
Основные понятия и определения. Основные параметры двигате-
ля: диаметр цилиндра, ход поршня и чис-
ло цилиндров.
При одном обороте коленчатого вала
двигателя (рис. 3.1) поршень делает один
ход вниз и один ход вверх. Изменение на-
правления движения поршня в цилиндре
происходит в двух крайних точках, назы-
ваемых мертвыми. Крайнее верхнее поло-
жение поршня считают верхней
мертвой точкой (в.м.т.), крайнее
нижнее его положение —н и ж н е й
мертвой точкой (н.м.т.).
Расстояние, проходимое поршнем от
в.м.т. до н.м.т., называется ходом
Рис. 3.1. Схема для определения основных парамет-
ров двигателя
24
поршня S, который равен удвоенному радиусу R кривошипа:
S- 2R. При перемещении поршня от одной мертвой точки до дру-
гой коленчатый вал поворачивается на угол 180°, т. е. совершает
половину оборота.
Пространство над днищем поршня при нахождении его в в.м.т.
представляет собой камеру сгорания. Ее объем обозна-
чают Vc. Пространство цилиндра между двумя мертвыми точками
(н.м.т. и в.м.т.) называют рабочим объемом и обознача-
ют V/,. Сумма объема камеры сгорания Vc и рабочего объема Vh со-
ставляет полный объем цилиндра, обозначаемый Va.
Рабочий объем цилиндра, см3 или л,
Vh = -n.#S/4,
где D— диаметр цилиндра, см или дм.
Сумму всех рабочих объемов цилиндров многоцилиндрового
двигателя называют рабочим объемом двигателя или литра-
жом:
V„ = n&Si/4,
где i — число цилиндров.
Отношение полного объема цилиндра Va к объему камеры сго-
рания Vc представляет собой степень сжатия:
Е=Ка/Кс,илие = (Кс+ГА)/Гс.
Степень сжатия — это безразмерная величина, показывающая,
во сколько раз уменьшается объем рабочей смеси или воздуха, на-
ходящихся в цилиндре, при перемещении поршня от н.м.т. к
в.м.т. Чем выше степень сжатия, тем больше температура и давле-
ние рабочей смеси в конце сжатия.
С увеличением степени сжатия повышаются мощность и топ-
ливная экономичность двигателя. Однако повышение степени
сжатия карбюраторных двигателей возможно лишь до определен-
ных значений, выше которых возникают преждевременное само-
воспламенение и взрывное сгорание (детонация) рабочей смеси,
что снижает работоспособность двигателя.
Различные виды жидких и газообразных топлив имеют разные
температуры самовоспламенения, поэтому вид топлива, на кото-
ром работает двигатель, определяет пределы его степени сжатия.
Автомобильные двигатели, работающие на бензине (карбюратор-
ные двигатели), имеют степень сжатия в пределах 6... 10, на газе —
7...9, а дизели — 15...20.
25
3.2. РАБОЧИЕ ЦИКЛЫ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
Рабочий цикл двигателя — это комплекс последовательных про-
цессов внутри цилиндра, в результате которых энергия топлива
преобразуется в механическую работу.
Такт — это часть рабочего цикла, происходящая за время дви-
жения поршня от одной мертвой точки до другой, т. е. за один ход
поршня.
Двигатели, в которых рабочий цикл совершается за два оборота
коленчатого вала или за четыре хода поршня, называют четырех-
тактными. Двигатели, в которых рабочий цикл совершается за
один оборот коленчатого вала или за два хода поршня, называют
двухтактными.
Рабочий цикл карбюраторного четырехтактного двигателя состо-
ит из последовательно происходящих тактов впуска, сжатия, рас-
ширения и выпуска.
Такт впуска (рис. 3.2, а). Поршень 6движется от в.м.т.
к н.м.т., создавая разрежение в полости цилиндра 3 над поршнем.
Впускной клапан 1 открыт, и цилиндр через впускную трубу и
карбюратор сообщается с атмосферой. Под действием разности
давлений в атмосфере и цилиндре воздух, проходя через карбюра-
тор, распыляет топливо и, смешиваясь с ним, образует горючую
смесь. Цилиндр 3 заполняется горючей смесью после прихода пор-
шня в н.м.т. К этому моменту времени впускной клапан закрыва-
ется.
В начале такта впуска, когда поршень был в в.м.т., над порш-
Рис. 3.2. Рабочий цикл одноцилиндрового четырехтактного карбюраторного
двигателя:
а —такт впуска; б— такт сжатия; в —такт расширения; г —такт выпуска; 1 — впускной кла-
пан; 2—искровая свеча зажигания; 3— цилиндр; 4— шатун; 5 — коленчатый вал; 6—пор-
шень; 7—выпускной клапан
26
нем в объеме камеры сжатия находились остаточные продукты
сгорания от предыдущего цикла. Горючая смесь, заполняя ци-
линдр, перемешивается с остаточными газами и образует рабочую
смесь. Давление в конце такта впуска 0,07—0,09 МПа, температура
рабочей смеси 330...390 К.
Такт сжатия (рис. 3.2, б). При дальнейшем повороте ко-
ленчатого вала 5 поршень движется от н.м.т. к в.м.т. При этом
впускной 1 и выпускной 7клапаны закрыты. Поршень в процессе
движения сжимает находящуюся в цилиндре рабочую смесь. В
такте сжатия составные части рабочей смеси хорошо перемешива-
ются и нагреваются. Давление в конце сжатия увеличивается до
0,9—1,2 МПа, а температура — до 500...700 К. В конце такта сжа-
тия на электродах свечи 2 создается электрическая искра, от кото-
рой рабочая смесь воспламеняется. В процессе сгорания топлива
выделяется большое количество теплоты, в результате чего темпе-
ратура газов повышается до 2700 К, а давление — до 3,0...4,5 МПа.
Такт расширения (рабочий ход) (рис. 3.2, в). Оба кла-
пана закрыты. Под давлением расширяющихся газов поршень
движется от в.м.т. к н.м.т. и через шатун 4 приводит во вращение
коленчатый вал 5, совершая полезную работу. К концу рабочего
хода давление уменьшается до 0,3...0,4 МПа, а температура — до
1200-1500 К.
Такт выпуска (рис. 3.2, г). Когда поршень 6 подходит к
н.м.т., открывается выпускной клапан 7и отработавшие газы под
действием избыточного давления начинают выходить из цилиндра
в атмосферу через выпускную трубу. Далее поршень движется от
н.м.т. к в.м.т. и выталкивает из цилиндра отработавшие газы. К
концу такта выпуска давление в цилиндре составляет
0,11—0,12 МПа, а температура — 700—1100 К.
Далее рабочий цикл повторяется.
Рабочий цикл четырехтактного дизеля. В отличие от карбюра-
торного двигателя в цилиндр дизеля воздух и топливо вводятся
раздельно.
Такт впуска (рис. 3.3, а). Поршень 5 движется от в.м.т.
к н.м.т., впускной клапан 7 открыт. В цилиндр 4 под действием
перепада давления в атмосфере и цилиндре поступает воздух, пе-
ремешиваясь с остаточными газами. Давление в конце такта
0,08—0,09 МПа, температура воздуха 320—340 К.
Такт сжатия (рис. 3.3, б). Оба клапана закрыты. Пор-
шень 5 движется от н.м.т. к в.м.т., сжимая воздух. Вследствие
большой степени сжатия (14... 18) давление в конце этого такта
достигает 3,5...4 МПа, а температура — 750...950 К (превышает
температуру самовоспламенения топлива). При положении порш-
ня, близком к в.м.т., в цилиндр через форсунку 2 впрыскивается
жидкое топливо, подаваемое насосом 6 высокого давления. Фор-
сунка обеспечивает тонкое распыление топлива в сжатом воздухе.
Топливо, впрыснутое в цилиндр, смешивается с нагретым возду-
27
Рис. 3.3. Рабочий цикл одноцилиндрового четырехтактного дизеля:
а —такт впуска; d—такт сжатия; в — такт расширения; г —такт выпуска; / — впускной кла-
пан; 2 — форсунка; 3 — выпускной клапан; 4 — цилиндр; 5 — поршень; 6—топливный насос
высокого давления
хом и остаточными газами, образуя рабочую смесь. Большая часть
топлива воспламеняется и сгорает. Температура газов достигает
1900...2400 К, а давление — 5,5...9 МПа.
Такт расширения (рабочий ход) (рис. 3.3, в). Оба кла-
пана закрыты. Поршень 5 под давлением расширяющихся газов
движется от в.м.т. к н.м.т. и через шатун вращает коленчатый вал,
совершая полезную работу. В начале такта сгорает остальная часть
топлива. К концу рабочего хода давление газов уменьшается до
0,2...0,3 МПа, температура — до 900...1200 К.
Такт выпуска (рис. 3.3, г). Выпускной клапан 3 откры-
вается. Поршень 5 движется от н.м.т. к в.м.т. и через открытый
клапан выталкивает отработавшие газы из цилиндра в атмосферу.
К концу такта давление газов 0,11...0,12 МПа, температура
65O...9OO К.
Далее рабочий цикл повторяется.
В течение рабочего цикла описанных двигателей только при
рабочем ходе поршень перемещается под давлением газов и по-
средством шатуна приводит во вращательное движение коленча-
тый вал. При выполнении остальных тактов (выпуска, впуска и
сжатия) поршень нужно перемещать, вращая коленчатый вал. Это
вспомогательные такты, которые осуществляются за счет кинети-
ческой энергии, накопленной маховиком во время рабочего хода.
Маховик, обладающий значительной массой, крепят на конце ко-
ленчатого вала.
28
Рабочий цикл двухтактного карбюраторного двигателя. Наиболее
часто применяют двухтактные карбюраторные двигатели с криво-
шипно-камерной продувкой. В стенке цилиндра двигателей этого
типа выполнены три окна: впускное, продувочное и выпускное.
Картер (кривошипная камера) двигателя непосредственно с ат-
мосферой не сообщен. Впускное окно соединено с карбюратором,
а продувочное — через канал с кривошипной камерой двигателя.
Рабочий цикл двухтактного карбюраторного двигателя проис-
ходит следующим образом. Поршень движется от н.м.т. к в.м.т.,
перекрывая в начале хода продувочное окно, а затем выпускное.
После этого в цилиндре начинается сжатие находящейся в нем ра-
бочей смеси. В то же время в кривошипной камере создается раз-
режение, и как только нижняя кромка поршня откроет впускное
окно, через него из карбюратора в кривошипную камеру будет за-
сасываться горючая смесь.
При положении поршня, близком к в.м.т., сжатая рабочая
смесь воспламеняется электрической искрой от свечи. При сгора-
нии смеси давление газов резко возрастает. Под давлением газов
поршень перемещается к н.м.т. Как только он закроет впускное
окно, в кривошипной камере начинается сжатие ранее поступив-
шей сюда горючей смеси.
В конце хода поршень открывает выпускное, а затем и проду-
вочное окно. Через открытое выпускное окно отработавшие газы с
большой скоростью выходят в атмосферу. Давление газов в ци-
линдре падает. К моменту открытия продувочного окна давление
сжатой горючей смеси в кривошипной камере становится выше,
чем давление отработавших газов в цилиндре. Поэтому горючая
смесь из кривошипной камеры по каналу поступает в цилиндр и,
заполняя его, выталкивает остатки отработавших газов через вы-
пускное окно наружу. В дальнейшем все процессы повторяются в
той же последовательности.
Рабочий цикл двухтактного дизеля аналогичен рабочему циклу
двухтактного карбюраторного двигателя, отличаясь лишь тем, что
в цилиндр поступает не горючая смесь, а чистый воздух от специ-
ального нагнетателя и в конце процесса сжатия впрыскивается
топливо, которое воспламеняется от соприкосновения с воздухом,
имеющим высокую температуру.
Сравнение показателей дизелей и карбюраторных двигателей. Ди-
зель по сравнению с карбюраторным двигателем имеет следующие
преимущества: для выполнения единицы работы расходуется в
среднем на 25...30 % (по массе) меньше топлива; используемое
топливо дешевле и менее огнеопасно. Хорошие экономические
показатели дизелей обеспечили им широкое применение.
Однако вследствие более высокого давления газов в цилиндре
дизеля некоторые детали его должны быть повышенной прочнос-
ти, что приводит к увеличению размеров и массы дизеля. Пуск его
затруднен, особенно в зимнее время.
29
Двухтактные двигатели (особенно карбюраторные) менее эко-
номичны, чем четырехтактные. Наиболее неэкономичны двухтак-
тные карбюраторные двигатели, в которых цилиндры продувают
горючей смесью.
3.3. ДЕЙСТВИТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ. ИНДИКАТОРНЫЕ
И ЭФФЕКТИВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ
В реальных условиях на работу двигателя влияют многочислен-
ные факторы, формирующие действительный цикл. В этом цикле
теплота подводится при сжигании топлива внутри рабочего ци-
линдра в смеси с воздухом, что происходит не мгновенно, а во
времени. Рабочая смесь, представляющая собой смесь свежего за-
ряда с газами, оставшимися от предыдущего цикла (остаточные
газы), в процессе сгорания изменяет свой состав за счет увеличе-
ния доли продуктов сгорания. Выпуск отработавших газов уносит
неиспользованную теплоту в окружающее пространство. Как про-
цесс сгорания, так и процесс выпуска протекают во времени, по-
этому всегда наблюдается их отклонение от соответствующих про-
цессов термодинамического цикла.
В действительном цикле поршневого двигателя процессы про-
текают с дополнительными потерями теплоты за счет теплоотдачи
стенкам; параметры газа при сжатии и расширении изменяются
по закону политропы, имеют место химическая неполнота сгора-
ния топлива и утечка заряда из-за неполной герметичности ци-
линдра. В реальном двигателе за счет опережения зажигания или
впрыскивания топлива рабочая смесь воспламеняется до прихода
поршня в в.м.т.; при этом давление в конце процесса сжатия по-
вышается. Большое значение имеют углы опережения открытия и
запаздывания закрытия клапанов, которые отражает диаг-
рамма фаз газораспределения. Процесс реального
сгорания происходит при изменяющемся объеме, а выпускной
клапан открывается до прихода поршня в н.м.т.; при этом снижа-
ется давление в конце расширения. Все это необходимо учитывать
при рассмотрении действительного цикла, параметров газа и ко-
эффициентов полезного действия.
Действительные циклы удобно рассматривать с помощью ин-
дикаторной диаграммы (рис. 3.4). Индикаторная диаг-
рамм а — это графическое изображение процессов в координа-
тах «давление р — объем V» («свернутая» диаграмма).
Основные процессы в действительном цикле: сжатие, сгорание
и расширение. Они общие для двух- и четырехтактных двигателей.
В указанных двигателях процессы газообмена (основной) или
зарядки и очистки цилиндров (вспомогательные) существенно
различаются, поэтому их рассматривают раздельно. Индикаторная
диаграмма может быть использована в целях диагностирования
рабочего цикла.
30
Открытие —
впускного
клапана
Рис. 3.4. Схема, индикаторная диаграмма (а) и диаграмма фаз газораспределения (б)
четырехтактного карбюраторного двигателя:
1 — карбюратор; 2— впускной клапан; 3 — свеча зажигания; 4— выпускной клапан
в.м.т.
Закрытие
впускного
клапана
Открытие
выпускного
клапана
Закрытие
выпускного
клапана
Действительный цикл четырехтактного карбюраторного двигате-
ля. Рассмотрим схему, индикаторную диаграмму в р И-координатах
(рис. 3.4, а) и диаграмму фаз газораспределения (рис. 3.4, 6) четы-
рехтактного карбюраторного двигателя. Для наглядности и лучше-
го понимания процессов цикла в р V-координатах их продолжи-
тельность отмечена и на диаграмме фаз газораспределения.
Процесс впуска горючей смеси теоретически прохо-
дит от точки г до точки а. Фактически он начинается в точке А, со-
ответствующей началу открытия впускного клапана, и заканчива-
ется после н.м.т. в точке Б. Это необходимо для дозарядки цилин-
дра горючей смесью за счет использования инерции массы заряда,
поступающего с большой скоростью через систему впуска. Горю-
чая смесь в цилиндре двигателя смешивается с остаточными газа-
ми и образует рабочую смесь. Она сжимается по политропному
процессу: рс =рагп\.
Процесс сжатия происходит от точки а до точки С. В
конце сжатия рабочая смесь с некоторым опережением по отно-
шению к в.м.т. (точка В) зажигается искрой от свечи зажигания.
Пламя от очага воспламенения распространяется по всему объему
камеры сгорания с большой скоростью (30...50 м/с), обеспечивая
выделение теплоты вблизи в.м.т. При этом давление и температу-
ра газов существенно возрастают. Процесс сгорания происходит
от точки В до точки z'- Продолжительность процесса сгорания со-
ответствует углу поворота коленчатого вала 30...40°; при этом рез-
ко повышаются давление и температура.
31
В процессе расширения газы совершают полезную
работу; давление и температура их понижаются по закону полит-
ропы: рв=л/Ел2- К моменту открытия выпускного клапана (точка
Г) давление газов в цилиндре больше давления окружающей сре-
ды. Поэтому в начальной стадии выпуска отработавшие газы вы-
ходят из цилиндра со скоростью до 500 м/с, что в 1,5 раза больше
скорости звука, а после н.м.т. выталкиваются поршнем.
Процесс выпуска (очистки цилиндра) отработавших
газов (линия ГАгД) заканчивается к моменту закрытия выпускного
клапана (точка Д).
На рисунке 3.4 изображена индикаторная диаграмма, характе-
ризующая протекание действительного цикла четырехтактного
карбюраторного двигателя при нормальных его регулировках и
техническом состоянии. Вид диаграммы может существенно изме-
ниться при нарушении регулировок состава смеси и опережения
зажигания, применении бензиновых топлив с низкой детонаци-
онной стойкостью и по другим причинам.
Действительный цикл четырехтактного дизеля со свободным
впуском без наддува (рис. 3.5).
Процесс впуска: при открытии впускного клапана
(рис. 3.5, а, участок АгДаБ) в цилиндр поступает чистый воздух.
Процесс сжатия происходит по политропе рс =раe"i
(участок Б С). Точкой В отмечен момент начала впрыскивания
топлива в пространство сжатия. Далее происходят перемешивание
распыленного топлива с воздухом, нагревание его, испарение, хи-
Рис. 3.5. Схема, индикаторная диаграмма (а) и диаграмма фаз газораспределения (ф
четырехтактного дизеля со свободным впуском:
1 — впускной клапан; 2 — форсунка; 3— выпускной клапан
Закрытие
выпускного
клапана
В.М.Т.
Открытие
впускного
клапана
Закрытие
впускного
клапана
Открытие
выпускного
клапана
Процесс
впуска
н.м.т.
6
32
мические преобразования и воспламенение за счет высокой тем-
пературы сжатого воздуха.
Процесс сгорания топлива сначала сопровождается
резким повышением давления и температуры (участок О'). Затем
на участке ^происходит дальнейшее повышение температуры
при сравнительно незначительном изменении давления. Парамет-
ры сгорания существенно зависят от степени сжатия, физико-хи-
мических свойств топлива, состава смеси, угла опережения впрыс-
кивания топлива, характера топливоподачи, интенсивности за-
вихрения и других факторов.
Процесс расширения происходит после сгорания
по политропе рь = pjbni, которое заканчивается в момент откры-
тия выпускного клапана (точка /). Выпуск отработавших газов со-
ответствует участку ГАгД на диаграмме.
Процесс выпуска отражен на диаграмме линией
ГАгД. Здесь газы выходят из цилиндра с большой скоростью за
счет перепада давлений (участок ГЬ), а затем поршень выталкивает
оставшиеся газы (участок Ьг).
Степень сжатия, определяемую выражением е = (Ка + Vc)/Vc,
называют геометрической. Для оценки параметров цикла наряду с
геометрической степенью сжатия используют и действительную
ед, которая меньше геометрической. Величину ед определяют как
отношение объема полости цилиндра в момент закрытия клапа-
нов механизма газораспределения к оставшемуся объему цилинд-
ра. Обычно при расчете параметров конца сжатия на пусковых ре-
жимах используют значение ед, определяемое по формуле
ед = (ИА + Ис)/Гс,
где Vh— рабочий объем цилиндра при положении поршня в момент закрытия
впускного клапана (точка Б на рис. 3.4 и 3.5).
Индикаторные показатели характеризуют работу газов внутри
цилиндра двигателя. К ним относятся среднее индикаторное дав-
ление, индикаторная мощность, индикаторный КПД и индика-
торный удельный расход топлива.
Среднее индикаторное давлениер, — это значение условного по-
стоянного давления в цилиндре двигателя, при котором работа,
произведенная рабочим телом за один такт, равнялась бы индика-
торной работе реального цикла.
Исходя из этого определения, индикаторная работа цикла
Li =PiFs,
где F— площадь поршня; 5 —ход поршня.
Вместе с тем среднее индикаторное давление — величина, рав-
ная индикаторной работе цикла, приходящейся на единицу рабо-
чего объема цилиндра:
33
Pi = LJVh,
где Vh—Fs.
Обычно о, измеряют в единицах удельной работы: Дж/л или
МПа.
При номинальном режиме работы двигателей значения
Pi находят в следующих пределах: для четырехтактных двигателей с
искровым зажиганием без наддува, работающих на бензине (кар-
бюраторных, с впрыском легкого топлива), 0,8...1,2 МПа; для че-
тырехтактных газовых с искровым зажиганием 0,5...0,7 МПа; для
четырехтактных дизелей без наддува 0,75... 1,05 МПа, с наддувом
до 2,2 МПа; для двухтактных карбюраторных с кривошипно-ка-
мерной продувкой 0,25...0,45 МПа; для двухтактных дизелей без
наддува 0,35...0,7 МПа, с наддувом до 1,2 МПа.
В автомобильных дизелях с низким и средним наддувом # =
= 1,2... 1,5 МПа.
Индикаторная мощность Nj — это работа, совершаемая газами
внутри цилиндра в единицу времени, или мощность, соответству-
ющая индикаторной работе цикла. Индикаторная работа:
за цикл Lj =PiVh,
в минуту Дмин = L, 2л/тдв,
где п — частота вращения двигателя, мин"1; 2л/тдв — число циклов в минуту в од-
ном цилиндре; тдв — коэффициент тактности двигателя (число ходов поршня за
один цикл).
Индикаторная мощность двигателя
N-, = Ц 2ni/(r№ 60 • 103) =plVhni/(3 • 104тдв),
где z — число цилиндров двигателя.
Принимая Pi в мегапаскалях, a Vh в литрах, получаем мощность
в киловаттах (кВт)
Ni =PiVhni/(30T№).
Индикаторный КПДх\-, — зго отношение работы Д-действитель-
ного цикла к подведенной теплоте Qh равной низшей теплоте сго-
рания цикловой дозы топлива:
П/ = Д/Сг
Индикаторную работу цикла Д определяют по индикаторной
диаграмме в рИ-координатах.
По значению г|,- оценивают степень использования теплоты в
действительном цикле.
34
Индикаторный удельный расход топлива g, — количество топли-
ва, расходуемого в двигателе за 1 ч, отнесенное к индикаторной
мощности, развиваемой двигателем. По значению gj оценивают
эффективность теплоиспользования при работе на топливе одного
вида. При работе на топливах с различной удельной теплотой сго-
рания Qn такая оценка возможна только по значению т],. Единица
измерения gf. г/(кВт • ч).
При известных индикаторной мощности Nj и расходе топлива
GT индикаторный удельный расход топлива определяют по формуле
gr= l&GJNi.
При работе двигателя на жидком топливе связь меж-
ду gi и П/ следующая:
И,-= 3,6 • lO3/(g,0H).
Для современных автомобильных двигателей, работающих на
номинальном режиме, значения индикаторного КПД находятся в
пределах: для карбюраторных двигателей 0,28...0,38; для дизелей
0,42...0,52. При этом удельный индикаторный расход топлива со-
ставляет: для карбюраторных двигателей 235...290 г/(кВт-ч); для
дизелей 175...220г/(кВтч).
Механические потери. Часть индикаторной мощности двигате-
ля затрачивается на преодоление механических потерь (внутрен-
ние потери и привод компрессора или продувочного насоса).
При аналогии с понятием среднего индикаторного давления
введено понятие среднего давления механических потерь рм.
Среднее давление механических потерь рм можно представить в
виде суммы средних давлений потерь на трение рт, газообмен рТ,
привод вспомогательных механизмов рвм, компрессора рк и венти-
ляционных потерь рв:
Рм ~ Рт + Рг+ Рв.м + Рк + Рв-
Потери мощности на трение составляют основную часть меха-
нических потерь (до 80 % всех потерь). При этом на пары трения
поршень — гильза, поршневые кольца — гильза приходится
45...55 %, а на трение в подшипниках — до 20 % всех внутренних
потерь.
Значения среднего давления механических потерь находятся в
следующих пределах: для карбюраторных двигателей
0,15.„0,25 МПа; для дизелей 0,2...0,3 МПа.
Мощность механических потерь — это мощность, затрачивае-
мая на преодоление внутренних сопротивлений в самом двигате-
ле, а также на привод компрессора или продувного насоса:
ДГМ = + А'г + Лв М + А'в + NK,
35
где Nr, NT, NB M, NB, NK — мощности, затрачиваемые соответственно на трение, га-
зообмен, привод вспомогательных механизмов (топливного, водяного и масляно-
го насосов, вентилятора, генератора и т.д.), перетекание заряда в дизелях с раз-
дельными камерами сгорания, привод компрессора или продувочного насоса.
Мощность, затрачиваемую на газообмен, Nr учитывают только для четырехтакт-
ных двигателей.
Эффективные показатели работы двигателя: среднее эффектив-
ное давление, эффективная мощность, механический КПД и эф-
фективный удельный расход топлива.
Среднее эффективное давление ре — условное постоянное давле-
ние в цилиндрах двигателя, при котором работа, производимая в
них за один такт, равна эффективной работе за цикл. Оно, так же
как и среднее индикаторное давление, — мера удельной работы.
Единица измерения: МПа или Дж/л.
Среднее эффективное давление можно представить как отно-
шение эффективной работы £е двигателя за один цикл к рабочему
объему цилиндра ИА:
P. = Le/Vh.
Это давление можно также представить как разность между
средним индикаторным давлением р,- и средним давлением меха-
нических потерь рм, т. е.
А=А-Рм-
При работе автомобильных двигателей на номинальном режи-
ме значения ре находятся в следующих пределах: для четырехтакт-
ных карбюраторных двигателей 0,6...1,1 МПа; для четырехтактных
дизелей без наддува 0,55...0,85 МПа; с наддувом до 2 МПа; для га-
зовых двигателей 0,5...0,75 МПа; для двухтактных высокооборот-
ных дизелей 0,4...0,75 МПа.
Эффективная мощность Ne — это мощность на коленчатом валу
двигателя, передаваемая трансмиссии. Эффективная мощность
меньше индикаторной на величину мощности NM, затрачиваемой
на преодоление механических потерь:
Ne = Ni-NM.
По аналогии с индикаторной мощностью эффективную мощ-
ность (кВт) можно рассчитать по следующей формуле:
М=Ре *W(30raB).
Механический КПД т|м — оценочный показатель механических
потерь в двигателе:
Лм ~ — Ре/Pi ~ МДMj — Ne/ Nj.
36
При работе автомобильных двигателей на номинальном режи-
ме значение т)м находится в следующих пределах: для четырехтакт-
ных карбюраторных двигателей 0,7...0,85; для четырехтактных ди-
зелей без наддува 0,7...0,82, с наддувом 0,8...0,9; для газовых двига-
телей 0,75—0,85; для двухтактных высокооборотных дизелей
0,7-0,85.
Эффективный удельный расход топлива ge при известных эффек-
тивной мощности Ne и расходе топлива (7Т определяют по формуле
& = 103(?т/ЛГе.
Единица измерения эффективного удельного расхода топлива:
г/(кВт • ч).
При работе двигателя на жидком топливе связь между & и
т)е следующая:
це = 3,6 • 1О3/(&0н).
Для автомобильных двигателей, работающих на номинальном
режиме, значения эффективного КПД находятся в следующих
пределах: для карбюраторных двигателей 0,25—0,33; для дизелей
0,35—0,4. При этом значение эффективного удельного расхода
топлива составляет: для карбюраторных двигателей 300...370 г/
(кВт • ч); для дизелей с неразделенными камерами сгорания
245-270 г/(кВт • ч).
3.4. МНОГОЦИЛИНДРОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ
В одноцилиндровом четырехтактном двигателе коленчатый вал
вращается неравномерно, поэтому маховик должен обладать боль-
шим моментом инерции. В многоцилиндровом двигателе враще-
ние коленчатого вала происходит равномернее, так как рабочие
ходы в различных цилиндрах не совпадают друг с другом. Чем
больше цилиндров имеет двигатель, тем равномернее вращается
коленчатый вал. Нагрузка на детали кривошипно-шатунного ме-
ханизма в многоцилиндровом двигателе изменяется более плавно,
чем в одноцилиндровом.
Цилиндры двигателя могут быть расположены следующим об-
разом: вертикально в один ряд — однорядные (рис. 3.6, а) в двига-
телях автомобилей ВАЗ-2121 «Жигули», ГАЗ-52-04, ГАЗ-3102
«Волга», ЗИЛ-157КД и др.; под углом а к вертикали (рис. 3.6, б) в
Двигателе автомобиля «Москвич-2140»; в два ряда — V-образные
(рис. 3.6, в) в двигателях автомобилей ГАЗ-3307, ЗИЛ-431410,
MA3-5335, КамАЗ-5320, КАЗ-4540, «Урал-4320» и др.; горизон-
тально с углом 180° между рядами цилиндров — двигатели с про-
тивоположно лежащими цилиндрами (рис. 3.6, г), т. е. с противо-
положно движущимися поршнями. Эти двигатели иногда называ-
37
Рис. 3.6. Схемы расположения цилиндров двигателя:
а — однорядного; б — однорядного с наклоном к вертикали; в — V-образного; г — с противо-
положно лежащими цилиндрами; / — цилиндр; 2 — головка блока; 3 — блок цилиндров; 4 —
поддон
ют оппозитными. При таком расположении цилиндров уменьша-
ется высота двигателя и его можно устанавливать под полом кузо-
ва, например в автобусах.
При двухрядном V-образном расположении цилиндров двига-
тель имеет большую жесткость конструкции, меньшие размеры и
массу, чем однорядный той же мощности. Жесткий коленчатый
вал (вследствие уменьшения его длины) допускает работу без га-
сителя крутильных колебаний и позволяет форсировать по степе-
ни сжатия. К недостаткам V-образных двигателей можно отнести
их значительную ширину и более сложную конструкцию.
На отечественных автомобилях устанавливают четырех-, шес-
ти- и восьмицилиндровые двигатели. Многоцилиндровые двига-
тели обычно делают V-образными с углом Р между цилиндрами
60, 75 и 90’ (чаще).
Четырехцилиндровый двигатель. Равномерность работы много-
цилиндрового двигателя обеспечивается в том случае, если чере-
дование одноименных тактов в его цилиндрах происходит за цикл
через равные углы поворота коленчатого вала, т. е. за поворот вала
на угол 720°.
Для определения угла, через который в цилиндрах будут повто-
ряться одноименные такты (допустим, такты расширения), необ-
ходимо 720° разделить на число цилиндров. В четырехцилиндро-
вом двигателе такт расширения совершается через 720/4 = 180’ по-
ворота коленчатого вала. За каждые два оборота коленчатого вала
в четырехтактном четырехцилиндровом двигателе происходит че-
тыре такта расширения, четыре такта выпуска и т. д., т. е. рабочий
цикл повторяется 4 раза.
Поскольку чередование одноименных тактов происходит через
180’ поворота коленчатого вала, то и шатунные шейки вала долж-
ны быть расположены под углом 180’ одна к другой, т. е. лежать в
одной плоскости. Шатунные шейки первого и четвертого цилинд-
38
ров направлены в одну сторону относительно оси коленчатого
вала, а шатунные шейки второго и третьего цилиндров — в проти-
воположные (рис. 3.7, а). Такая форма коленчатого вала обеспечи-
вает равномерное чередование рабочих ходов в цилиндрах двига-
теля. Последовательность чередования (за два оборота) одноимен-
ных тактов в различных цилиндрах двигателя называют порядком
работы цилиндров двигателя. Порядок работы четырехцилиндро-
вых четырехтактных двигателей может быть 1—3—4—2 (табл. 3.1)
или 1—2—4—3.
При выборе порядка работы двигателя конструкторы стремятся
как можно равномернее распределить нагрузку на шатунные и ко-
ренные шейки коленчатого вала. Максимальные нагрузки на шей-
ки коленчатого вала возникают в те моменты, когда в цилиндрах
совершаются такты расширения (рабочие ходы).
При порядке работы 1—2—4—3 в течение рабочего хода в пер-
вом цилиндре за первый поворот коленчатого вала на угол 0...180’
во втором цилиндре будет происходить сжатие, а в третьем — вы-
пуск. Двигатели автомобилей «Москвич-2140», семейства ВАЗ
Рис. 3.7. Схемы кривошипно-шатунных механизмов четырехтактных рядных
двигателей:
а — четырехцилиндрового; б — шестицилиндрового; цилиндры
39
«Жигули» и другие имеют порядок работы 1—3—4—2, а двигатели
автомобилей УАЗ, ГАЗ-3102 «Волга», ГАЗ-2410 «Волга» — 1—2—
4-3.
Рассмотрим последовательность чередования тактов в цилинд-
рах по таблице 3.1. Так, в первом цилиндре за первую половину
оборота коленчатого вала (О...18О°) происходит рабочий ход. За
вторую его половину (180...360°) рабочий ход будет осуществлять-
ся в третьем цилиндре, за первую половину второго оборота
(360...540°) — в четвертом цилиндре, а за вторую половину второго
оборота (540...720°) — во втором цилиндре.
3.1. Чередование тактов рядного четырехцклхцдрового двигателя
Обороты коленчатого вала Угол поворота коленчатого вала, град Цилиндры
1 2 3 4
Первый 0...180 Рабочий ход Выпуск Сжатие Впуск
180...360 Выпуск Впуск Рабочий ход Сжатие
Второй 360...540 Впуск Сжатие Выпуск Рабочий ход
540...720 Сжатие Рабочий ход Впуск Выпуск
Шестицилиндровый рядный двигатель. Одноименные такты у
однорядного шестицилиндрового двигателя совершаются через
120° поворота коленчатого вала, так как 720/6 = 120°.
Колена коленчатого вала расположены попарно в трех плоско-
стях под углом 120°. Допустим, что первое и шестое колена на-
правлены вверх, тогда второе и пятое колена — влево вниз, а тре-
тье и четвертое — вправо вниз, если смотреть на коленчатый вал с
переднего торца (рис. 3.7, б).
Шестицилиндровый двигатель (например, автомобилей
ЗИЛ-157КД и ГАЗ-52-04) имеет порядок работы 1—5—3—6—2—4
(табл. 3.2). Это означает, что если в первом цилиндре происходит
рабочий ход, то после поворота коленчатого вала на угол 120° ра-
бочий ход начинается в пятом цилиндре и т. д. При этом в одном
цилиндре рабочий ход еще не заканчивается, а через 120° он начи-
нается в другом, т. е. при повороте коленчатого вала на угол 60°
рабочий ход в одном цилиндре перекрывается рабочим ходом в
другом цилиндре, и коленчатый вал вращается равномернее. В
шестицилиндровом двигателе поршни только двух цилиндров од-
новременно приходят в одноименные мертвые точки. Силы инер-
ции масс, движущихся возвратно-поступательно, в этом двигателе
взаимно уравновешены.
Шестицилиндровый V-образный двигатель. К таким двигателям
относятся четырехтактные дизели ЯМЗ-236 и ЯМЗ-КАЗ-642
(рис. 3.8, а). Угол развала между их цилиндрами равен 90°. Пер-
вым цилиндром считается первый правый по ходу. Особенность
40
3.2. Чередование тактов рядного шестицнлицдрового двигателя
Обороты коленчатого вала Угол поворота коленчатого вала, град Цилиндры
1 2 3 4 5 6
Первый 0...60 Рабочий ход Выпуск Впуск Рабочий ход Сжатие Впуск
60...120 Сжатие Выпуск
120...180 Впуск Рабочий ход
180...240 Выпуск Сжатие
240...300 Рабо- чий ход Впуск
3OO...36O Сжатие Выпуск
Второй 360...420 Впуск Рабочий ход
420...480 Выпуск Сжатие
480...540 Рабочий ход Впуск
540...600 Сжатие Выпуск
600...660 Впуск Рабочий ход
660...720 Выпуск Сжатие
конструкции этих двигателей в том, что коленчатый вал имеет три
кривошипа, к каждому из которых присоединено по два шатуна: к
первому кривошипу — шатуны первого и четвертого цилиндров;
ко второму — второго и пятого цилиндров и к третьему — третьего
и шестого цилиндров. Колена коленчатого вала расположены в
трех плоскостях под углом 120’ одно к другому.
Порядок работы цилиндров такого двигателя 1—4—2—5—3—6.
Одноименные такты в цилиндрах происходят неравномерно через
90 и 150’ (табл. 3.3). Если в первом цилиндре осуществляется ра-
Рис. 3.8. Схемы кривошипно-шатунных механизмов четырехтактных V-образных
двигателей:
а — шестицилиндрового; б — восьмицилиндрового; цилиндры
41
3.3. Чередование тактов в V-образном тестицклиццровом двигателе
Обороты коленчатого вала Угол поворота коленчатого вала, град Цилиндры
1 2 3 4 5 6
Первый 0...30 Рабочий ход Впуск Выпуск Сжатие Впуск Рабочий ход
30...60 Выпуск
60...90 Сжатие
90...120 Рабочий ход
120... 150 Впуск
150... 180 Сжатие
180...210 Выпуск
210...240 Впуск
240...270 Рабочий ход
270...300 Выпуск
300...330 Сжатие
330...360 Рабочий ход
Второй 360...390 Впуск
390...420 Сжатие
420...450 Выпуск
450...480 Впуск
480...510 Рабочий ход
510...540 Выпуск
540...570 Сжатие
570...600 Рабочий ход
600...630 Впуск
630...660 Сжатие
660...690 Выпуск
690...720 Впуск
бочий ход, то в четвертом он начинается через 90’, во втором —
через 150, в пятом — через 90, в третьем — через 150 и в шестом —
через 90°. Поэтому двигатели ЯМЗ-236 и ЯМЗ-КАЗ-642 имеют
повышенную неравномерность хода, и на их коленчатом валу
приходится устанавливать маховики с относительно большим мо-
ментом инерции (на 60...70 % больше, чем в однорядном дви-
гателе).
Восьмицилиндровый V-образный двигатель. Цилиндры в таких
двигателях (например, автомобилей ГАЗ-3307 и КамАЗ-5320) рас-
положены под углом 90’ один к другому (рис. 3.8, б). Одноимен-
ные такты в цилиндрах начинаются через угол поворота коленча-
того вала 720/8 = 90°. Следовательно, кривошипы коленчатого
вала расположены крестообразно под углом 90’. К первому криво-
шипу присоединены шатуны первого и пятого цилиндров, ко вто-
42
рому —второго и шестого цилиндров, к третьему — третьего и
седьмого цилиндров, к четвертому — четвертого и восьмого ци-
линдров. В восьмицилиндровом четырехтактном двигателе за два
оборота коленчатого вала совершается восемь рабочих ходов. Пе-
рекрытие рабочих ходов в различных цилиндрах происходит в те-
чение поворота коленчатого вала на угол 90’, что способствует его
равномерному вращению. Порядок работы восьмицилиндрового
двигателя 1—5—4—2—6—3—7—8. Зная порядок работы цилиндров
двигателя, можно правильно распределить провода по свечам за-
жигания, присоединить топливопроводы к форсункам и отрегули-
ровать клапаны.
3.5. ПОКАЗАТЕЛИ ТОКСИЧНОСТИ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЕЙ
Движение автомобильного транспорта сопровождается загряз-
нением окружающей среды выбросами токсичных газообразных и
твердых веществ. Отработавшие и картерные газы ДВС являются
одним из основных источников загрязнения (табл. 3.4).
3.4. Состав отработавших газов ДВС
Компонент Концентрация, % (по массе) Характеристика токсичности
Бензиновый двигатель Дизель
Азот 74...77 74...78 —
Кислород 0,3...8,0 2,0...18 —
Водяной пар 3,0...5,5 0,5...9,0 —
Диоксид углерода 5,0...12,0 1,0...12,0 Малотоксичен
Оксид углерода 0,5...12,0 0,005...0,4 Токсичен
Оксиды азота 0,01...0,8 0,004...0,5 »
Углеводороды 0,2...3,0 0,009...0,3 »
Альдегиды О...О,2 0,001...0,009 »
Сажа (г/м3) 0...0,04 0,01...1,1 »
Бенз(а)пирен 0...20 0...1 Обладает
канцерогенными
свойствами
Вредные выбросы отрицательно воздействуют на здоровье лю-
дей и животных, вызывают повреждения растений, ускоряют кор-
розию металлов и разрушение стройматериалов и т.д. Наиболее
опасны для человека, животного и растительного мира оксиды азо-
та, сажа, альдегиды, оксид углерода, углеводороды, бенз(а)пирен,
оксиды серы, аммиак, диоксид углерода. Имеют значение также за-
пах и слезоточивое действие отработавших газов.
Исследованиями доказано, что продукты сгорания топлива на-
капливаются в воде, растениях, на сооружениях и в почве. В воз-
духе они часто превращаются в другие вещества, которые в опре-
деленных условиях могут быть даже более токсичными, чем ис-
ходные продукты.
43
С учетом того что в период 1993—2005 гг. парк автомобилей
России возрастет с 17 млн единиц до 25,5 млн, а технический уро-
вень автомобилей в основном останется неизменным, следует
ожидать увеличения валовых выбросов в атмосферу вредных ве-
ществ с 13,5 млн до 25 млн т.
Для ограничения негативного воздействия автомобиля на среду
обитания человека в странах Европы принято около 100 правил,
напрямую связанных с проблемами экологии и безопасности.
Чтобы улучшить экологические показатели бензиновых двига-
телей, необходимо отказаться от применения этилированных бен-
зинов, а также уменьшить выделение оксидов азота и твердых час-
тиц. Последнее относится и к дизелю.
Для этого вводится законодательное нормирование (ограниче-
ние) выбросов основных вредных веществ. Причем нормы в раз-
личных государствах и даже в отдельных их частях разные. В част-
ности, общероссийские нормы значительно мягче (за исключени-
ем норм по дымности) европейских. Это подтверждают данные
таблиц 3.5 и 3.6.
3.5. Выбросы вредных веществ серийными автомобилями массой до 3,5 т
Нормативный документ Год ввода в действие Нормы выбросов, г/км
в Европе в России Монооксид углерода Углеводоро- ды + оксиды азота Твердые частицы (для дизелей)
ОСТ 37.001.054-86 1990 13,33 4,94
Правила № 83-02 ЕЭК ООН («Евро-1») 1993 1999 2,72 0,97 0,14
Правила № 83-03 ЕЭК ООН («Евро-2») 1996 2001 2,2 0,5 0,1
Правила № 83 ЕЭК ООН («Евро-3») 1999 — 2,3 0,2+0,15 0,05
З.б. Выбросы вредных веществ серийными автомобилями массой более 3,5 т
Нормативный документ Год ввода в действие Нормы выбросов, г/(кВт • ч)
в Европе в России Оксид углерода Углеводо- роды Оксиды азота Твердые частицы
ОСТ 37.001.234-81 1982 9,5 3,4 18,35
Правила № 49-02 ЕЭК ООН («Евро-1») 1993 1999 4,5 1,1 8 0,36
Правила № 49-03 ЕЭК ООН («Евро-2») 1996 2001 4 1,1 7 0,15
Правила № 49 ЕЭК ООН («Евро-3») 1999 — 2 0,5 4,5 0,1
В России, к сожалению, даже обязательные для исполнения
стандарты соблюдаются лишь частично. В эксплуатации нет со-
временной газоанализирующей аппаратуры, стендов с беговыми
44
барабанами и т. д. Поэтому экологический контроль сведен к кон-
тролю (причем только на режиме холостого хода) содержания мо-
нооксида углерода и углеводородов в отработавших газах бензино-
вых двигателей и дымности дизелей. Между тем давно доказано,
что выбросы соединений свинца, оксидов азота и твердых частиц
характерны только для нагрузочных режимов и совершенно не-
значительны на холостом ходу.
3.6. ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ДВИГАТЕЛЯМ
Условия эксплуатации автомобилей в сельскохозяйственном
производстве характеризуются весьма разнообразными режимами
работы их агрегатов и систем. Режимы работы двигателей могут
быть установившиеся, при которых основные показатели не меня-
ются с течением времени, и неустановившиеся, когда показатели
изменяются во времени. Установившийся режим возможен только
при равномерном движении и постоянных внешних сопротивлени-
ях, а эти условия на практике встречаются редко, так как момент
сопротивления постоянно изменяется, что вызывает непостоянство
скоростного, нагрузочного и теплового режимов двигателя.
Наиболее характерные неустановившиеся режимы работы ав-
томобильных двигателей: пуск, разгон и движение при колебани-
ях нагрузки и частоты вращения, причем при любой частоте вра-
щения коленчатого вала двигатель должен устойчиво работать на
всех нагрузках. Поэтому кроме мощности для преодоления потерь
на трение в трансмиссии и сопротивления качению двигатели
должны иметь запас мощности для преодоления дополнительных
сопротивлений, возникающих при трогании автомобиля с места,
разгоне и преодолении подъемов. Работа двигателя на всех эксп-
луатационных режимах должна быть экономичной.
При эксплуатации в сельскохозяйственном производстве авто-
мобильные двигатели, как правило, находятся в условиях большой
запыленности окружающей среды в летнее время. Частицы пыли,
попадая в цилиндры двигателей через топливо и масло совместно
с воздухом, вызывают интенсивное абразивное изнашивание дви-
жущихся деталей. В связи с этим следует особое внимание обра-
тить на эффективность фильтрации топлива и масла и состояние
воздухоочистителей, своевременно очищать их и заменять фильт-
рующие элементы.
Эксплуатационная надежность автомобильных двигателей в
зимних условиях в значительной мере определяется их пусковыми
качествами. С понижением температуры воздуха возрастает вяз-
кость масла и дизельного топлива, увеличивается вращающий мо-
мент при проворачивании коленчатого вала, ухудшается испаряе-
мость бензина. В сильные морозы часто отказывает система пода-
чи топлива и нарушается тепловой режим двигателя, что отрица-
45
тельно сказывается на экологичности и вызывает интенсивное из-
нашивание деталей из-за большого нагарообразования. Нередки
случаи выхода из строя двигателя в результате закоксовывания
поршневых колец, заклинивания поршней и коленчатого вала или
зависания впускных клапанов. При низкой температуре охлажда-
ющей жидкости на стенках цилиндра конденсируется топливо,
которое смывает слой масла со стенок цилиндров и повышает их
износ и коррозию. Основные способы повышения технико-эко-
номических показателей автомобильных двигателей при эксплуа-
тации в зимнее время: быстрый и надежный прогрев и пуск двига-
теля, поддержание нормального теплового режима двигателя в
процессе работы. Прогрев двигателей (кратковременный или дли-
тельный) в зимних условиях необходим для максимального
уменьшения износа деталей двигателя и экономного расхода топ-
лива. Для облегчения пуска рекомендуется применение жидко-
стных подогревателей.
Интенсивность изнашивания деталей значительно увеличива-
ется при пониженном или повышенном тепловом режиме. Поэто-
му при эксплуатации двигателей важно поддерживать нормаль-
ный тепловой режим с помощью автоматических устройств, что
не только улучшает мощностные и экономические показатели, но
и снижает износ их деталей.
Контрольные вопросы и задания
1. По каким признакам классифицируют автомобильные двигатели? 2. Из ка-
ких механизмов и систем состоит двигатель? 3. Что называется степенью сжатия,
рабочим объемом цилиндра и рабочим объемом двигателя? 4. Что называется ра-
бочим циклом? Как он осуществляется в четырехтактном карбюраторном двигате-
ле? 5. Как осуществляется рабочий цикл в четырехтактном дизеле? 6. Назовите
порядок работы цилиндров рядного четырехцилиндрового и V-образного шести-
цилиндрового двигателей. 7. В чем основное различие индикаторных и эффектив-
ных показателей двигателей? 8. Какие основные вредные вещества содержатся в
отработавших газах дизелей и бензиновых двигателей? 9. Какие эксплуатацион-
ные факторы и как влияют на основные показатели двигателей?
Г л в а 4
КРИВОШИПНО-ШАТУННЫЙ МЕХАНИЗМ
Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) преобразует прямо-
линейное возвратно-поступательное движение поршней, воспри-
нимающих давление газов, во вращательное движение коленчато-
го вала.
Детали КШМ можно разделить на две группы: неподвижные и
подвижные. К первым относятся базовые детали — блок цилинд-
ров, головка блока, крышка блока распределительных шестерен и
поддон (картер); ко вторым — поршневой комплект в сборе, ша-
тун, коленчатый вал и маховик.
46
4.1. БАЗОВЫЕ ДЕТАЛИ ДВИГАТЕЛЯ.
КРЕПЛЕНИЕ ДВИГАТЕЛЯ НА РАМЕ
Блок цилиндров объединяет цилиндры двигателя. Картер — это
полость, в которой расположен коленчатый вал. Блок-картер —
это жесткая моноблочная конструкция, объединяющая цилиндры
и картер. На нем и внутри него расположены основные механиз-
мы и детали двигателя. Блок-картер отливают из легированного
серого чугуна (двигатели автомобиля ЗИЛ-431410, КАЗ-4550,
ВАЗ-21213) или алюминиевого сплава (двигатель автомобиля ГАЗ-
33-07). После литья блок подвергают искусственному старению,
благодаря чему в процессе эксплуатации уменьшается коробление
его конструкции и сохраняется ее форма. Блок-картер V-образно-
го двигателя автомобилей ЗИЛ-431410, ГАЗ-3307 и КАЗ-4550 по-
казан на рисунке 4.1.
Основное требование к блок-картерам — жесткость конструк-
ции.
Горизонтальная перегородка делит блок цилиндров на верх-
нюю и нижнюю части. В верхней части блока и горизонтальной
перегородке расточены отверстия под цилиндры или гильзы ци-
линдров. В V-образных двигателях расточки под цилиндры сдела-
ны под углом 90’, называемым углом развала. В перегородках кар-
тера расточены отверстия под подшипники коленчатого вала, ко-
торые обрабатывают в сборе с крышками подшипников. Поэтому
крышки подшипников невзаимозаменяемые. Для правильной ус-
тановки подшипников в гнезда на наружной поверхности крышек
сделаны специальные метки. Чтобы повысить жесткость блока
цилиндров, крышки коренных опор у многих двигателей допол-
нительно крепят к картерной части блока поперечными стяжны-
ми болтами, образуя прочную конструкцию коробчатого сечения.
Вокруг цилиндров при литье предусмотрены полости для цир-
куляции жидкости системы охлаждения — водяная рубашка. В
блоке цилиндров выполнены отверстия для деталей механизма га-
зораспределения. На блоке
имеются обработанные
плоскости для крепления
фильтров, насосов и других
механизмов.
Рис. 4.1. Блок цилиндров V-образно-
го двигателя:
/—корпус; 2— отверстие под коленча-
тый вал; 3 — отверстие под распредели-
тельный вал; 4— каналы для подвода ох-
лаждающей жидкости; 5 — гильзы
47
Блок-картер двигателей ЗИЛ и ГАЗ — чугунный с вставными
мокрыми гильзами. Для уплотнения верхней части гильзы бурт
гильзы зажат между блоком и головкой блока со сталеасбестовой
прокладкой, нижняя часть гильзы уплотнена в перегородке блока
двумя резиновыми кольцами (ЗИЛ) или медными кольцевыми
прокладками (ГАЗ).
В блок-картере двигателя автомобилей КАЗ устанавливают так-
же мокрые чугунные гильзы. Посадочные места для гильз цилинд-
ров, вкладышей подшипников коленчатого вала и втулок распре-
делительного вала точно обработаны. Цилиндры расположены
двумя рядами под углом 90° и выполнены в общем блоке совмест-
но с верхней частью картера. Левый ряд цилиндров смещен отно-
сительно правого вперед на 41 мм.
Блок цилиндров автомобилей ВАЗ отлит из специального чугуна.
В передней части блока цилиндров имеется полость для привода
механизма газораспределения, закрытая крышкой. С задней сто-
роны к блоку цилиндров прикреплен держатель заднего сальника.
В крышку и держатель установлены самоподжимные сальники. В
левой части блока установлен валик привода вспомогательных аг-
регатов. В отверстия под подшипники валика запрессованы стале-
алюминиевые втулки.
Головка блока цилиндров — это крышка, закрывающая цилинд-
ры. Для всех рассматриваемых в учебнике двигателей головки бло-
ка отлиты из алюминиевого сплава.
Головка блока цилиндров имеет довольно сложную конструк-
цию, так как в ней размещены вставные седла, свечи или форсун-
ки, элементы механизма газораспределения, каналы для поступ-
ления свежего заряда и отвода отработавших газов, камера сгора-
ния и др. Внутри головки блока предусмотрены полости — водя-
ная рубашка, сообщающаяся с водяной рубашкой блока.
Однорядные двигатели имеют одну общую головку блока, а V-
образные — раздельные головки блока для каждого ряда цилинд-
ров.
Верхнюю плоскость блока цилиндров и нижнюю плоскость го-
ловки блока тщательно обрабатывают для получения плотного со-
единения. Между этими плоскостями устанавливают сталеасбес-
товую уплотняющую прокладку, предотвращающую прорыв газов
наружу и исключающую проникновение охлаждающей жидкости
и масла в цилиндры. Гайки и болты крепления головки к блоку
затягивают равномерно в определенной последовательности. Для
этого необходимо использовать специальный динамометрический
ключ, позволяющий контролировать момент затяжки, так как
алюминиевая головка блока при нагреве увеличивается в высоту
больше, чем стальные болты, крепящие ее. При прогреве двигате-
ля затяжка головок блока увеличивается, при охлаждении —
уменьшается, поэтому болты крепления головок должны быть за-
тянуты на холодном двигателе. Момент затяжки должен составлять
48
Рис. 4.2. Головка блока и последовательность затяжки болтов крепления:
1... 17— болты крепления
90... 100 Н • м, причем при температуре двигателя около 0 °C значе-
ние момента затяжки должно быть ближе к нижнему пределу, а
при температуре 20...25 °C — к верхнему пределу.
Головка блока цилиндров автомобилей ЗИЛ показана на рисунке
4.2.
Головка блока цилиндров автомобилей КАЗ, а также перепускные
отверстия для воды и масла между головкой и блоком уплотнены
формованной резиновой и стальной прокладками. Головка зафик-
сирована относительно блока двумя штифтами и прикреплена к
нему четырьмя болтами из легированной стали.
В головках блока напротив цилиндров выполнены углубления,
формирующие камеру сгорания. В карбюраторных двигателях
(ВАЗ, ГАЗ, ЗИЛ) наиболее распространены полусферические и
клиновидные камеры сгорания, а в дизелях (КАЗ, КамАЗ) — не-
разделенные дельтовидные и тороидальные.
Крепление двигателя должно быть таким, чтобы наряду с фик-
сацией его уменьшить передачу вибрации на раму автомобиля и
предотвратить появление напряжений в блоке цилиндров при
перекосах рамы вследствие движения автомобиля на неровной
дороге.
Двигатели или силовые агрегаты крепят к рамам или полура-
мам в трех, четырех или пяти точках. Так, двигатели автомобилей
ГАЗ-3102 «Волга», ЗИЛ-431410 и ЗИЛ-433360, «Москвич-2141» и
ВАЗ-2121 «Жигули» крепят в трех точках, а двигатели автомоби-
лей ГАЗ-53-12 и ГАЗ-3307 — в четырех точках.
Подвеска силового агрегата автомобиля КАЗ-4540 показана на
рисунке 4.3. Передняя опора (рис. 4.3, а) состоит из двух прямо-
угольных амортизаторов — подушек, расположенных с обеих сто-
49
Рис. 4.3. Подвеска силового агрегата автомобиля КАЗ-4540:
а — передняя опора: 1 — подушка передней опоры; 2— болт; 3 — гайка; 4, 5, 7, 8— кронштей-
ны крепления силового агрегата; 6—шпилька; 9—заклепка; б—задняя опора: 7 —заклепка;
2—подушка задней опоры; 3, 9— болты; 4, 7, кронштейны крепления двигателя со
сцеплением; 5— гайка; 6— шпилька
рон передней крышки блока цилиндров, и двух кронштейнов —
левого 4м правого 5. Задняя опора (рис. 4.3, б) расположена с обе-
их сторон картера маховика.
Силовой агрегат автомобиля КамАЗ-5320 закреплен в пяти точ-
ках.
4.2. ДИНАМИКА ДВИГАТЕЛЯ
Силы, действующие в двигателе внутреннего сгорания, можно
разделить на движущие силы, силы инерции и силы сопротивле-
ния. Движущие силы — это силы давления газов в цилиндре. Силы
инерции образуют возвратно-поступательно движущиеся и враща-
ющиеся части двигателя. Силы сопротивления делят на силы со-
противления потребителя энергии двигателя и силы трения в
50
КШМ (поршня и поршневых колец о стенку цилиндра, в под-
шипниках и т. п.), на преодоление которых затрачивается допол-
нительная работа.
Главными силами считают силы давления газов, силы инерции в
двигателе и силы сопротивления потребителя энергии, совершаю-
щие полезную работу. Все силы, действующие в двигателе, изме-
няются во времени.
Схема сил, действующих на кривошипно-шатунный механизм,
показана на рисунке 4.4. Направление сил к центру кривошипа
принято за положительное.
Сила давления газов на поршень со стороны камеры сгорания
(ее определяют по индикаторной диаграмме)
Л ~ pJi>
где рг — давление газов в цилиндре, МПа; Fn — площадь поршня, м2.
Сила давления газов со стороны картера (это давление обычно
равно атмосферному ро)
Ро = Раб-
сила инерции возвратно-поступательно движущихся частей
равна произведению массы этих частей на их ускорение в данный
момент времени:
Pj= — mJ = — mm2 (cos <p + cos 2<p),
где m =тпк + 0,275тш; mnK —масса поршня и других деталей, движущихся посту-
пательно; тш — масса верхней головки шатуна,
обычно принимаемая равной 0,2...0,3 массы всего
шатуна; г—радиус кривошипа; ш и <р — соответ-
ственно частота вращения и угол поворота коленча-
того вала.
Суммарная сила, действующая на пор-
шень,
Pi = Pr-P0 + Pj.
Сила Pi, приложенная к оси поршнево-
го пальца и направленная по оси цилинд-
ра, может быть разложена на силу N, дей-
ствующую перпендикулярно оси цилинд-
ра, и силу Р„ действующую по оси шатуна.
Рис. 4.4. Силы, действующие в кривошипно-шатунном
механизме
51
Сила N прижимает поршень к стенке цилиндра, что вызывает из-
нос их поверхностей. Она изменяется по значению и направле-
нию, поочередно прижимая поршень то к одной, то к другой сто-
роне цилиндра.
Силу Pt, перенесенную на ось шатунной шейки, можно разло-
жить на касательную силу Т, действующую перпендикулярно кри-
вошипу коленчатого вала, и радиальную силу Z, направленную по
оси кривошипа:
Т=Р\ [sin (<р + P)/cos р]; Z = Pi [sin (<p + P)/cos p],
где P — угол отклонения шатуна от оси цилиндра.
Вращающий момент на валу двигателя, необходимый для со-
вершения полезной работы,
л/вр = Тг.
Работа касательных сил затрачивается на преодоление сил со-
противления и изменение частоты вращения коленчатого вала. В
период рабочего хода совершается полезная работа и увеличивает-
ся частота вращения коленчатого вала. Избыточная энергия акку-
мулируется всеми вращающимися частями, главным образом ма-
ховиком и потребителем энергии, и возвращается в систему, когда
ее не хватает при совершении других тактов двигателя. Чем боль-
ше момент инерции маховика и число цилиндров, тем равномер-
нее вращается вал двигателя.
Сила .Уна плече L создает реактивный (опрокидывающий) мо-
мент, который стремится опрокинуть двигатель. Он равен враща-
ющему моменту по значению, но противоположен по направле-
нию. Опрокидывающий момент воспринимается опорами и вызы-
вает колебания всего двигателя.
Вращающиеся части (шатунная шейка коленчатого вала и часть
шатуна, отнесенная к оси шатунной шейки коленчатого вала) со-
здают центробежную силу Рс = - тпз2. Эта сила, направленная от
центра вращения по оси кривошипа, вместе с радиальной силой
^нагружает подшипники коленчатого вала. Центробежная сила
Рс обычно уравновешивается центробежной силой противовесов
Рсп, устанавливаемых на коленчатом валу с противоположной
стороны шатунной шейки, или за счет изменения формы коленча-
того вала.
Все силы и моменты, возникающие при работе поршневых
ДВС, непрерывно изменяясь по значению и направлению, пере-
даются на опоры двигателя и раму автомобиля. При этом возника-
ют вибрации, снижающие эффективную мощность и топливную
экономичность (вследствие затрат энергии на возбуждение вибра-
ции и дополнительных механических потерь), ослабляются креп-
ления агрегатов и деталей (что ускоряет в итоге износ деталей),
52
нарушаются регулировки, снижается надежность контрольно-из-
мерительных приборов.
Поэтому уменьшение влияния переменных сил и моментов,
действующих на двигатель, относится к числу основных требова-
ний, предъявляемых в ДВС.
Уравновешенность — это состояние двигателя, которое при ус-
тановившемся режиме работы характеризуется постоянными по
значению и направлению силами и моментами, действующими на
опоры.
Для уравновешивания сил инерции и моментов этих сил в
многоцилиндровых двигателях необходимо, чтобы равнодейству-
ющие всех сил инерции, действующих на плоскостях, проходящих
через ось вала, а также сумма моментов этих сил относительно
выбранной оси равнялись нулю.
Условие полной конструктивной уравновешенности двигате-
лей выражается системой уравнений:
ЕРу1 = 0; = 0;
SPy2 = 0; Щ-2 = 0;
SPC = 0; ЕЛ/С = 0.
При разработке двигателей важно правильно выбрать соответ-
ствующее число и расположение цилиндров, схему расположения
кривошипов, место установки простейших противовесов и слож-
ных уравновешивающих механизмов. С целью достижения урав-
новешенности двигателя выполняют соответствующие требования
при производстве двигателей, их сборке, регулировке, ремонте и
эксплуатации. При этом соблюдают допуски на массы и размеры
поршней, шатунов, коленчатого вала и других деталей; проводят
статическую и динамическую балансировки коленчатого вала; ре-
гулируют рабочий цикл во всех цилиндрах, стремясь обеспечить
одинаковое их наполнение, одинаковые степени сжатия, моменты
зажигания или впрыскивания топлива и т. д.
Уравновешивание — это комплекс конструктивных, производ-
ственных и эксплуатационных мероприятий, направленных на
уменьшение или полное устранение неуравновешенных свобод-
ных сил инерции и моментов. Например, устанавливая противо-
весы, можно уравновесить центробежную силу Рс и ее момент.
Силы инерции первого Ру1 и второго Рд порядков в одно-, двух- и
четырехцилиндровых двигателях можно уравновесить с помощью
специальных громоздких уравновешивающих механизмов, кото-
рые применяют крайне редко. Для шести- и более цилиндровых
двигателей такие устройства не требуются.
К числу дополнительных мероприятий по уравновешиванию
двигателей относится установка на переднем конце коленчатого
вала гасителя колебаний, поскольку эта часть вала совершает наи-
большие по амплитуде отклонения — крутильные колебания. Га-
53
сители поглощают энергию колебаний, подводимую к валу двига-
теля извне, благодаря трению между элементами гасителя и тем
самым уменьшают амплитуду колебаний.
Широко применяют гасители колебаний жидкостного трения.
Равномерно вращающийся при работе двигателя маховик поме-
щают в герметичный корпус, заполненный кремнийорганической
жидкостью (силиконом). При колебаниях стенки маховика вовле-
кают в движение слои силикона, работа сил трения жидкости по-
глощает энергию колебаний.
Для уменьшения крутильных колебаний можно также созда-
вать инерционные реактивные моменты в определенном сечении
вала. Для этого в соответствующем месте следует установить гаси-
тели колебаний маятникового или упругомассового типа.
4.3. ЦИЛИНДРОПОРШНЕВАЯ ГРУППА
К цилиндропоршневой группе относятся гильзы, поршни, пор-
шневые пальцы и кольца.
Цилиндры двигателя могут быть расточены в блоке 7
(рис. 4.5, а) или сделаны в виде специальных вставок — гильз 4
(рис. 4.5, б, в, г).
Гильзы цилиндров отливают из специального чугуна и устанав-
ливают в блок цилиндров. Во всех рассматриваемых конструкциях
двигателей (кроме автомобилей ВАЗ) применяют мокрые гильзы.
Они омываются снаружи охлаждающей жидкостью в рубашке ох-
лаждения 2.
Внутреннюю поверхность цилиндра называют зеркалом ци-
линдра.
Во время работы двигателя в верхней части цилиндров сгорает
Рис. 4.5. Схемы цилиндров двигателей:
о — без гильз, но с короткой вставкой (автомобили ЗИЛ-157КД, ГАЗ-52-04); би в— с мокрой
гильзой (дизели ЯМЗ-236 и КамАЗ-740); г — с мокрой гильзой, в которую запрессована корот-
кая вставка (автомобиль ЗИЛ-431410); 1 — блок цилиндров; 2— водяная рубашка охлаждения;
3— вставка; 4— гильза цилиндров; 5 — уплотнительные кольца (резиновые или медные, уста-
навливаемые под бурт); 6 — антикавитаниопнос кольцо
54
рабочая смесь. При этом выделяются продукты окисления — ок-
сиды углерода и азота, сернистого газа, пары воды и другие веще-
ства. При работе двигателя с пониженными температурами
(50...60 °C) охлаждающей жидкости и масла часть продуктов окис-
ления, особенно пары воды, конденсируется на стенах цилиндров,
вследствие чего образуются кислоты, вызывающие коррозию ци-
линдров. Кроме того, разрушается масляная пленка и увеличива-
ется износ цилиндров и поршневых колец.
Зеркало цилиндров помимо коррозии подвергается нагарооб-
разованию и механическому изнашиванию вследствие проника-
ния в двигатель пыли. Механическое изнашивание зеркала ци-
линдра в верхней части больше, чем в нижней, из-за более высо-
кого давления газов.
В двигателе автомобиля ЗИЛ-431410 (рис. 4.5, г) для повыше-
ния износостойкости цилиндров в их гильзы запрессовывают
вставки 3 из специального чугуна, а на автомобилях ГАЗ-3307
гильзы отливают монолитными из высокопрочного чугуна без
вставок.
В двигателях автомобилей ВАЗ цилиндры расточены в блоке и
по диаметру через 0,01 мм подразделены на пять классов, обозна-
чаемых буквами А, В, С, D, Е. Класс цилиндра указан на нижней
плоскости блока против каждого цилиндра. Цилиндр и сопрягаю-
щийся с ним поршень должны быть одного класса для обеспече-
ния зазора между поршнем и цилиндром 0,05...0,07 мм.
Поршень воспринимает давление газов во время рабочего хода
и передает его через палец и шатун коленчатому валу. Кроме меха-
нических нагрузок поршень подвергается действию высоких тем-
ператур в период сгорания топлива и расширения образовавшихся
газов. Он нагревается также вследствие трения его боковой повер-
хности о стенки цилиндра.
В автомобильных двигателях чаще всего устанавливают порш-
ни, изготовленные из алюминиевого сплава. Они обладают доста-
точной прочностью, малой массой, высокой теплопроводностью и
хорошими антифрикционными свойствами.
Поршень 1 (рис. 4.6) имеет уплотняющую часть (головку), в ко-
торой выполнены канавки под компрессионные (уплотняющие)
кольца, днище и направляющую часть (юбку). Для крепления пор-
шневого пальца 2 в поршне сделаны бобышки. В днище поршня у
дизелей имеется фигурная выемка, которая формирует камеру
сгорания. Иногда сделаны проточки для клапанов.
Поршни во время работы нагреваются неравномерно. Чтобы
компенсировать разную степень расширения, поршни делают
овальной и конусной формы. Диаметр по оси бобышек у холодно-
го поршня меньше, чем поперечный диаметр, так как большая
масса металла расширяется интенсивнее. Диаметр головки мень-
ше, чем юбки, поскольку верхняя часть нагревается интенсивнее.
Выше бобышек (а иногда и на направляющей части) выполне-
55
Рис. 4.6. Поршень двигателя
ЯМЗ-КАЗ-642 в сборе:
1 — поршень; 2— поршневой палец; 3 — сто-
порное кольцо; 4, 5 — соответственно верх-
нее и нижнее компрессионные кольца; 6—
маслосъемное кольцо
на канавка под маслосъемное
кольцо. Внутри нее сделаны
отверстия для прохода соскре-
баемого кольцом со стенок ци-
линдра масла внутрь поршня.
На днище обычно выбивают
следующие метки: направление
установки, размерная группа,
масса поршня.
Поршни двигателей ЯМЗ-КАЗ-642 (см. рис. 4.6) имеют вставку
из жаропрочного чугуна под верхнее компрессионное кольцо 4 и
коллоидно-графитовое покрытие юбки.
На поршне расположены два компрессионных 4 и 5 и одно
маслосъемное 6 кольца. В головке поршня выполнена тороидаль-
ная камера сгорания. Поршень соединен с шатуном пальцем 2
плавающего типа, осевое перемещение которого ограничивается
стопорными кольцами 3.
Поршни двигателей автомобилей ЗИЛ имеют поперечные про-
рези под головкой, а на юбке Т-образный разрез для компенсации
расширения при нагреве.
Поршни двигателей автомобилей ВАЗ изготовлены из алюмини-
евого сплава. В головке поршня залита стальная пластина, обеспе-
чивающая компенсацию неравномерной тепловой деформации
поршня при нагреве. В бобышках поршня имеются отверстия для
прохода масла к поршневому пальцу.
Отверстие под поршневой палец смещено от оси симметрии на
1,2 мм в правую (по направлению движения) сторону для умень-
шения стука поршня при переходе через в.м.т. Поэтому на днище
поршня клеймят стрелку, которая при сборке должна быть обра-
щена в сторону передней части двигателя.
Поршни, как и цилиндры, сортируют по наружному диаметру
на пять классов через 0,01 мм, а по диаметру отверстия под порш-
невой палец — на три категории через 0,004 мм, обозначаемые циф-
рами 1, 2, 3. Класс поршня (букву) и категорию отверстия под пор-
шневой палец (цифру) клеймят на днище поршня. При изготовле-
нии строго выдерживается масса поршней. Поэтому при сборке
двигателя подбирать поршни одной группы по массе не требуется.
Поршневые пальцы соединяют поршень с верхней головкой ша-
туна. Они должны быть легкими, прочными и износостойкими,
56
так как во время работы подвергаются трению и большим механи-
ческим нагрузкам, переменным по величине и направлению.
Пальцы изготовляют из углеродистой и малоуглеродистой стали в
виде пустотелых труб. В основном в двигателях рассматриваемых
автомобилей применяют пальцы «плавающего» типа, т. е. повора-
чивающиеся как в верхней головке шатуна, так и в бобышках пор-
шня (исключение составляют некоторые двигатели автомобилей
ВАЗ, где палец запрессован в верхнюю головку шатуна).
Поршневые пальцы фиксируют в поршне двумя стопорными
кольцами.
Пальцы изготовляют с высокой точностью и подбирают к пор-
шням и шатунам.
При сборке палец, поршень и шатун комплектуют из деталей
только одной группы. Во избежание задиров на сопряженных по-
верхностях сборку пальца с поршнем следует проводить после на-
грева поршня до температуры 55 °C. Нагревать поршни надо толь-
ко в жидком и чистом масле.
Поршневые кольца, надеваемые на поршень, создают плотное,
подвижное соединение между поршнем и цилиндром. Компрес-
сионные кольца обеспечивают создание давления в камере сгора-
ния (компрессию) благодаря уменьшению количества газов, про-
рывающихся из камеры сгорания в картер, и отводят теплоту от
головки к стенкам цилиндра.
Маслосъемные кольца снимают излишки масла с зеркала ци-
линдра, чем препятствуют прониканию масла в камеру сгорания.
Кольца изготовляют из специального легированного чугуна
или стали. Разрез кольца, называемый замком, может быть пря-
мым (чаще всего), косым или ступенчатым.
Первое (верхнее) компрессионное кольцо работает в условиях
высокой температуры, больших давлений и изнашивается быстрее
других. Для повышения износостойкости первого кольца его на-
ружную цилиндрическую поверхность подвергают пористому хро-
мированию или напыливают наружную поверхность молибденом.
Остальные кольца покрывают слоем олова для лучшей приработ-
ки их к цилиндрам.
Поршневые кольца подвергают сложной обработке с целью
наиболее выгодного распределения давления кольца на стенку
гильзы и увеличения его срока службы. При установке колец на
поршень их стыки (замки) должны быть расположены под углом
90° один к другому.
Поршневые кольца автомобилей ЗИЛ устанавливают по четыре
на каждом поршне: три компрессионных и одно маслосъемное.
Два верхних компрессионных кольца хромированы по наружной
цилиндрической поверхности.
Маслосъемное кольцо состоит из двух плоских стальных дис-
ков и двух расширителей: осевого и радиального. При установке
поршня в цилиндр двигателя замки плоских кольцевых дисков
57
Рис. 4.7. Установка колец на поршень двига-
теля автомобиля ГАЗ-3307:
1 — компрессионные кольца; 2— кольцевой диск
маслосъемного кольца; 3— осевой расширитель;
4— радиальный расширитель
надо располагать под углом 180°
один к другому. При этом замки
осевого и радиального расширите-
лей должны быть расположены
под углом 120° к ним.
Поршневые кольца автомобилей
ГАЗ-3307устанавливают по три на
каждом поршне: два компресси-
онных и одно маслосъемное. Компрессионные кольца устанавли-
вают так, чтобы выточка на внутренней поверхности колец была
обращена вверх (рис. 4.7). При этом стыки колец должны быть
смещены на угол 180°. Маслосъемное кольцо состоит из двух
плоских стальных хромированных дисков (колец) и двух расши-
рителей: осевого и радиального. При установке поршня в блок
двигателя надо следить, чтобы замки плоских кольцевых дисков 2
располагались под углом 180° один к другому и 90° к замкам комп-
рессионных колец. При этом замки осевого 3 и радиального 4 рас-
ширителей (каждый) должны быть расположены под углом 90° к
ним.
Поршневые кольца автомобилей КАЗ устанавливают по три на
каждом поршне: два компрессионных и одно маслосъемное. Сече-
ние компрессионных колец — прямоугольная трапеция. Рабочая
поверхность верхнего компрессионного кольца покрыта слоем
хрома, нижнего — слоем молибдена. Маслосъемное кольцо имеет
коробчатое сечение, винтовой пружинный расширитель и хроми-
рованную рабочую поверхность.
4.4. ШАТУНЫ, ПОДШИПНИКИ
Шатун соединяет поршень с коленчатым валом и преобразует
возвратно-поступательное движение поршня во вращательное
движение коленчатого вала.
Шатун воспринимает большие нагрузки, изменяющиеся по
значению и направлению. Он совершает сложные движения и
подвергается сжатию, изгибу и растяжению. Чтобы выдержать та-
кие нагрузки, он должен быть прочным и жестким, а для умень-
шения сил инерции — легким. Шатун штампуют из стали и под-
вергают термообработке (закалке и отпуску). Его стержень имеет
двутавровое сечение для увеличения прочности и жесткости.
58
Части шатуна: верхняя головка, стержень и нижняя головка. В
верхнюю головку с запрессованной в нее бронзовой втулкой уста-
навливают поршневой палец. Нижняя головка разрезная. Крышку
нижней головки крепят к шатуну шатунными болтами. Внутрен-
нюю поверхность нижней головки («постель» подшипников) тща-
тельно обрабатывают вместе с присоединенной крышкой. Поэто-
му крышки и шатуны нельзя раскомплектовывать. Плоскости со-
единения крышки и шатуна также тщательно обрабатывают.
Иногда на них делают елочные (мелкие) шлицы.
Шатунные болты изготовляют из легированной стали. Их по-
верхность термически обрабатывают и шлифуют. В отверстие
крышки они входят с натягом (плотно). Гайки болтов (или болты)
затягивают только динамометрическим ключом, а затем шплинту-
ют и стопорят.
На боковой поверхности шатунов ставят метки: номер шатуна
и его массу.
Подшипники. В двигателях применяют подшипники скольже-
ния. Они выполнены в виде двух вкладышей. Вкладыши изготов-
лены с высокой точностью, поэтому при установке не требуются
подгонка, подпиливание стыков или применение прокладок.
Вкладыши представляют собой тонкостенную стальную ленту
(толщина 2...3 мм) с нанесенным на нее слоем антифрикционного
материала (материала с низким коэффициентом трения). На
внешней поверхности вкладыша выштампованы выступы — усы,
которые препятствуют провороту вкладыша в постели.
При установке на двигатель поршня в сборе с шатуном стрелка
на днище должна быть всегда обращена в сторону переднего кон-
ца коленчатого вала. В комплекте поршень — шатун в сборе, пред-
назначенном для левой группы цилиндров, метка на стержне ша-
туна и стрелка на днище поршня должны быть обращены в одну
сторону, а в комплекте для правой группы цилиндров — в разные
стороны.
Шатуны двигателей ЯМЗ-КАЗ-642 (рис. 4.8) стальные двутавро-
вого сечения. На крышке 3 и шатуне 1 нанесены одинаковые мет-
ки массы (трехзначные цифры) и порядковый номер цилиндра.
Подшипник нижней головки шатуна имеет сменные вкладыши, а
подшипник верхней головки представляет собой запрессованную
втулку. Крышка прикреплена к шатуну двумя болтами 2.
Вкладыши нижней головки шатуна смежные тонкостенные
сталебронзовые. Обе половины вкладышей взаимозаменяемы.
Шатуны двигателей автомобилей ЗИЛ-431410 стальные двутав-
рового сечения. В нижней головке шатуна установлены сталеалю-
миниевые тонкостенные вкладыши толщиной 2 мм. В верхнюю
головку шатуна запрессована бронзовая втулка.
Затягивать гайки болтов шатуна необходимо динамометричес-
ким ключом. Момент затяжки должен составлять 56...62 Н • м.
Шатуны двигателей автомобилей ГАЗ-3307 устанавливают с
59
1
Рис. 4.8. Шатун двигателя ЯМЗ-КАЗ-642 в сборе:
1 — шатун; 2— болт; 3 — крышка; 4 — гайка; 5 — втулка верхней головки
поршнями в сборе попарно на каждую из четырех шатунных шеек
коленчатого вала.
На бобышках под болт шатуна и крышке выбит порядковый
номер цилиндра. Номер, выштампованный на стержне шатуна, и
метка на крышке шатуна должны быть направлены в одну сторо-
ну. Шатунные болты и вкладыши взаимозаменяемы.
При сборке шатунов с поршнями необходимо соблюдать сле-
дующий порядок: шатуны левого ряда цилиндров устанавливать
таким образом, чтобы номер на шатуне и метка на его крышке
были обращены к передней части двигателя, а правого ряда —
наоборот.
Поршни соединяются с шатунами так, чтобы во всех случаях
надпись на поршне «Перед» была обращена к передней части дви-
гателя.
Шатуны двигателей автомобилей ВАЗ стальные кованые с
разъемной нижней головкой, в которой установлены вкладыши
шатунного подшипника. В верхнюю головку шатуна запрессована
сталебронзовая втулка. По диаметру отверстия этой втулки шату-
ны делят на три класса через 0,004 мм, как и поршни. Номер клас-
са клеймят на верхней головке шатуна.
По массе верхней и нижней головок шатуны сортируют на
классы, маркируемые краской на стержне шатуна. На двигатель
следует устанавливать шатуны одного класса по массе, т. е. с оди-
наковой маркировкой.
60
4.5. ГРУППА КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА
Коленчатый вал испытывает большие нагрузки и подвергается
скручиванию, изгибу и механическому изнашиванию. Вращаю-
щий момент с коленчатого вала передается на трансмиссию авто-
мобиля, а также используется для привода в движение различных
механизмов двигателя.
Основные части коленчатого вала: коренные шейки, которыми
вал опирается на коренные подшипники, расположенные в карте-
ре; шатунные шейки; щеки, соединяющие коренные и шатунные
шейки; носок (передний конец) и хвостовик (задний конец).
В нижней части блока цилиндров расположены опоры корен-
ных подшипников коленчатого вала. В постели этих расточек ус-
танавливают тонкостенные сталеалюминиевые вкладыши. Форма
расположения колен коленчатого вала зависит от числа и распо-
ложения цилиндров, порядка работы и тактности двигателя. На
большинстве автомобильных двигателей применяют полноопор-
ные коленчатые валы, у которых коренных шеек на одну больше,
чем шатунных.
Коленчатый вал изготовляют горячей штамповкой из легиро-
ванной стали (для автомобилей ЗИЛ-431410, КАЗ-4540) или отли-
вают из высокопрочного чугуна (для автомобилей ГАЗ-3307, ВАЗ-
21213). На некоторых валах предусматривают противовесы, кото-
рые отливают вместе с валом. Установка противовесов или обору-
дование двигателя специальными уравновешивающими
механизмами необходимы в том случае, если расположение колен
коленчатого вала не обеспечивает взаимного уравновешивания
сил инерции и создаваемых ими моментов.
Обычно коленчатый вал в сборе с маховиком и сцепление под-
вергают динамической и статической балансировке, чтобы не-
уравновешенные силы инерции не вызывали вибрацию двигателя
и ускоренное изнашивание коренных подшипников.
Осевое перемещение вала ограничивается упорными полуколь-
цами. Осевой зазор коленчатого вала при сборке двигателя должен
быть в пределах 0,06...0,2 мм. Если в процессе эксплуатации зазор
превышает максимально допустимое значение (0,35 мм), то упор-
ные полукольца необходимо заменить новыми или ремонтными,
увеличенными на 0,127 мм.
Коленчатый вал двигателя для автомобиля ВАЗ-21213 чугунный
пятиопорный. В заднем конце коленчатого вала выполнено гнездо
под передний подшипник первичного вала коробки передач, по
наружному диаметру которого центрируется маховик. Маховик
устанавливают на коленчатый вал так, чтобы метка (конусообраз-
ная лунка около зубчатого обода маховика) и ось шатунной шейки
первого цилиндра находились в одной плоскости и по одну сторо-
ну от оси коленчатого вала.
Коленчатый вал двигателя автомобиля ЗИЛ-431410 стальной
61
Рис. 4.9. Коленчатый вал двигателя автомобиля ЗИЛ-431410:
7 — передний конец вала; 2— грязеуловительная полость; 3 — шатунные шейки; 4—
противовесы; 5 — маслоотражатель; 6— фланец для крепления маховика; 7—коренные
шейки; 8— щека
пятиопорный (рис. 4.9). Болты крышек коренных подшипников
затягивают динамометрическим ключом. Момент затяжки должен
быть 110... 113 Н • м.
Коленчатый вал динамически сбалансирован в сборе с махови-
ком и сцеплением. Момент затяжки болтов крепления маховика
на фланце коленчатого вала должен быть 140... 150 Н-м.
Коленчатый вал двигателя ЯМЗ-КАЗ-642 стальной, изготовлен
методом горячей штамповки как одно целое с противовесами,
расположенными на щеках, с передним и задним выносными
противовесами, входящими в систему уравновешивания двигате-
ля. Вал имеет четыре коренные опоры и шесть шатунных шеек.
Возможность ремонта коленчатого вала обеспечена наличием
вкладышей трех ремонтных размеров. Соответствующее обозначе-
ние вкладыша маркируют на его тыльной стороне около стыка.
Шатунные шейки противолежащих цилиндров связаны тонки-
ми промежуточными щеками и смещены одна относительно дру-
гой на угол 30°, что позволяет обеспечить равномерность вращаю-
щего момента (аналогично рядному шестицилиндровому двигате-
лю), низкий уровень вибраций двигателя и динамических нагру-
зок в трансмиссии автомобиля.
На передней части вала установлена посредством шпонки шес-
терня привода масляного насоса, на задней части (за противове-
сом) — также на шпонке шестерня привода распределительного
вала.
В передней части вала предусмотрен жиклер для смазывания
шлицев вала привода гидромуфты. Хвостовик коленчатого вала
уплотнен резиновым самоподжимным сальником.
Коленчатый вал двигателя автомобиля ГАЗ-3307 балансируют в
сборе с маховиком и сцеплением. Крышки коренных подшипни-
ков чугунные. Для предотвращения утечки масла концы коленча-
того вала уплотнены сальниками.
Самоотвертыванию гаек крепления крышек коренных под-
62
Рис. 4.10. Маховик:
/ — передняя манжета ведущего вала; 2—зубчатый ве-
нец; 3 — маховик; 4—установочная втулка сцепления;
5 — упорное пружинное кольцо
шипников препятствует установка гаек
на герметик «Унигерм-9» или стопор-
ная пластина.
Маховик служит для накопления ки-
нетической энергии в течение рабочего
хода, уменьшения неравномерности
вращения вала, сглаживания момента
перехода поршня через в.м.т. и н.м.т.,
облегчения пуска двигателя и трогания
автомобиля с места.
Маховик отливают из серого чугуна,
располагая основную массу металла на
ободе для увеличения момента инер-
ции. На обод маховика напрессовыва-
ют или надевают зубчатый венец для
осуществления пуска двигателя. Венец
крепят специальными болтами. Повер-
хность маховика, соприкасающуюся с ведомым диском сцепле-
ния, шлифуют и полируют.
На ободе или торце маховика выполнены метки, позволяющие
установить поршень первого цилиндра в в.м.т., или градусная
сетка для установки момента зажигания.
Маховик двигателя автомобиля ЗИЛ-431410 прикреплен к
фланцу заднего конца коленчатого вала шестью зашплинтованны-
ми болтами. При сборке маховика с коленчатым валом надо иметь
в виду, что одно из отверстий крепления маховика смещено на
угол 2°.
Маховик двигателя автомобилей КАЗ (рис. 4.10) точно зафикси-
рован относительно коленчатого вала двумя штифтами и запрес-
сованной в него установочной втулкой 4. Зубчатый венец 2 служит
для пуска двигателя стартером.
4.6. ОСНОВНЫЕ НЕИСПРАВНОСТИ
Признаки неисправности КШМ: посторонние стуки и шумы,
снижение мощности двигателя, увеличение расхода топлива и
масла, а также вредных выбросов с отработавшими газами.
Стуки и шумы в двигателе возникают в результате износа дета-
лей КШМ и увеличения зазоров между сопряженными деталями
63
(цилиндр — поршень, шейки коленчатого вала — вкладыши под-
шипников и т. п.). Кроме стука характерным признаком увеличе-
ния зазоров между шейками коленчатого вала и вкладышами мо-
жет быть падение давления масла в смазочной системе. Если зазор
больше предельно допустимого, вкладыши заменяют.
Падение мощности, повышение расхода топлива и масла, дымле-
ние из сапуна обычно возникают одновременно, когда свежий заряд
и отработавшие газы прорываются из цилиндра в картер, а масло
проникает из картера в камеру сгорания. Эти неисправности могут
быть вызваны также закоксовыванием (пригоранием) поршневых
колец. Кроме того, попадание масла в камеру сгорания вызывает по-
вышенное дымление двигателя, а также увеличение концентрации
основных токсичных компонентов в отработавших газах.
Для поддержания двигателей в состоянии, обеспечивающем их
постоянную готовность и длительность эксплуатации, применяют
систему планово-предусмотрительных осмотров и ремонтов. Цели
системы: регулярная проверка правильности эксплуатации; пре-
дупреждение преждевременного износа деталей; выявление неис-
правностей, дефектов и их устранение; проверка контрольно-из-
мерительных приборов, предохранительных устройств и т. д.
Кроме проведения ТО-1, ТО-2 и других мероприятий в процес-
се эксплуатации двигателя необходимо использовать топливо и
масло в полном соответствии со стандартом и с техническими ус-
ловиями, поддерживать во время работы двигателя оптимальные
тепловые и нагрузочные режимы и т. д.
Контрольные вопросы и задания
1.Для чего служит кривошипно-шатунный механизм? 2. Какие кинематичес-
кие схемы этого механизма применяют в двигателях? 3. Из каких основных эле-
ментов состоит КШМ? 4. Какие неисправности могут возникать при нарушении
порядка затяжки гаек крепления головки цилиндров? 5. Какие требования
предъявляют к комплектованию цилиндропоршневой группы? 6. Для чего необ-
ходимы зазоры между поршнем и цилиндром, а также в замке поршневого коль-
ца? 7. Назовите причины закоксовывания поршневых колец. Как это влияет на
работу двигателя? 8. К каким последствиям могут привести повышенные зазоры в
подшипниках коленчатого вала? 9. Для чего предназначен маховик? 10. По каким
показателям определяют техническое состояние кривошипно-шатунного меха-
низма?
Глава 5
МЕХАНИЗМ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ
5.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Механизм газораспределения (ГРМ) служит для своевременно-
го выпуска отработавших газов и наполнения цилиндров свежим
зарядом.
64
В четырехтактных автомобильных двигателях обычно устанав-
ливают клапанные механизмы газораспределения, в которых
впуск свежего заряда и выпуск отработавших газов происходят с
помощью впускных и выпускных клапанов. Они также надежно
изолируют камеру сгорания от окружающей среды во время так-
тов сжатия и рабочего хода.
В зависимости от расположения клапанов различают механиз-
мы газораспределения с нижними клапанами, расположенными в
блоке цилиндров, и с верхними (подвесными) клапанами, разме-
щенными в головке блока. В карбюраторных двигателях применя-
ют механизмы обоих типов, а в дизелях — только механизм с верх-
ними клапанами.
Почти все современные двигатели имеют ГРМ с верхним рас-
положением клапанов, так как в этом случае камера сгорания бо-
лее компактная, лучше наполнение цилиндров свежим зарядом,
проще регулировка клапанов и значительно меньше потери тепло-
ты.
Основные части ГРМ: привод, передаточные детали и клапан-
ная группа. Привод состоит из механизма привода (блока шесте-
рен) и распределительного вала. Детали передачи: толкатели 9
(рис. 5.1), штанги 19, коромысла 17. Клапанная группа включает в
себя клапан, направляющую втулку 3, пружину 4 и замок пружи-
ны (детали 11... 14).
В рядных и V-образных двигателях при верхнем расположении
клапанов усилие от кулачка 10 распределительного вала передает-
ся толкателю 9, а от него штанге 19. Штанга через регулировоч-
ный винт воздействует на короткое плечо коромысла, которое,
поворачиваясь на оси, нажимает своим носком на стержень кла-
пана. При этом пружина сжимается, а клапан перемещается вниз,
отходит от сед ла, обеспечивая в зависимости от назначения клапа-
на впуск свежего заряда или выпуск отработавших газов. После
того как выступ кулачка выйдет из-под толкателя, клапанный ме-
ханизм возвращается в исходное положение под действием пру-
жины.
При работе механизма направляющая втулка, запрессованная в
головку блока цилиндров, фиксируется стопорным кольцом, а ре-
гулировочный винт — контргайкой. Верхний конец клапана зак-
реплен сухариками, установленными в тарелке при помощи втулки.
Такая схема применена на большинстве моделей автомобилей
«Москвич», ГАЗ, ЗИЛ, а на автомобилях ВАЗ схема ГРМ несколь-
ко иная. Так, к деталям ГРМ автомобиля ВАЗ-21213 относятся
распределительный вал, клапаны и направляющие втулки, пружи-
ны, рычаги привода клапанов. В этом механизме рычаги привода
передают усилия от кулачков распределительного вала к клапа-
нам, сжимая пружины. После того как кулачок перестает действо-
вать на рычаг, сжатая пружина прижимает клапан к седлу, т. е.
закрывает его.
65
Рис. 5.1. Схемы газораспределительных механизмов с различным расположением
клапанов:
а —нижним; верхним; 7 —седло; 2—стержень клапана; 3 — направляющая втулка; 4—
пружина; 5, 14—сухарики; 6, 12 — тарелки; 7—регулировочный болт; 8— контргайка; 9—
толкатель; 10— кулачок; 77, 13— втулки; 75 — головка цилиндров; 16 — стопорное кольцо;
17— коромысло; 18— ось; 19— штанга
5.2. УСТРОЙСТВО И РАБОТА МЕХАНИЗМА ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ
Привод механизма. ГРМ приводится в действие при помощи
зубчатой, цепной или ременной передачи. Частота вращения рас-
пределительного вала у четырехтактных двигателей в 2 раза мень-
ше частоты вращения коленчатого вала.
На двигателях грузовых автомобилей в основном применяют
зубчатые передачи.
Газораспределительный механизм в автомобиле КАЗ-4540 при-
водится в действие от прямозубой шестерни 1 (рис. 5.2), установ-
ленной с натягом на коленчатом валу, через промежуточные шес-
терни 2 и 3. Блок промежуточных шестерен вращается на сдвоен-
ном коническом роликовом подшипнике. Шестерня 4 привода
распределительного вала установлена на шейке вала с натягом.
66
При сборке следует совмещать все метки на торцах зубчатых ко-
лес, находящихся в зацеплении.
В автомобилях ЗИЛ-431410 и ГАЗ-3307 для привода распреде-
лительного вала применяют в основном одну пару шестерен. Так,
в автомобилях ГАЗ устанавливают стальную шестерню на колен-
чатом валу и текстолитовую — на распределительном, а в автомо-
билях ЗИЛ — чугунную шестерню на распределительном валу.
В двигателях легковых автомобилей (с приводом на задние ко-
леса) в основном применяют цепную передачу.
Вспомогательные агрегаты двигателя и механизм газораспреде-
ления автомобиля ВАЗ-21213 приводятся в действие с помощью
цепной передачи от коленчатого вала, расположенного сверху го-
ловки (над клапанами). Передача состоит из двухрядной втулоч-
но-роликовой цепи 2 (рис. 5.3), ведущей шестерни 5, ведомых ше-
стерен 1 и 4, успокоителя 3 и натяжителя 8 с башмаком 7. Башмак
натяжителя и успокоитель имеют стальной каркас с привулкани-
зированным слоем резины. Около шестерни коленчатого вала в
блок цилиндров ввернут ограничительный палец 6, предотвраща-
ющий спадание цепи при снятии звездочки распределительного
вала (когда на автомобиле снимают головку цилиндров). Цепь
считается работоспособной, если при работе двигателя она натя-
гивается не более чем на 4 мм.
В некоторых автомобилях ГРМ приводится в действие ре-
менной передачей. Ремень имеет зубчатую внутреннюю
поверхность, что обеспечивает синхронность вращения распреде-
лительного и коленчатого валов.
Распределительный вал ГРМ штампуют из мало-
углеродистой стали или отливают из специального чугуна и под-
вергают термической обработке. Вал состоит из опорных шеек и
кулачков, профиль которых у большинства двигателей одинако-
вый (конусный). Одноименные кулачки (под впускные или вы-
пускные клапаны) располагаются в четырехцилиндровом двигате-
ле под углом 90°, шестицилиндровом — под углом 60‘, восьмици-
линдровом — под углом 45’. Взаимодействие сферической поверх-
ности торца толкателей с конической поверхностью кулачков
обеспечивает их поворот в процессе работы.
Начиная с передней опорной шейки, диаметр шеек уменьшает-
ся для облегчения установки распределительного вала в картере
двигателя. В автомобиле ГАЗ-3307 распределительный вал имеет
пять опорных шеек, подшипниками которых служат биметалли-
ческие втулки. Осевое перемещение вала ограничивается упорным
фланцем, который крепят к переднему торцу блока цилиндров
двумя болтами.
Распределительный вал двигателя ЯМЗ-КАЗ-642 (рис. 5.4) из-
готовлен из стали и установлен в развале блока цилиндров на че-
тырех подшипниках скольжения. Поверхностный слой кулачков и
опорных шеек цементирован. На задний конец распределительно-
67
Рис. 5.2. Блок распределительных
шестерен:
1
7 —шестерня коленчатого вала; 2, 3— про-
межуточные шестерни; 4—шестерня рас-
пределительного вала; 5—шестерня вала
топливного насоса; 6— шестерня привода
компрессора; 7—шестерня привода насоса
гидроусилителя руля; 8— шестерня механиз-
ма уравновешивания
Рис. 5.3. Цепная передача привода
ГРМ на автомобиле ВАЗ-21213:
7—шестерня распределительного вала; 2—
цепь; 3 — успокоитель цепи; 4—шестерня
привода масляного насоса; 5 — шестерня ко-
ленчатого вала; 6— ограничительный па-
лец; 7—башмак натяжителя; 8— натяжитель
цепи
Рис. 5.4. Распределительный вал двигате-
ля ЯМЗ-КАЗ-642:
7 — корпус подшипника; 2— колесо привода
распределительного вала; 3— шпонка; 4—
подшипник
го вала напрессовано прямозубое колесо. От осевого перемещения
вал зафиксирован корпусом 1 подшипника задней опоры, кото-
рый прикреплен к блоку цилиндров тремя самостопорящимися
болтами.
У автомобиля ЗИЛ-431410 распределительный вал стальной с
закаленными кулачками и шестерней привода распределителя за-
жигания. Вал установлен на пяти опорах через биметаллические
втулки и приводится во вращение парой зубчатых колес.
Распределительный вал автомобиля ВАЗ-21213 чугунный ли-
той. Трущиеся поверхности кулачков отбелены, т. е. подвергнуты
воздействию электрической дуги, в результате чего образован слой
так называемого «белого» чугуна, обладающего высокой твердо-
стью. Вал вращается на пяти опорах в специальном корпусе, а от
осевых перемещений удерживается упорным фланцем.
На переднем конце распределительного вала V-образных кар-
бюраторных двигателей расположен эксцентрик, воздействующий
на штангу привода топливного насоса, а на заднем конце — шес-
терня привода распределителя зажигания и масляного насоса.
Передаточные детали ГРМ с верхним расположением клапанов
и нижним расположением распределительного вала — толкатели,
штанги и коромысла.
Толкатели передают коромыслам усилия от распредели-
тельного вала через штанги. Толкатели изготовляют из стали и чу-
гуна, а выполняют цилиндрическими или рычажно-роликовыми.
В автомобиле ЗИЛ-431410 толкатели клапанов стальные цилинд-
рические пустотелые. Для повышения надежности пары кула-
чок — толкатель на торце толкателя наплавлен специальный чу-
гун. В нижней части толкателя просверлены отверстия для про-
хождения масла.
У двигателя ЯМЗ-КАЗ-642 толкатели стальные тарельчатого
типа с цилиндрической направляющей частью. На поверхность
тарелки наплавлен отбеленный чугун. Направляющие толкателей
изготовлены из серого чугуна и выполнены съемными, что обес-
печивает требуемую технологичность и ремонтопригодность бло-
ка. На двигатель устанавливают три направляющие, каждую из
которых фиксируют двумя штифтами и крепят к блоку двигателя
двумя болтами.
Все передаточные детали ГРМ двигателя ЯМЗ-КАЗ-642 пока-
заны на рисунке 5.5.
В двигателях автомобилей ГАЗ применяют стальные цилиндри-
ческие толкатели, установленные в специальных отверстиях бло-
ка — направляющих. На торец толкателей, соприкасающийся с
кулачком, наплавлен специальный износостойкий чугун.
Штанги передают усилие от толкателя к коромыслу. Их
изготовляют из алюминиевого прутка (для автомобиля ГАЗ-3307),
стального прутка с закаленными концами (ЗИЛ-431410) или сталь-
ными пустотелыми со вставными наконечниками (КАЗ-4570). Ис-
69
Рис. 5.5. Передаточные детали
ГРМ двигателя ЯМЗ-КАЗ-642:
а—штанга: / — верхний наконечник;
2 — стержень; 3 — нижний наконеч-
ник; б — коромысло в сборе: / — регу-
лировочный винт; 2— гайка; 3— коро-
мысло; 4—втулка; в — толкатель: 1 —
наплавка; 2— направляющая часть
пользуя алюминиевый пру-
ток, обеспечивают посто-
янные тепловые зазоры в
клапанах, так как в двига-
телях автомобилей ГАЗ
блоки цилиндров и голов-
ки блока отлиты из алюми-
ниевых сплавов. Вставные
наконечники штанг терми-
чески обрабатывают.
Коромысло пере-
дает усилие от штанги к клапану. Оно представляет собой сталь-
ной неравноплечий рычаг, длинное плечо которого расположено
над клапаном, а короткое — над штангой. В отверстие короткого
плеча ввернут регулировочный винт 1 (рис. 5.5, б), фиксируемый
контргайкой. Коромысло выполняют неравноплечим для умень-
шения хода толкателя и штанги, а также для снижения сил инер-
ции. Поверхность конца коромысла, называемую бойком и сопри-
касающуюся со стержнем клапана, а также поверхность регулиро-
вочного винта, соприкасающуюся с наконечником штанги, тер-
мически обрабатывают и шлифуют для повышения их надежности
и износостойкости.
В карбюраторных двигателях коромысла обычно расположены
на общей полой оси, в концах которой запрессованы заглушки,
что позволяет подводить масло к бронзовым втулкам коромысел и
по сверлениям в плече к сферическим наконечникам регулиро-
вочных болтов.
Коромысла двигателя ЯМЗ-КАЗ-642 стальные штампованные.
Отношение большего плеча к меньшему составляет 1,55. Коро-
мысла впускного и выпускного клапанов установлены на общей
стойке и зафиксированы в осевом направлении пружинным фик-
сатором. Подшипниками коромысел служат бронзовые втулки.
Стойки коромысел зафиксированы двумя штифтами и закрепле-
ны на головке цилиндра двумя шпильками. Конструкции коромы-
сел, стоек и их крепление в автомобилях ГАЗ, ЗИЛ и КАЗ во мно-
гом похожи.
В автомобилях ВАЗ-21213 привод к клапанам осуществляется
непосредственно от кулачков распределительного вала (при его
70
верхнем расположении) через одноплечие рычаги — рокеры. Од-
ним концом одноплечий рычаг опирается на стержень клапана,
другим — на сферическую головку регулировочного болта и удер-
живается на ней при помощи шпилечной пружины. Регулировоч-
ный болт ввернут во втулку и стопорится контргайкой.
Клапанная группа. Клапаны предназначены для открытия и зак-
рытия впускного и выпускного отверстий, расположенных в го-
ловке блока. Основные части клапана: головка и стержень. Плав-
ный переход от головки к стержню уменьшает сопротивление кла-
пана при обтекании его газами. Для плотного прилегания клапана
к седлу на головке клапана делают фаску под углом 45 или 30’,
которую шлифуют и притирают к фаске седла. Стержень клапана
имеет цилиндрическую форму. На конце его проточены цилинд-
рические канавки под замок пружины. Замок состоит из коничес-
ких сухариков, которые входят в проточку на стержне и прижима-
ются к конической поверхности тарелки клапана под действием
одной или двух пружин.
Стержень перемещается в направляющей втулке, обеспечиваю-
щей посадку клапана в седло без перекоса. У большинства двига-
телей втулки выполнены из спеченных материалов, обладающих
хорошими антифрикционными свойствами.
Для лучшего наполнения цилиндров свежим зарядом диаметр
головки впускного клапана больше диаметра выпускного. Напри-
мер, в двигателях автомобилей ГАЗ диаметр головки впускного
клапана 47 мм, а выпускного — 36 мм. Поскольку клапаны работа-
ют в условиях высоких температур и подвергаются коррозионному
действию газов, их изготовляют из высококачественных сталей.
Для впускных клапанов используют хромистую сталь, а для вы-
пускных — жаростойкую, так как последние нагреваются до
800 ’С.
Чтобы увеличить срок службы головки цилиндров и клапанов,
в головки цилиндров карбюраторных двигателей устанавливают
специальные вставки из жаропрочного чугуна.
В двигателе автомобиля КАЗ-4540 каждый цилиндр имеет один
впускной и один выпускной клапаны, конструктивное исполне-
ние которых одинаковое. Угол рабочей фаски клапанов 45’. Диа-
метр головки впускного клапана 51,5 мм, выпускного — 46,5 мм,
высота подъема клапанов 12,5 мм. Клапаны перемещаются в на-
правляющих втулках, изготовленных из спеченных материалов.
Для предотвращения попадания масла в цилиндр через зазор стер-
жень — втулка на стержне впускного клапана устанавливают ман-
жету.
Пружины клапанов витые с различным направлением навивки.
На стержень каждого клапана устанавливают две пружины. Диа-
метр проволоки наружной пружины 4,5 мм, внутренней — 3,5 мм.
Нижние концы пружин опираются через стальную шайбу на
головку блока, верхние — на головку клапана. Тарелка удержива-
71
ется стальной втулкой, которая соединена со стержнем клапана
разрезным коническим сухариком. Во время работы двигателя под
действием вибрации клапан проворачивается относительно седла.
На двигателе автомобиля ВАЗ оба клапана расположены в го-
ловке цилиндров наклонно в один ряд. Головка впускного клапа-
на выполнена большего диаметра для лучшего наполнения цилин-
дра, а на рабочую фаску выпускного клапана, работающего при
высоких температурах в агрессивной среде выпускных газов, на-
плавлен жаростойкий сплав. Пружин две. Верхняя опорная тарел-
ка пружин удерживается на стержне клапана двумя коническими
сухариками.
В двигателе автомобиля ЗИЛ-431410 клапаны также располо-
жены в головке блока цилиндров в один ряд наклонно к оси ци-
линдров. Угол рабочей фаски седла впускного клапана 30°, выпус-
кного — 45°. Стержень выпускного клапана имеет полость, запол-
ненную натрием на 3/4 объема для лучшего отвода теплоты. Стер-
жни клапанов хромируют для повышения надежности клапанного
механизма.
Выпускные клапаны в двигателях автомобилей ГАЗ также за-
полняют металлическим натрием. Кроме того, в клапанном при-
воде двигателей ЗМЗ дополнительно устанавливают коническую
втулку для фиксации сухариков, благодаря чему уменьшается тре-
ние и клапан легче проворачивается при обратном ходе. После-
днее предотвращает образование нагара на головке и седле клапа-
на. Для этой же цели выпускные клапаны автомобиля ЗИЛ-431410
оснащены механизмом принудительного вращения. При частоте
вращения коленчатого вала около 3000 мин-1 частота вращения
выпускного клапана достигает 30 мин-1.
5.3. ФАЗЫ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ.
«ВРЕМЯ —СЕЧЕНИЕ» КЛАПАНА
Фазы газораспределения. При рассмотрении рабочих циклов
двигателей условно принято, что открытие и закрытие клапанов
происходит в момент нахождения поршня соответственно в в.м.т.
и н.м.т. В действительности клапаны открываются с опережением
и закрываются с запаздыванием относительно мертвых точек, что
необходимо для улучшения наполнения цилиндров свежим заря-
дом и лучшей очистки их от отработавших газов. Моменты откры-
тия и закрытия клапанов, выраженные в углах поворота коленча-
того вала, называют фазами газораспределения. Их изображают в
виде круговых диаграмм.
Рассмотрим общую диаграмму фаз газораспределения четырех-
тактного карбюраторного двигателя (см. рис. 3.4). Впускной кла-
пан открывается в точке А с опережением на угол а, т. е. до прихо-
да поршня в в.м.т. Вследствие этого в начале движения поршня к
72
н.м.т. впускной клапан уже достаточно открыт и наполнение ци-
линдра свежим зарядом улучшается. Закрывается впускной кла-
пан в точке Б с запаздыванием на угол 8, т.е. после прохождения
поршня через н.м.т. Все это время свежий заряд за счет большой
скорости движения (60... 120 м/с) по инерции заполняет цилиндр.
Выпускной клапан открывается в точке Г до прихода поршня в
н.м.т., т. е. с опережением на угол у. При этом поршень движется
вниз, а отработавшие газы уже начинают выходить из цилиндра за
счет перепада давления в цилиндре и атмосфере. Закрывается вы-
пускной клапан в точке Д с запаздыванием на угол р, т. е. после
в.м.т. В этом случае происходит отсос газов через выпускной тру-
бопровод.
Таким образом, в результате открытия выпускного клапана с
опережением и закрытия его с запаздыванием улучшается очистка
цилиндров от отработавших газов. Анализируя диаграмму, видим,
что в течение некоторого времени, за которое коленчатый вал по-
ворачивается на угол а + Р, открыты оба клапана: впускной и вы-
пускной. Этот период называют перекрытием клапанов.
Фазы газораспределения двигателей рассматриваемых в учеб-
нике автомобилей даны в таблице 5.1. Эти расчетные значения
фаз действительны при соответствующих зазорах между стержнем
клапана и бойком коромысла (см. рис. 5.1, а) или между рычагом
привода клапана и кулачком на холодном двигателе.
5.1. Фазы газораспределения двигателей, град
Фаза газораспределения ВАЗ-21213 3M3-53-11 ЗИЛ-508.10 ЯМЗ-КАЗ-642
Впускной клапан: открытие до в.м.т. 12,5 36 31 10
закрытие после н.м.т. 51 52 83 46
фаза открытия 234,5 268 284 236
клапана Выпускной клапан: открытие до н.м.т. 38 70 67 ’ 66
закрытие после в.м.т. 10 18 47 10
фаза открытия 228 268 294 256
клапана Перекрытие клапанов 23,5 36 31 10
«Время — сечение» клапана. Во время работы двигателя меняют-
ся как проходное сечение клапана, так и продолжительность его
открытия. «Время — сечение» характеризует пропускную способ-
ность клапанов.
Площадь проходного сечения, мм2, рассчитывают по формуле
F= лЛк( Jrcos а + AKsin а cos2 а) = тсАк( Jrcos а),
где Лк —высота подъема клапана, мм (рис. 5.6); ^ — диаметр горловины впускно-
го и выпускного клапанов, мм; а — угол рабочей фаски седла клапана, град.
73
d
Рис. 5.6. Характерные размеры
клапанов
В дальнейших расчетах пренебрегаем величиной Лк sin a cos2 а
ввиду ее малости.
При одинаковых высоте подъема и диаметре клапана проход-
ное сечение при а = 30° будет больше, чем при а = 45°. Поэтому,
например, у автомобилей ЗИЛ впускные клапаны имеют угол
фаски 30°.
Параметр «время — сечение» клапана определяет суммарный
объем газа, который пройдет через переменное проходное сече-
ние, так как йк меняется за время открытия клапана. Математи-
чески этот параметр представляет собой интеграл от проходного
сечения по времени:
Ъ Фз
J Л/т = n(Jrcosa)coK J h^dq,
т0 Фо
где to и т3) фо и <рэ — время и углы открытия и закрытия впускного клапана (см.
»3
табл. 5.1); шк —угловая скорость кулачка; f л^аф — площадь под кривой переме-
те
щения клапана от угла поворота кулачка.
Чем больше диаметр клапана, а следовательно, и площадь
J Ак</ф, тем меньше скорость движения газов через клапан и со-
Фо
противление клапана проходу их, тем лучше очистка и наполне-
ние цилиндра.
У современных высокофорсированных карбюраторных двига-
телей средняя скорость потока в горловине впускного клапана со-
ставляет 70...120 м/с, а у дизелей — 50...80 м/с.
5.4. РЕГУЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВОГО ЗАЗОРА.
ОСНОВНЫЕ НЕИСПРАВНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ
По мере разогрева двигателя в процессе его работы происходит
различное удлинение деталей привода и клапанной группы. В ре-
зультате может нарушиться плотная посадка клапана в седле, что
74
отрицательно повлияет на показатели двигателя и техническое со-
стояние клапана. Поэтому для нормальной работы двигателя меж-
ду деталями клапанной группы в холодном состоянии предусмат-
ривают тепловой зазор, значение которого зависит от температур-
ного режима работы двигателя, конструкции ГРМ и материалов
деталей привода и двигателя. В связи с этим для каждого конкрет-
ного двигателя тепловые зазоры устанавливают, исходя из опыт-
ных данных.
Тепловой зазор, мм, можно оценить соотношением
Д5К = (0,03...0,05) Ат,
где йт — максимальный подъем толкателя, мм.
Тепловые зазоры на холодном двигателе у автомобилей КАЗ,
ГАЗ и ЗИЛ между коромыслом и клапаном (впускным и выпус-
кным) должны быть в пределах 0,25...0,3 мм, а у автомобиля
ВАЗ-21213 между кулачком и рычагом привода клапана — 0,15 мм
(для впускных клапанов) и 0,2 мм (для выпускных).
Чтобы отрегулировать зазоры в клапанном механизме восьми-
цилиндрового V-образного двигателя автомобиля ЗИЛ-431410,
поршень первого цилиндра в конце такта сжатия нужно устано-
вить в в.м.т. При этом отверстие на шкиве коленчатого вала долж-
но находиться под меткой в.м.т. на датчике ограничителя макси-
мальной частоты вращения коленчатого вала.
В этом положении регулируют зазоры следующих клапанов:
впускного и выпускного у первого цилиндра; выпускного у чет-
вертого, второго и пятого цилиндров; впускного у третьего, седь-
мого и восьмого цилиндров. У остальных клапанов зазоры регули-
руют после поворота коленчатого вала на угол 360’.
Все регулировки выполняют на холодном двигателе с помощью
болта, расположенного в коротком плече коромысла (в автомоби-
лях КАЗ, ГАЗ, ЗИЛ).
Зазор между рычагами привода и кулачками распределительно-
го вала двигателя автомобиля ВАЗ-21213 регулируют следующим
образом. Сначала на холодном двигателе регулируют натяжение
цепи. После регулировки цепи зазор должен составлять
0,14...0,17 мм.
Далее регулируют зазор выпускного клапана четвертого цилин-
дра (восьмой кулачок) и впускного клапана третьего цилиндра
(шестой кулачок), для чего выполняют следующее:
поворачивают коленчатый вал по ходу часовой стрелки до со-
впадения метки на звездочке распределительного вала с меткой на
корпусе подшипников, что будет соответствовать концу такта сжа-
тия в четвертом цилиндре;
ослабляют гайку регулировочного болта в коротком плече ко-
ромысла;
75
вставляют между рычагом и кулачком распределительного вала
плоский щуп А.95111 толщиной 0,15 мм и гаечным ключом за-
вертывают или отвертывают болт с последующим затягиванием
контргайки; при затянутой контргайке щуп будет входить с лег-
ким защемлением.
Затем последовательно поворачивают коленчатый вал на угол
180’ и регулируют зазоры других клапанов, соблюдая очередность,
указанную в таблице 5.2.
5.2. Последовательное» регулировки зазоров в клапанном механизме
Угол поворота коленчатого вала, град Номер цилиндра, в котором завершается такт сжатия Номер регулируемых клапанов (кулачков)
0 4 8и6
180 2 4 и 7
360 1 1 и 3
540 3 5и2
При работе двигателей автомобилей ГАЗ вследствие неравно-
мерной температуры различных деталей зазор может несколько
увеличиться по сравнению с установленным. Поэтому на некото-
рых режимах работы двигателя иногда прослушивается стук кла-
панов, который со временем может то пропадать, то возникать
вновь. Такой маловыделяющийся стук Не опасен, и уменьшать за-
зор между клапаном и коромыслом в этом случае не следует. Если
же на прогретом двигателе стук клапана слышен непрерывно (это
чаще наблюдается у клапанов, расположенных по краям головок),
то у этих клапанов разрешается уменьшить зазор так, чтобы на хо-
лодном двигателе он был в пределе 0,15...0,2 мм.
Наиболее заметный внешний признак неисправности ГРМ —
стук в зоне расположения клапанов, распределительных зубчатых
колес и распределительного вала.
Длительная работа двигателя с неправильными зазорами может
привести к обгоранию клапанов, преждевременному износу дета-
лей клапанной группы, коромысел, опорных поверхностей толка-
телей и кулачков распределительного вала, а также к осевому пе-
ремещению этого вала.
Тепловые зазоры в клапанах изменяются вследствие их нагре-
ва, изнашивания и нарушения регулировок. Когда зазор увеличен,
клапаны открываются не полностью, в результате чего ухудшают-
ся наполнение цилиндров свежим зарядом и очистка их от про-
дуктов сгорания, а также повышаются ударные нагрузки на детали
клапанного механизма.
При недостаточном зазоре клапаны неплотно садятся в седла
(полностью не закрываются), вследствие чего происходят утечка
газов, образование нагара с обгоранием рабочих поверхностей
седла и клапана. В процессе сжатия из-за неплотной посадки кла-
панов рабочая смесь может попадать в выпускной газопровод, а в
76
процессе расширения газы, имеющие высокую температуру, могут
прорываться во впускной газопровод, вследствие чего в газопро-
водах возможны хлопки или вспышки. Это является признаком
неплотной посадки клапанов.
Причиной нарушения плотности посадки клапанов кроме из-
менения тепловых зазоров могут быть зависание стержней клапа-
нов в направляющих втулках, нагар или повреждения на фасках
клапанов и седлах гнезд, потеря упругости или поломка клапан-
ных пружин. При полном разрушении клапанных пружин у двига-
телей с верхними подвесными клапанами (все рассматриваемые
здесь двигатели имеют именно такой клапанный механизм) про-
исходит рассоединение клапана с пружиной («рассухаривание»),
после чего клапан падает в цилиндр.
В результате всех неисправностей уменьшается мощность дви-
гателя, увеличивается расход топлива, нарушаются фазы газорасп-
ределения.
Контрольные вопросы и задания
1. Назовите основные типы механизмов газораспределения и выполните срав-
нительный их анализ. 2. Каковы правила сборки блока распределительных шесте-
рен? 3. Из каких элементов состоят приводы газораспределительных механизмов?
4. Из каких деталей состоит клапанная группа? 5. Для чего и чем обеспечивается
поворот клапанов при работе двигателя? 6. Что такое фазы газораспределения и от
чего они зависят? 7. Для чего необходим тепловой зазор в клапанном механизме и
как его регулируют? 8. Что происходит при увеличенном и уменьшенном тепло-
вом зазоре? 9. Что характеризует параметр «время — сечение»? 10. Перечислите
основные неисправности механизма газораспределения и назовите-способы их ус-
транения. 11. Как влияют регулировки механизма газораспределения, его техни-
ческое состояние и условия эксплуатации на эффективные показатели двигателя?
Глава 6
СИСТЕМА ПИТАНИЯ
6.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Назначение системы питания: очистка воздуха и топлива, приго-
товление из них горючей смеси определенного состава, подача ее
(или раздельно воздуха и топлива) в камеру сгорания, а также от-
вод из цилиндров отработавших газов. В соответствии с этим в си-
стеме питания можно выделить следующие составляющие: систе-
ма подготовки воздуха, топливная система, система глушения от-
работавших газов.
Исходя из этого назначения, система питания должна обес-
печить: дозирование топлива (подачу нужного количества), ка-
чественное приготовление смеси, своевременную подачу топ-
лива или смеси. Мощность, экономичность двигателя и токсич-
ность отработавших газов зависят от полного и быстрого сгора-
77
ния топлива. Во многом это определяется работой системы пи-
тания.
Состав смеси. Для полного сгорания 1 кг топлива необходимо
около 15 кг воздуха (точнее, 14,4 кг для бензина и 14,8 кг для ди-
зельного топлива), а для 1 г топлива — 15 г воздуха (обозначим /0)-
В цилиндр двигателя за один цикл при полной нагрузке (в зависи-
мости от объема цилиндра и режима работы) подается 40..,80 мг
топлива. Это количество называют цикловой подачей топлива qT.
Следовательно, для сгорания цикловой подачи требуется воздуха
^в = Йт=15(40...80)мг. Эту величину называют цикловой подачей
воздуха.
Состав смеси оценивают по коэффициенту избытка воздуха а,
представляющему собой отношение количества воздуха 6ВД, по-
ступившего в цилиндр, к теоретически необходимому количеству
воздуха (7В Т:
Ct ^в.д/^в.т*
Теоретически необходимое количество воздуха —это количе-
ство воздуха, необходимое для полного сгорания поступившего в
цилиндр топлива.
Предыдущее уравнение можно записать в следующем виде:
ct= — ^в.д/(^т4))>
где GT — часовой расход топлива, кг/ч; £0> 4»— теоретически необходимое количе-
ство воздуха для сгорания соответственно 1 кг и 1 г топлива.
По составу смесь бывает нормальная (а = 1), бедная (а > 1), бога-
тая (а < 1), обедненная (а= 1,1...1,15) и обогащенная (а = 0,8...0,9).
В бензиновых двигателях при а < 0,4 и а > 1,6 смесь не воспламе-
няется. Дизели работают на бедных смесях (а = 1,4...2).
Обычно выделяют пять режимов работы двигателя: основной,
перегрузки, холостого хода, пуск, ускорение (при разгоне и обго-
не). На каждом из этих режимов работы двигателю требуются кон-
кретная мощность и смесь разного состава. Изменяя количество
топлива при неизменной подаче воздуха (в дизелях) или соотно-
шение количеств топлива и воздуха (в бензиновых с впрыскивани-
ем топлива и карбюраторных), можно получать разный состав
смеси —это качественное регулирование. Изменение количества
смеси одного состава (в бензиновых и карбюраторных) называют
количественным регулированием.
Дозирование топлива. Мощность двигателя зависит от количе-
ства топлива (цикловой подачи), сгораемого в цилиндрах в рабо-
чем цикле, и частоты вращения коленчатого вала. Так как для вы-
полнения каждого вида работы автомобиля требуется различная
мощность двигателя, то возникает необходимость изменения цик-
ловой подачи. Каждому режиму нагрузки должна соответствовать
78
точная цикловая подача топлива. Это означает, что в системе пита-
ния должно быть предусмотрено регулирование подачи в процессе
работы машины.
Необходимо также обеспечить равномерность подачи топлива
по цилиндрам. В бензиновых двигателях топливо подается в ци-
линдр в процессе впуска, а в дизелях впрыскивается форсункой в
самом конце процесса сжатия. От момента начала впрыскивания
топлива зависят показатели дизеля, так же как от момента зажига-
ния смеси — показатели бензинового двигателя.
Рис. 6.1. Зависимость мощности двигателя от угла опережения зажигания:
/ — зона детонации; 2—граница возникновения детонации; 3 — закон изменения оптималь-
ных углов опережения зажигания; 4— границы диапазона изменения углов опережения зажи-
гания при снижении мощности на 1 %
79
2
Рис. 6.2. Структурные схемы топливных систем:
ТННД и ТНВД — топливные насосы соответственно низкого и высокого давления; -> — по-
дача топлива;---► — слив неиспользованного топлива
Угол поворота коленчатого вала до в.м.т., при котором подает-
ся искра (начинается впрыскивание топлива), называют углом опе-
режения зажигания (впрыскивания) 0.
Согласно результатам испытаний у каждого двигателя на любом
режиме работы есть оптимальный угол опережения зажигания
(впрыскивания) 0ОПТ (рис. 6.1), при котором мощность максималь-
на, а удельный расход топлива минимален. Поэтому в системе пи-
тания должны быть предусмотрены устройства для регулировки
угла опережения зажигания (впрыскивания).
Классификация систем питания. В дизелях системы питания де-
лят по следующим признакам:
по способу движения топлива — тупиковые и с циркуляцией топ-
лива;
типу механизма подачи — с объединенными насосом и форсун-
кой (насос-форсунка) и разделенными насосом и форсункой;
В двигателях с искровым зажиганием системы питания бывают
карбюраторные и с впрыскиванием бензина.
Компоновка топливных систем показана на рисунке 6.2. В дизе-
лях (схемы 1, 2) и двигателях с впрыскиванием бензина (схема 4)
очистка топлива двухступенчатая: топливо проходит через фильт-
ры грубой и тонкой очистки (ФГО и ФТО). ТННД в дизелях пода-
ет топлива в 1,5...2 раза больше, а в двигателях с впрыскиванием
80
бензина — в 5... 10 раз больше, чем может быть использовано. По-
этому часть топлива после ТНВД возвращается в бак или поступа-
ет в ТННД (система с циркуляцией топлива). Перепуск неисполь-
зованного топлива через бак и фильтры позволяет за час работы
несколько раз очистить весь запас топлива в баке.
В дизелях, скомпонованных по схеме 2, ТНВД объединен с
форсункой, и это устройство названо насосом-форсункой. У дизе-
лей бак, ФГО, ТННД и ФТО составляют часть низкого давления
системы питания. ТНВД и форсунки — часть высокого давления.
6.2. СИСТЕМА ПОДГОТОВКИ ВОЗДУХА. НАДДУВ ДВИГАТЕЛЕЙ
Способы очистки воздуха. В окружающем автомобиль воздухе
всегда присутствует пыль в количестве от 0,0001 до 0,1 г/м3 (высо-
кая запыленность), а иногда даже до 2 г/м3 («нулевая видимость»).
При попадании в цилиндры пыль, смешиваясь с маслом, образует
абразивную пасту, которая резко повышает интенсивность изна-
шивания трущихся пар (цилиндр — поршень, поршень — кольца,
кольца — цилиндр). Поэтому воздух при подаче в цилиндры нуж-
но подготовить — очистить от пыли.
Для очистки воздуха применяют три способа:
фильтрацию — загрязненный воздух проходит через фильтрую-
щий элемент (чаще всего из специальной бумаги);
инерционный — движущийся с большой скоростью воздух резко
меняет направление. Под действием возникающих при этом цент-
робежных сил из потока воздуха к стенкам корпуса выбрасывают-
ся тяжелые механические примеси;
контактный — в процессе движения воздух контактирует с
липким веществом (маслом), к которому и прилипают механичес-
кие частицы.
Воздухоочистители. Приборы для очистки воздуха называют воз-
духоочистителями. Во всех воздухоочистителях использован комби-
нированный способ очистки. Однако по основному способу различа-
ют сухие и мокрые (в них применяют масло) воздухоочистители.
Требования к воздухоочистителям: высокая степень очистки
воздуха; малое сопротивление проходу воздуха, чтобы не снижать
наполнение цилиндров; простота конструкции и технического об-
служивания.
Сухие воздухоочистители применяют почти на всех автомоби-
лях. Их основой является одноразовый фильтр-патрон 9 (рис. 6.3),
в котором между крышками запрессованы края фильтровальной
бумаги. Для лучшей очистки и меньшего сопротивления воздуху
поверхность бумаги должна быть большой. Чтобы уменьшить раз-
меры фильтра, бумагу складывают гармошкой. Поверх гармошки
размещают обечайку из плотного картона для предохранения
фильтровальной бумаги от повреждений, а поверх фильтра-патро-
81
Рис. 6.3. Воздухоочистители двигателя
автомобилей ВАЗ:
7 —барашковая гайка; 2—шайба; 3—до-
полнительный фильтр; 4—уплотнительное
кольцо; 5—термопереключатель; 6— рычаг
переключателя; 7— приемный патрубок по-
догретого воздуха; £—корпус; Я—фильтр-
патрон; 10— крышка
пень — воздухозаборник 1 (рис.
над кабиной. Воздух входит под
на—дополнительный пороло-
новый фильтр 3. В таком виде
патрон устанавливают в корпу-
се 8 и закрывают крышкой 10,
стягивая барашковой гайкой 1.
Комбинированные воздухо-
очистители. В сельскохозяй-
ственных моделях двигателей
применяют многоступенчатую
систему очистки. Первая сту-
6.4, а), который поднят высоко
колпак по касательной через его
Рис. 6.4. Схема системы очистки воздуха в автомобилях КамАЗ:
о —общий вид; б — воздухоочиститель; / — воздухозаборник; 2—труба; 3 — гофрированное
соединение; 4— воздухоочиститель; 5 — корпус; 6— уплотнительное кольцо; 7— крышка; 8—
стяжная гайка; 9—держатель; 10— защелка; // — кассета; /2 — фильтр-патрон
82
нижние косые щели и закручивается с большой скоростью. Благо-
даря конической форме колпака скорость закрутки вверху увели-
чивается. Механические примеси отбрасываются к стенкам и че-
рез отверстия А выбрасываются наружу. На этой ступени приме-
нен инерционный способ очистки. Далее воздух идет по трубе 2 и
через гофрированное соединение 3.
Вторая ступень — сухой воздухоочиститель с двойным фильт-
ром-патроном 12 (рис. 6.4, б), который действует аналогично опи-
санному выше фильтру автомобиля ВАЗ.
Наддув двигателей. Мощность двигателя зависит прежде всего
от количества топлива, которое можно сжечь в цилиндре в тече-
ние одного цикла. Оно, в свою очередь, зависит от количества
воздуха, подаваемого в цилиндр при впуске. Если воздух нагнетать
в цилиндр под давлением, то масса его будет больше, следователь-
но, можно больше сжечь топлива. Такой способ подачи воздуха
называют наддувом. Двигатели без наддува часто называют двига-
телями со свободным впуском. При наддуве в цилиндры двигателя
подается дополнительное количество воздуха.
Наддув бывает принудительный, когда воздух нагнетается меха-
ническим насосом с приводом от коленчатого вала, и газотурбин-
ный (турбонаддув), когда воздушный насос приводится в действие
от газовой турбины, вращаемой отработавшими газами на выпуске
из цилиндра.
Принудительный наддув применяют очень редко, так как для
этого требуются дополнительные затраты энергии, а следователь-
но, и топлива.
Газотурбинный наддув наиболее распространен. Турбокомп-
рессор, состоящий из насосного 1 (рис. 6.5) и турбинного 5 колес,
устанавливают на двигателе. Отработавшие газы из цилиндра че-
рез выпускной коллектор поступают к турбине и вращают ее вал с
частотой 15...100 тыс. мин-1. На одном валу с турбиной установле-
но насосное колесо (осевой компрессор), которое нагнетает воз-
дух во впускной коллектор. Наддув в зависимости от давления на-
гнетания бывает низкий (давление до 0,15 МПа), средний (до
0,22 МПа) и высокий (более 0,22 МПа).
Преимущества газотурбинного наддува: мощность двигателя
возрастает примерно пропорционально степени наддува (отноше-
нию давления после компрессора к атмосферному); КПД двигате-
ля увеличивается на 2...5 %; удельный расход топлива снижается
на 3...5 г/(кВт • ч).
Недостатки: высокая стоимость системы (до 10...15 % стоимос-
ти двигателя), обусловленная применением высоколегированных
жаростойких сталей и требованиями балансировки колес, враща-
ющихся с высокими скоростями; ухудшение приемистости* дви-
* Приемистость — свойство двигателя быстро реагировать на изменение на-
грузки.
83
Рис. 6.5. Турбокомпрессор ТКР-7:
а — конструктивная схема; б— схема работы; 7—колесо компрессора; 2 — направляющий
аппарат; 3 —фиксатор; 4—корпус турбины; 5—турбинное колесо; 6—тепловой экран; 7,
9— корпуса; 8— уплотнительное кольцо; 7(7— вал ротора; 77, 72 — клапаны впускной и вы-
пускной
гателя (он дымит из-за нехватки воздуха для сгорания топлива в
момент разгона, так как при резком увеличении подачи топлива
турбина набирает скорость вращения не сразу); сильный шум на
высоких частотах (характерный свист); нагрев воздуха при высо-
кой степени сжатия, что приводит к снижению его плотности (для
устранения этого эффекта ставят дополнительный воздушный ра-
диатор).
Турбокомпрессор ТКР- 7 устанавливают на двигатели автомоби-
лей КамАЗ, КАЗ, ЗИЛ, ГАЗ. Он обеспечивает степень повышения
давления в 1,6...2,5 раза при температуре перед турбиной до
600 °C. На валу ротора 10 (см. рис. 6.5) установлены насосное 1 и
турбинное 5 колеса. Вал вращается во втулках. В спиральных ка-
налах (улитках) корпуса подшипников и корпуса турбины распо-
ложены диффузор компрессора и направляющий аппарат 2, кото-
рые служат для направления потока газов и повышения КПД тур-
бокомпрессора. За насосным колесом уплотнение обеспечивают
крышка и уплотнительное кольцо 8. За турбинным колесом уста-
новлен тепловой экран 6.
Колеса и спиральные каналы корпусов имеют специальную
профилированную форму, что обеспечивает эффективную работу
турбокомпрессора на всех режимах двигателя. Турбинное колесо
выполнено из жаропрочного сплава, насосное — из конструкци-
онной стали.
84
Марка турбокомпрессора означает следующее: ТКР —турбо-
компрессор роторный; 7 — диаметр насосного колеса в сантимет-
рах.
6.3. СИСТЕМА ВЫПУСКА ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ
Глушители. В глушителях используют два способа снижения
уровня звука: диссипативный и реактивный. Первый основан на
преобразовании звуковой энергии в тепловую за счет протекания
газов через перфорированные перегородки, которые дробят поток
газов и снижают его пульсацию. При реактивном способе исполь-
зуется ряд акустических камер (резонаторы), в которых энергия
шума гасится за счет изменения скорости движения отработавших
газов в разных по объему камерах, через которые они проходят.
Чаще всего используют комбинацию этих способов.
На автомобиле КамАЗ дополнительно установлен моторный
тормоз. При торможении автомобиля двигателем заслонка в вы-
пускном трубопроводе перекрывает выход отработавших газов,
что обеспечивает дополнительное сопротивление движению пор-
шней в цилиндрах. При этом автоматически выключается подача
топлива.
На автомобили сельскохозяйственного назначения обязательно
устанавливают искрогаситель, направляющий раскаленные час-
тички сажи на стенки и перегородки глушителя. В результате уда-
ра их энергия передается относительно холодным стенкам, и час-
тички гаснут.
Нейтрализаторы служат для снижения концентрации в отрабо-
тавших газах токсических компонентов. Основными токсически-
ми веществами в отработавших газах являются оксид углерода СО,
группа оксидов азота NOX (основной из них NO2) и углеводороды
CmHn.
Различают термические и каталитические нейтрализаторы. В
термических нейтрализаторах происходят полное восстановление
СО в СО2 и догорание СН. Угарный газ СО обладает значительной
теплотой сгорания, но горит при температуре выше 700 °C. Для
его сжигания в термоизолированной камере подогревают (при не-
обходимости) отработавшие газы и подают в нее дополнительную
порцию свежего воздуха. Применение дополнительной подачи
топлива для подогрева и нагнетание воздуха приводят к увеличе-
нию расхода топлива до 15 %.
Наиболее распространены каталитические нейтрализаторы.
Они основаны на понижении энергии, выделяющейся при хими-
ческих процессах окисления токсических веществ, за счет приме-
нения катализаторов (платины, палладия, родия).
Каталитические нейтрализаторы делят по следующим призна-
кам: по типу — окислительные (для СО и СН), восстановительные
85
(для NOX) и трехкомпонентные; назначению — главные и пуско-
вые; исполнению — одно- и двухкамерные; материалу носителя —
с керамическим или металлическим носителем; по типу катализа-
тора — с благородными металлами и обычными материалами.
Чаще всего применяют трехкомпонентные нейтрализаторы,
которые нейтрализуют все три токсина (СО, СН и NOX). Эти ней-
трализаторы наиболее эффективно работают с Х-зондами, однако
и без них способны снизить выбросы токсинов на 50 %. Х-Зонд
(Х-датчик) — это прибор, позволяющий определить в отработав-
ших газах количество свободного кислорода. По полученным дан-
ным электронный микропроцессор определяет коэффициент из-
бытка воздуха а.
Эффективная работа каталитического нейтрализатора соответ-
ствует очень узкому диапазону значений а = 0,98...! (рис. 6.6, а).
Эту эффективность можно оценить по степени преобразования
компонентов:
К = (Cj-C2)/Cb
где С\ и С2 — концентрации компонента на входе в нейтрализатор и выходе из
него.
При отклонении состава смеси от указанной зоны эффектив-
ность действия нейтрализатора резко падает. Чтобы обеспечить
такой узкий диапазон состава смеси, устанавливают Х-датчик, по
сигналам которого микропроцессор обеспечивает нужную подачу
топлива форсунками. Сам Х-датчик также настроен на очень уз-
кую зону состава смеси (рис. 6.6, б). Микропроцессор совместно с
Х-датчиком поддерживает состав смеси а = 1 с точностью +1 %.
Рис. 6.6. Характеристики эффективности нейтрализатора (а) и Л-датчика (б):
U — выходное напряжение Х-датчика
86
Устройство каталитического нейтрализатора. В металличес-
ком корпусе его находится носитель, покрытый активным катали-
тическим слоем. Носитель может быть насыпной и монолитный
керамический или металлический. Чаще всего применяют моно-
литные нейтрализаторы из термостойкой керамики. В их корпусе
выполнены каналы квадратного сечения. В разных конструкциях
на 1 см2 приходится 31, 46, 62, 93 канала. Поверхности каналов
покрыты тонкой пленкой катализатора — платиной, палладием,
родием. Соотношение платины и родия 5 :1. На один нейтрализа-
тор требуется 1,5...3 г благородных металлов. Платина способству-
ет окислительным процессам (переводу СО в СО2), родий — вос-
становлению азота из его оксидов. Слоем благородных металлов
покрывают предварительно нанесенный на керамику слой из ок-
сида алюминия, который увеличивает эффективную поверхность
катализатора и стимулирует ускорение реакций.
Чтобы повысить сопротивление керамики ударным нагрузкам,
а также компенсировать больше, чем у керамики, термическое
расширение, между корпусом и перегородками помещают набив-
ку из высоколегированной проволоки.
Нормальная работа нейтрализаторов происходит при темпера-
туре 250 °C, т. е. после длительного прогрева двигателя. Наиболее
эффективно они работают при 400...800 °C. При более высокой
температуре происходит спекание промежуточного слоя с катали-
затором.
Разработаны нейтрализаторы с носителем из жаропрочных аус-
тенитных сталей, легированных хромом, алюминием, цирконием
и кальцием. Фольга из этой стали толщиной 0,04...0,05 мм сверну-
та в рулон, который припаян к металлическому корпусу. Эти ней-
трализаторы имеют следующие преимущества: быстрый прогрев
до рабочей температуры, статическую и динамическую прочность,
термическую стойкость, малое гидравлическое сопротивление.
Чтобы обеспечить эффективную работу нейтрализатора, нужно
выполнить следующие условия: поддерживать в необходимых пре-
делах коэффициент избытка воздуха, работать в определенном ди-
апазоне температур отработавших газов, не превышать заданного
соотношения объема отработавших газов и объема нейтрализато-
ра. При нарушении состава смеси, например при выходе из строя
одной из свечей зажигания, в нейтрализатор пойдет обогащенная
смесь, которая будет гореть в нем. Это может привести к выходу
нейтрализатора из строя.
6.4. СИСТЕМА ПИТАНИЯ НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ ТОПЛИВА
Топливные баки необходимы для создания запаса топлива. Их
объем определяют обычно из расчета пробега автомобиля
500...600 км при полной нагрузке. Бак имеет заливную горловину с
87
крышкой, выходной штуцер, через который отбирается топливо,
перегородки, снижающие взбалтывание топлива и образование
пены при толчках автомобиля, и дыхательную систему. Забор топ-
лива для питания двигателя происходит с уровня на 4...5 см выше
дна бака. В баках автомобилей с дизелями предусмотрен штуцер
для слива отстоя. Дыхательная система бака грузовых автомобилей
состоит из двух клапанов в крышке: воздушного, поддерживающе-
го атмосферное давление в баке при понижении уровня топлива, и
парового, который выпускает пары топлива при нагреве баков. В
баке легковых автомобилей вместо клапанов установлена вентиля-
ционная трубка.
Топливные насосы низкого давления (подкачивающие) служат
для подачи топлива из бака к двигателю. Они должны обеспечить
подачу нужного количества топлива под давлением, обеспечиваю-
щим преодоление сопротивления фильтров. Это давление состав-
ляет 0,12...0,15 МПа. Производительность насосов в 2...10 раз пре-
вышает подачу топлива в цилиндры. В двигателях с впрыскивани-
ем бензина насос должен обеспечить работу форсунок при давле-
нии О,З...О,5 МПа.
На двигателях применяют насосы низкого давления поршнево-
го, диафрагменного и роторного типов.
Схема работы топливных насосов. Насос поршневого типа пред-
ставляет собой цилиндр, в котором движется поршень 4 (рис. 6.7, а).
Под действием эксцентрика 7 через ролик 2 и толкатель 3 он пере-
мещается в одну сторону, а обратно — пружиной. При движении
поршня вниз (рис. 6.7, a, I) топливо в полости под плунжером зак-
рывает впускной клапан 6, открывает выпускной клапан 5 и по-
ступает частично в выходную магистраль, а основная его часть — в
полость А. При движении поршня вверх (рис. 6.7, а, II) клапан 5
закрывается, а клапан 6 под действием разрежения открывается, и
полость под плунжером заполняется топливом. Из полости А пор-
шень топливо вытесняет в нагнетательную магистраль. Такая сис-
тема двойной подачи снижает пульсацию давления. При повыше-
нии давления в выходной магистрали (например, при засорении
фильтров, которые стоят в системе дальше) насос выполняет фун-
кцию предохранительного клапана: давление в полости А отжима-
ет поршень вниз, исключая его движение под действием эксцент-
рика. Подача прекращается, пока давление не снизится.
Насос диафрагменного типа (рис. 6.7, б). Его диафрагма 4зажата
между двумя половинками корпуса 7. Под действием эксцентрика
(на схеме не показан) через толкатель 8, рычаг 7и шток 6диафрагма
прогибается вниз. В обратную сторону она выгибается под действи-
ем пружины 5. При прогибе диафрагмы вниз (рис. 6.7, б, II) откры-
вается впускной клапан 3 и закрывается нагнетательный клапан 2.
Топливо заполняет полость Б. При движении диафрагмы вверх (см.
рис. 6.7, б, 7) под действием пружины топливо вытесняется из поло-
сти 7> через открывшийся нагнетательный клапан в выходную маги-
88
Рис. 6.7. Схемы работы топливных
насосов:
а— поршневого типа: 7 — эксцентрик; 2—
ролик; 5 —толкатель; 4—поршень; 5—вы-
пускной клапан; 6—впускной клапан; б—
диафрагменного типа: 7—корпус; 2—нагне-
тательный клапан; 3— впускной клапан; 4—
диафрагма; 5—пружина; 6—шток; 7—ры-
чаг; 8— толкатель; 7—нагнетание; 77— вса-
сывание; А, Б — полости; в — роторного типа:
7 — корпус; 2— ротор; 3 — ролики
страль и одновременно под колпак в полость А. При этом клапан 3
закрыт. При давлении в полости А и магистрали выше допустимого
диафрагма прогибается вниз и рычаг /перестает передавать на нее
воздействие эксцентрика. Подача топлива прекращается до паде-
ния давления ниже допустимого. Полость А служит демпфером для
снижения колебаний подачи топлива.
Насос роторного типа (рис. 6.7, в). Внутренняя полость корпуса
I насоса выполнена в виде эллипса. В нем вращается ротор 2. В
пазах ротора установлены ролики 3. При вращении ротора они
прижимаются к корпусу под действием центробежной силы. Зах-
ватывая топливо в широкой полости, ролики переносят его в су-
жающуюся полость, благодаря чему его давление нарастает, и вы-
тесняют топливо в нагнетательную магистраль Вых.
Устройство насосов низкого давления. Поршневые насосы уста-
навливают обычно на дизелях (КамАЗ, КАЗ, ЗИЛ-645). Они рабо-
тают при давлении 0,12...0,15 МПа. Привод насоса осуществляется
от эксцентрика (или кулачка) кулачкового вала топливного насоса
высокого давления. В корпусе 4 (рис. 6.8, а) поршень //совершает
движение под действием толкателя 1, штока 2, центрируемого на-
89
Рис. 6.8. Насосы низкого давления:
а — поршневого типа: 7 — толкатель; 2 — шток; 3— направляющая; 4 — корпус; 5,16— выпус-
кной (нагнетательный) и впускной клапаны; 6— пружины клапанов; 7, 8, 9—детали штуцера;
10— рукоятка ручного насоса; 77 —крышка; 72 —поршень; 13— штифт; 14— манжета; 75 —
цилиндр ручного насоса; 77—поршень; 18— пружина; 19— пробка; б—диафрагменного
типа: 7 —крышка; 2—перегородка; 3 — фильтр; 4—впускные клапаны; 5—выпускной (на-
гнетательный) клапан; 6— корпус клапанов; 7—диафрагма; 8— шток; 9— пружина диафраг-
мы; 10— корпус насоса; 77 —шпилька; 72—пружина рычага ручной прокачки; 13— рычаг
насоса ручной прокачки; 14— пружина рычага привода; 75— прокладка; 16— рычаг привода;
77, 18— ролик и ось привода
правляющей 3, и пружины 18. Впускной 16 и выпускной 5 клапа-
ны грибкового типа имеют посадочные пружины 6.
На впускной магистрали устанавливают насос ручной прокач-
ки. Он служит для заполнения топливом топливопроводов, филь-
тров и ТНВД после длительного выключения двигателя или для
удаления воздуха из системы. Этот насос состоит из корпуса — ци-
линдра 15, вворачиваемого в корпус 4, и поршня 12, соединяемого
штоком с рукояткой 10. При перемещении водителем рукоятки 10
вверх-вниз насос, используя клапаны 5 и 16, обеспечивает подачу
топлива в выходную магистраль. После прокачки рукоятка 10 за-
ворачивается на крышку 11, благодаря чему поршень 12 плотно
прижимает толстую резиновую шайбу (манжету) 14 к дну корпуса,
что предотвращает подсасывание в систему воздуха.
Насосы диафрагменного типа устанавливают обычно на карбю-
раторных двигателях легковых и грузовых автомобилей. В корпусе
10 насоса (рис. 6.8, б) размещены шток 8 с пружиной 9, диафрагма
7, корпус клапанов 6 с грибковыми впускными 4 и выпускным 5
клапанами, перегородка 2, фильтр 3 и крышка 1. Привод насоса
обеспечивает рычаг 16 от эксцентрика распределительного вала
ГРМ. Для ручной прокачки установлен рычаг 13, лыска оси кото-
рого при работе двигателя не воздействует на рычаг 16, а при кача-
нии рычага 13 перемещает его и диафрагму вверх-вниз.
Насосы роторного типа устанавливают на двигателях с впрыс-
ком бензина (инжекторных). Эти насосы имеют электрический
привод. Их располагают вне бака или (чаще) в баке. В этом случае
насос полностью погружен в бензин вместе с электродвигателем.
Взрывобезопасность обеспечивается тем, что в среде бензина от-
сутствует кислород.
В корпусе 1 насоса (см. рис. 6.7, в), вращается ротор 2 с пазами.
В пазах помещены ролики 3, покрытые пластиком (тефлоном).
Примерные размеры деталей насоса: диаметры ротора 30 мм,
корпуса 32 мм, роликов 5,5 мм, эксцентриситет ротора 1 мм, дли-
на роликов 6 мм.
На входе в насос установлен сетчатый предохранительный
фильтр. Насос имеет два клапана: один соединяет полости нагне-
тания и всасывания и перепускает топливо на впуск при превыше-
нии заданного давления; другой (на выходе) запирает топливо в
системе после выключения насоса.
Насосы различных моделей автомобилей работают при давле-
нии 0,3...0,62 МПа. Производительность их 1,7...2 л/мин при
20 °C, рабочее напряжение 7...15 В, максимальное значение силы
тока 4,7...9,5 А. Автоматика включает насос при включении зажи-
гания и отключает его при остановке двигателя даже с включен-
ным зажиганием.
Очистка топлива необходима для удаления из топлива механи-
ческих примесей и воды. Это особенно важно в дизелях и двигате-
лях с впрыскиванием бензина, где в топливной аппаратуре есть
91
пары сопряженных деталей с зазором 1...3мкм. Плохая очистка
приводит к интенсивному изнашиванию, коррозии и заклинива-
нию этих деталей.
Для очистки топлива применяют фильтры грубой и тонкой
очистки, в которых используют следующие способы очистки: от-
стой — происходит в баке и корпусах фильтров при стоящем авто-
мобиле; фильтрация — топливо продавливается через поры или
щели фильтрующего элемента; инерционный — резкое изменение
направления движения топлива, в результате чего механические
примеси под действием центробежной силы выбрасываются из
общего потока.
Фильтры грубой очистки (ФГО) задерживают примеси крупнее
0,03...0,1мм с полнотой очистки 20...55 % примесей и до 85%
воды. Они облегчают работу ФТО, который устанавливается да-
лее.
Фильтр щелевого типа (рис. 6.9, а) имеет фильтрующий эле-
мент 6, набранный на стержне 2 из латунных пластин. На них
выштампованы выступы высотой 0,05 мм и отверстия для прохода
топлива. Пластины поджаты пружиной 9. В собранном виде за
счет выступов между пластинами образуются щели размером
0,05 мм, через которые проходит топливо. Топливо через входной
штуцер Вх попадает в полость между корпусом 1 и колпаком 8 и
продавливается сквозь щели фильтрующего элемента. Механичес-
кие примеси остаются на его поверхности. Далее топливо движет-
ся вверх и в главную магистраль Вых. Чистик 7 позволяет снять с
поверхности примеси при техническом обслуживании.
Фильтр инерционного типа применяют на дизелях. Топливо, по-
падая в полость фильтра между корпусом 1 и колпаком <?(рис. 6.9,
б), направляется к стенкам корпуса конусом 11 и проходит через
щель между краями конуса 11 и колпака 8. Это приводит к повы-
шению скорости движения топлива. Затем топливо резко повора-
чивает и идет вверх, проходит через сетку и далее через выходной
штуцер в главную магистраль. В момент изменения движения из
топлива выделяются механические примеси, оседающие по стен-
кам на дно корпуса. Конус-успокоитель 12 предотвращает взбал-
тывание отстоя. Сетка задерживает легкие примеси (полову и
т. п.) и воду.
У фильтров обоих типов крышка и корпус стянуты болтами. В
нижней части имеется вентиль Юс шариковым запором. При ТО-1,
отворачивая этот вентиль на 1...2 оборота, сливают из корпуса от-
стой (часть топлива с механическими примесями).
Фильтры тонкой очистки (ФТО) очищают топливо от частиц
крупнее 1,5 мкм. В них использован способ фильтрации через
фетр, войлок, хлопчатобумажную пряжу, бумагу, картон, порош-
ковый материал. Наиболее часто применяют два последних мате-
риала.
Фильтр тонкой очистки с картонным элементом применяют в
92
Рис. 6.9. Топливные фильтры:
а — щелевой грубой очистки; б, в — соответственно инерционный грубой и тонкой очистки;
г — клапан фильтра тонкой очистки; 1 — корпус; 2 — стержень; 3 — стяжной болт; 4 — пробка;
5—прокладка; 6 — фильтрующий элемент; 7—чистик; 8— колпак; 9— пружина; 70—слив-
ной вентиль; 11 — направляющий конус; 72 — успокоитель; 13 — регулировочные проклад-
ки; 14— плунжер перепускного клапана
дизелях. Топливо, попадая через канал в корпусе 1 (рис. 6.9, в) в
полость колпака 8, продавливается через поры бумаги фильтра-
патрона. Этот патрон состоит из фильтрующего элемента 6, вы-
полненного в виде длинного цилиндра из специальной бумаги.
Для уменьшения габаритов цилиндр сжат гармошкой, края его за-
вал ьцованы в крышки, а сверху для защиты от повреждений он
прикрыт обечайкой из плотного картона с отверстиями. Уплотне-
ние патрона сверху и снизу обеспечивается прокладками и пружи-
ной 9. Вентиль 10 в нижней части служит для слива отстоя. При
сборке весь фильтр стягивают стержнем 2. Между корпусом и кол-
паком устанавливают прокладку 5.
Фильтр установлен в верхней точке системы питания. В фильт-
ре предусмотрен клапан для удаления воздуха из системы. Когда в
подводящем канале давление достигает 0,2...0,4 МПа, плунжер 14
отжимается и открывает канал для прохода топлива вместе с воз-
духом в бак. Натяжение пружины клапана регулируют прокладка-
ми 13.
Фильтры тонкой очистки легковых автомобилей неразборные с
порошковым или керамическим наполнителем. Их заменяют че-
рез 6... 10 тыс. км пробега.
6.5. НЕИСПРАВНОСТИ И ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ
СИСТЕМЫ ПИТАНИЯ
Основная неисправность части низкого давления системы пи-
тания — отсутствие или неравномерность подачи топлива. Для оп-
ределения места неисправности нужно последовательно прове-
рить наличие топлива в баке, работоспособность его дыхательной
системы, загрязненность фильтров, исправность ТННД, наличие
воздуха в системе, а также есть или нет подтекания топлива.
При ЕТО и ТО-1 очищают элементы системы от пыли и грязи,
заполняют бак. У дизелей сливают отстой из бака и корпусов
фильтров. При ТО-2 промывают фильтры грубой очистки и меня-
ют фильтры-патроны у ФТО.
Контрольные вопросы
1. Чем различаются компоновочные схемы систем питания дизелей, бензино-
вых двигателей, карбюраторных и с впрыском? 2. Что такое коэффициент избытка
воздуха? 3. Что такое цикловая подача топлива и воздуха? 4. Какие устройства
поддерживают давление внутри бака? 5. Какого размера частицы задерживают
ФТО и ФГО? 6. У какого топливного насоса равномерность подачи лучше: у пор-
шневого или диафрагменного? 7. Как топливо движется через фильтрующий пат-
рон: снаружи внутрь или изнутри наружу? 8. Чем ограничивается давление в сис-
теме питания после ТННД?
94
Глава 7
ПРИБОРЫ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ГОРЮЧЕЙ СМЕСИ.
КАРБЮРАТОРЫ
7.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Виды топлив. Бензины выпускаются следующих марок: А-76,
А-80, А-92, АИ-93, АИ-95 («Экстра»), АИ-98. Буква А означает ав-
томобильный, цифра — октановое число, которое определяет
стойкость бензина к детонации. Чем выше число, тем выше стой-
кость. Буква И указывает на исследовательский метод определе-
ния октанового числа.
Дизельное топливо выпускается трех марок: Л — летнее (для
использования при температуре выше О °C); 3 — зимнее (для
температур 0...—30 °C); А — арктическое (для температур выше
-50 °C). Разделение на эти марки определяется способностью топ-
лива загустевать при конкретной температуре, что приводит к за-
биванию топливопроводов парафиновыми фракциями и прекра-
щению работы дизеля.
Газовое топливо применяют в двух видах: сжиженный нефтя-
ной газ (СНГ) и сжатый природный газ (СПГ). СНГ выпускают
двух марок: СПБТЗ и СПБТЛ — смесь пропана и бутана техничес-
кая зимняя и летняя. СПГ выпускают также двух марок (А и Б),
различающихся относительной плотностью газа.
Карбюрация смеси. Для обеспечения быстрого и полного сгора-
ния топлива необходимо раздробить его на мелкие капли. Чем
больше поверхность, тем активнее происходит окисление молекул
топлива — горение. Процесс дробления и испарения бензина и
других легких видов топлив под действием струи воздуха носит
название карбюрация. Прибор, который обеспечивает этот про-
цесс, называют карбюратором.
Для лучшего протекания процесса сгорания нужно, чтобы топ-
ливо попадало в цилиндры мелкораздробленным или в виде пара.
Испарение топлива во многом зависит от поверхности испарения.
Поверхность испарения 1000 капель в 10 раз больше, чем поверх-
ность одной капли той же массы. Процесс распыления топлива
основан на разбивании вытекающего со скоростью 4...6 м/с из
распылителя (специальной трубки) топлива струей воздуха, дви-
жущегося со скоростью до 150 м/с. Средний диаметр капель на
выходе из карбюратора примерно составляет 100 мкм. На дробле-
ние и испарение топлива требуется значительная теплота, что мо-
жет приводить к образованию инея на стенках карбюратора и кол-
лектора. Для снижения этого явления многие карбюраторы имеют
систему подогрева.
При движении топливовоздушной смеси по впускному коллек-
тору происходит соприкосновение капель топлива со стенками, в
95
результате чего образуется топливная пленка, которая относитель-
но медленно движется к цилиндру. Количество топлива в ней мо-
жет достигать 25 % всей подачи. Все эти факторы приводят к не-
равномерности распределения топлива по цилиндрам, которое
может достигать 10...20 %. Кроме того, легкие фракции бензина
испаряются быстрее, а тяжелые могут оставаться в цилиндре неис-
парившимися. Эти фракции имеют меньшее октановое число, что
также влияет на процесс сгорания.
Газовоздушная смесь (при работе на газе) более однородна и не
создает топливной пленки.
Простейший карбюратор. К карбюраторам предъявляют следую-
щие основные требования: точное дозирование топлива на всех
режимах работы двигателя; хорошее дробление бензина; высокое
паросодержание горючей смеси.
Схема простейшего карбюратора показана на рисунке 7.1. Его
работой управляют с помощью двух заслонок: воздушной 1 и
дроссельной 3. Диффузор увеличивает скорость движения воздуха,
что приводит к падению давления возле обреза распылителя. В
поплавковой камере 6 поддерживается заданный уровень топлива.
Если уровень выше заданного, то игольчатый клапан поплавка за-
пирает канал для поступления бензина. Уровень поддерживается
ниже обреза распылителя на 5 = 2...3 мм.
Работа карбюратора. Воздух движется через карбюратор за счет
перепада давления в атмосфере и цилиндрах при тактах впуска. В
диффузоре скорость воздуха увеличивается до 100... 150 м/с (в за-
висимости от режима работы двигателя), давление падает на
SI §
§
И
I $ I вращения
|glg| ----------
jlfcl W* система ]| |
N § & I компенсации | § ч
Рис. 7.2. Характеристики карбюратора:
7— простейшего; /7—желаемая
Рис. 7.1. Схема простейшего карбюрато-
ра:
7—воздушная заслонка; 2—диффузор; 3 —
дроссельная заслонка; 4— главный жиклер;
5— поплавок; 6 — поплавковая камера
96
bp = 5...20 кПа. Так как в поплавковой камере топливо находится
под атмосферным давлением то под действием перепада давле-
ния Др =ро—рж (см. рис. 7.1) топливо вытекает из распылителя че-
рез главный жиклер 4. Скорость движения топлива, проходящего
через главный жиклер, достигает 5...6 м/с. Воздух подхватывает
топливо, дробит его на мелкие частицы. Одновременно происхо-
дит частичное испарение бензина.
Характеристика простейшего карбюратора (рис. 7.2). По урав-
нению Бернулли вычисляют расход топлива через главный жик-
лер
От ~ /ж^тРт ~Р’ж/'жРт'^АРж /Рт
и расход воздуха через диффузор
Оз ~ /дУзРз ~ Рд/вРв^^ДРд /Рв ,
где А. А — проходные сечения жиклера и диффузора; vT> vB — скорости движения
топлива и воздуха; рт, р,, — плотности топлива и воздуха; цж, цд — коэффициенты
расхода жиклера и диффузора.
Коэффициент избытка воздуха (см. главу 6)
® = /(СТД>) = Ид/дРв'^АР/Рв /(Рж/жРтД)Рт )•
Поскольку рв, рт, Zo, /ж, fa, ЬРж/ЬРа ~ константы, то а = Цд/цж-
Так как воздух менее инерционен, чем топливо, то при откры-
тии дроссельной заслонки количество воздуха, определяемое ко-
эффициентом расхода диффузора цд =ДДр), возрастает быстрее,
чем количество топлива, определяемое коэффициентом расхода
жиклера цж ~А&Р), т. е. смесь обогащается. В результате при от-
крытии дроссельной заслонки коэффициент избытка воздуха па-
дает, т. е. смесь обогащается (кривая /на рис. 7.2).
7.2. СИСТЕМЫ ПРИГОТОВЛЕНИЯ СМЕСИ ТРЕБУЕМОГО КАЧЕСТВА
Каждому режиму работы двигателей соответствует определен-
ный состав смеси (табл. 7.1). Работа на обедненной смеси
(а = 1...1.15) обеспечивает наилучшую экономичность, а работа на
обогащенной смеси (а = 0,8...0,9) — получение максимальной мощнос-
ти двигателя. Если на графике (см. рис. 7.2) указать значения а,
которые требует (желает) двигатель на всех режимах работы, то
получим желаемую характеристику карбюратора (см. рис. 7.2, кри-
вая II). Она совершенно не совпадает с характеристикой простей-
шего карбюратора.
97
7.1. Требуемый состав смеси для различных режимов двигателя
Режим работы двигателя Количество топлива, % от номинала Количество воздуха Коэффициент избытка воздуха Вид смеси
Максимальной мощности 90... 100 Норма 0,85...0,9 Обогащенная
Основной (средняя час- 50...70 1,12...1,15 Обедненная
тота вращения) Разгон 110...120 0,8...0,9 Обогащенная
Холостой ход при мини- 20...30 Мало 0,7...0,8 Богатая
мальной частоте вращения Пуск 150...180 » 0,4...0,6 Очень богатая
При работе на основном режиме (средних значениях частоты
вращения) смесь должна быть обедненной, а простейший карбю-
ратор ее обогащает; при пуске смесь должна быть богатой, а кар-
бюратор ее обедняет и т. д.
Способы компенсации состава смеси. Изменение состава смеси в
соответствии с режимом работы двигателя называется компенса-
цией состава смеси.
Прежде всего карбюратор должен обеспечить основной ре-
жим — создать обедненную смесь для экономичной работы двига-
теля. Для этой цели в карбюраторе имеются устройства, которые
изменяют характеристику простейшего карбюратора, — системы
компенсации состава смеси. Различают два способа компенсации
смеси: 1) изменение соотношения сечений жиклера и диффузора
Л/А; 2) изменение соотношения перепада давления у главного
жиклера и в диффузоре Дрд/Држ (см. с. 97). Для реализации перво-
го способа применяют два-три диффузора. При малых скоростях
воздуха работает малый диффузор, а потом вступает в работу боль-
шой.
При втором способе используют компенсационные колодцы
(рис. 7.3, а). Такой колодец с воздушным жиклером 3 размещают
между главным жиклером 2 и распылителем 6. За счет воздушного
жиклера перепад давления на главном жиклере уменьшается и со-
ставляет
А/’ж = ( А) ~ (РЛ + Рв.ж ) >
что меньше величины Држ = (р0 -ра)- В результате снижается ско-
Рис. 7.3. Способы формирования желаемой характеристики карбюратора:
а — компенсация состава смеси; б—действие экономайзера; в —система холостого хода; г —
действие систем при пуске двигателя; д — действие ускорительного насоса; 7 — поплавковая
камера; 2—главный жиклер; 3 — воздушный жиклер; 4 — дроссельная заслонка; 5—диффу-
зор; 6 — распылитель; 7—воздушная заслонка; 8— шток; 9—клапан экономайзера; 10—
жиклер экономайзера; 77—компенсационный колодец; 12 и 13 — топливный и воздушный
жиклеры системы холостого хода; 74—регулировочный винт; 75—воздушный клапан; 76-
поршень ускорительного насоса; 7/—обратный клапан; 18— клапан; 79—форсунка
98
рость движения топлива через главный жиклер, а следовательно, и
расход топлива, увеличивается а и обедняется смесь.
Следует иметь в виду, что для экономичной работы двигателя
пропускная способность воздушного жиклера имеет такое же
важное значение, как и пропускная способность топливного
жиклера (!).
Диффузор, главный жиклер, распылитель и система ком-
пенсации составляют главную дозирующую систему — ГДС (см.
рис. 7.2).
Экономайзеры и эконостаты применяют в режиме максималь-
ной мощности для получения обогащенной смеси. В них исполь-
зован первый способ компенсации: при определенной величине
открытия дросселя у экономайзеров механически (рис. 7.3, б), а у
эконостатов пневматически (при значительном перепаде давле-
ния) в работу вступает дополнительный жиклер 10, через который
проходит добавочное количество топлива. Смесь обогащается до
а = 0,85...0,9.
Ускорительные насосы. При резком нажатии на дроссель, на-
пример при обгоне, смесь обедняется и двигатель не может раз-
вить максимальную мощность. Обогащение смеси производится
ускорительным насосом, который подает только одну порцию
топлива, а потом уже вступает в действие экономайзер. Поршень
16 (рис. 7.3, д) одновременно с открытием дросселя движется
вниз, давление топлива прижимает шарик клапана 17к седлу, зак-
рывая канал из поплавковой камеры, поднимает иглу клапана 18.
Через форсунку 19 данная порция топлива впрыскивается в горло-
вину диффузора. Вместо ускорительных поршневых насосов все
чаще применяют диафрагменные.
Система холостого хода. На холостом ходу требуется мало сме-
си, но она должна быть обогащенной. Для получения такой смеси
применяют систему холостого хода (рис. 7.3, в), представляющую
собой отдельный карбюратор с топливным 12 и воздушным 13
жиклерами. На этом режиме дроссель прикрыт, а смесь выходит
через отверстие за дросселем. Количество смеси регулируют вин-
том 14 (винт количества).
Принудительный холостой ход —это режим работы двигателя
при движении автомобиля накатом с отпущенной педалью акселе-
ратора, но не выключая передачи в коробке передач. В данном ре-
жиме коленчатый вал двигателя вращается от колес автомобиля.
Для экономии топлива нужно выключить его подачу. Такую зада-
чу выполняет экономайзер принудительного холостого хода. Он
представляет электромагнитный клапан, который при частоте
вращения более 1500...1700 мин-1 и отпущенной педали акселера-
тора перекрывает топливный канал системы холостого хода. Для
работы экономайзера принудительного холостого хода обязатель-
но нужны два датчика: частоты вращения и положения дроссель-
ной заслонки. Сигналы с этих датчиков обрабатываются в специ-
100
альном реле. Эта система позволяет уменьшить расход топлива на
10...20 % на каждые 100 км пробега.
При пуске двигателя смесь должна быть очень богатой (осо-
бенно при пуске холодного двигателя). Для получения такого
состава смеси воздушную заслонку закрывают (рис. 7.3, г), а
дроссель прикрывают. В воздушной заслонке установлен кла-
пан 15, который пропускает небольшое количество воздуха. Так
как разрежение из цилиндра действует на все топливные жик-
леры, то топливо в диффузор поступает через все жиклеры и
системы, что обеспечивает богатую смесь. В современных кар-
бюраторах в воздушной заслонке нет клапана, но в системе пус-
ка имеется диафрагменная камера, которая через систему тяг
при первых вспышках в цилиндрах двигателя приоткрывает
воздушную заслонку.
7.3. УСТРОЙСТВО И РАБОТА КАРБЮРАТОРОВ
Карбюратор К-135 устанавливают на двигателях 3M3-53-11,
ЗМЗ-66. Двигатели V-образные, поэтому карбюратор состоит из
двух одинаковых секций, каждая из которых обслуживает свой ряд
цилиндров. Карбюратор имеет два двойных , диффузора 6
(рис. 7.4), два распылителя 5, два главных жиклера 7, два компен-
сационных колодца, две дроссельные заслонки 77, две форсунки
экономайзера 12, ускорительный насос 77, воздушную заслонку
10. Поплавковая камера сбалансирована за счет каналов. Латун-
ный поплавок 8 управляет иглой 7, запирающей седло. Общая схе-
ма карбюратора показана на рисунке 7.4, а.
Основной режим работы двигателя: воздушная заслонка откры-
та полностью, дроссельная находится в любом промежуточном
положении. Двигатель должен работать экономично (см. табл.
7.1). Обеднение смеси производится компенсационными колод-
цами, включающими воздушные жиклеры 3 с эмульсионными
трубками. Количество воздуха, проходящее через диффузор, изме-
няется незначительно, а компенсационные колодцы уменьшают
расход топлива через главные жиклеры 7. Уменьшение подачи
топлива обедняет состав смеси (рис. 7.4, б).
Режим максимальной мощности: воздушная и дроссельная зас-
лонки открыты полностью. Для получения обогащенной смеси
(а = 0,8...0,9) в работу включается дополнительный жиклер — эко-
номайзер.
При открытии дроссельной заслонки более чем на 70...80 % си-
стема тяг и рычаг 2 перемещают поршень 13 (рис. 7.4, в), он нажи-
мает на иглу 14, открывается жиклер экономайзера. Через этот
жиклер дополнительное количество топлива поступает к распыли-
телю 12. Таким образом, на режиме максимальной мощности со-
вместно работают главный жиклер и экономайзер.
101
5 6
6 5
7 8
Переходный режим — разгон автомобиля. Вступает в работу ус-
корительный насос. Смесь нужна богатая. При резком нажатии на
педаль акселератора поршень 17 (рис. 7.4, г) движется быстро,
топливо не успевает полностью пройти через канал А и выбрасы-
вается по другому каналу через форсунки 75 в диффузор. Подача
резко увеличивается, смесь обогащается.
При постепенном нажатии на педаль акселератора дроссельная
102
15
Рис. 7.4. Схема работы карбюратора К-135:
а — общая схема; б — работа главной дозирующей системы; в — работа экономайзера; г— ра-
бота ускорительного насоса; д — работа системы холостого хода; 1 — главный жиклер; 2 —
рычаг управления дроссельной заслонкой; 3 — воздушный жиклер; 4 — балансировочный ка-
нал; 5 — распылитель; 6 —диффузор; 7—игла; поплавок; 9 — поплавковая камера; 10 —
воздушная заслонка; //—дроссельная заслонка; /2 — распылитель экономайзера; 13 — пор-
шень экономайзера; 14 — жиклер экономайзера; /5 —форсунка; 16— шток; /7—поршень ус-
корительного насоса; 18 — топливный жиклер холостого хода; 19 — регулировочный винт;
А — канал
заслонка и поршень 7 7движутся медленно, топливо из-под порш-
ня успевает пройти через канал Лик форсункам 75 не поступа-
ет —ускоритель не работает.
Режим холостого хода — минимальная частота вращения. На
этом режиме воздушная заслонка открыта, а дроссельная закрыта.
Диффузор прикрыт, давление в нем равно давлению в поплавко-
вой камере — топливо через главный жиклер идти не может. Рабо-
тает система холостого хода (рис. 7.4, д). Через главный жиклер 7 и
жиклер 18 холостого хода топливо попадает к воздушному жикле-
ру, смешивается с воздухом и по каналам вдоль карбюратора по-
ступает к винтам 19 холостого хода и далее к двум отверстиям за
дроссельной заслонкой.
103
Пуск двигателя. При пуске требуется богатая смесь. Для этого
воздушную заслонку закрывают, воздух поступает через ее клапан.
Дроссельная заслонка приоткрыта. Давление в диффузоре такое
же, как в цилиндре двигателя, — пониженное. На главном жикле-
ре, экономайзере, жиклере холостого хода создается перепад дав-
ления, через них топливо поступает в диффузор. Малое количе-
ство воздуха и большое количество топлива дают богатую смесь.
Карбюраторы типа «Солеке» (или типа ДААЗ-1107010) устанавли-
вают в разных модификациях легковых автомобилей (ВАЗ, «Моск-
вич-21412»). Карбюратор двухкамерный. Одна камера работает на
средних нагрузках, вторая — последовательно вступает в работу при
открытии дросселя более чем на 50...60 % для получения максималь-
ной мощности. Обе камеры имеют два двойных диффузора, две сис-
темы компенсации состава смеси, ускорительный насос диафраг-
менного типа, эконостат, систему холостого хода, пусковое устрой-
ство. Общее устройство аналогично карбюратору К-135.
Особенности карбюратора ДААЗ-1107010. В главной дозирую-
щей системе (рис. 7.5, а) поплавковая камера сбалансирована че-
рез воздушный канал 3. Поплавок 7 с игольчатым клапаном 6 ре-
гулируют уровень топлива. Главные жиклеры 9 обеспечивают за-
данный расход топлива. Система компенсации состава смеси име-
ет воздушные жиклеры 1 с расположенными под ними
эмульсионными трубками.
Режим максимальной мощности (рис. 7.5, в). Эконостат состоит
из форсунки 19, запорного шарикового клапана 20, жиклера 9,
связанного с поплавковой камерой каналом. Ускорительный на-
сос диафрагменный. Привод насоса осуществлен от кулачка 24,
соединенного со второй дроссельной заслонкой 8. При повороте
дросселя кулачок через рычаг 23 перемещает шток 22 и диафрагму
влево, обеспечивая подачу порции топлива. Обратно диафрагму
возвращает пружина насоса.
Система пуска (рис. 7.5, г). Воздушная заслонка 29 соединена
штоком 27 с диафрагмой 25. Перед пуском водитель через трос 32
закрывает заслонку. При первых вспышках в цилиндре разреже-
ние передается на диафрагму 25, которая через шток 27 поворачи-
вает шайбу 28 с фигурной прорезью, приоткрывает воздушную
заслонку и прикрывает дроссельную 8. Ход диафрагмы регулиру-
ется винтом 26. Винтом 33 (количества смеси) регулируют сте-
пень прикрытия дроссельной заслонки на холостом ходу. Холод-
ный двигатель должен работать при вытянутой кнопке «подсоса»
на частоте 1800...2500 мин-1.
Система холостого хода (рис. 7.5, б) имеет воздушные жикле-
ры 13 и 15, топливный жиклер 72, канал подачи смеси к двум от-
верстиям 16 и 17 выше и ниже дроссельных заслонок. Они обес-
печивают плавный переход от холостого хода к средним оборо-
там при открытии дросселя. Винтом /Урегулируют качество сме-
си.
104
г
Рис. 7.5. Схема работы карбюратора ДААЗ-1107010:
а — работа главного дозирующего устройства; б — работа системы холостого хода; в — работа
эконостата и ускорительного насоса; г — пусковая система; У — воздушные жиклеры ГДС; 2 —
распылитель; 3 — балансировочный канал; 4—топливный фильтр; 5 — патрубок слива топли-
ва в бак; 6— игольчатый клапан; 7—поплавок; 8, 10— дроссельные заслонки соответственно
первой и второй камер; 9— главные жиклеры; 11— клапан экономайзера принудительного хо-
лостого хода; 12— топливный жиклер холостого хода; 13 — воздушный жиклер холостого хода;
/-/—эмульсионная трубка; 75—воздушный жиклер переходной системы; 16, /7—отверстия
распылителей переходной системы; 18— винт качества смеси; 19— форсунка эконостата; 20—
шариковый клапан; 27 — ускорительный насос; 22— шток; 23— рычаг привода ускорительно-
го насоса; 24— кулачок привода насоса; 25—диафрагма пускового устройства; 26 — регулиро-
вочный винт пускового устройства; 27—шток; 28— шайба; 29— воздушная заслонка; 30—
рычаг; 37 — ограничитель; 32 — трос; 33 — регулировочный винт дроссельной заслонки; 34—
рычаг привода дроссельных заслонок
Система имеет экономайзер принудительного холостого хода,
который представляет собой электромагнитный клапан 11, пере-
крывающий топливный канал. Клапаном управляет реле, которое
обрабатывает сигналы двух датчиков: микровыключателя под
дросселем и частоты вращения.
105
7.4. ВОЗМОЖНЫЕ НЕИСПРАВНОСТИ И ТЕХНИЧЕСКОЕ
ОБСЛУЖИВАНИЕ КАРБЮРАТОРОВ
Нарушение работы дозирующих систем приводит к приготов-
лению карбюратором богатой или бедной смеси, что отрицательно
влияет на работу двигателя: он не развивает мощности, перерасхо-
дует бензин, возрастает токсичность. Это возможно при установке
жиклеров с пропускной способностью, не соответствующей тре-
бованиям, залакировании жиклеров, нарушении герметичности
клапанов и диафрагм, разрегулировке тяг и тросиков, нарушении
уровня топлива в поплавковой камере — «карбюратор перелива-
ет».
При ТО-1 контролируют соединения топливопроводов, целос-
тность тяг, крепление тросиков и частей карбюратора.
При ТО-2 проверяют полноту закрытия заслонок, свободное
движение тросиков, уровень топлива в поплавковой камере, очи-
щают поплавковую камеру и продувают жиклеры. При необходи-
мости проверяют пропускную способность жиклеров —«пролива-
ют» их на специальной установке. После операций ТО регулируют
холостой ход двигателя при одновременном контроле токсичнос-
ти.
Герметичность игольчатого клапана поплавковой камеры про-
веряют на специальном стенде в гараже непосредственно на авто-
мобиле, создавая с помощью резиновой груши разрежение на
впускном топливном штуцере. В течение 15 с груша не должна
распрямляться.
Регулировка уровня топлива в поплавковой камере указана в
техническом руководстве, придаваемом к каждому автомобилю.
Практически во всех моделях карбюраторов с этой целью подги-
бают язычок поплавка.
7.5. СИСТЕМЫ ПИТАНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ, РАБОТАЮЩИХ НА ГАЗЕ
Автомобильные двигатели могут работать на сжатом и сжижен-
ном газе. Компоновочная схема системы питания при работе на
сжатом газе: баллон -» подогреватель -» редуктор высокого давле-
ния -> редуктор низкого давления -» смеситель-карбюратор.
При работе на сжиженном газе компоновочная схема такая:
баллон -» испаритель -» редуктор низкого давления -» смеситель-
карбюратор. Каждый двигатель, работающий на газе, имеет до-
полнительно обычную бензиновую систему как резервный вари-
ант.
Система питания двигателей, работающих на сжатом газе. Входя-
щие в состав системы баллоны выполнены из стали и рассчитаны
на рабочее давление 19,6 МПа. Вместимость их 50 л, масса 93 кг.
Вентили используют для перекрытия магистралей при неработаю-
106
щем двигателе. Подогреватель газа служит для предотвращения
возможного замерзания влаги, находящейся в газе. Он выполнен в
виде нескольких витков газопровода высокого давления на вы-
пускном коллекторе.
Газовый редуктор высокого давления (ГРВД) служит для сниже-
ния давления газа до 1,2 МПа. Газ из баллона поступает в полость
А редуктора через штуцер с накидной гайкой 14 (рис. 7.6, а) и ке-
рамический фильтр 13 к клапану 12. На клапан давит сверху через
толкатель 3 и мембрану пружина редуктора. При давлении газа в
полости Б меньше заданного пружина редуктора через толкатель
опускает клапан 12, пропуская через образовавшуюся щель газ в
полость Б. Газ при этом проходит дополнительный фильтр 11.
При достижении заданного давления в полости Б сила его на мем-
брану уравновешивает пружину и клапан 12 закрывает проход
газа. Выходное давление регулируют рукояткой с винтом 4. Работу
редуктора контролируют по манометру, принимающему сигнал от
датчика высокого давления 1 и сигнализатора падения выходного
давления 6 (аварийного датчика).
Газовый редуктор низкого давления (ГРНД) снижает давление до
рабочего значения, необходимого для подачи в смеситель
(0,085—0,08 МПа).
К ГРНД газ поступает через электромагнитный клапан-фильтр,
который при выключении зажигания перекрывает подачу газа.
Если газ не поступает, то атмосферное давление в полости Д (она
связана с атмосферой) прогибает диафрагму 11 (рис. 7.6, б) вниз и
через рычаг 10 открывает клапан 7 первой ступени редуктора. В
полости Б также атмосферное давление, поэтому диафрагма 2 че-
рез пружину 5 и Шток 4 перемещает рычаг 14 вверх и открывает
клапан 12 второй ступени редуктора. Давление во всем редукторе
атмосферное.
При включении зажигания и открытом магистральном вентиле
газ через вход I, клапан 7 поступает в полости Г и В и давит на ди-
афрагмы 11 и 2. Если двигатель не работает и потребления газа
нет, то эти диафрагмы закрывают соответственно клапаны 12 и 7.
При пуске двигателя через выход II разрежение передается в
полость В, открывая клапан 12, а затем в полость Г, открывая кла-
пан 7. При малых нагрузках эта система поддерживает в полости В
давление 50...100 кПа. По мере увеличения открытия дросселя
разрежение увеличивается, клапан 12 открывается больше и газа
поступает больше. При полном открытии дросселя срабатывает
клапан экономайзера 13. Разрежение передается на его диафрагму
снизу, и пружина экономайзера прогибает диафрагму вверх, от-
крывая клапан и пропуская дополнительное количество газа на
выход II.
Газовый смеситель-карбюратор служит для приготовления го-
рючей смеси при работе на газе и бензине. Для ЗИЛ-431610 при-
меняют смеситель-карбюратор К-91, для ГАЗ-53-27 — К-126БГ.
107
4
б
Смеситель-карбюратор выполнен на базе основного карбюра-
тора. На основном режиме средних нагрузок газ поступает от ре-
дуктора через открытый под действием разрежения в диффузорах
обратный клапан в газовые форсунки и далее в двигатель. При
полной нагрузке экономайзер подает дополнительное количество
газа.
При работе на холостом ходу газ поступает за дроссель. Общее
количество газа, подаваемого в систему холостого хода, регулиру-
ется винтом.
Система питания двигателей, работающих на сжиженном газе.
Баллоны 20 (рис. 7.7) общей вместимостью 225 л рассчитаны на
давление 1,6 МПа. Они имеют расходные вентиля 21 и 22 для па-
рообразной и жидкой фаз газа, предохранительный клапан, мано-
метры 16, 17. Магистральный вентиль 18 служит для отключения
баллона.
Испаритель 8 обеспечивает перевод газа из жидкого состояния.
По шлангам 7 и 9 подходит вода из системы охлаждения. Фильтр
14 улавливает смолистые вещества и серу. Он может быть установ-
лен отдельно или в газовом редукторе/Газовый редуктор 13 снижа-
ет давление до 0,1 МПа. Устройство/его аналогично ГРНД систе-
мы для сжатого газа. Дозатор и смеситель 5 образует горючую
смесь, которая поступает в двигатель. Резервный бак 19 предус-
мотрен для запаса бензина. Манометры 16 и 7 7 позволяют контро-
лировать давление в баллоне и редукторе.
Возможные неисправности газовой аппаратуры связаны с утечка-
ми газа, которые происходят из-за негерметичности соединений,
повреждения диафрагм и неплотной посадки клапанов редукто-
ров, ослабления пружин. Утечки в подкапотное пространство и
багажник могут привести к образованию взрывоопасной смеси.
Пускать газовый двигатель при утечках газа запрещается.
При пуске двигателя проверяют по манометру давление в бал-
лонах (оно должно быть больше 1,2 МПа), открывают расходные
вентили. Устанавливают переключатель вида топлива в положение
«Газ», приоткрывают дроссельные заслонки, включают стартер.
При начале работы двигателя устанавливают частоту вращения
800... 1000 мин-1 до его прогрева. Если двигатель работал на бензи-
не, то при переводе его на работу на газе открывают вентили, уста-
Рис. 7.6. Редукторы:
а—высокого давления: 7 — датчик давления; 2—мембрана; 3 —толкатель; 4—регулировоч-
ный винт; 5 — колпак; б— аварийный датчик; 7— штуцер; 8 — входной штуцер; 9 — предохра-
нительный клапан; 10— седло клапана; 77 —фильтр; 72 — редукционный клапан; 73—вход-
ной фильтр; 14— накидная гайка; б — низкого давления: 7 — вход экономайзера; 2 —диафраг-
ма; 3 — пружина диафрагмы первой ступени; 4 — шток; 5— пружина диафрагмы второй ступе-
ни; 6—диафрагма разгрузочного устройства; 7 —входной клапан первой ступени;
входной штуцер; 9—пружина диафрагмы первой ступени; 10— рычаг клапана; 77 —диа-
фрагма первой ступени; 72— клапан второй ступени; 73— клапан экономайзера; 14— рычаг
109
10 11 12 13 15 16 17
Рис. 7.7. Схема топливной системы двигателя, работающего на сжиженном газе:
/ — проставка; 2—фильтр-отстойник; 2 —топливный насос; 4, 5 — карбюраторы-смесители;
6, 10, // — газопроводы; 7, 9—шланги от системы охлаждения; испаритель; /2—эконо-
майзер; 13 — редуктор; /4—фильтр с электромагнитным клапаном; /5—входной штуцер; 16,
/7— манометры; 18— магистральный вентиль; /9—бензобак; 20— баллон; 2/ — газовый вен-
тиль; 22— жидкостный вентиль
навливают переключатель вида топлива в положении «О» до пол-
ной выработки бензина из поплавковой камеры (двигатель начнет
работать с перебоями). После этого переключатель устанавливают
в положение «Газ». Перевод с газа на бензин проводят в обратном
порядке.
Техническое обслуживание. При ЕТО осматривают и проверяют
все соединения, баллоны и вентили, сливают отстой из редуктора
низкого давления, проверяют отсутствие подтеканий бензина.
При ТО-1 дополнительно проверяют действие предохранитель-
ного клапана, снимают и очищают фильтрующие элементы. Азо-
том или сжатым воздухом проводят опрессовку (нагнетание до оп-
ределенного давления и выдержку по времени) всей системы.
Проверяют работу двигателя на холостом ходу при использовании
как бензина, так и газа.
При ТО-2 дополнительно регулируют редукторы и предохра-
нительный клапан на требуемое давление, проверяют манометры.
Проверяют и регулируют аппаратуру на токсичность работы дви-
гателя.
При сезонном обслуживании дополнительно к операциям ТО-2
сливают отстой и промывают бак. Один раз в три года проводят
освидетельствование (проверку в Гостехнадзоре) газовых балло-
нов.
НО
Все работы проводят после перекрытия расходных вентилей
баллонов, израсходовав или выпустив газ из системы. Запрещает-
ся подтягивать соединения и крепления, а также ремонтировать
аппаратуру при наличии в системе газа под давлением.
Контрольные вопросы и задания
1. Перечислите марки бензинов и дизельных топлив. Что определяет марка
бензина для применения его на двигателе? 2. Что такое карбюрация топлива?
3. Что такое а, какой состав смеси необходим на основных режимах работы двига-
теля? 4. Перечислите основные части простейшего карбюратора. 5. Чем различа-
ются действительная и желаемая характеристики простейшего карбюратора? 6. За-
чем нужны компенсационные колодцы и воздушные жиклеры в карбюраторе?
7. Что такое экономайзер, эконостат? 8. Для чего предназначены поплавковая ка-
мера и игольчатый клапан? 9. Объясните работу карбюратора на основных режи-
мах двигателя. 10. Перечислите неисправности карбюратора и способы их устра-
нения. 11. Перечислите составные части системы питания на газе (на сжатом или
сжиженном). 12. Для чего предназначены редукторы высокого и низкого давле-
ний? 13. Повторите правила техники безопасности при работе с газовой аппарату-
рой.
Глава 8
СИСТЕМА ПОДАЧИ ТОПЛИВА ДИЗЕЛЕЙ
8.1. СМЕСЕОБРАЗОВАНИЕ В ДИЗЕЛЯХ
Требования к подготовке смеси. В отличие от бензиновых двига-
телей, где смесь готовится сначала в карбюраторе, а затем во время
процессов впуска и сжатия, в камеры сгорания дизелей топливо
подается в конце такта сжатия за Ю...20’ до в.м.т. и за
0,002....0,01 с должно перемешаться с воздухом и сгореть. Это вре-
мя в 5... 10 раз меньше, чем у карбюраторного двигателя. Сгорание
происходит достаточно быстро, дизель работает «жестко», в 2...3
раза жестче бензинового двигателя. Жесткость работы двигателя
Ж = dp/dcp — это скорость нарастания давления dp по углу поворо-
та dtp коленчатого вала. Поэтому требования к системе смесеобра-
зования дизелей намного выше.
В связи с очень малым временем смесеобразования в дизелях
для более полного сгорания топлива в цилиндры вводят воздуха
больше, чем в бензиновых двигателях, — коэффициент избытка
воздуха а= 1,4...2,2.
Смесеобразование должно обеспечить равномерное перемеши-
вание топлива с воздухом, постепенное сгорание топлива во вре-
мени, полное использование всего воздуха в камере сгорания при
минимально возможном значении а, а также максимально мягкую
работу дизеля.
Перечисленные требования во многом выполняются за счет
выбора формы камеры сгорания. Различают разделенные и нераз-
деленные камеры сгорания.
Ill
Рис. 8.1. Камеры сгорания дизелей:
а —вихревая (фирмы «Перкинс»); дельтовидная (в двигателе
Д-245); в — тороидальная (в автомобилях КамАЗ); 7 — вставка вих-
ревой камеры; 2— головка цилиндров; 3— форсунка; А — полость
вихревой камеры; Б — полость в поршне
Разделенные камеры применяют двух типов: с вихревой каме-
рой и предкамерой. Первые широко применяют в дизелях легко-
вых автомобилей, вторые — на грузовых и других тяжелых маши-
нах.
Рассмотрим вихревую камеру. В головке цилиндров выполне-
на шаровая полость А (рис. 8.1, а) — вихревая камера, соединен-
ная каналом с основной камерой (полостью Б) над поршнем.
При движении поршня вверх во время сжатия воздух с большой
скоростью входит в вихревую камеру по касательной к ее стен-
кам, в результате чего закручивается со скоростью до 200 м/с. В
этот вихрь воздуха температурой 700...900 К форсунка 3 впрыс-
кивает топливо. Топливо воспламеняется, давление повышается,
и газы с недогоревшим топливом по каналу выбрасываются в ос-
новную камеру, где происходит догорание оставшегося топлива.
Объем вихревой камеры составляет 40...60 % общего объема ка-
меры сгорания.
Неразделенные камеры сгорания применяют в основном на ди-
зелях грузовых автомобилей. Выемки в поршне образуют форму
камеры в виде тора или усеченного конуса — дельтовидная и торо-
идальная камеры (рис. 8.1, б и в). Во время движения поршня
вверх при сжатии воздух в углах выемки закручивается с большой
скоростью. Форсунки впрыскивают часть топлива (до 60%) в
объем навстречу движению воздуха, остальную часть — на стенки
поршня. Топливо воспламеняется от высокой температуры возду-
112
ха в объеме и по мере испарения со стенок поршня. Это смесеобра-
зование объемно-пленочное.
Оценка двигателей с различными камерами сгорания. Вихревые
камеры (разделенные) менее чувствительны к составу топлива и
работают в более широком диапазоне частот вращения по сравне-
нию с неразделенными камерами. Форсунки в них работают при
меньшем давлении, а следовательно, не требуют столь высокой
точности изготовления и потому дешевле. Однако при использо-
вании неразделенных камер экономичность двигателя выше, его
пусковые качества лучше (особенно холодного двигателя). Удель-
ный расход топлива двигателей с неразделенными камерами сго-
рания составляет 210...240г/(кВт-ч), с вихревыми— 250...270 г/
(кВт • ч).
Существуют двигатели с пленочным смесеобразованием (фирма
MAN и др.), где топливо подается на стенки поршня и по мере
испарения сгорает. Работа таких двигателей «мягче», а экономич-
ность выше.
8.2. ФОРСУНКИ
Назначение и классификация форсунок. Форсунка предназначе-
на для дробления топлива до мелкодисперсного состояния и пода-
чи его в камеру сгорания. Условия работы форсунок очень тяже-
лые. Впрыскивание начинается при температуре в камере сгора-
ния 700...900 К и давлении 3...6 МПа, а заканчивается при еще
больших значениях (до Tz = 2000 К и pz = 10... 11 МПа).
К форсунке предъявляют следующие требования:
высокая степень дробления топлива на капли, так как чем
меньше диаметр капель, тем больше их общая поверхность, быст-
рее нагрев и сгорание, но меньше длина факела топлива;
обеспечение длины факела до краев камеры сгорания, поэтому
капли не должны быть очень мелкими — средний размер их
30...50 мкм;
распределение топлива по всему объему камеры сгорания;
резкое начало впрыскивания и резкое прекращение процесса.
Различают форсунки открытые и закрытые. Открытые форсун-
ки обеспечивают постоянную подачу топлива. В дизелях применя-
ют закрытые форсунки, которые открываются только в момент
подачи топлива в камеру сгорания. Закрытые форсунки применя-
ют двух типов: одно- и многодырчатые. Первые устанавливают на
двигателях с вихревыми, вторые — с неразделенными камерами
сгорания.
Многодырчатая форсунка. Основная часть форсунки — распы-
литель. Он состоит из корпуса 1 (рис. 8.2, а) и иглы 2. Распыли-
тель притянут к корпусу 4 форсунки накидной гайкой 3. Сверху на
иглу давит пружина 14 (рис. 8.2, б). Топливо в полость Б форсунки
113
Рис. 8.2. Схема работы форсунки (а), форсунка серии 33 (б) и распылитель штиф-
товой форсунки (в):
/—форсунка закрыта; //—открыта; Л —сопло; Б — нагрузочная камера (полость); В — топ-
ливный канал; Г—нагрузочный поясок; Д— запорный поясок; 1 — корпус распылителя; 2 —
игла; 3 — гайка; -/—корпус форсунки; 5— проставка; 6 — установочные штифты; 7— штанга;
8— уплотнительное кольцо; 9— штуцер; 10— фильтр; 11 — уплотняющая втулка; 72— регули-
ровочные прокладки; 13 — упорная прокладка; 14— пружина; /5 — штифт распылителя
подается по каналу В. Когда нет подачи топлива насосом (рис. 8.2,
а, Г), давление в полости Б составляет 2...4 МПа. Оно давит на на-
грузочный поясок Г иглы, но его сила меньше силы пружины, ко-
торая прижимает иглу к распылителю. Игла запорным конусом Д
перекрывает выходные отверстия (сопла) А.
При подаче топлива насосом (рис. 8.2, а, II) сила давления топ-
лива на поясок Г становится больше силы пружины, игла подни-
мается и через сопло А с большой скоростью топливо впрыскива-
ется в камеру сгорания. После окончания подачи давление падает,
пружина возвращает иглу на место. Игла перекрывает сопло,
впрыск прекращается.
Подъем иглы ограничен упором ее верхних заплечиков в кор-
пус форсунки и составляет 0,2...0,25 мм.
Качество дробления топлива зависит от скорости его движения
через сопла. По уравнению Бернулли скорость жидкости, прохо-
дящей через сопла,
у = ц/с^2Др/рт,
где ц — коэффициент; ^ — суммарное проходное сечение сопел; Др —перепад
давлений топлива рт и газов рг в камере сгорания; рт — плотность топлива.
Итак, скорость зависит от перепада давления топлива. При
нормальном режиме скорость струи топлива составляет
200...400 м/с. Для этого нужен перепад давления 5... 10 МПа. Сле-
довательно, давление топлива должно быть на 10...20 МПа боль-
ше, чем в цилиндре, в котором в это время давление составляет
3...5 МПа. Чтобы обеспечить работу при таком давлении, корпус
распылителя и игла выполнены очень точно и притерты друг к
другу. Такие пары деталей называются прецизионными. Эти дета-
ли не раскомплектовываются — при выходе из строя одной заме-
няют обе.
Многодырчатые форсунки устанавливают на двигателях
КамАЗ-740 (форсунка серии 33), Д-245 (форсунка ФД-22), ЗИЛ-645
и ЯМЗ-240 (форсунка Б2СБ), ЯМЗ-238 (форсунка серии 80) и
других двигателях с неразделенными камерами сгорания.
На рисунке 8.2, б показана форсунка серии 33 двигателя
КамАЗ-740. К корпусу 4 накидной гайкой 3 притянут распылитель
1 с иглой 2. Распылитель имеет четыре сопловых отверстия диа-
метром 0,3 мм. На иглу через штангу 7давит пружина 14. Топливо
от насоса подается в полость форсунки через штуцер 9, в котором
установлен контрольный фильтр 10. Верхнее отверстие в корпусе
служит для отвода в бак топлива, просочившегося через зазоры
пары распылитель — игла. Штифты 6 определяют точное положе-
ние распылителя относительно корпуса и топливных каналов.
Прокладками 12, 13 регулируют натяжение пружины, которое оп-
ределяет давление начала открытия форсунки. Оно должно быть
115
18 МПа (для новых форсунок — до 20 МПа). Форсунки устанавли-
вают в специальные гнезда головки цилиндров и закрепляют ско-
бами. Уплотнительное кольцо 8 предохраняет полость клапанной
крышки от попадания пыли и влаги.
Однодырчатая форсунка. Распылитель 1 (рис. 8.2, в) этих форсу-
нок, устанавливаемых в вихревых камерах сгорания, имеет одно
сопло. Конец иглы 2 выполнен в виде штифта 15 конусной фор-
мы, выступающего за пределы корпуса распылителя. Такие фор-
сунки часто называют штифтовыми. Штифт служит для формиро-
вания факела топлива в виде конуса. Форсунка работает аналогич-
но описанной выше.
8.3. ПЛУНЖЕРНЫЕ ПАРЫ. НАГНЕТАТЕЛЬНЫЕ КЛАПАНЫ
Плунжерная пара рядного топливного насоса. В зависимости от
нагрузки двигатель должен развивать различную мощность, кото-
рая прежде всего зависит от количества подаваемого топлива, каче-
ства его сгорания и момента подачи топлива. В соответствии с этим
необходимо обеспечить выполнение следующих требований: 1) по-
дачу при высоком давлении (большем, чем требуется для открытия
форсунки); 2) регулирование цикловой подачи топлива; 3) регули-
рование момента начала подачи. Все эти функции выполняет топ-
ливный насос высокого давления (ТНВД), основой которого явля-
ется плунжерная пара. Плунжерная пара представляет собой порш-
невой (плунжерный) гидронасос и состоит из двух деталей: плунже-
ра 3 (рис. 8.3) и втулки 4. Эти детали прецизионные. Зазор в новой
плунжерной паре составляет 1...3мкм. Каждая плунжерная пара
подобного типа работает с одной форсункой.
Втулка имеет два окна: верхнее — впускное В и нижнее — пере-
пускное Б. На плунжере выполнена канавка специального профи-
ля, верхний край которой острый — отсечная кромка А. Сверху в
плунжере сделано сверление, соединяющееся с этой канавкой.
Плунжер движется вверх под действием кулачка 1, а вниз — под
действием пружины (на рисунке не показана). На выходе из плун-
жерной пары установлен нагнетательный клапан 5.
Когда плунжер находится в нижнем положении (рис. 8.3, 7),
топливо поступает в полость Г из впускного окна под давлением
0,12...0,15 МПа, которое создает подкачивающий насос. При на-
бегании кулачка 7 на ролик толкателя 2 плунжер начинает дви-
гаться вверх, при этом часть топлива выходит обратно во впускное
окно (рис. 8.3, II).
Когда плунжер перекроет впускное окно (рис. 8.3, III), топливо
в полости Г окажется запертым, что приведет к резкому нараста-
нию давления —это момент начала нагнетания. Хорошая плун-
жерная пара обеспечивает давление 50...70 МПа. Дальнейшее дви-
жение плунжера приводит к открытию нагнетательного клапана 5,
116
/// /и
Рис. 8.3. Схема работы плунжерной пары насоса рядного типа:
/—впуск топлива (наполнение); //—начало движения плунжера вверх; ///—момент начала
нагнетания; IV— момент отсечки подачи; А — отсечная кромка; Б — перепускное окно; В—
впускное окно; Г—надплунжерное пространство; Д—разгрузочный поясок; £—запорная
часть клапана; / — кулачок; 2 — толкатель; 3 — плунжер; 4 — втулка плунжера; 5 — нагнета-
тельный клапан; 6— пружина клапана
и топливо идет к форсунке — это момент начала подачи. По време-
ни моменты начала нагнетания и начала подачи почти совпадают,
поэтому далее будем применять термин «момент начала подачи».
При дальнейшем движении плунжера отсечная кромка А откро-
ет перепускное окно (рис. 8.3, IV), в котором давление составляет
0,11...0,12 МПа. Топливо из полости Г под действием перепада дав-
ления (Др = 50 - 0,11 = 49,89 МПа) по сверлению в плунжере и от-
сечной канавке начнет перетекать в перепускное окно Б. Давление
в полости Г резко падает. Нагнетательный клапан 5 садится в гнез-
до. Подача топлива прекращается — это момент конца подачи топ-
лива (отсечка подачи). Плунжер продолжает двигаться дальше, но
подачи топлива нет, оно перетекает в перепускное окно.
117
Ход плунжера, соответствующий расстоянию от начала пере-
крытия впускного окна до начала открытия перепускного окна,
называется активным или рабочим. Его значение для разных насо-
сов при полной подаче 0,8...2 мм.
Таким образом, первое требование — подача топлива при высо-
ком давлении — выполняется за счет малого зазора в плунжерной
паре и скорости движения плунжера (в момент начала подачи она
превышает 1,6 м/с).
Второе требование — регулирование цикловой подачи. При по-
вороте плунжера вокруг оси начало подачи происходит в одно и то
же время (перекрытие верхней кромкой плунжера впускного
окна), но отсечная кромка подходит к перепускному окну по-раз-
ному, а потому конец подачи может произойти раньше или позже.
Соответственно объем топлива будет подан меньше или больше.
Таким образом, регулирование цикловой подачи во время работы
двигателя осуществляется поворотом плунжера вокруг оси.
Третье требование — регулирование момента начала подачи.
Если удлинить плунжер, то момент перекрытия впускного окна
произойдет раньше, подача начнется раньше и наоборот. При ре-
гулировке изменяют не длину плунжера, а длину толкателя, у ко-
торого есть регулировочный винт.
Применяют и другой способ: приподнимают или опускают
втулку плунжера. Угол поворота кулачка, соответствующий мо-
менту начала подачи, называется углом опережения начала подачи.
Его отсчитывают от оси кулачка при его вертикальном положе-
нии. Поэтому регулировка называется регулировкой угла начала по-
дачи. У каждой модели насоса конкретное значение этого угла,
который регулируют при ремонте или техническом обслуживании
в мастерских.
Плунжерная пара топливного насоса распределительного типа. На
многих дизелях легковых автомобилей применяют насосы распре-
делительного типа, обеспечивающие работу нескольких форсунок
(цилиндров) от одной нагнетательной секции. Эта нагнетательная
секция состоит из трех прецизионных деталей: плунжера 1
(рис. 8.4, а), втулки 3 и дозатора 2. Плунжер движется вверх под
действием кулачка или специальной профильной шайбы с высту-
пами, имеющими профиль кулачка, а обратно — под действием
пружины. Число кулачков (выступов на шайбе) равно числу ци-
линдров. Во время работы плунжер совершает возвратно-поступа-
тельное и вращательное движение.
При движении плунжера вниз (рис. 8.4, а, Г) через впускное
окно Вп в полость В над плунжером поступает топливо (через ФТО
от подкачивающего насоса). При движении вверх (рис. 8.4, а, II)
плунжер перекрывает впускное окно — наступает сжатие топлива.
В этот момент распределительная проточка /подходит к каналу Ф2,
по которому топливо подается ко второй форсунке (рис. 8.4, а), —
это момент начала подачи.
118
Рис. 8.4. Схема действия плунжерной пары насоса распределительного типа:
о —действие плунжерной пары; положения распределительной проточки плунжера при
подаче топлива к форсункам; I— процесс наполнения; II — процесс нагнетания и распределе-
ния; III — момент окончания подачи (отсечка подачи); IV— последующее движение плунжера;
А — полость низкого давления; Б — канал в плунжере; В — нагнетательная полость; Г— рас-
пределительная проточка; Д— отсечной канал; Вп — впускное окно; фц Ф2— каналы к пер-
вой и второй форсункам; / — плунжер; 2 —дозатор; 3— втулка плунжера
Подача происходит до тех пор, пока отсечной канал Д не вый-
дет за обрез дозатора 2 (рис. 8.4, а, III). Давление в полости А со-
ставляет 0,12...0,15 МПа, а над плунжером —до 50 МПа, из-за
чего давление в полости В резко падает — это момент отсечки по-
дачи. Перемещение плунжера от момента перекрытия впускного
окна до выхода отсечного канала из-под дозатора — активный (ра-
бочий) ход плунжера.
При дальнейшем движении (рис. 8.4, а, IV) плунжер вытесня-
ет топливо из полости В, которое по каналу Б и отсечному кана-
лу Д перетекает в полость А, а из нее на вход к подкачивающему
насосу.
Через пол-оборота плунжер при следующем ходе вверх повер-
нется распределительной проточкой к каналу Ф] первой форсун-
ки, и подача начнется в нее. Данная схема применима к двухци-
119
линдровому двигателю. За рабочий цикл двигателя (два оборота)
плунжер совершает один оборот и столько ходов, сколько он об-
служивает цилиндров.
Итак, подача топлива при высоком давлении обеспечивается за
счет малых зазоров в плунжерной паре и высокой скорости движе-
ния плунжера.
Цикловая подача регулируется перемещением вверх-вниз доза-
тора 2. Если передвинуть дозатор вверх, то отсечной канал плун-
жера позже выйдет из-под обреза дозатора, активный ход плунже-
ра увеличится и подача станет больше. При перемещении дозато-
ра вниз — наоборот. В самом нижнем положении дозатора подачи
не будет.
Момент начала подачи регулируют толкателем. Так как плун-
жер один, то перекрытие впускного окна происходит для всех ци-
линдров при одном и том же угле поворота кулачкового вала. Что-
бы изменить угол опережения начала подачи сразу для всех ци-
линдров, изменяют высоту толкателя.
Сравнение плунжерных пар двух типов. У насосов распредели-
тельного типа (одноплунжерных) меньше прецизионных пар, сле-
довательно, они проще по конструкции и дешевле. У них меньшее
число регулировок, габаритные размеры и масса.
Рядные насосы (секционного типа) обладают большей долго-
вечностью, стабильностью в работе, проще в техническом обслу-
живании.
Нагнетательные клапаны предотвращают перетекание топлива
от форсунки в плунжерную пару после окончания впрыскивания,
обеспечивая определенное давление в топливопроводе высокого
давления и форсунке.
После начала подачи топлива плунжерной парой по топливо-
проводу высокого давления к форсунке идет волна высокого дав-
ления со скоростью 1300... 1500 м/с (скорость звука в жидкости).
Она-то и открывает форсунку. Если бы в форсунке и топливопро-
воде не оставалось топлива, то скорость движения последнего от
плунжера к форсунке была бы около 30 м/с. В этом случае для
нормального впрыскивания форсункой начинать подачу нужно
было бы почти за оборот до в.м.т. (!). Регулировать угол опереже-
ния впрыскивания было бы почти невозможно. Таким образом, в
топливопроводе и форсунке после впрыскивания обязательно
должно оставаться топливо с остаточным давлением 2...4 МПа.
Различают нагнетательные клапаны грибкового типа
(рис. 8.5, а и б), золотникового типа (рис. 8.5, в) и двойного
действия (рис. 8.5, г).
Клапаны грибкового типа состоят из седла 1, клапана 2, пружи-
ны 3 и нажимного штуцера 4, которым весь клапан прижат к тор-
цу втулки плунжера. Коническая (запорная) часть клапана, раз-
грузочный поясок А и седло 1 являются прецизионными деталями.
Пружина создает давление на клапан до 1 МПа. При подаче топ-
120
а б в г
Рис. 8.5. Нагнетательные клапаны:
а, б— грибкового типа; в — золотникового типа; г — двойного действия; / — седло
клапана; 2 —запорный клапан; 3—пружина; 4— нажимной штуцер; 5—ограни-
читель; о — пружина; 7 — разгрузочный клапан; А — разгрузочный поясок
лива плунжерной парой клапан поднимается и пропускает топли-
во в топливопровод к форсунке. При отсечке подачи давление под
клапаном падает. Под Действием давления сверху клапан садится
конусной запорной частью в гнездо, разъединяя надплунжерную
полость и полости форсунки с топливопроводом. При этом раз-
грузочный поясок А входит в седло и, как плунжер, оттягивает из
топливопровода часть топлива. Вследствие этого давление в топ-
ливопроводе падает до 2...4 МПа.
Аналогично работают клапаны, изображенные на рисунке 8.5, б
и в. Для улучшения работы на малой частоте вращения они имеют
жиклеры-демпферы, благодаря которым при малой подаче топли-
ва клапан полностью нс поднимается и при посадке оттягивает
меньшее количество топлива, чем обеспечивается нужное оста-
точное давление.
Клапаны двойного действия (рис. 8.5, г) имеют два клапана: за-
порный 2 и разгрузочный z При отсечке подачи запорный клапан
перекрывает топливопровод, а разгрузочный пропускает часть топ-
лива из него в надплунжерное пространство. Количество этого топ-
лива и соответственно остаточное давление в топливопроводе и фор-
сунке определяются жиклером и усилием нажимной пружины 6.
8.4. УСТРОЙСТВО и работа насосов высокого давления
Насосы высокого давления серии 33 (для двигателей КамАЗ).
Это насосы V-образной конструкции (рис. 8.6) с углом развала
между рядами секций 75\ Диаметр плунжера 10 мм. Его ход 11 мм.
121
Рис. 8.6. Насос серии 33 двигателя КамАЗ-740:
/ — корпус; 2—кулачковый вал; 3—ролик; 4 —толкатель; 5—регулировочная пята; 6—та-
релка; 7—пружина; верхняя тарелка пружины; 9— плунжер; /0—поворотная втулка:
/7 — рейка; 72— втулка плунжера; 73 — корпус втулки; 14 — нагнетательный клапан; 75— гай-
ка; 76— штуцер нагнетательного клапана; 77— подкачивающий насос
В гнездах алюминиевого корпуса 1 насоса установлено восемь
насосных секций, каждая на конкретный цилиндр. Секция состо-
ит из корпуса 13, втулки 12 и плунжера 9. Корпус и втулка зафик-
сированы штифтом. В корпусе выполнены два канала, сообщаю-
щиеся с впускным А и перепускным Б окнами втулки. Штуцером
16 притягивают к корпусу нагнетательный клапан 14 золотнико-
вого типа. Корпус секции крепят к корпусу насоса гайками 75.
Плунжер установлен в поворотную втулку 10, которая через
штифт соединена с рейкой 77 управления подачей топлива. Рейки
правого и левого рядов соединены между собой двуплечим рыча-
гом и движутся синхронно в разные стороны (см. главу 9). Движе-
122
ние плунжера вверх обеспечивает кулачок кулачкового вала 2 че-
рез роликовый толкатель 4, а обратно — пружина 7. Пружина упи-
рается в тарелку 6, под которой находится регулировочная пята 5
толкателя.
К передней крышке ТНВД прикреплен подкачивающий топ-
ливный насос 17 низкого давления поршневого типа с приводом
от эксцентрика кулачкового вала. Крышка закрывает шестерни
привода насоса. Смазочная система насоса — централизованная от
смазочной системы двигателя.
Цикловая подача каждой секцией регулируется поворотом кор-
пуса секции, для чего в его фланце выполнены прорези. Изменение
подачи сразу всеми секциями производится изменением положе-
ния рейки. Угол опережения начала подачи регулируют заменой
пяты толкателя, которые выпускаются 18 размеров по толщине.
Рис. 8.7. Топливный насос распределительного типа EP/VE фирмы Bosch: / — грузы; 2 — вал; 3 — рычаг управ- ления; -/—пневмокорректор; 5— * пружина регулятора; 6 — штуцер; 7— pj рычаг регулятора; 8 — фильтр; 9— & клапан; 10— плунжер; // — дозатор; /2 — кулачковая шайба; 13 — автомат утла опережения подачи; 14— шес- терня привода; 15 — подкачивающий насос Гл 12 3 И \\У \ \ kZJII 15 14 13 \ bdA \ \ L 1И Bl ’ °* ВЖЗ В Лик
123
Особенности других насосов. На двигателе Д-245 (ЗИЛ-5301
«Бычок») установлен рядный четырехсекционный насос 4УТНМ.
Диаметр плунжеров 9 мм, ход 8 мм. Плунжерная пара устроена
аналогично паре насоса серии 33. Втулки плунжеров закреплены в
алюминиевом корпусе. Нагнетательные клапаны грибкового типа.
Толкатели роликовые с регулировочным винтом. Цикловую пода-
чу регулируют изменением положения поворотной втулки плун-
жера относительно рейки, а угол опережения подачи — винтом
толкателя.
Насосы распределительного типа. Насос типа EP/VE фирмы
Bosch широко применяют на двух-шестицилиндровых дизелях
легковых автомобилей. Максимальная частота вращения
2500 мин"1. Объемная цикловая подача до 80...100 мм3. Диаметр
плунжеров 8... 12 мм, ход плунжера 1,5...4 мм. Масса 5,2 кг.
Насос одноплунжерный с приводом плунжера 10 (рис. 8.7) от
кулачковой шайбы 72, которая скользит по роликам. Возврат плун-
жера обеспечивают пружины. В корпусе ТНВД помещен подкачи-
вающий насос. Подача топлива изменяется дозатором 11. В головку
насоса ввернуты штуцера с нагнетательными клапанами 9.
Насосы других фирм устроены аналогично описанным выше.
8.5. ПРИВОДЫ НАСОСОВ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ.
УСТАНОВКА УГЛА ОПЕРЕЖЕНИЯ ВПРЫСКИВАНИЯ
Мощность и экономичность двигателя зависят от угла впрыс-
кивания. Каждый двигатель на любом нагрузочном и скоростном
режиме имеет оптимальный угол опережения впрыскивания. По-
этому в процессе работы его необходимо менять.
Способы изменения угла опережения впрыскивания. Для измене-
ния угла опережения впрыскивания меняют положение кулачко-
вого вала относительно коленчатого. Если кулачковый вал повер-
нуть вперед по ходу вращения, то кулачок набежит раньше на тол-
катель, подача топлива плунжером, а следовательно, и впрыск его
форсункой начнутся раньше. Относительный поворот кулачково-
го вала производится двумя способами: с установкой постоянного
и переменного угла опережения впрыскивания. В первом случае
находят оптимальный угол опережения на номинальном скорост-
ном режиме и жестко соединяют валы. Во втором случае в приво-
де насоса устанавливают муфту опережения угла впрыскивания,
которая в зависимости от частоты вращения двигателя меняет вза-
имное положение кулачкового и коленчатого валов (у большин-
ства автомобильных двигателей). Это обеспечивает работу двига-
теля с оптимальным углом опережения впрыскивания в широком
диапазоне частот вращения.
Муфта опережения угла впрыскивания. Привод насоса высокого
давления осуществляется через муфту опережения впрыскивания
124
17 и вал с двумя полужесткими карданными муфтами 18 от рас-
пределительных шестерен двигателя (рис. 8.8, б). Частота враще-
ния кулачкового вала в 2 раза меньше частоты коленчатого вала.
На рисунке 8.8, а показана муфта опережения двигателя
КамАЗ-740, автоматически изменяющая угол опережения начала
впрыскивания в пределах О...12°.
Ведомая полумуфта 13 установлена на кулачковом валу насоса.
В ней закреплены оси 16 двух грузов 11. Пружины 8, упирающие-
ся через стаканы 7, находятся в сверлениях грузов и стремятся
прижать их к оси муфты.
Ведущая часть муфты соединена с валом привода насоса и со-
стоит из ведущей полумуфты 1 и втулки 3. На ее пальце установле-
на проставка 12, которая одной стороной упирается в палец груза,
а другой — в его фигурную поверхность. Последняя определяет за-
кономерность изменения угла впрыскивания в зависимости от ча-
стоты вращения.
При максимальной частоте вращения грузы под действием
центробежной силы поворачиваются на осях 16 и, преодолевая
силу пружин, прижимаются к корпусу 5. При этом они за счет
фигурной поверхности через проставку 12 воздействуют на упор-
ный палец и слегка поворачивают ведомую часть, а вместе с ней и
вал насоса вперед по ходу вращения на некоторый угол. Это при-
водит к увеличению угла опережения впрыскивания. При сниже-
нии частоты вращения проставка занимает промежуточное поло-
жение, обеспечивая соответствующий угол опережения впрыски-
вания.
Для смазывания муфты используют моторное масло, заливае-
мое через верхнее отверстие в корпусе до появления его из нижне-
го. Оба отверстия в корпусе закрывают винтами с уплотнительны-
ми шайбами.
Установка угла опережения впрыскивания. Рассмотрим установ-
ку угла для насоса двигателя КамАЗ-740. Насос приводится в дей-
ствие через две полужесткие карданные муфты 18 (рис. 8.8, б) и
муфту опережения впрыскивания 17. Для установки угла выпол-
няют следующие операции:
1) подготовляют двигатель — коленчатый вал вращением махо-
вика устанавливают в положение, соответствующее углу начала
впрыскивания в первом цилиндре (в конце такта сжатия фиксатор
маховика при нижнем его положении должен войти в углубление).
Метка / должна находиться в верхнем положении;
2) подготовляют насос — совмещают метки // и /// на корпусе
насоса и муфты;
3) соединяют насос с приводом и крепят его на блоке — затяги-
вают болт 19 крестовины ведомого кардана, затем поворачивают
коленчатый вал на один оборот и затягивают остальные болты
карданов;
4) проверяют правильность установки — проворачивают колен-
125
Б-Б А-А
16 15 14 13 12 Ь 11
A a d
Рис. 8.8. Муфта опережения впрыскивания (а) и привод топливного насоса (0
двигателя КамАЗ-740:
7 — ведущая полумуфта; 2,4— манжеты; 3 — втулка ведущей полумуфты; 5— корпус; 6— регу-
лировочные прокладки; 7— стакан пружины; 8— пружина; 9 — шайба; 10— кольцо; /7 — груз;
72—проставка; 13— ведомая полумуфта; 14— уплотнительная прокладка; 75—кольцо; 76-
ось грузов; 77—муфта опережения впрыскивания; 18— ведомая полумуфта; 19— стяжной
болт; 20— ведущая полумуфта; I...III— метки
чатый вал до совмещения меток II и III. Затем вращают коленча-
тый вал обратно на пол-оборота, а потом вперед до фиксации ма-
ховика фиксатором (он должен быть опущен). Метки Я и ///дол-
жны совместиться. В противном случае следует ослабить болты 19
и повторить операции 3 и 4.
Угол опережения впрыскивания в других двигателях устанав-
ливают аналогично, но с учетом конструкции привода.
8.6. РЕГУЛИРОВАНИЕ ТОПЛИВНЫХ НАСОСОВ
ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ
Регулирование ТВНД должно производиться на специальных
стендах высококвалифицированным персоналом. При регулиров-
ке насоса следует использовать стендовые форсунки или их рабо-
чий комплект. Каждая форсунка после регулировки насоса долж-
на быть установлена на цилиндр, соответствующий секции насо-
са, на которой ее регулировали.
Регулирование цикловой подачи. Основная регулировка топ-
ливного насоса — регулировка количества и равномерности цик-
ловой подачи на номинальном режиме. Для этого рейку ТНВД
(или дозатор у одноплунжерного насоса) устанавливают в поло-
жение номинальной подачи (см. главу 9). При номинальной час-
тоте вращения замеряют цикловую подачу всех секций. Она дол-
жна соответствовать техническим условиям на насос и модель
двигателя. Отклонение подачи по секциям (неравномерность)
допускается не более 3...5 %. В противном случае у насосов серий
33 (КамАЗ) и 60 (ЗИЛ, КАЗ) ослабляют крепление корпуса сек-
ции и поворачивают его, переставляя на один-два зуба стопор-
ную шайбу корпуса. У насоса 4УТНМ (ЗИЛ-5301 «Бычок») ос-
лабляют зубчатый хомут поворотной втулки и поворачивают ее
на нужный угол.
Регулирование угла опережения начала подачи. На рядных насо-
сах на первую (на насосах серии 33 — восьмую) секцию устанавли-
вают моментоскоп — капиллярную стеклянную трубку (с внутрен-
ним диаметром 2...3 мм) на резиновом переходнике. Проверку и
регулировку проводят на стенде, устанавливая рейку в положение
номинальной подачи. Вращая вручную вал насоса (за муфту опе-
режения), заполняют трубку моментоскопа топливом. Повернув
вал назад и затем' медленно вращая его вперед, определяют мо-
мент, когда мениск топлива в трубке дрогнет. В этот момент вра-
щение прекращают. Лимб стенда покажет угол до оси симметрии
кулачка. Он должен соответствовать техническим условиям. Для
4УТНМ этот угол равен 56’, для восьмой секции насоса 33 —
42...43°. Затем моментоскоп устанавливают на остальные секции
соответственно порядку работы цилиндров. Отклонение углов
опережения подачи по секциям допускается не более 20'. Насосы
127
серии 33 регулируют установкой пяты 5 (см. рис. 8.6) толкателя,
насосы 4УТНМ — вращением винта толкателя плунжера. После
регулировки винт стопорят контргайкой.
Контрольные вопросы и задания
1. Чем отличаются по составу приборов и механизмов системы питания кар-
бюраторных двигателей и дизелей? 2. Зачем в дизелях применяют камеры сгора-
ния сложной формы? 3. Перечислите требования к системе питания дизеля.
4. Почему в дизелях применяют двухступенчатую очистку топлива? 5. Чем регули-
руется давление начала впрыскивания форсункой? 6. Что такое «момент начала
подачи», «отсечка подачи», «рабочий ход» в работе плунжерной пары? 7. Какие
существуют способы регулирования цикловой подачи, угла опережения подачи
плунжерной парой? 8. Для чего нужны нагнетательные клапаны? 9. Перечислите
порядок операций установки угла опережения впрыскивания на двигателе.
Глава 9
РЕГУЛЯТОРЫ
9.1. ОСНОВЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ
При установившемся режиме работы вращающий момент дви-
гателя равен моменту сопротивления. Во время работы непрерыв-
но изменяется нагрузка на автомобиль, а следовательно, и на дви-
гатель. Характер изменения бывает достаточно интенсивным: от
резкого увеличения (например, при разгоне) — наброс нагрузки до
резкого снижения — сброс нагрузки. В некоторых условиях (движе-
ние по полю, разбитой дороге и т. д.) изменение нагрузки может
быть резко переменным, иногда приближающимся к случайному
процессу. Соответственно этому должны быть изменены показа-
тели двигателя (мощность, вращающий момент, частота враще-
ния). Однако водитель не всегда может среагировать на колебания
нагрузки. Для поддержания показателей двигателя (заданного
скоростного режима) в определенных пределах применяют систе-
му регулирования, основным элементом которой является регуля-
тор частоты вращения (далее — регулятор).
По воздействию на орган управления различают регуляторы
прямого и непрямого действия, по числу поддерживаемых режи-
мов—одно-, двух- и всережимные. Регуляторы прямого действия
действуют непосредственно на орган управления подачей топлива
(рейка ТНВД или дроссель), а непрямого действия — через допол-
нительно установленный электрический или гидравлический уси-
литель.
Однорежимные регуляторы поддерживают только один скорос-
тной режим, чаще всего максимальный, двухрежимные — мини-
мальный холостого хода и максимальный, всережимные — любой
заданный скоростной режим.
128
Любой двигатель работает с
определенной устойчивостью,
т. е. сохраняет частоту враще-
ния коленчатого вала при не-
котором изменении внешнего
воздействия. На рисунке 9.1
показаны скоростные характе-
ристики двух двигателей
Мх =Дп) и М2 =fin), которые
имеют разный характер кру-
тизны, и зависимость момента
сопротивления от частоты вра-
щения Мс =f(n). Допустим, что
Рис. 9.1. График для сравнения устой-
чивости работы двигателей
частота вращения изменилась
на Дл. Тогда нагрузка на пер-
вый двигатель увеличится на
дА/|, а на второй — на ДЛ/2.
Так как нагрузка на первый двигатель стала больше
(дЛ/, > ДЛ/2), то этот двигатель быстрее вернется на прежнюю час-
тоту вращения ло, т. е. он будет стабильнее держать скоростной
режим — его устойчивость лучше. Устойчивость оценивают фак-
тором устойчивости
Ф = бА/вр/дл — dAfc/d«.
Чем больше величина Ф, т. е. чем круче кривая вращающего
момента двигателя, тем устойчивее двигатель держит частоту вра-
щения. Кривая М\ является характеристикой карбюраторного
двигателя, М2 — дизеля, устойчивость которого хуже. Поэтому для
дизелей необходимы специальные регуляторы, поддерживающие
стабильную частоту вращения их коленчатого вала. На карбюра-
торных же двигателях обычно устанавливают только ограничители
частоты вращения.
По частоте вращения и нагрузке различают следующие режи-
мы работы дизелей (сравните с карбюраторными двигателями,
глава 7): рабочий режим, перегрузка, холостой ход, переходные
режимы, пуск (табл. 9.1). Рабочий режим содержит значитель-
ный диапазон скоростных и нагрузочных режимов —от отсут-
ствия нагрузки (холостой ход) до полной нагрузки (при номи-
нальной мощности). На этом режиме двигатель работает
70...90 % всего времени движения автомобиля. Перегрузка воз-
никает при моменте сопротивления, превышающем номиналь-
ный момент двигателя. Для разгона (трогания автомобиля с мес-
та, обгона и других переходных процессов) требуется обычно
полная мощность двигателя.
129
9.1. Соотношение подачи топлива и воздуха на различных режимах работы двигателя
Режим работы двигателя Количество топлива, % номинального Качество смеси (а) Частота вращения, % номинальной Вид смеси
Рабочий при номинальной 100 1,3...2,2 100 Бедная
мощности Холостой ход при максималь- 25...30 6...7 106...108 »
ной частоте вращения Перегрузка 120...140 1,2...1,5 От 100 до 50 »
Пуск 180...250 1...1,! 10...20 Богатая
На рабочем режиме (см. табл. 7.1) при номинальной мощности
дизеля ТНВД должен обеспечивать номинальную цикловую пода-
чу топлива qn.
При нагрузке меньше номинальной подача топлива уменьшается
и на холостом ходу (т. е. без нагрузки) составляет 25...30 % номи-
нальной. При работе дизеля на минимальной частоте вращения
холостого хода (800... 1000 мин-1) подача составляет 18...25 % но-
минальной. Чем меньше дизель работает на холостом ходу, тем
больше может быть экономия топлива.
При перегрузке подача должна составлять qn = (l,25...1,4)gH.
При пуске подача должна быть в 1,5...2 раза больше номиналь-
ной, так как смесеобразование нарушается из-за плохого распыле-
ния форсунками ввиду малой скорости движения поршней и
плунжеров и конденсации топлива на холодных стенках камеры
сгорания.
На всех дизелях грузовых и некоторых легковых автомобилей
устанавливают регуляторы центробежного типа. При постоянной
нагрузке Ne - Nc = Д#= Л/врДсо = 0 (здесь Ne — эффективная мощ-
ность двигателя; ?/с —мощность нагрузки). В этом случае при
Мвр - const отсутствует изменение угловой скорости: Дсо = 0, т. е.
со = const. Если нагрузка уменьшилась, то ДМ > 0 и Дсо > 0, т. е. час-
тота вращения увеличивается. При увеличении нагрузки \N< 0 и
Дсо < 0, значит, частота вращения падает. Чтобы сохранить задан-
ную частоту вращения, нужно в первом случае уменьшить момент
двигателя, а во втором — увеличить его. Для этого следует соответ-
ственно уменьшить и увеличить цикловую подачу топлива, что и
выполняет регулятор, перемещая рейку топливного насоса.
9.2. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ РЕГУЛЯТОРА
ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ. РЕГУЛЯТОРНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ТОПЛИВНОГО НАСОСА
Однорежимный регулятор. Действие этого регулятора основано
на равновесии центробежной силы Рс и силы пружины Рпр
(рис. 9.2, 7). При Д#= 0, т. е. со = const, рычаг 3, уравновешенный
силами Рс| и Рпр1, занимает положение 7, а рейка — положение 0.
130
Рис. 9.2. Схема работы центробежного регулятора:
/, ///—положение рычагов при номинальной частоте вращения (номинальной нагрузке); //—
положение рычагов при увеличении частоты вращения; /К— положение рычагов при частоте
вращения меньше номинальной (при перегрузке); К— положение рычагов при частоте враще-
ния больше номинальной (при пуске); 1 — грузы; 2— муфта; 3 — главный рычаг; 4 — главная
пружина; 5— рейка; 6— плунжер; 7— штифт корректора; 8— упор обогатителя; 9— пружина
корректора
В этом случае подача насоса дт1. При уменьшении нагрузки
(Д/У>0) частота вращения увеличивается (Дсо>0), центробежная
сила Рс2 (рис. 9.2, II) становится больше силы Рпр1 и перемещает
рычаг 3, а вместе с ним рейку вправо. Когда сила растянувшейся
пружины достигнет величины Рпр2, силы уравновесятся и рычаг
остановится. Перемещение рейки на величину ДЛР приведет к
131
уменьшению цикловой подачи, а соответственно и вращающего
момента двигателя. Нагрузка превысит вращающий момент двига-
теля, частота вращения уменьшится, и вся система возвратится в
первоначальное положение. При увеличении нагрузки система
сработает так же, но в обратном направлении.
Всережимный регулятор. Чтобы изменить частоту вращения, ко-
торую поддерживает регулятор, нужно изменить соотношение сил
Рс и Рпр. Этого можно достичь, изменяя массу грузов или длину их
рычагов, или силу пружины. Последнее выполнить легче. Сила
пружины изменяется рычагом 3 (рис. 9.2, Г), который связан с ры-
чагом (педалью) акселератора в кабине. Чтобы удержать рычаж-
ную систему в положении I при большом натяжении пружины,
требуется значительная центробежная сила, т. е. регулятор должен
поддерживать большую частоту вращения.
Таким образом, водитель, изменяя положение рычага (педали)
акселератора в кабине, изменяет натяжение пружины, т. е. дает
регулятору команду поддерживать новый скоростной режим. Регуля-
тор, перемещая рейку топливного насоса, обеспечивает постоянную
заданную частоту вращения.
Рассмотрим действие регулятора на основных режимах.
На номинальном режиме рычаг 3 лишь касается штифта 7 кор-
ректора. Рейка при этом находится в положении номинальной по-
дачи.
На холостом ходу рычаг регулятора занимает крайнее правое
положение, обеспечивая минимальную цикловую подачу.
При перегрузке частота вращения падает, центробежная сила
становится меньше силы пружины, которая перемещает рычаг
влево, сжимая пружину корректора 9. Рейка перемещается влево,
обеспечивая увеличение подачи больше номинальной. Коррек-
тор — это часть регулятора, предназначенная для увеличения цик-
ловой подачи при временной перегрузке.
При пуске частота вращения и центробежная сила незначитель-
ны. Если убрать из-под штифта корректора упор А (эту функцию
выполняет обогатитель), то пружина 4 передвинет рычаг 3 и рейку
5 еще дальше влево, обеспечивая максимально возможную подачу.
Обогатитель — это также часть регулятора, обеспечивающая пус-
ковую цикловую подачу топлива.
Регуляторная характеристика топливного насоса. Характеристи-
ка и работа дизеля почти полностью зависят от характеристики
топливного насоса. Для обеспечения эффективной работы дизеля
на всех режимах топливный насос вместе с регулятором должен
обеспечить определенную закономерность изменения цикловой
подачи. Эту закономерность называют регуляторной характерис-
тикой топливного насоса, представляющей собой зависимость
цикловой подачи от частоты вращения (рис. 9.3).
В характеристике можно выделить три зоны: / (вправо от номи-
нальной частоты вращения лн) — регуляторная ветвь, II (влево от
132
лн) — корректорная ветвь', III
(влево от частоты вращения
при пуске лп) — зона работы
обогатителя.
Регуляторная ветвь — основ-
ная во время работы двигателя.
На номинальной частоте вра-
щения (точка А) подача насоса
номинальная 7т.н- При увеличе-
нии частоты вращения (<о > сон)
регулятор уменьшает цикловую
подачу вплоть до полного пре-
кращения подачи. На холостом
ходу (точка Б) регулятор обес-
печивает цикловую подачу на-
соса <7Т.ХХ) при нагрузке 50%
номинальной (точка В, Ne =
= 0,5 Nen) — qcp и т. д.
При перегрузке частота вра-
щения становится меньше но-
минальной и в работу вступает корректор, формируя ветвь АГ.
При пуске начинает действовать обогатитель, обеспечивая по-
дачу топлива qn = (1,5...2)^,, (точка Д).
При полном натяжении главной пружины, т. е. полном пере-
мещении рычага (педали) акселератора, регулятор обеспечивает
работу ТНВД на регуляторной ветви 1. При любом другом поло-
жении рычага (педали) акселератора он поддерживает режим 2—
регуляторную ветвь частичного режима. Так как рычаг акселера-
тора может занимать много положений, то столько же будет и ре-
гуляторных ветвей на характеристике. Регуляторную характерис-
тику формируют регулировками топливного насоса и регулятора,
которые следует выполнять с высокой точностью на специальных
стендах.
9.3. РЕГУЛЯТОР НАСОСА СЕРИИ 33
В развале секций топливного насоса дизеля КамАЗ-740 уста-
новлен регулятор центробежного типа. Вал регулятора приводится
в действие от вала насоса через три шестерни, ведущая из которых
соединена с валом насоса через резиновые сухарики, демпфирую-
щие удары на детали регулятора при резких изменениях частоты
вращения. На валу регулятора отлита крестовина 2 (рис. 9.4), на
которой шарнирно закреплены одни из плеч рычагов с грузами 1.
Другие плечи рычагов упираются в муфту 3, а она, в свою оче-
редь, — в рычаг рейки 8, установленный на одном шарнире с глав-
ным рычагом 9.
133
Рис. 9.4. Схема работы регулятора насоса серии 33
двигателя КамАЗ-740:
а — номинальная частота вращения; б— холостой ход; в —
перегрузка; г — пуск; /—грузы; 2— крестовина; 3 — муфта;
4— винт номинальной подачи; 5— рычаг выключения пода-
чи; 6—регулировочный винт минимальной частоты враще-
ния; 7—рейка; 8— рычаг рейки; 9— главный рычаг; 10—
кулиса (коромысло); 77 —главная пружина; 72—пусковая
пружина; 13 — рычаг управления; 14— винт натяжения пру-
жины; 15— упорный винт номинальной частоты вращения;
16— винт минимальной частоты вращения; 77—пружина
корректора; 18— винт выключения двигателя
Рейка 7 правого ряда перемещается рычагом 8, а рейка левого
ряда — коромыслом 10 в противоположную сторону. Регулятор
оснащен корректором и обогатителем.
На номинальном режиме (номинальной частоте вращения) цен-
тробежная сила грузов 1 (рис. 9.4, а) и сила пружины 77 уравнове-
шивают положение системы так, что главный рычаг 9 лишь каса-
ется упорного винта 4. Рычаг рейки 8 прижат к главному рычагу.
Пружина корректора 7 7 сжата. Рейки находятся в положении но-
минальной цикловой подачи топлива (см. рис. 9.3, точка А).
На холостом ходу (рис. 9.4, б) частота вращения максимальная.
Сила грузов отодвигает оба рычага вправо. Рейки перемещаются в
положение минимальной подачи (см. рис. 9.3, точка Б).
Итак, на рабочих режимах (от номинального до холостого хода)
промежуточный рычаг прижат к главному. В зависимости от на-
грузки подача изменяется от номинальной до минимальной (на
холостом ходу).
При перегрузке (рис. 9.4, в) частота вращения падает, пружина
7/ не работает, так как главный рычаг уперся в винт 4. Силы пру-
жины 7 7достаточно, чтобы преодолеть силу грузов и переместить
промежуточный рычаг 8 влево. Рейки перемещаются в зону пода-
чи, превышающей номинальную (см. рис. 9.3, участок АГ), благо-
даря чему момент двигателя увеличивается.
При пуске (рис. 9.4, г) центробежная сила грузов незначительна.
134
Пружина 12 (обогатителя) перемещает рычаг рейки 8 до конца
влево, обеспечивая максимальную пусковую подачу (см. рис. 9.3,
точка Д). Корректор в данном случае не работает. Главный рычаг 9
упирается в винт 4.
Для выключения двигателя следует повернуть по ходу часовой
стрелки рычаг 5 до упора его плеча в винт 18. В результате этого
рычаги и рейки переместятся в положение «Подача выключена»
(максимально вправо).
Режим работы двигателя, который должен поддерживать регу-
лятор, задают с помощью рычага 13. При упоре рычага в винт 15
регулятор будет поддерживать номинальный скоростной режим,
при любом другом положении — промежуточный (частичный).
При упоре рычага 13 в винт 16 регулятор держит режим мини-
мальной частоты вращения холостого хода.
9.4. НАСТРОЙКА РЕГУЛЯТОРА. НЕИСПРАВНОСТИ И ТЕХНИЧЕСКОЕ
ОБСЛУЖИВАНИЕ НАСОСОВ И ФОРСУНОК
Порядок регулирования насоса серии 33 дизеля КамАЗ-740 сле-
дующий.
1. Проверяют состояние прецизионных пар и форсунки (на
стендах). Плунжерные пары проверяются на подачу при форсун-
ках, отрегулированных на давление, в 1,8....2 раза большее номи-
нального. Если в этом случае насос работает (есть подача), то со-
стояние плунжерных пар нормальное.
2. Проверяют и регулируют угол опережения начала подачи.
3. Устанавливают рейку (рис. 9.5) в номинальное положение до
упора в винт 4 (максимальное выступание винта 55,3...55,7 мм),
регулируют секции на заданную цикловую подачу и равномер-
ность подачи топлива секциями.
4. Опять проверяют и регулируют угол опережения начала по-
дачи.
5. Проверяют и при необходимости регулируют параметры ха-
рактерных точек регуляторной характеристики (см. рис. 9.3):
но минальную частоту вращения лн (точка В) — винтом 15
(рис. 9.5, 6), номинальную подачу — винтом 4;
параметры холостого хода (точка Б) и режима средних нагрузок
(точка В) — изменением жесткости пружины 11 винтом 14 на глав-
ном рычаге 9\
работу корректора, а именно подачу при частоте вращения,
равной 0,6 номинальной (точка Г), устанавливая прокладки под
пружину 17 (см. рис. 9.4) и ввертывая корпус самого корректора;
пусковую подачу (точка Д);
режим выключения подачи — винтом 18 до упора рычага 5.
Все работы должны проводить квалифицированные рабочие на
специальных стендах.
135
Рис. 9.5. Регулятор насоса серии 33:
а — вид со снятой крышкой; б — вид со стороны крышки (обозначения см. на рис. 9.4)
Неисправности и техническое обслуживание насосов, форсунок. В
процессе эксплуатации двигателей могут закоксовываться сопла
форсунок, снижаться давление начала впрыскивания, нарушаться
равномерность подачи секциями или вообще отсутствовать подача
топлива какой-то секцией. Это вызывает падение мощности, дым-
ление, неравномерную работу цилиндров (двигатель «троит»). Все
эти приборы и механизмы требуют тщательного технического об-
служивания.
Во время работы и при ЕТО следят за качеством работы двига-
теля. При ТО-1 проверяют форсунки. При ТО-2 снимают насос с
форсунками, проверяют и регулируют их с целью получения за-
данной регуляторной характеристики. После регулировки фор-
сунки устанавливают на двигатель обязательно в ту секцию насо-
са, на которой их регулировали.
Чтобы найти неисправную секцию или форсунку, на работаю-
щем двигателе ослабляют накидную гайку топливопровода высо-
кого давления секции насоса и оценивают изменение работы дви-
гателя. Если характер работы не изменился, то неисправна либо
форсунка, либо секция. Если заменить форсунку заведомо рабо-
чей и при этом характер работы двигателя не изменился, значит,
неисправна секция, а не форсунка.
Для проверки и регулирования форсунки в «полевых условиях»
надо через тройник (штуцер с тремя выходами) подсоединить к
насосу проверяемую и заведомо исправную форсунки. Изменяя
давление начала впрыскивания проверяемой форсунки, можно
добиться одновременного начала впрыскивания их обеих. Начи-
нать регулировку нужно с заведомо низкого давления проверяе-
мой форсунки.
Контрольные вопросы и задания
1. Для чего применяют регуляторы? 2. Перечислите рабочие режимы двигателя
и укажите требуемую на этих режимах цикловую подачу. 3. Какие бывают типы
регуляторов? 4. Из каких частей состоит центробежный регулятор? 5. Как обеспе-
чивает регулятор работу дизеля на основных режимах работы двигателя? 6. Что
представляет собой регуляторная характеристика топливного насоса? 7. Перечис-
лите операции регулировок топливного насоса серии 33 с регулятором. 8. Пере-
числите основные неисправности форсунок, насоса дизеля. 9. Как определить не-
исправные секцию, форсунку на двигателе?
Глава 10
СИСТЕМА ПИТАНИЯ С ВПРЫСКИВАНИЕМ БЕНЗИНА
10.1. ТРЕБОВАНИЯ К СОВРЕМЕННЫМ СИСТЕМАМ ПИТАНИЯ
Трудность применения впрыскивания бензина обусловлена
сложностью конструкции, высокой стоимостью из-за большого
числа прецизионных деталей, проблематичностью смазывания
137
этих деталей маловязким бензином и другими причинами. Все это
долгое время сдерживало внедрение данных систем на автомоби-
лях для массового потребителя.
Однако выполнить современные жесткие экологические требо-
вания можно только с подобной системой. По данным на 1995 г.,
1800 моделей выпускаемых в мире двигателей дизелями оснащены
14% автомобилей, бензиновыми двигателями с карбюратором —
10 %, с впрыскиванием бензина — 76 %. Снижение стоимости топ-
ливной аппаратуры произошло после внедрения способа впрыски-
вания бензина во время процесса впуска, а не сжатия, как в дизелях,
что позволило обеспечить работу форсунок при давлении
0,3...1 МПа вместо 13...20 МПа у дизелей. Применение электрони-
ки позволило повысить точность управления данной системой.
Преимущества системы впрыскивания бензина: высокая лит-
ровая мощность двигателя и улучшенная экономичность за счет
точного распределения доз топлива по цилиндрам (отклонение
менее 5...7 % по сравнению с 11...25 %, которые дают карбюрато-
ры) и меньшего сопротивления впускного тракта (нет карбюрато-
ра), возможность точного регулирования состава горючей смеси,
минимальная токсичность отработавших газов. Улучшение про-
дувки цилиндров снижает их температуру, что позволяет поднять
степень сжатия на 2...3 единицы.
К недостаткам системы относятся высокая стоимость, обуслов-
ленная применением дорогостоящих устройств (форсунок, насо-
са, электроники, специальных датчиков, нейтрализаторов); слож-
ное техническое обслуживание, требующее специального обору-
дования и высокой квалификации персонала; повышенные требо-
вания к качеству и очистке бензина (при работе с
нейтрализаторами неприменим этилированный бензин).
К современному автомобильному бензиновому двигателю
предъявляют следующие требования:
высокая экономичность, т. е. расход топлива автомобилем дол-
жен быть 3...5 л на 100 км/ч при литраже двигателя до 1,2 л и 4...6 л
на 100 км/ч при литраже до 2 л;
выполнение норм ЕВРО по токсичности (см. главу 3);
низкие показатели по шумности;
точное регулирование угла опережения зажигания и состава
смеси на всех режимах работы двигателя.
Выполнение этих требований, особенно по экономичности и ток-
сичности, возможно только при использовании цифровых электрон-
ных систем. Несколько тысяч опытных данных вводятся в память
электронного блока управления (ЭБУ), выполненного на базе мик-
ропроцессора (МП). Эти системы часто называют микропроцессор-
ными системами управления (МПСУ). Получая от многих датчиков
сигналы, МП определяет режим работы двигателя и подает команды
исполнительным органам (системе зажигания и форсункам), обеспе-
чивая точный угол опережения зажигания и состав смеси.
138
10.2. КОМПОНОВКА И РАБОТА СИСТЕМ ПИТАНИЯ
С ВПРЫСКИВАНИЕМ БЕНЗИНА
Системы питания с впрыскиванием бензина классифицируют
по следующим признакам:
по месту подвода топлива — центральный (одноточечный)
впрыск, распределенный (форсунки у каждого впускного клапа-
на), непосредственный (форсунки в головке цилиндров);
способу подачи топлива — с непрерывным впрыскиванием (в
системах Джетроник типов К и КЕ) и прерывистым впрыскивани-
ем (в системе JI-Джетроник), которое бывает фазированным (по-
дача бензина только на впуске) и нефазированным (подача на
каждом обороте коленчатого вала);
способу регулирования количества топлива — пневматические,
механические, электронные;
способу определения расхода воздуха —по разрежению во
впускном коллекторе, углу поворота дроссельной или специаль-
ной (типа «парус») заслонки, показаниям термоанемометрическо-
го датчика.
Рассмотрим систему питания с впрыскиванием бензина
(рис. 10.1). Бензин из бака под давлением подается через гидроак-
кумулятор и топливный фильтр к дозатору-распределителю, а от
него к рампе — специальному трубопроводу, в котором поддержи-
вается постоянное давление. В рампе установлены форсунки, ко-
торые впрыскивают бензин во впускной коллектор. Так как в рам-
пе поддерживается постоянное давление, то количество впрыски-
ваемого форсункой топлива будет зависеть только от времени ее
открытия (см. главу 8). Зная расход воздуха и требуемый на дан-
ном режиме коэффициент а, можно подать точную дозу топлива.
Количество воздуха замеряет датчик-расходомер. Он же воздей-
ствует на регулятор давления топлива, а тот, в свою очередь, на
дозатор-распределитель, обеспечивая заданное давление и цикло-
вую подачу. Насос рассчитан на подачу топлива в 5... 10 раз боль-
шую, чем нужно для работы двигателя при полной нагрузке, по-
этому большая часть топлива от регулятора давления идет на слив,
что обеспечивает прокачку топлива через фильтр несколько раз в
час.
При пуске двигателя в работу включается пусковая форсунка, а
воздух в цилиндры поступает через специальный дополнительный
канал во впускном коллекторе.
Для точного управления работой системы в последних моделях
(типа КЕ) устанавливают электронный блок управления, который
управляет режимом работы насоса и форсунок вместе с дозато-
ром-распределителем (показано на рис. 10.1 штриховыми линия-
ми).
В системах типа Мотроник функции управления и обработки
сигналов по системам питания и зажигания выполняет электрон-
139
Дроссель
Впускной
о
Впускной
коллектор
Дроссель
коллектор
Рис. 10.1. Структурные схемы систем питания Джетроник типов К (а) и Л (б)
(штриховые линии для систем типа КЕ и ЛЕ)
ный блок МПСУ. В него введены сложные программы, учитываю-
щие все возможные режимы работы двигателя. Обращаясь к зало-
женной в его памяти программе, микропроцессор обеспечивает
точные сигналы управления форсунками и другими блоками.
10.3. УСТРОЙСТВО И РАБОТА ДАТЧИКОВ СИСТЕМЫ ПИТАНИЯ
Датчики расхода воздуха. Поскольку состав смеси регулируют
изменением подачи топлива форсунками, а это зависит от расхода
воздуха, то в двигателе необходимо постоянно измерять расход
воздуха. Для этого применяют следующие расходомеры: механи-
ческий с напорным диском (типа «парус» в системах К-Джетро-
ник, Л-Джетроник); термоанемометрический (системы ЛХ-Джет-
роник, Мотроник, ВАЗ, ГАЗ); пневмодинамический (системы
Мотроник, М-2141).
140
Расходомер с напорным диском (типа «парус») расположен во
впускном коллекторе. Его напорный диск 1 («парус») (рис. 10.2, а)
закреплен на рычаге 3. Рычаг имеет ось и балансир 5 (груз). Тол-
щина диска приблизительно 1 мм, диаметр 100 мм. Вся эта систе-
ма хорошо сбалансирована, рычаг на оси установлен на шарико-
вом подшипнике, поэтому система реагирует на малейшее изме-
нение скорости воздуха. При увеличении скорости воздуха напор-
ный диск поднимается и поворачивает рычаг 3. Он перемещает
золотник дозатора-распределителя 2, который изменяет подачу
топлива. Форма камеры, где помещен диск, обеспечивает линей-
ную зависимость перемещения рычага от скорости и, следователь-
но, от расхода воздуха.
С помощью винта 4 на рычаге 3 регулируют цикловую подачу.
В некоторых автомобилях (BMW) этим винтом можно также ре-
гулировать двигатель на токсичность.
Рис. 10.2. Датчики расхода воздуха:
а —с напорным диском: 7 —диск; 2—золотниковый распределитель; 3 — рычаг; 4—регули-
ровочный винт; 5—груз; 6— золотник; 7—дроссельная заслонка; б — термоанемометричес-
кий: 7— корпус; 2— электронный модуль; 3 — диффузор; 4 — предохранительные и формиру-
ющие сетки; 5 — платиновая нить; 6 — электрический разъем (штекер)
141
Термоанемометрический датчик основан на измерении измене-
ния сопротивления нагретой проволоки при охлаждении ее про-
ходящим воздухом. В корпусе датчика 1 (рис. 10.2, б) размещены
формирователь потока воздуха с сетками 4, платиновая нить 5 и
электронный модуль 2. Платиновая нить нагревается электричес-
ким током. При прохождении по датчику воздуха температура
нити уменьшается: чем больше скорость воздуха, тем меньше тем-
пература нити. Для температурной компенсации имеется еще
одна такая же нить вне датчика в неподвижном воздухе. Элект-
ронный модуль определяет силу тока через нить, сравнивает с со-
противлением внешней нити и дает сигнал в процессор о расходе
воздуха. Связь датчика с процессором осуществляется через ште-
кер 6.
Пневмодинамический датчик основан на измерении перепада
давления до и после дроссельной заслонки. Количество воздуха,
проходящее через впускной коллектор, определяют по формуле
Qb /Л^Рв,
где fc — проходное сечение впускного коллектора; v„ — скорость движения возду-
ха, по уравнению Бернулли: vB=qxj2(p1-p2)/pB (здесь <р — коэффициент сопро-
тивления движению воздуха; рь р2 — давление во впускном коллекторе соответ-
ственно до и после дросселя; р, — плотность воздуха); Д/—длительность импульса
подачи.
Проходное сечение зависит от угла поворота дроссельной зас-
лонки. Компьютер системы питания, получая сигналы датчиков
давления и угла поворота дроссельной заслонки, по приведенной
выше формуле вычисляет расход воздуха, а по нему — коэффици-
ент избытка воздуха. Угол поворота дроссельной заслонки измеря-
ется специальным реохордным (с переменным сопротивлением)
датчиком.
Для учета влияния температуры на плотность воздуха применя-
ют датчик внешней температуры.
Датчик измерения кислорода в отработавших газах (Л-датчик)
предназначен для точного определения коэффициента избытка
воздуха в цилиндре. Датчик дает эффект только при установке на
двигатель нейтрализатора. Применяют в основном датчики, у ко-
торых чувствительным элементом является двуокись циркония,
покрытая с двух сторон пленкой платины. Двуокись циркония
представляет собой твердый электролит. К одной стороне этого
чувствительного элемента подводится чистый воздух, а к другой —
отработавшие газы. Элемент реагирует на разность парциальных
давлений кислорода в воздухе и отработавших газов. В зависимос-
ти от этой разности он вырабатывает ЭДС разной величины, по-
сылая сигнал в микропроцессор.
Датчик устанавливают на выпускном коллекторе. С этой целью
на корпусе датчика 1 (рис. 10.3) выполнена резьба. Внутри защит-
142
Рис. 10.3. X-Датчик:
7 — корпус; 2 — керамический патрон; 3 — электрический разъем; 4—
кожух; 5— контакт; 6— активный керамический колпак; 7— защитный
колпак
ного колпака 7 с прорезями помещен активный колпак 6 с плати-
новыми контактами 5 из спеченного с керамикой диоксида цир-
кония. Внутри керамического патрона 2 есть канал для подвода к
элементу чистого воздуха. Отработавшие газы подводятся к эле-
менту через прорези колпака 7. Через контакт 5 и разъем 3 сигнал
от датчика поступает в микропроцессор.
10.4. ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ, ПРИБОРЫ, РЕГУЛЯТОРЫ
Форсунка предназначена для подачи точно отмеренной дозы
топлива (цикловой подачи) и дробления топлива на частицы раз-
мером 20...50 мкм.
По назначению различают форсунки пусковые и основные,
принципу действия — механические и электромагнитные, способу
подачи топлива — открытые и закрытые, месту установки — цен-
тральные (одна форсунка на все цилиндры — одноточечный
впрыск) и по одной форсунке на каждый цилиндр (распределенный,
или многоточечный, впрыск).
В системах типа К-Джетроник применяют постоянно откры-
тые механические форсунки, в остальных — закрытые. В совре-
менных системах форсунки установлены на каждый цилиндр
(многоточечный впрыск), либо во впускном коллекторе (впрыс-
кивают топливо перед впускным клапаном), либо непосредствен-
но в цилиндре (впрыск в процессе впуска). Это позволяет резко
снизить давление впрыскивания (0,27...0,52 МПа) по сравнению с
форсунками, подающими топливо в цилиндр в конце процесса
сжатия (в дизелях).
Механические форсунки однодырчатые, давление начала от-
крытия (регулировки) 0,27...0,52 МПа, угол конуса распиливания
35°. Устройство и принцип действия их такие же, как у форсунок
дизелей (см. главу 8).
143
Форсунки с электромагнитным приводом широко применяют в
системах с электронным управлением.
Количество топлива, проходящее через сопло форсунки, рас-
считывают по формуле
От ~ Тс^т^Фт»
где fc — проходное сечение сопла; vT — скорость движения топлива через сопло,
определяемая по уравнению Бернулли: vT =<р^2(рг-рш1)/рт (здесь <р —коэффици-
ент сопротивления движению жидкости; рт — давление топлива, МПа; рт — дав-
ление во впускном коллекторе, МПа; рт —плотность топлива, кг/м3); ДГ —дли-
тельность подачи (импульса).
Поскольку величины ф,/ё, рвп, рт постоянные, то скорость дви-
жения топлива vT тоже будет постоянная. Следовательно, количе-
ство впрыскиваемого топлива зависит только от А/ — длительнос-
ти открытия иглы форсунки.
Форсунка состоит из корпуса 2 (рис. 10.4), электромагнита с
обмотками 9 и сердечником 5, распылителя 7 с иглой, поджатой
пружиной 4. Топливо от регулятора давления подается по топлив-
ному шлангу 7 через фильтр 8. В
разъем 6 вставляют колодку электри-
ческого разъема управления от элект-
ронного блока. Электронный блок
(микропроцессор), анализируя сиг-
налы датчика углового положения
коленчатого вала, в строго опреде-
ленные моменты дает сигнал на пода-
чу электрического тока в катушку
электромагнита. В зависимости от
расхода воздуха, о котором сигнали-
зирует датчик расхода воздуха, мик-
ропроцессор определяет длитель-
д ность этого сигнала в соответствии с
программой, которая заложена в па-
мяти электронного блока. После вы-
полнения программы происходит от-
ключение цепи обмоток электромаг-
ю нита, и пружина 4 возвращает иглу на
место, закрывая форсунку.
Рис. 10.4. Электромагнитная форсунка фирмы
Bosch:
/ — распылитель; 2—корпус; 3— якорь электромаг-
нита; -/—пружина; 5—сердечник электромагнита;
6— электроразъем; 7—топливный шланг; 8—
фильтр; 9— обмотки соленоида; /0 — упорная шайба
(ограничитель); 11— игла распылителя
144
Высоту подъема иглы определяет ограничитель 10. Конический
штифт иглы обеспечивает требуемый конус распыления топлива.
Каждой модели двигателя (не марки, а модели) соответствует
своя форсунка. Например, для автомобилей Mercedes-Benz серии
190 давление начала впрыскивания равно 0,35...0,41 МПа, а серий
200 и 230 — 0,37...0,43 МПа. Фирма Bosh, которая выпускает эти
форсунки, указывает значения давления после приработки — со-
ответственно 0,3 и 0,32 МПа.
Форсунки вворачивают во впускной коллектор или, что чаще,
закрепляют в пластмассовом гнезде рампы. Для снятия их требует-
ся специальное приспособление.
Пусковое устройство состоит из обводного канала воздуха с кла-
паном и пусковых форсунок.
Пусковые форсунки устроены аналогично основным, но мень-
ше по размеру. Конус распыления у них достигает 80°. Техничес-
кие данные пусковой форсунки (система К-Джетроник): пропуск-
ная способность 85+17 скг/мин при давлении 0,45 МПа; рабочее
напряжение 7... 15 В; потребляемая мощность 37 Вт; продолжи-
тельность впрыскивания не превышает 7,5 с при —20 °C, 5 с при
0 °C; 2 с при 20 °C и 0 с при 35 °C. Время срабатывания форсунки
определяет термореле.
Клапан добавочного воздуха служит для подачи воздуха при
пуске двигателя в обход дросселя, который в это время закрыт.
Обводной канал, в котором находится этот клапан, имеет сечение
для пропускания такого количества воздуха, которое обеспечивает
богатую смесь. При прогреве двигателя клапан, управляемый би-
металлической пластиной с нагревом от спирали, перекрывает
этот канал.
Накопитель топлива в некоторых системах устанавливают после
бака. Накопитель представляет собой гидравлический аккумуля-
тор, который поддерживает давление в системе после выключения
насоса. Например, при рабочем давлении 0,54...0,62 МПа через 10
мин после выключения насоса давление в системе должно быть не
менее 0,34 МПа. Рабочая полость гидроаккумулятора имеет объем
20...40 см3.
Фильтр тонкой очистки топлива аналогичен применяемым в
двигателях фильтрам. Он установлен за насосом. При 5...10-крат-
ной подаче все топливо бака за 1 ч работы многократно проходит
через фильтр, что обеспечивает хорошую его очистку.
Дозатор-распределитель дозирует и распределяет топливо по
форсункам.
Регулятор давления поддерживает заданное давление в системе.
Он представляет собой клапан постоянного потока. При работе
насоса в регулятор подается топлива больше, чем нужно для рабо-
ты двигателя. Это приводит к повышению давления в дозаторе.
145
10.5. СИСТЕМЫ МИКРОПРОЦЕССОРНОГО УПРАВЛЕНИЯ
ПОДАЧЕЙ ТОПЛИВА
Система питания Л-Джетроник представляет собой развитие си-
стемы К-Джетроник. В системе применен многоточечный (рас-
пределенный) впрыск с электромагнитными форсунками, а в сис-
теме ЛЕ-Джетроник — многоцелевое электронное управление.
Из бака 1 (рис. 10.5) топливным насосом 2 бензин под давлени-
ем 0,25 МПа через фильтр 3 подается к регулятору давления 5 и по
распределительной магистрали 4 подводится к форсункам 7.
Подача топлива форсунками определяется электронным бло-
ком управления 12 (ЭБУ). Он получает сигналы от датчиков тем-
пературы, давления и объема поступающего воздуха, частоты вра-
щения коленчатого вала, нагрузки двигателя и температуры в сис-
теме охлаждения.
Пусковая система состоит из пусковой форсунки 7 и обводного
канала воздуха, в котором установлено термореле 10 с клапаном
Рис. 10.5. Схема системы питания Л-Джетроник с впрыскиванием бензина:
7— топливный бак; 2—насос; 3 — ФТО; 4 — распределительная магистраль; 5—регулятор
давления топлива; 6— канал связи регулятора давления с впускным коллектором; 7— форсун-
ка; 8— цилиндр; 9— датчик температуры охлаждающей жидкости; 10— термореле; 77 —дат-
чик-распределитель зажигания; 72—ЭБУ; 13 — датчик выключения дроссельной заслонки;
14— корректор внешнего давления; 75 — расходомер воздуха; 76—воздухозаборник; 77-
винт качества; 18— клапан добавочного воздуха; 19— винт количества; 20— пусковая фор-
сунка; 27 —реле; 22— ключ зажигания; 15, 30, 50 —номера клемм коммутации
146
18добавочного воздуха. Термореле реагирует на температуру жид-
кости в водяной рубашке. Регулировки выполняют винтом каче-
ства 17, расположенным в канале у расходомера 75, и винтом ко-
личества 19 в канале у дроссельной заслонки.
В системе питания установлены датчик-распределитель зажи-
гания 77, датчик положения (выключения) дроссельной заслонки
13, корректор 14, расходомер воздуха 75 типа двойной «парус»,
термореле 10 и датчик температуры охлаждающей жидкости.
В состав системы управления входят ключ зажигания 22, блок
реле 21 и электронный блок 12.
На основных режимах средних нагрузок программа, заложен-
ная в электронном блоке, обеспечивает работу двигателя с мини-
мальным расходом топлива при допустимой концентрации токси-
ческих веществ в отработавших газах. Система предполагает уста-
новку Х-датчиков и нейтрализаторов.
При максимальной мощности смесь обогащается за счет увели-
чения времени открытия форсунок.
При работе на холостом ходу дроссельная заслонка закрыта и
воздух подается через обводной канал мимо расходомера. Содер-
жание СО регулируют винтом качества 77.
При принудительном холостом ходе дроссельная заслонка зак-
рыта и замыкает микроконтакты — в электронный блок поступает
один сигнал. Если частота вращения двигателя больше заданной
(восстановительной) — это второй сигнал, то электронный блок
управления, сопоставив два сигнала, выключает подачу топлива
форсунками. Это режим работы экономайзера принудительного
холостого хода. Восстановительная частота соответствует диапазо-
ну 1200... 1700 мин-1.
При пуске работают обводной канал воздуха и пусковая фор-
сунка, которая управляется электронным блоком через замок за-
жигания, термореле и реле пуска холодного двигателя (при низких
температурах окружающего воздуха). Последнее продлевает рабо-
ту пусковой форсунки до полного пуска двигателя.
Система питания Мотроник оснащена одним электронным бло-
ком для управления системами питания и зажигания. Она может
включать в себя различные элементы систем питания Л-Джетро-
ник, Моно-Джетроник. Последнюю применяют в двигателях не-
большого литража на легковых автомобилях массового производ-
ства.
По типу этой системы построены все современные системы
питания и зажигания, в том числе и на автомобилях ВАЗ, АЗЛК,
ГАЗ.
Контрольные вопросы и задания
1. Какие недостатки имеет система питания с карбюратором? 2. Какими пре-
имуществами обладает система питания с впрыскиванием бензина? 3. Чем разли-
чаются системы впрыскивания бензина с моновпрыском и распределенным
147
впрыском? 4. Перечислите датчики, необходимые для работы системы питания с
МПСУ. 5. На чем основан способ дозирования подачи топлива электромагнитны-
ми форсунками? 6. Что учитывает микропроцессор при регулировании состава
смеси? 7. Для чего нужен Л-датчик? 8. Проследите пути подачи топлива от бака к
форсункам и сигналов от датчиков к микропроцессору и от него к исполнитель-
ным механизмам по схеме системы Мотроник.
Глава 11
СИСТЕМА ЗАЖИГАНИЯ
11.1. ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ИСКРЫ
Искровая свеча зажигания (далее —везде свеча) представляет
собой разрядник с двумя электродами, разделенными воздушным
промежутком. При создании разности потенциалов между электро-
дами свечи возникает сначала тлеющий разряд — слабый ток в
ионизированном воздухе. При увеличении напряжения ток в этом
разряде увеличивается, ионы и электроны вытесняют из зоны тока
нейтральные молекулы (толчок), и при дальнейшем увеличении
тока зазор пробивается. Газ в столбе тока нагревается до состояния
плазмы — видна искра. Таким образом, пробой воздушного проме-
жутка происходит за счет пробивного напряжения, а основная
энергия заряда переносится в плазменном столбе при относительно
небольшом напряжении, но достаточно большой силе тока.
Пробивное напряжение Unp — напряжение, при котором проис-
ходит пробой искрового промежутка свечи. При атмосферном
давлении для пробоя воздушного промежутка 1 мм требуется при-
мерно 10 кВ.
Процесс образования искры состоит из двух фаз.
Емкостная фаза (рис. 11.1, период а—б). После достижения
пробивного напряжения в момент а резко падает напряжение и
возникают резкие колебания силы тока (до десятков ампер). Не-
смотря на малую энергию искры (0,5С2{/Пр, где С2 — емкость заря-
да), мощность (за очень малое время) может достигать десятков
киловатт. Искра голубого цвета. Высокочастотные колебания
Рис. 11.1. Осциллограмма искрового
разряда:
U2 — вторичное напряжение; t— время; а—
б — емкостная фаза; б—в — индуктивная фаза
(дуговой разряд); / — максимальное вторич-
ное напряжение катушки зажигания; 2 —
пробивное напряжение (напряжение зажига-
ния); 3— напряжение электрической дуги
(увеличено)
148
Рис. 11.2. Зависимость пробивного £/np (fl) и вторичного U2 (б) напряжений
от частоты вращения л и нагрузки:
7 — при полной нагрузке; 2— при 1/2 нагрузки; 3— при малой нагрузке; -/—при пуске и хо-
лостом ходе; 5 — максимальное вторичное напряжение (напряжение холостого хода катушки
зажигания); 6а — для четырехцилиндрового двигателя; 66—для шестицилиндрового двигателя
(104...106 Гц) вызывают сильные радиопомехи и эрозию электро-
дов свечи.
Индуктивная фаза (период б— в). Соответствует тлеющему раз-
ряду. Сила тока составляет 20...40 мА. Напряжение
U3 = {220...330 В + 100[В/мм]8} (здесь 8 — зазор между электрода-
ми). Это напряжение составляет 300...400 В (сравните: пробивное
напряжение равно 10...12 кВ). Время периода 1...1,5мс, что на
два-три порядка больше времени емкостной фазы. Искра бледно-
фиолетово-желтого цвета («хвост искры»).
Энергия искры обычно составляет №„ = 15...20 мДж. Для про-
гретого двигателя на номинальном нагрузочном режиме требуется
энергия искры около 5 мДж. Но на режиме пуска холодного дви-
гателя и холостого хода энергия должна достигать 30... 100 мДж.
Таким образом, для большей надежности зажигания рабочей
смеси на электродах свечи необходимо создать требуемое пробив-
ное напряжение 16...25 кВ (с запасом) и возможно большие энер-
гию искры и продолжительность индуктивного периода разряда.
Пробивное напряжение воздушного промежутка согласно экс-
периментально установленному закону зависит от давления среды
и зазора между электродами (прямо пропорционально) и темпера-
туры (обратно пропорционально) (рис. 11.2, а). С увеличением ча-
стоты вращения t/np уменьшается, так как ухудшается наполнение
и возрастает температура центрального электрода свечи.
После первых 2 тыс. км пробега округляются кромки электро-
дов свечи и увеличивается зазор из-за эрозии металла. Это требует
большего (на 20...25 %) пробивного напряжения. Поэтому через
10... 15 тыс. км пробега нужно регулировать зазор между электро-
дами свечи.
149
11.2. КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ ЗАЖИГАНИЯ.
КЛАССИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЗАЖИГАНИЯ
Система зажигания предназначена для принудительного вос-
пламенения рабочей смеси в камере сгорания бензиновых двига-
телей точно в заданный момент времени. Для выполнения этого
должны быть созданы импульсы высокого напряжения требуемой
мощности, обеспечено надежное зажигание рабочей смеси в опре-
деленный момент рабочего цикла двигателя, распределены им-
пульсы высокого напряжения по цилиндрам в соответствии с по-
рядком работы цилиндров двигателя.
К системе зажигания предъявляют следующие жесткие требо-
вания: работа в любых климатических условиях эксплуатации при
вибрации, воздействии пыли, влаги и других факторов; надежное
искрообразование на любых режимах работы двигателя; достаточ-
ная энергия и продолжительность искры; строго определенный
момент зажигания в соответствии с нагрузочным и скоростным
режимами работы двигателя; допустимая эрозия электродов свечи.
Классификация систем зажигания. Различают следующие систе-
мы зажигания: по способу синхронизации искрообразования —
контактные и бесконтактные; способу накопления энергии — ин-
дуктивные и емкостные; способу разрыва первичной цепи — с ме-
ханическим разрывом и транзисторные; способу распределения им-
пульсов высокого напряжения — с механическим и электронным
распределением; способу регулирования угла опережения зажига-
ния — с механическими автоматами и электронным регулированием.
Наиболее распространенные системы с индуктивным накопле-
нием энергии (с катушками зажигания), контактным способом
синхронизации, механическим распределением импульсов и ме-
ханическими автоматами регулирования угла опережения зажига-
ния называют классическими (батарейными).
Состав классической контактной системы зажигания (рис. 11.3, а):
источник энергии постоянного тока (аккумулятор или генера-
тор), прерыватель, конденсатор, катушка зажигания и искровые
свечи. Эти элементы составляют две цепи: первичную и вторич-
ную. Первичная цепь: источник энергии G — прерыватель —
первичная обмотка L1 катушки зажигания и конденсатор С1,
подключенный параллельно контактам прерывателя. Вторичная
цепь: вторичная обмотка L2 катушки зажигания — искровые
свечи.
Работа классической системы зажигания. Контакты прерывателя
ПР размыкаются механически от кулачка К (связь показана на ри-
сунке штриховой линией), который имеет привод от распредели-
тельного вала, следовательно, у четырехтактных двигателей вра-
щается в 2 раза медленнее коленчатого вала. При замыкании кон-
тактов в первичной цепи нарастает ток, создавая в первичной об-
мотке L1 магнитное поле. Его силовые линии пересекают также и
150
Рис. 11.3. Схема контактной системы зажигания (а) и электрические сигналы
первичной и вторичной цепи (б):
G — источник энергии (генератор или аккумуляторная батарея); ПР— прерыватель; С1— кон-
денсатор; К— кулачок; КЗ — катушка зажигания; ЯС—искровые свечи; /—первичный ток;
2— импульс напряжения первичной цепи; 3— импульс вторичного напряжения; ЗАМ— кон-
такты замкнуты; РАЗ— контакты разомкнуты
витки вторичной обмотки L2. Катушка зажигания является повы-
шающим трансформатором. Коэффициент трансформации
'тр = w2/wi ~ 55...90 (здесь и wi — число витков соответственно
вторичной и первичной обмоток). Если в первичной обмотке на-
пряжение составляет 10... 12 В, то во вторичной обмотке оно дос-
тигает 300...400 В.
Для пробоя воздушного промежутка в свече нужно
16 000...20 000 В. Такой импульс высокого напряжения возникает
при размыкании контактов прерывателя, когда первичная цепь
разрывается, ток исчезает и магнитное поле цепи резко сокраща-
ется. Силовые линии поля с большой скоростью пересекают вит-
ки вторичной обмотки. По закону Фарадея электродвижущая сила
(ЭДС) прямо пропорциональна скорости пересечения проводника
магнитным полем. В этот момент во вторичной обмотке наводит-
151
ся ЭДС высокого напряжения (16...25 кВ), благодаря чему проис-
ходит пробой зазора между электродами разрядника (свечи ИС).
При разрыве первичной цепи в ее обмотке L1 возникает ЭДС
самоиндукции (при напряжении 200...400 В), которая направлена
в обратную сторону. Она создает искру между контактами преры-
вателя, что приводит к их обгоранию. Конденсатор С1, включен-
ный в цепь параллельно контактам, поглощает ЭДС самоиндук-
ции, чем предотвращает возникновение искры между контактами.
Затем конденсатор разряжается через первичную обмотку, что
приводит к возникновению тока во вторичной обмотке и продле-
нию индуктивной фазы разряда («хвост искры»), который обеспе-
чивает лучшее зажигание смеси.
Процесс создания высокого напряжения можно разделить на
три этапа (рис. 11.3, б): 1) контакты прерывателя замкнуты —
ЗАМ', 2) контакты прерывателя разомкнуты — РАЗ', 3) пробой ис-
крового промежутка — начало этапа РАЗ.
Первый этап', подключение первичной обмотки катушки зажи-
гания (накопителя) к источнику тока. Ток Ц в первичной цепи
(верхний график) нарастает по экспоненте:
/1=^-(1-е-/Л>),
где £/и — напряжение источника тока; R\ — суммарное активное сопротивление
первичной цепи; / — текущее время; Т| = LJRX — постоянная первичного контура;
Lj — индуктивность катушки.
При этом в катушке зажигания накапливается электромагнит-
ная энергия.
Таким образом, сила тока в первичной обмотке зависит от вре-
мени первого этапа, т. е. времени замкнутого состояния контак-
тов. Следовательно, ток разрыва
/ -£и(1_е-'»мА1).
р 7?1
Второй этап. Размыкание контактов приводит к отключению
катушки от источника тока. Первичный ток исчезает. Накоплен-
ная энергия превращается в электростатическую. Магнитное поле
исчезает, и во вторичной обмотке индуцируется ЭДС высокого
напряжения. Напряжение во вторичной обмотке тем больше, чем
больше коэффициент трансформации, ток в первичной обмотке в
момент размыкания контактов и скорость сокращения магнитно-
го поля.
Уравнение баланса энергии в первичной и вторичной цепях
(без учета потерь) — электромагнитная энергия катушки преобра-
зуется в энергию электрического поля конденсаторов и частично
расходуется на тепловые потери:
152
Щф/2=(Схи^/2+(С2и1)/2.
Принимая t/| = (w1/w2)t4= hp^2> получаем
^2 = Jp'rp’lJ(C + с/ J’
где г| — коэффициент затухания; л = 0,75...0,85; Cj — емкость первичной цепи
(конденсатора); С2 — емкость вторичной цепи.
На рисунке 11.3, б показаны переходные процессы в системе
зажигания: верхняя часть — в прерывателе (изменение первичного
тока), нижняя —во вторичной обмотке (изменение вторичного
тока). В момент разрыва контактов ток в первичной обмотке резко
снижается. В этот момент во вторичной обмотке резко нарастает
импульс высокого напряжения (нижний график). Затем первич-
ный ток затухает с колебаниями — происходит нагрев первичной
цепи. Если напряжение недостаточно для пробоя искрового про-
межутка свечи, то и во вторичной обмотке происходят затухаю-
щие колебания.
Энергия искрового разряда
Н'^=О,51л12л,
где т|Р — коэффициент передачи запасенной энергии в энергию искры: для тради-
ционной (цилиндрической формы) катушки зажигания пР = 0,35...0,45. Этот ко-
эффициент характеризует магнитную связь между первичной и вторичной обмот-
ками.
Из этой формулы видно, что увеличить энергию искры можно
за счет увеличения индуктивности L\ первичной цепи (катушки)
или тока разрыва /р. Для классических систем зажигания ток раз-
рыва /р = 3,5...4 А из-за резкого снижения ресурса контактов. Уве-
личение индуктивности Ц ограничивается условием обеспечения
бесперебойности искрообразования на максимальных частотах
вращения, так как при постоянном напряжении батареи с увели-
чением частоты вращения индуктивность должна уменьшаться.
Направления совершенствования классической системы зажига-
ния. Напряжение во вторичной цепи системы зажигания можно
увеличить за счет изменения значений тока разрыва и параметров
первичной (£ь Rh С\) и вторичной (С2, цепей. Параметры
первичной цепи зависят от режима двигателя (частота вращения и
число цилиндров) и работы прерывателя (время замкнутого состо-
яния контактов).
Ток разрыва /р в основном зависит от времени замкнутого со-
стояния контактов. При воздействии на контакты вращающегося
153
кулачка специального профиля это время определяется углом зам-
кнутого состояния контактов, увеличивая который, можно увели-
чить ток разрыва. Однако конструктивно добиться более 60...65 %
времени замыкания контактов невозможно. Хотя есть зарубежные
модели, в которых этот период достигает 85 % (при наличии двух
прерывателей и одной катушки).
Время замкнутого состояния контактов t = а/6л, здесь а — угол
замкнутого состояния контактов.
С повышением частоты вращения это время уменьшается,
вследствие чего снижается напряжение во вторичной цепи (см.
рис. 11.2, б). На низких частотах напряжение падает из-за дугооб-
разования на контактах. При высоких частотах напряжение падает
из-за уменьшения времени их замкнутого состояния.
Нарастание тока пропорционально отношению напряжения
батареи к индуктивности катушки и сопротивления R\ цепи.
Значит, чтобы увеличить ток разрыва, можно уменьшить сопро-
тивление первичной цепи. Однако чрезмерное уменьшение со-
противления и увеличение угла замкнутого состояния контактов
приводят к увеличению обгорания контактов, особенно на низких
частотах вращения.
Уменьшить емкость конденсатора С] не позволяет возникаю-
щее в момент разрыва контактов дугообразование, что вызывает
дополнительные потери энергии. Значения С} выбирают в преде-
лах 0,15...0,35 мкФ.
Величину С2 (емкость свечи и вторичной обмотки катушки за-
жигания) уменьшить не позволяет технология изготовления. Она
находится в пределах 40...75 пкФ, в экранированных системах —
до 150 пкФ, т. е. вторичное напряжение в экранированных систе-
мах меньше.
Увеличивая коэффициент трансформации i-^, можно повысить
вторичное напряжение, однако оно снижается затем из-за сопро-
тивления свечи. Для существующих систем при индуктивности
первичной обмотки 6,5...9,5 мГн оптимальный коэффициент
трансформации равен 55...95.
Из сравнения формулы по определению энергии искрового
разряда и вторичного напряжения видно, что обе величины зави-
сят от тока разрыва. Значит, для повышения эффективности зажи-
гания смеси нужно увеличить ток разрыва.
11.3. ПРИБОРЫ КЛАССИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ЗАЖИГАНИЯ
Свеча зажигания работает в очень тяжелых условиях. Темпера-
тура в искре достигает 10 000 К. В это время электроны с одного
электрода активно переносятся на другой, т. е. происходит эрозия
электродов. Температура в камере сгорания достигает 2800 К. На-
пряжение может составлять 25...30 кВ. Поэтому свеча должна об-
154
ладать стойкостью к электрической эрозии; иметь высокие изоля-
ционные свойства, герметичность; выдерживать высокие темпера-
туры и перепады температур (не трескаться, не шелушиться);
обеспечивать хороший отвод теплоты от частей свечи, находящих-
ся в камере сгорания, к головке цилиндров и самоочищение элек-
тродов.
Устройство и маркировка свечей зажигания. Свечу вворачивают
в головку цилиндров. В металлический корпус '/свечи (рис. 11.4, а)
завальцован изолятор 2 с центральным электродом 5. Последний
заплавлен в проставку 3 стеклосплава, которая обеспечивает гер-
метичность соединения изолятор — центральный электрод. Боко-
вой электрод 6 приварен к корпусу.
Центральный электрод изготовлен из стали 13Х25Т или
Х20Н80, боковой электрод — из сплава НМц-5. Для улучшения
охлаждения свечи (почти 90 % теплоты от свечи передается че-
рез резьбовую часть и нижний пояс корпуса к головке цилинд-
ров) между корпусом и изолятором устанавливают теплоотводя-
щее кольцо, а под корпус свечи — уплотнительное медное
кольцо 7.
Свечи различают по тепловой характеристике (рис. 11.4, б), ко-
торая определяется калильным числом — показателем, пропорци-
Рис. 11.4. Искровая свеча зажигания (а) и тепловые характеристики свечей (б):
/ — стержень; 2— изолятор; 2 — токопроводящая проставка (герметик); 4— корпус; 5 — цент-
ральный электрод; 6— боковой электрод; 7—уплотнительное кольцо; /, //, ///—холодная,
горячая и термоэластичная свечи
155
опальным среднему индикаторному давлению, при котором начи-
нается калильное зажигание (верхний температурный предел).
Калильное число определяют экспериментально на одноцилинд-
ровой установке.
В интервале температур 500...900 К происходит самоочищение
электродов. Нижнему значению температурного предела соответ-
ствует интенсивное нагарообразование. Применяют свечи с ка-
лильным числом 8; 11; 14; 20, 23; 26.
Маркировка свечей означает следующее: А —резьба
М14х 1,25; М —резьба М18х 1,5; цифра — калильное число; бук-
ва Н или Д — длина резьбовой части (Н — 11 мм, Д — 19 мм); В —
тепловой конус изолятора выступает за торец корпуса (если нет
этой буквы — не выступает); Т (термоцемент) — наличие гермети-
ка между центральным электродом и изолятором (иные герметики
не указывают в обозначении).
Пример: А17ДВ (в двигателях ВАЗ) —резьба М 14x1,25, ка-
лильное число 17, длина резьбовой части 19 мм, тепловой конус
изолятора выступает за торец корпуса.
Свечи подбирают к двигателю так, чтобы на всех эксплуатаци-
онных режимах двигателя свеча работала в допустимом темпера-
турном диапазоне своей тепловой характеристики. «Горячие» све-
чи рекомендуются для малофорсированных двигателей, «холод-
ные» — прогреваются быстрее при меньших нагрузках, быстрее
достигают температуры самоочищения.
Неисправности свечей зажигания. Свеча обеспечивает нормаль-
ное искрообразование, если она не мокрая (электроды не покры-
ты пленкой жидкости), ободок резьбовой части не покрыт нага-
ром (слоем копоти), цвет электродов и изолятора от светло-ко-
ричневого до светло-серого (а не темно-коричневого с пятнами).
Иногда нарушается герметичность изолятора с электродом или
корпусом и происходит оплавление электродов, изолятора.
О богатой смеси или большом зазоре между электродами сви-
детельствуют черные закопченные электроды и изолятор; бедной
емкости, плохо отрегулированных клапанах, плохо затянутых све-
чах и применении низкооктанового бензина — серый цвет элект-
родов и следы оплавления их; об износе поршневых колец и нера-
ботающей свече — наличие масла на электродах и изоляторе.
Неисправную свечу можно точно определить только на специ-
альном приборе.
Через 10... 15 тыс. км пробега регулируют зазор между электрода-
ми. В классической системе зажигания он должен составлять
0,5...0,6 мм, в бесконтактной системе— 0,8...0,9 (до 1,2 мм). Момент
затяжки свечи при установке в головку цилиндров 15...40 Н • м.
Катушка зажигания представляет собой повышающий авто-
трансформатор. Ее сердечник 6 (рис. 11.5) набран из пластин
трансформаторной стали толщиной 0,35 мм. На сердечник с изо-
лирующей прокладкой намотано 18...25 тыс. витков и»! первичной
156
Рис. 11.5. Катушка зажигания:
7, 11, 74—выводы низкого напряжения без маркировки, ВК и ВК-Б; 2 — магнитопровод; 3,
4 — первичная и вторичная обмотки; 5 — изолятор; 6 — сердечник; 7— кожух; 8— добавочный
резистор; 9 — изолятор; 10— изолирующий картон; 12 — карболитовая крышка; 13— наконеч-
ник; 75 — шины
3, а поверх нее — 220...300 витков w2 вторичной обмотки 4. Следо-
вательно, коэффициент трансформации катушки — 62...80.
Внешнее расположение первичной обмотки обеспечивает ее
лучшее охлаждение. Толщина медной проволоки первичной об-
мотки 0,52...0,86 мм, вторичной обмотки 0,07—0,09 мм. Под кожу-
хом 7 установлен магнитопровод 2. Изолятор 5 и карболитовая
крышка 72 изолируют между собой сердечник и кожух. Весь объем
катушки заполнен трансформаторным маслом, которое является
общим изолятором и способствует лучшему теплообмену.
Центральная высоковольтная клемма с наконечником 13 со-
единена с одним из концов вторичной обмотки и служит для уста-
новки выходного провода высокого напряжения. Другой конец
вторичной обмотки соединен с одним из концов первичной об-
мотки, и оба они выведены на клемму 1 (безымянную). Другой
конец первичной обмотки выведен на клемму 11. К клемме 14
подсоединен добавочный резистор <У сопротивлением 1... 1,9Ом.
Катушки рассчитаны на работу при напряжении 6...8 В, кото-
рое бывает у аккумуляторной батареи при пуске двигателя. Поэто-
му во время работы двигателя такое напряжение обеспечивает до-
полнительный резистор, а при пуске двигателя он шунтируется
(«закорачивается», т. е. ток идет мимо него). Некоторые модели
катушек не имеют таких резисторов.
В бесконтактных системах зажигания применяют двух- и четы-
рехвыводные катушки зажигания. Они компактнее, имеют замк-
157
нутый магнитопровод, их обмотки намотаны в обратной последо-
вательности: сначала первичная, а потом вторичная. Эти катушки
имеют два или четыре высоковольтных вывода. Высокое напряже-
ние коммутируется сразу на двух выводах. Соответственно искра
возникает сразу в двух цилиндрах (1-ми 4-м или 2-м и 3-м). В од-
ном из них она рабочая, создается в конце такта сжатия, а в дру-
гом — холостая, так как там в этот момент конец такта выпуска.
Например, в двигателе ВАЗ-21083 применена двухвыводная ка-
тушка 29.3705.
Прерыватель-распределитель включает в себя прерыватель, цен-
тробежный и вакуумный автоматы управления углом опережения
зажигания, октан-корректор и распределитель.
Прерыватель состоит из неподвижного (рис. 11.6) и подвижно-
го контактов, выполненных из тугоплавкого стойкого к электри-
ческой эрозии металла (вольфрама). Неподвижный контакт («на-
коваленка») закреплен на пластине 3, установленной на шарико-
подшипнике. Подвижной контакт («молоточек») закреплен на
текстолитовом рычажке 4, поджатом пластинчатой пружиной 6.
Рычажок имеет выступ, который воздействует на кулачок 8, имею-
щий столько же вершин, сколько цилиндров обслуживает преры-
ватель. Кулачок насажен на кулису 23 и вращается от вала 9, кото-
рый чаще всего имеет привод от распределительного вала ГРМ.
Вал прерывателя-распределителя вращается в 2 раза медленнее
коленчатого вала.
Подвижной контакт соединен с «массой», а неподвижный — с
клеммой ВК-Б катушки зажигания. При набегании вершины ку-
лачка на выступ рычажка подвижной контакт отходит от непод-
вижного, и первичная цепь размыкается. Зазор (обычно
0,35...0,45 мм) между контактами, определяющий угол их замкну-
того состояния, регулируют двумя винтами: стопорным и эксцент-
риковым. Отпустив стопорный винт и вращая отверткой эксцент-
риковый, можно увеличить или уменьшить этот зазор.
Центробежный автомат служит для изменения угла опереже-
ния зажигания в зависимости от частоты вращения вала двигателя.
На осях 22 пластины 11, закрепленной на валу 9, установлены гру-
зики 10, стянутые пружинами 72. Сверху установлена пластина
(кулиса) 23, в прорези которой входят штифты грузиков. Кулиса
жестко связана с кулачком 8. При вращении вала грузики расхо-
дятся под действием центробежной силы и через штифты повора-
чивают по ходу вращения кулачок. Он раньше набегает на выступ
4 подвижного контакта, что обеспечивает раннее зажигание. На
максимальной частоте вращения угол опережения зажигания дос-
тигает 30...40° угла поворота коленчатого вала. Пружины 72 имеют
разную жесткость, что обеспечивает разное изменение угла опере-
жения (ломаная линия на рис. 11.7, а)
Вакуумный автомат служит для изменения угла опережения за-
жигания в зависимости от нагрузки двигателя. Поскольку обога-
158
Рис. 11.6. Прерыватель-распределитель
Р119Б:
7 — крышка; 2 — токоразносная пластина;
3 — пластина неподвижного контакта; 4 —
рычажок; 5—контакты; 6—пружина; 7—
неподвижный диск; <?—кулачок; 9— вал;
10— грузик; 77—пластина грузиков; 12 —
пружина; 13— корпус; 14, 18— нижняя и
верхняя пластины октан-корректора; 75—
втулка; 16— штифт; 77—гайки; 19— маслен-
ка; 20— вакуумный регулятор; 27 —тяга;
22—ось грузика; 23— кулиса; 24— стопор-
ное кольцо
Рис. 11.7. Характеристики вакуумного (а), центробежного (б) автоматов изменения
углов опережения зажигания и их совместного действия (в):
/—режим пуска; //—режим холостого хода на минимальной частоте вращения; III— зона
основной работы; /, 2, 5, 4—режимы нагрузки соответственно 1/4, 1/2, 3/4 и полная; 5—ус-
тановочный угол опережения зажигания
щенная смесь горит быстрее, то по мере открытия дроссельной
заслонки угол опережения зажигания нужно уменьшать. В корпу-
се вакуумного регулятора 20 (см. рис. 11.6) находится диафрагма,
соединенная тягой 21 с подвижной пластиной 3, на которой зак-
реплен неподвижный контакт прерывателя. С внешней стороны
на диафрагму действует разрежение, подводимое через гибкий
шланг от полости за дроссельной заслонкой, изнутри (со стороны
полости корпуса 13) — атмосферное давление. При большом раз-
режении (во время пуска и холостого хода двигателя) диафрагма
прогибается и через тягу 21 поворачивает подвижной диск на-
встречу вращению кулачка, увеличивая угол опережения зажига-
ния на 8... 10° (рис. 11.7, б). По мере открытия дросселя пружина
вакуумного автомата перемещает диск вместе с контактом, умень-
шая этот угол.
На рис. 11.7, в изображена характеристика совместного дей-
ствия центробежного и вакуумного автоматов.
Октан-корректор позволяет регулировать угол опережения за-
жигания при изменении состава бензина. Вращая гайки 17 (см.
рис. 11.6), водитель посредством пластины 18 поворачивает кор-
пус 13. Это изменяет взаимное расположение неподвижного кон-
такта и кулачка. На современных прерывателях-распределителях
такого устройства нет.
Распределитель имеет токоразносную пластину 2 (ротор, бегу-
нок), которая надевается в одном положении на верхний выступ
кулачка 8. В крышке 1 расположены контакты и гнезда под высоко-
вольтные провода, в центральное гнездо вставлен провод от катуш-
ки зажигания. Подвижный контакт выполнен в виде угольного
электрода. На ротор часто устанавливают помехоподавляющий ре-
зистор. Для смазывания вала 9 предусмотрена пресс-масленка 19.
160
Привод прерывателей-распределителей. Обычно прерыватели-
распределители приводятся в действие через пару косозубых шес-
терен от распределительного вала ГРМ. При установке прерывате-
ля-распределителя в гнездо блок-картера нужно учитывать пово-
рот вала 9 за счет смещения его, вызванного углом наклона зубьев
шестерен привода.
Высоковольтные провода должны подводить энергию от катуш-
ки к распределителю и от него к свечам без потерь; обладать высо-
кими изолирующими свойствами, механической прочностью,
стойкостью к кислотам, маслам и бензину; не создавать помех ра-
боте электронных приборов (радио, телевидение, электронное уп-
равление автомобилем и т. п.).
По виду проводящего элемента применяют провода трех видов:
медный многожильный, углеволокно, ферромагнитный силикон с
проволочным сопротивлением. Провода первых двух видов рабо-
тают с дополнительными сопротивлениями, подавляющими по-
мехи. Эти сопротивления установлены или в наконечнике свечи,
или в самой свече (в маркировке такой свечи есть буква R). Мар-
кировка этих проводов ПВВ, ПВРВ, ППОВ, ПВЗС. Провода «с
распределенными параметрами» типа ПВВП, ПВППВ имеют то-
копроводящую систему из неметаллического материала или слоя
ферропласта с намотанной на него токопроводящей проволокой.
Они обладают помехоподавляющими свойствами.
Преимущества классической системы зажигания: простота
конструкции, невысокая стоимость, возможность регулирования
угла опережения зажигания в широких пределах без изменения
напряжения во вторичной цепи.
Недостатки: снижение напряжения во вторичной цепи на вы-
соких и низких частотах вращения (особенно для многоцилиндро-
вых высокофорсированных двигателей), а также при экранировке
системы; недостаточная энергия искры из-за низкого уровня запа-
сенной энергии первичной цепи; нагрев катушки на низких час-
тотах вращения (особенно при замкнутых контактах прерывателя
в остановленном двигателе); нарушение зазора в контактах в тече-
ние эксплуатации (увеличение числа регулировок); малый срок
службы контактов; изменение синхронности подачи искры по ци-
линдрам при износе кулачка; нечувствительность механизмов ре-
гулирования угла опережения зажигания (центробежного и ваку-
умного автоматов).
11.4. ВОЗМОЖНЫЕ НЕИСПРАВНОСТИ И ТЕХНИЧЕСКОЕ
ОБСЛУЖИВАНИЕ КЛАССИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ЗАЖИГАНИЯ
Возможные неисправности приборов. Любое загрязнение (пы-
лью, маслом и т. п.) приборов и соединяющих их проводов приво-
дит к утечкам тока и нарушению работы системы зажигания. Не-
161
исправности свечей указаны на с. 156. В высоковольтных проводах
могут быть трещины. Возможны их загрязнение и замасливание. В
катушках зажигания могут перегореть обмотки, дополнительный
резистор, нарушиться герметичность.
В прерывателях-распределителях могут подгорать контакты
прерывателя, измениться зазор между ними, что приводит к
уменьшению угла замкнутого состояния контактов и увеличению
сопротивления в первичной цепи. Возможны обрыв первичной
цепи, пробой и обрыв конденсатора. Износ и биение вала, под-,
шипника подвижного диска, нарушение целостности диафрагмы
и трубки, соединяющей распределитель с карбюратором (впуск-
ным коллектором), приводят к изменению угла опережения зажи-
гания. В распределителе возможны появление трещин в крышке,
подгорание контактов в крышке и роторе, перегорание добавоч-
ного резистора, окисление гнезда и наконечников высоковольт-
ных проводов, износ или выпадение уголька центрального кон-
такта.
Принципы нахождения неисправностей. Из-за неисправностей в
системе зажигания двигатель не может работать, т. е. он не пуска-
ется. Для нахождения неисправностей чаще всего используют ме-
тод последовательного поиска. Сначала проверяют «на искру» ис-
правность первичной цепи и катушки зажигания. Для этого выни-
мают центральный провод из крышки распределителя и устанав-
ливают наконечник провода на расстоянии 5...7 мм от
«массы» — любой металлической детали двигателя. При включен-
ном зажигании, сняв крышку распределителя и вручную размыкая
и замыкая контакты прерывателя, оценивают качество искры (или
ее отсутствие). При этом кулачок не должен находиться в положе-
нии, когда контакты разомкнуты.
Если на центральном проводе есть искра, то первичная цепь и
катушка работают. После этого проверяют «на искру» свечи. Если
нет искры на всех свечах, то неисправен ротор. Если нет искры на
одной или двух свечах, возможно нарушение целостности крышки
распределителя или неисправны свечи.
Если на центральном проводе нет искры, то последовательно
проверяют первичную цепь: клеммы катушки зажигания, контак-
ты прерывателя, замок зажигания, аккумуляторную батарею. Для
этого можно использовать контрольную лампу и работать при на-
пряжении 12 В.
Снижение мощности двигателя может быть из-за работы его с
перебоями (двигатель «троит»), или неправильной установки, или
нарушения угла опережения зажигания, что может быть вызвано
ошибкой при его установке либо нарушениями в работе автоматов
прерывателя-распределителя. Если двигатель «троит», то возмож-
ны неисправности свечей, трещины в крышке. Если приборы сис-
темы исправны, то необходимо проверить и установить все зазо-
ры, а также угол опережения зажигания.
162
Техническое обслуживание. При ЕТО проверяют работоспособ-
ность замка зажигания, надежность электрических контактов,
крепление приборов. При ТО-1 дополнительно очищают все при-
боры, провода от пыли и грязи, проверяют наличие трещин в
крышке распределителя, высоковольтных проводах и изоляторах
свечей. При ТО-2 с помощью переносных приборов (тестеров)
диагностируют приборы системы зажигания (прерыватель-рас-
пределитель, катушку зажигания, свечи), проверяют угол опере-
жения зажигания при движении автомобиля. Проверяют и регули-
руют зазор между контактами прерывателя. Смазывают подшип-
ник пластины распределителя. При каждом четвертом ТО-2 сни-
мают эти приборы с двигателя и проверяют их на специальных
стендах.
Установка угла опережения зажигания на двигателе. Для каждого
режима двигателя существует конкретный оптимальный угол опе-
режения зажигания (см. рис. 6.1). При раннем зажигании (угол ве-
лик) воспламенение смеси происходит до прихода поршня в в.м.т.
Давление газов действует навстречу движению поршня, и для пре-
одоления этого давления нужно затратить определенную энергию.
В результате выходная (эффективная) мощность двигателя умень-
шается. При позднем зажигании (угол меньше оптимального) вос-
пламенение смеси происходит после в.м.т., когда объем камеры
сгорания увеличивается. Из характеристического уравнения со-
стояния газа (уравнение Клапейрона—Менделеева) pV=mRT
можно выразить давление: p = mRT/V. Из уравнения видно, что
при увеличении объема давление уменьшается, т. е. оно не дости-
гает требуемого значения. При этом эффективная мощность также
падает. При установке угла опережения зажигания на автомобиле
нужно выполнить следующие операции: 1) подготовить двигатель;
2) подготовить распределитель; 3) соединить привод распредели-
теля с двигателем; 4) проверить правильность установки угла опе-
режения зажигания.
Первая операция. Коленчатый вал устанавливают в положение,
соответствующее установочному углу опережения зажигания, во
время такта сжатия первого цилиндра. Для этого определяют такт
сжатия: на место вывернутой свечи первого цилиндра помещают
бумажную пробку и вращают коленчатый вал. При такте сжатия
пробка будет выброшена из гнезда. Затем вал поворачивают до со-
впадения меток на блок-картере и шкиве привода вентилятора
(или меток на маховике). Установочный угол указан в руководстве
по эксплуатации автомобиля.
Вторая операция. Вставляют в гнездо блок-картера прерыва-
тель-распределитель. Устанавливают контакты прерывателя на
момент размыкания. Для этого один контакт контрольной лампы
соединяют с клеммой первичной цепи, а другой ее контакт — с
массой. Поворачивают корпус прерывателя-распределителя до
момента загорания лампы, что соответствует моменту размыкания
163
контактов прерывателя. При этом ротор распределителя должен
быть направлен в сторону высоковольтного гнезда первого цилин-
дра на крышке распределителя.
Третья операция. Затягивают болт фиксации корпуса, устанав-
ливают ротор и крышку распределителя, вставляют высоковольт-
ные провода в гнезда крышки распределителя и соединяют со све-
чами.
Четвертая операция. Поворачивают коленчатый вал на два обо-
рота до момента загорания контрольной лампы. При этом должны
совпасть метки на блок-картере и шкиве привода вентилятора
(маховике). При несовпадении меток ослабляют крепления кор-
пуса и слегка поворачивают его, после чего фиксируют корпус и
опять повторяют вторую—четвертую операции. Последующую
проверку проводят с помощью стробоскопа с безынерционной
(неоновой) лампой. Зажим («крокодил») стробоскопа прикрепля-
ют к высоковольтному проводу первого цилиндра и при работаю-
щем двигателе освещают шкив (маховик). За счет стробоскопичес-
кого эффекта метки на блоке и шкиве (маховике) будут казаться
неподвижными. Они точно покажут угол опережения зажигания.
Проверку проводят при 1000 и 2000 мин-1. Значения углов для
этих режимов даны в инструкции по эксплуатации.
Окончательную проверку проводят во время движения автомо-
биля на высшей передаче. При прогретом двигателе на скорости
движения 60...70 км/ч для легковых и 40...50 км/ч для грузовых ав-
томобилей резко нажимают на педаль управления дроссельной
заслонкой. Если при этом возникает детонация в цилиндрах дви-
гателя, а потом через 1...2с пропадает, то зажигание установлено
правильно.
11.5. КОНТАКТНО-ТРАНЗИСТОРНАЯ СИСТЕМА ЗАЖИГАНИЯ
Основные тенденции развития автомобильного двигателестрое-
ния: повышение степени сжатия, частоты вращения до
5000...8000 мин-1 и топливной экономичности (обусловлено рабо-
той двигателя на обедненных смесях) и снижение токсичности (при
работе с нейтрализаторами требуется гомогенная смесь с а = 1).
В связи с этим к системе зажигания повышены требования.
Необходимо увеличить напряжение, во вторичной цепи зазор ис-
крового промежутка (до 0,8...1,2 мм), что требует большего U2, и
энергию искры (15...50 мДж и более). Кроме того, надо обеспечить
устойчивое искрообразование в условиях загрязнения, нагарооб-
разования свечей, колебаний температуры, напряжения бортовой
сети и т. д.
В классической контактной системе невозможно выполнить
эти требования из-за наличия в ней прерывателя, который огра-
ничивает ток разрыва и изнашивается.
164
Рис. 11.8. Принципиальные схемы контактно-транзисторной (а) и бесконтактной (б)
систем зажигания:
/ — катушка зажигания; 2 — распределитель; 3— искровые свечи
В современных системах зажигания недостатки классической
системы (см. параграф 11.2) либо уменьшены, либо устранены.
Контактно-транзисторные системы зажигания — это электрон-
ные системы первого поколения. В этих системах работой транзисто-
ра управляет контактный прерыватель. Ток разрыва, проходящий
по первичной цепи, зависит от параметров транзистора и может
достигать 10 А. В работе системы можно выделить два этапа: 1) от-
пирание транзистора; 2) запирание транзистора и отсечка тока.
Этап 1. При замыкании контактов прерывателя QS (рис. 11.8, а)
ток управления (0,3...0,8 А) подается на базу Б транзистора VT.
Транзистор отпирается. Ток идет через переход коллектор—эмит-
тер и первичную обмотку катушки зажигания. В этот период в ка-
тушке накапливается электромагнитная энергия.
Ток в первичной обмотке нарастает в соответствии с формулой
где 1/к_э — падение напряжения на участке коллектор—эмиттер (для германиевых
транзисторов 0,5...0,7 В, для кремниевых — 1...1.5 В).
Из этой формулы видно (сравните с формулой на с. 152), что
ток нарастает по экспоненте, так же как и в классической системе,
но гораздо круче. Ограничивая время включения транзистора,
можно получить конкретное значение /р (до 8... 10 А).
Этап 2. При снятии потенциала на базе Б (при размыкании
контактов) транзистор запирается, ток в переходе коллектор-
эмиттер почти мгновенно исчезает, и начинается процесс обмена
энергией между магнитными и электрическими полями катушки
зажигания. Потери энергии при этом составляют 2...6 % энергии
магнитного поля. Поэтому транзистор можно считать идеальным
коммутирующим ключом в отличие от контактного прерывателя.
Вместе с сопутствующими элементами (усилительным звеном, ди-
165
одами, варистором) транзистор скомпонован в отдельный нераз-
борный блок — коммутатор.
Контактно-транзисторные системы зажигания были примене-
ны в двигателях ГАЗ-53А и ЗИЛ-431410 с катушкой зажигания
Б114, прерывателем-распределителем Р133 (ГАЗ) или Р137 (ЗИЛ)
и транзисторным коммутатором ТК-102.
Однако применение контактно-транзисторной системы не
решило всех проблем. В схеме остались контакты прерывателя
и механический способ распределения энергии по цилиндрам
двигателя, что приводит к обгоранию контактов ротора и
крышки распределителя, смещению угла опережения зажига-
ния. Несовершенство механических автоматов угла опережения
зажигания не обеспечивает оптимальных его значений на всех
режимах работы. Возникают погрешности момента новообра-
зования из-за механической связи коленчатого вала с распреде-
лителем. При высокой частоте вращения ток разрыва снижается
в 2 раза, что приводит к снижению напряжения во вторичной
цепи.
11.6. БЕСКОНТАКТНАЯ СИСТЕМА ЗАЖИГАНИЯ
Бесконтактные системы зажигания — это электронные системы
второго поколения. В них отсутствуют недостатки классической и
контактно-транзисторной систем. Прерыватель заменен бескон-
тактным датчиком VD (чаще магнитоэлектрическим, см. рис. 11.8,6),
который вырабатывает импульсы в строго определенные моменты
времени. Через блок управления, представляющий собой блок
транзисторов VT (на рисунке показан только один), импульсы по-
ступают в катушку зажигания 7. Распределитель 2 передает им-
пульсы высокого напряжения на свечи 3. Это системы зажигания
повышенной энергии искры (до 50 мДж) и высокого вторичного
напряжения (до 30 кВ).
Током базы Б транзистора управляет датчик VD углового поло-
жения коленчатого вала. В системе применяют магнитоэлектри-
ческие датчики и датчики Холла. Магнитоэлектрический датчик
(рис. 11.8,6) представляет собой катушку с сердечником. При
прохождении мимо сердечникачполюса магнита (диск с зубцами) в
катушке возникает ЭДС, которая подается на базу Б транзистора.
Такая система «Искра» применялась на автомобилях ЗИЛ-131 и
ГАЗ сдатчиком-распределителем типа 19.3706.
Датчик Холла (рис. 11.9, а) представляет собой полупроводни-
ковую пленку (ПП), вдоль которой в одной плоскости проходит
ток. При прохождении магнитного поля поперек плоскости плен-
ки на ее краях возникает ЭДС, которая через усилитель подается
на базу Б транзистора. Магнитное поле создается постоянным
магнитом, от которого датчик экранирован вращающимся диском
166
Рис. 11.9. Датчик-распределитель 40.3706:
а — схема эффекта Холла; б—датчик-распределитель; в — схема интегрального усилителя; / —
муфта; 2—вал; 3 — маслоотражательное кольцо; 4— сальник; 5—корпус; 6—втулка; 7—
подшипник; неподвижная пластина; 9— прокладка; 10— крышка; 11 — ротор; /2—винт;
13 — датчик Холла; 14— экран; 15 — втулка экрана; 16 — центробежный регулятор; 17— ште-
керный разъем; 18— вакуумный регулятор
с прорезями. Эффект Холла возникает при прохождении прорези
диска мимо датчика.
Основной прибор бесконтактной системы — датчик-распреде-
литель. Большинство двигателей оснащено им наряду с датчиком
Холла. Марки этих приборов от 40.3706 до 55.3706. На рисунке
11.9, б показан датчик-распределитель 40.3706 автомобилей ВАЗ.
По конструкции центробежный 16 и вакуумный 7<Урегуляторы со-
ответствуют применявшимся ранее прерывателям-распределите-
лям.
Датчик Холла 13 состоит из постоянного магнита, полупровод-
никовой пластины и интегральной микросхемы. Между полупро-
водниковой пластиной и магнитом вращается стальной экран 14 с
четырьмя прорезями, что соответствует числу цилиндров. Когда
прорезь экрана проходит между магнитом и пластиной, в ней воз-
никает эффект Холла. ЭДС ех (рис. 11.9, в) усиливается, ее сигнал
формируется микросхемой в самом датчике, а затем сигнал Вых
поступает в коммутатор. Напряжение питания 7/в = 8...14В пода-
ется от коммутатора через одну из трех клемм колодки штекерно-
го разъема 17. С другой клеммы разъемы выводится сигнал Вых, а
третья клемма соединена с «массой». Экран 14 закреплен на втул-
ке центробежного регулятора 16, благодаря чему может слегка по-
ворачиваться и изменять угол опережения зажигания в зависимос-
ти от частоты вращения.
Коммутатор служит для увеличения силы тока в первичной
цепи (тока разрыва) и формирования нужного импульса высокого
напряжения независимо от режима работы двигателя.
Коммутатор 56.3734 (в автомобилях ВАЗ-2121, АЗЛК, ЗАЗ и
др.) выполнен на основе большой гибридной интегральной схемы
с использованием толстопленочной технологии. Все элементы
коммутатора смонтированы на медном основании корпуса из по-
лимерного материала, а крышка приклеена к корпусу, т. е. комму-
татор неразъемный. Все сигналы на вход и на выход поступают
через семиштырьковый разъем. Коммутатор 56.3734 взаимозаме-
няем с коммутаторами 36.3734 и 36.3734-20.
Мощный выходной транзистор коммутатора позволяет получить
ток с амплитудой до 10 А при индуктивной нагрузке (при катушке
зажигания). На базу транзистора подается управляющий ток
/у — IpkyJ Вст,
где /р—ток коллектора к моменту прерывания (ток разрыва); ки — коэффициент
насыщения: кн = 2...4; В„ — статический коэффициент усиления тока транзистора.
11.7. МИКРОПРОЦЕССОРНАЯ СИСТЕМА ЗАЖИГАНИЯ
В современных двигателях широко применяют системы с циф-
ровым способом управления работой системы зажигания (с при-
168
Рис. 11.10. Структурная схема
цифровой системы зажигания:
/, 2,3,4 — датчики углового положения и
частоты вращения коленчатого вала, на-
грузки и температуры; 5—интерфейс;
6— узел обработки данных; 7— ПЗУ; 8—
коммутатор; ЭБУ — электронный блок
управления; КЗ — двухвыводные катушки
зажигания
менением 16- и 32-разрядных процессоров). Их называют микро-
процессорными системами управления (МПСУ). Система осна-
щена механическими регуляторами и электронным управлением.
Компоновка микропроцессорной системы зажигания. Для управ-
ления двигателем микропроцессор (МП) должен получить различ-
ные сигналы от следующих датчиков (рис. 11.10): значение угла
поворота коленчатого вала — от датчика-формирователя импуль-
сов; в.м.т. первого цилиндра — от датчика начала отсчета; значе-
ние нагрузки — от датчиков расхода воздуха, положения дроссель-
ной заслонки, температуры охлаждающей жидкости, а также от
датчика детонации. При работе с нейтрализатором в системе дол-
жен быть еще Х-датчик, определяющий количество свободного
кислорода в отработавших газах. Наряду с МПСУ он обеспечивает
работу двигателя при а = 1.
Все сигналы микропроцессор (очень часто обозначают как
электронный блок управления — ЭБУ, контроллер и т. д.) получа-
ет от датчиков через интерфейс.
Интерфейс — ряд устройств, которые служат для согласования
входных сигналов с работой МП и выходных сигналов с работой
исполнительных механизмов. Получив и обработав сигналы дат-
чиков, МП уточняет по программе, заложенной в постоянном за-
поминающем устройстве (ПЗУ), величины управляющих сигналов
и отдает команду в коммутатор.
Коммутатор выполняет следующие основные функции:
формирует импульс тока. Амплитуда и длительность его долж-
ны обеспечить необходимые напряжение во вторичной цепи и
энергию искры;
обеспечивает момент искрообразования в соответствии с ха-
рактером управляющего импульса, поступающего на вход комму-
татора;
стабилизирует параметры выходного импульса при колебаниях
бортовой сети и воздействии других внешних факторов.
Дополнительные функции коммутатора: предотвращает про-
хождение тока через первичную обмотку при включенном зажига-
нии и неработающем двигателе; защищает от импульсов перена-
169
пряжения при ошибках в работе датчика Холла; ограничивает ам-
плитуду напряжения во вторичной цепи в аномальных условиях
(режим открытой цепи).
Двухканальный коммутатор имеет два выходных транзистора,
которые попеременно коммутируют ток в первичной обмотке
(каждый в своей катушке зажигания с электронным распределе-
нием). В России выпускают двухканальный коммутатор 64.3734-20
на базе интегральных схем. Все каскады смонтированы в одном
блоке. Коммутатор выдает сигналы управления на катушки зажи-
гания.
Электронное управление углом опережения зажигания. Коммута-
тор работает совместно с контроллером — электронным устрой-
ством для управления углом опережения зажигания в зависимости
от режима работы двигателя (частоты вращения, нагрузки, тепло-
вого режима, токсичности газов и т. д.). Его также используют для
управления ЭПХХ. Контроллер может быть выполнен отдельным
устройством или в одном блоке с коммутатором. Марки контрол-
леров в одном блоке с коммутатором: МС2715.03 (для ВАЗ и др.) и
МС2713.01 (для ЗИЛ-431410).
Эти контроллеры имеют определенную зависимость тока раз-
рыва от частоты вращения. Время накопления энергии в первич-
ной обмотке катушки зажигания в зависимости от частоты враще-
ния
~ авкл/^лд>
где авкл — угол включенного состояния транзистора (это понятие аналогично по-
нятию угла замкнутого состояния контактов в классической системе зажигания);
лд — частота вращения коленчатого вала.
С уменьшением частоты вращения увеличиваются время на-
копления энергии, ток разрыва и ток рассеивания в катушке, ком-
мутаторе и добавочных сопротивлениях.
Поэтому появились системы с нормируемым временем накопле-
ния энергии, в которых контроль ведется по минимальному време-
ни, необходимому для достижения заданного тока разрыва. Для
этого в коммутатор введен специальный электронный регулятор
времени накопления. Независимо от продолжительности входно-
го сигнала он управляет работой выходного транзистора, обеспе-
чивая требуемые напряжение во вторичной цепи и энергию ис-
кры.
Обычно ток управления от датчиков достаточно мал, поэтому в
систему введены приборы предварительного усиления и формиро-
вания сигнала. Для получения определенного напряжения во вто-
ричной цепи независимо от режима работы двигателя применяют
программные регуляторы адаптивного и программируемого типа.
Адаптивный регулятор позволяет за счет введения специальной
обратной связи поддерживать постоянную силу тока в катушке.
170
Рис. 11.11. Калибровочная характеристика цифровой (а) и классической (б) систем
зажигания
Он приспосабливается к изменению внешних факторов (напри-
мер, изменения напряжения питания). Этот тип регулятора обес-
печивает «жесткую» логику математических моделей, определяю-
щих зависимости характеристик двигателя от различных факто-
ров. Это означает, что для каждой модификации двигателя надо
разрабатывать свою модель логики. Математически можно вывес-
ти достаточно простые (относительно) зависимости. Система не-
гибкая.
Программное построение системы управления — в него заложена
функциональная связь между различными устройствами других
систем управления, характеристики которых хранятся в памяти
(ПЗУ) в виде комбинации чисел (очень большой объем информа-
ции). В качестве примера на рисунке 11.11, а показана калибро-
вочная характеристика оптимальных углов опережения зажига-
ния. Их получают по результатам очень большого количества
опытов. Каждое пересечение линий — это значение угла для одно-
го испытания. Полученные точки в виде нескольких тысяч комби-
наций чисел хранит ПЗУ. Процессор после обработки исходного
сигнала от датчиков запрашивает ПЗУ, получает от него необхо-
димые данные и вырабатывает управляющую команду для кон-
троллера. Такой режим позволяют обеспечить 16- и 32-разрядные
процессоры.
Микропроцессорные системы на базе 16- и 32-разрядных про-
цессов — системы четвертого поколения. Это мини-ЭВМ с широ-
ким спектром программ управления системами зажигания и пита-
ния, включенной передачей, учета состояния дороги и многих
других факторов и параметров, влияющих на показатели двигате-
ля, других агрегатов и автомобиля в целом.
171
Контрольные вопросы и задания
1. Какая энергия искры должна быть на различных режимах работы двигате-
ля? 2. Назовите элементы классической системы зажигания. Для чего они пред-
назначены? 3. Какое устройство обеспечивает создание в катушке зажигания им-
пульса высокого напряжения — до 18...25 кВ? 4. Какой зазор должен быть между
контактами прерывателя, электродами свечи? 5. Почему при раннем и позднем
зажигании мощность двигателя падает? 6. Перечислите порядок установки угла
опережения зажигания на двигателе. 7. Для увеличения угла опережения зажига-
ния центробежный регулятор поворачивает кулачок, а вакуум-регулятор повора-
чивает подвижный диск по ходу или против хода вращения валика распределите-
ля? 8. Перечислите преимущества и недостатки классической (контактной) систе-
мы зажигания. 9. Какие требования предъявляют к современным двигателям?
10. Перечислите датчики, которые необходимы для управления работой двигателя
при электронной системе зажигания. 11. Для чего предназначены коммутатор и
контроллер? 12. Что такое калибровочная характеристика? 13. Как обеспечивается
электронное распределение импульсов высокого напряжения по свечам зажига-
ния?
Глава 12
СМАЗОЧНАЯ СИСТЕМА
12.1. ВИДЫ ТРЕНИЯ. СМАЗОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
При относительном перемещении одного тела по другому меж-
ду ними возникает трение движения. Причины трения: срезание
(скалывание) выступов соприкасающихся поверхностей и молеку-
лярное взаимодействие этих поверхностей в точках контакта. Тре-
ние движения в большинстве случаев сопровождается изнашива-
нием трущихся поверхностей. В результате увеличиваются зазоры
в сопряжении и интенсивность изнашивания деталей, возникает
стук.
На преодоление трения затрачивается механическая энергия,
которая преобразуется в теплоту, в результате чего детали нагрева-
ются. Изнашивание трущихся деталей и выделение теплоты — вот
основные явления, вызываемые трением движения.
В зависимости от характера относительного перемещения дета-
лей трение движения может быть двух типов: скольжения и качения.
Если между трущимися поверхностями нет смазочного матери-
ала, то возникает трение без смазочного материала, а при наличии
между этими поверхностями любого смазочного материала — тре-
ние со смазочным материалом. Смазочный материал вводят на по-
верхности трения для уменьшения силы трения и интенсивности
изнашивания. При введении смазочного материала трение между
твердыми поверхностями (сухое) заменяется трением между час-
тицами (молекулами) смазочного материала. Когда трущиеся по-
верхности деталей полностью разделены жидким смазочным ма-
териалом, смазывание называют жидкостным. Если же смазыва-
ние поверхностей частичное, его называют полужидким.
172
Рис. 12.1. Образование масляного
клина при вращении вала в подшип-
никах скольжения:
а —вал в состоянии покоя; б—переме-
щение масла из широкой части зазора в
узкую; в, г — вал занимает в подшипнике
центральное положение
Жидкие смазочные материалы (масла) служат для снижения
затрат мощности на трение, уменьшения изнашивания деталей,
отвода теплоты, выделяющейся при трении. Масло смывает с тру-
щихся поверхностей продукты изнашивания и всевозможные заг-
рязнения, предохраняет эти поверхности от коррозии, а в отдель-
ных случаях уплотняет подвижные сопряжения деталей.
Н. П. Петров, разработавший теорию жидкостной (гидродина-
мической) смазки, установил, что вал, находящийся в состоянии
покоя (рис. 12.1, а), опирается на подшипники и зазора между со-
прикасающимися поверхностями вала и подшипника нет
(4nin = 0)- При вращении вала первые слои масла, прилипшие к
его поверхности, увлекают за собой следующие. Пришедшие в
движении частицы масла под действием сил трения между слоя-
ми перемещаются из широкой части зазора в узкую — клиновую
(рис. 12.1, б). В результате этого в области масляного слоя с наи-
меньшим зазором Amjn увеличивается давление, под действием ко-
торого вал как бы всплывает и лежит на масляной подушке.
С ростом относительной скорости перемещения поверхностей
(частоты вращения вала) все большее количество масла втягивает-
ся в клиновое пространство, вследствие чего повышается давление
в масляном слое. Поэтому вал стремится занять центральное по-
ложение в подшипнике (рис. 12.1, в, г) и зазор Amin увеличивается.
Несущая способность масляного слоя и его толщина возраста-
ют с повышением вязкости масла, увеличением скорости движе-
ния трущихся поверхностей и уменьшением нагрузки на эти по-
верхности. Однако с увеличением вязкости масла и скорости дви-
жения поверхностей возрастают и потери на трение в самом сма-
зочном материале.
Одно из важных свойств масла — способность растекаться по
поверхности металла и образовывать на ней плотно прилипаю-
щую неразрывную (даже при значительном давлении) пленку.
При выдавливании масла из зазора между деталями на их по-
верхности остается тончайший слой масла, который силами моле-
кулярного притяжения прочно связан с поверхностью деталей. В
этом случае при относительном движении между поверхностями
возникает граничное трение.
При жидкостном смазывании потери энергии на трение и из-
нашивание деталей наименьшие. Но условия, которые требуются
173
для жидкостной смазки, могут быть созданы только в некоторых
подвижных соединениях, и то не во все периоды их работы. Мно-
гие соединения деталей двигателя, например стержень клапана —
втулка, поршень — цилиндр, ббльшую часть времени работают в
условиях граничной смазки. Долговечность деталей подвижного
сочленения, работающих при граничной смазке, уменьшается.
Все смазочные материалы, применяемые в автомобилях, делят
на жидкие и пластичные, а по назначению — на моторные и транс-
миссионные масла, пластичные смазки.
В обозначении моторного масла (например, М-8А) первая бук-
ва указывает на его назначение (М — моторное); цифра — на ки-
нематическую вязкость масла в м2/с или сСт (сантистоксах) при
100 “С; вторая буква — группу масла.
В зависимости от эксплуатационных свойств для моторных ма-
сел установлено шесть групп: А, Б, В, Г, Д, Е. Масло группы А ре-
комендуется для нефорсированных двигателей; Б — для малофор-
сированных; В —для среднефорсированных; Г — для высокофор-
сированных двигателей. Масла групп Д и Е используют для спе-
циальных двигателей. В каждой группе есть масла различного
класса вязкости (6; 8; 10; 12 и т. д.).
Масла перечисленных групп различаются количеством и эф-
фективностью введенных присадок. Меньше всего присадок в
маслах группы А, а в каждой последующей больше, чем в преды-
дущей. Присадки — это сложные органические или металлоорга-
нические соединения, которые вводят в масла для улучшения их
качества. По назначению присадки делят на несколько видов.
Вязкостные присадки, добавляемые к маслам в количестве
0,5...10 %, повышают вязкость масла при высокой температуре и
улучшают его свойства в условиях низких температур.
Противоокислительные присадки замедляют процесс образова-
ния в масле продуктов окисления его составляющих.
Противокоррозионные присадки содержат серу и фосфор, ко-
торые при взаимодействии с металлами создают на поверхности
деталей защитные пленки, предотвращающие коррозию.
Моющие присадки препятствуют осаждению частиц нагара и
продуктов окисления на поверхности деталей и удерживают эти
частицы в масле во взвешенном состоянии, облегчая его фильтра-
цию.
Температурные присадки (депрессаторы) снижают температуру
застывания (загустевания) масла, маслянистые — повышают проч-
ность масляной пленки на поверхности смазываемых деталей, а
противопенные — препятствуют вспениванию масла от попадаю-
щего в него воздуха. В качестве противопенных присадок приме-
няют силиконы (0,001—0,0001 %), которые разрушают пузырьки
пены и образуют поверхностные пленки, пропускающие воздух,
но ограничивающие разбрызгивание масла.
Многофункциональные присадки представляют собой комп-
174
леке перечисленных присадок и имеют многоцелевое назначение.
Масла групп Б, В и Г вырабатывают двух видов: Бь В| и Г] —
для карбюраторных двигателей; Б2, В2 и Г2 — для дизелей. Универ-
сальные масла, предназначенные для применения как в карбюра-
торных двигателях, так и в дизелях, обозначают буквой без цифро-
вого индекса. В зимних и всесезонных сортах масел вязкость ука-
зывают двумя цифрами (дробью). Например, в обозначениях 4з/10
или 63/8 цифры 4 и 6 соответствуют кинематической вязкости
масла при температуре —18 °C: соответственно не менее 1300 сСт и
не более 2600 сСт; буква «з» в индексе — наличию загущающих
присадок, позволяющих использовать масло в зимнее время или
всесезонно; цифры 10 и 8 означают кинематическую вязкость мас-
ла в сантистоксах при температуре 100 °C.
Для смазывания двигателя необходимо применять масла только
тех сортов, которые указаны в инструкции по эксплуатации.
Для карбюраторных двигателей выпускают масла М-8А, М-8БЬ
М-8В|, М-8Г(, М6з/10Г|, М-12ГЬ для дизельных двигателей—
М-8В2, М-8Г2, М-8Г2К (зимние) и М-10В2, М-10Г2, М-10Г2К
(летние). Марки масел М-8Г2 и М-10Г2 следует применять для ди-
зелей с наддувом.
Применительно к рассматриваемым в учебнике автомобилям
можно отметить, что для двигателей автомобилей ГАЗ и ЗИЛ це-
лесообразно использовать масла М-8Б|, M-8Bh М-8А и М63/10В;
для двигателей автомобилей ВАЗ —М-8ГЬ M63/10rt, М-12ГЬ
М-12Ги, М-8Ги (буква «и» означает наличие в масле импортной
присадки), а для дизеля ЯМЗ-КАЗ-642 — М-8В2 и М-10В2.
12.2. КЛАССИФИКАЦИЯ И КОМПОНОВОЧНЫЕ СХЕМЫ
СМАЗОЧНЫХ СИСТЕМ
Смазочная система служит для подвода масла к трущимся по-
верхностям деталей.
Классификация. В зависимости от условий работы деталей и
механизмов двигателя смазочный материал к ним может подво-
диться несколькими способами: под давлением, капельно (разбрыз-
гиваемым маслом) и масляным туманом. В современных двигате-
лях применяют комбинацию различных способов подвода масла к
трущимся поверхностям сопряженных деталей. Такая смазочная
система называется комбинированной.
Под давлением масло от масляного насоса подводится к корен-
ным и шатунным подшипникам коленчатого вала, подшипникам
опорных шеек распределительного вала, осям коромысел и верх-
ним наконечникам штанг. В отдельных конструкциях под давле-
нием смазываются втулки верхней головки шатунов и поршневые
пальцы.
Разбрызгиванием и масляным туманом смазываются кулачки
175
распределительного вала, нижние наконечники штанг, направля-
ющие втулки клапанов, механизмы вращения выпускных клапа-
нов, зубчатые колеса механизма газораспределения и другие дета-
ли, а также наиболее нагруженная часть зеркала цилиндра (через
отверстие в нижней головке шатуна).
Компоновочные схемы. Основные элементы любой смазочной
системы: масляные насосы, масляные фильтры и масляный радиа-
тор, регулирующие давление клапаны, каналы в блоке и других
деталях.
Рассмотрим компоновочные схемы и работу смазочных систем
некоторых рядных и V-образных автомобильных двигателей.
Смазочная система V-образного дизеля ЯМЗ-КАЗ-642 комбини-
рованная (смешанная). Она состоит из масляного насоса, поддо-
на, полнопоточного фильтра тонкой очистки масла, радиатора и
масляных магистралей, снабженных перепускными и предохрани-
тельными клапанами.
К коренным и шатунным подшипникам коленчатого вала, под-
шипникам распределительного вала, втулкам коромысел масло
подается под давлением, а к остальным деталям — разбрызгивани-
ем.
Из поддона 12 (рис. 12.2) масло через маслоприемник засасы-
вается в секции 9 и 13 масляного насоса. Из секции 9 через канал
в стенке блока масло подается в корпус полнопоточного фильтра
8, где очищается, проходя через фильтрующий элемент. Затем оно
поступает в главную масляную магистраль 4, из которой по кана-
лам в перегородках блока подводится к коренным подшипникам
коленчатого вала, подшипникам распределительного вала, втул-
кам коромысел, а по каналу в штангах клапанов — к толкателям. К
шатунным подшипникам коленчатого вала масло подается по ка-
налам в коленчатом валу от ближайшей коренной шейки. Масло,
снимаемое со стенок цилиндра маслосъемным кольцом, через от-
верстия в канавке кольца отводится внутрь поршня и смазывает
опоры поршневого пальца в бобышках поршня и верхней головки
шатуна.
Из канала задней стенки блока масло под давлением поступает
к подшипникам компрессора 19 через канал в картере маховика.
Из канала передней стенки блока предусмотрен отбор масла для
смазывания подшипников насоса 18. Из главной магистрали мас-
ло также под давлением подается к выключателю гидромуфты,
расположенному на водяном патрубке. Из секции 13 масло посту-
пает в радиатор 77, а из него возвращается в поддон 72.
Смазочная система рядного карбюраторного двигателя автомоби-
лей ВАЗ. Масляный насос 18 (рис. 12.3), приводимый в действие
парой шестерен со спиральными зубьями, засасывает масло из
картера 13 через фильтрующую сетку маслоприемного патрубка и
подает его по каналу 19 в полнопоточный фильтр. Отфильтрован-
ное масло по каналу 20 попадает в магистральный масляный канал
176
Рис. 12.2. Схема смазочной системы двигателя ЯМЗ-КАЗ-642:
/ — указатель аварийного давления масла; 2 —указатель давления масла; 3 — контрольная
лампа указателя засоренности масляного фильтра; 4 — главная масляная магистраль; 5—ука-
затель уровня масла; 6 — перепускной клапан; 7—дифференциальный клапан; Я—фильтр
тонкой очистки масла; 9— нагнетательная секция масляного насоса; /0—предохранительный
клапан радиаторной секции; // — масляный радиатор; /2 —поддон; 13 — радиаторная секция
масляного насоса; 14— гидромуфта привода вентилятора; /5—сапун; 16— термосиловой пре-
образователь; /7—кран включения гидромуфты; 18—топливный насос высокого давления;
19— компрессор
6
7
Рис.12.3. Смазочная система двигателя автомобиля ВАЗ-21213:
/ — отверстие в звездочке для смазывания цепи; 2—магистральный канал в распределитель-
ном валу; 3 — канал в кулачке распределительного вала; ‘/—кольцевая выточка на средней
опорной шейке распределительного вала; 5— маслоналивная горловина; 6 — канал в опорной
шейке распределительного вала; 7— наклонный канал в головке цилиндров; 8 — канал подво-
да масла к газораспределительному механизму; 9— главная масляная магистраль в блоке ци-
линдров; 10— дагшк сигнальной лампы недостаточного давления масла; // — канал подачи
масла к коренному подшипнику; /2—канал подачи масла к шатунному подшипнику; 13 —
масляный поддон; 14— масляный фильтр; /5 — перепускной клапан; 16— картонный фильт-
рующий элемент; 17— противодренажный клапан; 18— масляный насос; 19— канал подачи
масла от насоса к фильтру; 20— канал подачи масла из фильтра в главную масляную магист-
раль; 2/ —канал подачи масла ко втулке шестерни привода масляного насоса; 22—передняя
манжета коленчатого вала; 23 — канал подачи масла к коренному подшипнику и валику при-
вода масляного насоса; 24— валик привода масляного насоса и распределителя зажигания
9, проходящий вдоль блока, а оттуда по каналам 23 и 77, просвер-
ленным в блоке цилиндров, проникает к коренным подшипникам
коленчатого вала и первому подшипнику валика 24 привода мас-
ляного насоса и распределителя зажигания. К центральной опоре
распределительного вала масло подводится по каналам 7, просвер-
ленным в головке блока цилиндров и корпусе подшипников рас-
пределительного вала.
Масло, подошедшее к центральной опоре распределительного
вала через канавку в опорной шейке, попадает в центральный ка-
нал распределительного вала, а из канала через отверстия в кулач-
ках и опорных шейках — к кулачкам, рычагам и опорам вала.
От первого подшипника валика 24 масло поступает ко второму
подшипнику по каналу, просверленному в самом валике. К втулке
шестерни привода масляного насоса масло подводится по отдель-
ному каналу 21 из полости блока перед масляным фильтром. Ос-
тальные детали смазываются разбрызгиванием и самотеком.
Цепь механизма газораспределения (см. рис. 5.3) смазывается
маслом, вытекающим из передней опоры распределительного вала
и передней втулки валика привода масляного насоса и затем раз-
брызгиваемым.
12.3. НАСОС, МАСЛООЧИСТИТЕЛИ, РАДИАТОРЫ
Масляный насос предназначен для подачи масла под давлением
к основным трущимся поверхностям и устройствам его очистки и
охлаждения.
На автомобильных двигателя устанавливают, как правило,
одно- и двухсекционные шестеренные масляные насосы
(рис. 12.4) с одной или двумя парами зубчатых колес. Они харак-
теризуются простотой устройства, надежной работой и равномер-
ностью подачи масла.
Рис. 12.4. Схема работы шестеренного масляного
насоса:
/—редукционный клапан; 2—подводящий канал; 3 —
ведомое зубчатое колесо; 4—корпус насоса; 5—отводя-
щий канал; 6— ведущее зубчатое колесо
179
В корпусе 4 такого насоса установлены ведомое 3 и ведущее 6
зубчатые колеса. При работе насоса они вращаются в противопо-
ложных направлениях. Масло, поступающее к насосу по каналу 2,
заполняет впадины между зубьями колес, сжимается ими и выдав-
ливается к отводящему каналу 5. Между зубчатыми колесами в
замкнутом пространстве возникают значительные «распирающие»
силы. Для уменьшения этих сил на корпусе или крышке насоса
делают разгрузочную канавку, по которой масло выходит из обра-
зовавшегося замкнутого пространства в полость нагнетания.
Масляный насос двигателя ЗИЛ-508.10 двухсекционный, шесте-
ренный. Верхняя его секция подает масло в смазочную систему
двигателя, а нижняя секция — в масляный радиатор и далее на
слив в поддон.
Масляный насос двигателя ЯМЗ-КАЗ-642 (рис. 12.5) двухсекци-
онный. Задняя нагнетающая секция подает масло в смазочную си-
стему двигателя, а передняя радиаторная секция — в масляный ра-
диатор.
На двигателях автомобилей ГАЗ-3307 и ВАЗ установлены одно-
секционные масляные насосы. В автомобиле ГАЗ редукционный
клапан, отрегулированный на заводе, встроен в крышку насоса, а
в двигателе ВАЗ — в корпус маслоприемного патрубка.
Чтобы на любом режиме работы двигателя обеспечить требуе-
мое давление масла в магистрали и компенсировать увеличиваю-
щийся при износе двигателя расход масла, производительность
масляного насоса должна быть больше, чем нужно для процесса
смазывания.
Маслоочистители. В процессе работы двигателя свойства масла
(вязкость и маслянистость) постепенно ухудшаются. Оно загряз-
няется твердыми механическими примесями (частичками нагара,
элементами изнашивания деталей), смолами и продуктами окис-
ления. Для очистки масла и сохранения его свойств, а также для
защиты трущихся поверхностей от механических частиц на совре-
менных двигателях устанавливают различные маслоочистители —
фильтры грубой (ФГО) и тонкой очист-
ки (ФТО), которые могут быть полно-
поточные и неполнопоточные.
Фильтр называют полнопоточным,
если он установлен в смазочной систе-
Рис. 12.5. Масляный насос двигателя
ЯМЗ-КАЗ-642:
J, 2—шпонки; 2—колесо привода; 4— корпус радиа-
торной секции; 5—шестерня радиаторной секции; 6—
проставка; 7— шестерня нагнетательной секции; 8—
корпус нагнетательной секции; 9— болт; 10— шайба
180
Рис. 12.6. Фильтр-центрифуга двигате-
ля ЗИЛ-431410:
/ — жиклеры; 2—заглушка; J — ротор; 4 —
уплотнительное кольцо; 5— колпак ротора;
6— сетчатый фильтр; 7—вставка; 8 — кол-
пак фильтра; 9 — отверстие в оси; 10—
кольцо вставки; // — стопорное кольцо;
/2—прокладка; 13— шайба; 14, 16—п№м\
/5—гайка-барашек; /7—упорная шайба;
18— полая ось; 19— упорное кольцо шари-
коподшипника; 20— упорный подшипник;
21 — канал; 22 — перепускной клапан
ме последовательно и через
него проходит все масло.
Фильтр считают неполнопоточ-
ным, если он установлен парал-
лельно и через него проходит
только 10...15% масла. Осо-
бенно тщательно надо очищать
масло в тех случаях, когда под-
шипники коленчатого вала вы-
полнены из антифрикционно-
го материала, в состав которого
входит свинцовистая бронза,
или высокооловянистого алю-
миниевого сплава.
Для очистки масла от круп-
ных примесей и смолистых
продуктов служат фильтры
грубой очистки пластинчато-
щелевого или сетчатого типа,
однако их применяют ограниченно (в двигателях некоторых моде-
лей автомобилей МАЗ).
В фильтрах тонкой очистки в качестве фильтрующих элемен-
тов используют ленточно-бумажные и картонные пакеты или дру-
гие материалы, в которых масло фильтруется, просачиваясь через
микропоры элемента.
Центробежные маслоочистители {центрифуги) — это фильтры
тонкой очистки. В них масло очищается за счет воздействия на
примеси центробежной силы, возникающей при вращении ротора
3 (рис. 12.6). Он приводится во вращение реактивной силой, со-
здаваемой струей масла, вытекающей из корпуса с большой ско-
ростью через два жиклера 1. Масло в полость ротора подается под
давлением 0,4...0,8 МПа по каналу 21 в блоке, полой оси 18 и че-
рез отверстие 9.
Под действием возникающих центробежных сил механические
частицы, находящиеся в масле, отбрасываются к боковым стенкам
181
колпака 5 ротора, образуя плотный осадок. Этот осадок удаляют
при чистке центрифуги одновременно с заменой масла в картере
двигателя.
Правильность вращения центрифуги проверяют на слух. После
остановки двигателя исправная центрифуга продолжает вращаться
до 3 мин, издавая своеобразный звук.
Фильтр в двигателе автомобиля ВАЗ-21213 (полнопоточный) на-
вернут на штуцер, прижат к кольцевому буртику на блоке и уплотнен
прокладкой. Масло поступает в фильтр через отверстие и, пройдя
фильтрующий элемент 16 (см. рис. 12.3), выходит в магистральный
канал 9 блока через центральное отверстие и штуцер крепления.
В фильтре предусмотрены противодренажный клапан 17, предот-
вращающий вытекание масла из системы при остановке двигателя, и
перепускной клапан 75, срабатывающий при засорении фильтрую-
щего элемента и пропускающий неочищенное масло в систему.
Полнопоточный фильтр тонкой очистки в двигателе ЯМЗ-КАЗ-462
прикреплен к правой стенке блока цилиндров. При низкой темпе-
ратуре масла или засорении фильтрующих элементов сопротивле-
ние фильтра увеличивается и масло поступает в главную магист-
раль, минуя фильтрующие элементы, через перепускной клапан.
Этот клапан открывается, когда разность давлений до и после
фильтрующих элементов составляет 0,2...0,25 МПа.
Фильтр тонкой очистки масла в двигателе автомобиля ГАЗ-3307
полнопоточный, со сменным фильтрующим элементом «Реготмас
440А-1-06», подлежащим замене при замене масла в картере дви-
гателя.
Фильтр очистки масла в двигателе ЗИЛ-508.10—центробеж-
ный, с реактивным приводом (центрифуга), полнопоточный.
Масляный радиатор. При нормальном тепловом режиме работы
двигателя температура масла должна быть в пределах 65...85 °C. На
грузовых автомобилях при повышении температуры окружающего
воздуха, а также при длительной работе двигателя на больших на-
грузках и при небольшой скорости движения необходимая интен-
сивность охлаждения масла достигается обдувом поддона картера
воздухом и подачей масла в масляный радиатор. На большинстве
легковых автомобилей радиаторы не устанавливают, т. е. масло ох-
лаждается в результате естественной теплоотдачи поверхности
поддона картера, обдуваемого встречным потоком воздуха. Ис-
ключение могут составлять форсированные двигатели или двига-
тели большей мощности.
На грузовые автомобили устанавливают масляные радиаторы
водяного (маслотеплообменники) и воздушного охлаждения. Пос-
ледние применяют чаще всего.
Масляные радиаторы воздушного охлаждения располагают пе-
ред радиатором системы охлаждения, чтобы при движении авто-
мобиля они интенсивно обдувались встречным потоком воздуха.
Масляный радиатор состоит, как правило, из нескольких плоских
182
или круглых латунных трубок, к которым припаяны охлаждающие
пластины, увеличивающие площадь его поверхности охлаждения.
Маслопроводы, по которым масло подводится и отводится от ра-
диатора, могут располагаться с одной или противоположных сто-
рон, как показано на рисунке 12.7. С обеих сторон масляный ра-
диатор 2 имеет бачки 3, к которым присоединены резиновые
шланги 1 и 4. По периметру радиатор охвачен каркасом. По шлан-
гу 4 масло поступает в бачок 3, а затем в шесть трубок радиатора. С
противоположной стороны охлажденное масло по шлангу стекает
в поддон двигателя. Радиаторы такой конструкции применяют на
автомобилях ГАЗ и КАЗ. В автомобилях ГАЗ масляный радиатор
включают при температуре воздуха выше 20 °C.
Масляный радиатор двигателя ЗИЛ-508.10 оребренный алюми-
ниевый трубчатый воздушного охлаждения. Он расположен спе-
реди радиатора системы охлаждения и постоянно включен в сма-
зочную систему посредством двух маслопроводов, по которым
масло поступает в радиатор и отводится от него. Отключают ради-
атор только во время пуска холодного двигателя при температуре
воздуха ниже 0 °C.
183
Клапаны смазочной системы. Чтобы поддержать требуемое дав-
ление в смазочной системе и обеспечить нормальную работу ее
устройств, можно установить следующие автоматически действу-
ющие клапаны: редукционный, дифференциальный, перепускной
и предохранительный. По типу все клапаны делят на плунжерные
и шариковые.
В смазочных системах рассматриваемых двигателей эти клапа-
ны можно применять в различных сочетаниях.
Редукционные клапаны действуют при перепаде давления и под-
держивают постоянное давление в определенной магистрали сма-
зочной системы.
По назначению клапаны делят на предохранительные, сливные
и перепускные. Предохранительные клапаны защищают смазочную
систему или отдельные агрегаты от перегрузок (чрезмерного по-
вышения давления). Они установлены после насоса. Сливные кла-
паны создают определенное гидравлическое сопротивление при
сливе масла и тем самым поддерживают необходимое давление в
главной масляной магистрали. Перепускные клапаны возвращают
поток масла из нагнетающей секции насоса во всасывающую или
в главную магистраль, например при засорении фильтра, большом
сопротивлении радиатора.
Дифференциальные клапаны применяют в некоторых двигателях
вместо сливных или перепускных, уменьшая при этом потери
энергии на прокачивание масла. Например, в двигателе ЯМЗ-
КАЗ-642 перепускной клапан открывается при давлении
0,2...0,25 МПа, дифференциальный — при 0,6...0,75 МПа, а пре-
дохранительный — при 0,8...0,85 МПа.
В двигателе ЗИЛ-508.10 перепускной клапан регулируется на
давление 0,12...0,15 МПа, а редукционный — на давление
0,32 МПа. Редукционный и перепускной клапаны в двигателе ав-
томобиля ВАЗ имеют заводскую установку и не регулируются.
В смазочной системе двигателей автомобилей ГАЗ-3307 кроме
редукционного и предохранительного (в масляном фильтре) кла-
панов на входе в радиатор устанавливают предохранительный кла-
пан, открывающийся при давлении около 0,1 МПа и пропускаю-
щий масло через радиатор только при давлении в главной магист-
рали более 0,1 МПа.
12.4. ВЕНТИЛЯЦИЯ КАРТЕРА
При работе двигателей некоторое количество свежего заряда и
отработавших газов проникает в картер (поддон) через зазоры
между поршневыми кольцами и зеркалом цилиндра. Это количе-
ство газов увеличивается по мере изнашивания деталей цилиндро-
поршневой группы и при росте нагрузки на двигатель. В газах со-
держатся загрязняющие маслосернистые соединения и пары воды,
184
которые образуют серную и сернистую кислоты, значительно
ухудшающие качество масла. Кроме того, содержащиеся в газах
пары воды вызывают вспенивание масла и образование эмульсии,
что затрудняет поступление масла к трущимся поверхностям.
Прорвавшиеся в картер газы повышают в нем давление, что может
вызвать утечку масла через сальники коленчатого вала. Недопус-
тимо также проникновение отработавших газов под капот двига-
теля, а затем в кузов или кабину автомобиля, так как содержащие-
ся в газах вредные примеси опасны для пассажиров и водителя.
Вентиляция картера поддерживает в нем атмосферное давле-
ние, позволяет уменьшить вредные последствия прорыва горючей
смеси и отработавших газов в картер и т. д. Взамен удаленных га-
зов в картер поступает воздух, предварительно прошедший через
фильтр. Вентиляция картера увеличивает срок службы масла и
долговечность двигателя, уменьшает выброс токсических веществ
(углеводородов).
Вентиляция картера может быть выполнена с отсосом газов на-
ружу (открытая система) или в систему воздухоподготовки двига-
теля (закрытая система), что позволяет дополнительно сжигать
пары бензина, содержащиеся в картерных газах. В закрытой сис-
теме газы направляются непосредственно во впускной трубопро-
вод или через воздушный фильтр и карбюратор. Закрытая система
вентиляции картера весьма эффективна, но при этом в карбюра-
торе осаждается смола, нарушается смесеобразование и несколько
увеличивается расход масла. Отсасывать картерные газы лучше че-
рез впускной трубопровод, так как в нем всегда имеется необходи-
мое разрежение.
Вентиляция картера двигателя ЯМЗ-КАЗ-642 (рис. 12.8) откры-
тая без отсоса газов. Картерные газы проходят через специальный
сапун 7, отделяющий частицы масла от вытесняемых газов. Выход
отработавших газов и паров топлива из картера двигателя в атмос-
феру происходит в результате разрежения, возникающего у газо-
отводящей трубки при движении автомобиля.
Вентиляция картера двигателя автомобиля ГАЗ закрытая при-
нудительная, действующая за счет разрежения во впускной трубе
и в воздушном фильтре. При работе двигателя на частичных на-
грузках газы из картера отсасываются во впускную трубу, на пол-
ных нагрузках — в воздушный фильтр и впускную трубу.
Вентиляция картера двигателя автомобиля ВАЗ-21213 принуди-
тельная, осуществляемая отсосом газов из картера во впускную
трубу двигателя. Картерные газы отсасываются по шлангам в за-
дроссельное устройство карбюратора и в карбюратор через кол-
лектор вытяжной вентиляции.
Вентиляция картера двигателя ЗИЛ-508.10 принудительная с
отсосом картерных газов во впускной трубопровод двигателя через
специальный клапан, сообщающийся с внутренней полостью дви-
гателя.
185
Рис. 12.8. Схема открытой вентиляции картера
двигателя ЯМЗ-КАЗ-642:
/ — сапун; 2 —хомуты; 3— газоотводящая трубка; 4 —
фланец сапуна
Перед клапаном на выходе из двигателя картерные газы прохо-
дят через маслоуловитель, отделяющий частицы масла от газов.
Наружный воздух попадает в картер двигателя через воздушный
фильтр, объединенный с маслозаливной горловиной. Этот фильтр
надо очищать и промывать при смене масла в двигателе.
Закрытые системы вентиляции картера, применяемые чаще
всего, позволяют уменьшить выброс токсических веществ в атмос-
феру с отработавшими газами двигателей.
12.5. КОНТРОЛЬ ЗА РАБОТОЙ СМАЗОЧНОЙ СИСТЕМЫ.
ВОЗМОЖНЫЕ НЕИСПРАВНОСТИ
И ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ
Для контроля за состоянием (температурой, давлением, степе-
нью загрязненности) и количеством масла, а также за состоянием
масляных фильтров и радиаторов смазочных систем используют
механические и электрические контрольные устройства, работаю-
щие в автоматическом режиме. При изменении давления (сниже-
нии или увеличении относительно оптимального) ухудшаются по-
казатели всей смазочной системы.
186
Для двигателя автомобиля ВАЗ-21213 оптимальным следует
считать давление в смазочной системе 0,35...0,45 МПа при темпе-
ратуре 85 °C и частоте вращения коленчатого вала 5400 мин-1.
В смазочной системе двигателя ЯМЗ-КАЗ-642 при температуре
80... 100 °C и номинальной частоте вращения 2600 мин-1 давление
масла должно быть 0,4...0,55 МПа и не менее 0,1 МПа при мини-
мальной частоте вращения холостого хода.
В прогретом двигателе автомобиля ГАЗ-3307, двигающегося на
прямой передаче со скоростью 60 км/ч, давление масла должно
быть не менее 0,25 МПа (при выключенном масляном радиаторе).
В прогретом новом двигателе ЗИЛ-508.10 давление масла в сис-
теме составляет 0,2...0,4 МПа; минимально допустимые значения
давления на режиме минимальной частоты вращения холостого
хода — 0,05 МПа, а при скорости автомобйля 40 км/ч на пятой пе-
редаче — 0,1 МПа.
Значение давления в смазочной системе двигателей определя-
ют по указателю давления масла, находящемуся на панели прибо-
ров в кабине автомобиля. В некоторых автомобилях на панели
приборов установлены контрольные лампы аварийного снижения
давления масла и указатели температуры масла в системе. Так, в
двигателе автомобиля ВАЗ-21213 сигнальная лампа загорается при
давлении масла 0,02...0,06 МПа.
При работе двигателя нужно систематически следить по конт-
рольным приборам за температурой и давлением масла. Низкое
давление в смазочной системе может быть следствием его утечки в
маслопроводах, недостаточного количества в поддоне картера, за-
сорения сетки масляного насоса или фильтрующего элемента. Для
устранения этих неисправностей следует соответственно подтя-
нуть крепления и зажимы, долить масло в поддон, прочистить сет-
ку и заменить фильтрующий элемент. Причиной низкого давле-
ния масла может быть также износ подшипников коленчатого и
распределительного валов. В этом случае двигатель направляется в
ремонт.
Причиной полного падения давления может быть выход из
строя масляного насоса, датчика и указателя давления масла.
Техническое обслуживание смазочной системы двигателя зак-
лючается в поддержании необходимого уровня масла в поддоне
картера, периодической очистке фильтров (центрифуг), смене
фильтрующих элементов и замене масла.
При ЕТО проверяют работу масляной центрифуги. Для этого
частоту вращения прогретого двигателя устанавливают такой, что-
бы в системе было нормальное давление, а затем двигатель оста-
навливают. Шум продолжающего вращаться по инерции ротора в
дизелях должен прослушиваться не менее 30 с, в карбюраторных
двигателях — не менее 2 мин.
При ТО-1 очищают ротор центрифуги от отложений.
При ТО-2 заменяют масло (если нет иных указаний завода-из-
187
готовителя). Для этого после прогрева двигателя сливают горячее
масло, снимают и промывают ротор центрифуги или заменяют
фильтрующие элементы в фильтрах. Затем систему заполняют
свежим маслом, контролируя его количество по меткам масломер-
ной линейки.
При ТО-3 одновременно с заменой масла промывают набивку
сапуна и фильтр вентиляции картера.
Контрольные вопросы и задания
1. Какие бывают виды трения? 2. Перечислите основные смазочные материа-
лы; дайте пример маркировки моторного масла. 3. Для чего предназначена сма-
зочная система двигателя? 4. Назовите основные агрегаты смазочной системы.
5. Какие детали двигателей смазываются под давлением? 6. В чем заключаются
принцип действия и особенности конструкции масляных насосов? 7. Какие кон-
струкции маслоочистителей и радиаторов применяют в двигателях? 8. Для чего
необходима и как осуществляется вентиляция картера? 9. Какие клапаны и с ка-
кой целью установлены в смазочных системах? 10. Перечислите причины пони-
женного давления масла в системе. 11. Какие основные неисправности могут воз-
никать в смазочных системах и как их устраняют? 12. Назовите основные опера-
ции, проводимые для смазочных систем двигателей при ЕТО, ТО-1, ТО-2 и ТО-3.
Глава 13
СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ
13.1. ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ДВИГАТЕЛЯ. НАЗНАЧЕНИЕ
И КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ ОХЛАЖДЕНИЯ
Тепловой баланс. Теплота, образующаяся при сгорании топлива
в цилиндрах двигателя, расходуется на полезную работу и отдель-
ные виды потерь. Это распределение называется внешним тепло-
вым балансом. Характер распределения теплоты сгорания по со-
ставляющим внешнего теплового баланса определяется видом и
особенностями рабочего цикла, а также геометрическими разме-
рами цилиндропоршневой группы, конструкцией деталей и систе-
мы охлаждения.
Внешний тепловой баланс в целом и его отдельные составляю-
щие в частности позволяют оценить показатели теплонапряжен-
ности деталей двигателя, рассчитать систему охлаждения, опреде-
лить резервы в использовании теплоты отработавших газов и пути
повышения экономичности двигателя.
В общем виде уравнение внешнего теплового баланса в абсо-
лютных единицах при работе за 1 ч (кДж/ч) можно представить
так:
Qo ~~ Qt + Сохл + Со.г + Сн.с Соси
где Со — количество теплоты, которое выделилось при сгорании топлива в цилин-
драх двигателя; Qc — количество теплоты, эквивалентное эффективной работе,
188
т. е. израсходованное на совершение эффективной работы; 0ОХЛ — количество теп-
лоты, передаваемое охлаждающей среде (жидкости или воздуху); Сог —количе-
ство теплоты, отведенное отработавшими газами, так как их температура и тепло-
емкость выше, чем у свежего заряда. В двигателях с турбонаддувом часть теплоты
отработавших газов используется в газовой турбине; QH с — количество теплоты,
не выделившееся в двигателе вследствие неполноты сгорания; 0ОСТ — остаточный
член теплового баланса, равный сумме всех неучтенных потерь.
Если двигатели работают на смеси с коэффициентом избытка
воздуха а> 1, то при составлении теплового баланса 2НС включа-
ется в остаточный член баланса £?ост- Для двигателей, работающих
на смеси с а< 1, величина (7НС представляет собой количество
теплоты, которое не может выделиться из-за недостатка воздуха,
т. е. часть топлива не сгорает или происходит неполное сгорание.
Анализ составляющих теплового баланса имеет практическое
значение. Например, значения 0ОХЛ и (?ог используют при анализе
работы систем охлаждения, наддува и смазочной системы; по зна-
чению (?н с можно оценить степень неполноты сгорания для реше-
ния задачи повышения использования теплоты в двигателе. Со-
ставляющая 0ОХЛ позволяет ориентировочно оценить резервы
улучшения теплоиспользования и организовать более рациональ-
ное охлаждение двигателей.
По значению главного члена баланса Qe можно судить о совер-
шенстве конструкции двигателя, его отдельных механизмов и сис-
тем.
Тепловой баланс можно также определить в процентах по от-
ношению ко всему количеству теплоты, выделяемой при сгорании
топлива:
?е + <7охл + ?о.г *" Qh.c ?ост — ЮО %•
Относительные значения составляющих теплового баланса на-
ходятся в следующих пределах (%): для карбюраторных двигателей
$. = 24...30, ^охл = 20...35, <7ОТ=35...55, ?нс = 0...30, ^ост = З...Ю; для
дизелей соответственно 37...40, 18...23, 30...40, 0...5 и 2...5.
Значения отдельных членов теплового баланса зависят от ско-
ростных и нагрузочных режимов работы двигателя, условий окру-
жающей среды и т. п.
Назначение, классификация систем охлаждения. Система охлаж-
дения предназначена для поддержания заданного теплового режи-
ма двигателя за счет принудительного отвода теплоты от деталей
двигателя к окружающему воздуху. В результате этого создается
определенный температурный режим, при котором двигатель не
перегревается и не переохлаждается, т. е. рабочий цикл протекает
нормально.
При перегреве двигателя увеличиваются силы трения и интен-
сивность изнашивания деталей, уменьшаются тепловые зазоры,
происходит коксование масла с отложением нагара, ухудшается
наполнение цилиндров свежим зарядом. Однако при чрезмерном
189
отводе теплоты возникает переохлаждение двигателя, которое вы-
зывает изменение вязкостных свойств масла, увеличение зазоров,
снижение мощности и экономичности двигателя.
Количество теплоты (18...35 %), которое должна отводить сис-
тема охлаждения, зависит от мощности и режима работы двигате-
ля.
Следует поддерживать оптимальный тепловой режим двигате-
ля, который контролируется по температуре охлаждающей жидко-
сти в пределе 85...95 °C независимо от его нагрузки и температуры
окружающей среды. Это способствует получению наибольшей
мощности, снижению расхода топлива и увеличению срока служ-
бы двигателя.
На современных поршневых двигателях применяют системы
жидкостного или воздушного охлаждения. Широко распростране-
ны жидкостные системы с принудительной циркуляцией охлаждаю-
щей жидкости как наиболее эффективные, обеспечивающие рав-
номерный прогрев деталей. При этом двигатель компактнее, а
шум при его работе меньше.
В качестве охлаждающих жидкостей применяют воду или ее сме-
си с этиленгликолем — антифризы Тосол А-40М и Тосол А-65М. Это
концентрированные этиленгликоли с антикоррозионными и ан-
тивспенивающими присадками, имеющие плотность
1,078...1,085 г/см3 и потому замерзающие при низкой температуре.
Цифра в марке означает температуру загустевания смеси. На-
пример, Тосол А-40М представляет собой 50%-ю смесь воды с
этиленгликолем, которая при температуре -40 °C превращается не
в лед, а в густую массу, не вызывающую повреждений блока ци-
линдров или радиатора.
13.2. УСТРОЙСТВО И РАБОТА СИСТЕМ ОХЛАЖДЕНИЯ
Система жидкостного охлаждения. Система охлаждения двига-
теля ЯМЗ-КАЗ-642 закрытая с принудительной циркуляцией ох-
лаждающей низкозамерзающей жидкости. Использование воды
допускается крайне редко. Температура охлаждающей жидкости в
системе должна быть в пределе 75...98 °C и лишь кратковременно
до 105 °C. Контроль за температурой охлаждающей жидкости осу-
ществляется датчиком и стрелочным указателем, расположенным
на щитке приборов в кабине.
Горячая жидкость из головок 19 (рис. 13.1) цилиндров через во-
дяные трубы 7/ и 9 поступает в каналы водяного насоса, который
обеспечивает принудительную циркуляцию. В зависимости от по-
ложения клапанов термостатов жидкость проходит через радиатор
(большой круг циркуляции) или непосредственно поступает в на-
сос (малый круг циркуляции), из которого направляется в блок
цилиндров. При прогреве двигателя термостаты направляют жид-
190
Рис. 13.1. Система охлаждения двигателя ЯМЗ-КАЗ-642:
/ — шкив привода водяного насоса; 2—термостаты; 3— патрубок водяного насоса; 4—отво-
дящий патрубок; 5— пароотводящая трубка от патрубка водяного насоса к расширительному
бачку; 6— водяной насос; 7— соединительная труба; 8 — кронштейн водяного насоса; 9, И —
соответственно левая и правая водяные трубы; 10 — воздухоотводящая трубка от кронштейна
водяного насоса к расширительному бачку; 72— кран контроля уровня; 13— расширительный
бачок; 14— соединительная трубка от водяной трубы к компрессору; /5—компрессор; 16 —
пробка; /7—соединительная трубка от компрессора к расширительному бачку; 18— крышка
головки цилиндра; 19— головка цилиндра; 20— блок цилиндров; 2/— выключатель гидро-
муфты; 22 —сливной кран; 23— колено отводящего патрубка радиатора; 24— шкив привода
генератора; 25—ремни привода агрегатов; 26— вентилятор; 27—гидромуфта привода венти-
лятора; 28— радиатор; 29— жалюзи радиатора
кость мимо радиатора сразу к насосу, что способствует ее быстро-
му прогреву. После достижения нормальной температуры термо-
статы направляют жидкость через радиатор.
Вентилятор, просасывая воздух через радиатор, способствует
лучшей теплоотдаче от жидкости к воздуху. Вентилятор может
иметь постоянный привод или управляемый. При управляемом
приводе через гидромуфту или специальный электродвигатель
вентилятор включается только тогда, когда температура воды пре-
высит допустимую. Подобный привод позволяет существенно
191
экономить топливо, так как на привод вентилятора расходуется
1,5...3кВт. С помощью жалюзи регулируют количество воздуха,
проходящего через радиатор, и соответственно температуру жид-
кости.
Система охлаждения двигателя автомобиля ВАЗ-21213 жидко-
стная закрытая с принудительной циркуляцией. Для контроля
температуры охлаждающей жидкости используют датчик, уста-
новленный в головке цилиндров, и указатель на щитке приборов.
Система охлаждения включает: насос охлаждающей жидкости,
рубашки охлаждения блока и головки цилиндров, термостат,
вентилятор, радиатор, расширительный бачок, трубопроводы и
шланги.
Система охлаждения двигателей автомобилей ГАЗ-3307 закры-
тая с принудительной циркуляцией жидкости. В зависимости от
температурного состояния двигателя жидкость может циркулиро-
вать по одному из двух путей:
при прогретом двигателе, когда клапан термостата открыт, —
через впускной патрубок по шлангу в верхний бачок радиатора, а
из радиатора через подводящий шланг в водяной насос и далее в
водяную рубашку двигателя (большой круг);
непрогретом двигателе, когда клапан термостата закрыт, — ми-
нуя радиатор, через перепускной шланг во всасывающую полость
водяного насоса, а затем в водяную рубашку двигателя (малый
круг).
Систему охлаждения рекомендуется заполнять антифризами
Тосол А-40М и Тосол А-65М.
Системы охлаждения двигателей автомобилей ЗИЛ-431410 и
ГАЗ-3307 также закрытые с принудительной циркуляцией жидко-
сти.
Система воздушного охлаждения применяется в основном на
двигателях небольшого литража. При воздушном охлаждении из-
лишняя теплота отводится потоком воздуха через оребренные по-
верхности цилиндров и головок цилиндров. Этот поток создается
лопастным вентилятором с устройством, регулирующим интен-
сивность потока в зависимости от степени охлаждения деталей
двигателя.
К преимуществам воздушной системы относятся простота кон-
струкции, уменьшение массы, удобство обслуживания и, кроме
того, исключается опасность размораживания двигателя зимой.
Однако хотя система воздушного охлаждения и обеспечивает
условия для необходимого отвода теплоты от сильно нагретых де-
талей, но для этого требуется достаточно большая мощность дви-
гателя на приводе вентилятора, затрудняется пуск двигателя при
низкой температуре, а при больших нагрузках и температуре окру-
жающей среды возможен перегрев двигателя.
192
13.3. ПРИБОРЫ И МЕХАНИЗМЫ СИСТЕМЫ
ЖИДКОСТНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ
Насос (как правило, центробежный) в системе охлаждения слу-
жит для принудительной циркуляции жидкости, а вентилятор —
для повышения скорости потока воздуха, проходящего через ра-
диатор. На автомобилях ГАЗ, ЗИЛ и ВАЗ водяные насосы конст-
руктивно объединены с вентиляторами и имеют общий привод, а
у двигателя ЯМЗ-КАЗ-642 насос расположен значительно выше
вентилятора и приводится в действие еще от одного ремня.
Устанавливаемые на двигателях вентиляторы имеют четыре-
шесть лопастей, изготовленных из листовой стали или пластмассы
(в автомобилях ВАЗ). На ряде двигателей лопасти вентилятора
располагают в направляющем кожухе (диффузоре), который улуч-
шает вентиляцию подкапотного пространства и увеличивает коли-
чество проходящего через радиатор воздуха. Для этой цели лопас-
ти вентиляторов некоторых двигателей (ГАЗ, ЗИЛ и др.) изготов-
ляют с отогнутыми в сторону радиатора концами.
Насос охлаждающей жидкости двигателей ВАЗ — центробежно-
го типа, приводится в действие от шкива коленчатого вала клино-
вым ремнем привода генератора (рис. 13.2). Корпус и крышка на-
соса отлиты из алюминиевого сплава. В крышке подшипника, ко-
торый стопорится винтом, установлен валик. Подшипник двух-
рядный неразборный без внутренней обоймы, заполнен смазкой
Литол 24 при сборке и в дальнейшем не смазывается.
Рис. 13.2. Насос охлаждающей жидкости:
/—крышка насоса; 2 —уплотнительное кольцо сальника; 3 —
сальник; 4— подшипник; 5—ступица шкива вентилятора; 6—
стопорный винт; 7— валик насоса; 8— корпус насоса; 9— крыль-
чатка насоса; 10— приемный патрубок
193
На валик с одной стороны напрессована чугунная крыльчатка,
а с другой — ступица шкива привода насоса. Торец крыльчатки,
соприкасающийся с уплотнительным кольцом, закален токами
высокой частоты на глубину 3 мм. Уплотнительное кольцо прижи-
мается к крыльчатке пружиной сальника через резиновую манже-
ту. Сальник неразборный, состоит из наружной латунной обоймы,
резиновой манжеты и пружины. Сальник запрессован в крышку
насоса. Насос приводится в действие клиновым ремнем.
Вентилятор (см. рис. 13.2) представляет собой шестилопастную
крыльчатку, изготовленную из пластмассы, которая крепится бол-
тами к ступице шкива привода насоса. Лопасти вентилятора име-
ют переменный по радиусу угол установки и для уменьшения
шума переменный шаг по ступице. Для лучшей эффективности
работы вентилятор находится в кожухе, который крепится болта-
ми к кронштейнам радиатора.
Насос и вентилятор двигателя автомобиля ЗИЛ-431410 приво-
дятся в действие от шкива коленчатого вала двумя ремнями. При
этом один ремень охватывает шкив генератора, а другой — Шкив
насоса гидроусилителя рулевого управления. Натяжение ремней
регулируют перемещением генератора и насоса гидроусилителя
рулевого управления. При нормальном натяжении прогиб каждо-
го ремня между шкивом вентилятора и натяжным шкивом под
действием усилия 40 Н (4кгс) должен быть в пределе 8...14 мм
(рис. 13.3). От шкива вентилятора приводится в действие компрес-
сор.
В двигателе ЯМЗ-КАЗ-642 вентилятор осевого типа установлен
на ведомом валу гидромуфты соосно с коленчатым валом двигате-
ля. Шестилопастная крыльчатка вентилятора вращается внутри
кожуха, установленного на каркасе радиатора, что уменьшает под-
сос лопастями воздуха с боков и тем самым способствует увеличе-
нию скорости потока воздуха, просасываемого через радиатор.
Гидромуфта вентилятора (рис. 13.4) предназначена для переда-
чи и автоматического регулирования вращающего момента от ко-
ленчатого вала к вентилятору, а также для гашения колебаний на-
грузки, которые возникают при резком изменении частоты враще-
ния коленчатого вала. Гидромуфта позволяет поддерживать наи-
выгоднейший температурный режим в системе охлаждения
двигателя.
Передняя крышка 1 и корпус 2 подшипника соединены болта-
ми и образуют полость, в которой установлены рабочие колеса
гидромуфты. Ведущий вал 6 в сборе с кожухом 3, ведущее колесо
10, вал 12 шкива и шкив 11 соединены между собой болтами и со-
ставляют ведущую часть гидромуфты. Она передает вращающий
момент от коленчатого вала через шлицевый валик на шкив при-
вода насоса и генератора.
Ведущая часть гидромуфты вращается в шариковых подшипни-
ках 7 и 19. Ведомое колесо 9 в сборе с валом, на котором крепится
194
Рис. 13.3. Схема проверки натяжения приводных ремней:
1 — шкив коленчатого вала; 2— шкив генератора; 5— шкив компрессора; 4— шкив водяного
насоса; 5— шкив насоса гидроусилителя рулевого привода
ступица 15 вентилятора, составляют ведомую часть гидромуфты,
передающую вращающий момент валу вентилятора. Ведомая
часть гидромуфты вращается в двух шариковых подшипниках 4 и
13. Для уплотнения гидромуфты применены резиновые манжеты
77и 20.
Режимы работы вентилятора:
1)автоматический—температура охлаждающей жидкости в
двигателе поддерживается в пределе 80...95 °C, кран выключения
гидромуфты установлен в положении В;
2) вентилятор отключен — кран установлен в положении 0.
При этом вентилятор может вращаться с небольшой частотой;
3) вентилятор включен постоянно. Работа на этом режиме до-
пустима лишь кратковременно в случае возможных неисправнос-
тей гидромуфты и ее выключателя (положение П).
195
Рис. 13.4. Гидромуфта вентилятора двигателя ЯМЗ-КАЗ-642:
/ — передняя крышка; 2—корпус подшипника; 3— кожух; 4, 7, 13, /9—шариковые подшип-
ники; 5—трубка корпуса подшипника; 6— ведущий вал; 8— уплотнительное кольцо; 9—ве-
домое колесо; 10— ведущее колесо; //—шкив; /2—вал шкива; 14— упорная втулка; 15 —
ступица вентилятора; 16— ведомый вал; 17, 20— манжеты с пружинами; 18 — прокладка
Выключатель гидромуфты с термосиловым датчиком золотни-
кового типа. Его устанавливают на патрубке, подводящем охлаж-
дающую жидкость к водяному насосу от радиатора. При темпера-
туре охлаждающей жидкости 81...95 °C шток термосилового эле-
мента перемещает золотник, благодаря чему масло из смазочной
системы через сообщающиеся полости выключателя подводится в
полость гидромуфты. Далее через трубку, каналы в ведущем валу и
196
отверстие в ведомом колесе масло поступает в межлопастные по-
лости рабочих колес, откуда затем сливается через отверстия в ко-
жухе. От степени заполнения маслом полостей рабочих колес за-
висит передаваемый вращающий момент.
При температуре охлаждающей жидкости ниже 80 °C золотник
под действием возвратной пружины закрывает полость в корпусе
и отключает вентилятор.
Вентилятор двигателя автомобилей ГАЗ шестилопастный. Для
натяжения ремня вентилятора изменяют положение натяжного
ролика. Контроль натяжения осуществляется пружинным дина-
мометром по значению прогиба ремня. Если при нагрузке 40 Н на
участке между шкивами натяжного ролика и вентилятора прогиб
составит 10... 15 мм, то ремень натянут правильно.
Радиатор, являющийся теплообменным узлом, предназначен
для передачи теплоты от охлаждающей жидкости потоку воздуха.
В систему охлаждения некоторых двигателей автомобилей ЗИЛ,
ВАЗ, КАЗ и др. устанавливают расширительный (конденсатор-
ный) бачок 13 (см. рис. 13.1), служащий для поддержания посто-
янного объема циркулирующей жидкости. Для контроля уровня
жидкости на бачке имеется контрольная метка или кран.
Верхний 9 (рис. 13.5) и нижний 75 бачки радиатора соединены
с сердцевиной 12. В верхний бачок впаяны заливная горловина 8 с
пробкой 7 и патрубок для подсоединения гибкого шланга, подво-
дящего нагретую жидкость к радиатору. Сбоку заливная горлови-
на имеет отверстие для пароотводной трубки. В нижний бачок
впаян патрубок отводящего гибкого шланга 13. К верхнему и ниж-
нему бачкам прикреплены боковые стойки 6, соединенные плас-
тиной, припаянной к нижнему бачку. Стойки и пластина образу-
ют каркас радиатора.
Сердцевины радиаторов автомобилей могут быть трубчато-плас-
тинчатыми и трубчато-ленточными (ВАЗ, ГАЗ, ЗИЛ, КАЗ). Серд-
цевина трубчато-пластинчатого радиатора состоит из нескольких
рядов трубок, впаянных в верхний и нижний бачки. На трубки
надеты тонкие охлаждающие пластины, изготовленные из латуни,
алюминия или меди. Иногда охлаждающие пластины делают гоф-
рированными, что значительно увеличивает площадь поверхности
охлаждения радиатора. Широкую гофрированную ленту помеща-
ют между трубками и припаивают к ним. Трубчато-ленточные ра-
диаторы такой конструкции применены в двигателях автомобилей
КАЗ-4540, ЗИЛ-431410, ГАЗ-3307 и др.
Радиатор соединен с рубашкой охлаждения двигателя патруб-
ками и гибкими шлангами, которые прикреплены к патрубкам
стяжными хомутиками. Такое соединение допускает относитель-
ное смещение двигателя и радиатора. Перед радиатором установ-
лены жалюзи 2 для регулирования количества воздуха, проходя-
щего между трубками радиатора. При перемещении рукоятки 4,
установленной в кронштейне, вперед до отказа створки жалюзи
197
Рис. 13.5. Радиатор и схема работы парового и воздушного клапанов:
а— детали; б— открыт паровой (выпускной) клапан; в — открыт воздушный (впускной) кла-
пан; 1 — каркас; 2 — жалюзи; 3 — тяга; 4 — рукоятка привода жалюзи; 5 — фиксатор; 6— стой-
ка; 7— пробка радиатора; 8 — горловина радиатора; 9— верхний бачок; 10, 13 — гибкие шлан-
ги; // — отводной патрубок; /2—сердцевина радиатора; /4—сливной кран радиатора; /5—
нижний бачок; 16— направляющий кожух; /7—пароотводная трубка; 18— корпус пробки;
/9—пружина парового клапана; 20— стойка; 2/— запирающая пружина; 22—паровой (вы-
пускной) клапан; 23— прокладка выпускного клапана; 24— прокладка воздушного клапана;
25— воздушный клапан; 26— пружина воздушного клапана; 27— седло воздушного клапана;
28— отверстие для поступления воздуха
полностью открываются и воздух свободно проходит между труб-
ками радиатора. Для поддержания определенного температурного
режима двигателя рукоятку можно установить на фиксаторе 5 в
любом промежуточном положении.
Горловину 8 радиатора герметически закрывает пробка, изоли-
рующая систему охлаждения двигателя от окружающей среды.
Пробка радиатора состоит из корпуса 18, парового 22 и воздушно-
го 25 клапанов и запирающей пружины 21. На стойке 20, при по-
мощи которой к корпусу прикреплена запирающая пружина, ус-
198
тановлен паровой клапан, прижатый пружиной 19. Воздушный
клапан 25 прижимается пружиной 26 к седлу 27, запрессованному
в паровом клапане. Плотное соединение клапанов с седлами дос-
тигается установкой резиновых прокладок 23 и 24. При поврежде-
нии или разрушении резиновых прокладок система охлаждения
становится открытой и вода закипает при 100 °C. В случае закипа-
ния жидкости в системе охлаждения давление пара в радиаторе
возрастает. При давлении 145... 160 кПа открывается паровой кла-
пан 22, преодолевая сопротивление пружины 19. Система охлаж-
дения двигателя сообщается с окружающей средой, и пар выходит
из радиатора через пароотводную трубку 77. После остановки дви-
гателя жидкость охлаждается, пар конденсируется и в системе ох-
лаждения создается разрежение. При давлении 1... 13 кПа откры-
вается воздушный клапан 25 и в радиатор через отверстия 28 и
клапан начинает поступать воздух, проходящий по пароотводной
трубке. Паровой и воздушный клапаны предотвращают возмож-
ное повреждение радиатора под действием как внешнего, так и
внутреннего давления.
При наличии расширительного бачка клапаны размещены в
его пробке (автомобили ЗИЛ, КАЗ).
У двигателя автомобиля ВАЗ-21213 радиатор разборный с
пластмассовыми бачками и алюминиевыми горизонтальными
трубками с охлаждающими пластинами. Соединение сердцевины
радиатора с бачками уплотнено резиновыми прокладками. Для
лучшей эффективности охлаждения жидкости в трубках находятся
турбулизаторы. Радиатор устанавливают на резиновые опоры и
крепят болтами к передку кузова.
Термостаты устанавливают в системе охлаждения для ускорен-
ного прогрева двигателя при пуске и поддержания наивыгодней-
шего теплового режима (80...90 °C). Все рассматриваемые в учеб-
нике двигатели оснащены термостатами, работающими в автома-
тическом режиме.
Различают термостаты с жидкостным и твердым наполнителя-
ми. В жидкостных термостатах рабочим телом является легко ис-
паряющаяся жидкость (смесь 70 % этилового спирта и 30 % воды).
Жидкостный термостат состоит из корпуса 7 (рис. 13.6, а) с
окнами, гофрированного баллона 2 и клапана 5. Нижняя часть
гофрированного баллона жестко соединена с кронштейном 8 кор-
пуса. К верхней части баллона припаян шток 3 с клапаном. Шток
может перемещаться в направляющей корпуса. Иногда в клапане
термостата делают небольшое отверстие или канавку на его кром-
ке для выхода воздуха при заливке жидкости в систему охлажде-
ния.
В запаянном гофрированном баллоне находится жидкость, за-
нимающая примерно половину внутреннего его объема. Воздух из
баллона откачан, и при нормальных условиях, т. е. при температу-
ре жидкости менее 70 °C, баллон сжат, а клапан закрыт. Жидкость
199
Рис. 13.6. Схемы работы термостатов:
а — жидкостного (дизель ЯМЗ-236); б—с твердым наполнителем (двигатель автомобиля ЗИЛ-
431410); / — корпус водяного насоса; 2—гофрированный баллон; 3 — шток; 4— прокладка;
5 — клапан термостата; 6— патрубок для отвода горячей жидкости; 7— корпус термостата; 8—
кронштейн; 9— баллон термостата; /0 —твердый наполнитель; //—резиновая мембрана;
/2 — направляющая втулка; 13 — возвратная пружина; 14— коромысло клапана; /5—буфер;
16— впускной трубопровод; /, IV— термостаты открыты; //, /// — термостаты закрыты
по перепускному каналу поступает к насосу, минуя радиатор (ма-
лый круг циркуляции). По мере прогрева двигателя жидкость в
системе охлаждения нагревается. При температуре свыше 73 °C
жидкость, находящаяся в баллоне, начинает испаряться, давление
в баллоне повышается и клапан открывается, направляя охлажда-
ющую жидкость через радиатор (большой круг циркуляции). При
температуре 88...94 °C клапан термостата открыт полностью.
В термостатах с твердым наполнителем в качестве рабочего
тела используют церезин с медной стружкой, обладающий боль-
шим коэффициентом объемного расширения.
Термостат с твердым наполнителем расположен между впуск-
ным трубопроводом 16 (рис. 13.6, б) и отводящим патрубком 6. К
корпусу 7 пружиной 13 постоянно прижимается клапан 5, шар-
нирно соединенный со штоком 3. Последний опирается на рези-
новую мембрану 11, которая зажата между баллоном 9 и направля-
ющей втулкой. Пока двигатель не прогрет, наполнитель (церезин)
находится в твердом состоянии и клапан термостата закрыт. При
повышении температуры жидкости в системе охлаждения до 70 °C
(и более) церезин плавится и объем его увеличивается. Наполни-
тель нажимает на мембрану, она выгибается вверх и давит через
буфер 15 на шток, который поворачивает клапан 5, вследствие
чего охлаждающая жидкость поступает в радиатор. При снижении
температуры окружающей жидкости объем наполнителя уменьша-
ется и клапан термостата под действием возвратной пружины зак-
рывается.
На двигателе ЯМЗ-КАЗ-642 устанавливают два термостата с
твердым наполнителем. Они предназначены для автоматического
регулирования теплового режима работы двигателя и размещены в
корпусе жидкостного насоса.
Термостат с твердым наполнителем двигателя ЗИЛ-508.10 раз-
мещен между верхним и нижним патрубками водяной рубашки.
Терморегуляторы применяют для лучшего поддержания в задан-
ных пределах теплового режима двигателей и уменьшения потерь
мощности на привод вентилятора.
Так, на двигателе ЯМЗ-КАЗ-642, как описывалось выше, вен-
тилятор снабжен гидромуфтой, управляемой краном и термосило-
вым датчиком.
На некоторых моделях двигателей ГАЗ вентиляторы приводят-
ся в действие электромагнитной муфтой. Центробежный насос в
сборе с такой муфтой показан на рисунке 13.7. Он состоит из кор-
пуса 11, вала 7, крыльчатки 9 с лопастями 10, самоподжимным
сальником 8 и электромагнитной муфтой 2. В зависимости от тем-
пературы жидкости в системе охлаждения электромагнитная муф-
та включается или выключается. Она состоит из электромагнита 6,
установленного вместе со шкивом 1 на ступице 5 насоса, и ступи-
цы 3 вентилятора, соединенной пластинчатой пружиной с якорем,
свободно вращающимся вместе со ступицей на двух шарикопод-
201
снизится до 80 °C, контакты
Рис. 13.7. Жидкостный насос в сборе с
электромагнитной муфтой вентилятора:
/—шкив; 2—муфта; 3, 5—ступицы; 4 —
подшипники; 6 — электромагнит; 7 — вал;
8— сальник; 9 — крыльчатка; /0—лопасти;
11 — корпус
шипниках 4. Катушка электро-
магнита соединена с тепловым
реле, датчик которого располо-
жен в верхнем бачке радиатора.
При температуре охлаждаю-
щей жидкости в верхнем бачке
радиатора 85...90 °C тепловое
реле подает ток в катушку элек-
тромагнита от аккумулятора.
Якорь притягивается к электро-
магниту, и ступица вместе с ло-
пастями вентилятора начинает
вращаться. Когда температура
; разомкнутся и вентилятор от-
ключится.
На многих автомобилях (в том числе и на некоторых моделях
ВАЗ) устанавливают вентиляторы с электроприводом. Включение
и выключение электродвигателя вентилятора происходит в зави-
симости от температуры охлаждающей жидкости при помощи
термодатчика, ввернутого в верхний бачок радиатора.
Температуру жидкости в системе охлаждения контролируют по
показаниям дистанционного магнитоэлектрического термометра,
состоящего из указателей на щитке приборов и встроенных в сис-
тему охлаждения датчиков.
О перегреве жидкости в системе охлаждения может сигнали-
зировать контрольная лампа, установленная на щитке приборов
и соединенная с термодатчиком (в автомобилях ЗИЛ-431410,
ГАЗ-3307 и др.).
13.4. ПРЕДПУСКОВЫЕ ПОДОГРЕВАТЕЛИ
Предпусковые подогреватели служат для предварительного
прогрева двигателя перед пуском в холодное время года. При пус-
ке холодного двигателя требуется большой вращающий момент,
который зависит в основном от вязкости масла в поддоне. Холод-
ные стенки камеры сгорания способствуют конденсации паров и
капелек топлива, что ухудшает процесс воспламенения топлива. У
дизелей при холодной камере сгорания температура воздуха в
202
конце сжатия не достигает величин, требуемых для воспламене-
ния топлива. Чтобы облегчить пуск двигателя, необходимо подо-
греть блок, головку цилиндров и поддон. Это уменьшит вязкость
масла, снизит конденсацию топлива.
Применяют как непосредственно предпусковые подогреватели
(в автомобилях ЗИЛ, ГАЗ, КАЗ), обогревающие масло в поддоне
картера и двигатель снаружи, так и электрофакельные устройства
(ЭФУ), подогревающие холодный воздух (в автомобилях КАЗ).
Предпусковой подогреватель состоит из котла 17 (рис. 13.8),
постоянно соединенного трубками 14 и 18 с системой охлаждения
двигателя, топливного бачка 1, электродвигателя 5 вентилятора,
регулятора подачи топлива с электромагнитным клапаном 8 и
пульта управления 21, расположенного на щитке двигателя. Ручка
Рис. 13.8. Предпусковой обогреватель двигателя автомобиля ЗИЛ-431410:
1 — топливный бачок; 2—пробка бачка; 3 — воронка; 4— кран; 5—электродвигатель венти-
лятора; 6—сливной кран трубопровода подогревателя; 7—ручка управления краном; 8—
электромагнитный клапан; 9 — регулировочная игла; 10— спираль подогрева электромагнит-
ного клапана; 11 — трубка от электромагнитного клапана к камере сгорания котла; 12— шланг
подвода воздуха; 13— свеча накаливания; 14— отводящая трубка от двигателя к котлу; 15 —
лоток; 16— сливной кран котла; 17— котел подогревателя; 18— подводящая трубка от котла к
двигателю; 19— штуцер; 20— провод; 2/ — пульт управления; 22 — контрольная спираль; 23 —
ручка переключателя; 24— выключатель свечи накаливания; 25—топливопровод
203
23 переключателя пульта управления может занимать три положе-
ния: 0— все выключено (ручка нажата до отказа); /—включен
электродвигатель вентилятора (ручка вытянута наполовину); II—
включены электродвигатель вентилятора и электромагнитный
клапан (ручка вытянута до отказа).
Для подогрева электромагнитного клапана 8 во время пуска
подогревателя в корпусе клапана установлена спираль 10, соеди-
ненная последовательно со свечой накаливания 13 и спиралью 22
(резистор). Спираль 10 включается в электрическую цепь одно-
временно со свечой одним и тем же выключателем 24.
Порядок пуска двигателя при помощи подогревателя следую-
щий. Подготовляют 32...35 л воды для заполнения системы охлаж-
дения. Закрывают жалюзи и открывают капот двигателя. В котел
подогревателя через воронку 3 наливают 1,5 л воды и открывают
кран 4. Затем перемещают ручку 23 в положение / на 45 с. При
этом включается электродвигатель 5, открывается электромагнит-
ный клапан, и топливо поступает в камеру сгорания котла. Далее
ручку переводят в положение 0 и включают свечу накаливания.
При нагреве контрольной спирали до светло-красного цвета заго-
рается смесь в котле, т. е. происходит вспышка и раздается хло-
пок. Первоначально топливовоздушная смесь воспламеняется от
свечи накаливания 13. После начала горения смеси включают по-
догреватель, перемещая ручку переключателя в положение //. Как
только горение смеси станет устойчивым, свечу выключают. Даль-
нейшее воспламенение топлива происходит от горящей смеси.
В результате сгорания смеси образуются горячие газы, которые
проходят по жаровой трубе. Их теплота передается жидкости, за-
литой в котел. Выходящие из котла горячие газы по лотку 75 на-
правляются под картер двигателя и нагревают масло; поднимаясь
выше, они обогревают двигатель снаружи. В связи с этим необхо-
димо помнить, что подогреватель и двигатель следует содержать в
чистоте, так как замасленный двигатель и подтеки топлива могут
быть причиной возникновения пожара.
Через 1...2 мин после начала работы подогревателя в котел до-
полнительно наливают 6...8 л воды. Закрывают пробку воронки,
прикрывают капот и продолжают прогрев двигателя. Вода в котле
закипает, образующийся пар проходит в полости блока цилиндров
и головок блока, а затем в виде конденсата стекает в котел. Когда
двигатель прогреется, из открытой заливной горловины радиатора
пойдет пар. После этого пусковой рукояткой несколько раз про-
ворачивают коленчатый вал для распределения смазочного мате-
риала по подшипникам. Свободное вращение коленчатого вала
будет свидетельствовать о готовности двигателя к пуску.
Выключив подогреватель, пускают двигатель, закрывают слив-
ной кран патрубка радиатора, а систему охлаждения заполняют
водой через заливную воронку подогревателя и горловину радиа-
тора.
204
Для прогрева двигателя ГАЗ-53-11 применяют пусковой подо-
греватель ПЖБ-12. Им можно прогреть двигатель, система охлаж-
дения которого заполнена водой или низкозамерзающей жидко-
стью. Подогреватель состоит из теплообменника и горелки. Теп-
лообменник представлен двумя газоходами (внутренним и наруж-
ным) и двумя жидкостными рубашками, соединенными между
собой. Подогреватель работает на бензине, применяемом для дви-
гателя, и постоянно включен в систему его охлаждения. В камеру
сгорания подогревателя бензин поступает самотеком из бачка че-
рез электромагнитный запорный клапан.
Образующиеся в результате горения газы закрученным пото-
ком проходят по газоходам и отдают тепло жидкости, находящей-
ся в теплообменнике. Газы, проходящие через выпускной и на-
правляющий патрубки, нагревают масло в картере. Жидкостная
полость теплообменника подогревателя посредством штуцеров и
трубок соединена с системой охлаждения двигателя.
Принцип действия электрофакельного устройства двигателя
ЯМЗ-КАЗ-642 основан на подогреве воздуха, поступающего в ци-
линдры двигателя, факелом горящего топлива, воспламеняемого
свечой накаливания. Топливо, поступающее к свече, сгорает не
полностью. Несгоревшая часть его в виде паров и газа поступает в
цилиндры, способствуя возникновению в камере сгорания допол-
нительных очагов воспламенения. Факельные свечи подсоедине-
ны к магистрали низкого давления системы питания двигателя на
участке фильтр тонкой очистки топлива— топливный насос высо-
кого давления.
При пуске двигателя топливоподкачивающий насос низкого
давления нагнетает топливо через фильтр тонкой очистки к све-
чам. Перепускной клапан топливного насоса высокого давления и
клапан-жиклер фильтра тонкой очистки топлива перекрывают
дренажные топливопроводы, обеспечивая подачу топлива под
давлением к свече с минимальной задержкой от момента откры-
тия электромагнитного клапана.
Предпусковой подогреватель ПДЖ-30 этого же двигателя пред-
назначен для нагрева жидкости в системе охлаждения и масла в
картере двигателя перед пуском при температуре воздуха ниже
-25 °C.
13.5. ВОЗМОЖНЫЕ НЕИСПРАВНОСТИ И ТЕХНИЧЕСКОЕ
ОБСЛУЖИВАНИЕ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ
К основным неисправностям системы охлаждения следует от-
нести перегрев и переохлаждение двигателя, т. е. случаи, когда не
поддерживается оптимальный тепловой режим (85...95 °C). Это
может быть вызвано следующими причинами: недостаточное ко-
личество охлаждающей жидкости в системе; приводной ремень
205
вентилятора слабо натянут или вышел из строя; радиатор не обес-
печивает достаточного охлаждения жидкости из-за накипи на
внутренних стенках трубок; положение жалюзи радиатора не со-
ответствует условиям окружающей среды; вышел из строя или во-
дяной насос (подшипники, привод), или термостат (начало от-
крытия клапана не соответствует температуре), или датчик термо-
регулятора.
Для нормальной работы всей системы охлаждения и ее отдель-
ных элементов необходимо своевременно проводить техническое
обслуживание.
При ЕТО проверяют плотность соединений, чтобы не допус-
тить утечек из системы охлаждения, а также уровень жидкости в
радиаторе. Если постоянно наблюдается большой расход жидко-
сти при отсутствии утечек, то надо проверить паровоздушный
клапан. Систему охлаждения периодически промывают водой для
удаления ржавчины и других осадков. Сердцевину радиатора сна-
ружи продувают сжатым воздухом, промывают сильной струей
воды и снова продувают.
При ТО-1 проверяют натяжение ремня вентилятора и при не-
обходимости его регулируют. Одновременно смазывают подшип-
ники водяного насоса, делая три-четыре нагнетания шприцем че-
рез масленку, если конструкцией не предусмотрено смазывание.
При ТО-2 систему охлаждения промывают и при необходимос-
ти удаляют из нее накипь. Для промывки систему заполняют ра-
створом, состоящим из 150 г тринатрийфосфата, 20 г едкого кали,
25 г каустической соды на Юл воды. Двигатель прогревают до
80 °C, после чего раствор сливают и еще раз промывают систему
водой.
Накипь удаляют сразу же после промывки системы, руковод-
ствуясь инструкцией завода-изготовителя. Один из способов уда-
ления накипи из двигателей с чугунными блоками и головками
цилиндров заключается в следующем. Готовят раствор из
759...800г каустической соды и 0,25л керосина на Юл воды, за-
полняют им систему и работают в течение 8...10ч. Затем раствор
сливают, заполняют систему чистой водой и после работы двига-
теля в течение 3...5 мин ее выливают. Промывку повторяют не-
сколько раз.
При сезонном техническом обслуживании (СТО) проверяют
работу термостата и правильность показаний указателя температу-
ры.
Контрольные вопросы и задания
1. Что такое тепловой баланс двигателя? 2. Назовите основные недостатки воз-
душной системы охлаждения и сравните жидкостную и воздушную системы.
3. Назовите и расшифруйте марки основных незамерзающих жидкостей. 4. Како-
вы назначение и устройство жидкостных насосов? 5. Какие типы и конструкции
вентиляторов и радиаторов применяют на автомобильных двигателях? 6. Как кон-
тролируют и регулируют температурное состояние двигателей? 7. В чем принцип
206
работы термостатов с жидкостным и твердым наполнителем? 8. Для чего предназ-
начены паровой и воздушный клапаны в системе охлаждения? 9. Какие терморе-
гуляторы применяют в системах охлаждения современных автомобильных двига-
телей? 10. Для чего необходим предпусковой подогреватель? Как он работает?
11. Какие последствия в работе двигателя вызовут его перегрев и переохлаждение?
Глава 14
ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЕЙ
Эксплуатационные свойства автомобиля: скорость движения,
показатели разгона, расход топлива на 100 км; экологические ка-
чества во многом определяются показателями двигателя, его ха-
рактеристиками. Для эксплуатации важно знать выходные харак-
теристики (скоростную, нагрузочную, холостого хода), экологи-
ческие и многопараметровую. Все характеристики снимают на
специальных тормозных стендах, позволяющих менять нагрузку и
частоту вращения двигателя, с применением специальной измери-
тельной аппаратуры.
14.1. СКОРОСТНЫЕ И НАГРУЗОЧНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Скоростная характеристика — это зависимость мощности Ne,
вращающего момента Мвр, часового Gr и удельного ge расходов
топлива от частоты вращения двигателя пй. По этой характеристи-
ке можно определить наиболее эффективные режимы движения
автомобиля, максимальную скорость, экономичность, параметры
регулировки топливной аппаратуры. Данная характеристика слу-
жит паспортом двигателя. Ее указывают во всех проспектах и ру-
ководствах по эксплуатации.
Скоростная характеристика карбюраторного двигателя. Показа-
тели у всех ДВС с искровым зажиганием (карбюраторных, работа-
ющих на газе, двигателей с впрыскиванием бензина) одинаково
изменяются в зависимости от частоты вращения. Конечно, каждая
модель двигателя имеет свои особенности.
Скоростную характеристику снимают при постоянном откры-
тии дроссельной заслонки. Характеристику, снятую при полнос-
тью открытом дросселе, называют внешней (рис. 14.1, а), а при лю-
бом другом положении — частичной. Таким образом, внешняя ха-
рактеристика только одна, она показывает максимальные возмож-
ности двигателя. Частичных характеристик может быть много.
С увеличением частоты вращения цикловая подача топлива
карбюратором сначала растет, а потом несколько падает. Также
сначала увеличивается, а затем уменьшается наполнение цилинд-
ров (коэффициент наполнения) свежим зарядом (горючей сме-
сью). В результате этого вращающий момент двигателя сначала
207
Рис. 14.1. Скоростные характеристики:
а — бензинового двигателя с искровым зажиганием; б — дизеля
возрастает, а потом падает. Его максимум приходится на частоту
вращения около 40...50 % максимальной.
Поскольку число циклов в единицу времени увеличивается, то
увеличивается и часовой расход топлива, а вместе с ним до опре-
деленного предела растет и мощность двигателя. Затем в результа-
те ухудшения процессов сгорания и роста механических потерь
эффективная мощность снижается. Характеристика мощности
имеет четко выраженный максимум. Характеристика двигателей
грузовых автомобилей обычно не имеет перегиба мощности — она
заканчивается на максимуме. После этого вступает в работу огра-
ничитель частоты вращения и прикрывает дроссель.
Удельный расход топлива с ростом частоты вращения сначала
снижается, а затем повышается, т. е. на определенном режиме
имеется минимум. Он примерно соответствует режиму макси-
мального момента. Для автомобиля это определяет скорость дви-
жения с наименьшим расходом топлива — экономичную ско-
рость, которая составляет примерно 50 % возможной максималь-
ной скорости.
Особенность частичных характеристик: наличие области, где
почти совпадают минимумы удельного расхода, но затем с увели-
чением частоты вращения удельный расход резко возрастает. Сле-
довательно, с целью экономии топлива при любом открытии
дросселя нужно двигаться на скорости, составляющей 40...50 %
максимальной.
Скоростная характеристика дизеля (рис. 14.1,6) похожа на ха-
рактеристику бензинового двигателя, только все зависимости
имеют меньшую кривизну. Эту характеристику часто называют
регуляторной, поскольку она имеет регуляторную ветвь, на кото-
208
рой происходит основная работа двигателя. На некоторых дизелях
легковых автомобилей устанавливают не всережимный регулятор,
а только ограничитель максимальной частоты вращения, при дос-
тижении которой регулятор выключает подачу топлива.
С ростом частоты вращения коленчатого вала вращающий мо-
мент несколько увеличивается (меньше, чем у карбюраторного
двигателя), а затем уменьшается, мощность и часовой расход топ-
лива возрастают до максимума, а удельный расход снижается. При
частоте вращения больше номинальной (лд > лдн) начинает рабо-
тать регулятор, резко уменьшая цикловую подачу. Это формирует
регуляторную ветвь характеристики — снижение вращающего мо-
мента, мощности и часового расхода по прямой линии и рост
удельного расхода по гиперболе. При максимальной частоте вра-
щения холостого хода мощность и момент равны нулю, часовой
расход топлива — (7Т х х, а удельный расход топлива — бесконечно-
сти.
При перегрузке, когда момент сопротивления больше номи-
нального момента, частота вращения становится меньше номи-
нальной. На этом режиме начинает работать корректор (см. главу
9), увеличивая подачу топлива для повышения момента, — двига-
тель работает на корректорной ветви. Однако превышение макси-
мального момента по отношению к номинальному (запас враща-
ющего момента) у дизелей меньше, чем у бензиновых двигателей.
Это свойство оценивают по коэффициенту приспособляемости
двигателя к = Л/Вптах/Нр.н- У дизелей к= 1,15...1,2, у бензиновых
двигателей к = 1,25... 1,4, т. е. последние обладают лучшей перегру-
зочной способностью.
При установке рычага (педали) акселератора в любое другое
положение, кроме максимального, регулятор формирует частич-
ную регуляторную ветвь (см. главу 9). Водитель может установить
рычаг (педаль) акселератора в любое положение, каждому из кото-
рых будет соответствовать своя частичная регуляторная ветвь.
Следовательно, их может быть значительное множество.
Так как основной рабочей ветвью двигателя является регуля-
торная, а максимальная мощность и минимальный удельный рас-
ход топлива соответствуют номинальной частоте вращения, то во
время работы нужно стремиться загрузить двигатель настолько
(выбрать скорость движения и передачу), чтобы он работал на
этой (или чуть большей) частоте.
Нагрузочная характеристика бензинового двигателя (рис. 14.2)
представляет собой зависимость показателей двигателя а, (7Т, ge от
нагрузки Ne. Эту характеристику получают при постоянной часто-
те вращения и различных положениях дроссельной заслонки, что
соответствует реальному режиму управления двигателем, когда во-
дитель, чтобы получить нужную мощность двигателя, изменяет
положение дроссельной заслонки.
Крайние правые значения показателей на кривых соответству-
209
Рис. 14.2. Нагрузочная характеристика
бензинового двигателя с искровым
зажиганием
ют максимальной мощности
двигателя при данной частоте
вращения. Изломы характери-
стик соответствуют открытию
дроссельной заслонки прибли-
зительно на 75 % и вступле-
нию в работу экономайзера
карбюратора, который добав-
ляет топливо к подаче главно-
го жиклера, в результате чего
резко повышаются часовой и
удельный расходы топлива, а
смесь обогащается до
а = 0,8...0,9.
На данной характеристике
хорошо видно, что для дости-
жения максимальной мощнос-
ти нужна обогащенная смесь (а = 0,8...0,9), а при минимальном
удельном расходе топлива — обедненная (а = 1,12... 1,15). Из этого
можно сделать вывод: карбюратор невозможно отрегулировать
так, чтобы двигатель имел одновременно максимальную мощ-
ность и наилучшую экономичность.
14.2. МНОГОПАРАМЕТРОВАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
Режим полного нажатия на педаль акселератора бывает доста-
точно редко, т. е. двигатель редко работает на внешней характери-
стике. Чаще водитель удерживает педаль в каком-то промежуточ-
ном положении. Для анализа работы двигателя на всех режимах
нужно иметь значительное количество частичных характеристик.
Однако это неудобно.
Чтобы оценить работу двигателя на всех нагрузочных режимах
в эксплуатации, для согласования характеристики его с показате-
лями автомобиля при конструировании применяют многопара-
метровую характеристику. Она представляет собой совокупность
зависимостей при одинаковых значениях удельного расхода топ-
лива в координатах «вращающий момент — частота вращения»
(рис. 14.3). Многопараметровую характеристику получают путем
снятия большого количества скоростных или нагрузочных харак-
теристик при разных положениях дросселя (рейки топливного на-
соса). Затем выбирают определенное значение ge и соответствую-
щие ему значения моментов и частот вращения на всех характери-
стиках. Наносят эти точки моментов и частот вращения на график
Л/вр — п„ и соединяют их плавными линиями. Получают одну кри-
вую постоянной величины ge. Так же поступают для других значе-
ний удельного расхода топлива.
210
Рис. 14.3. Многопараметровая характеристика двигателя автомобиля
«Москвич-412»
На рисунке 14.3 минимальному удельному расходу
& = 270 г/(кВт • ч) соответствует одна точка. Это означает, что в ре-
жиме с нагрузкой Мт, = 80 Н • м и частотой вращения пй = 2450 мин-1
двигатель будет работать наиболее экономично. Работу с удель-
ным расходом топлива ge = 290 г/(кВт • ч) можно получить при
Мвр = 58 Н • м, па = 2700 мин-1 и Мвр = 94 Н • м, па = 5000 мин-1.
На этом же графике изображены кривые постоянной мощнос-
ти, имеющие вид гиперболы: Ne = Мврпл = const. Если на график
нанести кривую вращающего момента внешней характеристики
Мвр ~Лпл) конкретного двигателя, то можно сразу определить, в
каких режимах и с какими показателями он работает.
14.3. ХАРАКТЕРИСТИКИ ХОЛОСТОГО ХОДА И ТОКСИЧНОСТИ
Характеристика холостого хода позволяет оценить совершен-
ство технологии изготовления двигателя, так как энергия сгора-
ния топлива на холостом ходу тратится только на механические
потери внутри двигателя. Характеристику снимают в процессе ис-
пытаний при разном положении дроссельной заслонки и работе
2Н
Рис. 14.4. Токсическая характеристика
двигателя ВАЗ-2108
двигателя без нагрузки. Со-
гласно результатам испытаний
расход топлива на холостом
ходу не так уж мал: от 18 % при
минимальной частоте враще-
ния до 30 % при максимальной
частоте вращения вала двига-
теля под нагрузкой. При уве-
личении частоты вращения от
минимального значения до
максимального расход топлива
растет, так как механические
потери увеличиваются пропор-
ционально частоте вращения.
Характеристики токсичнос-
ти. В главе 3 рассмотрены по-
казатели и нормы токсичности
двигателя, полученные при работе на средних эксплуатационных
режимах. Однако на каждом нагрузочном и скоростном режиме
двигатель выделяет токсические компоненты в разных соотноше-
ниях. Чтобы выбрать наиболее приемлемый режим по токсичнос-
ти, снимают характеристики токсичности двигателя. В качестве
примера на рисунке 14.4 изображена такая характеристика для
двигателя ВАЗ-2108, снятая без нейтрализатора. Из нее видно, что
наименьшие выбросы оксида углерода СО происходят при
Ид = 2400...4800мин~| и ре = 0,5...0,7 МПа, минимальные выбросы уг-
леводородов С„Нт — при лд = 2500...4800 мин-1 и ре = 0,45...0,75 МПа,
что примерно соответствует режиму максимального момента.
Выбросы оксидов азота NOX наблюдаются при лд = 3800...
5000 мин-1 и ре = 0,06—0,08 МПа, т. е. при малой нагрузке.
Таким образом, из характеристики видно, что максимум выб-
роса токсических веществ приходится не на частоту вращения хо-
лостого хода, на которой замеряет токсичность дорожная служба,
а на средние обороты и режим максимальной мощности.
Контрольные вопросы и задания
1. Почему скоростная характеристика является основной для автомобильного
двигателя? 2. Что такое коэффициент приспособляемости? 3. Что такое коэффи-
циент загрузки двигателя? 4. Какой состав смеси соответствует экономичной ра-
боте и режиму максимальной мощности двигателя? 5. Определите по графику на
рисунке 14.5, на каких режимах работы двигатель выбрасывает максимальное ко-
личество токсических веществ.
Раздел III
ТРАНСМИССИЯ
•
Глава 15
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
15.1. НАЗНАЧЕНИЕ, КЛАССИФИКАЦИЯ И КОМПОНОВКА
ТРАНСМИССИЙ
Назначение трансмиссии — передача механической энергии на
ведущие колеса автомобиля, где в результате взаимодействия ко-
лес с опорной поверхностью создается касательная сила тяги, ко-
торая и обеспечивает движение машины. В трансмиссии происхо-
дят преобразование вращающего момента и одновременно изме-
нение скорости вращения валов пропорционально передаточному
числу.
К трансмиссиям предъявляют следующие основные требова-
ния: высокая надежность и возможно меньшие потери передавае-
мой энергии (высокий КПД) во всем диапазоне режимов работы
машины; обеспечение функциональных требований, предъявляе-
мых к машине данного типа; возможно меньшие габаритные раз-
меры и масса; рациональный подбор передаточных чисел для
обеспечения требуемых значений тяговых усилий и скоростей
движения машины; вращение колес с различной скоростью и осу-
ществление блокировки как межосевых, так и межколесных диф-
ференциалов для улучшения проходимости в тяжелых условиях
эксплуатации в сельской местности или на технологических опе-
рациях в поле; легкость управления; удобное расположение орга-
нов управления; доступность и малая трудоемкость технического
обслуживания и ремонта; шум и вибрация от трансмиссии в пре-
делах установленных норм; возможность отбора мощности для
привода рабочего оборудования, дополнительных механизмов и
устройств.
Классификация трансмиссий. По способу передачи энергии
трансмиссии делят на механические, гидромеханические, элект-
ромеханические, гидрообъемные.
В механических трансмиссиях (рис. 15.1, а, б, в, д) передача
энергии происходит за счет механического трения в сцеплениях, а
также соединениями валов, шарнирами и зубчатыми колесами.
В гидромеханических трансмиссиях между двигателем и механи-
ческой частью трансмиссии устанавливают гидротрансформатор
(см. главу 17) или гидромуфту, осуществляя гидравлическую связь
213
д
Рис. 15.1. Схемы трансмиссий:
а, б, в, д — механической в автомобилях с колесной формулой соответственно 4x2, 4x4, 2x4,
4x4; г — электромеханической; / — двигатель; 2 — сцепление; 3— коробка передач; 4— кардан-
ный вал; 5—задний мост; 6 — раздаточная коробка; 7—передний ведущий мост с шарнирами
равных угловых скоростей; <?— карданный вал на передний ведущий мост; 9— полуоси с шар-
нирами равных угловых скоростей; 10— электрогенератор; // — электропровод; 12, /5—борто-
вые редукторы; 13, 14 — тяговые электродвигатели; 16 — силовой агрегат (совместно двигатель,
сцепление, коробка передач, главная передача, дифференциал)
двигателя с трансмиссией. Устройство гидромуфты рассмотрено в
приводе вентилятора ГАЗ-53-12 (см. главу 13). Гидромуфты не изме-
няют передаваемый вращающий момент и всегда работают с про-
скальзыванием турбинного колеса относительно насосного, а следо-
вательно, и с потерей мощности. При большой частоте вращения
проскальзывание составляет 2...3 %, при малой приближается к
100%. При холостом ходе, когда подпитка жидкостью отсутствует,
гидромуфта передает остаточный вращающий момент. Большой мо-
мент инерции колес гидромуфты препятствует безударному включе-
нию зубчатых колес. Поэтому после турбинного колеса необходимо
устанавливать обычное фрикционное сцепление. Из-за высокого
расхода топлива, больших массы, габаритных размеров и стоимости
на отечественных автомобилях гидромуфты не применяют.
В электромеханической трансмиссии (рис. 15.1, г) двигатель 7
(как правило, дизель) вращает ротор электрогенератора, энергия
которого по электрическому кабелю передается электродвигателю
и далее через зубчатый редуктор ведущим колесам или электро-
двигателям, вмонтированным в ведущие колеса. Электромехани-
ческая трансмиссия при наличии соответствующей регулирующей
аппаратуры обладает высокими преобразующими свойствами и
автоматически приспосабливается к меняющейся нагрузке, а дви-
гатель работает в оптимальном режиме. Ввиду высокой стоимос-
ти, сложности конструкции, использования дефицитных материа-
лов и большой массы электрические трансмиссии экономически
выгодно применять на автомобилях грузоподъемностью выше 80 т
(БелАЗ-7549 и др.).
В гидрообъемных трансмиссиях двигатель приводит в действие
гидронасос, который под высоким давлением нагнетает масло в
гидромоторы, расположенные в ведущих колесах и приводящие
их во вращение. В гидрообъемных трансмиссиях используется
гидростатический напор жидкости. Вращающий момент и частота
вращения ведущих колес изменяются или за счет изменения пара-
метров гидромашин при возможном постоянном режиме работы
двигателя внутреннего сгорания, или в результате регулирования
мощности двигателя. Преимущества гидрообъемной трансмиссии:
широкий диапазон изменения ведущего момента и скорости дви-
жения автомобиля, дистанционность (агрегаты, расположенные в
разных частях машины, связаны между собой маслопроводами),
простота и удобство автономного подвода мощности к ведущим
колесам, полная замена механической трансмиссии, возможность
торможения машины. Однако в гидрообъемных трансмиссиях не-
возможно автоматическое изменение момента, поэтому их осна-
щают регулирующей аппаратурой, реагирующей на изменение на-
грузки. Недостатки гидрообъемной трансмиссии: сложность и вы-
сокая стоимость конструкции.
Эту трансмиссию устанавливают только в специальных маши-
нах.
215
Небольшая стоимость, высокие надежность и КПД, простота
конструкции, сравнительно небольшие масса и габаритные разме-
ры обусловили широкое применение механических трансмиссий.
Однако они требуют ручного управления и не всегда обеспечива-
ют работу двигателя в оптимальном режиме. Трансмиссия и дви-
гатель недостаточно защищены от динамических нагрузок. В авто-
мобилях сельскохозяйственного назначения, грузовых автомоби-
лях общетранспортного назначения и их модификациях использу-
ют в основном механические трансмиссии.
Компоновка трансмиссий. Схема трансмиссии зависит от типа и
компоновочной схемы самого автомобиля, а потому определяется
конструкцией, местом и последовательностью расположения от-
дельных механизмов, сборочных единиц трансмиссии конкретно-
го автомобиля, заданными эксплуатационными свойствами.
Схема трансмиссии автомобиля классической компоновки (дви-
гатель установлен впереди, ведущие колеса сзади) и с колесной
формулой 4x2 представлена на рисунке 15.1, а. За двигателем 7
расположены сцепление 2, коробка передач 3, карданный вал 4,
задний мост 5.
Автомобили той же компоновочной схемы, но с колесной фор-
мулой 4x4 оснащены дополнительно: раздаточной коробкой (рис.
15.1,6), карданным валом 8, передним ведущим мостом 7. Разда-
точная коробка присоединена непосредственно к коробке передач.
По такой же схеме выполнены трансмиссии автомобилей семейства
УАЗ. В трансмиссии ряда автомобилей (например, ВАЗ-21213,
КАЗ-4540) привод на коробку передач от сцепления осуществляет-
ся через дополнительный карданный вал (рис. 15.1, д).
В трансмиссии автомобилей с колесной формулой 6x4 сзади
установлены два ведущих моста с приводом от раздаточной короб-
ки через два карданных вала, или последовательно расположен-
ных, или каждый на отдельный ведущий мост.
Схема трансмиссии автомобиля переднеприводной компоновки и
с колесной формулой 2x4 представлена на рисунке 15.1, в. Здесь
двигатель установлен спереди машины или вдоль продольной ее
оси («Москвич-2141»), или поперек оси (ВАЗ-2108 и другие моди-
фикации этого завода). В трансмиссии этих автомобилей отсут-
ствует карданный вал. Двигатель, сцепление, коробка передач,
главная передача и дифференциал размещены в одном силовом
агрегате 16. Силовой агрегат выполнен компактно с меньшими
массой и габаритными размерами, чем у машин классической
компоновки.
Компоновочные схемы трансмиссий автомобилей весьма раз-
нообразны на разных этапах развития конструкций машин. На-
пример, заднее расположение двигателя и привод на задние коле-
са были применены на автомобиле ЗАЗ-968М. Однако из-за недо-
статочной устойчивости и малого размера багажника такую ком-
поновку отечественных автомобилей прекратили применять.
216
15.2. ВЕДУЩИЙ МОМЕНТ. ТЯГОВЫЙ БАЛАНС АВТОМОБИЛЯ
Ведущий (вращающий) момент создается на ведущих колесах ма-
шины в результате передачи энергии на колеса от двигателя. В
механической трансмиссии его определяют по формуле
А/вед — A/bp/tTIm,
где А/Вр — вращающий момент на валу двигателя; /т — передаточное число транс-
миссии; г|м — коэффициент полезного действия механической трансмиссии.
Вращающий момент на валу двигателя при установившемся
движении равен вращающему моменту от газовых сил. На пере-
ходных режимах (режимах изменения нагрузки) на валу двигателя
возникает инерционный момент
Mj =
где f„ — момент инерции вращающихся масс, приведенный к маховику двигателя;
d<i)aB/dr — угловое ускорение вала двигателя.
Тогда суммарный момент на маховике, который сообщается
деталям трансмиссии,
А^вр А/с +
где Мс — средний момент сопротивления на валу двигателя.
Из этого выражения видно, что инерционный момент зависит
от момента инерции приведенных к маховику масс двигателя и
действующих ускорений.
Тяговый баланс. При контакте ведущих колес с дорогой веду-
щий момент реализуется в касательную силу тяги Рк, представляю-
щую собой продольную реакцию опорной поверхности, направ-
ленную в сторону движения автомобиля и вызывающую его дви-
жение. Касательная сила тяги
Л А/ВрМ1мАк>
где гк — радиус ведущих колес.
При равномерном движении автомобиля каса-
тельная сила тяги используется для преодоления различных со-
противлений, т. е. уравнение тягового баланса имеет вид
Рк = Р/+ Pt + Р»,
где Pf, Ph Pw — силы сопротивления соответственно качению, дороги и воздуха.
При переходных режимах (ускорение, замедле-
ние) возникает составляющая от сил инерции:
217
Pj = +madva/dt,
где ma —полная масса автомобиля; ± dv^dr — ускорение (замедление) автомоби-
ля.
Тогда уравнение тягового баланса принимает вид
Рк = Pf+ Pi+ Р„+ Pj.
Последняя составляющая в определенных условиях оказывает
большое влияние на динамику и работу отдельных частей транс-
миссии машины.
Одна из характеристик трансмиссии — передаточное число, рав-
ное отношению числа зубьев zi ведомого зубчатого колеса к числу
зубьев Zi ведущего зубчатого колеса: / = Zt/Z\- Передаточное число
всей трансмиссии (механической) равно произведению переда-
точных чисел всех ее механизмов:
*тр — 'к.п'рж'г.гЛон,
где /к п, /рк, /г п, /кон — передаточные числа соответственно коробки передач, разда-
точной коробки, главной передачи и бортового редуктора (если он предусмотрен в
конструкции).
Передаточные числа каждого из механизмов рассчитывают по
соответствующей методике.
Коэффициент полезного действия определяют как отношение
мощности N2 на выходе из механизма к мощности N\ на входе в
механизм: т]м = Л^/М- КПД механической трансмиссии оценивает
потери энергии от трения в зацеплении зубчатых колес, в под-
шипниках и сальниках, а также от разбрызгивания масла в корпу-
сах механизмов. Его значение зависит от типа и числа пар зубча-
тых колес, находящихся в зацеплении, типа и конструкции под-
шипниковых опор и сальниковых уплотнений, сорта, количества
и температуры трансмиссионного масла, частоты вращения валов.
КПД механической трансмиссии определяют по формуле
Пм^П^Пк^1-^’
где Иц11, ПкК “ КПД, оценивающие потери энергии в зацеплении соответственно
цилиндрической и конической пары шестерен; лц, лк —число пар соответственно
цилиндрических и конических зубчатых колес в зацеплении; £ — коэффициент,
учитывающий потери передаваемой энергии на холостом ходу.
КПД механической трансмиссии, нагретой до температуры
40...60 °C, и при полной нагрузке для разных типов приводов на-
ходится в пределе 0,87...0,93, т. е. от 7 до 17 % передаваемой через
трансмиссию энергии расходуется на трение в ее деталях и пере-
балтывание масла. Детали и масло нагреваются, а теплота рассеи-
вается в атмосферу.
218
Двигатели внутреннего сгорания как бензиновые, так и дизели
по своим характеристикам не могут реализовать весь диапазон эк-
сплуатационных нагрузок при высоких эффективных показателях
мощности ?Ve и удельного расхода топлива ge. Поэтому в трансмис-
сию вводят передачи, у которых передаточные числа можно ме-
нять (в коробке передач, раздаточной коробке или дополнитель-
ном редукторе) в зависимости от режима работы автомобиля и ус-
ловий эксплуатации, обеспечивая работу двигателя на режимах,
близких к оптимальным.
Работа бесступенчатых автоматических трансмиссий заключа-
ется в том, что передаточные числа в них изменяются в зависимо-
сти от нагрузки на ведущих колесах автомобиля и бесступенчато.
При увеличении, например, нагрузки автоматически увеличивает-
ся ведущий момент, но уменьшается скорость автомобиля. В этом
случае двигатель может работать в установившемся номинальном
или близком к нему режиме, значительно облегчается работа во-
дителя, увеличивается производительность машины, улучшаются
экономические показатели двигателя и автомобиля. Подобными
показателями обладают гидротрансформаторы и электрические
трансмиссии.
Гидрообъемные и электромеханические трансмиссии для обес-
печения автоматичности и бесступенчатого изменения ведущего
момента при изменении внешней нагрузки требуют специальной
регулирующей аппаратуры.
Контрольные вопросы и задания
1. Какие типы трансмиссий применяют на отечественных автомобилях? 2. Пе-
речислите требования, предъявляемые к трансмиссиям. 3. Назовите преимуще-
ства и недостатки механических, гидромеханических и электромеханических
трансмиссий. 4. Как образуется касательная сила тяги на ведущих колесах автомо-
биля? 5. Как оценивают потери энергии в механизмах трансмиссии? 6. Какие
силы сопротивления возникают при установившемся и неустановившемся движе-
нии автомобиля?
Глава 16
СЦЕПЛЕНИЕ
16.1. НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ СЦЕПЛЕНИЙ
Назначение сцепления — передача вращения от двигателя к
трансмиссии, быстрое разъединение двигателя и трансмиссии,
плавное их соединение при трогании и переключении передач.
Его устанавливают за двигателем. Сцепления также предохраняют
детали двигателя и трансмиссию от динамических нагрузок и дем-
пфируют крутильные колебания.
К сцеплениям предъявляют следующие требования: надежно и
219
с высоким КПД передавать энергию от двигателя к трансмиссии,
предохранять двигатель и трансмиссию от динамических нагру-
зок; обеспечивать плавное, регулируемое и полное соединение
двигателя и трансмиссии, их быстрое и полное разъединение; ве-
домый диск должен иметь минимальный момент инерции и высо-
кий коэффициент трения при работе его фрикционного материа-
ла по чугуну, а также высокую износостойкость. Сцепление долж-
но обладать хорошей уравновешенностью, достаточно быстро от-
водить теплоту и продукты износа, быть легко управляемым и
доступным для технического обслуживания и ремонта??
Классификация сцеплений. Различают следующие сцепления:
по виду трения — сухие и работающие в масле (мокрые)',
числу ведомых дисков — одно-, двух- и многодисковые',
типу и расположению нажимных пружин —с расположением
пружин по периферии нажимного диска и с центральной диафрагмен-
ной пружиной',
способу управления сцеплением — с механическим, гидравличес-
ким или электрическим управлением', с устройством, облегчающим
усилие управления (сервоустройством), или без него',
режиму включения — постоянно замкнутые и непостоянно зам-
кнутые.
В сухих сцеплениях вращающий момент от двигателя передает-
ся трансмиссии за счет сухого трения, возникающего между веду-
щими и ведомыми дисками. В сцеплениях, работающих в масле,
энергия с двигателя на трансмиссию передается также силами тре-
ния при прижатии ведущих и ведомых элементов, смачиваемых
маслом. Ввиду сложности конструкции и высокой стоимости на
автомобилях их почти не применяют.
В электромагнитных сцеплениях энергия передается действием
электромагнитных сил, создаваемых между ведущими и ведомыми
элементами сцепления.
Однодисковые сцепления применяют на легковых и грузовых
автомобилях, когда передаваемый вращающий момент не выше
0,7...0,8 кН • м. Двухдисковые сцепления используют при передаче
большого вращающего момента и ограниченных габаритных раз-
мерах картера сцепления. Многодисковые сцепления сухие и ра-
ботающие в масле применяют в специальных механизмах (автома-
тических коробках передач, предохранительных и гидроподжим-
ных муфтах и др.).
В электромагнитных порошковых сцеплениях пространство
между ведущими и ведомыми дисками заполнено жидкой или су-
хой ферромагнитной смесью (мелкий железный порошок). На од-
ном из дисков установлена обмотка возбуждения, в которую при
включении сцепления подается ток. Железный порошок намагни-
чивается, вязкость его сильно возрастает, и вращающий момент
передается с ведущего вала на ведомый.
Преимущества электромагнитных сцеплений: возможность ав-
220
томатизации, плавность включения, отсутствие педали включения
сцепления и износа пар трения. Однако из-за сложности конст-
рукции, большой массы и высокой стоимости электромагнитные
сцепления редко устанавливают на современных автомобилях.
В постоянно замкнутых сцеплениях ведущие и ведомые эле-
менты соединены постоянно независимо от воздействия на педаль
управления сцеплением. Непостоянно замкнутые сцепления мо-
гут быть выключены на продолжительное время.
16.2. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ СЦЕПЛЕНИЙ.
ОСНОВНЫЕ ДЕТАЛИ СЦЕПЛЕНИЙ
Устройство сцепления. На отечественных автомобилях приме-
няют в основном фрикционные одно- или двухдисковые постоян-
но замкнутые сцепления сухого трения. Они состоят из ведущих и
ведомых элементов и механизма управления.
Ведущие детали сцеплений — маховик и нажимные диски.
Ведомые детали — ведомый диск и вал сцепления. В двухдиско-
вых сцеплениях два ведомых и два нажимных диска, которые при-
жаты друг к другу усилием нескольких цилиндрических пружин,
расположенных по окружности (периферии) дисков. В конструк-
ции сцеплений легковых и некоторых грузовых автомобилей на-
жимной пружиной служит центральная диафрагменная пружина.
Механизм управления (привод) создан для включения и выклю-
чения сцепления. Механический привод состоит из педали, нахо-
дящейся в кабине водителя, тяг или троса, рычагов и выжимного
подшипника, воздействующего на отжимные рычаги. В гидравли-
ческом приводе усилие от педали передается выжимному подшип-
нику посредством давления жидкости. Гидравлический привод
позволяет дистанционно управлять сцеплением, обеспечивает
плавность включения сцепления. Пневматический привод ис-
пользуют обычно на грузовых машинах, оборудованных пневмо-
компрессорами, и там, где усилие выключения достаточно высо-
кое.
Суммарное усилие всех пружин при сжатии дисков достигает
8...10 кН. Передаточное число привода (соотношение плеч всех
рычагов) рассчитывают из условия, чтобы усилие на педали при
выключении сцепления не превышало для легковых автомобилей
150 Н, для грузовых 250 Н, полный ход педали находился в преде-
ле 140... 190 мм, свободный ход —28...50 мм. Для существующих
сцеплений общее передаточное число от педали до отжимных ры-
чагов равно 25...50, т. е. усилие на педали в данное число раз мень-
ше, чем на выжимном подшипнике. Для уменьшения усилия на
педали применяют также сервомеханизмы.
Педали сцепления могут иметь нижнюю (в ЗИЛ-431416) или
верхнюю (у большинства конструкций) опору. При верхней опоре
221
легче герметизировать кабину и получить большее передаточное
число механизма управления. Удобен и дешев тросовый привод,
используемый на легковых автомобилях.
Принцип действия сцеплений. На рисунке 16.1, а показана схема
однодискового сухого постоянно замкнутого сцепления с перифе-
рийно расположенными нажимными пружинами с механическим
приводом управлением сцеплением.
Сцепление находится внутри корпуса 5, прикрепленного обыч-
но к корпусу 2 маховика 1. К. маховику двигателя болтами привер-
нут кожух 6, внутри которого установлен нажимной диск 4. В ко-
жухе по окружности закреплены несколько пальцев 17, концы ко-
торых входят в пазы нажимного диска и сообщают ему вращение.
Нажимной диск может также перемещаться вдоль оси. Между ма-
ховиком и нажимным диском находится ведомый диск 3, наса-
жанный на шлицы вала 11 сцепления. К стальному ведому диску
приклепаны фрикционные накладки из материала с высоким ко-
эффициентом трения по чугуну. Ведущие части сцепления (махо-
вик и нажимной диск) соединены с двигателем, ведомые части
(ведомый диск и вал сцепления) — с трансмиссией.
Между кожухом и нажимным диском расположены пружины
16, прижимающие нажимной диск к ведомому и последний к ма-
ховику. Благодаря трению, возникающему между ведущими и ве-
домыми элементами сцепления, вращающий момент передается
от двигателя к трансмиссии. Момент трения создается за счет
прижатия нажимных дисков пружинами (на отечественных авто-
мобилях от 6 до 28 пружин), установленными в углублениях по
концентрическим окружностям кожуха.
Максимальный момент трения, который может передать сцеп-
ление, определяют по уравнению
Л/ф Л^тах Р МА
где Л/тах — максимальный момент двигателя; р — коэффициент запаса сцепления;
Р— нажимное усилие; RcV — средний радиус трения; ЛсР = 0,5 (Л + г); R, г—соот-
ветственно наибольший и наименьший радиусы фрикционных колец; ц — коэф-
фициент трения (при трении различных материалов накладок по чугуну
ц = 0,3...0,6); / — число поверхностей трения.
При действии на диски нажимного усилия Р возникает сила
трения, т. е. сцепление включается. Когда действие силы Р пре-
кращается, исчезает трение и сцепление уже не передает вращаю-
щий момент.
Когда сцепление включено, комплект дисков находится в сжа-
том состоянии. В этом режиме двигатель соединен с трансмисси-
ей. Для отключения двигателя от трансмиссии водитель нажимает
на педаль 12 и через тягу 13 и рычаг 14воздействует на выжимной
подшипник 10. Он смещается в сторону двигателя, нажимая на
концы отжимных рычагов 9, поворачивает их относительно опор 8
и тяги 7, преодолевая сопротивление пружин 16, отводят нажим-
222
Рис. 16.1. Схемы механических постоянно
замкнутых сцеплений:
а — однодискового; б — двухдискового; в — раздвиж-
ная скоба; / — маховик; 2—корпус маховика; 3—
ведомый диск; 4—нажимной диск; 5—корпус
сцепления; 6—кожух; 7—тяга; 8— опоры отжим-
ных рычагов; 9— отжимные рычаги; 10— выжимной
подшипник; /7 —вал сцепления; 72—педаль; 73-
тяга; 14 — вильчатый рычаг; 75—оттяжная пружи-
на; 76—нажимные пружины; 77—ведущие пальцы;
18— отжимная пружина среднего нажимного диска;
19— болт-ограничитель хода среднего нажимного
диска; 20— задний нажимной диск; 27 —задний ве-
домый диск; 22 — средний нажимной диск; 23 — пе-
редний ведомый диск; 24 — раздвижная скоба
ной диск от ведомого. Сцепление выключается, и вал 7/ не полу-
чает вращения от двигателя.
Сцепление включают, плавно отпуская педаль. Пружинами 16
нажимной диск смещается к двигателю и прижимает ведомый
диск к маховику. Под пружины подкладывают асбестовые про-
кладки, предотвращающие сильный нагрев пружин и возможный
их отпуск.
Двухдисковое постоянно замкнутое сцепление (рис. 16.1, б)
отличается от однодискового наличием среднего 22 и заднего 20
нажимных дисков и двух ведомых дисков 21 и 23. Нажимные
223
диски приводятся во вращение от маховика через кожух 6 и паль-
цы 77.
Ведомые диски 21 и 23 установлены на шлицах вала 11 и могут
смешаться вдоль него. Сцепление включено, когда нет воздей-
ствия на педаль. При этом все диски пружинами 16 прижаты к
маховику. Чтобы выключить сцепление, нажимают на педаль и
через тяги и рычаги воздействуют на выжимной подшипник 10,
который нажимает на рычаги 9. Рычаги 9 через тяги 7 отводят зад-
ний нажимной диск 20 от заднего ведомого диска 21. Освобожден-
ный от воздействия пружин 16 средний нажимной диск 22 пружи-
нами 18 отодвигается от переднего ведомого диска 23 до упора в
болты 19. Такая конструкция позволяет освободить ведомые дис-
ки от воздействия ведущих и выключить сцепление.
При включении сцепления сначала в контакт с ведомым дис-
ком 21 вводится задний нажимной диск 20, а затем все диски при-
жимаются к маховику. Постепенный ввод в работу ведомых дис-
ков обеспечивает плавное увеличение вращающего момента при
трогании машины.
В двухдисковых сцеплениях автомобилей КамАЗ для повыше-
ния «чистоты» выключения применяют устройство, показанное на
рисунке 16.1, в. Скобы 24 этого устройства шарнирно закреплены
на среднем нажимном диске 22. Когда сцепление выключено, ско-
бы пружинами поворачиваются в поперечное к дискам положение
и устанавливают средний нажимной диск на равное удаление от
маховика и заднего нажимного диска, обеспечивая зазор между
трущимися дисками 0,5...0,7 мм.
Диафрагменная пружина 4 (рис. 16.2, а) в свободном состоянии
имеет вид усеченного конуса с радиальными прорезями (рис. 16.2,
в), которые образуют сходящиеся к центру лепестки, выполняю-
щие функцию рычагов выключения. Пружину 4(рис. 16.2, а) уста-
навливают между нажимным диском 3 и кожухом 2. При монтаже
кожуха на маховике пружина поворачивается относительно сталь-
ных опорных колец 5, прикрепленных к кожуху. Пружина, пово-
рачиваясь, нажимает на приливы нажимного диска, выполненные
по его наружному диаметру, и прижимает нажимной диск к махо-
вику 1. Выключают сцепление, перемещая выжимной подшипник
7 (рис. 16.2, 6) влево. Он нажимает на концы лепестков пружины,
которые поворачивают пружину 4 относительно опорных колец и
отводят нажимной диск от ведомого диска 6.
Диафрагменная пружина имеет нелинейную упругую характе-
ристику (рис. 16.2, г), благодаря чему усилие на педали в конце
выключения сцепления несколько уменьшается, а при износе
дисков изменение нажимного усилия незначительно. При исполь-
зовании диафрагменной пружины сокращается число деталей
сцепления, уменьшаются его размеры, нажимное усилие равно-
мерно распределяется по всей окружности нажимного диска,
уменьшается влияние центробежных сил.
224
Рис. 16.2. Сцепление с диафрагменной пружиной:
а, б—соответственно включенное и выключенное положения сцепления: / — маховик; 2 —
кожух; 3— нажимной диск; 4 —диафрагменная пружина; 5—опорные кольца; б—ведомый
диск; 7—выжимной подшипник; в — диафрагменная пружина; г —характеристика пружины:
Р', Р" — нажимное усилие соответственно в конце и начале выключения сцепления; Д/—де-
формация пружины при выключении сцепления
При резком отпускании педали сцепления или наезде на пре-
пятствие в трансмиссии возникают динамические нагрузки, кото-
рые могут привести к поломкам деталей. Чтобы этого не происхо-
дило, сцепление рассчитывают на передачу несколько большего
вращающего момента, чем максимальный момент двигателя. Если
вращающий момент динамических нагрузок превысит расчетный,
то сцепление начнет пробуксовывать и предохранит детали от по-
ломок. Чтобы сцепление надежно передавало момент от двигателя
к трансмиссии и предохраняло их от значительных динамических
нагрузок, значение максимального момента трения определяют с
учетом коэффициента запаса сцепления
Р / Л/тах-
Для одно- и двухдисковых сцеплений р = 1,2...2,5, для машин
высокой проходимости и грузоподъемности р = 2...3.
При выборе коэффициента запаса учитывают его уменьшение
со временем в результате износа фрикционных накладок (их пара-
225
метры даны в табл. 16.1) и снижения коэффициента трения. Чем
больше значение коэффициента запаса, тем меньше работа трения
при включении сцепления и износ фрикционных дисков, интен-
сивнее разгон автомобиля и больше период между регулировками
сцепления, но хуже предохранительные свойства и выше динами-
ческая нагруженность деталей.
16.1. Параметры фрикционных накладок ведомых дисков
Марка автомобиля Наружный диаметр D, мм Внутренний диаметр dt мм Число нажимных пружин
ВАЗ-2108 190 130 1-д
ВАЗ-2106 200 130 1-Д
АЗЛК-2141 203 145 1-д
ГАЗ-3102 225 150 9x2
УАЗ 254 150 9
ГАЗ-3307 300 164 12
ЗИЛ-431410 342 186 16
КамАЗ-5320 350 200 20
Примечание: д — диафрагменная нажимная пружина; 9x2 — девять двойных
пружин.
При небольших значениях коэффициента запаса сцепления
увеличиваются время разгона, работа трения, износ фрикционных
накладок, но улучшаются предохранительные свойства сцепле-
ния. Нажимное усилие, создаваемое пружинами, рассчитывают,
исходя из давления, принятого для данного сцепления. Давление
на поверхности фрикционных накладок р0 = P/F (здесь F— пло-
щадь одной стороны фрикционной накладки). В расчетах прини-
мают р0 = 0,13...0,20 МПа (меньшие значения при больших диа-
метрах фрикционных накладок).
В результате цикличности работы двигателя и работы шестерен
возникают крутильные колебания, которые демпфируются пру-
жинно-фрикционным устройством, предусмотренным в конст-
рукции ведомого диска. Вращающий момент с фрикционных на-
кладок ведомого диска, приклепанных к стальному диску, переда-
ется на ступицу ведомого диска через пружины. Пружины постав-
лены в окна, выполненные в ведомом диске, пластине и диске
ступицы, с предварительным натягом, и их максимальная дефор-
мация происходит при превышении максимального момента тре-
ния фрикциона на 20...30 %. Кроме того, между ведомым диском и
диском ступицы создается трение. За счет деформации пружин и
трения между дисками поглощается энергия высокочастотных ко-
лебаний в трансмиссии, уменьшается их амплитуда, резонансная
зона колебаний ведомого диска перемещается в зону, не совпада-
ющую с частотой вращения вала двигателя.
Основные детали сцеплений. Маховик и нажимные диски изго-
товляют из чугуна марки СЧ21-40 или СЧ21-44. Их рабочие по-
верхности шлифуют. Для более интенсивного поглощения тепло-
226
ты, выделяющейся при пробуксовке дисков, и предотвращения
коробления нажимные диски изготовляют массивными, а в кожу-
хе и картере сцепления делают большие окна, через которые уда-
ляются продукты изнашивания и теплота. Трудности возникают
при отводе теплоты от двухдисковых сцеплений, у которых на-
жимные и ведомые диски находятся внутри маховика.
Нажимной диск однодискового сцепления передает половину
вращающего момента. В двухдисковых сцеплениях средний на-
жимной диск передает половину, а задний нажимной диск —
четверть вращающего момента, что нужно иметь в виду при рас-
чете.
Для передачи вращающего момента и перемещения вдоль вала
сцепления нажимные диски соединяют с маховиком выступами.
При этом выступы вводят в пазы или маховика (КАЗ-4540,
КамАЗ), или кожуха (ГАЗ). В сцеплениях автомобилей ВАЗ,
«Москвич-2141», ЗИЛ нажимной диск соединяют с кожухом по-
средством упругих пластин, один конец которых прикреплен к
кожуху, а другой — к нажимному диску.
Ведомые диски сцепления воспринимают и передают вращаю-
щий момент с маховика и нажимного диска на вал сцепления,
демпфируют высокочастотные колебания, возникающие как в
двигателе, так и в трансмиссии. Они состоят из стального диска,
ступицы, демпферных пружин, стальных фрикционных накладок,
пластин и сжимающих их ступенчатых заклепок. Стальным дис7
кам, к которым заклепками крепят фрикционные накладки, при-
дается упругость, необходимая для плавного включения сцепле-
ния. С этой целью диск выполняют определенной формы. Ради-
альными или Т-образными прорезями диски разделены на секто-
ры, которые могут попеременно изгибаться. Ведомые диски
изготовляют из высокоуглеродистой пружинной стали 60 Г или
65 Г в виде листа толщиной 1.3...2 мм.
Фрикционные накладки, приклепываемые к ведомому диску,
служат рабочим элементом сцепления. Их изготовляют прессова-
нием при высоких температурах из коротких асбестовых волокон.
В качестве наполнителей используют синтетические смолы, баке-
лит, графит, металлическую стружку. Изменяя компоненты на-
полнителей и пропитки, совершенствуя технологию изготовле-
ния, повышают коэффициент трения по чугуну (ц = 0,30...0,62) и
износостойкость при высоких температурах. Фрикционные на-
кладки выдерживают значительный нагрев (до 350 °C) и давление,
обладают хорошей теплопроводностью. Фрикционные накладки
соединяют с дисками посредством латунных заклепок (чтобы го-
ловки заклепок были утоплены относительно рабочей поверхнос-
ти колец на 1,5...2 мм) или клея.
Металлокерамические фрикционные накладки обладают высо-
кой износостойкостью и теплопроводностью, большим коэффи-
циентом трения, но имеют значительный момент инерции и быс-
227
тро изнашивают маховик и нажимной диск. Их применяют в гид-
роподжимных муфтах, работающих в масле.
В качестве нажимных пружин применяют цилиндрические или
диафрагменные пружины. Цилиндрические пружины изготовля-
ют из стальной проволоки марок 65 Г и 85 Г с закалкой в масле и
последующим отпуском. Напряжения кручения проволоки при
сжатии пружин должны быть не более 750 МПа. Диафрагменные
пружины штампуют из пружинной стали марки 65 Г или 85 Г тол-
щиной 2...2,5 мм. Так как концы лепестков пружины нагружаются
выжимным подшипником (упорным фланцем), то их делают бо-
лее твердыми и износостойкими.
16.3. СЦЕПЛЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ АВТОМОБИЛЕЙ
Сцепление автомобиля ВАЗ-21213 однодисковое с диафрагмен-
ной нажимной пружиной, гасителем крутильных колебаний на ве-
домом диске и гидравлическим приводом. Корпус сцепления (рис.
16.3) отливают из алюминиевого сплава, центрируют установоч-
ными штифтами и крепят болтами к блоку двигателя. Задний то-
рец картера сцепления соединяют с коробкой передач. Кожух
сцепления 36 центрируют на маховике 22 тремя штифтами и по
меткам крепят к нему шестью болтами.
Внутри кожуха размещены нажимной диск 20 и диафрагменная
нажимная пружина 13, опирающаяся на два стальных опорных
кольца 35, которые во внутренней части кожуха закреплены девя-
тью опорными заклепками 14. Внешней частью (по окружности)
нажимная пружина создает давление на прилив нажимного диска
20, смещая его в сторону маховика и прижимая к нему ведомый
диск 21. Сходящиеся к центру лепестки диафрагменной пружины
служат рычагами выключения сцепления. К ним прижат упорный
фланец 34, удерживаемый от свободного вращения планками 29,
прикрепленными к кожуху. Вращающий момент передается на-
жимному диску 20через три упругие пластины, каждая из которых
соединяет кожух с нажимным диском. Упругие пластины обеспе-
Рис. 16.3. Сцепление и привод сцепления автомобиля ВАЗ-21213:
7 —бачок для тормозной жидкости; 2— главный гидроцилиндр; 3 — компенсационное отвер-
стие; 4—штуцер; 5, 7—поршни; 6, 25—уплотняющие манжеты; 8— крючок; 9— пружина
сервопривода; 70, 40— оттяжные пружины; /7 —винт (ограничитель хода педали); 72—пе-
даль; 13 — диафрагменная нажимная пружина; 14— опорная заклепка; 75—ступенчатая зак-
лепка; 16— наружная пластина ведомого диска; 77—ступица ведомого диска; 18— фланец
ступицы; 79 —демпферная пружина; 20— нажимной диск; 27 — ведомый диск; 22— маховик;
23— пружина; 24 — перепускное отверстие; 26—впускное отверстие; 27—стопорное кольцо;
28, 37— толкатели; 29— планка; 30— выжимной подшипник; 31— вал сцепления; 32— вилка
выключения сцепления; 33— шаровая опора; 34— упорный фланец; 35— опорное кольцо ди-
афрагменной пружины; 36— кожух; 38— регулировочная гайка; 39— рабочий гидроцилиндр;
41 — трубопровод
228
38
37 36 35
чивают чистоту выключения сцепления. К стальному ведомому
диску 21, разделенному на девять секторов радиальными прорезя-
ми, приклепаны фрикционные накладки. Заклепки во фрикцион-
ных накладках утоплены на глубину 1,5 мм от рабочей поверхнос-
ти. Вращающий момент с фрикционных накладок ведомого диска
передается на ступицу 17 и далее на вал 31 через демпферное уст-
ройство, состоящее из шести цилиндрических пружин 19, двух
пластин 16 (наружной и внутренней), фрикционных колец и пру-
жинной шайбы.
Пластины 16 приклепаны к ведомому диску 21 заклепками 15
так, что фрикционные кольца и пружинная шайба прижаты к
фланцу ступицы определенным усилием, создающим трение при
передаче вращающего момента с ведомого диска на ступицу.
Шесть предварительно сжатых пружин 19 установлены в окнах,
сделанных в диске ступицы, передней и задней пластинах. Под
действием вращающего момента пружины 19 деформируются.
При взаимном перемещении фрикционных колец, зажатых между
ведомым диском и диском ступицы, возникает трение. Благодаря
деформации пружин и трению во фрикционных кольцах происхо-
дит поглощение энергии крутильных колебаний.
Гидравлический привод сцепления состоит из педали 12, главно-
го гидроцилиндра 2, бачка 1, рабочего гидроцилиндра 39, трубо-
проводов, механического сервоустройства с крючком 8 и пружи-
ной 9, оттяжных пружин 10 и 40. Педаль установлена на кронш-
тейне, закрепленном на передней стенке кабины. К кронштейну
со стороны моторного отсека прикреплен главный гидроцилиндр.
Внутри гидроцилиндра 2 установлены два поршня 5 и 7. Толка-
тель 28 при нажатии на педаль действует на поршень 7, что позво-
ляет снять радиальные нагрузки с поршня 5. Оба поршня уплотне-
ны резиновыми манжетами 6 и 25, которые плотно прилегают под
давлением жидкости к внутренней поверхности гидроцилиндра и
предотвращают вытекание жидкости.
Рабочий гидроцилиндр 39 закреплен болтами на картере сцеп-
ления. Внутри рабочего гидроцилиндра установлен поршень, вос-
принимающий давление жидкости, поступающей по трубопрово-
ду 41 от главного гидроцилиндра. Толкатель 37 рабочего гидроци-
линдра, опирающийся на поршень, закреплен гайкой 38 и контр-
гайкой на конце вилки 32 выключения сцепления.
Сцепление выключают следующим образом. Водитель нажима-
ет на педаль 12, перемещая толкатель 28, который действует на
поршни 7 и 5. Поршень 7 перекрывает компенсационное отвер-
стие 3 и создает давление на тормозную жидкость. Давление жид-
кости по трубопроводу передается на поршень рабочего гидроци-
линдра 39. Под его действием толкатель 37переместится назад (на
рисунке вправо) и повернет вилку 32 относительно шаровой опо-
ры 33. Вилка сместит выжимной подшипник 30 в сторону упорно-
го фланца и нажмет на него, воздействуя на лепестки диафрагмен-
230
ной пружины. Лепестки пружины, поворачиваясь относительно
опорных колец 35, с помощью специальных захватов, приклепан-
ных к нажимному диску, отведут нажимной диск 20 от ведомого
диска 21. Сцепление будет выключено.
При отпускании педали поршни главного и рабочего гидроци-
линдров под действием пружин 23 и 40 вернутся в исходное поло-
жение. В этом положении поршень 5 откроет компенсационное
отверстие 3, позволяющее перетекать жидкости из рабочей полос-
ти главного гидроцилиндра в бачок при расширении жидкости от
нагревания. Чтобы при резком отпускании педали не возникало
разрежения в рабочей полости гидроцилиндра, сделано еще одно
отверстие — впускное, через которое жидкость из бачка и отвер-
стия в поршне быстро перетечет в рабочую полость гидроцилинд-
ра. Компенсационное и впускное отверстия при свободном состо-
янии педали не должны быть закрыты поршнем 5. Для этого винт
11 (ограничитель хода педали) устанавливают так, чтобы при
включенном сцеплении между толкателем 28 и поршнем 7 был за-
зор 0,1...0,5 мм, что соответствует свободному ходу педали
0,4...2 мм.
Привод управления сцеплением оборудован механическим сер-
воустройством. Оно состоит из пружины 9, которая через крючок
8 связана с педалью. При выключении сцепления вначале, когда
водитель нажимает на педаль и сопротивление всего привода еще
небольшое, пружина 9 растягивается. При дальнейшем нажатии
на педаль, когда точка крепления крючка к кронштейну педали
станет выше условной линии, соединяющей крепление пружины
к кронштейну и ось педали, пружина перемещает педаль на вык-
лючение сцепления, снижая усилие водителя на педаль.
Между упорным фланцем и выжимным подшипником должен
быть зазор приблизительно 2 мм, которому соответствует свобод-
ный ход педали 20...30 мм. Регулируют свободный ход педали из-
менением рабочей длины толкателя 37, отворачивая или заворачи-
вая гайку 38, предварительно отвернув контргайку.
Сцепление автомобиля ГАЗ-3307 однодисковое сухое постоянно
замкнутое с периферийно-расположенными нажимными пружи-
нами, демпфером крутильных колебаний на ведомом диске и гид-
равлическим приводом выключения. Детали сцепления распо-
ложены в корпусе 2 (рис. 16.4, а), отлитом из алюминиевого спла-
ва. Корпус прикреплен болтами к блоку двигателя. Ведущие части
сцепления: маховик 1 и нажимной диск 4, выступы которого вхо-
дят в окна кожуха 10.
Ведомый диск 3 во включенном положении сцепления усилия-
ми двенадцати нажимных пружин II зажат между маховиком и
нажимным диском. Ступица ведомого диска установлена на шли-
цах вала сцепления 9, который одновременно является первич-
ным валом коробки передач. Под нажимными пружинами разме-
щены прокладки, предотвращающие их нагрев.
231
Рис. 16.4. Сцепление (а) и привод сцепле-
ния (6) автомобиля ГАЗ-3307:
1 — маховик; 2— корпус; 3— ведомый диск; 4 —
нажимной диск; 5—отжимной рычаг; 6—люк;
7—регулировочная гайка; 8— муфта выключе-
ния сцепления; 9—ведомый вал сцепления;
10— кожух; // — нажимная пружина; /2—ба-
чок; 13— шланг; 14— главный гидроцилиндр;
/5—защитный колпачок; 16— толкатель глав-
ного гидроцилиндра; /7—вилка; 18— педаль;
/9—регулировочная гайка; 20— толкатель ра-
бочего гидроцилиндра; 2/ —оттяжная пружина;
22—рабочий гидроцилиндр; 23— поршень ра-
бочего гидроцилиндра; 24— клапан для удале-
ния воздуха; 25—поршень главного гидроци-
линдра; 26 — уплотнительная манжета; А — ком-
пенсационное отверстие; В— перепускное от-
верстие
б
Демпферное устройство на ведомом диске состоит из пружин и
дисков трения, подобных ранее рассмотренным. Опорой отжим-
ных рычагов служат вилки, прикрепленные гайками 7к кожуху 10.
Зазор между отжимными рычагами 5и выжимным подшипником,
закрепленным на муфте выключения сцепления 8, регулируют
гайками 7.
Гидравлический привод состоит из подвесной педали 18 (рис.
16.4, 6), главного гидроцилиндра 14, рабочего гидроцилиндра 22,
трубопровода, толкателей 16 и 20, вилки 17 и муфты 8 выключе-
ния сцепления, выжимного подшипника и отжимных рычагов. В
качестве рабочей жидкости используют тормозную жидкость
«Нева». Бачок для жидкости 12, общий с тормозной системой, из-
готовлен из полупрозрачной пластмассы, что позволяет контроли-
ровать уровень жидкости.
Поршни уплотнены резиновыми манжетами. Между резиновой
манжетой и поршнем главного гидроцилиндра размещена тонкая
стальная пластина, выполняющая функцию клапана.
С педали сцепления, установленной на оси кронштейна, уси-
лие передается через толкатель 16 на поршень главного гидроци-
линдра. Сжимая пружину, поршень перемещает жидкость через
обратный клапан и трубопровод к рабочему гидроцилиндру 22.
Под действием жидкости поршень рабочего гидроцилиндра пере-
мещается и через шток 20 поворачивает вилку выключения сцеп-
ления 77 относительно опорного шарнира. Вилка передвигает по
трубчатому кронштейну муфту 8 и выжимной подшипник, кото-
рый, действуя на отжимные рычаги, сжимает пружины 77 и вык-
лючает сцепление.
Обратный клапан в главном гидроцилиндре служит для под-
держания некоторого избыточного давления в трубопроводе и ра-
бочем гидроцилиндре, что предотвращает появление воздушных
пузырьков в гидросистеме. При включенном сцеплении и отпу-
щенной педали поршень главного гидроцилиндра 14 находится в
крайнем правом положении так, что его манжета не закрывает
компенсационное А и перепускное В отверстия, открывая свобод-
ный переход жидкости в бачок 12 при расширении ее от возмож-
ного нагревания. Гидроцилиндры защищены от пыли резиновыми
чехлами. Педаль сцепления и вилка перемещаются в исходное
(включенное) положение оттяжными пружинами.
Воздух, попавший в гидросистему, удаляют с помощью клапана
прокачки 24. Для этого снимают резиновый колпачок с клапана
прокачки на рабочем цилиндре, надевают на него резиновый
шланг, другой конец которого опускают в стеклянную банку, на
четверть заполненную тормозной жидкостью. Медленно 3 раза
нажимают на педаль сцепления, удерживают ее в нажатом поло-
жении и отворачивают на пол-оборота клапан прокачки. Сначала
из шланга с жидкостью будут выходить пузырьки воздуха, а затем
появится чистая струя жидкости. В этот момент надо плотно зак-
233
рыть клапан. Медленно отпускают педаль и надевают резиновый
колпачок на клапан прокачки, следя за уровнем жидкости в бачке.
Жидкость доливают по мере необходимости до установленной на
бачке метки.
Сцепление регулируют до установки его на автомобиль. Для
этого используют специально приспособленный маховик. На него
кладут шайбу (металлическое кольцо) толщиной 10,2 мм, равной
толщине нажимного диска, и кожух в сборе с нажимным диском,
а затем плотно их соединяют с помощью болтов. Регулировочны-
ми гайками устанавливают расстояние 53 мм ± 0,75 мм от плоско-
сти маховика до плоскости, проходящей через концы отжимных
рычагов. При этом концы рычагов должны находится в одной
плоскости.
Сцепление устанавливают на автомобиль в такой последова-
тельности. В картер сцепления сначала помещают ведомый диск
короткой частью ступицы к маховику и, максимально приподняв
его, вводят кожух в сборе, опустив одну из опорных лап кожуха и
прижав ее к маховику. Поворачивают коленчатый вал и по меткам
слегка привертывают опорные лапы кожуха к маховику. Центри-
руют ведомый диск, используя специальную оправку или свобод-
ный первичный вал коробки передач, после чего плотно привора-
чивают кожух к маховику.
В процессе эксплуатации зазор между выжимным подшипни-
ком и отжимными рычагами 2,5...3 мм (см. рис. 16.4, б) устанавли-
вают, регулируя свободный ход педали сцепления. Для этого
отъединяют пружину 21 и измеряют свободный ход конца вилки
выключения сцепления. Если он не равен 4...5 мм, то ослабляют
контргайку и, вращая толкатель 20 в регулировочной гайке 19, ко-
торую придерживают гаечным ключом, устанавливают требуемый
свободный ход конца вилки, чему будет соответствовать свобод-
ный ход педали 40...55 мм.
Аналогичную конструкцию имеют сцепления автомобилей
ГАЗ-66.
Сцепление автомобилей УАЗ (рис. 16.5, а) имеет похожую кон-
струкцию. К ведомому диску 3 через пластинчатые пружины
приклепаны две фрикционные накладки. Крутильные колебания
демпфируются восемью пружинами, установленными с натягом в
Рис. 16.5. Сцепления:
а — УАЗ-ЗЗОЗ; б— КамАЗ-5320; 7 —вал сцепления; 2—маховик; 3 — ведомый диск; 4 —
игольчатый подшипник; 5 — нажимной диск; 6 — кожух; 7 — корпус сцепления; 8 — отжимной
рычаг; 9— вилка отжимного рычага; 10— регулировочный винт; /7 —оттяжная пружина; 72 —
муфта выключения сцепления; 13— выжимной подшипник; 14— нажимная пружина; 15 —
теплоизолирующая шайба; 76—пробка; 77—фрикционные кольца; 18— упорное кольцо;
19— задний нажимной диск; 20— вилка выключения сцепления; 27— демпферная пружина;
22 — скоба установки среднего нажимного диска в выключенное положение; 23— пере-
дний ведомый диск; 24— пружина упорного фланца; 25— средний нажимной диск
234
окнах диска ступицы, ведомого диска и пластины, а также фрик-
ционным устройством. Фрикционное устройство состоит из двух
фрикционных дисков, зажатых ступенчатыми заклепками между
ведомым диском и пластиной.
На концах отжимных рычагов 8 предусмотрены регулировоч-
ные винты 10. Перед установкой сцепления на машину между на-
жимным диском и специально приспособленным маховиком раз-
мещают металлическое кольцо толщиной 9,5 мм. Кожух крепят
болтами к маховику и, вращая регулировочные винты 10, устанав-
ливают расстояние 51,5 мм + 0,75 мм от плоскости маховика до
винтов. После регулировки винты зачеканивают. Автомобили УАЗ
имеют гидравлический привод сцепления.
Сцепление автомобиля ЗИЛ-431416 однодисковое сухое с пери-
ферийно расположенными шестнадцатью нажимными пружина-
ми и демпферным устройством крутильных колебаний ведомого
диска. Вращающий момент от кожуха передается нажимному дис-
ку четырьмя парами пружинных пластин, которые обеспечивают
чистоту выключения сцепления, отводя нажимной диск от ведо-
мого диска.
Привод сцепления механический. Педаль 9 (рис. 16.6) закрепле-
на на левом (по рисунку) конце вала 5. Вал установлен в кронш-
тейне, приваренном к левой продольной балке (лонжерону) рамы.
На правом конце вала 5 закреплен промежуточный рычаг 3, со-
единенный тягой 4 с рычагом 2, установленным на валу вилки I
выключения сцепления.
Концы отжимных рычагов располагают в одной плоскости с
помощью гаек, закрепленных на концах вилок отжимных ры-
чагов. При регулировке свободного хода педали отворачивают
контргайку на конце тяги 4 и вращают сферическую гайку 7.
Свободный ход педали должен быть равен 35...50 мм, а полный
ход — 180 мм. После регулировки гайку 7 закрепляют контр-
гайкой.
Сцепление автомобиля ЗИЛ-433360 конструктивно аналогично
сцеплению автомобиля ЗИЛ-431416, но имеет гидропневматичес-
кий привод, как у автомобиля КамАЗ-5320.
Сцепление автомобиля КАЗ-4540 однодисковое сухое постоянно
замкнутое с периферийно расположенными нажимными пружи-
нами и демпфером крутильных колебаний на ведомом диске.
Демпфирование крутильных колебаний происходит за счет де-
формации пружин и трения фрикционных колец.
Привод сцепления автомобиля КАЗ-4540 механический с пнев-
моусилителем. На клапан привода действует штанга, соединенная
с педалью управления сцеплением. При перемещении педали кла-
пан регулирует подачу воздуха из пневмосистемы автомобиля в
камеру пневмоусилителя, шток которой воздействует на рычаг,
закрепленный на валу вилки выключения сцепления. За счет это-
го облегчается выключение сцепления.
236
Рис. 16.6. Привод сцепления автомобиля ЗИЛ-431416:
1 — вилка выключения сцепления; 2— рычаг; 3 — промежуточный рычаг; 4— тяга; 5— вал
педали; б—масленка; 7— сферическая гайка; пружина; 9— педаль
Сцепление автомобиля КамАЗ-5320 (см. рис. 16.5, б) сухое двух-
дисковое постоянно замкнутое с периферийно расположенными
нажимными пружинами и пружинно-фрикционным гасителем
крутильных колебаний. Оно отличается от сцепления автомобиля
КАЗ-4540 наличием двух ведомых и двух нажимных дисков и ти-
пом привода сцепления. При выключении сцепления средний на-
жимной диск 25устанавливается в нейтральное положение скобой
22.
Привод сцепления автомобилей КамАЗ и ЗИЛ-433360 однотип-
ный гидравлический с пневматическим усилителем (рис. 16.7).
Педаль гидропривода 5 (рис. 16.7, а) подвесная, шарнирно закреп-
ленная на кронштейне 7 и жестко соединенная с рычагом 2. От-
тяжной пружиной 4 и ограничителем хода 1 педаль удерживается в
определенном поднятом положении. Рычаг 2 через эксцентрико-
вый палец 3 связан со штоком 6 гидроцилиндра 8, который трубо-
проводом соединен с гидравлической частью пневмоусилителя 9.
Пневмоусилитель состоит из переднего 14 (рис. 16.7, б) и заднего
237
б
20 корпусов. Между ними зажата диафрагма 7 следящего устрой-
ства.
Поршень 12 пневмоусилителя, опирающийся на пружину, уста-
новлен в расточке переднего корпуса и уплотнен манжетой 13. В
заднем корпусе расположен исполнительный цилиндр 18 с порш-
нем 19, опирающийся на шток 2, на конце которого навернута сфе-
рическая регулировочная гайка 1. Гайка 1 упирается в рычаг 13
(рис. 16.7, а), закрепленный на валу вилки выключения сцепления.
Следящее устройство предназначено для автоматического регу-
лирования давления воздуха справа поршня 12 (рис. 16.7, б). Это
устройство состоит из впускного 10 и выпускного 11 клапанов,
диафрагмы 7, седла выпускного клапана 8 и следящего гидравли-
ческого поршня 4. Сжатый воздух подводится из пневмосистемы
автомобиля через штуцер к отверстию В.
При отсутствии воздействия на педаль давления жидкости в
корпусе пневмоусилителя нет. Диафрагма 7 и седло 8 выпускного
клапана пружиной отжаты влево (по рисунку). Впускной клапан
10 закрыт и воздух из пневмосистемы автомобиля не поступает.
Выпускной клапан 11 сообщает правую полость пневмоцилиндра
с атмосферой. Поршень 12 пружиной отжат вправо и не воздей-
ствует на шток 15.
Если в пневмосистеме автомобиля отсутствует сжатый воздух, то
при нажатии на педаль давление на поршень 19 и усилие на штоке
2 будут зависеть от давления в гидроцилиндре 8 (рис. 16.7, а).
Когда необходимо выключить сцепление, нажимают на педаль,
увеличивая давление жидкости, подводимой в канал А (рис. 16.7,
б) пневмоусилителя, которая одновременно воздействует на пор-
шни 19 и 4. Усилие от поршня 19 передается на шток 2 и вилку
выключения сцепления. Под давлением жидкости поршень 4 и
диафрагма 7 смещаются вправо, выпускной клапан 11 закрывает-
ся, а впускной клапан 10 открывается. По каналу В воздух прохо-
дит к поршню 72, смещает его влево и совместно с жидкостью воз-
действует на шток 2, выключая сцепление.
Если действие на педаль уменьшается, то давление жидкости в
гидроцилиндре и на поршень 19 снижается и диафрагма 7 под
Рис. 16.7. Привод сцепления КамАЗ-5320:
о —общая схема: / — ограничитель хода педали; 2—рычаг; 3 — эксцентриковый палец; 4,
10— оттяжные пружины; 5 — педаль; 6— шток гидроцилиндра; 7— кронштейн крепления пе-
дали; 8 — гидроцилиндр; 9— пневматический усилитель; // — шток поршня пневматического
усилителя; 12— регулировочная гайка; 13— рычаг вала вилки; 14— шланг подвода воздуха к
пневматическому усилителю; б — пневмоусилитель: / — сферическая гайка; 2,15— штоки; 3—
корпус комбинированного отверстия; 4 —следящий поршень; 5 — клапан удаления воздуха из
гидросистемы; 6 — уплотнитель выпускного отверстия; 7—диафрагма следящего устройства;
8— седло выпускного клапана; 9— седло впускного клапана; 10— впускной клапан; // — вы-
пускной клапан; /2 — поршень пневматический; 13 — уплотнение поршня (манжета); 14— пе-
редний корпус; /6—манжета; /7—распорная втулка; /Я—исполнительный цилиндр; 19 —
поршень выключения сцепления; 20— задний корпус; А — подвод жидкости; В — подвод воздуха
239
действием пружины выгибается влево, открывая выпускной кла-
пан 11 и закрывая впускной клапан 10. Под действием пружины
пневматического поршня и оттяжных пружин в приводе выключе-
ния сцепйения шток 2 смещается вправо и сцепление включается.
При постоянном давлении на педаль клапаны 10 и 11 закрыты.
Через клапан 5 воздух выходит в атмосферу при включении сцеп-
ления.
Регулировка привода заключается в установлении свободного
хода муфты выключения сцепления 12 (см. рис. 16.5, г). Для этого
от рычага 13 (см. рис. 16.7, а) отъединяют пружину 10 и поворачи-
вают гайку 12, устанавливая свободный ход рычага 13 равным
4...5 мм, что соответствует свободному ходу муфты (3,6 ± 0,4) мм.
Полный ход рычага 13 должен быть 90 мм при нажатии педали
сцепления до упора.
16.4. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ СЦЕПЛЕНИЙ
Надежная работа сцепления зависит от правильной эксплуата-
ции и своевременного технического обслуживания.
В процессе эксплуатации сцепление выключают, нажимая на
педаль быстро и до конца ее полного хода. Включают сцепление
плавно без задержки педали в промежуточном положении. При
работающем двигателе нельзя долго держать сцепление в выклю-
ченном положении, нагружая выжимной подшипник.
При отсутствии свободного хода педали, ослаблении нажим-
ных пружин, замасливании или загрязнении дисков возможно их
относительное проскальзывание («пробуксовывание»). Диски бы-
стро нагреваются и изнашиваются. Подведенная к ведущим дис-
кам мощность не полностью передается на трансмиссию. Эксплу-
атация автомобиля в таких условиях невозможна.
Если свободный ход педали значительно превышает норму,
произошло коробление дисков, сломался отжимной рычаг или ос-
колок сломанной демпферной пружины попал между дисками, то
сцепление не выключается полностью («ведет»). В этом случае
сцепление трудно выключить. Если неисправность не удается уст-
ранить регулировкой свободного хода педали, то сцепление сни-
мают и разбирают для ликвидации неисправности.
При длительной стоянке машины может быть «залипание»
сцепления, когда его не удается выключить вследствие прилипа-
ния ведомого диска к маховику. В этом случае, нажав на педаль
тормоза, плавно увеличивают обороты двигателя при выключен-
ном сцеплении.
В процессе технического обслуживания сцепления необходимо
удалить воздух из системы гидропривода, смазать выжимной под-
шипник (при наличии масленки), подтянуть крепление корпуса
сцепления, проверить исправность пневмоусилителя.
240
Контрольные вопросы и задания
1. Какого типа сцепления применяют на отечественных автомобилях? 2. В чем
преимущества фрикционных сцеплений перед гидравлическими и электрически-
ми? 3. Какими преимуществами обладают сцепления с диафрагменной пружи-
ной? 4. Назовите преимущества гидравлического привода сцеплений. 5. Объясни-
те назначение и принцип работы демпфирующих устройств сцеплений. 6. Какие
устройства применяют для облегчения управления сцеплением? 7. Объясните
принцип действия пневмоусилителя сцеплений автомобиля ЗИЛ-433360.
Глава 17
КОРОБКИ ПЕРЕДАЧ
17.1. НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ КОРОБОК ПЕРЕДАЧ
Назначение коробок передач: изменение скорости движения ав-
томобиля, обеспечение движения задним ходом, длительное от-
ключение трансмиссии от двигателя.
Нагрузка на ведущих колесах автомобиля в эксплуатационных
условиях изменяется в широких пределах. Так, при трогании авто-
мобиля с места, разгоне, преодолении подъемов, трудных участ-
ков дороги и движении с большой нагрузкой требуется увеличен-
ный в несколько раз ведущий момент по сравнению с моментом,
необходимым при движении по горизонтальной асфальтирован-
ной дороге. В этих случаях желательно, чтобы двигатель продол-
жал работать в режиме, близком к оптимальному по мощности и
экономичности. Характеристики применяемых двигателей внут-
реннего сгорания не в полной мере удовлетворяют этим требова-
ниям. Приспособляемость двигателей (особенно дизелей) к пере-
грузкам также недостаточна. Чтобы обеспечить наиболее эффек-
тивную работу двигателя в определенном диапазоне частот враще-
ния коленчатого вала и получить необходимый ведущий момент
на колесах при изменении нагрузки, в трансмиссию вводят короб-
ки передач (КП) с изменяемыми передаточными числами. Это по-
зволяет получить различное тяговое усилие на ведущих колесах
при эффективной работе двигателя.
Классификация коробок передач. Различают бесступенчатые и
ступенчатые коробки передач.
Бесступенчатые передачи. Если изменение пере-
даточных чисел КП при изменении нагрузки происходит бессту-
пенчато и автоматически, то двигатель будет работать всегда в оп-
тимальном режиме с наилучшими показателями. Это возможно
при использовании автоматических бесступенчатых коробок пере-
дач, но у этих коробок сложная конструкция, высокая стоимость и
низкий КПД.
Ступенчатые механические коробки пе-
редач не позволяют использовать наибольшую мощность и
241
экономичность двигателя во всех эксплуатационных режимах ра-
боты автомобиля и требуют ручного управления, но благодаря от-
носительно невысокой стоимости, простоте конструкции, неболь-
шой удельной массе, высокому значению КПД получили широкое
применение. В механических коробках при переключении пере-
дач изменяется передаточное число, преобразуется передаваемый
с двигателями ведущий момент и одновременно изменяется часто-
та вращения выходного вала. В результате получают разные значе-
ния тяговых усилий и скоростей движения в условиях трогания,
разгона и преодоления дорожных сопротивлений.
Различают следующие механические ступенчатые коробки пе-
редач:
по числу валов — двух-, трех- и многовальные;
кинематической схеме — с неподвижными осями валов и плане-
тарные;
расположению валов относительно продольной оси автомоби-
ля — с продольным и поперечным расположением валов;
наличию делителя и демультипликатора;
способу переключения передач — со скользящими зубчатыми
муфтами (каретками), синхронизаторами, фрикционными муфтами.
Коробки передач также подразделяют по числу передач пере-
днего хода — двух-, трех- и многоступенчатые.
Коробки передач должны надежно соединять, а при необходи-
мости и разъединять двигатель и трансмиссию; обеспечивать не-
обходимые динамические и экономические показатели автомоби-
ля в различных условиях движения (нагрузка, скорость) за счет
передаточных чисел, а также движение с небольшой скоростью и
задним ходом при маневрировании; быть бесшумными и легкими
в управлении при переключении передач, простыми в техничес-
ком обслуживании и ремонте; обладать высокими показателями
надежности и КПД, но минимальными массой и габаритными
размерами.
В коробках передач автомобилей сельскохозяйственного назна-
чения должны быть передачи, обеспечивающие синхронное дви-
жение с уборочными и другими сельскохозяйственными машина-
ми при выполнении технологических операций и высокие скорос-
ти при движении по хорошей дороге. В этих автомобилях должен
быть привод на вал отбора мощности.
Высокие тягово-динамические и экономические показатели
автомобиля получают в результате рационального подбора чис-
ла передач и передаточных чисел в коробке передач, главной
передаче, раздаточной коробке и бортовых передачах (при на-
личии их). Передаточные числа главной передачи и бортовых
передач рассчитывают в соответствии с назначением и типом
автомобиля. В процессе эксплуатации они остаются неизмен-
ными.
242
17.2. ПРИНЦИП ПОДБОРА ПЕРЕДАТОЧНЫХ ЧИСЕЛ
КОРОБОК ПЕРЕДАЧ
Передаточные числа в коробке автомобилей образуют геомет-
рическую прогрессию. В этом случае разгон автомобиля происхо-
дит наиболее интенсивно. Для разгона на каждой передаче ис-
пользуется наибольшая средняя мощность двигателя. Разница в
скоростях движения автомобиля в конце разгона на предыдущей
передаче и начале разгона на следующей передаче минимальная,
что облегчает переключение передач.
Согласно закону геометрической прогрессии передаточное
число последующей передачи im+i равно передаточному числу
предыдущей передачи im, умноженному на постоянное число q\
im+\ - imq. Этот показатель, называемый знаменателем прогрессии,
оценивает плотность ряда передаточных чисел.
С увеличением числа передач повышаются плотность ряда, тя-
говые и экономические показатели автомобиля, динамика разго-
на, улучшаются условия работы синхронизаторов. В то же время с
увеличением числа передач усложняются конструкция коробки и
переключение передач, увеличиваются ее габаритные размеры,
масса и стоимость. Коробки передач легковых и грузовых автомо-
билей малой и средней грузоподъемности имеют по четыре-пять
передач, а большой грузоподъемности и высокой проходимости —
восемь и более при наличии делителей и демультипликаторов
(понижающих редукторов). Большее число передач обычно имеют
автомобили с дизелями, имеющими меньшую приспособляемость
к перегрузкам.
Плотность ряда повышают, т. е. сближают, передаточные числа
наиболее часто используемых передач, например прямой и сосед-
ней с ней. Ускоряющая передача (V в легковых автомобилях) по-
зволяет улучшить экономичность машины, так как двигатель
переходит на более экономичный режим работы. Эту передачу ис-
пользуют при движении по асфальтированной дороге с неболь-
шой загрузкой и на высокой скорости. У современных автомоби-
лей q = l,l...l,5.
На рисунке 17.1 изображен лучевой график зависимости часто-
ты вращения вала двигателя автомобиля КАЗ-4540 от скорости его
движения при разгоне на различных передачах, построенный в со-
ответствии с уравнением
v = лгклдв/(ЗО/о/Кп),
где v — скорость движения автомобиля; гк — динамический радиус ведущего коле-
са; лдв — частота вращения вала двигателя; /0, 4п — передаточные числа соответ-
ственно главной передачи и коробки передач.
Плотность ряда передаточных чисел у этого автомобиля
q= 1,38.
243
п, мин
2 4 6 8 10 , 12 14 16 t 18 20 км/ч
10 20 30 40 50 60 70
Рис. 17.1. Лучевой график зависимости частоты вращения вала двигателя автомоби-
ля КАЗ-4540 от скорости его движения при разгоне на различных передачах
На этом же графике отмечены моменты переключения передач
(в точках а, а1, а11, а1И, a,v, av) при разгоне последовательно с III
до VIII передачи. Штриховая линия показывает, до какого уровня
снизилась бы частота вращения (примерно 2200 мин-1 на всех пе-
редачах) при переключении на последующую передачу, если бы
было жесткое соединение двигателя с ведущими колесами. Так
как сцепление в момент переключения пробуксовывает, то изме-
нение скорости происходит по линии ab и т. д. и скорость автомо-
биля на последующей передаче несколько выше, чем на предыду-
щей: vfl) >vfln >vflni >vaiv- Частота вращения вала двигателя при
переключении на каждой передаче изменяется в диапазоне
2400...2500 мин-1. Время работы двигателя на холостом ходу при
переключении не учитывается.
Оценочным показателем коробки передач служит также диапа-
зон передаточных чисел, представляющий собой отношение пере-
даточных чисел низшей и высшей передач: Д= Для лег-
ковых автомобилей Д = 3...4, для грузовых — D = 5...8, для специ-
альных — Д= 9... 13. Диапазон передаточных чисел определяет
диапазон тяговых усилий и скоростей движения, которые может
развивать автомобиль при установившейся скорости.
Ступенчатые коробки передач представляют собой редукторы с
набором валов и цилиндрических прямозубых или косозубых (или
244
со спиральными зубьями) колес. Косозубые цилиндрические ко-
леса применяют в случае постоянного зацепления колес. Косозу-
бые колеса обладают большей нагрузочной способностью, лучшей
плавностью работы, меньшей шумностью.
17.3. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ КОРОБОК ПЕРЕДАЧ
ОСНОВНЫХ ТИПОВ
Трехвальная четырехступенчатая коробка с прямой передачей и
цилиндрическими косозубыми зубчатыми колесами постоянного
зацепления схематично изображена на рисунке 17.2, а. Первичный
вал 1 получает вращение от вала двигателя. Передний конец вто-
ричного вала 8 установлен на подшипнике в торце первичного
вала. На промежуточном валу 12 закреплены зубчатые колеса по-
стоянного зацепления: переднее зубчатое колесо находится в зацеп-
лении с зубчатым колесом 2 первичного вала, три других находят-
ся в постоянном зацеплении с зубчатыми колесами 7, 9, II, уста-
новленными на роликовых подшипниках на вторичном валу. За-
одно с колесами 7, 9, 11 изготовлены прямозубые зубчатые венцы.
На вторичном валу посредством шпонок закреплены зубчатые
ступицы, на которых установлены скользящие зубчатые муфты 5 и
10. При включении, например, третьей передачи скользящую
муфту 5 вводят в зацепление с зубчатым венцом 6. В этом случае
вращение с зубчатого колеса 2 вала 1 передается последовательно
на зубчатые колеса промежуточного вала и с них на зубчатое коле-
со 7, венец 6, муфту 5, ступицу 4 и на вторичный вал, с которого
вращение передается на детали трансмиссии и на ведущие колеса.
Перемещением муфты 10 вперед или назад получают еще две
передачи: соответственно II и III. При смещении муфты 5вперед
(на рисунке влево) получают IV прямую передачу. В этом случае
вращающий момент передается непосредственно с первичного
вала на вторичный, передаточное число /= 1, КПД возрастает,
преобразования момента не происходит.
Двухвальные коробки передач применяют на переднеприводных
автомобилях (ВАЗ, АЗЛК, многих иностранных моделях) с про-
дольным («Москвич-2141») или поперечным (ВАЗ) расположени-
ем валов. Коробки передач, главные передачи и дифференциалы
переднеприводных машин компонуют в одном блоке. Передаточ-
ные числа на V, а иногда и IV передаче двухвальных коробок пере-
дач устанавливают ниже единицы, чтобы во избежание увеличе-
ния габаритных размеров коробки передаточное число на I пере-
даче не превышало четырех при тяговом диапазоне Д= 4,6...4,8.
У двухвальных коробок отсутствует прямая передача, следова-
тельно, КПД на IV передаче несколько ниже, чем у трехвальных
коробок с прямой передачей. На других же передачах, наоборот,
КПД выше, чем у трехвальных. Трехвальные коробки передач
245
Рис. 17.2. Схема коробки передач:
а —с неподвижными осями и прямой передачей: 1, 8, 72 — соответственно первичный, вто-
ричный и промежуточный валы; 2 —зубчатое колесо постоянного зацепления первичного
вала; 3, б—зубчатые венцы; 4—зубчатая ступица; 5, 10— скользящие зубчатые муфты; 7, 9,
77—зубчатые колеса постоянного зацепления вторичного вала; б — планетарная передача: 7,
2, 4 — соответственно коронное, планетарные, солнечное зубчатые колеса; 3 — водило; 5 —
тормоз; 6 — ведомый вал
обычно с прямой передачей широко применяют на легковых авто-
мобилях классической компоновки и грузовых автомобилях малой
и средней грузоподъемности. КПД трехвальных коробок передач
т)м = 0,96...0,98. С целью уменьшения массы и габаритных разме-
ров коробки передач на машинах большой грузоподъемности
стремятся применять трехвальные коробки с прямой передачей,
расширяя диапазон передаточных чисел использованием делите-
лей и демультипликаторов, позволяющих удваивать число пере-
дач.
Многовальные коробки передач устанавливают на автомобилях
большой грузоподъемности, когда необходимо получить большое
число передач при большом тяговом диапазоне. Для этого исполь-
зуют дополнительные редукторы с передачами, повышающими
246
(мультипликаторы) или понижающими (демультипликаторы)
скорость. При применении мультипликатора (повышающей пере-
дачи) уменьшается разрыв между передаточными числами сосед-
них передач. Демультипликаторы, обычно двухступенчатые редук-
торы, устанавливают после коробки передач. Они удваивают чис-
ло передач, повышают тяговый диапазон автомобиля.
В состав коробки передач часто входит планетарная передача,
состоящая из прямозубых колес: коронного 7 (рис. 17.2, б), плане-
тарных 2 (сателлитов) и солнечного 4. Сателлиты, соединенные
между собой водилом 3, одновременно находятся в зацеплении с
коронным и солнечным зубчатыми колесами. Солнечное зубчатое
колесо закреплено на полом валу, на другом торце которого уста-
новлен ленточный тормоз 5. Водило 3 укреплено на валу 6, к кото-
рому приложен момент сопротивления Л/2- Ведущий момент Л/,
действует на коронное колесо 7.
При заторможенном вале солнечного колеса под действием
вращающегося коронного колеса 7 сателлиты 2 обкатываются
вокруг неподвижного солнечного колеса и вращают водило 3 и
вал 6, преодолевая момент сопротивления М2. Когда вал солнеч-
ного зубчатого колеса расторможен, вращающий момент на вал 6
не передается, так как планетарные зубчатые колеса свободно вра-
щают солнечное колесо. Передаточное число данной передачи
при заторможенном солнечном колесе равно отношению числа
зубьев коронного колеса к числу зубьев солнечного колеса.
Планетарные коробки передач имеют несколько большие КПД
и передаточное число, чем обычные коробки, при тех же габарит-
ных размерах. Передачи можно переключать с помощью тормозов
и фрикционных сцеплений, что удобно при использовании авто-
матических коробок передач. Однако планетарные коробки более
сложны и дороже в изготовлении.
Прочность деталей коробки передач зависит от применяемых
материалов, их механической и термической обработки, выбранной
геометрии зубьев, жесткости, числа и расположения опор валов.
Наиболее нагруженными деталями коробок передач являются
зубчатые колеса, которые подвергаются действию статических и
динамических нагрузок, например при резком включении сцепле-
ния в момент трогания. Наиболее часто зубья разрушаются из-за
нарушения контактной усталостной прочности. При этом от мно-
гократного приложения максимальных нагрузок возникают тре-
щины в контакте зубьев, которые под давлением масла увеличива-
ются. В результате появляются коррозионные полости (питтинг) и
зубчатое колесо выходит из строя. С учетом динамических нагру-
зок рекомендуют учитывать при расчете коэффициент запаса
прочности 1,2...2.
Зубчатые колеса обычно изготовляют из легированных сталей:
20ХГНМ и 19ХГН (ВАЗ), 20ХГР И 20ХНМ (ГАЗ), 18ХГТ И ЗОХГТ
(ЗИЛ), 12ХНЗА (ЯМЗ).
247
Валы коробки передач, подвергающиеся кручению и изгибу,
рассчитывают на прочность и жесткость. Размеры валов лимити-
руются не прочностью, а жесткостью, так как от возможного про-
гиба под действием радиальных нагрузок возникает перекос зубь-
ев, уменьшается прочность зубчатых колес и повышается шум.
Уровень шума работающей коробки передач должен быть мини-
мальным. Это достигается точностью изготовления и применени-
ем косозубых и шевронных зубчатых колес, повышением жесткос-
ти валов и корпуса. Жесткость корпуса коробки передач должна
быть такой, чтобы не изменялось межосевое расстояние валов и
не создавался звуковой резонанс.
В качестве опор валов используют одно- и двухрядные шарико-
вые и роликовые цилиндрические подшипники, воспринимаю-
щие радиальные и осевые нагрузки. Роликовые конические под-
шипники не используют во избежание регулировок. Для соедине-
ния первичного и вторичного валов и зубчатых колес постоянного
зацепления с опорными валами применяют игольчатые подшип-
ники, которые фиксируют стопорными кольцами от осевых сме-
щений.
Механизмы управления КП. Передаточные числа изменяют пе-
реключением передач. Для этого на шлицованных валах устанав-
ливают скользящие блоки прямозубых зубчатых колес — каретки,
с помощью которых вводятся в зацепление те или иные зубчатые
колеса. Чаще всего применяют зубчатые муфты. Для передач зад-
него хода или включения первой и второй передач используют
скользящие каретки. В коробки с автоматическим переключением
передач устанавливают фрикционные муфты.
Синхронизаторы. Для предотвращения торцевого износа зубьев,
повышения их долговечности, уменьшения шума от переключае-
мых зубчатых колес и повышения удобства управления применя-
ют зубчатые муфты с синхронизаторами, которые выравнивают
угловые скорости соединяемых колес перед включением соответ-
ствующей передачи. Выравнивание угловых скоростей происходит
за счет сил трения, которые возникают на конусных поверхностях
включаемых зубчатых колес. Силами трения поглощается кинети-
ческая энергия деталей, связанных с первичным валом, при вык-
люченном сцеплении. На отечественных автомобилях применяют
инерционные синхронизаторы.
Синхронизаторы бывают одностороннего и двустороннего дей-
ствия, простые и с блокировкой. Для включения одной передачи
устанавливают односторонние, для включения раздельно двух пе-
редач — двусторонние синхронизаторы. Синхронизаторы с блоки-
ровкой не позволяют включать передачу до полного выравнива-
ния угловых скоростей включаемых зубчатых колес. Простые син-
хронизаторы могут включать передачи при частичном выравнива-
нии скоростей. Обычно их используют для переключения на
низших передачах.
248
Синхронизаторы используют или на всех передачах для движе-
ния вперед, или только на высших передачах. Обычно передачи
заднего хода не синхронизированы. Износ трущихся пар синхро-
низатора будет тем меньше, чем ниже плотность ряда передаточ-
ных чисел (меньше разность скоростей). Конструкции синхрони-
заторов рассмотрены при описании конструкций коробок передач
различных автомобилей.
17.4. КОРОБКИ ПЕРЕДАЧ И МЕХАНИЗМЫ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ
РАЗЛИЧНЫХ АВТОМОБИЛЕЙ
Коробка передач автомобиля ВАЗ-21213 (рис. 17.3) трехвальная
с прямой передачей, продольным расположением валов, с пятью
передачами переднего хода и одной передачей заднего хода. Все
передачи переднего хода оборудованы синхронизаторами. Управ-
ление переключением передач ручное. Детали коробки передач
расположены в корпусе 3, отлитом из алюминиевого сплава и
прикрепленном болтами к корпусу сцепления.
Первичный вал 1 (вал сцепления) вращается в двух подшипни-
ках. Передний подшипник (на рисунке слева) установлен в торце
маховика, задний 35— в передней стенке корпуса коробки передач.
Задний конец первичного вала изготовлен заодно с косозубым зуб-
чатым колесом 34, в торец к которому медью припаян прямозубый
венец. Вторичный вал 13 установлен соосно первичному валу и вра-
щается в трех подшипниках. Передний игольчатый подшипник 5
установлен в заднем торце первичного вала, средний шариковый
подшипник 75—в средней стенке корпуса коробки передач, зад-
ний роликовый цилиндрический подшипник 20— в задней стенке
корпуса. Промежуточный вал 31 вращается в двух подшипниках.
На этом валу закреплен блок четырех косозубых зубчатых колес 32,
29, 28 и 26, находящихся в постоянном зацеплении соответственно
с зубчатыми колесами 34, 11, 12, 14. На шлицах заднего торца про-
межуточного вала установлен и прикреплен к нему стяжным бол-
том блок зубчатых колес V передачи и заднего хода. Косозубое зуб-
чатое колесо 22блока находится в постоянном зацеплении с зубча-
тым колесом V передачи, установленном на вторичном валу.
На кольцевых прорезях вторичного вала стопорными кольцами
закреплены ступицы муфт синхронизатора I и II передач и 5(111 и
IV передачи). Ступица 23 синхронизатора V передачи и заднего
хода установлена посредством шпонки на вторичном валу. Зубча-
тые колеса 11, 12, 14 nN передачи свободно вращаются на термо-
обработанных шейках вторичного вала. Все ступицы, втулки и
фланец выходного вала закреплены на вторичном валу от осевого
смещения специальной гайкой. Промежуточное зубчатое коле-
со 24 заднего хода свободно насажено на ось через металлокера-
мическую втулку.
249
7
9 10
11
24 23 22
Рис. 17.3. Коробка
передач автомобиля
ВАЗ-21213:
а — схема синхронизатора;
б—продольный разрез:
7 — первичный вал; 2 — ус-
тановочное кольцо под-
шипника; 5—корпус ко-
робки передач; 4— сапун;
5—игольчатый подшип-
ник; 6— зубчатый венец
колеса первичного вала;
7— скользящая муфта син-
хронизатора /// и IV пере-
дач; 8— ступица синхрони-
затора III и IVпередач; 9—
блокирующее кольцо синх-
ронизатора; 10— пружина
синхронизатора; 77 —зуб-
чатое колесо и зубчатый ве-
нец 77/передачи; /2—зуб-
чатое колесо и зубчатый ве-
нец 7/передачи; 13— вто-
ричный вал; 14— зубчатое
колесо и зубчатый венец
I передачи; 15 — промежу-
точный подшипник вто-
ричного вала; 16— рычаг
переключения передач;
77—шаровая опора рыча-
га; 18— корпус рычага пе-
реключения передач; 19 —
фланец эластичной муфты
соединения с карданной пе-
редачей; 20— задний под-
шипник вторичного вала;
27 —распорная втулка; 22-
блок зубчатых колес V пе-
редачи и заднего хода; 23 —
ступица синхронизатора V
передачи; 24— промежу-
точное зубчатое колесо зад-
него хода; 25 — задний под-
в
17
15
шипник промежуточного ва-
ла; 26— зубчатое колесо /пе-
редачи промежуточного вала;
27— скользящая муфта синх-
ронизатора / и // передач;
28 — зубчатое колесо // пере-
дачи промежуточного вала;
29 — зубчатое колесо /// пере-
дачи промежуточного вала;
30— пробка заливного и кон-
трольного отверстия; 31—
промежуточный вал; 32— зуб-
чатое колесо постоянного за-
цепления промежуточного
вала; 33 — передний подшип-
ник промежуточного вала;
34— зубчатое колесо постоян-
ного зацепления первичного
вала; 35— задний подшипник
первичного вала; в — меха-
низм переключения передач
автомобиля ВАЗ-21213: 1 —
зубчатое колесо заднего хода;
2—шайба направляющей
пластины; 3— направляющая
пластина; 4— корпус рычага
переключения передач; 5 —
шаровая опора; 6 — сферичес-
кая шайба; 7—рычаг пере-
ключения передач; 8— вилка
включения /// и IV передач;
9 — шток включения / и // пе-
редач; 10— шток включения
III и IV передач; // — вилка
включения / и II передач;
/2—шток включения И пере-
дачи и заднего хода; 13 —
блокировочные сухари; 14 —
крышка фиксаторов; /5—пру-
жина фиксатора; /6—ша-
рик-фиксатор; /7—вилка
включения И передачи и зад-
него хода
Работу синхронизатора рассмотрим на примере включения III
передачи (рис. 17.3, б). При нейтральном положении синхрониза-
тора между скользящей муфтой 7 и блокирующим бронзовым
кольцом 9 имеется зазор и движение с зубчатого колеса И на сту-
пицу не передается. При включении передачи' вилкой, находя-
щейся в кольцевой прорези, муфта /смещается вправо (по рисун-
ку) и ее внутренняя конусная поверхность соприкасается с конус-
ной поверхностью блокирующего кольца 9. Блокирующее кольцо
поворачивается до упора скосов его зубьев в скосы зубьев зубчато-
го венца (показано на рисунке). Благодаря трению выравниваются
угловые скорости зубчатого колеса 11, муфты 7и ступицы 8. Силы
трения уменьшаются и внутренние зубья скользящей муфты 7,
преодолевая сопротивление пружины 10, безударно вводятся в за-
цепление с зубьями колеса 11. Третья передача включена. Враща-
ющий момент с зубчатого колеса 34 первичного вала передается
через зубчатые колеса 32 и 29 на зубчатое колесо 11 и далее на сту-
пицу 8 и вторичный вал 13. Подобным образом включаются и дру-
гие передачи переднего хода.
При включенной первой передаче вращающий момент е пер-
вичного вала передается последовательно зубчатыми колесами 34,
32, 26, 14 и через синхронизатор на вторичный вал. При включе-
нии II передачи вращающий момент передается с первичного вала
на вторичный вал через зубчатые колеса 34, 32, 28, 72 и синхрони-
затор. Четвертая передача прямая, т. е. скользящая муфта 7 синх-
ронизатора III и IV передач, смещаемая влево, напрямую соеди-
няет первичный и вторичный валы.
Пятая передача включается при смещении скользящей муфты
синхронизатора этой передачи вправо. При этом вращающий мо-
мент с промежуточного вала передается на вторичный вал через
зубчатое колесо 22, синхронизатор и ступицу 23. Для включения
передачи заднего хода промежуточное зубчатое колесо 24 смеща-
ют влево и одновременно вводят в зацепление с зубчатыми коле-
сами, расположенными на промежуточном и вторичном валах.
Благодаря промежуточному зубчатому колесу 24 направление вра-
щения вторичного вала изменяется на противоположное.
Передаточные числа коробки передач: I — 3,67; II — 2,1; III —
1,36; IV — 1; V — 0,82; заднего хода — 3,53.
Механизм переключения передач состоит из рычага 7 (рис. 17.3, в),
установленного в шаровой опоре 5, и трех штоков 9, 10, 12 с закреп-
ленными на них вилками 8, 11, 17. Концы вилок входят в соответ-
ствующие кольцевые пазы скользящих муфт синхронизаторов. Вил-
ка включения V передачи входит в кольцевой паз зубчатого колеса 1.
Штоки скользят в отверстиях, сделанных в передней и средней стен-
ках корпуса коробки передач. Для фиксации штоков в нейтральном
положении или включенном положении зубчатых колес служат три
шарика-фиксатора 16, каждый из которых входит в одно из трех уг-
лублений на штоках и прижимается к ним пружинами 75.
252
Одновременное включение двух передач предотвращается замко-
вым устройством. Оно состоит из двух блокировочных сухарей 13 и
расположенного между ними штифта, находящегося в сверлении
штока 10. При перемещении, например, штока 9 включения I и II
передач верхний сухарь 73 выйдет из углубления в этом штоке и вой-
дет в углубление в штоке 10, надавит на штифт в сверлении этого
штока. Противоположный конец штифта введет нижний сухарь 13 в
углубление в штоке 12. Таким образом при перемещении одного из
штоков два других оказываются застопоренными. В головках штоков
выполнены пазы, в которые входит нижний конец рычага 7.
Часть рычага 7, расположенная ниже шаровой опоры, переме-
щается в направляющей пластине 3 с прорезями, обеспечивая
правильное движение рычага при выборе включаемой передачи, и
блокирует случайное включение заднего хода подпружиненной
пластиной.
В коробку передач заливают 1,55 л трансмиссионного масла
ТАД-17и для смазывания деталей разбрызгиванием.
Особенности коробок передач автомобилей семейства УАЗ. Это
четырех- и пятиступенчатые трехвальные коробки с продольным
расположением валов. Четырехступенчатые коробки передач име-
ют четыре передачи переднего хода и одну передачу заднего хода,
IV передача прямая. У пятиступенчатой коробки передач IV пере-
дача прямая, V — ускоряющая. Четырехступенчатые коробки пе-
редач бывают с одним двойным синхронизатором на III и IV пере-
дачах или с двумя двойными синхронизаторами на всех передачах
переднего хода. Передаточные числа в первом случае: 1 — 4,124;
II —2,641; III— 1,58; IV— 1; задний ход —5,224; во втором слу-
чае: I - 3,78; II - 2,6; III - 1,55; IV - 1; задний ход -4,12.
Коробки в сборе с одним и двумя синхронизаторами взаимоза-
меняемые, детали же этих коробок и механизмов переключения
невзаимозаменяемые. Коробки передач в сборе автомобилей раз-
личных модификаций с синхронизаторами включения всех пере-
дач переднего хода взаимозаменяемые.
В тяжелых дорожных условиях передаточное число коробки пе-
редач увеличивают за счет включения понижающей передачи раз-
даточной коробки, которую устанавливают на автомобилях с ко-
лесной формулой 4x4.
Коробка передач с синхронизаторами на всех передачах пере-
днего хода показана на рисунке 17.4.
Механизм переключения передач (рис. 17.5) расположен в крыш-
ке, прикрепленной болтами сбоку к коробке передач. Нейтраль-
ное и включенное положения шестерен всех передач фиксируются
подпружиненными шариками 72. Замковое устройство, исключа-
ющее включение одновременно двух передач, состоит из плунже-
ров и сухарей, что позволяет перемещать только шток включаемой
передачи. Случайное включение заднего хода предотвращает под-
пружиненный плунжер.
253
Рис. 17.4. Коробка передач автомобиля УАЗ:
а — продольный разрез: / — первичный вал (вал сцепления); 2—трубчатый кронштейн для от-
водки выжимного подшипника сцепления; 3 — специальная гайка; 4 — подшипник; 5— пере-
дний роликовый подшипник вторичного вала; 6 — блокирующее кольцо синхронизатора; 7—
муфта синхронизатора III и IV передач; 8 — ступица синхронизатора III и IV передач; Я /Я
12 — зубчатые колеса постоянного зацепления соответственно III, II и I передач; // — синхро-
низатор I и II передач; 13— корпус коробки; 14— вторичный вал; /5—стопорное кольцо;
/6 — болт; 17— промежуточный вал; 18— ось зубчатого колеса заднего хода; 19— зубчатое ко-
лесо заднего хода; 20— блок зубчатых колес привода промежуточного вала и III передачи; б —
схема синхронизатора: / — муфта; 2—ступица; 3 — сухарь; 4— шарик; 5—направляющая
пружины
Рис. 17.5. Механизм переключения передач автомобилей УАЗ:
7 — рычаг переключения передач; 2— штифт; 3 — опора рычага; 4 — боковая крышка коробки
передач; 5—крышка предохранителя включения передачи заднего хода; 6—плунжер предо-
хранителя; 7—фиксатор предохранителя; 3—вилка включения 1 и II передач; 9—вилка
включения III и IV передач; 10 — вилка заднего хода; 77— выключатель фонаря заднего хода;
72— шарик-фиксатор; 73— шток вилки включения I и II передач; 14— плунжер замкового ус-
тройства; 75— штифт; 16— шток вилки включения III и IV передач; 77— шток вилки включе-
ния заднего хода
Коробка передач автомобиля ГАЗ-3307 (рис. 17.6) трехвальная с
четырьмя передачами переднего хода (IV передача прямая), одной
передачей заднего хода и блокирующим синхронизатором вклю-
чения III и IV скоростей. Все детали коробки передач расположе-
ны в корпусе 1, привернутом болтами к корпусу сцепления.
Первичный 6 (вал сцепления) и вторичный 5 валы вращаются в
двух подшипниках. Передний конец (торец) вторичного вала (сле-
ва на рис. 17.6) установлен в игольчатом подшипнике. Промежу-
точный вал 3, расположенный внизу корпуса и вращающийся в
двух подшипниках, изготовлен заодно с косозубыми 2, 77, 15 и
прямозубым 27 колесами. Зубчатые колеса 2, 77, 75 находятся в
постоянном зацеплении соответственно с зубчатым колесом 4
первичного вала и колесами 16, 11, свободно вращающимися на
гладкой поверхности вторичного вала. Зубчатое колесо 13 включе-
ния I и II передач может перемещаться по шлицам вторичного
вала. В задней части промежуточного вала расположено прямозу-
бое колесо 27 включения I передачи и заднего хода. В нижней ча-
сти коробки передач свободно на оси установлен блок зубчатых
колес 14 заднего хода.
Первую передачу включают, перемещая с помощью механизма
управления зубчатое колесо 13 (рис. 17.6, г) назад (вправо), вводя
255
Рис. 17.6. Коробка передач автомобиля ГАЗ-3307:
о —продольный разрез; б—замковое устройство; в —синхронизатор; г —схема включения 1
передачи; /—корпус; 2 — зубчатое колесо промежуточного вала; 3 — промежуточный вал; 4—
зубчатое колесо первичного вала; 5—вторичный вал; б —первичный вал; 7—муфта синхро-
низатора; 8— крышка; 9— шток; 10 — фиксатор; 11, 15— зубчатые колеса постоянного зацеп-
ления 11 передачи; /2—рычаг переключения передач; 73—каретка I и 11 передач; 14— блок
зубчатых колес заднего хода; 16, /7—зубчатые колеса постоянного зацепления III передачи;
18— плунжер; /9—штифт; 20— предохранитель; 2/ —зубчатое колесо I передачи и заднего
хода; 22 — блокирующие кольца; 23 — пружинные кольца; 24 — сухари; 25— ступица синхро-
низатора
его в зацепление с зубчатым колесом 21. Для включения второй
передачи зубчатое колесо 13 сдвигают вперед (влево, рис. 17.6, а)
до соединения его внутреннего зубчатого венца с зубчатым вен-
цом колеса 11. Передачу заднего хода включают, перемещая ка-
ретку 14 вперед. В этом случае она соединяет зубчатые колеса 21 и
13, меняя вращение на обратное.
Третью и четвертую передачи включают с помощью синхрони-
затора двойного действия, который устроен следующим образом.
На шлицах вторичного вала установлена и закреплена гайкой сту-
256
пица 25 (рис. 17.6, в). Во внутренних кольцевых проточках ступи-
цы с обеих сторон свободно установлены бронзовые блокирую-
щие кольца 22 с зубчатыми венцами и конусными внутренними
поверхностями. В пазы ступицы 25установлены три сухаря 24, ко-
торые пружинными кольцами 23 удерживают их на ступице и
прижимают к внутренним шлицам муфты 7. Выступы сухарей вхо-
дят в небольшое кольцевое углубление внутренних шлиц муфты,
чем и фиксируют нейтральное положение синхронизатора.
Шлицы муфты /находятся в зацеплении с внешними шлицами
ступицы 25. Напротив блокирующих колец 22 расположены ко-
нусные поверхности, выполненные на торцах зубчатых колес 4 и
16 (рис. 17.6, а), с которыми и входят в соприкосновение конус-
ные поверхности блокирующих колец при включении соответ-
ствующих передач. Концы сухарей 24 (рис. 17.6, в) входят в пазы
блокирующих колец 22, приводя их во вращение.
При включении передачи вилкой перемещается муфта 7. Пере-
мещаясь вместе с ней, сухари сжимают пружинные кольца 23 и
смещают блокирующее кольцо до соприкосновения с конусом на
включаемом зубчатом колесе. Ввиду того что ширина пазов ступи-
цы больше ширины сухарей, силами трения вследствие различной
скорости вращения валов блокирующее кольцо повернется на не-
большой угол относительно ступицы так, что зубцы венца блокиру-
ющего кольца станут против зубцов муфты 7, создавая дополни-
тельное прижатие сопрягаемых конусных поверхностей и выравни-
вая угловые скорости. Скосами включаемых зубчатых венцов бло-
кирующее кольцо развернется в противоположном направлении и
муфта /свободно переместится до полного соединения с зубчатым
венцом включаемого зубчатого колеса (III или IV передачи).
Механизм переключения передач. Скользящие блоки зубчатых
колес — каретки или муфты синхронизаторов перемещают вдоль
вторичного вала посредством вилок, которые свободно входят в
кольцевые проточки кареток и муфт синхронизаторов. Противо-
положные концы вилок закреплены на штоках 9 (рис. 17.6, б) и
движутся вместе с ними. Штоки перемещают рычагом 12 (рис.
17.6, а), который установлен на шаровой опоре в крышке 8. Для
включения заднего хода надо концом рычага 12 сжать пружинный
предохранитель 20 (рис. 17.6, 6) и переместить нижний (по рисун-
ку) шток. Такое устройство предотвращает ошибочное включение
IV передачи.
Одновременное включение двух передач предупреждает замко-
вое устройство, состоящее из плунжеров 18 и штифтов 19. Плун-
жеры расположены в сверлениях, сделанных в приливах крышки,
а штифты — в сверлениях штоков. В штоках предусмотрены боко-
вые выемки, которые при нейтральном положении зубчатых колес
расположены против плунжеров. Суммарная длина плунжеров,
штифта и глубина выемок сделана такой, что можно переместить
в продольном направлении только один шток.
257
Полное включение зубчатых колес и муфты синхронизатора и
их нейтральное положение фиксируются подпружиненными ша-
риками 10 (фиксаторами), установленными в приливах крышки
напротив выемок штоков. Подобные механизмы переключения
передач используются и на других машинах.
Передаточные числа коробки передач: I — 6,55; II — 3,09; III —
1,71; IV — I; заднего хода —7,77. В коробку заливают Зл транс-
миссионного всесезонного масла ТАП-15в.
Особенности коробки передач автомобиля ЗИЛ-431416 (рис.
17.7). Коробка имеет пять передач для движения вперед (V переда-
ча прямая) и одну для движения назад, а также три вала: первич-
ный 7, промежуточный 23 и вторичный 18. На заднем торце вто-
ричного вала посредством шлиц закреплен фланец, соединяющий
его с карданным валом, и барабан стояночного тормоза 16. На
шпонках промежуточного вала установлены зубчатые колеса 19,
21, 22, 24, находящиеся в постоянном зацеплении соответственно
с колесами 13, 5 вторичного вала и колесом 4 первичного вала.
Каждая из этих пар колес передает вращающий момент с двигате-
ля на трансмиссию при включении одной из передач.
Коробка передач оборудована двумя однотипными двусторон-
ними синхронизаторами 12 и 2 для включения соответственно II и
III, IV и V передач.
Коробка передач автомобиля КАЗ-4540 ступенчатая трехваль-
ная. Она размещена в корпусе (рис. 17.8, а) и укреплена на раме
автомобиля отдельно от сцепления. Первичный вал 1 коробки
получает вращение от вала сцепления через карданный вал. Ко-
робка передач состоит из четырехступенчатого редуктора и двух-
ступенчатого делителя, благодаря которому общее число передач
для движения вперед равно восьми, а для движения назад —
двум. Все передачи переднего хода оборудованы синхронизато-
рами. Вторичный вал 12 вращается в двух подшипниках. В ниж-
ней части коробки установлены промежуточный вал 17 (на двух
подшипниках) и ось, на которую насажено зубчатое колесо 18
заднего хода.
Рис. 17.7. Коробка передач (а) и синхронизатор (б) автомобиля ЗИЛ-433360:
/ — первичный вал; 2 — синхронизатор IV и V передач; 3— втулка зубчатого колеса IV переда-
чи; 4, 5, /3 — зубчатые колеса постоянного зацепления вторичного вала; 6— вилка переключе-
ния IV и V передач; 7—вилка переключения II и III передач; 8— крышка коробки передач;
9 — шарик фиксатора; 10— штифт замка переключения передач; 11 — шарик замка переклю-
чения передач; 72—синхронизатор II и III передач; 14— вилка переключения I передачи и
заднего хода; 15— зубчатое колесо I передачи и заднего хода; 76 —барабан стояночного тор-
моза; 77—корпус коробки передач; 18— вторичный вал; 19, 21, 22, 24— зубчатые колеса по-
стоянного зацепления промежуточного вала; 20— зубчатое колесо заднего хода; 23—проме-
жуточный вал; 25 — блокирующий палец синхронизатора; 26— роликовый подшипник сопря-
жения первичного и вторичного валов; 27—ступица синхронизатора; 28— блокирующее
кольцо синхронизатора; 29— пружина; 30— конус зубчатого колеса
258
23 22 21 20 19 18 17
a
б
6 7
8
12 13
9 10
27
28
26
20 19
18
Рис. 17.8. Коробка передач (а) и синхронизатор (б)
автомобиля КАЗ-4540:
faSSSSSSSSF
1
29
30
31
32
25
б
7 —первичный вал; 2—пневмоцилиндр переключения делителя;
3 —зубчатое колесо первичного вала; 4— зубчатый венец; 5 —
синхронизатор делителя; б—шток переключения делителя; 7—
зубчатое колесо VII и VIII передач; 8, /7 —синхронизаторы; 9—
зубчатое колесо V и VI передач; 10— зубчатое колесо III и IV пе-
редач; 72—вторичный вал; 73—зубчатое колесо I и II передач;
14— крышка коробки передач; 75 — рычаг переключения заднего
хода; 76 — шлицевая муфта; 77— промежуточный вал; 18— зубча-
тое колесо заднего хода; 19— маслоприемник гидронасоса; 20 —
зубчатое колесо III и IV передач промежуточного вала; 27—зуб-
чатое колесо V и VI передач промежуточного вала; 22—зубчатое
колесо VII передачи промежуточного вала; 23 —зубчатое колесо
привода промежуточного вала; 24— масляный гидронасос; 25 —
ступица синхронизатора; 26 — блокирующее кольцо; 27—сколь-
зящая муфта; 28— шарик-фиксатор; 29—сухарь фиксатора; 30 —
направляющая пружины фиксатора; 37 —пружина фиксатора;
32—стяжная пружина
На первичном валу на игольчатых подшипниках установлено
зубчатое колесо 3, зубчатый венец 4 и ступица синхронизатора 5.
На вторичном валу свободно установлены зубчатые колеса 7 (VII
передача) на двух роликовых подшипниках (от осевого смещения
закреплено гайкой), 9(V и VI передачи), 76* (III и IV передачи) и
13 (I и II передачи) на игольчатых подшипниках, а ступицы синх-
ронизаторов 8vi 11 закреплены жестко.
На промежуточном валу на шпонках закреплены зубчатые ко-
леса 20, 21, 22, 23, находящиеся в постоянном зацеплении соот-
ветственно с колесами 10, 9, 7, 3. Зубчатые колеса 13 и 18 находят-
ся в постоянном зацеплении с зубьями, нарезанными непосред-
ственно на промежуточном валу.
В верхней крышке 14 расположен механизм переключения пе-
редач. К заднему торцу корпуса присоединен корпус раздаточной
коробки.
В коробке передач применены энергоемкие синхронизаторы
муфтового типа двустороннего действия с блокирующими кольца-
ми. Размеры этих синхронизаторов небольшие, что позволяет
уменьшить габаритные размеры коробки передач и повысить жест-
кость валов. Блокирующие элементы синхронизатора имеют ма-
лый момент инерции.
Синхронизатор (рис. 17.8, 6) состоит из ступицы 25, двух бло-
кирующих колец 26, муфты 27, трех шариков-фиксаторов, трех
сухарей 29 фиксаторов, трех пружин 30 направляющих фиксато-
ров, трех пружин 31 фиксаторов и трех стягивающих пружин 32. В
свободном положении шарики углублены в канавки, сделанные
внутри муфты 27. Для вывода фиксатора из канавки при включе-
нии передачи необходимо усилие 350...450 Н. На внутренней ко-
нусной поверхности бронзовых блокирующих колец 26 нарезана
винтовая резьба для разрушения масляной пленки.
При перемещении муфты синхронизатора вдоль оси под дей-
ствием шариков-фиксаторов блокирующие кольца перемещаются
до соприкосновения с конусной поверхностью включаемого зуб-
чатого колеса. После выравнивания угловых скоростей зубчатых
колес шарики-фиксаторы утапливаются и шлицы муфты безудар-
но входят в зацепление с венцом соединяемого зубчатого колеса.
Для предотвращения самовыключения боковые поверхности за-
цепляющихся зубьев муфты и венцов изготовлены под углом 3...4’
к оси.
Включением низшей ступени делителя получают I, III, V и VII
передачи. Для этого муфту синхронизатора 5 (рис. 17.8, а) смеща-
ют влево. Вращающий момент передается с первичного вала на
промежуточный вал через ступицу синхронизатора 5, венец 4 и
зубчатые колеса 3 и 23. Чтобы включить I передачу, смещают муф-
ту синхронизатора 11 вправо. Вращающий момент с промежуточ-
ного вала передается на вторичный вал через зубчатое колесо 13 и
ступицу синхронизатора 11.
261
Для включения III передачи муфту синхронизатора 11 смещают
влево, соединяя ее с зубчатым колесом 10. Тогда вращающий мо-
мент передается на вторичный вал через зубчатые колеса 20, 10 и
ступицу синхронизатора 11.
Чтобы включить V передачу, перемещают муфту синхронизато-
ра 8 вправо, соединяя ее с зубьями венца зубчатого колеса 9. Вра-
щающий момент передается с промежуточного вала на ступицу
синхронизатора 8, закрепленную на вторичном валу, через зубча-
тые колеса 21 и 9.
Перемещая муфту синхронизатора 8 влево и соединяя венец
зубчатого колеса 7 со ступицей синхронизатора 8, включают VII
передачу.
Повышенные передачи (II, IV, VI, VIII) включают, предвари-
тельно перемещая вправо муфту синхронизатора 5 делителя. Пе-
ремещая муфту синхронизатора 11 вправо, включают II передачу,
а перемещая ее влево — IV передачу. При включенной II передаче
вращающий момент с первичного вала 1 передается через ступицу
синхронизатора 5, его муфту и зубчатые колеса 7, 22, 13 на ступи-
цу синхронизатора 11 и вторичный вал 12.
При включенной IV передаче вращающий момент передается с
первичного вала на вторичный со ступицы синхронизатора 5 через
зубчатые колеса 7, 22, 20и Юна ступицу синхронизатора 11.
При включенной VI передаче вращающий момент с первично-
го вала последовательно передается через зубчатые колеса 7, 22, 21
и 9 на ступицу синхронизатора 8.
Для включения прямой VIII передачи муфту синхронизатора 8
смещают влево. Вращающий момент передается с зубчатого коле-
са 7 на ступицу синхронизатора 8, закрепленную на вторичном
валу.
Детали коробки передач смазываются разбрызгиванием и под
давлением, которое создает гидронасос 24, имеющий привод от
вала 77.
Низшая ступень делителя имеет передаточное число / = 1,3, по-
вышенная — / = 1. Это обеспечивает передаточные числа по пере-
дачам: I - 9,42; П-6,98; III —4,42; IV-3,28; V-2,42; VI - 1,79;
VII — 1,35; VIII — 1,0. На первой передаче скорость автомобиля
около 2 км/ч, что соответствует скорости комбайна. По асфальти-
рованной дороге машина может двигаться со скоростью
70...75 км/ч.
Механизм переключения передач состоит из четырех штоков с вил-
ками, фиксаторов, замкового устройства, устройства механического
включения делителя, блока электропневматических клапанов,
трехпозиционного пневмоцилиндра. Привод включения четырех
передач переднего хода и передачи заднего хода механический (ры-
чагом, выведенным в кабину водителя). Привод управления делите-
лем электропневматический. Все основные детали механизма пере-
ключения передач смонтированы в крышке коробки передач.
262
17.5. ГИДРОМЕХАНИЧЕСКАЯ ТРАНСМИССИЯ
Гидромеханическая трансмиссия состоит из гидродинамичес-
кого преобразователя вращающего момента (гидротрансформато-
ра) и механической коробки передач. Гидротрансформатор (ГТ)
обладает свойством бесступенчато и автоматически в зависимости
от нагрузки на ведущих колесах автомобиля изменять (преобразо-
вывать) ведущий момент, передаваемый от двигателя на транс-
миссию. Одновременно изменяется частота вращения валов. При
этом двигатель продолжает работать в стационарном режиме или
незначительно от него отличающемся. Между двигателем и транс-
миссией нет жесткой связи, а только гидравлическая, поэтому ГТ
демпфирует динамические нагрузки, благодаря чему значительно
повышаются показатели надежности трансмиссии автомобилей и
их двигателей. Однако у гидротрансформатора относительно низ-
кий максимальный КПД (т|гг = 0,85...0,9). При отклонении нагруз-
ки от номинальной значение КПД резко снижается. Чтобы ком-
пенсировать этот недостаток и во время работы использовать зону
наибольшего значения КПД, гидротрансформатор комплектуют со
ступенчатым механическим редуктором. Вместе они составляют
гидромеханическую трансмиссию (ГМТ). Сложность конструкции,
большие масса, габаритные размеры и стоимость ограничивают
применение гидротрансформаторов в конструкции автомобилей.
Гидромеханическую трансмиссию применяют в машинах, ра-
ботающих при значительных и частых изменениях нагрузки. Це-
лесообразно, например, применять ГТ на городских автобусах, где
передачи переключают каждые 15...30 с, что занимает 5... 15 % вре-
мени движения, а физические нагрузки при переключении пере-
дач составляют 25...40 % общей физической работы.
Гидротрансформатор представляет собой, как минимум, трех-
колесную гидравлическую машину (рис. 17.9), состоящую из близ-
корасположенных (с зазором около 1 мм) лопастных колес: насос-
ного Н, турбинного Т и реактора Р. Пространство внутри колес
заполнено жидкостью. Насосное колесо приводится во вращение
непосредственно от двигателя.
Турбинное колесо соединено с
ведущим валом коробки пере-
дач. Реактор заблокирован жест-
ко на корпус ГТ.
При вращении насосного ко-
Рис. 17.9. Схема комплексного гидро-
трансформатора:
Н— насосное колесо; Г—турбинное колесо;
Р — реактор
263
леса жидкость циркулирует внутри объема, образованного лопас-
тями колес (на рисунке показано стрелкой). Под действием цент-
робежных сил жидкость перемещается с лопастей насосного коле-
са на лопасти турбинного колеса, приводя его во вращение.
С лопастей турбинного колеса жидкость поступает на лопасти
неподвижного реактора, где изменяется направление ее движения
и создается реактивный момент. С лопастей реактора жидкость
снова попадает на лопасти насосного колеса. Таким образом, жид-
кость движется в замкнутом круговом цикле, передавая энергию
двигателя турбинному колесу. Скорость вращения турбинного ко-
леса зависит от нагрузки на выходном валу: она уменьшается с
увеличением нагрузки.
Преобразование вращающего момента происходит благодаря
наличию реактора. Момент на валу турбинного колеса отличается
от момента на валу насосного колеса на величину, равную момен-
ту на реакторе.
Основное уравнение гидротрансформа-
тора составлено из условия, что сумма вращающих моментов,
действующих на колеса, равна нулю:
Мн ± Мр — Л/т = О или Л/т = Л/н + Л/р,
где Л/н, Л/т, Л/р — вращающие моменты на колесах соответственно насосном, тур-
бинном и реакторе.
Для улучшения характеристик ГТ реакторное колесо уста-
навливают на обгонной муфте. Когда момент на турбинном ко-
лесе больше, чем на насосном, направление вращающего мо-
мента на реакторе противоположно направлению вращения на-
сосного и турбинного колес. Реактор заблокирован и неподви-
жен. Происходит трансформация вращающего момента. Когда в
результате снижения внешней нагрузки увеличивается скорость
вращения турбинного колеса, вращающий момент на его валу
становится меньше, чем на валу насосного колеса, а на реакторе
направление реактивного момента меняется на противополож-
ное. Обгонная муфта разблокируется, и реактор начинает вра-
щаться в сторону вращения насосного и турбинного колес. ГТ
переходит в режим работы гидромуфты: реактор благодаря об-
гонной муфте вращается в ту же сторону, что и турбинное коле-
со. Преобразования вращающего момента в этом случае не про-
исходит. КПД гидромуфты выше, чем ГТ. Гидротрансформатор,
способный работать в режиме гидромуфты, называют комплекс-
ным.
В некоторых конструкциях ГТ используют два рядом установ-
ленных колеса реактора, что обеспечивает ввод в режим гидро-
муфты сначала одного, а затем другого колеса реактора.
Оценочные показатели гидротрансфор-
матора. Преобразующие свойства ГТ оценивают по коэффици-
264
енту трансформации'. кп = МТ/Мп, который изменяется автомати-
чески с изменением нагрузки и имеет наибольшее значение A:max
при полностью заторможенном турбинном колесе (стоповый ре-
жим). Значение максимального коэффициента трансформации
зависит от типа и конструкции ГТ, числа колес турбины и реакто-
ра. Обычно £тах = 2...4.
Изменение скоростного режима ГТ оценивают по передаточно-
му отношению'. in = лт/лн (здесь лт, пн — частоты вращения соот-
ветственно турбинного и насосного колес).
Изменение внешней нагрузки (на турбинном колесе) у различ-
ных конструкций ГТ может влиять на изменение вращающего мо-
мента на насосном колесе, т. е. на двигателе. Если изменение на-
грузки на турбинном колене влияет на изменение момента на на-
сосном колесе и соответственно на двигателе, то такие ГТ называ-
ют прозрачными-, если не влияет, то непрозрачными. Степень
влияния внешней нагрузки на изменение момента на насосном
колесе оценивают по коэффициенту прозрачности-.
П=М\/М^
(здесь Л/„, — вращающие моменты на насосном колесе соот-
ветственно при Лтах и кгг = 1). У непрозрачных ГТ коэффициент
П= 1. На автомобилях устанавливают малопрозрачные ГТ с коэф-
фициентом П= 1,2...1,5, что позволяет использовать приспособ-
ляемость двигателей к перегрузкам и увеличить КПД гидротранс-
форматора.
Эффективность ГТ оценивают по коэффициенту полезного дей-
ствия-. tin- = Л/тлт/Л/нлн, или rin- = ka in. КПД гидротрансформатора
изменяется по параболе и • имеет наибольшие значения
(т|гг ~ 0,85...0,92) в узких пределах изменения передаточного отно-
шения (/гг = 0,7...0,8). При переходе комплексного ГТ, имеющего
k„ < 1, на режим работы гидромуфты его КПД повышается до 0,97.
Для повышения КПД гидромеханической трансмиссии в от-
дельных конструкциях между маховиком двигателя и турбинным
колесом устанавливают сцепление или зубчатую муфту, с помо-
щью которых в необходимых случаях жестко соединяют двигатель
с турбинным колесом. В этом случае ГТ исключается из работы,
что позволяет повысить КПД трансмиссии, снизить частоту вра-
щения вала двигателя и расход топлива, устранить перегрев жид-
кости. Такой ГТ называют блокируемым.
В качестве рабочей жидкости используют специальное масло
марки А, обладающее небольшим вспениванием и сохраняющее
плотность в широком диапазоне изменения температур.
Гидромеханическая передача автобуса
ЛиАЗ-677 (рис. 17.10) состоит из комплексного блокируемого
гидротрансформатора Л Г-340-43 В с двумя колесами реакторов,
265
28
27
26 25
24 23
насосным и турбинным колесами (активный диаметр D = 340 мм)
и механической коробкой передач с параллельными валами. Ко-
эффициент прозрачности гидротрансформатора 77= 1,4... 1,5. Из
безразмерной характеристики ГТ (см. рис. 17.9) видно, что
Лтах = 0,88 при in = 0,7. При = 0,85 ГТ переходит на режим ра-
боты гидромуфты и его КПД повышается до 0,97. При in = 0 ко-
эффициент трансформации £тах = 3,2. Штриховой линией показа-
на характеристика ранее применявшегося гидротрансформатора
ЛГ-340-3А.
Гидротрансформатор расположен в корпусе 8, прикрепленном
болтами к корпусу двигателя. Справа (по рис. 17.10) к корпусу
гидротрансформатора присоединен корпус 24 коробки передач.
Вращение от маховика двигателя передается на насосное коле-
со 7 через пальцы 6. Турбинное колесо 4 закреплено на валу 7, ко-
торый одновременно является ведущим валом коробки передач.
Колеса реакторов 3 закреплены на внешней обойме обгонной
муфты 4, внутренняя обойма которой жестко соединена с корпу-
сом 8. Между маховиком двигателя и турбинным колесом распо-
ложено сцепление (передний фрикцион I), с помощью которого
блокируют гидротрансформатор.
Коробка передач имеет две ступени переднего хода и одну зад-
него хода. Передаточное число высшей передачи 1, низшей —
1,792. Передачи переднего хода переключаются с помощью гидро-
поджимных муфт (фрикционов). Коробка передач состоит из ве-
дущего 7, ведомого 19 и промежуточного (на рисунке не пока-
зан) валов, фрикционов II (понижающей) и III (прямой) передач,
зубчатых колес, гидросистемы заполнения жидкостью ГТ, гидро-
системы переключения передач (включения или выключения
фрикционов) и систем управления.
Жидкость подается в гидротрансформатор и гидросистему пе-
реключения передач от большого и малого гидронасосов. Боль-
шой гидронасос приводится в действие от работающего двигателя
(насосного колеса) и питает систему при остановленном автобусе.
Малый гидронасос работает от промежуточного вала коробки пе-
Рис. 17.10. Гидромеханическая передача автобуса ЛиАЗ-677:
/—ведомый вал гидротрансформатора; 2 —обгонная муфта; 3 — колеса реакторов; -/—тур-
бинное колесо; 5 — корпус переднего фрикциона; 6— пальцы привода насосного колеса; 7—
насосное колесо; 5— корпус гидротрансформатора; 9 — большой гидронасос; 10 — вал реакто-
ров; // — клапан блокировки; /2—редукционный клапан; 13 — переключатель золотников
включения фрикционов; /-/—пружина включения переднего хода; /5—пневматический ци-
линдр включения заднего хода; 16— зубчатое колесо привода спидометра; 17— канал смазки;
/Я — выходной фланец; 19— ведомый вал коробки передач; 20— ведомое зубчатое колесо зад-
него хода; 2/— скользящая муфта; 22— ведомое зубчатое колесо переднего хода; 23— масло-
приемник; 24— корпус коробки передач; 25— канал подвода масла к фрикционам; 26 — веду-
щее зубчатое колесо понижающей передачи и заднего хода; 27— сливной канал; 28 — направ-
ляющий кожух; 29— канал подвода жидкости к переднему фрикциону; I — передний фрикци-
он; II — фрикцион понижающей передачи; III — фрикцион прямой передачи
267
редач и питает систему при движении автобуса, пуске двигателя от
буксира и торможении двигателем. Номинальное давление жид-
кости составляет 0,62 МПа.
Во время движения автобуса возможен нагрев жидкости до вы-
сокой температуры. Излишки теплоты отводятся в теплообменни-
ке. Его змеевик расположен в емкости, через которую проходит
вода системы охлаждения двигателя.
Гидромеханическая и электрическая системы управления обес-
печивают автоматическое переключение передач переднего хода
при включении того или иного фрикциона. Фрикционы выполне-
ны в виде многодисковых сцеплений с ведомыми и ведущими
дисками, соединение которых происходит под давлением жидко-
сти.
Водитель управляет гидромеханической передачей с помощью
рычага контроллера, расположенного на рулевой колонке. Рычаг
может находиться в одном из четырех положений: Н (нейтраль-
ное), А, ПП, ЗХ. В положении А включена автоматическая систе-
ма управления переключением передач. В этом режиме возможны
работа на понижающей передаче, прямой передаче и блокировка
ГТ на прямой передаче. В положении ПП возможны принуди-
тельное включение понижающей передачи и блокировка ГТ на
понижающей передаче. В положении ЗХ принудительно включен
задний ход.
Опыт эксплуатации автобусов с гидромеханической передачей
показал, что в городах с большой интенсивностью движения целе-
сообразно применять трехступенчатые коробки передач, а в горо-
дах с равнинным профилем дорог и большими расстояниями меж-
ду остановками (400...500 м) — двухступенчатые коробки передач.
В нашей стране гидромеханические трансмиссии устанавлива-
ют на автомобилях большого и высшего классов (ГАЗ-14 «Чайка»
и ЗИЛ-41047) совместно с трехступенчатой планетарной коробкой
передач, на автобусах ЛиАЗ и самосвалах БелАЗ большой грузо-
подъемности. В США более 40 % легковых автомобилей и автобу-
сов оборудованы гидромеханическими автоматическими переда-
чами.
17.6. РАЗДАТОЧНЫЕ КОРОБКИ
Раздаточные коробки применяют на многоприводных автомо-
билях для передачи вращающего момента на передний мост с це-
лью повысить проходимость и тягово-сцепные качества автомоби-
лей. В этом случае все колеса находятся в контакте с опорной по-
верхностью и вес автомобиля полностью используется в качестве
сцепного. Раздаточную коробку или располагают непосредствен-
но за коробкой передач, или крепят к раме автомобиля и соединя-
ют с коробкой передач карданным валом.
268
Рис. 17.11. Схема циркуляции паразит-
ной мощности в полноприводном автомо-
биле с заблокированным межосевым
дифференциалом
В конструкциях ряда раздаточных коробок за счет дополни-
тельных передач расширяют диапазон передаточных чисел, чем
увеличивают диапазон тяговых усилий и скоростей движения.
Различают следующие раздаточные коробки: по типу привода
ведущих мостов — с постоянным или дифференциальным приводом',
числу ступеней — одно- и двухступенчатые; расположению выход-
ных валов — с соосными или не соосными валами.
Если передние и задние оси постоянно включены или заблоки-
рованы, то при движении машины на повороте, когда колеса идут
по дугам разного радиуса, или при возможной разнице диаметров
колес может возникнуть кинематическое рассогласование (кине-
матическое несоответствие). Это создает циркуляцию так называ-
емой паразитной мощности.
На рисунке 17.11 показана схема движения автомобиля с по-
стоянно включенным приводом переднего и заднего мостов и со-
осным расположением выходных валов раздаточной коробки. При
кинематическом несоответствии передние колеса могут проскаль-
зывать относительно дороги и на них действует отрицательная ка-
сательная сила Рк' (горизонтальная реакция дороги, направленная
против движения машины). Эта сила образует на передних коле-
сах вращающий момент, который передается через передний
мост, карданный вал, раздаточную коробку и задний карданный
вал на задние колеса (показана штриховой линией), где складыва-
ется с вращающим моментом, поступающим от двигателя. Оба
момента образуют суммарную положительную касательную силу
тяги Рк, вызывающую движение машины. Часть касательной силы
задних колес Рк через остов машины передается на передние коле-
са и преодолевает сопротивление касательной силы передних ко-
лес Pr-
Циркулирующая таким образом мощность не создает положи-
тельной работы, а дополнительно нагружает детали трансмиссии,
вызывая изнашивание шин, на что расходуется дополнительная
мощность. Чтобы избежать этого, в раздаточную коробку вводят
межосевой дифференциал, который позволяет колесам передних
и задних осей вращаться с разной скоростью. Если дифференциа-
ла нет, то при движении по дороге с твердым покрытием необхо-
димо выключать передний мост.
В раздаточных коробках используют симметричные или несим-
269
1
Рис. 17.12. Кинематическая схема раздаточной коробки автомобиля КамАЗ-4310:
/ — ведущее зубчатое колесо; 2— зубчатая муфта включения вала отбора мощности; 3 — муфта
включения понижающей передачи; 4—зубчатое колесо привода понижающей передачи; 5—
зубчатое колесо корпуса водила; 6 — планетарное зубчатое колесо (сателлит); 7—коронное
зубчатое колесо; 8— вал привода задних мостов; 9— солнечное зубчатое колесо; 10— проме-
жуточное зубчатое колесо включения повышающей передачи; // — муфта включения повыша-
ющей передачи; 12— муфта блокировки дифференциала; 13— вал привода переднего моста;
14 — промежуточный вал; /5 — зубчатое колесо раздаточной коробки
метричные межосевые дифференциалы. Симметричные диффе-
ренциалы применяют, когда вес груженого автомобиля равномер-
но распределяется между передним и задним мостами (например,
на автомобилях ВАЗ-21213 и КАЗ-4540). Несимметричные диффе-
ренциалы устанавливают на машины, где вертикальная нагрузка
на ведущие мосты существенно различается (например, на авто-
мобиле КамАЗ-4310).
Раздаточная коробка автомобиля КамАЗ-4310 двухступенчатая пла-
нетарного типа с несимметричным дифференциалом. У автомобиля
колесная формула 6x6.1, а вертикальная нагрузка на заднюю те-
лежку примерно в 2 раза больше, чем на передний мост. Дифферен-
циал распределяет вращающий момент между передним мостом и
задней тележкой в соотношении 1:2. Кинематическая схема этого
несимметричного дифференциала показана на рисунке 17.12.
Вращающий момент передается с выходного вала коробки пе-
редач на ведущий вал раздаточной коробки. На нем установлено
270
зубчатое колесо 1, которое находится в постоянном зацеплении с
зубчатым колесом 15 и колесом 10. Зубчатое колесо 4 свободно ус-
тановлено на промежуточном валу 14 и находится в постоянном
зацеплении с зубчатым колесом 5, являющимся корпусом водила,
на котором установлены оси сателлитов 6. Дифференциал плане-
тарного типа состоит из коронного 7, солнечного 9 и планетарных
6 (сателлитов) зубчатых колес. Внутри корпуса водила проходит
вал 13 привода переднего моста. Раздаточная коробка оборудована
двумя передачами: повышающей и понижающей.
Понижающую передачу включают, перемещая муфту 3 влево
по шлицам и соединяя зубчатые колеса 15 и 4. Вращающий мо-
мент передается с зубчатого колеса 1 на колесо 75, далее на колесо
4, которое вращает корпус водила и оси сателлитов. Сателлиты
передают вращающий момент на солнечное 9 и коронное 7 зубча-
тые колеса и валы 13 и 8 в соотношении 1:2.
Обычно раздаточные коробки с межосевым дифференциаль-
ным приводом оборудованы принудительной блокировкой диф-
ференциала, который включают при движении по скользкой до-
роге и бездорожью, когда необходимо повысить сцепные качества
и устойчивость машины. Блокировку включают при остановлен-
ной машине. Для этого соединяют водило (слева по рисунку) и
вал 13 скользящей муфтой 12. Тогда водило и солнечное зубчатое
колесо вращаются как одно целое, т. е. дифференциал заблокиро-
ван. При смещенной влево зубчатой муфте 72 дифференциал раз-
блокируется.
Раздаточные коробки располагают в специальном корпусе, ко-
торый крепят непосредственно к коробке передач или отдельно от
нее к раме автомобиля, соединяя с коробкой передач карданным
валом.
Передние ведущие мосты у автомобилей, имеющих межосевой
дифференциал, постоянно включены.
Раздаточная коробка автомобиля ВАЗ-21213 (рис. 17.13) имеет
соосные ведомые валы и симметричный конический дифферен-
циал с принудительной блокировкой.
Корпус 9раздаточной коробки кронштейнами Скрепят к кузо-
ву автомобиля. Привод раздаточной коробки от коробки передач
осуществляется промежуточным карданным валом, присоединен-
ным к фланцу ведущего вала 72. На ведущем валу свободно уста-
новлены зубчатые колеса высшей би низшей 70передач. Большие
косозубые зубчатые венцы каждого из колес 6 и 10 находятся в
постоянном зацеплении соответственно с зубчатыми колесами
промежуточного вала 13. Малые цилиндрические венцы колес 6 и
10, расположенные против зубчатого венца ступицы 7, скользя-
щей муфтой 8 последовательно могут быть соединены при вклю-
чении высшей или низшей передачи. Ступица 7закреплена на ве-
дущем валу. Муфту <? перемещают с помощью вилки, концы кото-
рой входят в ее кольцевую проточку.
271
Рис. 17.13. Раздаточная коробка автомобиля ВАЗ-21213:
1 — привод спидометра; 2— пробка для заливки и контроля уровня масла; 3, 5— подшипники
соответственно промежуточного и ведущего валов; 4 — кронштейны подвески раздаточной ко-
робки; 6,10 — зубчатые колеса соответственно высшей и низшей передач; 7, соответствен-
но ступица и скользящая муфта переключения передач; 9— корпус; 11 — втулка; /2— ведущий
вал; 13— промежуточный вал; 14— корпус дифференциала; Z5 — подшипники корпуса диф-
ференциала; 16, 27— валы привода соответственно заднего и переднего мостов; 17,20— зубча-
тые колеса привода соответственно заднего и переднего мостов; 18— сателлит; 19— ось сател-
литов; 21, 22—соответственно ось и резиновая подушка подвески раздаточной коробки; 23 —
ведомое зубчатое колесо; 24— скользящая муфта блокировки дифференциала; 25— зубчатый
венец корпуса дифференциала; 26— зубчатое колесо вала привода переднего моста
Ведомое зубчатое колесо 23 находится в постоянном зацепле-
нии с левым (по рисунку) зубчатым колесом промежуточного вала
13. Корпус дифференциала 14 состоит из двух частей, соединен-
ных болтами. Этими же болтами к корпусу дифференциала кре-
пится и ведомое зубчатое колесо 23. Корпус дифференциала вра-
щается на двух шариковых подшипниках 75. Внутри корпуса на
оси 19 установлены два сателлита 18. С ними в зацеплении нахо-
дятся конические зубчатые колеса 17 тл 20, соединенные шлицами
272
1
2
Рис. 17.14. Раздаточная коробка автомобиля КАЗ-4540:
1— корпус; 2, 5, 7— подшипники соответственно ведущего и промежуточного зубчатых колес
и корпуса дифференциала; 5, 4, 6 — соответственно ведущее, промежуточное и ведомое зубча-
тые колеса; 8— конические зубчатые колеса привода переднего и заднего мостов; 9— фланцы
крепления карданных валов привода заднего и переднего мостов; /0—корпус привода заднего
моста; 77, 73 — соответственно задняя и передняя чашки дифференциала; 72— крестовина ус-
тановки сателлитов; 14— муфта блокировки дифференциала; 75—корпус привода переднего
моста; 16— зубчатое колесо привода спидометра; 77— сателлит; 18 — датчик электропривода
спидометра; 19— червячное зубчатое колесо привода спидометра
с валами привода переднего 27 и заднего 16 мостов. На конце
крышки корпуса дифференциала, обращенного в сторону пере-
днего моста, нарезан зубчатый венец 25, на котором установлена
скользящая зубчатая муфта 24 блокировки дифференциала. На
валу привода переднего моста 27 закреплено зубчатое колесо 26.
Соединяя муфтой 24 зубчатый венец 25 и зубчатое колесо 26, бло-
кируют дифференциал, так как вал 27и корпус /Сбудут вращаться
как одно целое, т. е. передний и задний мосты будут жестко соеди-
нены.
Для переключения высшей и низшей передач раздаточной ко-
робки, а также блокировки дифференциала используют два рыча-
га в салоне автомобиля. Рычаги действуют на штоки, на которых
закреплены вилки, с помощью которых перемещают муфты 8 и 24.
Штоки вилок блокировки дифференциала и включения передач
фиксируются во включенном и выключенном положениях.
В переднем торце промежуточного вала расположен привод 1
спидометра.
Детали раздаточной коробки смазываются разбрызгиванием.
Трансмиссионное масло заливают в корпус коробки до уровня от-
верстия, закрываемого пробкой 2.
Раздаточная коробка автомобилей УАЗ двухступенчатая с соос-
ными валами и механизмом переключения передач без дифферен-
циала. Она непосредственно прикреплена к заднему торцу короб-
ки передач.
Раздаточная коробка имеет две передачи: прямую (I ступень) и
пониженную (II ступень). Передачи включают двумя рычагами в
кабине, тем самым соединяя валы коробки передач с валом приво-
да переднего моста.
Передний мост и пониженную передачу включают на скольз-
кой дороге или при движении по полю, когда влияние циркуля-
ции паразитной мощности, вызванной кинематическим рассогла-
сованием, незначительно.
Передаточные числа: первой прямой ступени LK = 1; понижаю-
щей ступени /р.к = 1,94. Зубчатые колеса прямозубые.
Детали раздаточной коробки смазываются разбрызгиванием.
Раздаточная коробка автомобиля КАЗ-4540 (рис. 17.14) односту-
пенчатая с симметричным межосевым коническим дифференциа-
лом и принудительной блокировкой. Передаточное число
/р.к= 1,4-
Механизм привода блокировки электропневматический. При
необходимости блокировки межколесного дифференциала вклю-
чают переключатель, расположенный справа на щитке приборов.
Электропневматический клапан открывает доступ сжатого воздуха
в камеру.
17.7. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ КОРОБОК ПЕРЕДАЧ
При техническом обслуживании коробок передач и раздаточ-
ных коробок выполняют следующее: проверяют и при необходи-
мости доливают до установленного уровня масло; устраняют под-
текание масла, которое могло произойти через прокладки или
сальники; проверяют крепление всех соединений; проверяют и
регулируют привод включения передач.
Трансмиссионные масла для коробок передач и раздаточных
коробок: ТСп-15К, ТАП-15В, ТАД-17и, ТСп-10 (в холодное время
года). В соответствии с регламентом работы масла заменяют.
Контрольные вопросы и задания
1. Перечислите основные типы коробок передач, применяемых на отечествен-
ных автомобилях. 2. По какому принципу подбирают передаточные числа автомо-
билей? 3. С какой целью в коробках передач применяют синхронизаторы?
4. Объясните принцип действия синхронизатора. 5. Перечислите основные детали
коробок передач и охарактеризуйте их назначение. 6. Объясните работу коробки
передач автомобиля BA3-21213. 7. С какой целью коробки передач оборудуют ус-
коряющей передачей? 8. Для чего и на каких машинах устанавливают раздаточные
коробки? 9. Что такое циркуляция паразитной мощности и какими конструктив-
ными мероприятиями ее можно устранить? 10. В чем особенность конструкции
раздаточной коробки автомобиля КамАЗ-4310? И. Какие преимущества и недо-
статки имеет гидромеханическая трансмиссия? 12. Объясните принцип работы
гидротрансформатора и перечислите его основные характеристики.
Глава 18
КАРДАННЫЕ ПЕРЕДАЧИ. ВЕДУЩИЕ МОСТЫ
18.1. ТИПЫ КАРДАННЫХ ПЕРЕДАЧ
Карданная передача предназначена для передачи вращающего
момента и соединения агрегатов трансмиссии, валы которых не-
соосны или расположены под некоторым углом один к другому,
изменяющимся при движении автомобиля. К карданным переда-
чам предъявляют следующие требования: передача вращающего
момента без создания дополнительных изгибающих, скручиваю-
щих, вибрационных и осевых нагрузок; обеспечение равенства уг-
ловых скоростей соединяемых валов независимо от угла между
ними; высокий КПД и бесшумность работы.
Основные элементы карданной передачи (рис. 18.1): шарниры
1, валы (2, 4, 6, 8) и промежуточные опоры 3. При наличии проме-
жуточной опоры карданная передача включает в себя два вала:
промежуточный 2 и главный 4.
Карданные передачи могут быть: плоскими, если ведущий кар-
данный и ведомый валы лежат в одной плоскости; пространствен-
ными, если это условие не соблюдается; одно- и многошарнирными.
275
3
5
Рис. 18.1. Карданные передачи:
о —автомобиля с одним ведущим мостом; б— автомобиля с двумя ведущими мостами; в —
элементы жесткого карданного шарнира; / — карданный шарнир; 2 — промежуточный кардан-
ный вал; 3 — промежуточная опора; главный карданный вал; 5—ведущий мост; 6—кар-
данный вал среднего моста; 7— средний ведущий мост; 8— карданный вал заднего моста; 9—
задний ведущий мост; 10— подшипник; //—масленка; /2 — предохранительный кла-
пан; 13, /5—вилки; 14— крестовина; /6 — балансировочная пластина
Условия работы карданных передач определяются углами уста-
новки их валов: чем больше углы, тем тяжелее условия эксплуата-
ции. Если карданная передача соединяет агрегаты, укрепленные
на раме или кузове автомобиля, то угол между их валами не пре-
вышает 3°. Если же при движении автомобиля один или оба со-
276
единяемых агрегата перемещаются вместе с колесами, то угол
между их валами увеличивается до 20°, а в автомобилях высокой
проходимости — до 45°.
Карданные шарниры (далее — карданы) по кинематике делят
на карданы неравных и равных угловых скоростей.
Карданы неравных угловых скоростей (асинхронные) характери-
зуются периодическим неравенством угловых скоростей ведущего
и ведомого валов.
Простые асинхронные карданы (рис. 18.2, а) обеспечивают
только угловые перемещения, универсальные (рис. 18.2, б) —уг-
ловые и осевые.
Переменное передаточное отношение асинхронных карданных
шарниров приводит к возникновению в трансмиссии крутильных
колебаний, особенно при высоких угловых скоростях валов кар-
данных передач. С целью снижения амплитуды крутильных коле-
баний подбирают углы установки и жесткости валов шарниров.
Карданы равных угловых скоростей (синхронные) обеспечивают
одинаковые угловые скорости соединяемых валов при любом их
угловом смещении.
Синхронные шарниры (как простые, так и универсальные) в
зависимости от рабочих элементов бывают сдвоенные карданные с
крестовинами и игольчатыми подшипниками, шариковые с шестью
(рис. 18.3, а), пятью и четырьмя (рис. 18.3, б) шариками, трехшипо-
вые с роликами (рис. 18.3, в) и дисковые (рис. 18.3, г).
Рис. 18.2. Карданные шарниры:
а —простой; б— универсальный; / — ведущая вилка; 2—ведомая вилка; 3— крестовина; 4—
игольчатый подшипник; 5— подвижное шлицевое соединение; 6—труба карданного вала
277
Рис. 18.3. Синхронные шарниры:
а —с шестью шариками; б— с пятью и четырьмя шариками; в — трехшиповые с роликами;
г —дисковые; / — корпус; 2 —сепаратор; J— обойма; -/—шарик; 5—трехшиповая крестови-
на; 6—ролик; 7—игла; 8— чашка; 9— шип; 10— центрирующее устройство; // — вилка;
12 — диск
Карданные шарниры равных угловых скоростей используют
преймущественно при передаче моментов на ведущие и управляе-
мые колеса. В этих случаях обеспечивается равномерное вращение
колес при больших меняющихся углах между валами.
На автомобилях высокой проходимости в основном устанавли-
вают шариковые карданные шарниры равных угловых скоростей с
делительными канавками и делительным рычажком.
На рисунке 18.4 показан шариковый кардан типа «Вейс» с де-
лительными канавками. Шарики, через которые передается уси-
лие от одной вилки к другой, всегда находятся в биссекторной
плоскости.
Усилие от вилки 1 передается к вилке 5 через шарики 3, кото-
рые перемещаются по криволинейным канавкам 2 и 4. Канавки
расположены симметрично в вилках 1 и 5, лежащих во взаимно
перпендикулярных плоскостях. Средние линии канавок представ-
ляют собой часть окружностей одинакового радиуса, проведенных
из центров О] и О2. Расстояния от этих центров до центра кардана
О одинаковые.
Оси канавок при вращении образуют две сферические поверх-
ности, пересекающиеся между собой по окружности пп, которая и
является траекторией движения шариков 3. Вследствие симмет-
ричного расположения канавок в общих вилках при смещении ва-
лов на угол а центры шариков всегда находятся в биссекторной
плоскости. При вращении по ходу часовой стрелки усилие переда-
ется через одну пару шариков, а при вращении в обратном на-
правлении — через другую пару.
В этом кардане небольшое осевое смещение одной вилки отно-
сительно другой вызывает значительное изменение радиуса ок-
ружности пп. Поэтому вилки должны четко фиксироваться одна
относительно другой. Для этого между торцами вилок размещают
установочный шарик 6. Шпилька 7 входит внутрь шарика 6 и
фиксирует его, а шпилька 8 запирает шпильку 7 в вилке. Лыска А
на шарике 6 необходима для прохода шариков 3 при сборке и раз-
борке кардана. Установочное кольцо 9 служит для осевой фикса-
ции кардана и восприятия осевых нагрузок.
Иной принцип действия у шарикового кардана равных угловых
скоростей типа «Рцеппа», устанавливаемого в полноприводных
автомобилях УАЗ, ЗИЛ и ГАЗ. Шарики 2 (рис. 18.5) этого кардана
расположены в плоскости, проходящей через центр кардана в ше-
сти меридиональных канавках полукруглого профиля. Канавки
выполнены на внутренней сферической поверхности корпуса 7 и
в наружной сферической поверхности звездочки 3. Центры сфе-
рических поверхностей совпадают с центром кардана.
Шарики заключены в обойму 4, благодаря чему предотвраща-
ется их защемление в канавках или выпадение из них и обеспечи-
вается расположение шариков в биссекторной плоскости при лю-
бом смещении валов кардана. В торец обоймы упирается сфери-
279
Рис. 18.4. Шариковый кардан равных угловых скоростей типа «Вейс» с делительны-
ми канавками:
а —схема; б— детали; в —установка кардана в приводе переднего колеса; 1, 5—вилки; 2, 4 —
криволинейные канавки; 3, 6 — шарики; 7,8— шпильки; 9 — установочное кольцо; А — лыска
на шарике
ческая чашка 5, в гнездо которой входит без зазора средняя из трех
сферических поверхностей делительного рычажка 7. Рычажок 7
прижимается к сухарю 8 пружиной 6.
Делительный рычажок устанавливает шарики в биссекторной
плоскости, если угол поворота обоймы с шариками равен полови-
не угла между валами.
На переднеприводных легковых автомобилях широко приме-
280
Рис. 18.5. Шариковый кардан равных угловых скоростей типа «Рцеппа»:
а — схема; б — детали; в — установка кардана в приводе переднего колеса; 1 — корпус; 2 — ша-
рик; 3 — звездочка; 4 — обойма; 5 — чашка; 6 — пружина; 7 — делительный рычажок; 8 — су-
харь
няют шариковые шарниры без делительного механизма, что по-
зволяет значительно увеличить максимально допустимый угол пе-
рекоса карданных валов. В таких шарнирах установка шариков в
биссекторной плоскости обеспечивается тем, что канавки на вил-
ках, нарезанные из различных центров, находятся на расстоянии
мм от центра шарнира.
На рисунке 18.6 изображен такой шестишариковый карданный
шарнир типа «Бирфильд» с делительными канавками, устанавли-
ваемый на автомобиле ВАЗ-2108. Он состоит из кулачка 4, корпу-
са 7, шариков 2, сепаратора 3 и защитного резинового чехла. На-
ружная и внутренняя поверхности сепаратора 3, в котором разме-
щены шарики 2, выполнены сферическими (радиусы соответ-
ственно R2 и Я3, центр О). Когда валы шарнира соосны, шарики
находятся в плоскости, перпендикулярной осям валов и проходя-
щей через центр кардана.
При наклоне одного из валов 5 на угол у верхний шарик вытал-
кивается из сужающего пространства канавок вправо, а нижний
шарик перемещается сепаратором в расширяющееся пространство
канавок влево. Центры шариков всегда находятся на пересечении
осей канавок. Это обеспечивает их расположение в биссекторной
плоскости, а следовательно, и синхронное вращение валов. Во из-
бежание заклинивания шариков угол пересечения осей канавок
должен быть не менее 1Г 20'.
281
Рис. 18.6. Шестишариковый карданный шарнир с делительными канавками типа
«Бирфильд»:
а — общий вид; б— в разрезе; 1 — корпус; 2— шарик; 3 — сепаратор; 4 — кулачок; 5 — вал;
6 — защитный чехол
Шарнир может работать при углах между валами до 45°. Если
шарнир карданной передачи передних управляемых и ведущих
колес установлен на наружном конце карданного вала, то на внут-
реннем его конце должен быть шарнир, компенсирующий изме-
нение длины карданного вала при деформации рессор.
Мягкие карданы устанавливают на автомобилях наряду с жест-
кими карданами. Наиболее распространены мягкие карданы двух
типов: с упругим диском (рис. 18.7, а) и резинометаллическими
втулками (рис. 18.7, б). Кардан с упругим диском удовлетвори-
Рис. 18.7. Мягкий кардан:
а — с упругим диском; б— с резинометаллическими втулками; I — диск; 2 — резинометалли-
ческая втулка
282
тельно работает при угле между валами до 5°. В кардане с резино-
металлическими втулками, число которых выбирают от четырех
до восьми в зависимости от значения передаваемого момента, до-
пустимый угол между валами возрастает до 12°.
Упругие карданы способствуют уменьшению динамической
нагрузки при резком увеличении вращающего момента, гашению
вибраций и крутильных колебаний, возникающих в трансмиссии
автомобиля, т. е. обладают демпфирующими свойствами.
18.2. ЭЛЕМЕНТЫ КОНСТРУКЦИИ КАРДАННЫХ ПЕРЕДАЧ
Вилки карданов неравной угловой скорости для удобства мон-
тажа и демонтажа делают с фланцем 2 (рис. 18.8), к которому кре-
пят фланец 3 кардана. Стакан игольчатого подшипника вставляют
в проушины 1 вилки. Стакан игольчатого подшипника закрепля-
ют в вилке стопорными кольцами 4 или специальной крышкой 5.
Фиксация с помощью нескольких колец, различающихся по тол-
щине, позволяет жестче ограничить самопроизвольное смещение
деталей карданных шарниров по сравнению с фиксацией под-
шипников посредством крышки.
Для предупреждения вытекания смазки ставят резиновые само-
поджимные сальники 6с пружиной, а для защиты полости подшип-
ника от грязи — двухкромочный резиновый торцевой сальник 7.
Выход из строя карданных шарниров происходит в результате
разрушения (бринеллирования) и изнашивания шипов крестови-
ны, рабочих поверхностей стаканов игольчатых подшипников, а
также износа рабочих поверхностей из-за недостаточного слоя
смазочного материала. Износ рабочих поверхностей шипов крес-
товины и стаканов подшипников является следствием усталостно-
го разрушения, вызванного возникновением значительных кон-
тактных напряжений при неравномерном распределении нагрузки
по длине рабочих игл.
Бринеллирование шипов крестовины также обусловлено не-
равномерным распределением нагрузки по длине игл при их сдви-
ге относительно оси рабочих поверхностей шипов крестовин и
стаканов подшипника. Бринеллирование обычно возникает в кар-
данных шарнирах при малой жесткости вилок, недостаточной
твердости рабочих поверхностей шипа или больших суммарных
зазорах.
Способ смазывания игольчатых подшипников, конструкция
уплотнения и количество подаваемого смазочного материала зна-
чительно влияют на долговечность подшипников. В карданных
передачах для игольчатых подшипников широко применяют од-
норазовую смазку, например № 158.
Размеры сечения карданного вала определяются критическим
числом его оборотов (частотой вращения) и передаваемым враща-
283
Рис. 18.8. Вилки игольчатых карданов
неравных угловых скоростей:
а — вилка игольчатого кардана; б — вариан-
ты крепления стакана и уплотнения игольча-
того подшипника; 1 — проушина вилки; 2,
3 — фланцы; 4 —стопорное кольцо; 5 —
крышка; б — самоподжимной сальник; 7—
резиновый торцевой сальник
ющим моментом. Вследствие эксцентричности или неравномер-
ного распределения массы материала по поверхности вала при его
вращении возникает центробежная сила. Эта сила вызывает из-
гибные колебания, которые при определенной частоте вращения
могут попасть в резонанс с частотой собственных колебаний сис-
темы. Соответствующая резонансу частота вращения вала называ-
ется критической.
Критическая частота вращения вала, зависящая от конструк-
ции и размеров вала и его опор, может быть определена по форму-
ле
лкр=12 106(Р2-Д2)/£2,
где Z)H, Рв —наружный и внутренний диаметры вала; L — длина вала.
При выборе размеров карданного вала предусматривают запас
по критической частоте «ращения:
^кр/^max — 1,2...2,
где лтах — максимальная частота вращения карданного вала, соответствующая
максимальной скорости движения автомобиля.
Минимальный запас по критической частоте вращения можно
допустить только при хорошей динамической балансировке вала и
высокой точности изготовления шлицевых соединений.
284
Допустимый дисбаланс не должен превышать на каждом конце
карданного вала (15...25) • 10-4 Н • м для автомобилей малой и
средней грузоподъемности и 100 • 10-4 Н • м для автомобилей гру-
зоподъемностью 5 т и более.
Величина биения карданного вала в сборе должна быть не бо-
лее 0,8 мм.
Для изготовления карданных валов используют электросвар-
ные холоднодеформированные тонкостенные трубы из низкоугле-
родистых сталей Ст 0,8, 15 и 20 (табл. 18.1). С целью уменьшения
массы и повышения виброизоляционных качеств трубы кардан-
ных валов изготовляют также из полимерных композиционных
материалов.
18.1. Параметры труб карданных передач
Внутренний диаметр, мм Толщина стенки, мм Модель автомобиля
45 2,5 ГАЗ-21, УАЗ-469
66 2,0 ВАЗ-2105, ВАЗ-2107, ВАЗ-2121
71 1,6 ГАЗ-24-10, БАЗ-3727, РАФ-2203
71 1,8 ИЖ-21251
71 2,1 ГАЗ-66-10
71 3,0 ЗИЛ-431410, ЛиАЗ-677
82 3,5 КрАЗ-255, «Урал-375»
94 4,04 КамАЗ-4331, MA3-5335, МАЗ-5551
101 5,0 БелАЗ-540
Осевое перемещение карданных валов обусловлено их подвиж-
ным соединением, которое может быть или с трением качения,
или с трением скольжения. В первом случае их рабочие элементы
(шарики или ролики с цилиндрической или сферической поверх-
ностью) перемещаются в пазах определенного профиля. Во вто-
ром случае рабочими элементами являются шлицы с эвольвент-
ным или прямоугольным профилем. Для повышения износостой-
кости шлицы покрывают антифрикционными полимерными ма-
териалами.
Промежуточная опора (рис. 18.9) карданной передачи пред-
ставляет собой, как правило, шариковый подшипник, располо-
женный на валу и соединенный через упругий резиновый элемент
Рис. 18.9. Промежуточная опора
карданной передачи:
У — упругий элемент; 2 — опорный шарико-
подшипник; 3— защитное уплотнение
285
с рамой или кузовом. Он воспринимает нагрузки от изгибных ко-
лебаний карданных валов и осевых сил, возникающих в подвиж-
ных шлицевых соединениях. С целью повышения долговечности в
промежуточных опорах используют подшипники закрытого типа
с одноразовой смазкой и пылезащитными кольцами-уплотнителя-
ми.
18.3. ВЕДУЩИЕ МОСТЫ
Ведущий мост предназначен для передачи вращающего момен-
та от карданного вала к ведущим колесам автомобиля и восприя-
тия вертикальных, продольных и поперечных усилий, действую-
щих между опорной поверхностью и рамой или кузовом автомо-
биля.
Вертикальные усилия передаются упругими элементами под-
вески, продольные (толкающие или тормозные) и поперечные
усилия — например, продольными рессорами. Если упругие эле-
менты подвески не передают продольных и поперечных усилий,
то последние воспринимаются направляющим устройством под-
вески или специальными штангами.
Ведущий мост представляет собой пустотелую балку 5 (рис.
I8.10), внутри которой размещают главную передачу 7, дифферен-
циал 2 и привод колес. На концах балки устанавливают подшип-
ники ступиц 4 колес. Балку изготовляют с фланцами для присое-
динения суппортов тормозных механизмов и площадками для
крепления рессор или кронштейнов (в случае установки подвески
другого типа).
Основные требования, предъявляемые к ведущим мостам:
обеспечение необходимого передаточного числа главной переда-
чи; небольшая габаритная высота (для соблюдения достаточного
дорожного просвета); бесшумная работа; передача вращающего
момента к ведущим колесам без пульсации; малая масса неподрес-
соренных частей.
Ведущие мосты могут быть управляемые и неуправляемые. Если
ведущий мост управляемый, то в его состав входят карданные
шарниры 3, обеспечивающие возможность привода колес при из-
меняющемся угле между валами передачи.
Важнейший кинематический параметр трансмиссии — переда-
точное число моста, выбираемое из условий удовлетворения тяго-
вых и скоростных требований к автомобилю при движении в хо-
роших дорожных условиях на высшей (прямой) передаче в короб-
ке передач.
Передаточное число для легковых автомобилей, двигатель ко-
торых имеет значительный запас мощности, и междугородных ав-
тобусов, движущихся с максимальной скоростью,
286
Iq 0,377 rKMf4e max/vmax,
где rK —радиус качения колеса, м; nNc max — частота вращения коленчатого вала
двигателя при максимальной мощности, мин-1; vmax — максимальная скорость
движения, км/ч.
Для других автомобилей передаточное число z0 выбирают на
10...20 % больше рассчитанного по приведенной формуле, чтобы
создать достаточный запас силы тяги за счет некоторого снижения
максимальной скорости.
18.4. ГЛАВНЫЕ ПЕРЕДАЧИ
Главная передача предназначена для увеличения вращающего
момента и передачи его к ведущим колесам. Основными класси-
фикационными признаками главных передач являются передаточ-
ное число, тип и взаимное расположение применяемых в них зуб-
чатых передач.
Различают одинарные, двойные, двойные разнесенные и двух-
скоростные главные передачи.
Одинарные главные передачи с коническими (рис. 18.11) или ги-
поидными (рис. 18.12) зубчатыми колесами наиболее распростра-
нены. Передаточные числа одинарных главных передач находятся
в пределах 3...6.5. Дальнейшее увеличение передаточного числа
вызывает необходимость увеличения диаметра ведомого зубчатого
колеса, что уменьшает дорожный просвет и усложняет термообра-
ботку.
В конических передачах зубья колес криволинейные, выполнен-
ные по дуге окружности (типа «глисон»), элоиды (типа «эрли-
кон») или эвольвенты (типа «клингельнберг»). Преимущества та-
ких передач: малая чувствительность зубьев колес к неточностям
взаимного расположения и возможность обработки зубьев на вы-
сокопроизводительном оборудовании.
Гипоидные передачи занимают промежуточное положение между
коническими передачами с криволинейными и червячными зубь-
ями. Они отличаются от конических передач смещением оси веду-
щего зубчатого колеса относительно оси ведомого зубчатого коле-
са (см. рис. 18.12): в легковых автомобилях вниз (это позволяет
опустить пол кузова), а в грузовых вверх (для увеличения дорож-
ного просвета). Это смещение обычно не превышает 0,12 диамет-
ра делительной окружности ведомого колеса для грузовых автомо-
билей и 0,2 для легковых автомобилей. Зубья гипоидных шесте-
рен, так же как конических, выполняют по дуге окружности, эло-
иды или эвольвенты.
По сравнению с коническими передачами гипоидные передачи
при одинаковой прочности обладают меньшими габаритными
размерами и уровнем шума, позволяют в салоне легкового автомо-
288
6
5
Сечение no масляному
каналу подшипников
ведущей шестерни
19
18
9
15
< 16
17
7
8
Рис. 18.11. Одинарная главная передача автомобиля ГАЗ-53-12:
/ — упор; 2— маслоприемная трубка; 3 — регулировочные прокладки; 4 — муфта подшипни-
ков; 5 — фланец; 6 —ведущая шестерня; 7, /5—крышки; £ —регулировочное кольцо; 9—
пробка заливного отверстия; 10 — сателлит; 11 — картер; 12 — гайка; 13 — полуось; 14 — пра-
вая чашка коробки дифференциала; 16 — полуосевая шестерня; 17 — крестовина; 18 — ведо-
мая шестерня; /9 —левая чашка коробки дифференциала; 20 — маслоулавливатель
биля уменьшить вертикальный размер тоннеля, служащего для
размещения карданного вала. К недостаткам гипоидных передач
относятся большие потери мощности вследствие продольного
скольжения профилей зубьев и необходимость применения спе-
циальных смазочных материалов с антизадирными присадками.
Двойные главные передачи применяют на грузовых автомобилях
средней и большой грузоподъемности и автобусах. Такая передача
состоит из двух пар зубчатых колес: конической и цилиндричес-
289
Рис. 18.12. Гипоидная главная передача:
1 — шестерня; 2 — колесо; 3 — дифференциал; 4 — полуось; 5— регулировочная втулка; 6 —
прокладки; Е— гипоидное смещение
кой, причем большее передаточное число имеет цилиндрическая
пара.
По сравнению с одинарными двойные передачи имеют боль-
шие размеры, массу и стоимость, но в то же время позволяют по-
лучить большие значения передаточных чисел = 7... 12).
На рисунке 18.13 изображена двойная главная передача авто-
мобиля ЗИЛ-431410. Малая коническая шестерня 6, выполненная
заодно с валом, установлена в стакан 2 на двух конических роли-
коподшипниках 1 и 4. Между внутренними кольцами подшипни-
ков находятся распорная втулка 20 и две регулировочные шайбы 3.
Толщину набора шайб подбирают таким образом, чтобы обеспе-
чить требуемый предварительный натяг. Коническое колесо 7 на-
прессовано на вал, прикреплено к его фланцу заклепками и уста-
новлено на двух роликоподшипниках 9. Под крышками 10 и 19
помещены стальные регулировочные прокладки 8.
Для регулировки зацепления служат стальные прокладки 5, ус-
танавливаемые между торцом картера 12 и торцом стакана 2 под-
шипника вала шестерни.
Ведомое цилиндрическое зубчатое колесо 13 жестко соединено
с коробкой дифференциала и вращается вместе с ней на двух ко-
нических роликовых подшипниках 75. От осевого смещения
подшипники удерживаются гайками 16.
290
Рис. 18.13. Двойная главная передача автомобиля ЗИЛ-431410:
7 — передний конический подшипник вала конической шестерни; 2 — стакан подшипника
вала конической шестерни; 3— регулировочные шайбы; 4 — задний конический роликопод-
шипник; 5 — прокладка для регулировки зацепления конических зубчатых колес; 6 — коничес-
кая шестерня; 7—коническое зубчатое колесо; 8 — регулировочные прокладки; 9— коничес-
кие роликоподшипники цилиндрической шестерни; 10, 19— крышки соответственно правого
и левого подшипников; 77 —цилиндрическая шестерня; 72 — картер главной передачи; 13 —
цилиндрическое зубчатое колесо; 14 — полуосевая шестерня; 75 — роликоподшипник диффе-
ренциала; 76— регулировочная гайка подшипника дифференциала; 17— полуось; 18— картер
моста; 20— распорная втулка
Двойные разнесенные главные передачи (рис. 18.14) устанавлива-
ют на автомобилях УАЗ-469, МАЗ-500, MA3-5336, БелАЗ-540, ав-
тобусах ЛиАЗ и др. Такая передача состоит из центрального редук-
тора в виде конической или гипоидной передачи с небольшим пе-
редаточным числом и двух цилиндрических или планетарных ре-
дукторов, размещенных в колесах.
Преимущества двойных разнесенных главных передач: мень-
шие нагрузки на дифференциал, полуоси и карданные шарниры
равных угловых скоростей, устанавливаемых в ведущих управляе-
мых мостах; увеличение дорожного просвета за счет уменьшения
размеров центрального редуктора. К их недостаткам относятся от-
носительная сложность конструкции за счет увеличения числа ци-
линдрических зубчатых колес и необходимость иметь дополни-
тельно два раздельных картера.
Двухскоростные главные передачи позволяют увеличить число
ступеней трансмиссии без применения сложных многоступенча-
тых коробок передач. Эти передачи выпускают, например, фирмы
«Итон» и «Роквел стандарт» (США) для автомобилей, работающих
в горных условиях, тягачей и специальных автомобилей. Такая пе-
редача позволяет увеличить как максимальное передаточное чис-
ло, так и число передач, что необходимо для преодоления сопро-
Рис. 18.14. Двойная разнесенная главная передача:
/ — коронное колесо; 2 — солнечное зубчатое колесо; 3 — сателлит; 4 — ось сателлита; 5— сту-
пица колеса; 6—дополнительная опора; 7 — корпус главной передачи; <\‘ — ведущая шестерня
главной передачи; 9 —регулировочная гайка; 10 — полуось; 11— ведомая шестерня главной
передачи
292
Рис. 18.15. Двухскоростная
главная передача:
/—промежуточный вал; 2 —зубчатая
муфта переключения; 3 — ведущая ко-
ническая шестерня; 4, 6, 7, 9— цилин-
дрические шестерни; 5—ведомая ко-
ническая шестерня; 8— полуось
тивлений, изменяющихся в
зависимости от состояния
дорог и нагруженности ав-
томобиля.
Двухскоростные глав-
ные передачи могут быть
выполнены в виде цилинд-
рического или планетарно-
го понижающего редукто-
ра. На рисунке 18.15 пока-
зана двухскоростная глав-
ная передача с цилинд-
рическим редуктором. Ци-
линдрические шестерни 4 и
9 установлены на промежу-
точном валу 7 на подшип-
никах скольжения. Между
ними на шлицах размеще-
на зубчатая муфта 2. В по-
ложении, изображенном на
рисунке, вращающий момент передается через шестерни 9 и 7.
При перемещении муфты вправо в работу включаются шестерни 4
и 6, т. е. происходит переход с одного передаточного числа на
другое.
Применение таких передач вызывает увеличение габаритных
размеров и массы ведущего моста.
Типы главных передач и их передаточные числа указаны в таб-
лице 18.2.
18.2. Типы главных передач и их передаточные числа различных автомобилей
и автобусов
Модель Тип главной передачи Передаточное число
ВАЗ-111 «Ока» Одинарная цилиндрическая 4,54
ЗАЗ-1102 «Таврия» То же 3,88
ВАЗ-2102 » 3,94; 4,13
АЗЛК-2141 » 3,9; 4,1
ГАЗ-3102 Одинарная гипоидная 3,9
ЗИЛ-4104 То же 3,62
293
Продолжение
Модель Тип главной передачи Передаточное число
ГАЗ-53-12 Одинарная гипоидная 6,17
ЗИЛ-431410 Двойная центральная (коническая и цилиндрическая пары) 6,32
ЗИЛ-433100 Одинарная гипоидная 5,29; 6,33
ЗИЛ-133ГЯ То же 6,83
КамАЗ-5320 Двойная центральная (коническая и цилиндрическая пары) 7,22;6,53; 5,94
МАЗ-6422 Двойная разнесенная (коническая и планетарная пары) 6,33
КрАЗ-260 Двойная центральная (коническая и планетарная пары) 8,17
КАЗ-4540 Одинарная коническая 5,29
«Урал-4320» Двойная центральная (коническая и цилиндрическая пары) 7,32
БелАЗ-548А Двойная разнесенная (коническая и планетарная пары) 22,36
РАФ-2203 Одинарная гипоидная 3,9
ЛАЗ-4202 Двойная центральная (коническая и планетарная пары) 7,19
ЛиАЗ-677 Двойная центральная (коническая и цилиндрическая пары) 7,61
УАЗ-2206 Одинарная коническая 4,63
ЗИЛ-3207 «Юность» Одинарная гипоидная 5,44
KAB3-3976 То же 6,17
ПАЗ-672М » 6,83
ПАЗ-3205 » 6,83
ЛиАЗ-5256 Двойная разнесенная (коническая и планетарная пары) 5,44
Надежная и бесшумная работа главной передачи определяется
жесткостью валов и их опор, схемой расположения подшипников,
жесткостью картера главной передачи.
Во многих конструкциях главных передач имеется упор, огра-
ничивающий смещение ведомой шестерни под действием осевой
нагрузки. В большинстве случаев применяют регулируемый или
нерегулируемый упор, состоящий из штифта с бронзовым нако-
нечником. Иногда упоры выполняют в виде ролика, устанавливая
его на игольчатом подшипнике. Упоры размещают так, чтобы они
вступали в действие, когда отклонение ведомой шестерни под на-
грузкой превысит допустимое значение.
При установке ведущей шестерни на конических роликопод-
шипниках для уменьшения длины консоли и увеличения расстоя-
ния между опорами подшипники располагают так, чтобы верши-
ны их конусов были обращены внутрь вала, т. е. навстречу один
другому.
Зубчатые колеса главных передач изготовляют из высококаче-
ственных легированных сталей 20ХНМ (ГАЗ), ЗОХГТ, 20Х2НЧА,
20ХГНМ (ЗИЛ), 25ХГНМ (КамАЗ), 20ХГНТА и 15ХГН2ТА
(КрАЗ).
294
18.5. ДИФФЕРЕНЦИАЛЫ
Дифференциал — механизм трансмиссии автомобиля, распре-
деляющий подводимый к нему вращающий момент между выход-
ными валами и обеспечивающий их вращение с разными угловы-
ми скоростями.
К конструкции дифференциала предъявляют следующие тре-
бования: пропорциональное распределение вращающих моментов
между колесами или осями; обеспечение различной частоты вра-
щения ведущих колес; малые габаритные размеры и масса.
При движении по прямой все колеса автомобиля проходят за
одно и то же время одинаковый путь. На криволинейных участках
дороги внешние колеса проходят больший отрезок пути, чем внут-
ренние. Более медленное вращение внутреннего ведущего колеса
приводит к его пробуксовыванию, что вызывает интенсивное из-
нашивание шин, увеличивает затраты мощности, затрудняет пово-
рот автомобиля. Чтобы избежать этого, вместе с главной переда-
чей устанавливают дифференциал, который обеспечивает враще-
ние правого и левого ведущих колес с различной частотой враще-
ния.
Для повышения проходимости автомобиля распределение мо-
ментов по отдельным колесам и мостам должно осуществляться
пропорционально их вертикальным реакциям.
По конструкции различают дифференциалы шестеренные, ку-
лачковые и червячные.
В зависимости от места установки дифференциалы могут быть
межколесные, межосевые и межбортовые. Межколесный диффе-
ренциал устанавливают между правым и левым ведущими колеса-
ми одной оси автомобиля, межосевой — между ведущими мостами
автомобиля, а межбортовой — между ведущими колесами с правой
и левой сторон автомобиля.
На рисунке 18.16../ показана схема шестеренного межколесно-
го дифференциала. На корпусе 6 дифференциала неподвижно ус-
тановлена ведомая шестерня 5 главной передачи, находящаяся в
зацеплении с ведущей шестерней 1. В корпусе 6 размещена крес-
товина 7 со свободно сидящими на ней коническими шестерня-
ми-сателлитами 4. Их бывает от двух до четырех. Сателлиты нахо-
Рис. 18.16. Схема шестеренного
дифференциала:
а — блокируемого; б — самоблокирующего-
ся; / — ведущая шестерня главной передачи;
2 — полуосевая шестерня; 3 — полуоси; 4 —
сателлит; 5—ведомая шестерня главной пе-
редачи; 6 — корпус дифференциала; 7— кре-
стовина; 8 — зубцы корпуса; 9— зубчатая
муфта; 10, // — соответственно ведущие и
ведомые диски
295
дятся в постоянном зацеплении с коническими полуосевыми шес-
тернями 2, жестко закрепленными на полуосях 3 ведущих колес.
На современные автомобили чаще всего устанавливают шесте-
ренные дифференциалы с коническими шестернями или кулачко-
вые дифференциалы повышенного трения.
Шестеренный дифференциал с коническими шестернями (см.
рис. 18.11) представляет собой планетарный механизм. Ведомая
шестерня 18 главной передачи жестко соединена с коробкой диф-
ференциала, состоящей из двух чашек 14 и 19. В коробке на крес-
товине 17 свободно вращаются шестерни-сателлиты 10, находя-
щиеся в зацеплении с полуосевыми шестернями 16 левого и пра-
вого колес. Чтобы сателлит мог самоустанавливаться, его торец
сделан сферическим. Коробка дифференциала также имеет соот-
ветствующую сферическую опорную поверхность, центр которой
совпадает с вершиной конусов зубчатых колес дифференциала.
Полуоси 13 свободно проходят через отверстия в коробке диффе-
ренциала. Для повышения срока службы дифференциала между
опорными поверхностями сателлитов и полуосевых шестерен ус-
тановлены бронзовые шайбы.
При вращении ведомой шестерни главной передачи вместе с
ней вращается коробка дифференциала, а следовательно, и кре-
стовина с сателлитами. При прямолинейном движении автомо-
биля по ровной дороге оба колеса автомобиля встречают одина-
ковое сопротивление, вследствие чего будут одинаковыми и
усилия на зубьях обеих полуосевых шестерен. Сателлиты в этом
случае не поворачиваются вокруг собственной оси, находясь в
состоянии равновесия. Таким образом, все детали дифференци-
ала вращаются как одно целое и частоты вращения обеих полу-
осевых шестерен, а следовательно, и полуосей с колесами оди-
наковые.
При повороте автомобилей внутреннее колесо испытывает
большее сопротивление, чем наружное, и усилие на полуосевой
шестерне, связанной с внутренним колесом, становится больше.
Вследствие этого равновесие сателлитов нарушается, и они начи-
нают перекатываться по полуосевой шестерне, соединенной с
внутренним колесом, вращаясь относительно собственной оси и
вращая вторую полуосевую шестерню с увеличенной скоростью. В
результате частота вращения внутреннего колеса автомобиля
уменьшается, а наружного — возрастает, и поворот автомобиля со-
вершается без юза и пробуксовки.
Когда на колеса автомобиля действуют одинаковые силы реак-
ции дороги, частоты вращения полуосей и шестерни 16 также
одинаковые, т. е.
«К = («Л + «п)/2,
где лк — частота вращения корпуса дифференциала; лл, лп — частота вращения со-
ответственно левой и правой полуоси.
296
Из этой формулы следует, что при затормаживании одной из
полуосей (пл = 0 или пп = 0) частота вращения другой полуоси бу-
дет равна удвоенной частоте вращения корпуса дифференциала.
Однако шестеренный дифференциал имеет и недостатки. Так,
при недостаточном сцеплении одного из колес с дорожным по-
крытием одинаковый момент передается обоими колесами, т. е.
Л/| = М2 + М-ц, (здесь Л/ц, — момент трения между деталями диф-
ференциала). Сумма этих моментов может оказаться недостаточ-
ной для преодоления сопротивления движению. Тогда колесо,
стоящее на дороге с малым сцеплением, буксует, а колесо, сто-
ящее на дороге с большим сцеплением, неподвижно.
Способы устранения отрицательного влияния дифференциала
на проходимость: применение дифференциалов с повышенным
внутренним трением, принудительная блокировка дифференциа-
ла.
Кулачковый дифференциал повышенного трения (рис. 18.17) со-
стоит из левой 1 и правой 5 чашек и сепаратора 6, жестко соеди-
ненного с ведомой шестерней главной передачи. В отверстия се-
паратора свободно вставлены сухари 2, расположенные в два ряда
в шахматном порядке и упирающиеся торцами во внутреннюю 3 и
внешнюю 4 обоймы. Поверхности обойм, соприкасающиеся с су-
харями, имеют выступы — кулачки.
В центральные отверстия чашек входят полуоси, одна из кото-
Рис. 18.17. Кулачковый дифференциал повышенного трения:
1 — левая чашка коробки дифференциала; 2 — сухари; 3 — внутрен-
няя обойма; 4 — внешняя обойма; 5— правая чашка коробки диффе-
ренциала; 6 — сепаратор
297
рых с помощью шлицев соединяется с внутренней, а другая — с
внешней обоймами.
Когда ведомая шестерня главной передачи вместе с сепарато-
ром приводится во вращение, сухари оказывают одинаковое дав-
ление на кулачки обеих обойм и заставляют их вращаться.
Если одно из колес автомобиля испытывает большее сопротив-
ление, то связанная с ним обойма будет вращаться медленнее се-
паратора. Сухари, оказывая большее давление на другую обойму,
будут как бы подталкивать ее, соответственно ускоряя вращение
этой обоймы.
Однако повышенное трение между сухарями и обоймами тре-
бует значительного усилия для изменения скорости вращения од-
ной обоймы по отношению к другой, что может произойти лишь
при достаточно большой разнице сопротивлений, испытываемых
правым и левым колесами.
Роликовый дифференциал свободного хода (рис. 18.18) состоит
из двух полумуфт свободного хода, соединяющих корпус диффе-
ренциала с полуосями. На внутренней поверхности корпуса 1
дифференциала выполнены профилированные продольные ка-
навки, в которых размещен ряд роликов 2. Ролики установлены в
сепараторах 4 и 5. Цилиндрические кулачки 3 и 6 связаны с полу-
осями с помощью шлиц.
Рис. 18.18. Роликовый дифференциал свободного хода:
1 — корпус дифференциала; 2 — ролики; 3, 6— кулачки; 4, 5—
сепараторы; 7 — ведомая коническая шестерня
298
Рис. 18.19. Межосевой дифференциал:
1 — крестовина; 2, 4, 7, 8— шестерни; 3 — муфта;
5 — вал привода среднего моста; 6 — ведущий вал
межосевого дифференциала; 9—вал привода зад-
него моста; 10 — корпус
При прямолинейном движении
автомобиля ролики заклинены и оба
колеса вращаются с одинаковой
скоростью. Если одно колесо забега-
ет, то ролики муфты, соединенной с
полуосью этого колеса, выкатываются в свободное пространство
профильных канавок, и колесо свободно катится, не передавая
вращающего момента. Чтобы ролики не заклинивались при выка-
тывании в противоположной стороне канавок, сепараторы 4 и 5
взаимосвязаны, что ограничивает их взаимное угловое перемеще-
ние.
Дифференциал работает практически постоянно, что обуслов-
лено неровностями дороги, неравномерным износом шин, неоди-
наковой нагрузкой на колеса и другими факторами, поэтому вра-
щающий момент передается в большинстве случаев через одно ко-
лесо. Это отрицательно влияет на управляемость автомобиля и
приводит к ускоренному изнашиванию шин. Кроме того, большие
давления в местах контакта роликов 2 с корпусом 1 снижают дол-
говечность дифференциала.
Межосевой дифференциал устанавливают на многоосных авто-
мобилях, благодаря чему колеса ведущих мостов могут вращаться
с разными скоростями. Это важно для повышения проходимости
автомобиля.
Схема межосевого дифференциала показана на рисунке 18.19.
Крестовина 1, несущая шестерни-сателлиты, установлена на валу
6, являющемся продолжением выходного вала раздаточной короб-
ки. Шестерни-сателлиты находятся в зацеплении с боковыми ко-
ническими шестернями. Правая коническая шестерня выполнена
как одно целое с цилиндрической шестерней 2, а левая — с шес-
терней 7. Шестерня 2 находится в зацеплении с шестерней 4, уста-
новленной на валу 5 привода среднего моста. Шестерня 7 через
шестерню 8 приводит во вращение вал 9 привода заднего моста.
Если при движении автомобиля колеса среднего и заднего ве-
дущих мостов вращаются с одинаковой скоростью, то крестовина
с сателлитами вращается как одно целое с коническими шестер-
нями межосевого дифференциала. Вращающий момент равномер-
но распределяется между обоими ведущими мостами.
В случае вращения колес мостов с разными скоростями боко-
вая коническая шестерня, связанная с колесами, имеющими
меньшую частоту вращения, вращается медленнее, чем другая.
299
Это вызывает перекатывание сателлитов по боковой шестерне,
вращающейся с меньшим числом оборотов, в результате чего са-
теллиты начинают вращаться на своих осях. Вращение сателлитов
увеличивает число оборотов другой боковой шестерни, и колеса,
связанные с ней, начинают вращаться быстрее.
По характеру распределения вращающего момента между вы-
ходными валами дифференциалы делят на симметричные и несим-
метричные. В несимметричных дифференциалах вращающий мо-
мент распределяется между выходными валами в некотором соот-
ношении р 1. Значение параметра р для несимметрического диф-
ференциала выбирают близким к значению отношения
вертикальных нагрузок на соответствующие ведущие мосты.
Механизм блокировки дифференциала применяют для повыше-
ния проходимости автомобиля в условиях, когда оба ведущих коле-
са (правое и левое) попадают на скользкий грунт и начинают буксо-
вать. В этом случае дифференциал заставляет оба ведущих колеса
вращаться с одинаковыми угловыми скоростями и позволяет пол-
ностью использовать вес, приходящийся на ведущий мост.
Для предотвращения относительного вращения ведомых звень-
ев в блокируемом дифференциале устанавливают жесткую связь
между выходными звеньями, например с помощью зубчатой муф-
ты 9 (см. рис. 18.16, а).
В самоблокирующихся дифференциалах устройство, препятствую-
щее относительному вращению ведомых звеньев, действует авто-
матически. К таким дифференциалам относятся червячные и дис-
ковые со встроенными фрикционными дисковыми муфтами или с
муфтами вязкого трения, в которых используется силиконовая
жидкость.
Схема самоблокирующегося дифференциала повышенного
трения с фрикционными муфтами показана на рисунке 18.16, б.
Ведущие диски 10 фрикционных муфт связаны с корпусом 6 диф-
ференциала, а ведомые диски 11 —с полуосями 3. Диски стремят-
ся быть сжатыми под действием осевых усилий, возникающих при
работе конических шестерен дифференциала. При сжатии дисков
вращающий момент передается сателлитами и муфтами — проис-
ходит частичная блокировка дифференциала. Чем больше момент
сопротивления на ведущих колесах, тем выше сила сжатия дисков
муфт и, следовательно, степень блокировки.
Перераспределение моментов на выходных звеньях происходит
за счет искусственного повышения внутреннего трения, которое
характеризуется коэффициентом блокировки, представляющим
собой максимальное отношение моментов на отстающем и опере-
жающем звеньях: К5 = М\/Мг. Для шестеренных дифференциалов
К5= 1,1...1,3.
Шестерни и крестовины дифференциалов изготовляют из хро-
моникелевых сталей 20ХН2М, 15ХГН2ТА и др., опорные шайбы и
втулки сателлитов — из бронз БрОЦС-5-5-5 и БрОЦС-6-6-3.
300
18.6. ВЕДУЩИЕ ПОЛУОСИ. БАЛКИ МОСТА
f Полуоси служат для передачи вращающего момента от диффе-
-ренциала к ведущим колесам. Кроме того, полуось может воспри-
нимать изгибающую нагрузку от сил, действующих на колесо. Та-
кую нагрузку создают передаваемая на полуось часть веса (силы
тяжести) автомобиля и усилия, появляющиеся вследствие реакции
дороги, центробежных сил при поворотах и бокового уклона до-
рожного полотна. '""'7
В зависимости от енособа установки различают полуразгружен-
ные и разгруженные полуоси (рис. 18.20). На легковых автомобилях
применяют полуразгруженные, а на грузовых автомобилях и авто-
бусах — разгруженные полуоси.
Полуразгруженной полуосью называется полуось, на наружном
конце которой установлена ступица ведущего колеса, а подшип-
ник расположен внутри картера ведущего моста. Полуось соеди-
нена со ступицей посредством конуса и шпонки. Иногда ступицу
заменяют фланцем на наружном конце полуоси. В этом случае к
фланцу непосредственно крепят диск колеса и тормозной бара-
бан.
Наружный конец полуоси чаще всего устанавливают на двух
спаренных конических роликоподшипниках, которые восприни-
мают осевые нагрузки, действующие в обе стороны. В случае уста-
новки полуосей на одном ко-
ническом роликоподшипнике
между полуосями размещают
сухарь, который передает осе-
вое усилие с одной полуоси на
другую.
Разгруженной полуосью на-
зывается полуось, у которой
ступица ведущего колеса уста-
новлена на двух подшипниках,
расположенных на картере ве-
дущего моста. Для разгружен-
ных полуосей применяют глав-
ным образом конические ро-
ликоподшипники и реже —
Рис. 18.20. Полуразгружениая (а) и
полностью разгруженная (б) ведущие
полуоси автомобиля:
7 —ступица колеса; 2, 3— подшипники;
4— полуось; 5 — полуосевая шестерня;
6 — полуосевой рукав
301
шарикоподшипники. Соединение полуоси со ступицей обеспечи-
вают фланец, выкованный на конце полуоси, или промежуточная
деталь.
Полуоси обычно изготовляют с утолщениями по концам, что-
бы внутренний диаметр шлицев получился равным основному
диаметру полуоси. Обычно выполняют эвольвентные шлицы, чис-
ло которых колеблется от 10 для легковых автомобилей до 18 для
грузовых автомобилей.
В качестве материала для полуосей используют стали ЗОХГС,
40ХМА и 40Х.
Балка ведущего моста должна удовлетворять следующим требо-
ваниям: надежно защищать механизмы моста от проникания воды
и грязи, а также от повреждений; иметь высокую жесткость (мак-
симальный статический прогиб не должен превышать 1,5 мм на
1 м колеи), для того чтобы обеспечить нормальные условия рабо-
ты зубчатых зацеплений; обеспечивать достаточный дорожный
просвет; при минимальной массе обладать гарантированной проч-
ностью и долговечностью в пределах срока службы автомобиля;
быть технологичной в изготовлении.
Наиболее распространены балки трех типов:
цельная — средняя часть балки выполнена плоской, открытой с
обеих сторон. К одной из сторон крепят болтами картер главной
передачи, а отверстие с другой стороны закрывают крышкой (рис.
18.21, а). Балка может быть выполнена и литой (рис. 18.21,6). В
этом случае в нее запрессовывают усиливающие трубы;
образованная картером главной передачи — в ней запрессованы
кожухи полуосей (рис. 18.21, в);
с поперечным разъемом — балка образована картером главной
передачи и крышкой картера с гнездом для подшипника диффе-
ренциала, в которые запрессованы кожухи полуосей с фланцем
или цапфой на наружном конце (рис. 18.21, г).
Целая балка заднего моста позволяет легко демонтировать
главную передачу, которая в данном случае представляет собой
отдельную сборочную единицу. При этом не нарушаются регули-
ровки подшипников и пятен контакта зубьев.
Сварные штампованные из листового материала балки имеют
меньшую массу и технологичнее в производстве. Поперечное се-
чение таких балок изменяется по длине от круглого у концов до
прямоугольного в центральной части. Толщина стенок балки ме-
няется в широких пределах: от 3,5 мм для мостов легковых авто-
мобилей до 10 мм для мостов грузовых автомобилей.
Область применения литых балок — грузовые автомобили
большой грузоподъемности. Такие балки имеют прямоугольное
поперечное сечение по всей длине и толщину стенок 8... 10 мм.
Балка, образованная картером главной передачи, в который
запрессованы кожухи полуосей, обладает высокой жесткостью,
что способствует снижению уровня шума.
302
Рис. 18.21. Балки ведущего моста:
а — сварная штампованная; б — литая; в — с кожухами полуосей, запрессованными в картер
главной передачи; г — разъемная с кожухами полуосей, запрессованными в картер и крышку
главной передачи; 1 — картер главной Передачи; 2 — кожух полуоси; 3 — крышка главной пе-
редачи
Балка с поперечным разъемом проста в изготовлении, имеет
небольшую массу, но не лишена недостатков. К ним относятся
невозможность регулировки предварительного натяга подшипни-
ков дифференциала и ограниченная возможность регулировки пя-
тен контакта шестерен. Кроме того, наличие поперечного разъема
балки, нагруженной изгибающим моментом, вынуждает регуляр-
но проверять затяжку болтов, соединяющих картер и крышку, для
предупреждения течи масла.
Разрезные мосты применяют при независимой подвеске колес.
У такого моста картер главной передачи прикреплен к раме авто-
мобиля, а кожухи полуосей выполнены качающимися.
На рисунке 18.22 показана полуось разрезного ведущего моста
с управляемыми колесами автомобиля «Татра». Полуось 3 разме-
303
Рис. 18.22. Качающаяся полуось разрезного ведущего моста
автомобиля «Татра»:
1 — полуосевая коническая шестерня; 2 — вильчатый держатель кожуха
полуоси; J — полуось; 4 — кожух моста; 5 — резиновый чехол
щена в кожухе моста. В любом положении геометрическая ось по-
луоси проходит через ось ведущей конической шестерни. В связи
с этим полуось может передавать вращающий момент при пере-
менных углах.
Преимущества такого моста: снижение неподрессоренной мас-
сы и некоторое повышение проходимости; недостаток: более
сложная конструкция.
Штампованную балку изготовляют из листовой стали 10, 40,
17ГС, литую балку —из стали ЗОЛ, 40Л и модифицированного
ковкого чугуна КЧ35-1О, КЧ37-12.
При расчете балок ведущих мостов определяют перегрузку от
изгибающих моментов под действием вертикальных, боковых и
тормозных сил; сопротивление усталости; жесткость. Коэффици-
ент динамичности Ка для различных условий движения принима-
ют следующий: асфальтированное шоссе — 1,5; грунтовая дорога,
булыжное шоссе — 1,7...2,5, бездорожье — менее 4,2. Расчет на же-
сткость ввиду сложности конфигурации балки моста выполняют с
помощью ЭВМ. Балку можно считать достаточно жесткой, если
при нагружении удвоенной номинальной нагрузкой прогиб, изме-
ренный под подрессоренной площадкой, не превышает 1,5 мм на
1 м колеи.
18.7. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ КАРДАННЫХ ПЕРЕДАЧ
И ВЕДУЩИХ МОСТОВ
Техническое обслуживание карданной передачи
заключается в проверке затяжки всех болтов крепления, посадки
крестовин в подшипниках и подшипников в вилках.
При наличии большого радиального или торцевого зазоров
карданный вал в сборе подлежит замене. Безотказность и долго-
вечность работы карданной передачи существенно зависят от вы-
полнения смазочных работ в соответствии с графиком и примене-
ния только рекомендуемых сортов смазки.
Неисправности ведущего моста обусловлены в основ-
ном нарушением регулировок главной передачи и подшипников
дифференциала.
Подшипники ведущего зубчатого колеса главной передачи ус-
танавливают с предварительным натягом, поэтому при появлении
в подшипниках осевого зазора они должны быть подтянуты.
Под предварительным натягом подразумевают специальное ре-
гулирование подшипников качения, заключающееся в том, что
еще при установке в узел на подшипники действуют дополнитель-
ной осевой нагрузкой, которая ликвидирует зазор и вызывает от-
носительное смещение колец подшипника.
Подтягивать подшипники надо так, чтобы при отсутствии осе-
вого зазора ведущее зубчатое колесо легко вращалось от руки.
305
Осевой зазор регулируют изменением толщины прокладок под
подшипниками ведущего зубчатого колеса главной передачи.
Проверить предварительный натяг можно динамометром.
Боковой зазор в зацеплении зубчатых колес одинарной глав-
ной передачи связан с предварительным натягом в конических
подшипниках дифференциала, который регулируют с помощью
специальных регулировочных гаек (ГАЗ-53-12). Сначала гайки
отпускают, чтобы освободить от предварительного натяга. При
этом осевой зазор должен отсутствовать. Затем каждую гайку за-
тягивают на одну выемку, чтобы обеспечить необходимый пред-
варительный натяг подшипников. Для увеличения бокового за-
зора отпускают регулировочную гайку со стороны ведомого зуб-
чатого колеса на несколько выемок и на столько же выемок затя-
гивают регулировочную гайку со стороны ведущего зубчатого
колеса.
У автомобилей с двойной главной передачей, например
ЗИЛ-43410, предварительный натяг подшипников ведущего кони-
ческого зубчатого колеса регулируют, изменяя толщину прокла-
док между торцом распорной втулки и внутренним кольцом пере-
днего роликоподшипника.
Необходимый зазор между зубьями ведущего и ведомого кони-
ческих зубчатых колес устанавливают с помощью прокладок, рас-
положенных между торцевыми поверхностями картера и стакана
ведущего зубчатого колеса. Если этим способом не удается отрегу-
лировать зацепление колес, то прокладки под крышками подшип-
ников промежуточного вала переставляют с одной стороны на
другую, не меняя общего их количества.
Правильность зацепления конических зубчатых колес проверя-
ют по пятну контакта на зубьях (табл. 18.3). Для этого зубьй по-
крывают тонким слоем краски и ведущую шестерню поворачива-
ют по направлению движения автомобиля вперед. Затем смотрят,
как расположено пятно контакта. При правильном зацеплении
зубчатых колес пятно контакта должно располагаться посредине
зуба.
18.3. Виды пятен контакта на рабочих поверхностях зубьев меньшего конического
зубчатого колеса
Взаимное расположение зацепляющихся
зубчатых колес
Характер отпечатков
без нагрузки
(при сборке)
с полной нагрузкой
(в работе)
Большое зубчатое колесо слишком
далеко отодвинуто вдоль своей оси
от малого колеса
306
Продолжение
Взаимное расположение зацепляющихся
зубчатых колес
Характер отпечатков
без нагрузки (при сборке) с полной нагрузкой (в работе)
Большое зубчатое колесо слишком
близко придвинуто вдоль своей оси
к малому колесу
Малое зубчатое колесо слишком
далеко отодвинуто вдоль своей оси
от большого зубчатого колеса
Малое зубчатое колесо слишком
близко придвинуто вдоль своей оси к
большому колесу
Правильное взаимное расположение
малого и большого зубчатых колес
Контрольные вопросы и задания
1. Сформулируйте назначение карданной передачи. 2. Из каких частей и дета-
лей состоит карданная передача? 3. Какие требования предъявляют к карданным
передачам? 4. Чем отличаются синхронные карданы от асинхронных? 5. Какие
типы мягких карданов применяют в автомобилях? 6. Что такое критическая часто-
та вращения карданного вала? 7. За счет чего осуществляется осевое перемещение
карданов? 8. Зачем нужна промежуточная опора карданной передачи? 9. Какие
требования предъявляют к ведущим мостам? 10. Из каких механизмов состоит ве-
дущий мост? 11. Назовите типы главных передач. 12. Каковы особенности гипо-
идных передач? 13. Для чего служит дифференциал? 14. Где устанавливают меж-
осевые дифференциалы? 15. Для чего нужен предварительный натяг в подшипни-
ках ведущего вала главной передачи? 16. Как регулируют подшипники дифферен-
циала? 17. Какие типы балок ведущих мостов применяют? 18. Перечислите
способы соединения полуосей со ступицей колеса.
Раздел IV
ХОДОВАЯ ЧАСТЬ
•
Глава 19
НЕКОТОРЫЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ АВТОМОБИЛЯ
19.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
Ходовая часть автомобиля представляет собой тележку, состоя-
щую из рамы, осей колес и подвески. Рама служит несущим основа-
нием (остовом), на котором установлены двигатель, все механизмы
трансмиссии, кузов и другие агрегаты, входящие в конструкцию ав-
томобиля. Через детали подвески рама опирается на оси с колесами.
Рамную конструкцию остова имеют все грузовые автомобили.
В легковых автомобилях и большей части автобусов функцию
рамы выполняет жесткое основание кузова.
В пятне контакта ведущих колес автомобиля с дорогой (грун-
том) при движении возникают силы трения и зацепления, вызы-
вающие появление продольных составляющих реакций дороги,
направленных в сторону движения. Равнодействующую этих реак-
ций называют касательной силой тяги Рк.
Значение касательной силы тяги зависит от вращающего мо-
мента на колесах и сцепления колес с опорной поверхностью.
Касательная сила тяги по возможностям двигателя
Л ~ -^врАрЛмЛо
где Мв„ — вращающий момент двигателя; — передаточное число трансмиссии;
Лм — КПД, оценивающий потери энергии в трансмиссии; гк — динамический ра-
диус колес.
Касательная сила тяги по сцеплению колес с горизонтальной до-
рогой
Рф фСк,
где <р — коэффициент сцепления колес с дорогой; GK —часть полного веса авто-
мобиля, приходящаяся на ведущие колеса (сцепной вес).
Сцепление колес с дорогой, характеризуемое коэффициентом
сцепления, определяется многими факторами: типом и состояни-
ем дорожного покрытия и шины, рисунком и износом протектора
шины. Дождь, снег, обледенение, грязь и другие факторы сильно
уменьшают коэффициент сцепления. Значения коэффициента
308
сцепления находятся в пределах от (р = 0,1 (на обледенелой доро-
ге) до <р = 0,9 (на сухом бетоне).
Сила тяги существенно зависит от сцепного веса.
Если при движении автомобиля сцепление недостаточное, то
возникает буксование колес. При буксовании уменьшается ско-
рость машины и происходит потеря энергии. Потери скорости
оценивают по коэффициенту буксования
8 = (*т-Уд)Лт,
где vT — теоретическая скорость движения автомобиля (т. е. при отсутствии буксо-
вания); уд— действительная скорость автомобиля с учетом буксования.
Потери энергии на буксование оценивают по значению КПД
Лб ~ ^KVfl/^>K^T‘
Буксование на скользкой грунтовой дороге может быть таким,
что машина не движется при вращающихся колесах. Вся энергия
двигателя расходуется на нагрев шины и выбрасывание грунта из-
под колес. Буксование значительно уменьшается при использова-
нии шин с грунтозацепами в виде «елочки», когда грунтозацепы
вдавливаются в грунт, и превалирующее взаимодействие колеса с
грунтом происходит за счет сил зацепления, т. е. возникают усло-
вия сдвига почвы при уплотняющем действии силы тяжести авто-
мобиля. В условиях движения по сухой асфальтированной или бе-
тонной дороге буксование незначительно.
При движении автомобиля в месте контакта шин с дорогой
возникает сила сопротивления качению
Pf=fG„
где /—коэффициент сопротивления качению; (7а — полный вес автомобиля.
Силы сопротивления качению возникают вследствие деформа-
ции почвы и шины. При деформации почвы образуется колея, на
что затрачивается определенная энергия и тем большая, чем мягче
дорога. Энергия, затраченная на деформацию шины при контакте
с дорогой, частично превращается в теплоту (гистерезисные поте-
ри) и рассеивается в атмосферу.
19.2. ПРОХОДИМОСТЬ МАШИН
Проходимость машин оценивают по способности их движения
по плохим дорогам и бездорожью, а для машин сельскохозяй-
ственного назначения и по выполнению технологических опера-
ций в поле. Проходимость должна быть обеспечена в тех условиях
эксплуатации, для которых машины предназначены.
309
Рис. 19.1. Геометрические показатели проходимости автомобиля:
Л —дорожный просвет; о^, ^ — соответственно передний и задний углы свеса; рпр, рпоп —
радиусы соответственно продольной и поперечной проходимости
Геометрическую проходимость оценивают рядом размеров ав-
томобиля (рис. 19.1). Так, автомобиль не сможет двигаться по глу-
бокой колее, если он имеет небольшой дорожный просвет h или
небольшой радиус поперечной проходимости рпоп. Радиус про-
дольной проходимости рпр определяет геометрические размеры
тех препятствий в продольной плоскости, которые может преодо-
леть автомобиль, не задевая их. Передний ап и задний 03 углы све-
са (проходимости) определяют возможность автомобиля двигать-
ся, не задевая препятствий, расположенных поперек движения,
например при наезде на бугор, движении через канавы и т. д. Гео-
метрические параметры проходимости автомобиля имеют перво-
степенное значение для машин высокой проходимости и сельско-
хозяйственного назначения.
Опорно-сцепные свойства машины определяют возможность ее
движения в различных условиях: по дорогам и бездорожью. Опор-
ные свойства определяют несущая способность дороги (грунта) и
конструкция колес. Вертикальная деформация грунта (образова-
ние колеи) происходит до тех пор, пока давление колес на грунт
не станет равным несущей способности грунта. Давление колес на
грунт зависит от веса автомобиля и площади контакта колес с
грунтом, а несущая способность грунта — от его типа и состояния.
Площадь контакта колес с грунтом определяется радиусом и ши-
риной колеса, давлением воздуха в шине, ее эластичностью, ти-
пом и состоянием протектора. Чем больше опорная площадь ко-
лес, тем меньше вертикальная деформация грунта и сопротивле-
ние качению. Если грунт мягкий и его несущая способность не-
большая, то образуется глубокая колея и для преодоления
повышенного сопротивления движению требуется большое тяго-
вое усилие, помимо того что возникает буксование колес.
С целью повышения проходимости автомобилей осуществляют
привод на все колеса, применяют широкопрофильные односкат-
ные шины большого диаметра с низким давлением воздуха (жела-
310
тельно с централизованным изменением давления воздуха в ши-
нах при движении машины). Ширина колеи передних и задних
колес у машин высокой проходимости с односкатными шинами
должна быть одинаковая. Для повышения вращающего момента
на ведущих колесах в трансмиссию вводят редукторы (демульти-
пликаторы), увеличивающие передаточные числа трансмиссии.
Опорно-сцепные свойства автомобиля улучшаются при равномер-
ном распределении веса по осям.
Сцепные свойства машины при движении по обледенелой доро-
ге можно существенно улучшить применением цепей противо-
скольжения. С этой целью некоторые машины высокой проходи-
мости оборудуют лебедками, которые используют в особо тяжелых
условиях движения.
К машинам сельскохозяйственного назначения (например,
КАЗ-4540) помимо общих требований к машинам высокой прохо-
димости предъявляют агротехнические требования. Одно из них:
давление колес на почву при работе на поле не должно превышать
установленных стандартом значений (150 кПа) во избежание зна-
чительного уплотняющего воздействия на почву, вызывающего
нарушение плодородия почвы. Для выполнения этого требования
применяют широкопрофильные шины низкого давления большо-
го диаметра и централизованно измеряют давление воздуха в ши-
нах. В частности, на автомобилях КАЗ-4540 установлены одно-
скатные широкопрофильные шины большого диаметра с глубоки-
ми грунтозацепами. Для уменьшения потерь на перекатывание
колея передних и задних колес сделана одинаковой.
19.3. УСТОЙЧИВОСТЬ И УПРАВЛЯЕМОСТЬ АВТОМОБИЛЕЙ
Под устойчивостью автомобиля понимают его способность со-
хранять заданное направление движения или неподвижное поло-
жение без опрокидывания или скольжения. Автомобиль может
опрокинуться или скользить на продольных или поперечных ук-
лонах под действием составляющей силы тяжести или сил инер-
ции, направленных в сторону возможного нарушения устойчивос-
ти. Машина может потерять устойчивость также при движении на
повороте под действием сил инерции. Различают продольную и
поперечную устойчивость.
Продольная устойчивость автомобиля нарушается редко и лишь
при движении в особых условиях по бездорожью, на очень крутых
подъемах или при резком торможении на крутых спусках. Устой-
чивость чаще нарушается от скольжения (сползания) при таком
угле подъема а, когда составляющая силы тяжести автомобиля,
параллельная пути, больше силы сцепления колес с дорогой, т. е.
при t?asin а >Р<р(р (здесь Ga — полный вес автомобиля; Рф —сила
сцепления колес с дорогой: для заторможенной машины и всех
311
тормозных колес Рф = Рт). Сползания автомобиля на подъеме или
уклоне не произойдет, если tg а < <р.
В этом случае, особенно когда возникает буксование, возмож-
ны сползание машины назад, в кювет и ее опрокидывание. Поэто-
му для преодоления скользкого участка дороги на подъеме следует
включить низшую передачу и на малой частоте вращения вала
двигателя без резкого ее изменения и переключения передач пре-
одолеть опасный участок. При необходимости следует надеть на
колеса цепи противоскольжения.
Поперечная устойчивость автомобиля, стоящего или работаю-
щего на продольном уклоне, может быть нарушена (т. е. машина
может опрокинуться) под действием составляющей силы тяжести
(веса), параллельной уклону, (?asin ₽. Устойчивость на уклоне бу-
дет обеспечена, если реакция дороги на колеса со стороны, проти-
воположной опрокидыванию, больше нуля, т. е. Xj > 0. Если с этой
стороны контакт колес с опорной поверхностью сохранен, то ма-
шина не опрокидывается.
За оценочный показатель поперечной устойчивости принят
предельный угол поперечного уклона, на котором может стоять
или равномерно двигаться автомобиль без опрокидывания. Этот
угол вычисляют по формуле
tg Plim = 0,5Б/А,
где рПт — предельный угол уклона, на котором автомобиль еще не опрокидывает-
ся (в этом случае продолжение вектора силы тяжести (7а из центра тяжести прой-
дет через точку Q контакта колес с дорогой, тогда У| = 0); В— ширина колеи; h —
поперечная координата центра тяжести автомобиля.
Чем больше ширина колеи В и меньше Л, тем больше попереч-
ная устойчивость автомобиля против опрокидывания. Это условие
может быть нарушено, если во время движения автомобиля центр
Рис. 19.2. Схема сил, действующих на автомобиль при повороте
312
тяжести смещается вследствие перемещения груза или деформа-
ции баллонов, рессор.
Поперечная устойчивость против скольжения может быть на-
рушена, когда составляющая силы тяжести (?asin р больше суммы
реакций дороги на колеса в поперечном направлении, т. е.
Gasin р > (^ф+^фО- В этом случае вдоль склона начинают скользить
или передние, или задние, или все колеса. Такая ситуация возни-
кает на проселочных дорогах и может быть очень опасной.
Опрокидывание может произойти на горизонтальной дороге
при повороте под действием центробежной силы Рс (рис. 19.2) и
ее составляющих % и Поперечная составляющая центробеж-
ной силы (сила инерции) /£=mv2//? (здесь т — масса автомобиля;
v — линейная скорость автомобиля; R — радиус поворота). Из это-
го выражения видно, что чем больше линейная скорость автомо-
биля и меньше радиус поворота, тем больше поперечная сила.
При входе в поворот дополнительно возникает центробеж-
ная сила f^=mad(on/dt, так как при повороте с угловой скорос-
тью (оп одновременно начинается вращение автомобиля относи-
тельно точки О2 (радиус а) в сторону поворота. Эту силу (пока-
зана штриховой линией) складывают с поперечной составляю-
щей %, а при выходе из поворота ее вычитают из поперечной
составляющей.
Итак, при воздействии на машину поперечной силы и недоста-
точном сцеплении колес с дорогой в поперечном направлении
могут возникнуть занос автомобиля, его движение с одновремен-
ным вращением вокруг вертикальной оси. Занос происходит на
скользкой дороге, например при торможении, повороте или рез-
ком трогании с места. Чаще происходит занос задних колес. В
этом случае для уменьшения или предотвращения заноса следует
передние колеса повернуть в сторону заноса и прекратить тормо-
жение.
Наиболее опасно действие поперечной составляющей силы
инерции, когда она вызывает смещение груза, например жидкого.
Работа автомобиля с неполной цистерной не рекомендована.
Управляемость автомобиля. При исправном и отрегулирован-
ном рулевом приводе, о чем говорилось в предыдущих разделах
учебного пособия, на безопасность движения влияют габаритные
размеры автомобиля или автопоезда. При повороте значительно
увеличивается габаритная ширина автомобиля, равная разнице
наружного и внутреннего радиусов поворота, что необходимо учи-
тывать.
При повороте следует учитывать также боковой увод шин (их
боковую деформацию в поперечной плоскости в пятне контакта).
Если боковой увод шин передних колес больше, чем задних, то
радиус поворота увеличивается (недостаточная поворачивае-
313
мость). Если же боковой увод задних шин больше, чем передних,
то радиус поворота автомобиля уменьшается (излишняя повора-
чиваемость).
Устойчивость, управляемость, надежность тормозов и рулевого
управления и другие эксплуатационные качества автомобиля оп-
ределяют его активную безопасность. Пассивную безопасность
обеспечивают прочность кузова, конструкция сидений, привяз-
ные ремни и другие специальные устройства, способствующие
уменьшению тяжести последствий аварий.
19.4. РАМЫ И КУЗОВА
Рама служит основанием для крепления частей и агрегатов ав-
томобиля. Она воспринимает все нагрузки, возникающие при
движении автомобиля. У автомобилей с несущим кузовом рама
объединена с каркасом кузова или вообще отсутствует. Тогда функ-
ции рамы выполняет кузов.
В зависимости от конструкции рамы делят на лонжеронные
(рис. 19.3) и хребтовые (рис. 19.4).
На большинстве грузовых автомобилей применяют лонжерон-
ные рамы, состоящие из двух продольных балок (лонжеронов),
соединенных поперечными траверсами (поперечинами). Наибо-
лее распространенная форма сечения лонжерона — швеллер. По-
перечины могут быть различного сечения. Их количество и место
расположения определяются особенностями компоновки автомо-
биля. Поперечины соединяют с лонжеронами с помощью закле-
пок, болтов или сварки. Наиболее распространены клепаные
рамы как наиболее технологичные и простые в изготовлении.
Болтовое соединение элементов рам используют при мелкосерий-
ном производстве. Цельносварные рамы применяют на сверхтя-
желых самосвалах (рис. 19.5).
Рамы часто выполняют переменной ширины: более широкой в
зоне двигателя и суженной в зоне заднего моста.
Хребтовые рамы образуются картерными деталями агрегатов
автомобиля. Их применяют ограниченно ввиду сложности компо-
новки агрегатов и нетехнологичности.
Для повышения жесткости раму иногда объединяют с полом
кузова, создавая раму с несущим основанием (рис. 19.6).
Лонжероны изготовляют из сталей 25, 25кп, 10ХСНД, 30т, по-
перечины — 08кп, 15кп, 09Г2, 12ГС и др.
Расчет рам на прочность и жесткость проводят для трех основ-
ных случаев, отражающих условия нагружения при движении ав-
томобиля: изгиб в вертикальной плоскости, кручение, изгиб в го-
ризонтальной плоскости.
Кузов легкового автомобиля выполняет две функции: 1) образует
замкнутое пространство для размещения водителя, пассажиров и
314
Рис. 19.3. Лонжеронные рамы:
а — с прямыми лонжеронами; б — с усилителями; в — с изогнутыми лонжеронами; г —
переменной ширины; д — с крестообразной поперечиной
о
Рис. 19.4. Хребтовая рама
багажа; 2) целиком или частично (при наличии рамы) служит не-
сущей системой.
Кузов можно представить состоящим из двух частей: верхней,
или собственно кузова, и нижней — основания, включающего в
себя панель пола и образующего вместе с порогами, усилителями
и рамой (при ее наличии) базу для крепления двигателя, транс-
миссии и ходовой части.
По конструктивным особенностям кузова легковых автомоби-
лей делят на каркасные и несущие. Каркасный кузов представляет
собой пространственную стержневую систему, выполненную из
замкнутых тонкостенных профилей, к которым прикреплены на-
ружные и внутренние панели.
Каркас несущих кузовов (рис. 19.7) жестко соединен с панеля-
ми электродуговой сваркой в 6... 10 тыс. точек. Такой кузов имеет
Рис. 19.6. Рама с несущим основанием
неразъемный стальной корпус 7, к которому прикреплены капот 2
двигателя, передние 5 и задние 3 двери и детали декоративного
оформления (облицовка радиатора, передний и задний бамперы,
декоративные накладки и т. д.).
Корпус кузова представляет собой жесткую сварную конструк-
цию. Она состоит из предварительно собранных узлов: основания
10, левой и правой боковин 7с задними крыльями, передних кры-
льев 6, крыши 8 и задней части корпуса 9. Основание кузова уси-
лено продольными балками и поперечинами. С основанием со-
единены передняя и задняя части кузова. Боковины и крыша
цельноштампованные. Кузова в основном изготовляют из низко-
углеродистой стали толщиной 0,6...1,5 мм, имеющей хорошую
штампованность и свариваемость. Для этой цели используют так-
же алюминиевые сплавы и пластмассы.
Кузов автобуса состоит из стержневого каркаса и листовой об-
шивки. Элементы обшивки соединены с соответствующими эле-
ментами каркаса, образуя плоские или изогнутые панели. Про-
дольные элементы каркаса бортов кузова называют поясами. При
этом выделяют подоконный, надоконный и нижний обвязочный
пояса. Пояса продолжаются на передних и задних частях кузова.
Вертикальные элементы каркаса бортов, передней и задней частей
кузова называют стойками.
317
3
Рис. 19.7 Кузов автомобиля ВАЗ-2121:
I — корпус; 2—капот двигателя; 3 — задняя дверь; 4 — багажное отделение; 5 — передняя
дверь; 6— переднее крыло; 7— боковина; 8— крыша; 9— задняя часть корпуса; 10 — основание
Кузова автобусов классифицируют по способу восприятия ста-
тических (изгибных) нагрузок: рамный (статическая нагрузка и ре-
акции подвески воспринимаются рамой, эластично-соединенной
с кузовом); с несущим основанием (статическая нагрузка и реакции
воспринимаются преимущественно основанием, жестко связан-
ным с кузовом); несущий (статическая нагрузка полностью распре-
деляется по всем его элементам).
Масса кузова с оборудованием составляет 47...53 % снаряжен-
ной массы автобуса.
Преимущество рамной конструкции — возможность унифика-
ции с грузовым автомобилем, недостаток — большая собственная
масса. Переход от рамной конструкции к несущему кузову обеспе-
чивает уменьшение массы автобуса на 1000... 1400 кг.
При изготовлении кузовов автобусов часто используют «сэнд-
вич»-панели. Они состоят из двух параллельных тонких пластин
(из стали, алюминиевых сплавов или пластмассы) и расположен-
ного между ними среднего слоя — наполнителя (из древесины,
пропитанной и формованной бумаги, пенопласта). Все слои со-
единяют специальным клеем.
Кузов грузового автомобиля состоит из двух раздельных элемен-
тов: кабины водителя и кузова для груза. Конструкция кабины
каркасно-панельная. Фундаментом служит каркас основания
(пола), выполненный из штампованных панелей толщиной до
1,5 мм. Дверной проем выполняют цельноштампованным из листа
толщиной 1,2...1,5 мм.
К возможным неисправностям рамы относят искажение ее
геометрической формы, появление трещин и погнутостей в про-
дольных балках и поперечинах, ослабление заклепочных соеди-
нений.
Если при осмотре обнаружена заметная деформация рамы, то
проверяют степень искажения ее геометрической формы. После
снятия кабины и платформы раму очищают от грязи и измеряют
ее ширину спереди и сзади. Например, у грузовых автомобилей
ГАЗ разница в значениях ширины рамы должна быть не более
4 мм. Погнутость рамы может быть установлена измерением диа-
гоналей между поперечинами рамы на отдельных ее участках. Раз-
ница в значениях длины диагоналей на отдельном участке рамы
между поперечинами должна быть не более 5 мм. Расстояние, рав-
ное длине базы автомобиля, должно быть одинаковым с правой и
левой сторон рамы.
При техническом обслуживании ходовой части проверяют со-
стояние окраски рамы с целью предупреждения ее коррозии.
Ослабление заклепок выявляют легким постукиванием про-
дольных балок. При этом ослабевшие заклепки издают характер-
ный дребезжащий звук.
319
Контрольные вопросы и задания
1. Какие типы рам вы знаете? 2. Назовите конструктивные особенности кузо-
вов легковых автомобилей. 3. Из каких материалов изготовляют рамы и кузова?
4. Как классифицируют по способу восприятия нагрузок кузова автобусов? 5. Пе-
речислите возможные неисправности рам и способы их устранения.
Глава 20
КОЛЕСА И ШИНЫ
20.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Автомобильные колеса воспринимают всю массу автомобиля и
динамические нагрузки, передаваемые на раму или кузов автомо-
биля, смягчают и поглощают толчки и удары от неровностей доро-
ги. От характера взаимодействия колес с дорогой зависят тяговые
и тормозные свойства автомобиля, плавность хода, экономич-
ность, проходимость, устойчивость и управляемость.
Колеса должны иметь минимальное сопротивление качению,
хорошие сцепные и демпфирующие свойства, высокие долговеч-
ность и износостойкость, бесшумность работы, легкость монтажа
и демонтажа, самоочищаемость беговой части шины при движе-
нии по деформируемым грунтам.
В соответствии с выполняемыми функциями колеса могут быть
ведущие, управляемые, комбинированные (одновременно ведущие и
управляемые) и поддерживающие.
Колеса состоят из следующих частей (рис. 20.1): шины, ободья 3,
10, соединительной части с деталями крепления, ступицы и под-
шипников. Соединительной частью могут быть диск 4, неразбор-
но присоединенный к ободу (дисковое колесо), или спицы, пред-
ставляющие собой часть ступицы (бездисковое колесо или спице-
вое колесо).
Пневматическая шина — это упругая оболочка, устанавливаемая
на обод колеса и заполняемая воздухом под давлением.
В основу классификации шин положены геометрические разме-
ры и конструктивные признаки (табл. 20.1). К определяющим гео-
метрическим размерам шины относятся наружный диаметр D, ши-
рина В, высота Н профиля, посадочный диаметр dn и расстояние
между бортовыми закраинами обода А. В зависимости от ширины
профиля шины делят на крупногабаритные (В> 350 мм), среднега-
баритные (В = 200...350 мм) и малогабаритные (Ж 260 мм).
В зависимости от способа герметизации внутренней полости
шины при сборке с ободом различают камерные и бескамерные
шины.
Бескамерные шины — это шины, в которых воздушная полость
образуется покрышкой и ободом колеса. Она имеет воздухонепро-
320
20.1. Классификация шин по профилю
Тип шины Н/В А/В
Обычного профиля Более 0,89 0,65...0,76
Широкопрофильная 0,6...0,9 0,76...0,89
Низкопрофильная 0,7...0,88 0,69...0,76
Сверхнизкопрофильная До 0,7 0,69...0,76
Арочная 0,39...0,5 0,9...1,0
Пневмокаток 0,25...0,39 0,9...1,0
ницаемый слой толщиной 1,5...Змм, привулканизированный к
внутренней стороне покрышки.
Широкопрофильными шинами в основном заменяют сдвоен-
ные шины обычного профиля. Арочные шины применяют в усло-
виях бездорожья для повышения проходимости автомобилей. Их
протектор имеет грунтозацепы высотой 30...40 мм. Бескамерные
шины низкого давления (пневмокатки) имеют тонкостенную ре-
зинокордную оболочку, радиальная деформация которой может
составлять до 25...30 % от высоты профиля.
В обозначениях шин указывают размеры D, В, dn и конструк-
цию каркаса буквами Р или R (для шин с радиальным кордом).
Шины обычного профиля грузовых автомобилей имеют марки-
Рис. 20.1 Автомобильные колеса легкового (а) и грузового (б) автомобилей:
7—покрышка; 2—камера; 3, 70—ободья; 4— диск; 5—крепежное отверстие; 6— привалоч-
ная плоскость диска; 7 — центральное отверстие; 8 — ободная лента; 9 — вентиль; 77 — съем-
ное бортовое кольцо
321
Рис. 20.2. Характер деформирования шин при внезапном выпуске из них воздуха:
а — профиль обычной шины, смонтированной на глубоком ободе; б — профиль безопасной
шины ТМТ; в — профиль безопасной шины DIP
ровку В— dn в миллиметрах (дюймах), например 260 — 508 (9,00 —
20). Широкопрофильные шины обозначают тремя числами
DxB—dn в миллиметрах (1770x670 — 635), арочные — двумя
DxB (1300x750), пневмокатки — тремя DxBxH (1000х 1000х
х250).
Безопасная шина ТМТ (рис. 20.2, б) по внешнему виду и внут-
реннему строению близка к обычной бескамерной радиальной
шине (рис. 20.2, а), но имеет широкую беговую дорожку и усилен-
ную надбортную часть.
При выходе воздуха из шины специально выполненные закра-
ины обода опираются через надбортную часть на беговую часть
шины, вследствие чего их борта не сходят с полок обода. Бокови-
ны, расположенные между ободом и дорожным покрытием, и бе-
говая часть шины служат амортизационной средой и обеспечива-
ют возможность безопасной остановки автомобиля. Чтобы при
этом трение резины надбортной части по резине беговой части не
было слишком большим, внутри шины на ободе (рис. 20.3) распо-
а
Рис. 20.3. Ободья для безопасных шин ТМТ:
а — плоский обод, монтажный ручей которого закрыт пластмассовой лентой; б— разборный
обод, снабженный капсулами со специальной жидкостью
322
лагают специальные баллончики со смазывающей жидкостью
(объемом около 150 см3), которая выдавливается внутрь шины по
мере снижения давления. Жидкость не только уменьшает трение и
износ соприкасающихся поверхностей, но и герметизирует место
прокола. Кроме того, за счет испарения жидкости создается давле-
ние около 0,3 кгс/см5. Это дополнительно улучшает ездовые каче-
ства проколотой шины.
Безопасная шина DIP (рис. 20.2, в) по конструкции существен-
но отличается от известных современных шин. Это бескамерная
шина с мощными вогнутыми внутрь цельнорезиновыми бокови-
нами специальной формы, жестким поясом, армированным кор-
дом по окружности, и мощными резиновыми бортами. Шину
монтируют на специальный плоский узкий обод. При накачива-
нии воздухом боковины выпрямляются, а резина их получает
предварительное сжатие. Шина приобретает характерную тре-
угольную форму. Упругий эффект обеспечивается на 50 % за счет
податливости резины и на 50 % за счет воздуха.
При снижении давления воздуха резиновые боковины опира-
ются на беговую часть покрышки. В этом случае даже при высоких
скоростях обеспечиваются сохранность шины, нормальная управ-
ляемость и безопасность автомобиля до полной его остановки.
20.2. КОНСТРУКЦИЯ ЭЛЕМЕНТОВ КОЛЕС
Шина состоит из покрышки 1 (см. рис. 20.1), камеры 2 и обо-
дной ленты 8. Камера представляет собой герметичную торообраз-
ную оболочку, снабженную вентилем 9 для накачивания и выпус-
ка воздуха. Ободная лента — эластичное кольцо, предохраняющее
истирание камеры об обод и защемление ее бортами обода при
монтаже.
Покрышка — это торообразная оболочка, воспринимающая на-
грузки со стороны дороги. Элементы покрышки: каркас 5 (рис.
20.4), брекер 2, протектор 1 с рисунком 3, боковые стенки (учас-
ток II), боковины 6 и борта (участок /).
Каркас (силовая часть покрышки) состоит из одного или не-
скольких слоев корда, закрепленных на бортовых кольцах 7. Его
получают методом обрезинивания параллельно расположенных
нитей. В качестве материала нитей используют вискозные, поли-
амидные или полиэфирные волокна, стальную проволоку и др.
Угол наклона нитей посредине беговой дорожки в каждом слое
каркаса и брекера определяет конструкцию шины. В зависимости
от конструкции каркаса и брекера различают диагональные и ради-
альные шины. В диагональной шине угол наклона нитей составляет
45...60°, в радиальной — близок к нулю (рис. 20.5). При радиаль-
ном расположении нитей улучшаются условия их работы в карка-
се, что позволяет уменьшить число слоев каркаса. Увеличивая
323
1
2 3
4
Рис. 20.4. Конструкция покрышки (а) и ее борта (б):
/—борт; // — боковая стенка; /// — плечевая зона протектора; 1 — протектор; 2 — брекер; 3 —
рисунок протектора; 4— подканавочный слой; 5— каркас; 6— боковина; 7— бортовое кольцо;
8— наполнительные шнуры; 9— крыло борта; 10— бортовая лента; 11 — носок борта; 12 —
основание борта; 13— пятка борта
число слоев корда, можно повысить допустимую статическую на-
грузку на шины одного и того же размера.
Обозначение диагональных шин легковых автомобилей: В— dn.
При Я/5>0,82 размеры указывают только в дюймах (например,
9.00 — 15), а при Н/В< 0,82 — смешанное обозначение (например,
155-13).
Обозначение радиальных шин легковых автомобилей: 5/70 х Rdn,
где В— в миллиметрах, dn — в дюймах, а 70 —номер серии. Вместо
Рис. 20.5. Конструкция каркаса диагональной (а) и радиальной (б) шин:
1 — корд; 2 — брекер
324
знака «х» может быть введен индекс скорости (буквенное обозначение
максимальной скорости движения): Р—при 150км/ч, 0—160км/ч,
R— 170 км/ч. Например, 185/70 PR 14 или 185/60 QR 13.
Кроме того, на боковине шины указывают предприятие-изго-
товитель, страну, номер модели.
В процессе эксплуатации происходит разнашивание шины,
т. е. увеличение ее диаметра и ширины. Наименьшую разнашивае-
мость имеют шины с металлокордом.
Протектор — наружная резиновая часть покрышки, обеспечи-
вающая сцепление шины с дорогой и предохраняющая каркас от
повреждений. Он состоит из рельефного рисунка и подканавочно-
го слоя. Рисунок протектора (рис. 20.6) существенно влияет на ко-
эффициент сопротивления качению колеса, износ шины и сцеп-
ление ее с поверхностью дороги.
Брекер — часть покрышки, состоящая из слоев корда и резины,
расположенная между протектором и каркасом. Он смягчает дей-
ствие ударных нагрузок на каркас и способствует более равномер-
ному распределению по его поверхности действующих нагрузок.
г д
е
Рис. 20.6. Рисунки протектора шин:
а — дорожный; б — универсальный; в — повышенной проходимости; г — зимний; д —
карьерный; е — асимметричный
325
Борта — жесткие части покрышки, служащие для крепления
шины на ободе. Борт образуется из крыльев 9 (см. рис. 20.4), обер-
нутых концами слоев корда каркаса.
Боковинами называют резиновый слой, покрывающий боко-
вые стенки каркаса и предохраняющий его от механических по-
вреждений и влаги.
Обычные шины с дорожным и универсальным протектором на
обледенелых, заснеженных и грязных скользких покрытиях дорог
имеют низкие тягово-сцепные качества и не всегда обеспечивают
нужную безопасность движения. Для этих условий применяют
шины с зимним рисунком протектора, цепи и шипы противо-
скольжения. Шип состоит из сердечника и корпуса. Сердечник
шипа делают из карбидов металлов, спеченных со связующими
веществами — обычно кобальтом. Корпус шипа изготовляют из
сплава стали и свинца, оцинковывают или хромируют.
Для шин легковых автомобилей применяют шипы диаметром
8...9 мм, для грузовых автомобилей — диаметром до 15 мм. Коли-
чество шипов, устанавливаемых в шину, зависит от массы автомо-
биля, мощности двигателя и условий эксплуатации. Их должно
быть не более 200.
Полноприводные автомобили, например ГАЗ-66, ЗИЛ-131,
«Урал-375», с целью повышения проходимости оборудуют систе-
мой регулирования давления воздуха в шинах. Воздух подается в
систему компрессором, установленным в тормозной системе.
Ободья. Обод с соединительной жесткой частью колеса удер-
живает шину и передает нагрузки от нее на ступицу. Поэтому он
должен полностью соответствовать шине по размерам, жесткости
и конструкции. Посадочные размеры обода для камерной и беска-
мерной шины должны быть одинаковые.
Конструктивные схемы колес показаны на рисунке 20.7, а схе-
мы ободьев — на рисунке 20.8.
Расположение диска относительно центральной плоскости,
проходящей посредине обода, характеризуется вылетом. У колеса
с нулевым вылетом привалочная плоскость диска (прилегающая к
ступице) совпадает с центральной плоскостью. У колеса с поло-
жительным вылетом центральная плоскость обода смещена отно-
сительно привалочной плоскости диска в сторону продольной оси
автомобиля, а с отрицательным вылетом —в противоположную
сторону.
Элементы обода: основание, служащее для установки съемных
деталей; бортовая закраина, образующая боковой упор для шины;
посадочная полка, предназначенная для установки основания
борта шины; замочная часть, предназначенная для замыкающих
съемных деталей (замочных и бортовых колец); ручей, располо-
женный между посадочными полками и представляющий собой
углубление для монтажа и демонтажа шины.
Различают цельные и разборные ободья. Цельные ободья при-
326
д е
Рис. 20.7. Конструктивные схемы колес:
а — одинарного; б — сдвоенного; в, г, д — с различными
вылетами диска; е — бездискового; /—вертикальная
ось колеса; 2—обод; 3 — диск; 4 — крепежные отвер-
стия; 5—центральное отверстие диска; 6— элементы
крепления; 7—ступица
Рис. 20.8. Основные типы ободьев колес:
а — неразъемный глубокий симметричный; б—разъемный посредине; в — сегментный типа
♦триллекс», разделенный по радиусу на три сегмента; г — разъемный двухкомпонентный; д —
разъемный трехкомпонентный; е — четырехкомпонентный; ж—пятикомпонентный; 1 — ос-
нование обода; 2—соединительный элемент; 3 — разъемное бортовое кольцо; 4 — съемное
бортовое кольцо; 5 — пружинное замочное кольцо; 6 — посадочное кольцо; 7— уплотнитель
под бескамерную шину
Рис. 20.9. Крепление колеса легкового
автомобиля:
/ — ступица; 2— гайка; 3 — диск колеса;
4 — тормозной барабан; 5 — болт
1
б
Рис. 20.10. Крепление дисковых колес грузовых автомобилей:
а — одинарных; б— сдвоенных; 1 — шпилька; 2 — ступица; 3 — диск; 4 — гайка крепления на-
ружного диска; 5— гайка типа ДИН; 6— гайка с завальцованной шайбой; 7— гайка крепления
тормозного барабана; тормозной барабан; 9— гайка крепления внутреннего диска
меняют для шин легковых автомобилей, разборные — для шин
грузовых автомобилей в связи с невозможностью их сборки через
закраины обода из-за высокой жесткости бортов и боковин.
Соединение колеса со ступицей должно обеспечить передачу
вращающего момента и центрирование колеса на ступице. Диско-
вые колеса крепят к ступице болтами или шпильками. Центриро-
вание колес осуществляется по сферическим или коническим
фаскам крепежных отверстий, центральному отверстию диска,
выступам на поверхности диска. Выступы диска у крепежных от-
верстий создают упругие деформации от усилия затяжки и обеспе-
чивают стабильность затяжки. Крепление колеса легкового авто-
мобиля показано на рисунке 20.9.
В грузовых автомобилях при установке сдвоенных колес пре-
дусмотрено раздельное крепление внутреннего и наружного дис-
ков (рис. 20.10). Внутренний диск центрируют гайками, наверты-
ваемыми на колпачковые гайки.
Колесо должно иметь минимальные массу, момент инерции,
биение и дисбаланс вследствие высоких скоростей движения авто-
мобиля. Дисбаланс ухудшает комфортабельность движения, ус-
тойчивость и управляемость автомобиля, может стать причиной
автоколебаний, увеличивает износ шин, шарниров подвески и ру-
левого привода. Чтобы устранить дисбаланс автомобильного коле-
328
са, на его обод устанавливают грузик. Колеса грузовых автомоби-
лей балансируют статически, легковых автомобилей — динами-
чески.
Максимальный дисбаланс колеса в сборе с шиной должен быть
не более 0,5... 1,1 Н • м для грузовых автомобилей и 0,1...0,11 Н • м
для легковых автомобилей.
20.3. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ШИНЫ С ОПОРНОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ
При качении колеса наблюдается деформация шины и дороги,
сопровождающаяся потерей энергии. Энергия затрачивается на
преодоление межмолекулярного трения в материалах шины, меха-
ническое трение в грунте, трение-скольжение в пятне контакта и
аэродинамические потери. Суммарный эффект этих явлений при-
нято называть сопротивлением качению автомобильного колеса.
Потери энергии на качение оценивают по силе сопротивле-
ния, коэффициенту сопротивления или мощности потерь на ка-
чение.
Сопротивление качению автомобильного колеса зависит от
многих факторов: конструкции и материала шины, обода, точнос-
ти их изготовления, скорости движения, значения приложенных к
колесу внешних сил, давления воздуха, температуры, износа про-
тектора и особенно от дорожных условий.
Значения коэффициента сопротивления качению диагональ-
ной шины при движении автомобиля со скоростью 50 км/ч указа-
ны в таблице 20.2.
20.2. Коэффициент сопротивления качению шины по дорожному покрытию
различного типа
Тип покрытия
Коэффициент сопротивления
качению
Дорога с асфальтобетонным покрытием
Дорога с гравийным покрытием
Булыжное шоссе
Грунтовая дорога:
сухая, укатанная
после дождя
Песок и супесь
Суглинистая и глинистая целина
Обледенелая дорога или лед
Укатанная снежная дорога
0,015...0,029
0,020...0,025
0,025...0,03
0,025...0,035
О,О5...О,15
0,1...0,3
0,04...0,1
0,015...0,03
0,03...0,05
Регламентируемые значения коэффициента сопротивления ка-
чению для различных по конструкции шин, полученные при ис-
пытаниях на барабанных стендах, даны в таблице 20.3.
При решении практических задач коэффициент сопротивле-
ния качению автомобильного колеса определяют по эмпиричес-
329
кой формуле
/=/о + «V2 • ЮЛ
где Л — начальный коэффициент сопротивления качению ведомого или ведущего
колеса, соответствующий сопротивлению качению при малой скорости; Лп — ко-
эффициент, зависящий от конструкции ходовой части: для легковых автомобилей
4,0; для грузовых 5,5; 5П — показатель ровности покрытия: для асфальтобетона
50...150; V —скорость качения колеса.
20.3. Коэффициент сопротивления качению, полученный на барабанном стевде
для шин легковых и грузовых автомобилей
Тип шины
Коэффициент сопротивления качению, не более
для легковых автомобилей для грузовых автомобилей
Диагональные
Радиальные
Радиальные комбинированные
Радиальные цельнометаллокордные
0,03
0,015
0,016
0,013
0,0095
При качении шины в результате трения происходит ее нагрев.
Тепловое состояние шины оценивают по ее размерам, геометрии
рисунка протектора, упругим, гистерезисным и тепловым характе-
ристикам шинных материалов, а также по параметрам качения:
внутреннему давлению, вертикальной нагрузке, скорости, темпе-
ратуре воздуха в камере либо по действительной температуре в за-
данной точке профиля шины.
Среднюю температуру шины можно вычислить по формуле
-с = G=kZv/( 12 900Щ5),
где GK — нагрузка на шину, Н; к — коэффициент теплопередачи от поверхности
шины; /)с —средний диаметр шины, м; Dc = D-В; Л—ширина профиля шины,
приблизительно равная его высоте, м.
Температура шины до 100 °C считается оптимальной, от 100 до
120 °C — критической, а выше — опасной для шины.
Способность автомобильного колеса, нагруженного нормально
действующей нагрузкой, воспринимать или передавать касатель-
ные силы при взаимодействии с дорогой является одним из важ-
ных его качеств, обеспечивающих возможность движения автомо-
биля. Это качество принято оценивать коэффициентом сцепления
Ф, представляющим собой отношение максимальной касательной
реакции Ртах в пятне контакта к нормальной реакции или нагруз-
ке GK, действующей на колесо:
Ф -Спах/ <?к.
Коэффициент сцепления считают характеристикой взаимо-
действия колеса с дорогой. Он зависит от типа покрытия и состо-
330
яния дороги (табл. 20.4), конструкции и материала шины, дав-
ления воздуха в ней, нагрузки на колесо, скорости движения,
температурных условий, степени скольжения или буксования
колеса.
20.4. Коэффициенты сцепления различных пяти с дорогой
Дорожное покрытие и его состояние Коэффициент сцепления шин
высокого давления низкого давления высокой проходимости
Асфальтобетонное:
сухое 0,50...0,70 0,70...0,80 0,70...0,80
мокрое 0,35...0,45 0,45...0,55 0,50...0,60
Булыжное сухое 0,40...0,50 0,50...0,55 0,60...0,70
Щебеночное сухое 0,50...0,60 0,60...0,70 0,60...0,70
Грунтовая сухая дорога 0,40...0,50 0,50...0,60 0,50...0,60
Целина летом:
песок сухой 0,20...0,30 0,22...0,40 0,20...0,30
суглинок сухой 0,40...0,50 0,45...0,55 0,40...0,50
Целина зимой:
снег рыхлый 0,20...0,30 0,20...0,40 0,20...0,40
снег укатанный 0,15...0,20 0,20...0,25 0,30...0,50
Обледенелая дорога при тем- 0,08...0,15 0,10...0,20 0,05...0,10
пературе воздуха ниже 0 ’С •
Сцепление элементов шины с дорогой существенно зависит от
увлажнения опорной поверхности. С увеличением толщины плен-
ки (или слоя) воды и скорости движения силы трения и сцепле-
ния шины с дорогой уменьшаются. Это происходит в результате
затрудненного удаления влаги из зоны контакта. При определен-
ном слое воды и скорости движения шина всплывает под действи-
ем гидродинамических сил. В этом случае сила сцепления колеса с
дорогой минимальная (определяется трением в жидкостном слое)
и колесо не способно передавать или воспринимать сколько-ни-
будь значительные внешние силы. Такое состояние шины на мок-
рой дороге принято называть аквапланированием, а скорость, при
которой оно возникает, — критической. При критической скорос-
ти движение автомобиля становится неустойчивым и незначи-
тельное внешнее воздействие (порыв ветра, наклон дороги) может
вызвать произвольное отклонение траектории движения автомо-
биля.
Критическую скорость аквапланирования шины с гладким ри-
сунком протектора можно определить по формуле
где Л, — толщина слоя воды, мм; Сг — коэффициент подъемной силы гидроклина.
331
20.4. ВОЗМОЖНЫЕ НЕИСПРАВНОСТИ
И ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ
На колеса автомобиля должны быть установлены шины, соот-
ветствующие его грузоподъемности и размеру обода. В случае ус-
тановки шин, ранее находящихся в эксплуатации, на колеса одной
оси должны устанавливаться шины с одинаковым рисунком и
одинаковой степенью износа протектора. Разница в износе про-
тектора не должна превышать 5 мм по наружному диаметру по-
крышки.
При монтаже шин нельзя допускать защемления камеры, попа-
дания песка и грязи внутрь шин. Для монтажных работ следует
применять только специально предназначенный для этого инст-
румент. При установке шин следует учитывать рисунок их протек-
тора. Шины с направленным протектором надо устанавливать так,
чтобы направление рисунка протектора совпадало с направлением
движения автомобиля. С этой целью на боковинах шин имеется
стрелка. При правильном монтаже шин направление вращения
колес (движение вперед) и стрелки совпадают.
В шинах должно поддерживаться давление, устанавливаемое в
зависимости от нагрузки на колесо. Отклонение давления в от-
дельных шинах автомобиля должно быть не более 20 кПа.
В процессе работы автомобиля нельзя допускать перегрузки
шин, превышения установленной грузоподъемности, неравномер-
ного распределения груза в кузове и движения со спущенной ши-
ной.
Предметы, застрявшие между двойными шинами задних колес,
следует своевременно удалять. Для предупреждения разрушения
резины нельзя допускать попадания на шины бензина и мине-
ральных масел.
Состояние шин и их протекторов влияет на сцепление шин с
дорогой. Шины легковых автомобилей должны иметь остаточную
высоту рисунка протектора не менее 1,6 мм, грузовых автомоби-
лей и их прицепов не менее 1 мм, автобусов не менее 2 мм. Авто-
мобили следует оборудовать шинами, рекомендованными заво-
дом-изготовителем в соответствии с типом, размером и допусти-
мой нагрузкой. Нельзя устанавливать шины разной размерности,
разного типа (диагональных и радиальных) и с разным рисунком
протектора на одну ось, поскольку ухудшается управляемость ав-
томобиля.
Давление воздуха в шинах следует поддерживать в соответствии
с техническими условиями на их эксплуатацию и проверять при
полностью остывших шинах. Снижение давления в шинах на 25 %
уменьшает срок их службы в 2 раза. Кроме того, состояние про-
тектора шин и давление в них влияют на устойчивость и управля-
емость автомобиля. В автомобилях высокой проходимости, обору-
дованных шинами с малым числом слоев корда и системой цент-
332
ревизованного изменения давления в них, допускается снижение
давления воздуха только для улучшения проходимости при пре-
одолении тяжелых для движения участков пути. Снижение давле-
ния в шинах ниже 0,05 МПа может привести к выходу их из строя.
Долговечность шин существенно зависит от технического со-
стояния автомобиля. В частности, повышенный износ шин вызы-
вают нарушение углов установки и величины схождения передних
колес, неправильная регулировка тормозов, дисбаланс колес, про-
висание рессор, течь смазки из сальников и ступиц колес.
С целью увеличения долговечности шин важно своевременно
устранить замеченные повреждения. Шины, имеющие механичес-
кие повреждения (проколы, порезы), должны быть сняты и отре-
монтированы. Незначительные повреждения устраняют с помощью
специальных аптечек, а более крупные — горячей вулканизацией.
Ободья колес должны иметь правильную внешнюю форму. Не
допускается наличие на ободе забоин, вмятин и погнутостей. Это
имеет особое значение при установке бескамерной шины, так как
может послужить причиной нарушения герметичности.
Контрольные вопросы и задания
1. Какие требования предъявляют к шинам? 2. Назовите определяющие гео-
метрические размеры шины. 3. Как классифицируют шины в зависимости от ши-
рины профиля? 4. Из каких частей состоит автомобильная шина? 5. Как маркиру-
ют шины? 6. Какие требования предъявляют к колесам? 7. Как крепят сдвоенные
колеса? 8. Как влияет дисбаланс колес на свойства автомобиля? 9. Что такое ак-
вапланирование?
Глава 21
ПОДВЕСКИ
21.1. НАЗНАЧЕНИЕ И СОСТАВ ПОДВЕСОК. ПЛАВНОСТЬ ХОДА
Подвеска соединяет раму или кузов с агрегатами ходовой час-
ти, воспринимает динамические нагрузки со стороны дороги,
обеспечивает плавность хода автомобиля.
К подвескам предъявляют следующие требования: обеспечение
оптимальных частоты колебаний кузова и амплитуды затухания
колебаний; противодействие крену автомобиля при повороте, раз-
гоне и торможении; стабилизация углов установки направляющих
колес, соответствие кинематики колес при повороте кинематике
рулевого механизма, простота устройства и технического обслу-
живания, надежность.
Составные части подвески: упругие элементы, направляющие
устройства, амортизаторы. В автомобиле различают подрессорен-
ные массы: кузов (раму) и все, что к нему крепится, и неподрессо-
ренные массы: колеса, некоторые части подвески.
333
Упругие элементы воспринимают и гасят динамические нагруз-
ки со стороны дороги. Различают рессорные (листовые, витые пру-
жинные, торсионные), пневматические (резинокордные баллоны,
диафрагменные, комбинированные), гидропневматические и рези-
новые (работают на кручение или сжатие) упругие элементы.
Направляющее устройство воспринимает продольные и боковые
силы и моменты. Схема направляющего устройства определяет за-
висимую и независимую подвески.
При независимой подвеске каждое колесо может совершать ко-
лебания независимо от других. Такую подвеску чаще всего приме-
няют при разрезном мосте в легковых автомобилях и автомобилях
высокой проходимости.
Зависимая подвеска передает через мост колебания одного ко-
леса другому. Эту подвеску применяют для двух- и многоосных
грузовых автомобилей и прицепов. Зависимые балансирные под-
вески подрессоривают два близкорасположенных моста.
Амортизаторы поглощают энергию колебаний рессор, кузова и
колес. Различают гидравлические, газонаполненные и комбинирован-
ные амортизаторы. По конструктивному исполнению они бывают
рычажные и телескопические.
Плавность хода определяется частотой и амплитудой колебаний
кузова (рамы). Для получения хорошей плавности хода собственная
частота колебаний подрессоренной массы должна быть минималь-
ная. Собственную частоту (о определяют исходя из статического
прогиба^ подвески: (здесь g—ускорение силы тяжес-
ти). Статический прогиб и динамический ход подвесок определя-
ются типом автомобиля. Так, для легковых автомобилей статичес-
кий прогиб составляет 10...18 см, а динамический ход — 10...14 см.
Частота колебаний их подрессоренной массы 0,8...1,2 Гц. У грузо-
вых автомобилей статический прогиб и динамический ход одина-
ковые—6...12 см, а частота ко-
лебаний 1,2...1,9 Гц. Характери-
стика подвески должна обеспе-
чивать оптимальную частоту
колебаний, близкую к частоте
колебаний человека при ходьбе.
На плавность хода суще-
ственно влияет упругая харак-
теристика подвески (рис. 21.1).
Рис. 21.1. Характеристики подвесок:
/ — постоянной жесткости; 2—переменной
жесткости; 3 — прогрессивная; q — нагрузка;
f — прогиб
334
В подвеске с линейной характеристикой 1 статический прогиб
пропорционален нагрузке. Такую характеристику имеют металли-
ческие упругие элементы (рессоры). Пневматические элементы
имеют прогрессивную характеристику 3 (квадратичная зависи-
мость). Их жесткость и частота возрастают с увеличением нагруз-
ки. При регрессивной характеристике прогиб зависит от нагрузки
в степени */2— это нижняя часть кривой 2. Преимущество регрес-
сивной характеристики — большое сопротивление крену (при
медленном перемещении кузова), прогрессивной характеристи-
ки — хорошее поглощение мелких неровностей и лучшее предотв-
ращение отрыва колеса от дороги при больших скоростях хода
рессор. Желательно иметь подвеску с прогрессивно-регрессивной
характеристикой. Тогда при прямом ходе (ход сжатия) подвеска
работает по прогрессивной характеристике, а при обратном (ход
отбоя) — по регрессивной.
21.2. УПРУГИЕ И НАПРАВЛЯЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ ПОДВЕСОК
Упругие элементы подвесок. Наиболее распространены листо-
вые рессоры. Они просты в изготовлении и ремонте. В них нет ры-
чажных направляющих приспособлений в отличие от пружинных
и торсионных рессор. Листовые рессоры бывают трех типов (рис.
21.2, 7): полуэллиптические (а), кантилеверные (6) и четвертные
(в). Форма набора листов соответствует эпюре изгибающих мо-
ментов, т. е. рессора представляет собой балку равного сопротив-
ления. Крепление рессор первых двух типов асимметричное, что
обеспечивает сопротивление крену и «клевкам» при торможении.
Коэффициент асимметрии £ = (/2 —А)//=0,1...0,3. Коэффициент
деформации полуэллиптической рессоры 5= 1,45...1,25.
Листовая рессора состоит из коренного листа, который соеди-
нен с рамой, и притянутых к нему хомутами остальных листов.
Перед сборкой листы имеют разную кривизну. Продольное сме-
щение листов ограничивают выступы, которые входят в углубле-
ния смежного листа, или центральный стяжной болт. Для сниже-
ния трения на листы наносят слой графитовой смазки или разме-
щают между ними неметаллические прокладки. Сечение рессор
бывает прямоугольным, Т-образным или трапецеидальным. Пос-
ледние обладают лучшими свойствами.
Рессору крепят к мосту стремянками с накладками, один конец
коренного листа крепят к кузову шарнирно, а другой — через
серьгу. Применяют также крепление рессор на резиновых подуш-
ках. Такое крепление не требует смазки и снижает скручивание
рессоры при перекосе рамы.
Спиральные рессоры (пружины) применяют на легковых автомо-
билях при независимой подвеске колес. Цилиндрические пружины
имеют линейную характеристику, а конические — прогрессивную.
335
Рис. 21.2. Схемы упругих элементов подвесок:
I— листовые рессоры: а — полуэллиптическая; б — кантилеверная; в — четвертная; II—
пневмоэлементы: а — двухсекционный; б, в — диафрагменные; г — рукавный
Торсионы представляют собой вал или пучок валов, скручиваю-
щийся во время воздействия дороги на подвеску. Их применяют
при независимой подвеске колес многоосных автомобилей, в при-
цепах и малолитражных автомобилях. Энергия упругой деформа-
ции торсионов в 2...3 раза больше, чем у листовых рессор.
Упругие пневматические элементы наиболее часто применяют
на автомобилях с меняющейся подрессоренной массой (автобусах,
контейнеровозах, трейлерах и т. п.). Характеристика пневматичес-
кой подвески нелинейная, параметры которой можно менять за
счет изменения давления воздуха. Высокая плавность хода может
быть получена при относительно малых перемещениях масс кузо-
ва и неподрессоренной части. Меняя давление воздуха, можно ре-
гулировать положение кузова относительно дороги, а при незави-
симой подвеске — дорожный просвет.
Баллонные и диафрагменные упругие элементы (рис. 21.2, II) из-
готовляют из двухслойных резинокордных оболочек. Для корда
используют капрон или нейлон, для наружного слоя баллона —
маслобензостойкую резину, для внутреннего слоя — каучук. Для
баллонов (рис. 21.2, II, а) характерна высокая герметичность. Од-
336
нако для работы с ними на низкочастотных колебаниях применя-
ют дополнительные резервуары. Применяя диафрагменные и ру-
кавные элементы (рис. 21.2, II, б, в, г), можно получить низкую
собственную частоту подвески. Для работы этих элементов требу-
ется меньший объем воздуха. Однако вследствие трения их обо-
лочки о поршень они быстрее изнашиваются.
Гидропневматические элементы телескопического типа переда-
ют давление газовой подушке через жидкость. Эти устройства
компактнее пневматических, так как работают при давлении до
20 МПа.
Направляющие устройства определяются схемой подвески. При
зависимой подвеске (рис. 21.3, а) оба колеса жестко соединены с
балкой моста. При изменении положения одного из колес по вы-
соте меняется угол Л. В этом случае при вращении колеса возника-
ет гироскопический эффект, стремящийся вернуть ось в предыду-
щее положение, что приводит к износу шин и осей.
При независимой подвеске (рис. 21.3, б...д) каждое колесо под-
рессорено отдельно. При однорычажной подвеске (рис. 21.3, б) в си-
стеме также действует гироскопический эффект. При двухрычаж-
ной подвеске параллелограммной (рис. 21.3, в) и трапециевидной с
рычагами разной длины (рис. 21.3, г) углового перемещения коле-
са нет, но возникает боковое смещение А/, которое приводит к бо-
ковому износу колес.
г
Рис. 21.3. Схемы подвесок:
а — зависимая; б — независимая
однорычажная; в, г — независимые
двухрычажные с рычагами одина-
ковой и разной длины; д — незави-
симая рычажно-телескопическая
337
Рис. 21.4. Схемы балансирных подвесок:
а — четырехрессорная с балансиром; б— двух-
рессорная с жесткой балансирной балкой; в —
с балансирными рессорами и реактивными
штангами
На легковых автомобилях
широко применяют рычажно-
телескопическую подвеску «кача-
ющаяся свеча» (рис. 21.3, д). Она
обеспечивает незначительное из-
менение колеи и развала колес,
имеет малую массу, большое
расстояние между опорами пра-
вого и левого колес, большой ход
по высоте.
Балансирные подвески (рис.
21.4) применяют на многоосных
автомобилях. Подвески с корот-
ким балансиром (рис. 21.4, а) ис-
пользуют на полуприцепах и ав-
томобилях с колесной формулой
6x2. В подвеске, изображенной
на рисунке 21.4, б, под листовой рессорой установлен большой ба-
лансир, а над ним — реактивные тяги (в автомобилях МАЗ). В схе-
ме на рисунке 21.4, в сама рессора является балансиром, а сверху и
снизу установлены реактивные штанги, ограничивающие про-
дольные перемещения мостов (в автомобилях ЗИЛ, КАЗ, КрАЗ,
УралАЗ).
Стабилизаторы. При повороте автомобиля под действием цент-
робежной силы кузов накреняется, положение центра масс изме-
няется, что может привести к опрокидыванию. Для компенсации
этого явления подвеска должна иметь угловую жесткость в попе-
речном направлении, что достигается установкой стабилизаторов.
Часто стабилизатор представляет собой торсион, который при на-
клоне кузова закручивается. На легковых автомобилях стабилиза-
тор устанавливают на переднем мосту и редко — на заднем. Иног-
да функцию стабилизатора на задней подвеске выполняет U-об-
разная задняя балка (в автомобилях ВАЗ).
21.3. АМОРТИЗАТОРЫ
Амортизаторы гасят колебания подрессоренной и неподрессо-
ренной масс автомобиля за счет дросселирования жидкости через
калиброванные отверстия в специальных шайбах. Образующаяся
338
теплота трения жидкости рассеивается через корпус амортизатора.
В независимых подвесках амортизатор часто используют как на-
правляющий элемент.
Требования к амортизаторам: обеспечение плавности хода ав-
томобиля, его устойчивости и управляемости; уменьшение крена
кузова при резком торможении и разгоне; предотвращение отрыва
колес от дороги при толчках. Различают амортизаторы односто-
роннего действия, которые гасят колебания при ходе отбоя рессо-
ры, и двустороннего действия, которые гасят колебания и при сжа-
тии, и при ходе отбоя рессоры. Сопротивление протеканию жид-
кости при ходе сжатия в 2...5 раз меньше, чем при ходе отбоя, т. е.
основную энергию колебания при ходе сжатия воспринимает рес-
сора, а при ходе отбоя — амортизатор.
По конструкции амортизаторы бывают рычажные и телескопи-
ческие, а по применяемому в них материалу сжатия — жидко-
стные, газонаполненные и комбинированные. В основном применя-
ют телескопические амортизаторы, так как у них небольшие дав-
ление (2,5...5 МПа по сравнению рычажными, у которых
10...20 МПа) и масса, значительный ресурс, а допустимый устано-
вочный угол наклона менее 45°.
Телескопический двухтрубный амортизатор состоит из рабочего
цилиндра 7 (рис. 21.5) и резервуара. Полость В между ними запол-
няется амортизаторной жидкостью, вытесняемой из полости рабо-
чего цилиндра. В верхней части амортизатора установлено уплот-
нение штока (сальник) из маслобензостойкой резины, поджатой
конической пружиной. Сальник имеет ряд кольцевых гребешков,
которые служат гидравлическим уплотнением.
При сжатии рессоры поршень 4 (рис. 21.5, а) движется вниз,
выжимая жидкость из полости А в полость Б через перепускной
клапан 3. При малой скорости поршня жидкость проходит через
отверстия перепускного клапана, а при большой — добавочно от-
крывается разгрузочный клапан 8. Проходя через отверстия кла-
панов, жидкость дросселируется, создавая сопротивление движе-
нию поршня. Объем жидкости, соответствующий объему штока,
вытесняется в корпус резервуара.
При ходе отбоя рессоры поршень перемещается вверх (рис.
21.5, б), жидкость закрывает клапан 3, открывает клапан отбоя 5,
создавая значительное сопротивление перетеканию жидкости из
полости Б в полость А. Освободившийся объем полости А, соот-
ветствующий объему штока, заполняется жидкостью из резервуара
через всасывающий клапан 7.
Характеристика амортизатора нелинейная (рис. 21.5, в). Основ-
ное количество энергии поглощается при ходе отбоя — гасятся ко-
лебания рессоры. У легковых автомобилей различие сопротивле-
ний сжатия и отбоя меньше, чем у грузовых.
Телескопический газонаполненный амортизатор имеет компенса-
ционную полость 6, составляющую примерно 1/3 общего объема.
339
Она заполнена газом и отделена от жидкостной полости плаваю-
щим поршнем 5 (рис. 21.6) с кольцевым уплотнением 9. Давление
газа составляет 0,6...0,8 МПа. Амортизатор работает аналогично
жидкостному. Колебания гасятся газовой подушкой за счет пере-
текания жидкости через калиброванные каналы 75 переменного
сечения в поршне 77. При сжатии рессоры (рис. 21.6, 6) открыва-
ется пластинчатый клапан 75 с шайбой 14. При отбое клапан 75
отжимается от шайбы 14 и через вырезы шайбы 72 жидкость пере-
текает. За счет дросселирования создается сопротивление. При
больших скоростях движения поршня (резких колебаниях) гаше-
ние происходит в основном за счет газовой подушки. Разница
объемов при перемещении поршня и колебаниях температуры
воспринимается газом. Эти амортизаторы имеют один цилиндр,
лучше охлаждаются, жидкость в них меньше вспенивается при вы-
соких скоростях движения поршня. Амортизатор можно устано-
вить в любом положении.
Чтобы обеспечить требуемую плавность движения автомоби-
ля в различных дорожных условиях, необходимо регулировать
подвеску. Для этого меняют ее характеристики и параметры,
Рис. 21.5. Схема работы амортизатора:
а — сжатие рессоры; б — отбой рессоры; в — характеристика амортизатора; А, Б, В— полости;
1 — рабочий цилиндр; 2— корпус резервуара; 3 — перепускной клапан; 4 — поршень; 5 — кла-
пан отбоя; 6— пружина; 7—всасывающий клапан; 8— разгрузочный клапан
340
Рис. 21.6. Газонаполненный амортиза-
тор:
а —общий вид; б — сжатие; в —отбой рессо-
ры; 1 — уплотнение штока; 2—запорное
кольцо; 3 — резиновая шайба; 4—упорное
кольцо; 5, 6—полости; 7—корпус; <Р—пла-
вающий поршень; 9—уплотнение; 10— болт;
11 — поршень; 12 — дроссельная шайба; 13—
клапан; 14 — опорная шайба; 75—пружина;
16 — шток; 77 — направляющая штока
чем достигаются регулирова-
ние положения кузова относи-
тельно дороги и стабилизация
собственной частоты колеба-
ний подвески для каждого
вида вынужденных колебаний.
Регулировать можно лишь
пневматические и гидропнев-
матические подвески, изменяя
давление жидкости или газа в
упругом элементе. В этом слу-
чае гидро- и пневмосистема
подвески должна быть регули-
руемая. В ее составе должен быть насос или компрессор. Для
управления работой такой подвески различных мостов или ко-
лес применяют электронику.
21.4. ПОДВЕСКИ РАЗЛИЧНЫХ АВТОМОБИЛЕЙ
Подвеска автомобиля ГАЗ-53-12. Передняя подвеска (рис. 21.7,
а) состоит из двух рессор 11, каждая из которых прикреплена к раме
2 посредством двух кронштейнов 1 и 6 через резиновые подушки 12
и 7, завулканизированные в чашки. Передние концы неподвижны,
а задние могут скользить между двумя резиновыми вкладышами.
Под передний конец установлена дополнительная поперечная ре-
зиновая подушка 13 для восприятия усилий при торможении. Рес-
сорные листы стянуты центральным болтом 9 и хомутами. С мос-
том рессора соединена стремянками 10. Сжатие рессоры ограниче-
но резиновым буфером 8. Колебания рессоры поглощаются теле-
скопическим двухтрубным амортизатором 4. Проушины
амортизатора крепят к кронштейну крепления рессоры и кронш-
тейну 3 пальцами через резиновые втулки 5, поджатые гайкой.
341
5
Рис. 21.7. Передняя (а) и задняя (0 подвески автомобиля ГАЗ-53-12:
1, 3, 6, /^—кронштейны; 2—рама; 4 — амортизатор; 5—резиновые втулки; 7, 12, /3—рези-
новые подушки; 8— буфер; 9—центральный болт; 10— стремянка; // — рессора; /5—под-
рессорник
Задняя подвеска (рис. 21.7, б) состоит из двух рессор с подрес-
сорниками 75. Каждый блок прикреплен к мосту стремянками 10,
а к раме — аналогично переднему мосту через резиновые подушку
13 и буфер 8. Подрессорник опирается на кронштейны 14 при
прогибе основной рессоры на 60 %.
Подвеска автомобиля КамАЗ-5320. Передняя подвеска зависи-
мая рессорная. Над средней частью рессоры установлен резино-
вый буфер. К скользящему концу коренного листа приклепана на-
кладка, предотвращающая его износ, а к пальцам сухарей болтами
прикреплены вкладыши, которые предотвращают износ кронш-
тейнов.
342
Задняя подвеска балансирная с двумя полуэллиптическими
Т-образного сечения рессорами 4 (рис. 21.8), стянутыми хомутами
5. Каждая рессора прикреплена стремянками 8 к кронштейну 6
оси балансира. Передними концами рессоры опираются на сред-
ний мост 1, а задними — на задний мост 10. Толкающие силы и
реактивные моменты воспринимаются шестью реактивными
штангами 9, закрепленными в кронштейнах 2 и 3. Шарниры
штанг самоподжимные с уплотнительными манжетами и маслен-
ками для смазывания. Балансирное устройство состоит из двух
осей с башмаками 11. Кронштейны 6 соединены поперечной
стяжкой 13. В крышке 12 имеется отверстие для залива масла, зак-
рываемое пробкой.
Подвеска автомобиля ВАЗ-2108. Подвеска для передних веду-
щих управляемых колес рычажная телескопическая («свеча Мак-
ферсона»), для задних колес — зависимая. В чашку 2 (рис. 21.9)
верхней опорной стойки, закрепленной в кузове, упирается спи-
ральная пружина 4, нижний конец которой опирается на чашку 5
несущей амортизационной стойки 9 (телескопический амортиза-
тор). Рычаг стойки соединен с шаровой опорой 6 и со ступицей
колеса. Нижний рычаг шаровой опоры соединен с корпусом (см.
рис. 21.3, в) тягой 7. Корпус стойки соединен с поворотным рыча-
гом 8 рулевого управления. Шток амортизатора защищен кожу-
хом, внутри которого помещен буфер сжатия 3 (см. рис. 21.9).
Ось пружины смещена относительно оси стойки так, чтобы
уравновесить боковые силы, возникающие из-за плеча ось шарни-
Рис. 21.8. Задняя подвеска автомобиля КамАЗ-5320:
7 — средний мост; 2, 3 — кронштейны реактивных тяг; 4 — рессора; 5 — хомут; 6— кронштейн;
7—накладка; 8— стремянка; 9 — реактивные тяги; 10 — задний мост; 77 —башмак рессоры;
72 — крышка; 13— стяжка подвески
343
Рис. 21.9. Подвеска автомобиля
ВАЗ-2108:
7 —подшипник верхней опоры; 2—чашка
верхней опоры; 3 — буфер сжатия; 4— пружи-
на; 5—чашка нижней опоры; 6—шаровая
опора; 7—нижний рычаг; ступица; 9—
амортизаторная стойка; 10— поворотный рычаг
ра —ось колеса и вызывающие
повышенное трение штока в
стойке, ухудшающие реакцию
амортизатора на мелкие дорож-
ные неровности. Подвеска имеет
стабилизатор для повышения же-
сткости в поперечном направле-
нии для компенсации влияния
крена автомобиля.
Подвеска автомобиля ВАЗ-21213.
Подвеска рычажная трапецие-
видного типа. Ее применяют на
многих автомобилях (ГАЗ, УАЗ,
«Москвич-2140» и др.).
Подвеска переднего моста
(см. рис. 21,3, в) независимая
двухрычажная. Треугольные ры-
чаги 1 и 26 (рис. 21.10) разной
длины качаются на осях 31 и 27 с резинометаллическими шарни-
рами. Ось поворота колеса проходит через шаровые шарниры 9 и
23. Упругим элементом служит витая цилиндрическая рессора 4.
На стойке пружины установлены буферы 5 сжатия и отбоя, огра-
ничивающие перемещение рычагов и смягчающие удары на попе-
речину и лонжероны кузова 18. Амортизатор /двустороннего дей-
ствия двухтрубный жидкостной.
К направляющей части также относятся стабилизатор попереч-
ной устойчивости (штанга 19 и подушка 8) и растяжки, восприни-
мающие продольные усилия.
Подвеска заднего моста зависимая с двумя пружинами и буфе-
рами сжатия, двумя амортизаторами, установленными наклонно.
Направляющая часть имеет четыре продольные и одну попереч-
ную штангу.
344
Рис. 21.10. Подвеска переднего колеса автомобиля ВАЗ-21213:
а — общий вид; б — перемещение колеса в вертикальном направлении; 1 — нижний рычаг подвески; 2— кронштейн поперечины; 3 — опор-
ная чашка пружины; 4 — рессора; 5— буфер сжатия; 6— кронштейн крепления амортизатора; 7— амортизатор; 5— подушка штанги стаби-
лизатора; 9—нижний шарнир; 10— ступица колеса; 77 —хвостовик наружного шарнира равных угловых скоростей; 72 — поворотный ку-
лак; 13— шаровой палец; 14— защитный чехол пальца; 75—подшипник; 16— вкладыш; 77—корпус подшипника шарового пальца; 75-
лонжерон кузова; 19— штанга стабилизатора; 20— растяжка; 27 — кронштейн; 22— шайбы; 23— верхний шаровой шарнир; 24— подушки
крепления штока амортизатора; 25 — шток амортизатора; 26— верхний рычаг; 27—ось верхнего рычага; 28— верхняя опорная чашка пру-
жины подвески; 29— кронштейн крепления растяжки поперечины; 30— резинометаллический шарнир; 31 — ось нижнего рычага подвески
21.5. ВОЗМОЖНЫЕ НЕИСПРАВНОСТИ И ТЕХНИЧЕСКОЕ
ОБСЛУЖИВАНИЕ ПОДВЕСОК
В процессе эксплуатации автомобиля могут возникать следую-
щие неисправности подвески:
в рессорах — обломы, трещины и снижение упругости листов
рессор, износ листов, резиновых подушек, хомутов, пальцев верх-
них и нижних опор, серег;
у амортизаторов — засорение клапанов, износ штока и поршня
цилиндров, подтекание жидкости;
в направляющем устройстве и стабилизаторах — износ шаро-
вых соединений, резиновых втулок.
Неисправные рессоры заменяют или ремонтируют. При сборке
листы смазывают графитной смазкой.
Если не исправен амортизатор, то колебания машины при толч-
ках продолжаются длительное время. Для устранения подтекания
жидкости затягивают гайки резервуара (сальника) или разбирают
амортизатор и заменяют сальник. При сборке его смазывают смаз-
кой ЦИАТИМ-201. Клапаны амортизаторов нельзя менять места-
ми. После сборки заливают свежую жидкость (веретенное масло
АУ или жидкость АЖ-12Т). Для замены жидкости без разборки
амортизатора его устанавливают вертикально, зажав в тисках за
нижнюю проушину, и вытягивают шток в верхнее положение. За-
тем отворачивают гайку резервуара и вынимают шток с поршнем.
Нужное количество жидкости (по инструкции к автомобилю) за-
ливают в цилиндр. Оставшуюся жидкость сливают в резервуар и
собирают амортизатор.
При ТО-1 очищают рессоры от грязи, смазывают их пальцы,
проверяют крепление рессор, амортизаторов, втулок, подушек и
кронштейнов подвесок. При ТО-2 дополнительно проверяют на-
личие перекоса мостов и состояние рамы.
Контрольные вопросы и задания
1. Для чего предназначены подвески и их составные части? 2. Какие показате-
ли определяют плавность хода автомобиля? 3. Чем различаются зависимая и неза-
висимая подвески? 4. Какие преимущества имеет подвеска «качающаяся свеча»?
5. Каково назначение реактивных тяг подвески, стабилизатора, амортизатора?
6. Как работает амортизатор при ходе сжатия и ходе отбоя? 7. В чем преимущества
газонаполненного амортизатора? 8. Перечислите операции ТО-1 для подвесок.
Раздел V
УПРАВЛЕНИЕ МАШИНАМИ
•
Глава 22
РУЛЕВОЕ УПРАВЛЕНИЕ
22.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Рулевое управление предназначено для обеспечения движения
автомобиля по заданному водителем направлению. Оно в значи-
тельной степени обеспечивает безопасность движения. В связи с
этим к рулевому управлению предъявляют высокие требования:
обеспечение минимального радиуса поворота с целью получения
хорошей маневренности автомобиля; легкость управления, оцени-
ваемая усилием на рулевом колесе; силовое и кинематическое сле-
дящее действие, т. е. пропорциональность между усилием на руле-
вом колесе и моментом сопротивления повороту управляемых ко-
лес и заданное соответствие между углом поворота рулевого коле-
са и углом поворота управляемых колес; предотвращение
передачи ударов на рулевое колесо при наезде управляемых колес
на препятствие; качение управляемых колес с минимальным бо-
ковым уводом и скольжением при повороте автомобиля; стабили-
зация повернутых управляемых колес, обеспечивающая их возвра-
щение в положение, соответствующее прямолинейному движе-
нию, при отпущенном рулевом колесе; отсутствие автоколебаний
управляемых колес при работе автомобиля в любых условиях и на
любых режимах движения; высокая надежность всех узлов и дета-
лей.
На большинстве автомобилей управление осуществляется по-
воротом управляемых колес. Управление при помощи складыва-
ния в горизонтальной плоскости элементов транспортных средств
применяют в автопоездах, состоящих из одноосных автомобиля-
тягача и прицепа, например МоАЗ-6401-9585. Управление при по-
мощи торможения колес одного борта или их вращением в сторо-
ну, противоположную движению, применяется только на некото-
рых многоосных автомобилях.
В зависимости от принятого в стране направления движения
различают левое и правое рулевое управление. Левое управление
принято в странах с правосторонним движением (Россия, США и
др.), а правое управление — в странах с левосторонним движением
(Великобритания, Япония и др.).
В двух- и трехосных автомобилях, как правило, делают управ-
347
8.
Рис. 22.1. Схема рулевого управления при зависимой подвеске:
7 —рулевое колесо; 2—поворотные рычаги; 3 — поперечная тяга; 4—поворотная цапфа; 5—
рычаг; 6— продольная тяга; 7—сошка; редуктор рулевого механизма; 9—рулевой вал;
10— балка моста
ляемыми передние колеса. Для повышения маневренности и про-
ходимости иногда делают управляемыми и колеса задней оси. В
четырехосных автомобилях управляемыми могут быть колеса пе-
редних двух осей или передней и задней осей.
Рулевое управление состоит из рулевого механизма и рулевого
привода (рис. 22.1). Рулевой механизм служит для передачи уси-
лия от водителя к рулевому приводу и для увеличения вращающе-
го момента, приложенного к рулевому колесу. Составные части
механизма: рулевое колесо 1, вал 9 и редуктор 8. Рулевой привод
предназначен для передачи усилия от рулевого механизма к уп-
равляемым колесам и обеспечения необходимого соотношения
между углами их поворота. Рулевой привод состоит из системы
рычагов и тяг с шарнирами: сошки 7, продольной тяги 6, рычага 5,
поворотной цапфы 4, поперечной тяги 3 и поворотных рычагов 2.
Рычаги 2 и поперечная тяга 3 вместе с балкой моста образуют ру-
левую трапецию.
22.2. РУЛЕВЫЕ МЕХАНИЗМЫ
К рулевым механизмам предъявляют следующие требования:
высокий КПД; обратимость рулевой пары, чтобы не было препят-
ствий стабилизации управляемых колес; обеспечение минималь-
ного зазора в среднем положении вала сошки, соответствующем
348
прямолинейному движению автомобиля; заданный характер изме-
нения передаточного числа; минимальное число регулировок.
От рулевого механизма зависит легкость управления. Различа-
ют прямой КПД рулевого механизма (при передаче усилия от ру-
левого колеса к сошке) и обратный (при передаче усилия от со-
шки к рулевому колесу). Чем больше прямой КПД, тем меньше
потери в рулевом механизме при повороте управляемых колес и,
следовательно, легче управлять автомобилем. Обратный КПД ха-
рактеризует обратимость рулевого механизма. Чем меньше обрат-
ный КПД, тем больше снижается момент на рулевом колесе, воз-
никающий под действием случайных боковых сил, действующих
на управляемые колеса.
Как прямой, так и обратный КПД зависят от конструкции ру-
левого механизма. Значения прямого КПД 0,6...0,95, обратного —
0,55...0,85.
Долговечность работы рулевого механизма зависит от зазоров в
передаче и их изменения за полный оборот рулевого колеса. При
прямолинейном движении автомобиля передача должна быть без-
зазорной в средней части зацепления и может иметь зазоры по
концам, т. е. при повороте автомобиля. На рисунке 22.2 показана
оптимальная характеристика зазора Д$ в зацеплении рулевой
пары.
Несущая способность рулевого механизма характеризуется в
основном нагрузкой на управляемые колеса автомобиля. Показа-
телями несущей способности рулевых механизмов являются диа-
метр вала сошки (выходного вала) и максимальный поворачиваю-
щий момент на валу сошки Мстах-
Важнейший показатель рулевых механизмов всех типов — пе-
редаточное число /м, представляющее собой отношение прираще-
ния угла поворота рулевого вала к соответствующему приращению
угла поворота вала сошки. С целью обеспечения воздействия на
рулевое колесо в требуемых пределах или изменения чувствитель-
ности автомобиля к изменению поворота рулевого колеса приме-
няют рулевые механизмы с переменным передаточным числом
(рис. 22.3). При углах поворота рулевого колеса в пределе ±90° от
его нейтрального положения передаточное число должно быть
увеличено для повышения точности управления и снижения уси-
Рис. 22.2. Характеристика зазора в
рулевом механизме:
Д5 — зазор в зацеплении рулевой пары; а —
угол поворота рулевого колеса
349
а, град
Рис. 22.3. Рекомендуемое изменение
передаточного числа рулевого меха-
низма:
/м — передаточное число рулевого механиз-
ма; а — угол поворота рулевого колеса
лия на рулевом колесе. При других углах поворота рулевого колеса
для обеспечения повышенной скорости поворота автомобиля же-
лательно уменьшить передаточное число.
В таблице 22.1 даны передаточные числа рулевых механизмов
некоторых автомобилей.
22.1. Передаточные числа рулевых механизмов
Легковые автомобили Грузовые автомобили Автобусы
Модель Передаточ- ное число Модель Передаточ- ное число Модель Передаточ- ное число
ВАЗ-1111 «Ока»* 126/3,25 УАЗ-3741 20,3 УАЗ-2206 20,3
ВАЗ-2105 16,4 ГАЗ-3307 21,3 РАФ-2203 19,1
ВАЗ-2108* 151/3,65 ЗИЛ-431410 20 «Латвия» 21
ИЖ-2126 20,3 MA3-5337 23,55 ЗИЛ-3207
ГАЗ-3102 19,1 КамАЗ-5320 20 «Юность»
ГАЗ-14 «Чайка» 18,2 КрАЗ-250 23,6 КаВЗ-3976 21,3
ЗИЛ-4140 20,8 Урал-4320 21,5 ПАЗ-672М 20,5
ЛуАЗ-1302 17 КамАЗ-4310 20 ПАЗ-3205 23,55
«Волынь» КрАЗ-255 23,6 ЛАЗ-695Н 23,5
ВАЗ-2121 «Нива» 16,4 БелАЗ-548А 40,4 ЛАЗ-699Р 23,6
УАЗ-3151 20,3 ЛиАЗ-677М 21,5
ЛиАЗ-5256 23,6
*В числителе — ход рейки, в знаменателе — число оборотов рулевого колеса.
Момент сопротивления повороту управляемых колес, Н • м,
для оси с двумя управляемыми колесами можно рассчитать по
формуле
Л/r ~ ^ц^Лтр^у^к/Au j
или
Мк =(0,70-0,75X1
где ц — коэффициент трения при повороте шины относительно опорной поверх-
ности: ц = 0,7...0,9 для сухого асфальтобетонного покрытия; г|тр — коэффициент,
350
учитывающий трение в шкворневых узлах и шаровых шарнирах рулевого привода:
Птр = 0,9...0,93; А — эмпирический коэффициент: Л = 2,1 для диагональных шин;
GK — нагрузка на одно управляемое колесо, Н; рш — давление в шине, МПа; Fo —
площадь отпечатка шины на опорной поверхности, м2.
Сила, прикладываемая к рулевому колесу, Н,
Р— 2Л/к/(/м/р.птт|р м),
где /м — передаточное число рулевого механизма; zp n — передаточное число руле-
вого привода; г—средний радиус обода рулевого колеса, м; Пр,„ — КПД рулевого
механизма.
Существует несколько типов рулевого механизма: червяк —
ролик, червяк — сектор, винт — шариковая гайка и шестерня —
рейка.
На рисунке 22.4 показан рулевой механизм типа червяк — ро-
лик, установленный на автомобиле ГАЗ-53-12. В картере 1 рулево-
го механизма на двух конических роликовых подшипниках враща-
ется глобоидальный червяк 5, установленный на конце бала 10 ру-
левого колеса. В зацепление с червяком входит трехгребневый ро-
лик 3, вращающийся на двух игольчатых подшипниках. Между
подшипниками установлена распорная втулка. Ось 9 ролика зак-
реплена в головке вала 2 рулевой сошки. Опорами вала рулевой
сошки служат с одной стороны роликовый подшипник, а с дру-
гой — бронзовая втулка 75. Рулевая сошка 14 соединена со своим
валом мелкими коническими шлицами и закреплена гайкой. Ко-
нец вала рулевой сошки уплотнен сальником 13. Для регулировки
затяжки подшипников рулевого вала под нижней крышкой карте-
ра установлены прокладки 4.
Рис. 22.4. Рулевой механизм типа червяк — ролик:
/—картер механизма; 2—вал сошки; 3 — трехгребневый ролик; 4— прокладка; 5—червяк;
6 — пробка; 7— стопорная шайба; 8— колпачковая гайка; 9— ось ролика; 10— вал руля; 11 —
регулировочный винт; 72—стопорный штифт; 13— сальник; 14— рулевая сошка; 15— брон-
зовая втулка; 16— роликовый подшипник
351
Зацепление рабочей пары рулевого механизма выполнено та-
ким образом, что при прямолинейном движении автомобиля сво-
бодный ход рулевого колеса отсутствует. По мере поворота руля в
ту или иную сторону зазоры между червяком и роликом и свобод-
ный ход рулевого колеса увеличиваются. Зацепление червяка с ро-
ликом регулируют смещением вала рулевой сошки в осевом на-
правлении с помощью регулировочного винта 77. Винт установ-
лен в боковой крышке картера рулевого механизма, закрыт кол-
пачковой гайкой 8 и фиксируется стопорной шайбой 7,
закрепленной штифтом 12.
Рулевой механизм типа червяк — ролик обеспечивает наимень-
шие потери на трение. Благодаря этому требуется меньшее усилие
водителя на управление и снижается износ деталей.
На автомобилях большей грузоподъемности применяют руле-
вой механизм типа червяк — сектор с большей поверхностью за-
цепления или механизм с двумя рабочими парами типа винт —
гайка и рейка — сектор.
На рисунке 22.5 изображен рулевой механизм типа винт — гай-
ка и рейка —сектор автомобиля ЗИЛ-431410. Вал рулевого меха-
низма установлен в шариковых подшипниках 75 и имеет на конце
винт 72. На винте закреплена шариковая гайка 14, входящая в
поршень — рейку 10. При повороте рулевого вала поршень — рей-
ка перемещается вдоль его оси. Осевое перемещение поршня-
рейки, имеющей на наружной поверхности зубья, вызывает пово-
рот зубчатого сектора 23, установленного на валу сошки. Сошка 24
через рулевой привод осуществляет поворот передних колес.
В гайке 14 и винте 72 выполнены полукруглые винтовые канав-
ки, в которых свободно перекатываются шарики 13. Чтобы шари-
ки не выпадали из винтовых канавок, в пазы гайки вставлены
штампованные направляющие, представляющие собой замкнутый
желоб. Поворот винта вызывает перекатывание шариков по жело-
бу. При этом они выходят с одной стороны гайки и возвращаются
в нее с противоположной стороны. Наличие шариков значительно
облегчает поворот рулевого механизма.
Реечные рулевые механизмы все чаще применяют на легковых
автомобилях. Их преимущества: простота и компактность конст-
рукции, наименьшая стоимость по сравнению с другими рулевы-
ми механизмами и высокий КПД (0,9...0,95).
На рисунке 22.6 показан реечный рулевой механизм автомобиля
ВАЗ-2108. В приливах картера 18рулевого механизма на роликовом
29 и шариковом 31 подшипниках установлена приводная шестерня
30, которая находится в зацеплении с рейкой 77. Рейка поджимает-
ся к шестерне пружиной 40 через упор 39, пружина упирается в
гайку 41 со стопорным кольцом 38. Другим концом рейка опирает-
ся на втулку 16 с двумя уплотнительными кольцами 75.
На картере 18 рулевого механизма и чехле 36 имеются метки А
и Б для правильной сборки рулевого механизма. На картер руле-
352
Рис. 22.5. Рулевой механизм типа винт—гайка и рейка—сектор:
/—поворот направо; //—нейтральное положение; ///—поворот налево; /—шкив привода насоса; 2— насос гидроусилителя; 5 —
бачок насоса; 4—фильтр; 5 — предохранительный клапан фильтра; б—линия слива; 7—перепускной клапан; предохранитель-
ный клапан; Р—трубопровод высокого давления; 10— поршень — рейка; /7 —картер рулевого механизма; 12— винт; 13— шарик;
14— шариковая гайка; /5—упорные шарикоподшипники; 16- корпус клапана управления; /7—обратный клапан; 18— золотник;
19— регулировочная гайка; 20— пружинная шайба; 2/ —пружина реактивного плунжера; 22—реактивный плунжер; 23— зубчатый
сектор; 24— сошка; 25—статор насоса; 26— ротор насоса; 27—полость всасывания; 28— полость нагнетания; 29— лопасти
23'
Рис. 22.6. Реечный рулевой механизм:
У —наконечник тяги; 2—шаровой шарнир; 3 — поворотный рычаг; 4— гайка; 5—трубчатая
тяга; 6, 8—тяги; 7—болты; 9— скоба; 10— резиновая опора; 11 — защитный чехол; 12— со-
единительная пластина; 13 — стопорная пластина; 14 — резинометаллический шарнир; 15—
уплотнительное кольцо; 16— втулка; /7—рейка; 18— картер рулевого механизма; 79—стяж-
ной болт; 20— эластичная муфта; 21 — кожух; 22—демпфирующий элемент; 23 — рулевое ко-
лесо; 24 — подшипник; 25—вал; 26— кожух; 27—кронштейн; 28— защитный колпачок; 29,
31 — подшипники; 30— шестерня; 32— стопорное кольцо; 33 — защитная шайба; 34— уплот-
нительное кольцо; 35— гайка; 36— чехол; 37— резиновое кольцо; 38— стопорное кольцо;
39— упор; 40— пружина; 41— гайка
вого механизма с левой стороны надевается защитный колпачок
28, с правой стороны напрессовывается труба, имеющая продоль-
ный паз. Через паз трубы и отверстия защитного чехла 77 прохо-
дят болты 7 крепления тяг 6 и 8 рулевого привода к рейке. Болты
проходят через резинометаллические шарниры 14, запрессованные
в головку наконечников тяг, и соединительную пластину 12. Фик-
сируются болты стопорной пластиной 13. Ход рейки в одну сторону
ограничивается кольцом, напрессованным на рейку, а в другую сто-
рону—втулкой резинометаллического шарнира тяги. При этом
кольцо и втулка упираются в картер рулевого механизма.
Рулевой вал соединен с приводной шестерней 30 эластичной
муфтой 20.
354
22.3. УСИЛИТЕЛИ РУЛЯ
Усилители предназначены для снижения усилия на рулевом
колесе и повышения безопасности движения автомобиля, так как
помогают удерживать управляемые колеса в заданном положении
при действии со стороны дороги неуравновешенных сил.
Конструкция усилителя должна удовлетворять ряду требова-
ний: обладать следящим действием, высокой чувствительностью и
достаточным запасом динамической устойчивости, который выра-
жается в отсутствии автоколебаний управляемых колес; обеспечи-
вать возможность управления автомобилем в случае выхода усили-
теля из строя; не допускать включение усилителя от случайных
воздействий со стороны дороги при прямолинейном движении.
Кинематическое слежение заключается в повороте управляе-
мых колес в соответствии с поворотом рулевого колеса и его на-
правлением. Силовое слежение обеспечивает пропорциональ-
ность усилия на рулевом колесе усилию, необходимому для пово-
рота управляемых колес. Чувствительность усилителя оценивают
по углу поворота рулевого колеса, соответствующему повышению
давления в системе до максимального.
Различают гидравлические и пневматические усилители. Они
состоят из источника энергии (блока питания), распределителя,
исполнительного механизма и соединительных трубопроводов.
Блок питания гидроусилителя представляет собой гидронасос с
баком и аккумулятором, а пневмоусилителя — компрессор с реси-
верами. С помощью распределителя осуществляется подвод энер-
гии к исполнительному механизму — гидроцилиндру. В нем дав-
ление жидкости или сжатого воздуха преобразуется в усилие на
штоке, передающееся на управляемые колеса.
Насосы гидроусилителей рулевого управления должны обеспе-
чивать: необходимую подачу, определяемую расчетной скоростью
поворота рулевого колеса; требуемое давление; достаточные дол-
говечность и безотказность.
Наиболее распространены пластинчатые (лопастные) насосы.
Они развивают давление 6,5...8,5 МПа при частоте вращения
«max = 4800 мин-1. На грузовых автомобилях большой грузоподъ-
емности устанавливают шестеренные насосы НШ-10Е и НШ-46Д,
развивающие максимальное давление 8...10 МПа при
«шах = 2300 мин-1.
Пластинчатый насос гидроусилителя рулевого управления, ус-
танавливаемый на автомобилях ЗИЛ, изображен на рисунке 22.7.
Статор 7 насоса имеет по две полости нагнетания и слива, кото-
рые разделены лопастями, вращающимися в пазах ротора 6. В
крышке насоса размещен клапан расхода 1, ограничивающий по-
дачу насоса с повышением частоты вращения коленчатого вала
двигателя. Жиклер 5 обеспечивает перепад давления до и после
него вследствие дросселирования. Перепад давления пропорцио-
355
Из сливной
магистрали
В нагнета-
тельную
магистраль
7 6 5 4 3
Рис. 22.7. Пластинчатый насос гидроусилителя рулевого управления:
1 — клапан расхода; 2— корпус; 3 — уравновешивающая пружина; 4 — предохранительный
клапан; 5—жиклер; 6—ротор; 7—статор; 8— приводной вал; 9—бачок; 10— сапун
нален квадрату расхода жидкости через жиклер и не зависит от
давления в нагнетательной магистрали. Пружина 3 уравновешива-
ет создаваемое усилие на клапане 1. С увеличением частоты вра-
щения ротора перепад давления также увеличивается и клапан
сдвигается вправо, сжимая пружину 3 и перепуская часть жидко-
сти во всасывающую магистраль. Внутри клапана расхода распо-
ложен предохранительный клапан 4, отрегулированный на давле-
ние 6,5 МПа.
Шестеренный насос гидроусилителя (рис. 22.8) состоит из кор-
пуса 4, крышек 7 и 7, шестерен 3 и 5 и клапанной группы, обеспе-
чивающей постоянный расход рабочей жидкости и ограничиваю-
щей максимальное давление в системе гидроусилителя.
356
При вращении шестерен жидкость переносится из полости вса-
сывания в полость нагнетания насоса. Основная деталь перепуск-
ного клапана — золотник 22, перемещающийся в направлении оси
гильзы 14, установленной в отверстии задней крышки 1.
Положение золотника определяется разностью усилий, дей-
ствующих на противоположные торцы золотника. Одно из этих
усилий создается пружиной 16, а другое — давлением рабочей
жидкости, находящейся в полости А клапана. Эта полость соеди-
нена с полостью нагнетания насоса отверстием Б, и, следователь-
но, давление в полости А меняется с изменением частоты враще-
ния коленчатого вала двигателя. При увеличении частоты враще-
ния коленчатого вала давление в полости А увеличивается и золот-
ник 22, преодолевая усилие пружины 16, смещается в сторону
пружины. При этом кромка золотника переходит за кромку гиль-
зы и образуется щель, соединяющая через отверстие Г в крышке
полость А клапана с полостью всасывания насоса. В результате
полости нагнетания и всасывания насоса сообщаются между со-
бой через отверстие Б в крышке насоса, полость А клапана, щель
золотника и отверстие Г. Это позволяет сохранить неизменным
расход жидкости в системе гидроусилителя, несмотря на увеличе-
ние частоты вращения коленчатого вала двигателя.
Рис. 22.8. Шестеренный насос гидроусилителя рулевого управления:
Л —полость перепускного клапана; Б — калиброванное отверстие; В— полость клапана; Г,
Д— соединительные отверстия; £—дренажные отверстия; 7, 7—соответственно задняя и пе-
редняя крышки; 2—подшипник скольжения; 3—шестерня; 4— корпус; 5—вал-шестерня;
6— колесо привода; 8, 10— фильтры; 9—бачок; 77—предохранительный клапан; 72—кол-
лектор насоса; 73 —трубка бачка; 14— гильза; 75—уплотнительное кольцо; 16— пружина;
77—седло для клапана ограничения давления; 18— регулировочная шайба; 79—шарик кла-
пана ограничения давления; 20, 27 — пружины клапана ограничения давления; 22 — золотник
357
Клапан ограничения давления срабатывает при давлении в на-
порной магистрали насоса больше 8,5...9 МПа. С напорной магис-
тралью насоса соединена полость В клапана, которая, в свою оче-
редь, сообщается с полостью А через калиброванное отверстие Б и
с полостью гильзы 14 через дренажные отверстия Е. Увеличение
давления в напорной магистрали вызывает повышение давления в
полости В и, следовательно, в полости гильзы 14. Давление жид-
кости в полости гильзы создает усилие на торец золотника 22, ко-
торое действует в направлении закрытия перепускного клапана.
Однако это же усилие открывает клапан ограничения давления,
переместив шарик 19 и соответственно сжав пружину 21. Открыв-
шийся клапан вызывает снижение давления в полости гильзы, что
приводит к открытию перепускного клапана и падению давления
в напорной магистрали насоса до требуемого значения. После это-
го клапан ограничения давления закрывается.
На рисунке 22.9 показана схема рулевого управления с усили-
телем. При повороте рулевого колеса 13, например вправо, сошка
12 рулевого механизма 14 повернется по ходу часовой стрелки и
сместит золотник 9 распределителя 8 назад по отношению к при-
нятому направлению движения автомобиля. В результате жид-
кость от насоса 2 подается через распределитель в полость А и гид-
роцилиндр /начинает поворачивать управляемые колеса 4вправо.
При этом полость Б цилиндра
соединена со сливной магист-
ралью 1.
После прекращения поворо-
та рулевого колеса управляемые
колеса под давлением рабочей
жидкости на поршень цилинд-
ра продолжают поворачиваться
направо. Под действием рычага
5 или тяги 3 корпус распредели-
теля смещается назад и пере-
крывает доступ жидкости в по-
лость А цилиндра усилителя.
Поворот управляемых колес
прекращается. Таким образом,
управляемые колеса поворачи-
ваются в соответствии с пово-
Рис. 22.9. Схема рулевого управления
с усилителем:
7 —сливная магистраль; 2—насос; 3 —
тяга; 4—управляемые колеса; 5—рычаг;
6, 10— реактивные камеры; 7—гидроци-
линдр; распределитель; 9— золотник;
77 — нагнетательная магистраль; 72 — со-
шка; 13— рулевое колесо; 14— рулевой
механизм
ротом рулевого колеса. Кине-
матическое следящее действие
усилителю придает обратная
связь (рычаг 5 и тяга 3), кото-
рой управляемые колеса соеди-
няются с корпусом распредели-
теля.
Силовое следящее действие
358
Рис. 22.10. Схемы компоновки усилителей:
/ — распределитель; 2 — гидроцилиндр; 3— рулевой
механизм
достигается введением реактивных элементов: камер или плунже-
ров. В схеме, показанной на рисунке 22.9, силовое слежение дос-
тигается с помощью реактивных камер би 10, в которые через ка-
либрованные отверстия поступает жидкость из нагнетательной
магистрали. Она воздействует на правый или левый торец золот-
ника 9 в зависимости от направления поворота автомобиля. В ре-
зультате усилие, необходимое для смещения золотника, оказыва-
ется зависящим от давления в нагнетательной магистрали 11, ко-
торое, в свою очередь, определяется моментом сопротивления по-
вороту управляемых колес. С его увеличением повышается
давление в гидроцилиндре и реактивной камере распределителя,
препятствующее смещению золотника и способствующее его уста-
новке в нейтральное положение.
В зависимости от относительного расположения элементов
различают четыре схемы компоновки усилителей (рис. 22.10).
При первой схеме распределитель, гидроцилиндр и рулевой
механизм выполнены в одном блоке (рис. 22.10, а). Преимущества
этой схемы: компактность, минимальное число шлангов и трубо-
проводов, малая склонность к автоколебаниям из-за высокой жес-
ткости гидравлических магистралей.
К недостаткам такой конструкции относится нагружение всего
359
рулевого привода дополнительным усилием, приложенным со
стороны цилиндра к валу сошки. Это требует увеличения размеров
и массы привода. Кроме того, в данной конструкции затруднена
унификация элементов рулевого управления.
Вторая схема (рис. 22.10, б) предусматривает размещение рас-
пределителя в одном блоке с рулевым механизмом и отдельное
расположение гидроцилиндра. Преимущества схемы: малая нагру-
женность привода, легкость компоновки усилителя в рулевом
приводе, малая склонность к автоколебаниям. Расположенный у
колес гидроцилиндр воспринимает удары со стороны дороги, пре-
дохраняя рулевой механизм от перегрузок. Длина шлангов при
этом несколько увеличивается.
При третьей схеме (рис. 22.10, в) распределитель и гидроци-
линдр объединены, а рулевой механизм установлен отдельно. В
этом случае гидроцилиндр нужно располагать в строгом соответ-
ствии с расположением рулевого механизма, так как шаровой па-
лец сошки должен управлять работой распределителя.
Четвертая схема (рис. 22.10, г), предусматривающая автоном-
ное расположение рулевого механизма, распределителя и гидро-
цилиндра, является наиболее гибкой с точки зрения компоновки
и унификации элементов. К недостаткам ее относятся повышен-
ная склонность к автоколебаниям и увеличение числа и длины
шлангов и трубопроводов.
Гидроусилитель автомобиля ЗИЛ-431410, встроенный непос-
редственно в рулевой механизм, показан на рисунке 22.5. Давле-
ние жидкости в системе гидроусилителя создается лопастным на-
сосом 2, приводимым от двигателя. Насос состоит из неподвиж-
ной части — статора 25 и подвижной части — ротора 26. Действие
усилителя показано на схемах I, II, III. При прямолинейном дви-
жении автомобиля, когда золотник 18 рулевого управления нахо-
дится в нейтральном положении, обе полости картера 11 рулевого
механизма справа и слева от поршня — рейки 10 (схема II) соеди-
нены с насосом и бачком 3. Циркулирующая через эти полости
жидкость не влияет на положение поршня — рейки.
При повороте рулевого колеса в правую сторону (схема 7) в
этом же направлении перемещается и золотник 18. При переме-
щении он отключает правую полость картера 77 от линии слива 6.
Поступающая от насоса жидкость давит на поршень — рейку, ко-
торый, перемещаясь, поворачивает зубчатый сектор 23 на валу со-
шки и способствует повороту колес автомобиля направо. В то же
время проходное сечение, соединяющее левую полость картера
рулевого механизма с линией слива, увеличивается и жидкость из
нее свободно перетекает в бачок 3 насоса.
При повороте рулевого колеса в левую сторону (схема III) дав-
ление в левой полости картера 77 повышается, а в его правой по-
лости снижается. Гидроусилитель создает дополнительное усилие
для поворота колес в левую сторону.
360
Водитель ощущает действие гидроусилителя руля в том случае,
когда сопротивление колес автомобиля повороту руля создает на
гайке 14, соединенной с поршнем — рейкой, реактивное усилие,
превышающее силу предварительного сжатия пружины 21 и уси-
лие от давления масла на реактивный плунжер 22, стремящихся
удержать винт рулевого механизма в среднем положении. Благода-
ря этому водитель всегда ощущает «чувство дороги».
Для обеспечения управления автомобилем при неработающем
усилителе в корпусе распределителя предусмотрен клапан, пере-
пускающий жидкость из одной полости цилиндра в другую.
При наличии усилителя сила, прикладываемая водителем к ру-
левому колесу при повороте управляемых колес автомобиля, не-
подвижно стоящего на сухой асфальтобетонной поверхности, у
легковых автомобилей не должна превышать 30...40 Н, у грузовых
автомобилей — 80.. 100 Н.
22.4. РУЛЕВОЙ ПРИВОД
В рулевой привод входят все детали, передающие усилие от ру-
левого механизма к управляемым колесам.
Рулевой привод оценивают по передаточным числам и КПД.
Кинематическое передаточное число равно отношению элемен-
тарного угла поворота сошки к полусумме элементарных углов по-
ворота цапф управляемых колес. Силовое передаточное число
привода определяют как отношение суммарного момента на пово-
ротных цапфах управляемых колес к моменту Мс на сошке.
Передаточные числа привода — переменные вследствие изме-
нения соотношения плеч рычагов. Из-за несимметричности при-
вода они могут быть различными при повороте автомобиля вправо
и влево. Следовательно, будет переменным и усилие на рулевом
колесе в процессе поворота.
Отношение силового передаточного числа к кинетическому
представляет собой КПД при-
вода. Общий КПД рулевого уп-
равления т) = ПмИп = 0,7...0,85.
Рулевая трапеция является
частью рулевого привода. Чтобы
автомобиль двигался на поворо-
те без бокового скольжения ко-
лес, все колеса должны совер-
шать качение по дугам, описан-
Рис. 22.11. Схема поворота управляв-
мых колес автомобиля:
Янтт ~~ минимальный радиус поворота; L —
база автомобиля; М— расстояние между
осями шкворней; 0н — угол поворота наруж-
ного колеса; GB — угол поворота внутреннего
колеса
ным из одного центра, лежаще-
го на продолжении задней оси
автомобиля (рис. 22.11). При
этом передние управляемые
колеса должны поворачиваться
на разные углы: внутреннее по
361
отношению к центру поворота на больший угол, наружное — на
меньший угол. Такая схема поворота достигается применением в
рулевом приводе трапеции с шарнирными соединениями.
Расстояние от центра поворота до центра пятна контакта шины
внешнего колеса с дорогой при наибольшем угле поворота управ-
ляемых колес называется минимальным радиусом поворота.
Минимальный радиус поворота для автомобиля с жесткими пе-
редними управляемыми колесами
Ramin T/sin 0/fmax>
где L — база автомобиля, м; 6ятах —максимальный угол поворота наружного уп-
равляемого колеса, град.
Значения минимальных радиусов поворота некоторых автомо-
билей даны в таблице 22.2.
22.2. Минимальные радиусы поворота автомобилей, м
Легковые автомобили Грузовые автомобили Автобусы
Модель | ^Mnin Модель | R/ftnin Модель I ^Нтм
ВАЗ-1111 «Ока» 4,6 УАЗ-3741 6,3 РАФ-2203 «Латвия» 5,5
ЗАЗ-1102 «Таврия» 5,0 ГАЗ-3307 8,0 УАЗ-2206 6,3
ВАЗ 2108 «Самара» 5,0 ЗИЛ-431410 8,3 ЗИЛ-3207 «Юность» 7,5
АЗЛК-2141 5,0 КАМАЗ-5320 8,5 ЛАЗ-4207 7,8
ИЖ-2126 5,25 БеЛАЗ-7540 8,7 KAB3-3976 8,0
ВАЗ-2121 «Нива» 5,5 MA3-5337 9,1 ЛАЗ-695Н 8,5
ЛуАЗ-1302 «Волынь» 5,5 КАЗ-4540 9,3 ЛиАЗ-5256 8,9
ВАЗ-2105 5,6 УрАЛ-4320 10,8 ПАЗ-672М 9,0
ГАЗ-3102 5,8 УрАЛ-5557 10,8 ЛАЗ-42021 9,5
УАЗ-3151 6,5 КрАЗ-256 12,3 ЛиАЗ-677М 9,6
ГАЗ-14 «Чайка» 7,3 КрАЗ-260 13,0 ПАЗ-3206 н,о
ЗИЛ-4104 7,6 БеЛАЗ-7512 13,0 ЛАЗ-699Р 11,2
В зависимости от расположения относительно оси вращения
колес различают передние и задние рулевые трапеции. Обычно
рулевую трапецию располагают сзади управляемых колес. По кон-
струкции рулевые трапеции могут быть неразрезные и разрезные.
Автомобили с зависимой подвеской имеют неразрезную попе-
речную тягу 3 (см. рис. 22.1). При независимой подвеске эту тягу
выполняют разрезной (рис. 22.12), состоящей из двух или трех
звеньев. Это обеспечивает возможность независимого перемеще-
ния управляемых колес. Для регулировки схождения колес тяги
имеют резьбовые наконечники.
Правильная кинематика поворота управляемых колес обеспе-
чивается соответствующим выбором параметров рулевой трапе-
ции, а отсутствие зазоров в приводе — применением шарниров с
автоматическим устранением зазоров.
362
Рис. 22.12. Рулевое управление автомобиля с независимой подвеской:
1 — поворотные рычаги; 2— боковые тяги; 3 — сошка; 4— средняя поперечная тяга; 5—
маятниковый рычаг
Шарниры рулевого привода по способу устранения зазора мо-
гут быть саморегулируемые, с периодической регулировкой и не-
регулируемые.
Саморегулируемые шарниры (рис. 22.13, а...ж) не требуют ре-
гулировки в процессе эксплуатации. Зазор в шарнирах автомати-
чески выбирается перемещением сухарей 3 или пальцев 2 по ко-
нусным направляющим поверхностям наконечника под действи-
ем поджимной пружины 1. Такие шарниры устанавливают обычно
на поперечных рулевых тягах.
В шарнирах с периодической регулировкой (рис. 22.13, з, и) за-
зор, появляющийся вследствие изнашивания трущихся поверхно-
стей, устраняют заворачиванием пробки 4. Такая конструкция не
совсем удобна в эксплуатации, так как требует разборки шарнира
при регулировке. Шарниры с периодической регулировкой при-
меняют в продольных рулевых тягах.
Нерегулируемые шарниры используют на автомобилях, в кото-
рых колеса поворачиваются вокруг вертикальной оси. Они проще
по конструкции и дешевле в изготовлении, но менее долговечны.
Детали рулевого привода изготовляют из сталей 20, 30 и 35,
пальцы шарниров —из сталей 12ХНЗА, 18ХГТ и 15ХН, наконеч-
ники тяг, рычаги и сошку — из сталей 35, 40, 45, ЗОХ, 35Х, 40Х,
38ХГМ, 40ХНМА.
Диаметр рулевого колеса нормирован: для легковых и грузовых
автомобилей малой грузоподъемности 380...425 мм, для грузовых
автомобилей и автобусов большой вместимости 440...550 мм.
363
1 2
1 2
Максимальный угол поворота рулевого колеса зависит от типа
автомобиля и находится в пределах 540...1080° (1,5...3 оборота).
Рулевой механизм может быть причиной серьезной травмы во-
дителя при лобовом столкновении автомобиля с препятствием.
Поэтому применяют травмобезопасные рулевые механизмы, по-
глощающие энергию удара. Например, на автомобиле ВАЗ-21213
рулевой вал состоит из трех частей, соединенных карданными
шарнирами. При ударе рулевой вал складывается, причем переме-
щение верхней его части внутрь салона незначительно.
22.5. УГЛЫ УСТАНОВКИ КОЛЕС
При движении автомобиля на управляемые колеса всегда дей-
ствуют силы, стремящиеся отклонить их от заданного водителем
направления. Наличие зазоров и упругость деталей приводят к
тому, что колеса отклоняются даже при фиксированном положе-
нии рулевого механизма. Это может привести к неустойчивому
движению автомобиля.
Устойчивость движения автомобиля обеспечивается стабилиза-
цией управляемых колес, т. е. способностью их возвращаться в
нейтральное положение, соответствующее прямолинейному дви-
жению, без участия водителя.
Стабилизация управляемых колес достигается за счет установ-
ки шкворней, связывающих поворотные цапфы с колесами, с на-
клоном в поперечной и продольной плоскостях. Оси управляе-
мых колес устанавливаются в поперечной плоскости под некото-
рым углом а к вертикали (рис. 22.14). При такой установке
Рис. 22.14. Схемы наклона шкворня:
а — поперечный наклон; б— продольный наклон; в — вынос шкворня вперед; а — угол накло-
на шкворня в поперечной плоскости; р — угол наклона шкворня в продольной плоскости; d —
плечо обкатки; Ь = — общее плечо устойчивости; va — скорость движения автомо-
биля
365
шкворней поворот управляемых колес в любую сторону от нейт-
рального положения сопровождается приподниманием балки
моста. Этому препятствует масса автомобиля, стремящаяся удер-
жать мост в нижнем положении и повернуть колеса в обратном
направлении.
Возникающий таким образом стабилизирующий эффект зави-
сит от массы автомобиля, угла поперечного наклона шкворней а и
плеча обкатки o'.
Чтобы боковые реакции опорной поверхности могли обеспе-
чить стабилизирующее действие, они должны создавать относи-
тельно шкворней соответствующие моменты. Если боковая реак-
ция приложена в точке опорной поверхности, находящейся на од-
ной вертикали с центром колеса, то необходимое плечо образу-
ется продольным наклоном шкворня на угол р или выносом его
вперед (рис. 22.14, б, в). Отклонение колеса от нейтрального поло-
жения вызывает в этом случае стабилизирующий момент, завися-
щий от плеча и боковой реакции.
Кроме стабилизирующего момента на рулевую трапецию дей-
ствует момент, обусловленный трением в рулевом механизме. При
прямолинейном движении автомобиля стабилизирующий момент
равен нулю и колеса удерживаются в нейтральном положении ис-
ключительно за счет трения. При выходе автомобиля из поворота
момент трения препятствует возвращению управляемых колес в
нейтральное положение. Поэтому при конструировании рулевого
управления обеспечивают достаточно высокое трение в нем при
нейтральном положении и малое — при больших углах поворота.
Для
Рис. 22.15. Развал (а) и схождение (0
управляемых колес:
X — угол развала колес; с — плечо обкатки
этого плоскость управляе-
мых колес устанавливают под
углом х к вертикали, называе-
мым углом развала колес (рис.
22.15, а). При качении управ-
ляемого колеса сила сопротив-
ления качению создает мо-
мент сопротивления повороту.
Наличие развала уменьшает
плечо приложения силы, бла-
годаря чему облегчается уп-
равление автомобилем. Кроме
того, колесо при этом поджи-
мается к внутреннему под-
шипнику ступицы, что пре-
дотвращает виляние колеса в
случае появления зазоров в
подшипниках ступицы.
Поскольку колесо, плос-
кость которого отклонена от
вертикали, катится с боковым
366
уводом, то для компенсации увода при конструировании предус-
матривают схождение колес в горизонтальной плоскости. Схожде-
ние равно разности расстояний Ви А (рис. 22.15, б).
22.6. УПРАВЛЯЕМЫЕ НЕВЕДУЩИЕ ОСИ
Как уже отмечалось ранее, в состав рулевой трапеции помимо
поперечной тяги и продольных рычагов входит и передняя ось.
На грузовых автомобилях и автобусах средней и большой вмес-
тимости устанавливают управляемые неведущие оси с неразрез-
ной балкой. На легковых автомобилях и их модификациях пере-
дние мосты разрезные и имеют независимую подвеску колёс.
На рисунке 22.16 представлена управляемая неведущая пере-
дняя ось грузового автомобиля с колесным тормозом в сборе. Она
состоит из балки 6, поворотных кулаков 2, шкворней 4, ступиц 1,
рычагов 5 рулевой трапеции, продольной тяги, опорных подшип-
ников, втулок и крышек шкворней, деталей грязезащиты и колес-
ных тормозных механизмов с тормозными барабанами 9.
2
Рис. 22.16. Управляемая неведущая ось
грузового автомобиля:
7— ступица; 2—поворотный кулак; 2 —тормозной
механизм; 4—шкворень; 5—рычаг; 6—балка; 7—
продольная тяга; <?— поперечная тяга; 9—тормоз-
ной барабан
388^
367
22.3. Основные параметры балок управляемых неведущих осей некоторых грузовых автомобилей и автобусов оо
Параметр МАЗ-64221, КрАЗ-6505 КамАЗ-740 ЗИЛ-4331 ГАЗ-4301 ЛиАЗ-5256 ЛАЗ-4221 ПАЗ-3205
Нагрузка на перед- нюю ось (макси- мальная), кН 7 4,375 4 2,3 7 6 2,9
Колея передних колес, мм 2005 2026 1930 1710 2051 2100 1940
Расстояние между шкворнями, мм 1750 1793 1715 1550 1727 1726 1782
Рессорная колея, мм 870 875 796 806 970 1300 1015
Размеры балки в среднем сечении hxb*, мм 110x85 105x84 105 х 80 75x64 110x120 142 Г95 86 г 66
Диаметр шкворня, мм 50 45 45 35 50 50 38
Поперечный угол наклона шкворня, град 5 8 8 8 10 8 8
Материал балки — сталь 40Х 45 40Х 35Х 40Х 40Х 35Х
*Л —высота профиля в среднем сечении; д —ширина полки в среднем сечении.
Профиль балки передней оси — двутавр с расширением одной
из полок для крепления элементов подвески (рессор, пневмобал-
лонов и т. п.). По сравнению с неуправляемыми мостами в управ-
ляемых мостах автомобиля расстояние между рессорами меньше.
Такое расположение рессор позволяет получить максимально воз-
можный угол поворота управляемых колес.
Поворотные кулаки с наружной стороны имеют цапфы с шей-
ками для двух подшипников качения ступиц, а с внутренней сто-
роны представляют собой вилки с отверстиями под шкворни, со-
единяющие их с балкой. Шкворни применяют двух типов: ци-
линдрические и с конусной посадкой нижней части большего
диаметра. При конусной посадке шкворень крепится гайкой.
Цилиндрический шкворень имеет лыску для крепления болтом.
Шкворни изготовляют из стали 45, 50 или 18ХГТ. Втулки шквор-
ней выполняют из стальной ленты с антифрикционным покры-
тием.
Основные параметры балок неведущих управляемых осей не-
которых автомобилей даны в таблице 22.3.
22.7. ВОЗМОЖНЫЕ НЕИСПРАВНОСТИ РУЛЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ
В рулевом механизме и рулевом приводе могут возникать сле-
дующие неисправности: повышенный свободный ход рулевого ко-
леса, заклинивание подшипников рулевого механизма, погнутость
рулевых тяг, подтекание смазки из картера рулевого механизма,
нарушение регулировок.
Для гидроусилителя руля характерны следующие неисправнос-
ти: ослабление натяжения ремня привода лопастного насоса, по-
падание воздуха в систему, зависание золотника клапана управле-
ния или перепускного клапана.
Заклинивание подшипников рулевого вала вызывает тугое вра-
щение рулевого колеса обычно в результате недостаточного сма-
зывания. Чтобы устранить эту неисправность, в картер рулевого
механизма добавляют смазку.
Погнутые рулевые тяги могут нарушить точность поворачивания
колес. Для устранения этого дефекта тяги снимают с автомобиля и
выправляют, а при обнаружении трещин заменяют новыми.
Контрольные вопросы и задания
1. Из каких основных частей состоит рулевое управление? 2. Какие типы руле-
вых механизмов вы знаете? 3. Из каких деталей состоит рулевой привод? 4. Для
чего предназначен гидроусилитель рулевого управления? 5. Перечислите харак-
терные неисправности рулевого управления.
369
Глава 23
ТОРМОЗНЫЕ СИСТЕМЫ
23.1. КЛАССИФИКАЦИЯ ТОРМОЗНЫХ СИСТЕМ
Тормозная система предназначена для снижения скорости дви-
жения автомобиля вплоть до полной остановки и обеспечения его
неподвижности во время стоянки. В процессе торможения кине-
тическая энергия автомобиля переходит в работу трения между
фрикционными накладками и тормозным барабаном или диском,
а также между шинами и дорогой.
Современные автомобили и автопоезда должны иметь рабо-
чую, запасную и стояночную тормозные системы. Грузовые авто-
мобили и автопоезда полной массой свыше 12 т, а автобусы мас-
сой свыше 5 т, предназначенные для эксплуатации в горных райо-
нах, дополнительно должны иметь вспомогательную тормозную
систему.
К тормозным системам предъявляют следующие требования:
обеспечение эффективного торможения; сохранение устойчивос-
ти автомобиля при торможении; стабильные тормозные свойства;
высокая эксплуатационная надежность; удобство и легкость уп-
равления, определяемые усилием, прикладываемым к педали или
рычагу, и их ходом (табл. 23.1).
23.1. Максимальные значения усилий на тормозной педали или рычаге и их ход
Управление Тормозная система Тип автомо- биля Максимальное усилие на педали или рычаге, Н Максимальный ход педали или рычага, мм
Ножное Рабочая, запасная, Легковой 500 150
стояночная Грузовой 700 180
Ручное Запасная, Легковой 400 160
стояночная Грузовой 600 220
Рабочая тормозная система предназначена для управления ско-
ростью автотранспортного средства (АТС) и его остановки с необ-
ходимой интенсивностью. У современных автомобилей она явля-
ется основной системой и воздействует на ее рабочие органы —
колесные тормоза.
Запасная тормозная система предназначена для уменьшения
скорости и остановки АТС при отказе рабочей тормозной систе-
мы.
Стояночная тормозная система служит для удержания АТС в не-
подвижном состоянии. Она воздействует на колесные тормоза ра-
бочей тормозной системы или специальный дополнительный тор-
моз, связанный с трансмиссией автомобиля.
370
Вспомогательная тормозная система предназначена для умень-
шения энергонагруженности тормозных механизмов рабочей тор-
мозной системы, например при движении на длинных спусках.
Она состоит из моторного или трансмиссионного тормоза-замед-
лителя.
Тормозная система состоит из тормозных механизмов и тор-
мозного привода.
23.2. ТОРМОЗНАЯ ДИНАМИКА
Различают аварийное (экстренное) и служебное торможение.
Аварийное торможение производят с максимальной для данных
условий интенсивностью. Обычно число аварийных торможений
составляет 5... 10 % общего числа торможений.
Служебное торможение применяют для плавного уменьшения
скорости автомобиля или его остановки в заданном месте. Оно про-
исходит с небольшой интенсивностью (замедление 1... 1,5 м/с2).
Служебное торможение может осуществляться двигателем. При
этом водитель уменьшает или прекращает подачу топлива в ци-
линдры двигателя. За счет трения в двигателе и агрегатах транс-
миссии создается тормозная
сила. Такой способ торможе-
ния применяют при необходи-
мости получения плавного
снижения скорости. Наиболее
часто используемый способ
служебного торможения —
торможение двигателем и тор-
мозами. На дорогах с малым
коэффициентом сцепления
при таком способе торможения
уменьшается возможность воз-
никновения заноса.
Торможение при отсоеди-
ненном двигателе применяют в
тех случаях, когда торможение
двигателем не обеспечивает
нужного замедления, а также
при необходимости остановки
автомобиля.
На рисунке 23.1 изображена
тормозная диаграмма, на кото-
рой показано время реакции
водителя /р, срабатывания тор-
мозного привода /п, движения с
заданным замедлением tt и вре-
мя оттормаживания t0.
Рис. 23.1. Диаграмма торможения
автомобиля:
о —изменение замедления во времени; б—
изменение скорости во времени; L—время
реакции водителя; /п —время срабатывания
тормозного привода; rt — время движения ав-
томобиля с заданным замедлением; to — вре-
мя оттормаживания; —время психичес-
кой реакции водителя; — время физичес-
кой реакции водителя; Z, — время запаздыва-
ния тормозного привода; /н — время нараста-
ния замедления
371
Время реакции водителя (0,2... 1,5 с) состоит из времени психичес-
кой реакции г' (оценка обстановки и принятие решения) и време-
ни физической реакции /£ (перенос ноги с педали подачи топлива
на тормозную педаль и начало перемещения педали тормоза).
Время срабатывания тормозного привода (не более 0,6 с) зависит
от времени запаздывания тормозного привода t3 и времени нарас-
тания замедления tn.
Время отгормаживания при гидравлическом приводе составляет
0,2 с, при пневматическом — 0,5... 1,5 с.
Весь путь, проходимый автомобилем от момента, когда води-
тель заметил препятствие, до полной остановки, называют оста-
новочным 50.
Остановочный путь равен сумме пути З’р.з, проходимого автомо-
билем в течение времени реакции водителя и времени запаздыва-
ния срабатывания тормозного привода, и пути торможения 5,:
So iS^, 3 + St.
Путь торможения — это расстояние, проходимое автомобилем
за время действия на него тормозных сил.
Внешние силы, действующие на автомобиль при торможении, по-
казаны на рисунке 23.2. Основные силы FTi и Гт2, обеспечивающие
замедление автомобиля, действуют в плоскости контакта колес с
дорогой и направлены противоположно направлению движения
автомобиля. При достаточном сцеплении силы Fti и Ft2 определя-
ются тормозными моментами, развиваемыми тормозными меха-
низмами мостов. Эти силы можно рассчитать по формуле
РХ1= MJr^
где Л/„ — момент тормозных сил; гй — радиус колеса.
Максимальные значения тормозных сил ограничены по сцеп-
лению, т. е.
F^qR-v/rQ,
где Rzi — нормальная составляющая реакции дороги, действующая на /-й мост.
Рис. 23.2. Силы, действующие на автомо-
биль при торможении:
и Л2 — тормозные силы; F/\ и 7/2 —силы
сопротивления качению; Л — сила сопротивле-
ния подъему; F* — аэродинамическое сопротив-
ление; и Ra — нормальные составляющие
реакции дороги; £ — база; а, 6 —координаты
центра тяжести; (7а —масса автомобиля; а —
угол подъема
372
Кроме тормозных сил на автомобиль действуют силы сопро-
тивления качению колес 7у( и Ту2> сила сопротивления подъему F,
и аэродинамическое сопротивление FB.
Сумма проекций всех сил на плоскость, параллельную опорной
поверхности, равна инерционной силе автомобиля:
Ьхтаах = Fxi + Fx2 + Ffi + F/2 + F,+ FB,
где 5T= 1,03...1,05 — коэффициент учета вращающихся масс автомобиля при тор-
можении; — масса автомобиля; ах — ускорение торможения.
К вращающимся массам в процессе торможения относят толь-
ко массы колес. Это связано с тем, что при торможении с отсоеди-
ненным двигателем маховик не связан с колесами, а моменты
инерции других деталей трансмиссии малы.
Нецелесообразно доводить колеса автомобиля при торможении
до блокировки, что приводит к полному скольжению (юзу) колес,
так как при этом колесо не может воспринимать боковые силы.
Блокировка задних колес более опасна, чем передних. Когда
первыми блокируются колеса заднего моста, автомобиль теряет
устойчивость. Даже незначительная боковая сила, вызванная, на-
пример, ветром, неровностями дороги, центробежной силой или
поворачивающим моментом, обусловленным различием тормоз-
ных сил на правом и левом колесах, вызывает боковое скольжение
колес заднего моста. Это приводит к тому, что продольная ось ав-
томобиля повернется на некоторый угол р. Поскольку при тормо-
жении инерционная сила ориентирована по направлению движе-
ния, то при отклонении оси автомобиля от прямолинейного на-
правления она создает момент, стремящийся увеличить занос ав-
томобиля.
При блокировке передних колес водитель не может управлять
автомобилем: автомобиль продолжает прямолинейное движение,
но устойчивость его при этом не теряется.
При поперечном отклонении переднего моста инерционная
сила создает момент, стремящийся возвратить автомобиль в поло-
жение, соответствующее прямолинейному движению.
Для обеспечения одинакового скольжения колес всех мостов
удельные тормозные силы на всех мостах должны быть одинаковые.
Эти силы определяют по формуле
Ут/ Fti/ Ry,
где Fxi — тормозная сила, Н; — нормальная составляющая реакции дороги, дей-
ствующая на /-Й мост, Н.
Из формулы следует, что для обеспечения наиболее эффектив-
ного торможения необходимо, чтобы тормозные силы (тормозные
моменты) распределялись между мостами автомобиля пропорцио-
373
нально нормальным реакциям
дороги:
FJFxl = RlX/Ra.
Характер распределения тор-
мозных сил между мостами ав-
томобиля оценивают по коэф-
фициенту распределения тормоз-
ных сил:
Рт ~ Fx\/F[j.
Рис. 23.3. Зависимость оптимального
коэффициента распределения тормозных На рисунке 23.3 показана
сил от коэффициента сцепления: расчетная зависимость ОПТИ-
1 — грузового автомобиля с полной нагруз- МЭЛЬНОГО Коэффициента рас-
кой; 2-то же, без л^а;3-легкового авто- преДелеНИЯ ТОРМОЗНЫХ СИЛ ОТ
м ИЛЯ коэффициента сцепления
шины. Из графика следует, что
у автомобилей, имеющих постоянное соотношение тормозных
сил, полное использование сцепного веса автомобиля при тормо-
жении возможно только при определенном расчетном коэффици-
енте сцепления.
Тормозные свойства автомобилей в значительной степени оп-
ределяют безопасность движения на дорогах. Поэтому большое
внимание уделяется эффективности и надежности тормозных сис-
тем.
Эффективность рабочей и запасной тормозных систем оцени-
вают по длине тормозного пути и установившемуся замедлению, а
стояночной и вспомогательной — по суммарной тормозной силе,
развиваемой этими системами.
В соответствии с действующими стандартами различают три
типа испытаний по определению эффективности рабочей тормоз-
ной системы: О, I и II. Испытания типа 0 предназначены для оцен-
ки эффективности рабочей тормозной системы при холодных тор-
мозных механизмах, испытания типа I — при нагретых тормозах
за счет предварительных торможений тормозными механизмами,
испытания типа II — при механизмах, нагретых в процессе тормо-
жения на затяжных спусках.
23.3. ТОРМОЗНЫЕ МЕХАНИЗМЫ
К тормозным механизмам предъявляют следующие требова-
ния: эффективность действия; стабильность эффективности тор-
можения при изменении скорости, числа торможений, температу-
ры трущихся поверхностей; высокий механический КПД; плав-
374
ность действия; автоматическое восстановление номинального за-
зора между трущимися поверхностями; высокая долговечность.
По форме вращающихся элементов различают барабанные и
дисковые тормозные механизмы.
Барабанный тормозной механизм (рис. 23.4) состоит из барабана
12, колодок 3, опорного диска 1 (суппорта), опоры 2 колодок, раз-
жимного устройства и регулятора зазоров.
Тормозные барабаны могут быть литые, штампованные и ком-
бинированные. При литье используют чугун с примесью меди,
молибдена, никеля и титана. Барабаны, штампованные из листо-
вой стали, имеют внутренний слой из легированного чугуна.
Колодки тормозного механизма выполняют литыми из чугуна
или легких сплавов, штампованными или сварными. К ним с по-
мощью заклепок или клея крепят накладки. Колодки стяжными
пружинами постоянно прижаты к разжимному устройству.
Тормозные накладки могут быть прессованные, формованные
или плетеные. В качестве материала для накладок используют ко-
ротковолокнистый асбест, наполнители и связующие материалы.
В барабанных тормозных механизмах применяют разжимные
устройства трех типов: 5-образный кулак, гидроцилиндр и клин
Рис. 23.4. Барабанный тормозной механизм:
7 — суппорт; 2 — опора колодки; 3 — колодка; 4 — фрикционная накладка; 5 — оттяжная пру-
жина; 6— опора ролика; 7— ролик; 8— тормозная камера; 9— кронштейн тормозной камеры;
10— регулировочный рычаг; 77 — разжимной кулак; 72 —тормозной барабан
375
(рис. 23.5). Гидроцилиндры бы-
вают одно- и двухпоршневые.
Тормозные механизмы с раз-
жимным клином по сравнению
с механизмами, имеющими раз-
жимной кулак, более эффектив-
ны и для них требуются мень-
шие приводные усилия, вслед-
ствие чего можно применять
ресиверы меньшей емкости.
Однако они более трудоемки в
изготовлении.
Барабанные тормозные меха-
низмы классифицируют по типу
и числу разжимных устройств, а
также по числу степеней свобо-
ды колодок (рис. 23.6).
Колодки с одной степенью
свободы (схемы I...III, XII...XV)
крепятся к суппорту в одной
или двух точках с помощью
опорных пальцев. Колодки с
двумя степенями свободы (са-
моустанавливающиеся) имеют
следующие виды опор: 1) за-
кругленный конец колодки
Рис. 23.5. Типы разжимных устройств
барабанных тормозных механизмов:
а — кулак; б — клин; в — гидроцилиндр; F\ и
Г2 — силы, действующие на тормозные ко-
лодки
Степень свободы колодок Число разжимных устройств Тип разжимного устройства
гидравлический кулачковый кли- новой
Одна 1
2 ©
Две 1
2
Рис. 23.6. Схемы барабанных тормозов
376
опирается на плоскую опору суппорта и скользит по ней (схемы
IV, VII, IX, X и XVI), нижний конец колодки с помощью рычага
крепится к суппорту (схема V) — при этом один конец рычага
шарнирно соединяется с колодкой, а другой конец — с суппортом;
2) нижний конец колодки посредством штока соединяется с дру-
гой колодкой (схемы VI...IX). Опорой для колодки служит само
разжимное устройство, в этом случае колодка опирается либо на
корпус гидроцилиндра (схемы VII, IX), либо на клин разжимного
устройства (схема XVII).
У тормозных механизмов, выполненных по схемам VI и VIII,
одна колодка имеет две степени свободы, а другая — одну.
На рисунке 23.7 показана схема сил, действующих на колодки
барабанного тормозного механизма. Силы F\ и F2, создаваемые
разжимным устройством, прижимают накладки к вращающемуся
барабану. Со стороны барабана на тормозные накладки действуют
нормальные силы N\ и N2. При этом возникает суммарный тор-
мозной момент, создаваемый силами трения FT1 и Ft2, а в опорах
колодок — реакции R; и R2. Силы трения направлены в сторону
вращения барабана, прижимают колодку 1 к барабану и противо-
действуют прижатию колодки 2. Поэтому колодку 1, сильнее при-
жимаемую к барабану под действием сил трения, называют актив-
ной (самоприжимной), а колодку 2— пассивной (самоотжимной).
Барабанный тормозной механизм с разжимным кулаком показан
на рисунке 23.4. Обе колодки 3 опираются на оси 2. Стяжные пру-
жины 5 прижимают колодки к разжимному кулаку 11 и нижним
опорам. На валу разжимного кулака в рычаге 10 установлен регу-
лятор зазоров между накладкой 4 и барабаном 12.
При торможении шток тормозной камеры поворачивает вал
разжимного кулака, что вызывает прижатие колодок к тормозному
барабану. Наличие роликов 7 способствует повышению КПД раз-
жимного устройства.
Профиль разжимного кулака
выполняют по спирали Архимеда
или эвольвентным. Благодаря
этому суммарная сила, действую-
щая со стороны кулака на колод-
ки, не зависит от угла установки
кулака в процессе изнашивания
накладки.
Тормозной механизм с разжим-
ным гидроцилиндром, у которого
два поршня, изображен на рисун-
ке 23.8. При одинаковом диамет-
ре поршней обеспечивается ра-
венство сил, действующих на обе
колодки. Колодки 1 установлены
шарнирно на опорных пальцах
Рис. 23.7. Схема сил, действующих
на колодки барабанного тормоза:
1 — активная колодка; 2 — пассивная
колодка
377
Рис. 23.8. Тормозной механизм автомобиля ГАЗ-53-12:
7 —тормозная колодка; 2—колесный цилиндр; 3— экран колесного цилиндра; 4— возврат-
ная пружина колодок; 5 — направляющая скоба колодок; 6— тормозной щит; 7—смотровой
люк; £—регулировочный эксцентрик; 9— шайба; 10— болт регулировочного эксцентрика;
11 — пластина опорных пальцев; 12 — эксцентрики опорных пальцев; 13— опорный палец
тормозной колодки; 14— гайка; 75 — пружинная шайба; 76 — метки
13, прикрепленных к суппорту. Пальцы выполняют эксцентрич-
ными с целью возможности регулирования зазоров между наклад-
кой и барабаном в нижней части колодки. Зазоры в верхней части
колодок регулируют с помощью эксцентриков 8. На наружном
торце каждого опорного пальца сделана метка 16 (углубление
2 мм), показывающая положение наибольшего эксцентриситета
эксцентрика опорного пальца. При правильной установке коло-
док метки 16 должны быть обращены одна к другой, как показано
на рисунке.
Недостаток таких тормозных механизмов: разная интенсив-
ность изнашивания накладок на активной и пассивной колодках.
В процессе работы вследствие износа изменяется зазор между
накладкой и тормозным барабаном. Зазор может регулироваться
как вручную, так и автоматически.
Тормозной механизм с клиновым разжимным устройством и ав-
томатической регулировкой зазора показан на рисунке 23.9. Толка-
378
тели 10 имеют цилиндрические отверстия, в которые вставлены
регулировочные втулки 9 с наружной и внутренней резьбой. На-
ружная резьба имеет треугольную форму с большим наклоном
витков, благодаря чему втулка представляет собой храповое коле-
со. Такую же нарезку имеет торец штифта 11, установленного в
отверстие суппорта 8. Штифт проходит через прорезь в толкатель
10 и прижимается пружиной к наружной резьбе регулировочной
втулки. Таким образом, штифт является собачкой храпового уст-
ройства. Одновременно штифт позволяет толкателю перемещать-
ся только в осевом направлении.
Внутрь регулировочной втулки ввернут регулировочный винт
12, в паз которого входит ребро тормозной колодки 4. Винт не мо-
жет поворачиваться и только перемещается вдоль своей оси при
повороте регулировочной втулки.
При торможении толкатели 70 под действием клина разжим-
ного устройства перемещаются совместно с регулировочными
втулками и винтами, прижимая накладки к тормозному бараба-
ну. Если зазор между накладками и тормозным барабаном соот-
ветствует заданной величине, то зубья штифта 77 находятся в за-
цеплении с одними и теми же витками резьбы регулировочной
втулки. Последняя скользит
относительно неподвижного
штифта 77 и слегка поворачи-
вается.
Если зазор превосходит за-
данную величину, то переме-
щение толкателя и регулиро-
вочной втулки увеличивается.
Увеличивается также поворот
регулировочной втулки, что
приводит к зацеплению штиф-
та с соседними витками резь-
бы. Такое перемещение штиф-
та в новое положение возмож-
но благодаря храповому про-
филю зубьев.
При растормаживании, ког-
да толкатель, регулировочные
втулки и винт возвращаются в
исходное положение, регули-
ровочная втулка поворачивает-
ся относительно штифта, вы-
зывая осевое перемещение ре-
гулировочного винта, чем и
обеспечивается заданный зазор
между накладкой и тормозным
барабаном.
Рис. 23.9. Клиновое разжимное устрой-
ство автомобиля КАЗ-4540 с автомати-
ческой регулировкой зазора:
1 — пробка; 2 — пружина; 3 — грязезащит-
ный колпак; 4 — тормозная колодка; 5—
клин; б—пружина; 7—ролик; S— суппорт;
9— регулировочная втулка; 10—толкатель;
11 — штифт-храповик; 12— регулировочный
винт
379
Рис. 23.10. Дисковый тормозной механизм с фиксированной скобой:
1 — скоба; 2 —тормозные цилиндры; 3 — трубопровод; 4— палец; 5—защитный
чехол; 6 —тормозная колодка; 7—уплотнительное кольцо; поршень; 9—
диск; 10— фрикционная накладка
Дисковые тормозные механизмы применяют на легковых авто-
мобилях и реже — на грузовых. Они могут быть открытые и закры-
тые, одно- и многодисковые, со сплошным и вентилируемым дис-
ком.
В зависимости от способа крепления скобы различают диско-
вые тормозные механизмы с фиксированной и плавающей ско-
бой.
Дисковый механизм с фиксированной скобой обеспечивает боль-
шее приводное усилие и повышенную жесткость механизма. В
центре скобы 1 (рис. 23.10) размещен тормозной диск 9, по обеим
сторонам которого находятся колесные тормозные цилиндры 2.
Внутри тормозного цилиндра находятся поршень 8 с уплотнитель-
ным кольцом 7 и пылезащитный чехол 5. Полости тормозных ци-
линдров трубопроводом 3 сообщаются с главным тормозным
цилиндром. При торможении давление в тормозных цилиндрах
повышается и поршни, перемещаясь, прижимают накладки 10 к
вращающемуся диску 9. Тормозные колодки 6 удерживаются в
скобе 1 с помощью пальцев 4.
После прекращения торможения давление в тормозных цилин-
драх падает и поршни за счет упругости уплотнительных колец 7
отходят от колодок. Колодки, в свою очередь, отходят от тормоз-
ного диска из-за его биения. Следовательно, специального уст-
ройства для отвода колодок и регулировки зазора в механизме не
требуется.
380
Дисковый механизм с плавающей скобой (рис. 23.11). Тормозной
цилиндр установлен в скобе с одной стороны тормозного диска.
Скоба может перемещаться по направляющим штифтам в суппор-
те совместно с другой тормозной колодкой. При торможении пор-
шень прижимает к диску одну из колодок. В результате возник-
шей реакции скоба перемещается в противоположном направле-
ч нии и прижимает к диску вторую реактивную колодку.
Недостаток дискового механизма с плавающей скобой: воз-
можное одностороннее изнашивание накладки и диска со сторо-
ны колесного цилиндра при деформации и коррозии направляю-
щих.
Тормозные диски изготовляют, как правило, из чугуна. Приме-
няют также биметаллические диски, выполняемые с фрикцион-
ным слоем из серого чугуна и с алюминиевым или медным осно-
ванием. В качестве накладок используют формованные и прессо-
ванные материалы на асбокаучуковой основе, а также спеченные
материалы.
Преимущества дисковых тормозных механизмов по сравнению
с барабанными: меньше зазоры между дисками и колодками в не-
заторможенном состоянии, а следовательно, выше быстродей-
ствие; выше стабильность при эксплуатационных колебаниях ко-
эффициента трения фрикционной пары; меньше масса и габарит-
ные размеры; равномернее изнашивание фрикционных накладок;
лучше условия теплоотвода.
К недостаткам дисковых тормозных механизмов относятся
трудность обеспечения герметизации и повышенная интенсив-
ность изнашивания фрикционных накладок.
Рис. 23.11. Дисковый тормозной механизм с плавающей скобой:
1 — скоба; 2— направляющие штифты; 3 — суппорт; 4 — поршень; 5 — уплотни-
тельное кольцо; 6, 7— колодки; 8— пластинчатая пружина
381
23.4. ТОРМОЗНЫЕ ПРИВОДЫ
К тормозным приводам автомобилей предъявляют следующие
основные требования:
обеспечение следящего действия, т. е. на режимах торможения
и оттормаживания тормозные моменты, развиваемые тормозными
механизмами, должны быть пропорциональны усилию, прило-
женному водителем к тормозной педали, и перемещению ее;
время срабатывания при торможении не более 0,6 с, при оттор-
маживании 1,2 с;
наличие в приводе рабочей тормозной системы не менее двух
независимых контуров, чтобы в случае повреждения какой-либо
части привода обеспечивалась остаточная эффективность рабочей
тормозной системы не менее 50 % предписанной;
обеспечение автоматического торможения прицепа в случае его
отрыва от тягача.
Схемы наиболее распространенных двухконтурных тормозных
приводов пока.заны на рисунке 23.12. Тормозные приводы могут
быть гидравлические, пневматические и комбинированные.
Пневматический привод, при котором тормозные механизмы
приводятся в действие за счет использования энергии сжатого
воздуха, применяют в тормозных системах грузовых автомобилей
средней и большой грузоподъемности И автобусах.
В легковых автомобилях особо малого и малого классов, а так-
же в грузовых автомобилях и автобусах полной массой до 1 т при-
меняют гидравлические приводы, приводимые в действие водите-
лем. Гидравлические приводы могут быть оснащены вакуумным,
пневматическим или гидравлическим усилителем, который облег-
чает управление тормозной системой.
Рис. 23.12. Схема двухконтурных тормозных приводов:
а — по осям; б — диагональная; в — с дублированием передних тормозов; г — с дублированием
передних тормозов и раздельным управлением каждого заднего; о —с полным дублированием
по мостам
382
1
2
3
4
5
Рис. 23.13. Гидравлический тормозной привод с вакуумным усилителем:
7, 10— колесные тормозные цилиндры; 2, 6 — трубопроводы; 3 — главный тормозной
цилиндр; 4— вакуумный усилитель; 5 —тормозная педаль; 7, 8— поршни; 9— клапан
На грузовых автомобилях и автопоездах большой и особо боль-
шой грузоподъемности используют комбинированные тормозные
приводы (пневмогидравлические и электропневматические).
Гидравлический тормозной привод. Различают гидравлические
тормозные приводы прямого и непрямого действия. В первом слу-
чае водитель воздействует непосредственно на тормозные меха-
низмы, во втором случае помимо водителя в действии принимает
участие усилитель.
Вакуумный усилитель имеет следящий клапан 9
(рис. 23.13) и диафрагму. В полости Б постоянно поддерживается
вакуум, а полость А соединяется с помощью клапана 9 с полостью Б
в отгорможенном состоянии или с атмосферой при торможении.
При торможении усилие от педали 5 передается на клапан 9,
который соединяет полость А с атмосферой, предварительно отсо-
единив ее от полости Б. Атмосферное давление перемещает мемб-
рану влево, создавая дополнительное усилие на поршни 7 и 8.
Гидравлический тормозной привод необходим для привода в
действие устройств, соединенных последовательно или параллель-
но в зависимости от назначения и выполняемых функций. К ним
относятся главные тормозные цилиндры, усилители, колесные
тормозные цилиндры, гидронасосы, аккумуляторы, регистрирую-
щая и предохранительная аппаратура.
Главный тормозной цилиндр подает жидкость
в колесные тормозные цилиндры под давлением, пропорциональ-
ным усилию на тормозной педали.
На рисунке 23.14 показан главный тормозной цилиндр автомо-
383
Рис. 23.14. Главный тормозной цилиндр автомобилей ГАЗ:
/, II— полости главного тормозного цилиндра; / — клапан избыточного давления; 2, 12— со-
ответственно вторичный и первичный картеры; 3, 8— соответственно вторичный и первич-
ный поршни; 4— возвратные пружины поршня; 5—упорный стержень; 6— головка порш-
ня; 7—уплотнительное торцевое кольцо; 9—толкатель; 10— упорный болт; // — манжета; 13,
14 — соответственно уплотнительные кольца поршня и корпуса; 15 — пружина головки порш-
ня; 16— пружина клапана избыточного давления
билей ГАЗ с двумя последовательно расположенными поршнями
3 и 8. Через толкатель 9 главный цилиндр соединен с тормозной
педалью.
В отторможенном положении поршни 3 и 8 через подвижные
головки 6 упираются в болты 10. При этом между поршнем и го-
ловкой образуется зазор, через который жидкость из бачка прохо-
дит в рабочие полости цилиндра.
При торможении толкатель 9 перемещает первичный поршень
8. Головка 6 под действием пружины 15 прижимается через уплот-
нитель 7 к поршню, разобщая жидкость в бачке от жидкости пер-
вичной рабочей полости цилиндра. Жидкость из рабочей полости
цилиндра проходит через отверстия в пластине клапана 1 избы-
точного давления и поступает в трубопровод, идущий к колесным
цилиндрам задних тормозных механизмов. Одновременно жид-
кость, находящаяся в первичной рабочей полости цилиндра, дей-
ствует на вторичный поршень 3, который вытесняет жидкость в
трубопровод, ведущий к передним тормозным механизмам.
При растормаживании поршни 3 и 8 возвращаются в исходное
положение до упора головок 6 в болты 10 под действием возврат-
ных пружин 4.
Для уменьшения усилия, затрачиваемого водителем при тор-
можении, применяют различные усилители. Так, на автомобиле
ГАЗ-53-12 устанавливается гидровакуумный усилитель диафраг-
менного типа. Он создает дополнительное давление в системе
гидравлического привода тормозов. Действие усилителя основа-
384
но на использовании разрежения во впускном трубопроводе дви-
гателя.
Гидровакуумный у с и л и т е л ь состоит из камеры 7
(рис. 23.15) с диафрагмой 3, дополнительного гидравлического
цилиндра 14 с тормозной жидкостью и клапана управления 10.
Камера выполнена из двух половин, отштампованных из стально-
го листа. К диафрагме с помощью тарелки 2 и втулки крепится
толкатель 4 поршня дополнительного гидравлического цилиндра.
Пружина 5 стремится постоянно отжать диафрагму в крайнее ле-
вое положение.
Дополнительный гидравлический цилиндр прикреплен к кор-
пусу камеры. Толкатель 4, жестко соединенный с диафрагмой,
проходит в дополнительный гидравлический цилиндр через спе-
циальный уплотнитель и действует на поршень 16.
Рис. 23.15. Гидровакуумный усилитель тормозов:
А, 5 —полости клапана управления; Д Г—полости камеры; 7—камера усилителя; 2—та-
релка диафрагмы; 3 — диафрагма усилителя; 4— толкатель поршня; 5—пружина диафраг-
мы; 6—вакуумный клапан; 7—диафрагма клапана управления; воздушный клапан;
9—крышка корпуса; 10— клапан управления; 77 —пружина клапана управления; 72—пор-
шень клапана управления; 13 — перепускные клапаны; 14—дополнительный гидравлический
цилиндр; 75—клапан поршня; 76—поршень; 77—упорная шайба поршня; 18— толкатель
клапана
385
Клапан 10 управления состоит из корпуса, в котором размеще-
ны вакуумный 6 и воздушный 8 клапаны. Открытие и закрытие
клапанов зависит от положения диафрагмы 7.
При работающем двигателе и отпущенной тормозной педали
разрежение из впускного трубопровода двигателя передается через
запорный клапан и вакуумный баллон в полость Г камеры усили-
теля. Оттуда оно распространяется через отверстия в корпусах ка-
меры и цилиндра в полость Б клапана управления, затем по цент-
ральному отверстию в полость А и далее в полость В камеры уси-
лителя. При этом диафрагма находится с обеих сторон под дей-
ствием разрежения и пружина 5 отжимает ее в крайнее левое
положение. При этом полости главного и колесных тормозных
цилиндров сообщаются между собой.
Нажатие на тормозную педаль вызывает перемещение поршня
главного тормозного цилиндра. Давление жидкости передается в
колесные тормозные цилиндры, а также через трубопровод на
поршень 12 клапана управления усилителя. При увеличении дав-
ления поршень 12 преодолевает усилие пружины и закрывает ва-
куумный клапан 6. Полости Б и А клапана управления разобщают-
ся между собой. Затем по мере повышения давления жидкости от-
крывается воздушный клапан 8. Воздух проходит в полость А кла-
пана управления и по гибкому шлангу в полость В камеры
усилителя.
Так как в полости ./"сохраняется разрежение, в обеих частях ка-
меры усилителя создается разность давлений. Под действием воз-
духа диафрагма 3, преодолевая усилие пружины 5, смещается
вправо, действуя на толкатель 4 и поршень 16. Шариковый клапан
75 закрывается, разъединяя главный тормозной цилиндр с колес-
ными. Дальнейшее перемещение поршня 16 значительно увели-
чивает давление в гидравлической магистрали, и поршни колес-
ных тормозных цилиндров с большей силой прижимают колодки
к тормозным барабанам.
В то же время поступление воздуха через клапан 8 увеличивает
давление сверху на диафрагму 7. Когда усилие, создаваемое давле-
нием воздуха на диафрагму 7, превысит усилие от давления пру-
жин и жидкости на клапан управления снизу, диафрагма прогнет-
ся вниз и воздушный клапан закроется.
Увеличение давления в полости В камеры усилителя повышает
тормозное усилие и одновременно увеличивает давление воздуха
на диафрагму. Чтобы в этих условиях воздушный клапан оставал-
ся открытым, необходимо повысить давление жидкости на клапан
управления снизу. Этого можно достичь, увеличив усилие, прила-
гаемое к педали тормоза. Следовательно, благодаря наличию ди-
афрагмы 7 в клапане управления давление в гидравлической сис-
теме, от которого зависит эффективность торможения, будет про-
порционально усилию, прилагаемому водителем к тормозной пе-
дали.
386
При прекращении нажатия на тормозную педаль давление
жидкости в системе гидравлического привода падает. Под дей-
ствие пружины клапан управления возвращается в исходное поло-
жение, что вызывает закрытие клапана <?и открытие клапана 6. В
полостях В и /камеры усилителя и полостях Аи Б клапана управ-
ления устанавливается одинаковое разрежение. Пружина 5 пере-
мещает диафрагму 3 влево, и она занимает первоначальное поло-
жение. Вместе с диафрагмой влево переместятся толкатель 4 и
поршень 16, в результате чего откроется клапан 15. Жидкость из
магистрали гидравлического привода возвратится в главный тор-
мозной цилиндр, что обеспечит падение давления в колесных ци-
линдрах и полное растормаживание колес.
Между впускным трубопроводом двигателя и вакуумным бал-
лоном установлен запорный клапан, автоматически отсоединяю-
щий баллон от трубопровода при неработающем двигателе. Нали-
чие вакуумного баллона позволяет выполнить несколько тормо-
жений при неработающем двигателе.
Пневматический тормозной привод. Применение пневмопривода
облегчает и упрощает управление тормозной системой, создает
возможность использования сжатого воздуха для различных це-
лей. Однако изготовление и обслуживание пневмопривода слож-
нее, чем гидропривода. У него выше стоимость, больше время сра-
батывания и затраты мощности двигателя на привод компрессора.
Пневмопривод состоит из следующих элементов (рис. 23.16):
питающих — компрессор 4 и ресиверы 16, 18, 19, 21;
управляющих — тормозные краны 14, клапаны 25 управления
тормозами прицепа и полуприцепа;
исполнительных — тормозные камеры 1, 28-,
регулирующих — регулятор давления 2 и регулятор тормозных
сил 75;
улучшающих эксплуатационные качества и надежность — вла-
гоотделители 5, защитные клапаны 20, 29, сигнальные элементы
8, 17.
Тягач и прицеп могут соединяться по однопроводной, двухпро-
водной или комбинированной схеме. Принципиальная схема од-
нопроводного привода показана на рисунке 23.17, а. Тормозная
система тягача соединена с тормозной системой прицепа одним
трубопроводом с помощью соединительной головки 7. В растор-
моженном состоянии компрессор 1 через регулятор давления 2
подает сжатый воздух в ресиверы 3 и 9. Тормозные камеры 10 со-
единены с атмосферой.
При нажатии на тормозную педаль секция 5 комбинированно-
го тормозного крана соединяет тормозные камеры 10 тягача с ре-
сивером 3. Одновременно секция 4 крана соединяет пневмолинию
с атмосферой. Снижение давления сжатого воздуха в соединитель-
ной пневмолинии приводит к срабатыванию клапана воздухорас-
пределителя 8. Благодаря этому сжатый воздух из ресивера 9 пода-
387
Рис. 23.16. Схема пневмопривода автомобиля КАЗ-4540:
1 — тормозные камеры передних колес; 2 — регулятор давления; 3— предохранитель от замер-
зания; 4— компрессор; 5 — влагоотделитель; 6 — пневмоцилиндр привода рычага останова
двигателя; 7—пневмоцилиндр привода механизмов вспомогательного тормоза; 8, 17— пнев-
моэлектрические датчики; 9— пневматический кран вспомогательного тормоза; 10— одинар-
ный перепускной защитный клапан (без обратного клапана); 77 — клапаны контрольного вы-
вода; 72—краны слива конденсата; 13—двухстрелочный манометр; 14—двухсекционный
тормозной кран; 75—регулятор тормозных сил; 16— воздушный баллон контура рабочего
тормоза переднего моста; 18— воздушный баллон контура рабочего тормоза заднего моста;
19— воздушный баллон прочих потребителей; 20— тройной защитный клапан; 27 —воздуш-
ный баллон контура стояночного и вспомогательного тормозов; 22— кран стояночного тормо-
за; 23 — ускорительный клапан; 24 — двухмагистральный клапан; 25—клапан управления
тормозами прицепа с двухпроводным приводом; 26— автоматическая соединительная голов-
ка; 27— соединительная головка типа «Палм»; 28— тормозная камера задних колес с пружин-
ным энергоаккумулятором; 29— защитный одинарный клапан с обратным потоком; 30— раз-
общительный кран; 31 — редукционный клапан
ется в тормозные камеры 10 прицепа. При этом сохраняется про-
порциональность между усилием на тормозной педали и давлени-
ем сжатого воздуха в тормозных камерах. При отрыве прицепа
происходит его торможение вследствие падения давления в пнев-
молинии.
Недостаток однопроводной системы — так называемая «исто-
щаемость» при частых торможениях.
Принципиальная схема двухпроводного тормозного привода
автопоезда изображена на рисунке 23.17, б. В этом случае тягач
соединен с прицепом двумя пневмолиниями: питающей (соеди-
нительная головка 6) и управляющей (соединительная головка 7).
В расторможенном состоянии тормозные камеры тягача и при-
цепа связаны с атмосферой через тормозной кран 4 и воздухорас-
пределитель 8. При работающем компрессоре сжатый воздух од-
новременно поступает в ресиверы тягача и прицепа. При нажатии
Рис. 23.17. Принципиальные схемы тормозного пневмопривода автопоезда:
а — однопроводного; б — двухпроводного; 7 — компрессор; 2—регулятор давления; 5, 9— ре-
сиверы; 4, 5—секции комбинированного тормозного крана; 6, 7—соединительные головки;
8— воздухораспределитель; 10—тормозные камеры
389
на тормозную педаль тормозной кран тягача сообщает ресивер 3 с
тормозными камерами 10 тягача. Сжатый воздух по управляющей
пневмолинии поступает к воздухораспределителю, воздействуя на
клапан, сообщающий ресивер 9 с тормозными камерами 10 при-
цепа. В процессе торможения в ресивер 9 продолжает поступать
сжатый воздух от ресивера тягача.
Преимущества двухпроводной системы по сравнению с одно-
проводной: непрерывная зарядка ресивера прицепа, что обеспечи-
вает надежную работу тормозов при многократных торможениях,
и меньшее время срабатывания.
Компрессор и регулятор давления. В двига-
телях применяют двухцилиндровые одноступенчатые компрессо-
ры с жидкостным охлаждением, приводимые в действие от вала
двигателя клиноременной или зубчатой передачей.
При вращении коленчатого вала 1 (рис. 23.18, а) поршни 2 пе-
ремещаются в цилиндрах. Когда поршень опускается, в цилиндре
создается разрежение. В цилиндр начинает поступать воздух из
воздушной камеры 7 7 через открывающийся впускной клапан 5.
Когда поршень движется вверх, впускной клапан 5 закрывается и
находящийся в цилиндре воздух сжимается, отрывая пластинча-
тый нагнетательный клапан 4. Воздух поступает в воздушную по-
лость 3 головки, откуда по трубке нагнетается в воздушные бал-
лоны.
Компрессор снабжен разгрузочным устройством, обеспечиваю-
щим перевод компрессора на холостой ход, если давление воздуха
в баллонах превышает нормальное. Под впускным клапаном 5 в
каналах блока установлены плунжеры 7 со штоками разгрузочного
устройства. На штоки через коромысло действует пружина 6. Ка-
нал 8, расположенный под плунжерами, сообщается с регулято-
ром давления (рис. 23.18, 6), к отверстию 9 которого подведена
трубка от воздушных баллонов.
При нормальном давлении воздуха в тормозной системе (менее
0,6 МПа) шариковые клапаны 13 и 72 регулятора под действием
пружины 16 и штока 75 опущены; отверстие втулки 77 корпуса
закрыто шаровым клапаном 72, а боковой канал 14 штуцера от-
крыт, сообщая разгрузочное устройство компрессора через боко-
вое отверстие Юн канал 8(рис. 23.18, а) с атмосферой. Таким об-
разом разгрузочное устройство выключено и компрессор подает
воздух в рессиверы.
Когда давление воздуха в системе достигнет 0,7...0,75 МПа, ша-
риковые клапаны 72 (рис. 23.18, б) и 13 регулятора поднимутся,
сжав через шток пружину 16. При этом боковой канал 14 в штуце-
ре закрывается шариком клапана 13 и канал 8 (рис. 23.18, а) раз-
грузочного устройства отсоединяется от атмосферы. Отверстие во
втулке 77 (рис. 23.18, 6) открывается шариком клапана 72, и в ка-
нал 8 (рис. 23.18, а) разгрузочного устройства поступает сжатый
воздух из баллона. Сжатый воздух поднимает плунжеры 7 разгру-
390
Рис. 23.18. Компрессор и регулятор давления:
а —компрессор с разгрузочным устройством; б — регулятор
давления; 7—коленчатый вал; 2—поршень компрессора;
3 — воздушная полость; -/—пластинчатый нагнетательный
клапан; 5—впускной клапан; 6— пружина; 7—плунжер;
8— канал; 9, 10— отверстия регулятора; 11 — втулка; 12,
13— клапаны; 14— боковой канал; 75—шток; 16— пружина
регулятора; 77—воздушная камера
зонного устройства, которые надавливают штоками на впускные
клапаны 5 компрессора. Теперь оба цилиндра компрессора через
воздушную камеру 7 7 сообщаются между собой, и нагнетание воз-
духа в магистраль прекращается. Как только давление воздуха в
магистрали понизится, регулятор вновь включает компрессор.
Ресиверы сваривают из листовой стали и покрывают сна-
ружи и внутри антикоррозионным составом. У каждого ресивера
предусмотрен кран для слива конденсата. Число ресиверов зави-
сит от принятой схемы пневмопривода. Запас сжатого воздуха в
ресиверах должен обеспечить несколько торможений после пре-
кращения работы компрессора.
391
С целью повышения надежности работы пневмопривода на ав-
томобилях устанавливают приборы сушки воздуха, влагоотделите-
ли и предохранители от замерзания. Это связано с тем, что сжатый
воздух, нагнетаемый компрессором, содержит водяные пары, ко-
торые при низкой температуре окружающего воздуха конденсиру-
ются и могут стать причиной отказа пневмопривода. Эффектив-
ная сушка воздуха может быть достигнута при установке адсорб-
ционных приборов с поверхностно-активными веществами (сили-
кагелем), удерживающими частицы воды.
Влагоотделитель (рис. 23.19) предназначен для охлаж-
дения воздуха, поступающего от компрессора в пневмосистему ав-
томобиля, отделения и автоматического слива образующейся ка-
пельной влаги. Он состоит из охладителя 10, представляющего со-
бой оребренный трубопровод длиной около 3 м, и собственно вла-
гоотделителя типа «Циклон». Во внутренней полости корпуса 8
влагоотделителя расположено направляющее устройство, состоя-
щее из трех собранных в один блок и закрепленных в корпусе ле-
пестковых шайб 9. Шайбам придана форма винтовой поверхнос-
ти. В нижней части корпуса 8 установлен сборник конденсата 1,
отделенный от полости направляющего аппарата фильтроваль-
ной сеткой 7. Пружины 3 сборника конденсата удерживают его
клапаны 2 и 6 в закрытом положении. Влажный воздух от комп-
рессора поступает в охладитель 10, наружная поверхность кото-
рого при движении автомобиля обдувается встречным потоком
воздуха. Охлажденный воздух из охладителя поступает во внут-
реннюю полость влагоотделителя, приобретая вращательное дви-
Рис. 23.19. Влагоотделитель:
7 — корпус конденсатосборника; 2—нижний клапан; 3 — пружина; 4 — поршень; 5 —
диафрагма; 6— верхний клапан; 7—сетка; 8— корпус; 9— лепестковая шайба; 10—
охладитель
392
жение, проходит направляющее устройство и через осевое отвер-
стие в корпусе поступает к регулятору давления и далее в тормоз-
ную систему.
Выделившаяся в полости направляющего аппарата влага через
сетку 7 поступает в полость сборника конденсата и собирается у
закрытого клапана 6. По мере увеличения давления во внутренней
полости диафрагма 5 прогибается, клапан 6 приоткрывается и
скопившаяся влага вместе с воздухом попадает в полость под ди-
афрагмой. После того как давление воздуха в баллонах тормозной
системы достигнет верхнего предела, срабатывает регулятор дав-
ления и давление воздуха в полости над диафрагмой снижается до
атмосферного. Верхний клапан 6 закрывается и разъединяет по-
лость под диафрагмой от магистрали. При этом диафрагма 5 под-
нимается вверх и открывает клапан 2. Конденсат продувается че-
рез отверстие корпуса конденсатосборника в атмосферу.
Предохранитель от замерзания предназначен
для предотвращения замерзания конденсата в трубопроводах и
приборах пневматического тормозного привода. Предохранитель
от замерзания автомобиля КАЗ-4540 состоит из муфты 1 (рис.
23.20, а), цилиндра 3 со штоком 5 и бачка 6 с антифризом. В съем-
ную крышку 7 бачка встроен толкатель 8 с рукояткой 9.
Антифриз заливают в бачок после снятия крышки 8. Через ка-
нал А цилиндра 3 антифриз поступает во внутреннюю полость Б
под поршень, где удерживается лепестковым клапаном 2, поджа-
тым сжатым воздухом со стороны внутренней полости муфты.
Впрыскивание антифриза в пневмосистему происходит при на-
жатии на рукоятку 9 толкателя 8, вследствие чего антифриз под
давлением открывает обратный клапан 2, попадает во внутрен-
нюю полость муфты и подхватывается потоком воздуха. При тем-
пературе ниже 5 °C подача антифриза в трубопровод системы про-
изводится перед началом движения нажатием на рукоятку толка-
теля 7... 10 раз и повторяется в течение рабочей смены 3...5 раз.
Объем бачка для антифриза 230 см3, количество антифриза, пода-
ваемое за одно впрыскивание, 1... 1,8 см3, максимальное рабочее
давление 800 кПа.
На автомобилях КамАЗ устанавливают спиртовой предохра-
нитель от замерзания (рис. 23.20, 6). Когда рукоятка тяги 10 на-
ходится в верхнем положении, воздух, нагнетаемый компрессо-
ром, проходит мимо фитиля 3 и уносит с собой спирт, который
отбирает из воздуха влагу и превращает ее в незамерзающий кон-
денсат.
Для отключения предохранителя (при температуре выше 5 °C)
тягу 10 необходимо опустить в крайнее нижнее положение. При
этом она поворачивается и фиксируется ограничителем 8. Пробка
6, сжимая расположенную внутри фитиля 3 пружину 1, входит в
обойму 77 и отделяет корпус 2, содержащий спирт, от пневмопри-
вода, вследствие чего испарение спирта прекращается.
393
9
Рис. 23.20. Предохранитель от замерзания:
а — автомобиля КАЗ-4540: / — муфта; 2 — лепестковый клапан; 3— цилиндр; пружина;
5—шток; 6— бачок; 7—крышка; 8— толкатель; 9—рукоятка; б— автомобиля КамАЗ: 7 —
пружина; 2—нижний корпус; 3 —фитиль; < Я 72—уплотнительные кольца; 5—сопло;
6— пробка с уплотнительным кольцом; 7— верхний корпус; 8— ограничитель тяги; 10— тяга;
77 —обойма; 13— упорное кольцо; 14— пробка; 15 — уплотнительная шайба
Тормозные краны предназначены для управления по-
дачей сжатого воздуха, поступающего из ресиверов к исполни-
тельным органам тормозной системы автомобиля или автопоезда,
и обеспечивают следящее действие системы.
По принципу действия тормозные краны бывают прямого и
обратного действия, а также комбинированные. В кранах прямого
действия при увеличении усилия, прикладываемого к нему, давле-
ние в полости крана возрастает, а в кранах обратного действия —
уменьшается.
По числу обслуживаемых контуров привода различают одно-,
двух-, трех- и многосекционные тормозные краны. Односекцион-
394
ные краны используют в одноконтурных тормозных приводах,
двухсекционные — в двухконтурных приводах одиночного авто-
мобиля, трехсекционные — для управления тормозами автопоез-
да, причем первая и вторая секции служат для управления тормо-
зами тягача, а третья секция — тормозами прицепа.
Управление тормозным краном осуществляется механически с
помощью рычагов и тяг или гидроприводом.
Основные элементы тормозного крана: впускной (воздушный)
и выпускной (атмосферный) клапаны, следящий механизм. По
форме клапаны кранов бывают плоские, конические и сферичес-
кие. Они имеют одно или два седла, причем седла могут быть как
неподвижные, так и подвижные. Следящий механизм крана — это
элемент, обеспечивающий изменение давления воздуха в его по-
лости в зависимости от входного воздействия (усилия, перемеще-
ния, давления). Этот механизм состоит из упругого элемента (пру-
жины или резиновой втулки) и чувствительного элемента (порш-
ня или диафрагмы).
На рисунке 23.21, а изображен тормозной кран прямого дей-
ствия. В отторможенном состоянии атмосферный клапан 5открыт
и тормозная камера /сообщается с атмосферой. При этом клапан
6 сжатого воздуха закрыт. Нажатие на тормозную педаль приводит
к перемещению вправо полого штока 2, закрывающего клапан 5.
Одновременно открывается клапан 6, сообщая тормозную камеру
7 с ресивером. Давление в тормозной камере пропорционально
усилию на тормозной педали. Следящее действие обусловлено
равновесием сил, действующих на поршень при постоянном уси-
лии на тормозной педали.
Статическая характеристика этого тормозного крана (рис.
23.21, б) построена с учетом трения, поэтому повышение давления
начинается при некотором усилии на педали, что отражает зону
нечувствительности привода.
Двухсекционный тормозной кран прямого действия имеет две
последовательно расположенные секции, плоские резиновые кла-
паны и поршневой следящий механизм с резиновой втулкой.
Выводы крана А и Б (рис. 23.22) соединены с ресиверами, а В и
Г— с тормозными камерами автомобиля. При нажатии на педаль
тормоза усилие передается через систему рычагов и тяг рычагу 7
крана и далее через толкатель 2 и резиновую втулку 3 верхнему
следящему поршню 4. Подвижное седло клапана 10, перемещаясь
вниз вместе с поршнем 4, закрывает выпускное окно этого клапа-
на и перекрывает сообщение через вывод /’’тормозных камер с ат-
мосферой, а затем отрывает клапан 10 от неподвижного седла.
Сжатый воздух через вывод А и открытый клапан 10 поступает в
полость крана и далее к выводу Г. К нему, как правило, подключа-
ется магистраль управления тормозами передней оси автомобиля,
а также трубопровод, соединяющий эту магистраль с одной из уп-
равляющих полостей крана управления тормозами прицепа с
395
Рис. 23.21. Тормозной кран прямого действия:
а — конструкция; б— схема и статическая характеристика; 7, 4 — пружины; 2— полый шток;
3 — поршень; 5 — атмосферный клапан; 6— клапан сжатого воздуха; 7— тормозная камера
двухпроводным приводом. Давление в верхней полости крана воз-
растает до тех пор, пока сила нажатия на резиновую втулку 3 не
уравновесится усилием, действующим на следящий поршень 4. В
этом случае клапан 10 садится на неподвижное седло, и воздух в
тормозные камеры не поступает.
При увеличении давления в верхней полости крана воздух че-
рез отверстие 9 в корпусе 11 поступает в надпоршневую полость
большого поршня 8, который совместно со следящим поршнем 6
396
1
Рис. 23.22. Двухсекционный тормозной кран:
А, Б, В, Г—выводы; 7 —рычаг; 2—толкатель; 3 — резиновая втулка; 4—верхний следящий
поршень; 5—полый шток; 6—нижний следящий поршень; 7, 10— клапаны; большой
поршень; 9— отверстие; 7/— корпус; 72 —упорный болт
перемещается вниз и открывает клапан 7. Сжатый воздух через
вывод Б и клапан /поступает к выводу В. К этому выводу подклю-
чены магистраль управления тормозами задней оси автомобиля и
трубопровод, соединяющий эту магистраль с другой управляющей
полостью крана управления тормозами прицепа с двухпроводным
приводом. Давлением сжатого воздуха, находящегося в простран-
стве под поршнями 8 и 6, уравновешивается сила, действующая на
поршень 8 сверху. В нижней полости крана и тормозных камерах
397
задней оси устанавливается давление, соответствующее усилию
нажатия на резиновую втулку 3.
При прекращении воздействия на рычаг 7 поршень 4 перемеща-
ется вверх, клапан 10 прижимается к неподвижному седлу, а вывод
Г через выпускное окно клапана и полый шток 5 сообщается с ат-
мосферой. Уменьшение давления в верхней полости вызывает пе-
ремещение поршня 8 вверх, в результате чего клапан 7 садится на
седло в корпусе и вывод В соединяется с атмосферой.
При повреждении первого контура (верхней секции) усилие
от рычага через упорный болт 12 передается на полый шток 5,
жестко соединенный со следящим поршнем 6 нижней секции, и
открывает клапан 7. Таким образом, вторая секция будет управ-
ляться механически. При этом сохранится ее следящее действие,
так как сила, действующая сверху на шток поршня 6, будет урав-
новешиваться усилием на поршне, возникающим в результате
повышения давления в полости нижней секции. При поврежде-
нии второго контура (нижней секции) поршень 8 садится на
нижний упор в корпусе 77 крана и верхняя секция работает
обычным образом.
Клапаны управления тормозами прицепа (полу-
прицепа) устанавливают на автомобиле-тягаче. Они служат для
регулирования давления воздуха в управляющей магистрали при-
цепа при торможении. Такие клапаны могут быть выполнены в
виде отдельного пневмоаппарата или одной из секций тормозно-
го крана.
На рисунке 23.23 изображена конструкция клапана управления
тормозами прицепа с двухпроводным приводом. Он имеет плос-
кий резиновый клапан, два следящих механизма: поршневой и
диафрагменный и три вывода: два прямого 13 и 18 действия от
секций тормозного крана и один обратного 14 действия от ручно-
го крана управления стояночной и запасной тормозными система-
ми. К выводу 8 присоединена магистраль управления тормозами
прицепа, а к выводу 9— ресивер.
В расторможенном состоянии поршни 7 и 4 находятся в верх-
нем положении под действием пружины 5. Полости А и Д через
секции тормозного крана сообщаются с атмосферой, а к полостям
Г и В подводится сжатый воздух. Диафрагма 10 прогибается и пе-
ремещает шток 77 и связанный с ним поршень 7вниз. Клапан 16
под действием пружины 15 прижимается к подвижному седлу 77,
расположенному в поршне 7, и разобщает полости Би В. Второе
подвижное седло 6 клапана 16, выполненное в поршне 4, отодви-
нуто от клапана и образует выпускное окно. Через это окно, кор-
пус клапана 16 и полый шток 77 полость Б и вывод <? соединяются
с атмосферным выходом 12.
Торможение прицепа происходит при подаче сжатого воздуха
от секций тормозного крана к выводам 18 и 13 и далее в полости А
и Д одновременно или отдельно от каждой секции тормозного
398
12
Рис. 23.23. Клапан управления тормозами прицепа с двухпро-
водным приводом:
А, Б, В, Г, Д— полости клапана управления; 1, 4, 7—поршни; 2 —
регулировочный винт; 5, 5, 75 —пружины; 6, 17— подвижные седла;
8, 9, 13, 14, 18—выводы; 10—диафрагма; 77—полый шток; 72 —ат-
мосферный выход; 16— клапан
крана, а также при падении давления в полости Г, т. е. при тор-
можении автомобиля стояночной и запасной тормозными систе-
мами.
При подаче сжатого воздуха в полость А поршни 7 и 4 переме-
щаются вниз и седло 6 сначала прижимается к клапану 16, пере-
крывая сообщение полости Б с атмосферой, а затем отрывает кла-
пан 16 от седла 77, открывая впускное окно. Через это окно сжа-
тый воздух, подведенный к полости В, поступает в полость Б и да-
лее в управляющую магистраль прицепа. Давление воздуха в
полости Б будет повышаться до тех пор, пока усилие, вызванное
давлением воздуха в полости Б и действующее на поршень 4 сни-
зу, не уравновесится усилием, действующим на этот поршень
сверху. Этим обеспечивается следящее действие.
399
1
При подаче сжатого воздуха в полость Д диафрагма 10 со што-
ком 11, поршнем 7 и клапаном 16 перемещается вверх. Клапан 16
прижимается к седлу 6, в результате чего прекращается сообщение
полости Б с атмосферой. При дальнейшем перемещении поршня
7клапан 16 отрывается от седла 17, образуя впускное окно, и сжа-
тый воздух из полости В поступает в полость Бик выводу 8. Ана-
логично срабатывает клапан и при выпуске сжатого воздуха из по-
лости Г с помощью ручного крана обратного действия, который
управляет приводом запасной и стояночной тормозных систем.
Следящее действие в этом случае обеспечивается давлением сжа-
того воздуха на диафрагму 10 и поршень 7.
Кран управления стояночным тормозом обратного
действия (рис. 23.24). Им управляют вручную с помощью рукоят-
ки 2. Вывод 70 крана соединен с магистралью, управляющей сто-
яночным тормозом, вывод 8— с ресивером, вывод 9—с атмос-
ферой.
В исходном положении под действием пружин 1 и 13 шток 3
находится в нижнем положении. Седло 5, выполненное в штоке 3,
прижато к резиновому клапану 6. Сжатый воздух через окно, об-
разованное клапаном 6 и подвижным седлом, расположенным в
поршне 7, проходит из ресивера к выводу 70 и далее в магистраль
управления стояночным тормозом.
Для приведения в действие стояночного или запасного тормоза
необходимо повернуть рукоятку 2 крана. При этом кулачки 14
поднимают шток 3. Клапан 6 под действием пружины 77 также
400
поднимается и садится на седло поршня 7, прекращая сообщение
выводов 8 и 10. При дальнейшем движении штока 3 его седло 5
отрывается от клапана 6 и воздух из управляющей магистрали че-
рез выводы 9, 10 выходит в атмосферу. Так происходит процесс
торможения автомобиля стояночным тормозом. В крайних поло-
жениях рукоятка 2 удерживается фиксатором 4, а из промежуточ-
ных положений она автоматически возвращается в нижнее исход-
ное положение, соответствующее выключению стояночного тор-
моза. Следящее действие осуществляется поршнем 7 и уравнове-
шивающей пружиной 12.
Тормозные камеры устанавливают у колес. Они слу-
жат исполнительным органом тормозной пневмосистемы. Тор-
мозные камеры могут быть мембранные и поршневые. Мембран-
ная камера обеспечивает хорошую герметичность, однако для нее
характерна нелинейная зависимость между усилием на штоке и
его ходом.
На рисунке 23.25, а показана мембранная тормозная камера с
устройством для регулировки тормозного механизма автомобиля
ЗИЛ-431410. Корпус 1 камеры закрыт крышкой 4, между которы-
ми зажата диафрагма 2. Сжатый воздух поступает в камеру по
шлангу 5. В середине диафрагмы установлена стальная тарелка, на
которую опирается шток 3. На противоположном конце штока
жестко укреплена вилка 10, связанная рычагом 77. В рычаге раз-
мещен регулировочный механизм, состоящий из червяка 12, уста-
новленного на оси 14, и червячной шестерни 75, жестко посажен-
ной на вал разжимного кулака. Таким образом, осевое перемеще-
ние штока 3 вызывает поворот разжимного кулака, действующего
на тормозные колодки.
Поворотом регулировочного червяка 12 устанавливают необхо-
димый зазор между тормозными колодками и барабаном, по-
скольку вместе с червяком поворачивается и вал разжимного кула-
ка 16. Тормозные колодки с помощью установленных на них ро-
ликов постоянно опираются на разжимные кулаки. Поэтому по-
ворачивание кулака в ту или иную сторону соответственно
приближает или удаляет колодки от тормозного барабана. Регули-
ровочный червяк удерживается в выбранном положении шарико-
вым фиксатором 13.
Поршневая тормозная камера имеет более высокую эксплуата-
ционную надежность и лучшую линейную зависимость усилия на
штоке от его перемещения, чем мембранная. К недостаткам пор-
шневой камеры относятся худшая герметичность и более высокая
стоимость по сравнению с мембранной тормозной камерой.
На грузовых автомобилях большой грузоподъемности тормоз-
ные камеры часто совмещают с пружинным энергоаккумулятором
и используют в приводе рабочей, запасной и стояночной тормоз-
ных систем. На рисунке 23.25, б представлена поршневая тормоз-
ная камера с пружинным энергоаккумулятором автомобиля
401
14
15
22
23
24
^17
16
15
9
8
12
11
14
13
2120 19 18
25
26
3
27
2
Рис. 23.25. Тормозные камеры:
а — мембранная: 1 — корпус камеры;
2—диафрагма; 3— шток; 4—крышка
корпуса; 5 —гибкий шланг; 6, 7—пру-
жины; 8 — уплотнительная шайба;
9— болт; 10 — вилка штока; 11 — ре-
гулировочный рычаг; 12 — червяк;
13 — фиксатор; 14 — ось червяка; 15 —
шестерня; /6—разжимной кулак; б—
поршневая с энергоаккумулятором:
7 —корпус задней тормозной камеры;
2—гайка; 3— шток камеры в сборе;
4 — заглушка; 5—хомут; 6— диафраг-
ма; 7, 11, 21, 24 — уплотнительные
кольца; Я—возвратная пружина; 9—
толкатель; 10— цилиндр; 72—пор-
шень; 13— замочное кольцо; 14— ша-
рик; 75—кулачок; 76—крышка; 17—
силовая пружина; 18— замочное коль-
цо; 19— втулка штока; 20— шайба;
22 — сапун; 23 — шток; 25 — грязеза-
щитный чехол; 26—держатель грязеза-
щитного чехла; 27—направляющая
штока
б
КАЗ-4540. При движении автомобиля сжатый воздух находится в
полости цилиндра 10 энергоаккумулятора. При этом поршень 12
вместе с толкателем 9 занимает верхнее положение.
При торможении рабочим тормозом сжатый воздух подается в
полость над диафрагмой 6. Диафрагма воздействует на шток 3, ко-
торый перемещается и передает усилие на клин тормозного меха-
низма. При выпуске воздуха шток и диафрагма возвращаются в
исходное положение с помощью возвратной пружины клина.
При включении стояночного тормоза сжатый воздух выпуска-
ется из цилиндра энергоаккумулятора. Поршень 12 под действием
силовой пружины //движется вниз и перемещает толкатель 9, ко-
торый воздействует на диафрагму 6, шток 3 и клин разжимного
устройства — происходит торможение автомобиля.
При выключении стояночного тормоза воздух подается в ци-
линдр 10 под поршень 12, который, поднимаясь, сжимает пружи-
ну 17. При этом поднимается толкатель 9 и освобождает диафраг-
му 6 и шток 3, которые под действием пружины клина занимают
исходное положение.
Пружинный Энергоаккумулятор автоматически срабатывает
при утечке сжатого воздуха из привода, что приводит к торможе-
нию автомобиля. Для аварийного оттормаживания предусмотрено
механическое устройство, состоящее из винта, гайки и упорного
подшипника.
23.5. РЕГУЛЯТОРЫ ТОРМОЗНЫХ СИЛ. АНТИБЛОКИРОВОЧНЫЕ
СИСТЕМЫ
Регуляторы тормозных сил. Их основное назначение — ограни-
чение тормозных сил на задних колесах для предотвращения юза и
возможного заноса. Управляющими параметрами регулятора яв-
ляются давление в главном тормозном цилиндре и нагрузка на
заднюю ось.
На рисунке 23.26 показан регулятор автомобиля ВАЗ-2121. Он
устанавливает давление жидкости в приводе задних тормозных
механизмов в зависимости от положения кузова автомобиля отно-
сительно заднего моста. Регулятор включен в контур привода зад-
них тормозов и работает как клапан, автоматически прерываю-
щий подачу жидкости к задним тормозным механизмам.
Корпус 1 регулятора жестко прикреплен к кузову автомобиля.
В корпусе регулятора находится поршень 8, шток которого опира-
ется на торсион 11 привода, соединенного с задним мостом авто-
мобиля. Между втулкой 7 и цилиндрической головкой поршня
имеется кольцевой зазор. К втулке 7 прижат резиновый уплотни-
тель 6 головки поршня. Пружина 4 опирается одним концом на
тарелку 5, а другим — в резиновое уплотнительное кольцо 2. Внут-
ри регулятора имеются две полости: полость А связана с колесны-
403
ми тормозными цилиндрами задних тормозных механизмов, а по-
лость Б — с главным тормозным цилиндром.
В расторможенном состоянии поршень <?под действием торси-
она 11 и пружины 4 упирается в пробку 10 регулятора. Полости А
и Б сообщаются между собой.
При торможении жидкость из главного тормозного цилиндра
поступает в колесные тормозные цилиндры передних тормозов и
через регулятор — в колесные тормозные цилиндры задних тормо-
зов. В начале торможения, когда давление на жидкость неболь-
шое, жидкость свободно проходит через регулятор, приводя в дей-
ствие задние тормоза. При увеличении давления жидкости, когда
срабатывают тормоза, задняя часть кузова приподнимается и
уменьшается сила, действующая на поршень <£со стороны торсио-
на 11. Вследствие разности давлений на поршень сверху и снизу
он опускается до упора в уплотнитель 6. При этом полости Ли Б
разобщаются и поступление жидкости к задним тормозам прекра-
щается. Причем каждому положению кузова автомобиля относи-
тельно заднего моста будет соответствовать определенное пре-
ю
Рис. 23.26. Регулятор давления
автомобиля ВАЗ-2121:
А, 5—полости регулятора; / — корпус;
2—уплотнительное кольцо; 3— обойма;
4—пружина; 5—тарелка; 6 —резиновый
уплотнитель; 7—распорная втулка; 8—
поршень; 9— прокладка; 10— пробка;
77 —торсион привода регулятора
дельное давление жидкости в
задних тормозных механизмах.
Следовательно, каждому значе-
нию нагрузки на задние колеса
автомобиля при торможении со-
ответствует определенный тор-
мозной момент.
В конце торможения, когда
задняя часть кузова автомобиля
опустится, сила, действующая на
шток поршня со стороны торси-
она 11, увеличится. Поршень ре-
гулятора займет свое исходное
положение, и через образовав-
шиеся зазоры полости А и Б со-
единятся между собой, а колес-
ные тормозные цилиндры зад-
них тормозов —с главным тор-
мозным цилиндром.
Автоматические антиблокиро-
вочные системы. Блокирование
колес при торможении приводит
к потере устойчивости автомо-
биля, повышенному износу
шин, снижению эффективности
торможения. Для устранения
блокирования колес при тормо-
жении применяют антиблокиро-
вочные системы (АБС). Система
404
Рис. 23.27. Пневматический модулятор АБС (а) и его характеристика (0:
А, Б, В, Г, Д— полости; 1, 5, 6— клапаны; 2, 3 — электромагниты; 4— поршень
АБС состоит из датчика угловой скорости колеса, электронного
блока и модулятора давления. Сигнал отдатчика поступает в элек-
тронный блок, где формируются сигналы управления, поступаю-
щие на модулятор. Разработано несколько пакетов проц>амм,
обеспечивающих быстрое растормаживание колеса в момент, ког-
да оно начинает блокироваться, и последующее затормаживание
колеса при значительном угловом ускорении его. В результате по-
лучается многоцикловое автоматическое растормаживание — тор-
можение. В каждый цикл входит фаза автоматического расторма-
живания, выдержки и автоматического затормаживания.
На рисунке 23.27 показан пневматический модулятор. Сжатый
воздух поступает от тормозного крана в полость А, а затем в поло-
сти Би В. Поршень 4перемещается вниз и упирается в клапан 5,
отсоединяя полость Г от атмосферы. Дальнейшее перемещение
поршня 4 приводит к открытию клапана 5, в результате чего сжа-
тый воздух от ресивера через полости Ди Г поступает в тормозные
камеры.
Если тормозящееся колесо начинает блокироваться, электрон-
ный блок посыпает сигналы на электромагниты 2 и 3. Электромаг-
ниты закрывают клапан 7 и открывают клапан 6. При этом полос-
ти Б и В соединяются с атмосферой — происходит автоматическое
растормаживание колеса. При некотором угловом ускорении ко-
405
леса электронный блок отключает электромагнит 3. Клапан 6 под
действием пружины закрывается, и наступает фаза выдержки.
Фаза повторного автоматического затормаживания колеса на-
ступает, когда колесо приобретает пороговое угловое ускорение.
При этом электронный блок отключает электромагнит 2, что при-
водит к открытию клапана 1 и соединению полости В с магистра-
лью. Затем цикл повторяется.
23.6. ТОРМОЗА-ЗАМЕДЛИТЕЛИ. СТОЯНОЧНЫЙ ТОРМОЗ
Тормоза-замедлители. Тормозные механизмы многих автомоби-
лей перегреваются при эксплуатации в горных районах, холмис-
той местности и городах с интенсивным движением. Увеличение
размера, а следовательно, и массы тормозов нежелательно, так как
это приводит к увеличению размеров колес и неподрессоренных
масс автомобиля.
Снижение теплонапряженности колесных тормозов с целью
повышения безопасности движения, особенно на затяжных или
крутых спусках и при больших скоростях движения, может быть
достигнуто с помощью тормоза-замедлителя.
В соответствии с требованиями стандарта тормоз-замедли-
тель должен обеспечить спуск транспортного средства со скоро-
стью 30 ± 2 км/ч по уклону 7’ протяженностью 6000 м. Среднее
замедление автомобиля с тормозом-замедлителем составляет
0,6...2 м/с2.
К тормозам-замедлителям предъявляют следующие требова-
ния: высокие надежность и эффективность; небольшая масса и
малая стоимость; минимальное время срабатывания; возможность
регулирования эффективности торможения; минимальное услож-
нение агрегатов трансмиссии; малые инерционные, вентиляцион-
ные и другие потери мощности; плавные включение и торможе-
ние.
На автомобилях применяют тормоза-замедлители трех типов:
моторные, гидравлические и электродинамические.
Моторный тормоз-замедлитель обеспечивает искусственное
увеличение момента сопротивления вращению коленчатого вала
двигателя. Увеличение сопротивления вращению двигателя дости-
гается за счет перекрытия специальной заслонкой или клапаном
выпускной магистрали двигателя при одновременном прекраще-
нии или значительном уменьшении подачи топлива.
На рисунке 23.28 показан моторный тормоз-замедлитель авто-
мобиля КАЗ-4540, размещенный в приемных трубах глушителя.
Заслонка 3 установлена на валу 4, закрепленном в корпусе 1. На
валу заслонки закреплен также поворотный рычаг 2, жестко со-
единенный со штоком приводного пневмоцилиндра. Рычаг 2 с
заслонкой 3 имеют два фиксированных положения. В нерабочем
406
положении заслонка расположена
вдоль потока отработавших газов, а
при включении тормоза-замедлите-
ля — перпендикулярно потоку, со-
здавая определенное противодавле-
ние в выпускных трубопроводах
двигателя.
Тормоз-замедлитель приводится
в действие двумя пневмоцилиндра-
ми: один управляет заслонкой, вто-
рой отключает подачу топлива. Та-
кой тормоз-замедлитель снижает
температуру тормозных барабанов
при торможении на 40...50 ’С и уве-
личивает срок службы тормозных накладок до 50 %.
Гидродинамический тормоз-замедлитель представляет собой
гидромуфту, ротор которой соединен с валом трансмиссии, а ста-
тором служит корпус. Полость тормоза-замедлителя заполняется
жидкостью. При вращении ротора на валу трансмиссии создается
тормозной момент, вызванный гидродинамическим сопротивле-
нием вращению лопаток ротора. Тормозной момент регулируют
изменением объема жидкости в полости замедлителя.
Преимущества гидравлических тормозов-замедлителей: про-
стота устройства и обслуживания, высокая энергоемкость при ма-
лых габаритных размерах, плавность включения, отсутствие изна-
шиваемых от трения деталей, стабильность тормозных характери-
стик, возможность регулирования эффективности действия.
Эффект торможения может быть получен двумя способами:
1) при работе гидротрансформатора гидромеханической коробки
передач на тормозном режиме; 2) при использовании специально-
го лопастного гидромеханического тормоза-замедлителя. Лопаст-
ные гидрозамедлители могут быть выполнены в виде одинарной
или сдвоенной гидромуфты.
На рисунке 23.29 показан двухлопастный гидрозамедлитель.
Ротор 7 имеет прямые радиальные лопасти и жестко установлен
на валу 77. Включение гидрозамедлителя осуществляется при по-
вороте дроссельной заслонки клапана 4. При этом насос 3 перека-
чивает воду из радиатора 5 в гидрозаменитель, а из него через под-
порный клапан 2 она поступает во всасывающий патрубок водя-
ной помпы 6 двигателя и далее по каналу 7 в водяную рубашку
двигателя. Из двигателя по каналу 8 вода проходит через радиатор
5 и далее опять через клапан 4 и насос 3 направляется в полость
гидрозамедлителя. Обе рабочие полости гидрозамедлителя кана-
лом 10 соединены с компенсационным бачком 9. Гидрозамедли-
тель может быть установлен вместо промежуточной опоры кар-
данной передачи.
Электродинамические тормоза-замедлители представляют со-
407
Рис. 23.29. Двухлопастный гидрозамедлитель:
7 — ротор; 2— подпорный клапан; 3 — насос; 4 — клапан;
5—радиатор; 6—помпа; 7, каналы; 9—компенсаци-
онный бачок; /0—дренажный канал; 77 —вал
бой индукционные муфты, в которых для создания тормозного
момента используются вихревые токи (токи Фуко). Эти замедли-
тели имеют неподвижные катушки электромагнитов и вращаю-
щийся якорь. Электроснабжение обмоток электромагнитов осу-
ществляется от аккумуляторной батареи или генератора, приводи-
мого в действие от трансмиссии автомобиля.
Важное преимущество электрозамедлителей — возможность их
408
2
1
Рис. 23.30. Стояночный тормоз, действующий на задние колеса:
1— рукоятка; 2— рычаг; Л 5— ролики троса; 4— передний трос; 6— промежуточный рычаг; 7— стержень; 8t JO— тросы привода тормозных
механизмов; 9— уравнитель тормоза; // — трубка; 12— эксцентриковая ось разжимного рычага
установки не только на автомобилях, но и на прицепах и полупри-
цепах. Однако для электрозамедлителей характерны относительно
большая масса и значительный расход электроэнергии и цветных
металлов.
Стояночный тормоз. Стояночная тормозная система предназна-
чена для затормаживания автомобиля на уклоне до 25 % и может
быть применена в качестве запасной при отказе рабочей тормоз-
ной системы.
В зависимости от места установки тормоза различают колесные
и трансмиссионные стояночные системы.
Стояночный тормоз, действующий на тормозные колодки зад-
них колес, показан на рисунке 23.30. Он имеет ручной тросовый
привод. Рычаг 2 с рукояткой 7 расположен под щитком приборов
и соединен с передним тросом 4, направляющими для которого
служат ролики 3 и 5. Трос 4 закреплен на конце промежуточного
рычага 6. Установленный на рычаге стержень 7 соединен с урав-
нителем 9. Промежуточный рычаг крепится шарнирно на специ-
альном кронштейне. Уравнитель 9 равномерно распределяет тор-
мозное усилие, передаваемое тросами 8 и 70 тормозным механиз-
мам правого и левого задних колес. Внутри механизмов тросы
проходят через направляющие трубки 77, приваренные к тормоз-
ному щиту. Концы тросов соединены с разжимными рычагами,
действующими через распорные планки на тормозные колодки.
Разжимной рычаг установлен на эксцентриковой оси 12, за-
крепленной на тормозной колодке. Поворачиванием оси регули-
руется положение разжимного рычага относительно распорной
планки. При вытягивании рукоятки 7 тросовый привод, действуя
на разжимной рычаг, затормаживает задние колеса. После растор-
маживания разжимной рычаг возвращается в исходное положение
под действием пружины.
23.7. ВОЗМОЖНЫЕ НЕИСПРАВНОСТИ И ТЕХНИЧЕСКОЕ
ОБСЛУЖИВАНИЕ ТОРМОЗНОЙ СИСТЕМЫ
В тормозной системе могут возникать следующие неисправно-
сти: неэффективное торможение (слабое действие тормозов); зак-
линивание тормозных колодок и невозвращение их в исходное
положение после окончания нажатия на тормозную педаль; не-
равномерное действие тормозов правого и левого колес одной
оси; утечка тормозной жидкости и попадание воздуха в систему
гидравлического привода; негерметичность системы пневматичес-
кого привода.
Герметичность соединения гидравлического и пневматичес-
кого привода тормозов проверяют при внешнем осмотре автомо-
биля. В гидравлическом приводе места нарушения герметичнос-
ти выявляют по подтеканию тормозной жидкости, в пневмати-
410
ческом приводе — на слух по характерному звуку, появляющему-
ся при утечке воздуха. Для более точного выявления места по-
вреждения проверяемое соединение покрывают мыльной эмуль-
сией и по появлению мыльных пузырей определяют место утеч-
ки воздуха.
Свободный ход педали тормоза у автомобилей с гидравличес-
ким приводом регулируют изменением длины тяги, соединяющей
тормозную педаль с толкателем поршня главного тормозного ци-
линдра. С этой целью у автомобиля ГАЗ-53-12 устанавливают пе-
даль в положение, при котором она упирается в резиновый буфер,
отпускают контргайку и, вращая муфту в ту или другую сторону,
устанавливают свободный ход педали 8...14 мм. Зазор между пер-
вичным поршнем и толкателем главного тормозного цилиндра
должен находиться в пределе 1,5...2,5 мм.
При наличии пневматического привода эта регулировка сво-
дится к изменению длины тяги, соединяющей педаль тормоза с
промежуточным рычагом привода тормозного крана. Длину тяги
изменяют, вращая вилку, навернутую на резьбовой конец тяги.
Тормозные камеры проверяют на герметичность при подаче в
них сжатого воздуха. Мыльную эмульсию наносят на кромки
фланца корпуса возле стяжных болтов, отверстия выхода штока из
корпуса камеры и штуцера крепления трубопровода к камере. За-
полняя камеру сжатым воздухом, следят за появлением мыльных
пузырей. Как правило, для устранения утечки воздуха достаточно
подтянуть все болты крепления крышки к корпусу камеры. Если
утечка воздуха продолжается, то заменяют диафрагму.
Давление в тормозных камерах проверяют по манометру, кото-
рый подсоединяют к одной из камер. За счет работы компрессора
на холостом ходу двигателя давление в системе пневматического
привода повышают до 0,7 МПа.
Зазоры между колодками и тормозными барабанами у автомо-
билей с пневматическим приводом регулируют при помощи регу-
лировочного червяка, расположенного на рычаге, соединяющем
шток тормозной камеры с валом разжимного кулака. Колесо вы-
вешивают и, поворачивая регулировочный червяк, доводят колод-
ки до соприкосновения с барабаном (колесо заторможено). После
этого, поворачивая червяк в обратном направлении, отводят ко-
лодки от барабана до начала свободного вращения колеса. Щупом
проверяют зазор, который должен быть 0,2... 1,2 мм.
После регулировки зазора определяют ход штоков тормозных
камер, который должен быть равен 20...30 мм. Далее проверяют
свободный ход педали тормоза. Закончив регулировку тормозных
механизмов всех колес, проверяют действие тормозов на ходу.
Торможение колес одной оси должно начинаться одновременно и
быть равномерным. Проведя несколько торможений, проверяют,
не происходит ли нагрев тормозных барабанов.
Если автомобиль оборудован пневматическим приводом тор-
411
мозов, то нельзя начинать движение машины, когда давление в
пневмосистеме привода ниже 0,5 МПа, и допускать снижение дав-
ления при движении ниже этого значения. При давлении ниже
0,5 МПа загорается контрольная лампа на щитке приборов. При
длительных спусках нельзя выключать двигатель, чтобы не израс-
ходовать весь запас воздуха из баллонов пневмосистемы.
Ручной тормоз должен быть отрегулирован таким образом, что-
бы исключить задевание колодок за барабан во время движения
автомобиля. У автомобиля ЗИЛ-431410 ход рычага ручного тормо-
за регулируют изменением длины тяги, соединяющей рычаг при-
вода тормоза с регулировочным рычагом. Для этого подвертывают
вилку, с помощью которой тяга соединяется с рычагом. При пра-
вильной регулировке рычаг привода ручного тормоза должен вы-
тягиваться усилием одной руки не более чем на четыре-пять зуб-
цов рейки, фиксирующей его положение.
Контрольные вопросы и задания
1. Для чего предназначена тормозная система? 2. Сколько и какие тормозные
системы должны быть в современном автомобиле? 3. Какие требования предъяв-
ляют к тормозным системам? 4. Какие приводы тормозов применяют на автомо-
билях? 5. Какие требования предъявляют к тормозным приводам? 6. Перечислите
типы тормозных механизмов. 7. Для чего необходим гидровакуумный усилитель
тормозов? 8. Назовите преимущества дисковых тормозных механизмов перед ба-
рабанными. 9. Из каких элементов состоит пневмопривод тормозов? 10. Для чего
необходимы регулятор тормозных сил и автоматические антиблокировочные сис-
темы? 11. Назовите способы предотвращения отказов тормозной системы при
низких температурах. 12. С какой целью устанавливают тормоза-замедлители?
13. Как проверяют и регулируют свободный ход педали тормоза? 14. Как регули-
руют колесные тормоза?
Раздел VI
РАБОЧЕЕ И ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ
ОБОРУДОВАНИЕ
Рабочее и вспомогательное оборудование относят к дополни-
тельному оборудованию автомобиля. Рабочее оборудование слу-
жит для расширения эксплуатационно-технических свойств,
вспомогательное —для защиты здоровья и повышения уровня
жизнеобеспечения водителя и пассажиров.
Глава 24
РАБОЧЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ
К рабочему оборудованию относят сцепные устройства, лебед-
ку, самосвальное устройство, кузова для груза, механизмы отбора
мощности.
24.1. СЦЕПНЫЕ УСТРОЙСТВА
Сцепные устройства предназначены для соединения автомоби-
ля с прицепом или другим буксируемым средством. Эти устрой-
ства делят на тягово-сцепные и опорно-сцепные.
Требования к сцепным устройствам: надежность сцепки,
обеспечение необходимой свободы автопоезду при поворотах,
удобство и быстрота сцепки и разъединения элементов автопоез-
да, универсальность при сцепке различных видов машин и при-
цепов.
Наиболее распространены соединение «тяговый крюк — сцеп-
ная петля дышла» для грузовых автомобилей и шаровое соедине-
ние для легковых автомобилей. Седельно-сцепные устройства
применяют для соединения автомобилей-тягачей с крупнотон-
нажными полуприцепами.
Тяговый крюк стандартизован и выпускается пяти типоразме-
ров. Его крепят к лонжерону рамы. Сцепная петля крюка после
соединения с дышлом прицепа фиксируется защелкой с замком.
Для демпфирования толчков со стороны прицепа крюк имеет
амортизационное устройство в виде резиновой втулки или пружи-
413
ВидС
Рис. 24.1. Седельно-сцепное устройство тягача:
1 — нижняя плита; 2— продольная ось; 3 — балансир; 4 — предохранительная планка; 5 — сед-
ло; 6—поперечная ось; 7—стопор; 8— штифт; 9— пальцы захватов; 10— рычаг; 77 —за-
порный кулак; 72—пружина; 13— тяга; 14— защелка; 75—пружина защелки; 16— захват;
77—отжимная пружина
ны. Крюк может поворачиваться вокруг своей оси, что позволяет
автомобилю и прицепу совершать поперечные колебания при езде
по бездорожью. Для разъединения автомобиля с прицепом нужно
нажать на фиксатор, после чего повернуть защелку.
Седельно-сцепные устройства могут быть двух типоразмеров.
Устройства оснащены полуавтоматической сцепкой. Седло 5
(рис. 24.1) шарнирно установлено на балансире 3, который, в свою
очередь, соединен с продольной осью 2 нижней плиты 7. Это
обеспечивает возможность наклона соединения на угол 15° в про-
дольном и 3° в поперечном направлениях.
414
Седло со шкворнем прицепа соединено двумя захватами 16, ус-
тановленными на пальцах 9. После сцепления со шкворнем захва-
ты запираются кулаком 11, который стопорится тягой с планкой 4.
В соединении планка должна находиться в вертикальном положе-
нии. Для разъединения тягача с прицепом поворачивают рычаг 10,
кулак отводится рычагом в крайнее переднее положение и фикси-
руется защелкой 14. При отъезде тягача захваты раздвигаются
шкворнем прицепа.
Шарнирные прицепные устройства легковых автомобилей
представляют собой шаровую головку, охватываемую разрезной
сферической чашкой, установленной на дышле полуприцепа.
Вертикальная нагрузка на шарнир со стороны полуприцепа до-
пускается не более 600 Н.
24.2. КУЗОВА
Грузовые кузова имеют основание, соединенное с полом и об-
разующее платформу, откидные боковые борта и жестко закреп-
ленный передний борт. Боковые борта могут состоять из двух-трех
секций. Запорные устройства должны надежно и легко их фикси-
ровать.
Кузов самосвала (рис. 24.2) представляет собой цельнометалли-
ческий (иногда пластмассовый) короб, опрокидывающийся отно-
сительно задней оси 3. В сельскохозяйственных автомобилях пре-
дусматривают опрокидывание на три стороны, а также открываю-
щиеся или неоткрывающиеся борта. Оси открытия бортов могут
быть верхние (как на рис. 24.2) или нижние. В последнем случае
уменьшается попадание ссыпаемого груза под колеса.
Кузов устанавливают на надрамнике, прикрепленном к раме
стремянками. Для увеличения жесткости к кузову приварены про-
дольные и поперечные ребра, для защиты кабины он имеет козы-
рек. Задний борт подвешен на оси 6. Снизу он заперт защелкой из
цапфы 4 и запорного крюка 5. При разгрузке кузова защелка осво-
бождается воздействием водителя на рычаг и тягу 7. При ремонт-
ных работах и техническом обслуживании кузов фиксируют упор-
ной штангой 2.
Подъемный механизм служит для поднятия кузова и выгрузки
перевозимого материала. Наиболее распространены механизмы
гидравлического типа. Они компактные, надежные, имеют малые
габаритные размеры.
Гидропривод подъемного механизма состоит из бака 6
(рис. 24.3), шестеренного гидронасоса 2, приводимого в действие
от раздаточной коробки передач, распределителя 1, телескопичес-
кого гидроцилиндра <?и соединительных трубопроводов 4 и 7. Для
включения гидроподъемника используют рычаг 11, при воздей-
ствии которого на золотник 12 распределителя масло перетекает в
415
Рис. 24.2. Кузов самосвала:
7 — продольная балка; 2— упорная штанга; 3 — ось опрокидывания; 4— цапфа; 5—
запорный крюк; 6—ось подвески заднего борта; 7—тяга
Рис. 24.3. Гидросистема подъемного механизма самосвала:
а — компоновка; б — схема; 1 — распределитель; 2 — гидронасос; 3 — привод насоса; 4 — слив-
ной трубопровод; 5—заборный трубопровод; 6— бак; 7 — нагнетательный трубопровод; 8—
гидроцилиндр; 9— надрамник; 10— кузов; 77 —рычаг управления; 72—золотник; 13— кла-
пан; 14— плунжер
цилиндр (положение А) или в бак (положение Б) при опускании
кузова. Предохранительный клапан 13 срабатывает при давлении
13,5 МПа, перепуская часть масла из нагнетательной магистрали
на слив в бак. Телескопическая конструкция гидроцилиндра по-
зволяет уменьшить габаритные размеры этого механизма. Внизу
каждого плунжера гидроцилиндра 8 выполнен буртик для ограни-
чения хода при полном выдвижении секции.
24.3. СИСТЕМЫ ОТБОРА МОЩНОСТИ
Часть мощности двигателя отбирается для привода лебедок,
насосных станций для пожарных целей, распылителей и опрыски-
вателей, работы гидропривода. Последний применяют для управ-
ления подъемом кузова самосвала, при гидроприводе рабочих ор-
ганов специальных машин (опрыскивателей, опыливателей, агре-
гатов для внесения жидких удобрений и ядохимикатов).
Отбор мощности чаще всего осуществляется от промежуточно-
го вала коробки передач или ее блока колес заднего хода за счет
установки специальных шестеренных редукторов с выходным ва-
лом. К валу крепят либо непосредственно потребитель (например,
гидронасос), либо карданный вал его привода. Иногда при этом
используют носок коленчатого вала двигателя (например, для
привода пожарных помп, устанавливаемых перед радиатором ав-
томобиля). Шестерню привода вала отбора мощности включают
так же, как шестерни коробки передач — через валик с вилкой пе-
реключения. В автомобилях ГАЗ-66-11, ГАЗ-3301 включением уп-
равляют с помощью пневмосистемы.
Автомобили повышенной проходимости часто оборудованы
лебедками, которые используют для самовытаскивания, вытаски-
вания других автомобилей, поднятия грузов. На автомобилях ГАЗ
и ЗИЛ лебедки устанавливают в передней части, а на автомобилях
«Урал», КамАЗ — в средней части. Лебедки развивают усилие от 30
до 70 кН.
Барабан лебедки, на который намотан трос, приводится в дей-
ствие через червячный редуктор. Его червяк вращается от разда-
точной коробки через карданный вал, червячное колесо соедине-
но с барабаном через муфту включения. Правильность наматыва-
ния и сматывания троса определяет ходовой винт и два ролика:
горизонтальный и вертикальный. Ходовой винт приводится в дей-
ствие цепной передачей. При необходимости барабан стопорится
ленточным тормозом.
Контрольные вопросы и задания
1. Объясните действие фиксирующих механизмов тягового крюка и седельно-
го устройства. 2. Какие отличия имеют кузова автомобилей сельскохозяйственно-
го назначения? 3. Почему для подъема кузова самосвала применяют телескопи-
ческий гидроцилиндр? 4. Из каких частей состоит лебедка?
417
Глава 25
КАБИНЫ И САЛОНЫ АВТОМОБИЛЕЙ
25.1. ЭРГОНОМИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ
Эргономика — это наука о взаимодействии элементов системы
«человек — машина — среда». В условиях повышения энергово-
оруженности транспортных средств и насыщения транспортных
потоков характер работы водителя требует затрат не столько физи-
ческого труда, сколько умственного. Поэтому к машине предъявля-
ют новые требования, обеспечивающие снижение нагрузки на
водителя. Мероприятия по реализации данных требований раз-
рабатывает инженерная психология — раздел эргономики о со-
гласовании психофизических и антропометрических показателей
человека и технических характеристик машины. При создании
машины обязательно учитывают не только положительные каче-
ства человека (умение логически мыслить, предвидеть, вычис-
лять и т. д.), но и отрицательные (малая скорость обработки ин-
формации, большая чувствительность к изменению внешних ус-
ловий, изменение психологических качеств от физического со-
стояния, эмоциональность восприятия ситуаций вплоть до
стресса и т. д.).
Исходя из этого, к рабочему месту водителя предъявляют сле-
дующие основные требования:
1) снижение затрат физической энергии по управлению авто-
мобилем;
2) обеспечение достаточной (но неизбыточной) информатив-
ности внешних сигналов и раздражителей;
3) создание достаточного комфорта по антропометрическим,
климатическим, звуковым и световым факторам;
4) обеспечение безопасности при авариях.
Первое требование определяет усилия на органах управления
(см. главу 5), расположение и возможность регулирования этих
органов с учетом физиологических особенностей водителя. Вто-
рое требование определяет обзорность впереди и сзади, средства
противоослепления, расположение и информативность приборов
системы управления (см. главу 7). Третье требование устанавлива-
ет соответствие рабочего места антропометрическим данным че-
ловека (форме и размерам тела), восприятие им освещенности до-
роги, доски приборов, работы аудиосистем и комфортность его в
салоне и т. д. Четвертое требование обусловливает наличие и дей-
ствие средств активной и пассивной безопасности (мягкие бампе-
ры и рулевое колесо, сдвиг частей машины при столкновении,
ремни и подушки безопасности и др.).
418
25.2. ОБОРУДОВАНИЕ КАБИНЫ И САЛОНА
Кабина грузовых автомобилей представляет собой цельносвар-
ной элемент (рис. 25.1, а), устанавливаемый на отдельные резино-
вые подушки с целью снижения передаваемых вибраций на чело-
века. Стенки кабины и салона легкового автомобиля покрывают
обивкой, состоящей из нескольких слоев теплоизолирующего и
звукопоглощающего материала и декоративного покрытия (плас-
тик, кожа и т. д.). Двери выполняют из двухслойных штампован-
ных панелей, соединенных сваркой. Их подвешивают на двух пет-
лях. В закрытом положении дверь удерживается замком (кулачко-
вым, роторным). Окна дверей имеют опускные стекла, выполнен-
ные из триплекса, который при ударах не дает острых осколков.
Стекла устанавливают в стеклоподъемники с механическим или
электрическим приводом. Ветровое и заднее стекла панорамного
типа гнутые специального профиля.
С целью шумоизоляции кузова на поверхность основания
наносят противошумную мастику и битумные листовые про-
кладки.
Капот автомобиля состоит из наружной панели и внутренних
усилителей, открывается вперед и фиксируется специальным ог-
раничителем. Кабины автопоездов для международных перево-
Рис. 25.1. Кабина грузового автомобиля (а) и сиденье водителя (б):
7 —верхняя панель; 2—крыша; 3 — задняя панель; 4—каркас; 5 —боковая панель; 6— по-
душка; 7—рычаг регулировки жесткости; 5—спинка; 9— рычаг наклона спинки; 10— амор-
тизатор; 11 — торсион; 12— остов; 13— направляющи; 14— стопор; 75 — рычаг стопора; 76-
основание
419
зок должны быть оборудованы спальным местом. Ряд европейс-
ких фирм изготовляет кабины с высокой крышей для размеще-
ния наверху спального места. При этом длину кабины уменьша-
ют примерно на 400 мм, а длину грузовой платформы увеличи-
вают.
Одна из важных задач, решаемых при конструировании авто-
мобиля, — снижение вибронагруженности места водителя. Для ре-
шения ее применяют, например, пневмоподвески сидения с авто-
матическим изменением его упругости в зависимости от массы во-
дителя.
Обязательными элементами активной безопасности являются
стеклоочистители и стеклоомыватели.
Сиденья состоят из металлических каркасов с пружинными
сетками, подушек би спинок <?(рис. 25.1, б), покрытых формован-
ной губчатой резиной, набивкой и декоративной обивкой. Пере-
дние сиденья автомобилей можно перемещать в продольном на-
правлении и изменять наклон их спинки.
Сиденье установлено на специальных салазках. При повороте
рычага его можно перемещать и фиксировать в нескольких поло-
жениях, определяемых прорезями в салазках. Вращением рычага 9
регулируют положение спинки. Заднее сиденье легковых автомо-
билей трехместное. Устройство его подушки и спинки такое же,
как и передних сидений. При необходимости спинка может пово-
рачиваться, обеспечивая увеличение объема.
Ремни безопасности удерживают тело человека от удара о
стекло и приборную доску при столкновении с препятствием.
Ремни имеют тормоз, который допускает медленное перемещение
тела, но при резком движении, возникающем при ударе, стопорит
ремень. Одна ветвь ремня — диагональная через грудь, вторая —
поясная. Ремни закреплены в трех точках: стойке кузова, пороге
кузова и замке.
В зарубежных машинах среднего и высшего класса широко
применяют подушки безопасности. При столкновении они напол-
няются сжатым газом из баллончика за несколько миллисекунд,
создавая преграду между телом человека и твердыми деталями па-
нели приборов, ветровым стеклом и рулевым колесом.
25.3. СИСТЕМЫ ВЕНТИЛЯЦИИ, ОТОПЛЕНИЯ
И КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ
Система отопления и вентиляции кузова служит для создания в
салоне и кабине комфортного микроклимата, определяемого тем-
пературой, влажностью, наличием токсических примесей в возду-
хе. Комфортными считаются температура воздуха в салоне 18...
22 'С, влажность 60 %, минимум СО и СО2, отсутствие посторон-
420
них запахов. Исследованиями установлено, что тепловой режим в
кабине или кузове существенно влияет на число ошибок, совер-
шаемых водителем, а следовательно, и на число аварий. При тем-
пературе, превышающей оптимальную, воздух можно охлаждать с
помощью кондиционера, а при понижении температуры — под-
ключать систему отопления.
Наиболее распространена система отопления с использовани-
ем тепловой энергии от системы охлаждения двигателя (при жид-
костном охлаждении) или системы выпуска отработавших газов
(при воздушном охлаждении). В первом случае вода из системы
охлаждения поступает в теплообменник. Во втором случае в вы-
пускном трубопроводе предусматривают водяную рубашку, из ко-
торой горячая вода также подается в теплообменник.
Система отопления может иметь и собственный источник теп-
лоты. В этом случае она состоит из подогревателя (топливный на-
сос с электроприводом, распылитель, свеча), теплообменника и
вентилятора с электродвигателем. Система вентиляции и отопле-
ния должна подавать в кузов не менее 1 м3/мин наружного воздуха
для одного человека.
С целью вентиляции воздух поступает в салон (кабину) через
воздухозаборник (рис. 25.2) на капоте, проходит через отопитель,
весь салон и выходит через вытяжные люки в задней части салона.
Направление движения горячего воздуха регулируется специаль-
ной заслонкой. Радиатор отопителя 6 включен в систему охлажде-
ния двигателя. Система отопления и вентиляции позволяет не
только регулировать количество поступающего воздуха (с помо-
щью крышки 4), но и смешивать холодный и горячий потоки воз-
духа (с помощью рукояток 7 и 2, заслонки 3), направлять теплый
воздух на лобовое стекло, в салон или к ногам водителя (дефлек-
торы). При движении
автомобиля приток воз-
духа обеспечивается за
счет скоростного напора
наружного воздуха, при
стоянке — электровен-
тилятором.
Система кондициони-
рования воздуха обеспе-
чивает не только желае-
мый тепловой режим, но
и требуемую влажность.
Воздух нагнетается вен-
тилятором через затвор-
ник в охладитель, и да-
лее он поступает в кузов
через люки. В охладите-
Рис. 25.2. Схема отопления, вентиляции кабины
и обдува ветрового стекла:
1 — рукоятка крышки воздухозаборника; 2— рукоятка
заслонки; 3—заслонка; 4— крышка воздухозаборни-
ка; 5—вентилятор; <5—радиатор отопителя; 7—рас-
пределитель
421
ле теплота поглощается охлаждающей жидкостью (фреон, аммиак
и др.), которая испаряется. Пары жидкости поступают в компрес-
сор, а из него в радиатор, где опять превращаются в жидкость. Из
радиатора жидкость поступает в ресивер, а из него в охладитель.
Система имеет перепускной клапан, которым регулируется сте-
пень охлаждения. Поскольку кондиционеры являются мощными
потребителями электроэнергии, то в современных машинах часто
для их питания применяется напряжение 24 В.
К системе создания комфорта относят аудио- и видеосистемы.
Контрольные вопросы и задания
1. Перечислите эргономические требования к рабочему месту водителя. 2. Как
регулируют сиденье водителя в продольном направлении и наклон спинки? 3. Как
действует ремень безопасности при столкновении автомобиля с препятствием?
4. Какие существуют системы вентиляции и отопления кабины, салона? 5. Объяс-
ните действие системы кондиционирования салона автомобиля.
Раздел VII
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ
Эксплуатационные качества автомобиля во многом определя-
ются работой электрооборудования, надежностью и эффективнос-
тью его составных частей и приборов. Его стоимость достигает
30 % стоимости всего автомобиля. В то же время на электрообору-
дование вместе с системой зажигания приходится до 30 % всех
отказов автомобиля.
Электрооборудование предназначено для выработки электри-
ческой энергии (электроснабжения), обеспечения работы системы
зажигания, пуска, освещения и сигнализации, диагностирования,
а в современных автомобилях и для автоматического управления
двигателем, трансмиссией и другими агрегатами, обеспечения без-
опасности движения, комфорта в салоне и т. д.
Электрооборудование может быть выполнено по двухпровод-
ной и однопроводной системам. В основном применяют после-
днюю, где в качестве второго провода использована «масса», т. е.
металлические детали автомобиля. Это снижает расход меди, но
одновременно и надежность, так как более вероятна опасность
короткого замыкания. С «массой» соединен минусовый вывод ис-
точников электрической энергии. На всех автомобилях применя-
ется постоянный ток, что определяется использованием аккуму-
ляторных батарей. Напряжение сети 12 В. В последнее время по-
являются системы, где для питания мощных потребителей (кон-
диционеров и т. п.) применяется дополнительная система
напряжением 24 В.
Все приборы электрооборудования делят на две группы: источ-
ники энергии, которые вместе с регулирующей аппаратурой состав-
ляют систему энергоснабжения, и потребители. Генераторы и ак-
кумуляторные батареи относят к источникам энергии, остальные
приборы (лампы, приборы звуковой сигнализации, системы зажи-
гания, вентиляторы, кондиционеры, очистители стекол и др.) — к
потребителям. К этой же группе можно отнести системы микро-
процессорного управления двигателем, трансмиссией и всем авто-
мобилем в целом.
423
Глава 26
СИСТЕМА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
Система электроснабжения предназначена для питания элект-
рической энергией потребителей. Основным источником питания
служит генератор (рис. 26.1), который обеспечивает питание при
работающем двигателе. Другим источником является аккумуля-
торная батарея, которая обеспечивает работу потребителей при
неработающем двигателе, а также при его пуске. Регулятор под-
держивает заданное напряжение в сети при работе генератора, а
также совместную работу последнего с аккумуляторной батареей.
При нормальной работе системы должны соблюдаться два ус-
ловия:
1)4= 4.з+ 4 при иг > 4>; 4 = 4 при иг = 4>;
2) 4 + 4.Р = 4 при Ur < Eq, /6р = /п при иТ = о,
где /г, /п, /б р, /б 3 — силы токов генератора, питания потребителей, батареи при ее
разряде и заряде; £/г, — соответственно напряжение генератора и ЭД С аккуму-
ляторной батареи.
Первое условие определяет режим питания потребителей и за-
рядку батареи при работающем генераторе, второе условие — при
неработающем генераторе.
26.1. ГЕНЕРАТОРНЫЕ УСТАНОВКИ
Общие сведения. Генератор служит для питания потребителей и
заряда аккумуляторной батареи во время работы двигателя.
Требования, предъявляемые к автомобильным генераторам:
обеспечение питанием всех потребителей при полной нагрузке;
стабильное напряжение в широком диапазоне изменения частоты
вращения двигателя (13,2...15,5
Рис. 26.1. Структурная схема системы
электроснабжения:
/г, 4, 4з, 4 р —токи генератора, потребите-
лей, батареи при зарядке и разрядке
В); минимальные масса и сто-
имость; надежность при работе
в условиях вибрации, запылен-
ности и повышенной темпера-
туры.
Ранее на автомобилях ис-
пользовали генераторы посто-
янного тока. Это было обуслов-
лено процессом зарядки акку-
муляторных батарей. В совре-
менные автомобили устанав-
ливают генераторы переменно-
го тока, которые обладают сле-
424
Рис. 26.2. Схема генераторной установки (л) и выпрямление тока (б):
А, В, С—фазы; ОВ—обмотка возбуждения; VD1... VD6 — выпрямители (вентильные диоды)
дующими преимуществами: работают в большем диапазоне частот
вращения; имеют больший срок службы, так как в них отсутству-
ет наиболее изнашивающийся щеточный коллектор; при той же
мощности легче в 1,8...2,5 раза; на их изготовление требуется в 3
раза меньше меди; обладают большей надежностью, меньшей тру-
доемкостью их технического обслуживания.
Для получения постоянного тока в генераторы встраивают
выпрямительные устройства с электронными регуляторами на-
пряжения и все вместе называют генераторной установкой. Эти
установки обладают свойствами самоограничения максимальной
силы тока, а выпрямительное устройство предотвращает разряд
аккумулятора через обмотки генератора.
Типы генераторов. В автомобилях применяют генераторы ин-
дукторного типа и с укороченными полюсами (с клювообразным
ротором). Существенных различий в их работе нет.
В таких генераторах питание обмотки возбуждения ОВ
(рис. 26.2, а) происходит через регулятор напряжения PH непос-
редственно от генератора, а при его малом напряжении и при пус-
ке — от аккумулятора. Обмотка возбуждения находится на роторе,
а на статоре — неподвижная трехфазная силовая обмотка. Обычно
три фазы А, В и С соединены по схеме «звезда», т. е. начала всех
трех обмоток соединены вместе. Ток каждой фазы проходит через
диодные выпрямители. Диоды VD~ включены по обратной прово-
димости, т. е. соединены между собой положительными вывода-
ми, a VIP — по прямой проводимости, т. е. соединены отрица-
тельными выводами.
Регулятор напряжения PH включен в цепь обмотки возбужде-
ния. Он стабилизирует напряжение генератора при постоянно из-
меняющихся частоте вращения, времени и числе подключаемых
потребителей.
425
Работа генераторной установки. При вращении генератора под
каждым зубцом статора проходит то положительный, то отрица-
тельный полюс ротора. При этом изменяются значение и направ-
ление магнитного потока, пересекающего обмотку статора. В об-
мотках каждой фазы статора индуцируется ЭДС
Ег = спФ,
где с — постоянный коэффициент, определяемый числом пар полюсов р и витков
обмотки w; п — частота вращения; Ф — магнитный поток.
Форма изменения ЭДС в каждой фазе близка к синусоиде. При
прохождении тока через мостовой двухполупериодный выпрями-
тель VD~... ИО+(рис. 26.2, а) знак напряжения в отрицательных по-
лупериодах изменяется. За счет наложения синусоид в течение
трех фаз значение суммарного напряжения стабилизируется
(рис. 26.2, б). Частота пульсаций выпрямленного напряжения
равна удвоенному числу фаз генератора, т. е. шести за один пери-
од: fn ~ 6/= брл/60 = 0, \рп.
При соединении обмоток по схеме «звездах» линейные (выход-
ные) напряжение и ток определяются формулами: Un =4зиф,
1Л = /ф (здесь t/ф, /ф — фазные напряжение и ток).
К выпрямителю подается линейное напряжение. Максималь-
ное значение выпрямленного напряжения 1,73 В, а минимальное
равно 1,5 иф тах. Например, при среднем выпрямленном напряже-
нии 14 В пульсация М1Л = 1,95 В.
Характеристики генератора. Генераторы на автомобилях работа-
ют в условиях изменения частоты вращения (от 800 до 6000 мин-1)
и нагрузки от минимальной (все потребители выключены) до пол-
ной (включены все потребители). При этом в определенных пре-
делах должно сохраняться напряжение в сети. Номинальное на-
пряжение в 12-вольтовых системах принято равным 14 В, а в 24-
вольтовых — 28 В. Номинальный ток нагрузки — это максималь-
ный ток, который может обеспечить генератор в длительном
режиме при максимальной частоте вращения двигателя и номи-
нальном напряжении.
Скоростная регулировочная характеристика необходима для вы-
бора диапазона изменения тока возбуждения. Минимальное зна-
чение его соответствует работе при максимальной частоте враще-
ния и нулевой нагрузке генератора (ток нагрузки 1Т = 0).
Токоскоростная характеристика — это зависимость тока на-
грузки от частоты вращения при постоянном значении напряже-
ния. Основные точки характеристики: начальная частота враще-
ния по без нагрузки (принята в диапазоне 900... 1200 мин-1); номи-
нальная частота вращения ин, при которой достигается номиналь-
ная нагрузка /н; максимальная частота вращения лтах, при
которой достигается максимальная нагрузка /тах.
С увеличением частоты вращения ток генератора переменного
426
тока стабилизируется, т. е. генератор обладает самоограничением
по току. Это обусловлено тем, что с увеличением частоты враще-
ния увеличивается индуктивное сопротивление обмоток статора,
которое имеет квадратичную зависимость от числа витков в фазе.
Полное сопротивление обмотки статора складывается из ак-
тивного R и индуктивного X сопротивления:
Rq=Jr2+X2.
Активное сопротивление R зависит от материала провода и
температуры, поэтому практически не меняется с ростом частоты
вращения. Индуктивное сопротивление X зависит от числа пар
полюсов р, частоты вращения п и индуктивности L, которая, в
свою очередь, зависит от числа витков, т. е.
Х=2л/1 = 2л£ри/30.
Поэтому с увеличением частоты вращения растет индуктивное,
а вместе с ним и общее сопротивление, вследствие чего значение
тока стабилизируется.
26.2. РЕГУЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ
Напряжение в сети поддерживают регуляторы, встроенные в
цепь обмотки возбуждения. С увеличением частоты вращения ра-
стет ЭДС и повышается напряжение в сети. Снизить напряжение
можно уменьшением магнитного потока обмотки возбуждения.
Для этого необходимо уменьшить ток в обмотке возбуждения. На-
пряжение генератора переменного тока со встроенным выпрями-
тельным блоком
Ur= Е? ^4п ~
где £г и 1Г — соответственно ЭДС и ток генератора; Um — падение напряжения на
выпрямительном блоке; — полное сопротивление обмоток статора.
Поскольку ЭДС генератора JEJ. = спФ (см. с. 426), а магнитный
поток Ф = /в(а + Ыв), то формула для определения напряжения ге-
нератора примет вид
Ur = спФ - Um - Rolr = cnIB(a + Ыв) - Um - R^,
где /в — ток в обмотке возбуждения; а и b — постоянные коэффициенты.
Из этого уравнения видно, что для сохранения напряжения по-
стоянным при увеличении частоты вращения нужно снижать ток в
обмотке возбуждения. С началом работы генератора растут напря-
жение на выходе и ток в обмотке возбуждения. При достижении
номинального значения напряжения ток возбуждения падает, что
427
обеспечивает стабилизацию напряжения. При повышенной на-
грузке и неизменной частоте вращения ток возбуждения должен
быть больше по значению, чем при малой нагрузке.
Различают регуляторы напряжения электромагнитного, элект-
ронного и смешанного типов. Регуляторы электромагнитного
типа (вибрационные электромеханические) применяли с генера-
торами постоянного тока. Поскольку во всех современных авто-
мобилях применяют генераторы переменного тока, то с ними ис-
пользуют регуляторы электронного и смешанного типов. Это
обусловлено тем, что ток возбуждения в таких генераторах выше,
что приводит к подгоранию контактов реле. Срок службы элект-
ронных регуляторов в 2...3 раза выше из-за отсутствия подвижных
частей. Их не надо систематически регулировать.
Контактно-транзисторный регулятор напряжения РР362а уста-
навливали на автомобилях ГАЗ-53-12, «Москвич» с генератором
Г221. Основа регулятора — последовательно включенный в обмот-
ку возбуждения ОВ силовой транзистор VT1 (рис. 26.3, а). Он ра-
ботает в режиме ключа. Когда он открыт, ток идет через ОВ и на-
пряжение в цепи возрастает. При достижении заданного напряже-
ния транзистор закрывается и ток в обмотку возбуждения идет че-
рез добавочный резистор Лд, что приводит к снижению тока в
обмотке возбуждения и падению напряжения.
Работой транзистора управляет электромагнитный регулятор с
контактной группой. Обмотка регулятора PH подсоединена в цепь
параллельно обмотке статора, следовательно, она реагирует на на-
пряжение в сети. При низком напряжении магнитное поле обмот-
ки регулятора PH мало, контакты незамкнуты. На базу транзисто-
ра подается ток, под действием которого открывается транзистор.
При напряжении больше заданного под действием магнитного
поля замыкаются контакты, шунтируя базу транзистора. Транзис-
тор закрывается.
Регулятор обеспечивает колебания напряжения в диапазоне
0,2...0,7 В. Система работает с частотой 25...30 колебаний в секун-
ду, что обеспечивает незаметное на глаз мигание ламп. Ток управ-
ления, идущий на базу и через контакты, небольшой, поэтому
последние работают без подгорания. Однако со временем пружи-
на контактов утрачивает упругость, что требует регулярной подре-
гулировки.
Бесконтактные регуляторы стали дальнейшим развитием регу-
ляторов. Благодаря развитию электроники и применению так на-
зываемой толстопленочной технологии получения интегральных
схем созданы интегральные регуляторы напряжения (ИРН). Раз-
меры и масса их в 15...20 раз меньше, что позволило встраивать их
непосредственно в корпус самого генератора. На рисунке 26.3, б
изображена схема генераторной установки с ИРН типа Я112, рас-
считанная на напряжение 12 В. ИРН типа Я120 применяют в сис-
темах, работающих при 24 В. Элементы схемы (резисторы и пр.),
428
Рис. 26.3. Схемы регуляторов напряже-
ния смешанного типа (а) и интегрально-
го типа Я112А (6):
ОВ — обмотка возбуждения; VT1... VT5—
транзисторы; Rl, Ra — нагрузочное и доба-
вочное сопротивления
выполненные по толстопленочной технологии, подстраиваются
лазерной подгонкой. Схема залита герметиком и закрыта крыш-
кой (см. рис. 26.8).
ИРН имеет выходной транзистор VT5 (см. рис. 26.3, б), кото-
рым управляет транзистор VT2 через промежуточный транзистор
VT4. Чувствительный элемент схемы — стабилитрон VD1. Резис-
торы R1 и R2 образуют на выходе делитель напряжения. Цепочка
С1 и R4 повышает четкость переключения. Конденсатор С2 филь-
трует колебания тока на входе в стабилитрон транзисторов.
При напряжении меньше нормы транзисторы VT5 и VT4 от-
крыты. Ток на их базы идет по цепочке клемма «Д» — R5—диод
VD3 — база и эмиттер транзистора VT4 — база и эмиттер транзис-
тора VT5 — клемма «—» — «масса». Цепь тока возбуждения: клем-
ма «Д» генератора — клемма «Д'» регулятора — ОВ — клемма
«Ш» — коллектор и эмиттер транзистора VT5 — клемма «-» —
«масса». Так как транзисторы открыты, то в обмотке возбуждения
нарастает ток и соответственно напряжение.
При напряжении больше заданного «пробивается» стабилитрон
VD1, который открывает транзистор VT2. Ток через его переход
«коллектор—эмиттер» шунтирует ток базы транзистора VT4, а пос-
ледний — VT5. Обмотка возбуждения оказывается обесточенной.
Напряжение в сети падает. При достижении напряжения менее за-
данного, стабилитрон запирается, и процессы повторяются.
429
В дальнейшем предусматривается повышение надежности
ИРН (13.3702, 17.3702, 21.3702). Новые транзисторы в их составе
могут выдерживать импульсы напряжения 150...200 В, возникаю-
щие, например, при отключении во время работы аккумулятора.
Их интегральным схемам характерна высокая точность сохране-
ния параметров за весь срок службы.
26.3. УСТРОЙСТВО И РАБОТА ГЕНЕРАТОРОВ
Типичным представителем многочисленных моделей генера-
торов является генератор 37.3701, который устанавливают на ав-
томобили ВАЗ. Статор генератора 11 (рис. 26.4) набран из плас-
тин электротехнической стали. В его пазах уложены обмотки 18
трехфазной системы, соединенные на «звезду». Диаметр провода
1 мм, сопротивление одной фазы в холодном состоянии
0,155 Ом.
На вал 9 ротора напрессованы клювообразные полюсы, между
которыми помещена обмотка возбуждения 12. Ее концы выведены
на контактные кольца 8. Обмотка имеет 420 витков провода диа-
метром 0,8 мм, ее сопротивление 2,6 Ом. Ток подается в обмотку
возбуждения через контактные кольца и щетки, установленные в
щеткодержателе 7. На нем укреплены интегральный регулятор на-
пряжения (ИРН) 17.3702 герметичного исполнения и выпрями-
тельный блок 2. Этот блок БПВ11-60-02 смонтирован на двух ши-
нах — отрицательной и положительной, изолированных одна от
другой. На них установлены по три диода ВД-20, но разной по-
лярности (см. рис. 26.2, а). Шины служат проводниками тока и
одновременно радиатором для отвода теплоты. Дополнительно
три диода работают для выпрямления тока, идущего в обмотку
возбуждения.
Крышки 4 и 14 выполнены из алюминиевого сплава и стянуты
шпильками. Генератор приводится в действие от коленчатого вала
двигателя через ременную передачу. Для обдува обмоток генерато-
ра на шкив привода установлена крыльчатка вентилятора 17, а в
крышках 4 и 14 выполнены вентиляционные отверстия.
Частота вращения генератора до 4000 мин-1, мощность 770 Вт,
номинальный ток 55 А.
Аналогично устроены генераторы других автомобилей. На ав-
томобиле «Нива» ВАЗ-21213 установлен генератор Г221-А-006.
Дополнительно к рассмотренной выше конструкции на его крыш-
ке со стороны контактных колец размещен воздухозаборник,
обеспечивающий очистку воздуха, подаваемого для обдува обмо-
ток.
Генератор 16.3701 и его модификацию 161.3701 устанавливают
на автомобилях ГАЗ и ВАЗ. На автомобилях ЗИЛ-431410 и его мо-
дификациях применен генератор 32.3701.
430
Рис. 26.4. Генератор 37.3701:
/ — кронштейн; 2 —блок выпрямителей; 3 — помехоподавительный конденсатор; 4, 14—
крышки; 5, 16— подшипники; 6— уплотнительное кольцо; 7—щеткодержатель; <У—контакт-
ные кольца; 9—вал; 10— ротор; 11 — статор; 12— обмотка возбуждения; 13 — болт натяжной
планки; 15— шпонка; /7—вентилятор; 18— обмотка статора
26.4. АККУМУЛЯТОРНЫЕ БАТАРЕИ
Назначение и работа кислотно-свинцовых аккумуляторов. Усло-
вия пуска двигателя определяют тип и конструкцию аккумулятор-
ных батарей. Режим пуска наиболее тяжелый. Автомобильные ак-
кумуляторные батареи называют стартерными.
Требования, предъявляемые к стартерным батареям: макси-
мальное рабочее напряжение (12 или 24 В); минимальное внут-
реннее сопротивление, т. е. они должны давать большой ток; ма-
431
лое изменение напряжения в процессе разряда; максимальное ко-
личество энергии, снимаемое с единицы массы (удельная масса);
быстрое восстановление емкости в процессе заряда; большая ме-
ханическая прочность, надежность и простота обслуживания, ма-
лая стоимость.
Для работы стартера в момент пуска требуется ток силой
300...500 А. Такие режимы по току могут обеспечить свинцово-
кислотные батареи. Существуют и другие типы батарей, но они
намного дороже или имеют худшие характеристики, например,
щелочные.
Кислотно-свинцовый аккумулятор состоит из двух электродов,
погруженных в 28...40%-й раствор серной кислоты. Отрицатель-
ный электрод выполнен из губчатого свинца (РЬ), а положитель-
ный — из диоксида свинца (РЬО2). Общая токообразующая реак-
ция в аккумуляторе имеет вид
разряд
РЬО2 + Pb + H2SO4 2PbSO4 + 2Н2О.
заряд
Таким образом, при разряде аккумулятора расходуется серная
кислота и образуется вода, а на обоих электродах — сульфат свин-
ца. При заряде происходит обратный процесс. И в том и другом
случае меняется плотность электролита, которая может служить
точным показателем степени заряженности аккумулятора. Каж-
дый такой гальванический элемент может иметь напряжение до
2,2 В.
Одновременно с основной реакцией могут протекать и побоч-
ные, например, при заряде аккумулятора электролиз воды, во вре-
мя которого происходит выделение газов — кислорода и водорода.
Эта реакция приводит к «выкипанию» электролита.
Устройство аккумуляторных батарей. Аккумуляторы соединяют
в батареи последовательно, что обеспечивает общее напряжение
6 В (три аккумулятора), 12 В (шесть аккумуляторов). Каждый из
них помещен в отделениях одного моноблока 11 (рис. 26.5), изго-
товленного из эбонита, термопласта (наполненного полиэтилена),
полипропилена и полистирола. Эти материалы обеспечивают кис-
лото-, морозо-, теплостойкость и высокую механическую проч-
ность.
Положительные 3 и отрицательные 1 электроды в блоке 13 вы-
полнены в виде профилированных решеток из свинцовых спла-
вов, в которые вмазана активная масса. Толщина электрода может
быть в пределах 1,5...2 мм для батарей, устанавливаемых на легко-
вых автомобилях, и 2,4...2,6 мм — на тяжелых грузовиках. Стартер-
ные характеристики батарей лучше при малой толщине электро-
дов. Электроды имеют форму, близкую к квадрату, шириной
143 мм и высотой 119 или 133,5 мм.
432
Рис. 26.5. Стартерная аккумуляторная батарея:
7, 3 — соответственно отрицательные и положительные электроды; 2— сепаратор; 4— борн;
5 — предохранительный щиток; 6 — соединительный мостик; 7—крышка; перемычка;
9—пробка; 10— полюсный вывод (штырь); 77—моноблок; 72—призматические ребра;
13 — блок электродов
Электроды объединены в полублоки мостиками 6. Число элек-
тродов в полублоке, соединенных параллельно, определяет ем-
кость аккумулятора. Число отрицательных пластин обычно на
одну больше, так как положительный электрод активнее участвует
в химических реакциях. Такое их расположение обеспечивает
меньшую деформацию. Между электродами установлены сепара-
торы 2 из кислотостойкого пористого материала: мипора, миплас-
та и поровинила. От качества сепараторов во многом зависят экс-
плуатационные свойства батарей. Так, мощность батареи с поро-
виниловыми сепараторами на 10... 15 % больше.
Полублоки пластин опираются на ребра 72 дна моноблока, вы-
полненные в виде призм. Пространство между донными призма-
ми служит для накапливания осыпающихся частиц с электродов
(шлама), что предотвращает между ними короткое замыкание.
Над блоком устанавливают предохранительный щиток 5. Сверху
отсеки моноблока закрывают крышкой 7, которую приваривают
или приклеивают к нему. В крышке имеются отверстия под шты-
ри 10 и пробки 9 для вентиляции и заливки электролита. Их кон-
струкция предотвращает выплескивание электролита при наклоне
батареи на угол до 45°. От верхней кромки электродов до крышки
выдерживают расстояние до 20 мм, необходимое для компенсации
уровня электролита при эксплуатации и зарядке, когда происхо-
дит сильное газовыделение — «кипение» электролита.
433
Аккумуляторы в батарее последовательно соединяют перемыч-
ками 8, что повышает общее напряжение батареи. В современных
батареях перемычки выполнены под крышками.
Обычные аккумуляторы требуют тщательного ухода. По нор-
мам техническое обслуживание их должно проводиться через
2500 км пробега, иначе возникают ускоренная коррозия решетки
положительного электрода, снижение уровня электролита, само-
разряд и др. Это вызвано повышенным электролизом воды, чему
способствует введение в материал решеток 4,5...6 % сурьмы.
Заводы выпускают «необслуживаемые» или «малообслуживае-
мые» батареи, в которых решетки положительных пластин изго-
товлены из свинца с содержанием 1,5 % сурьмы и 1,5 % кадмия, а
решетки отрицательных — из свинцово-кальциевого сплава,
удельное сопротивление которых меньше. Кроме того, положи-
тельные электроды помещены в сепаратор-конверт, блок электро-
дов опирается непосредственно на дно моноблока, что позволило
увеличить площадь пластин и объем электролита, уменьшена тол-
щина электродов, благодаря чему увеличено их число, аккумуля-
торы соединены через перегородки моноблоков.
«Необслуживаемые» аккумуляторные батареи имеют лучшие
пусковые качества, увеличенный срок службы, лучшие зарядные
характеристики, меньший саморазряд. В них не надо доливать
воду во время эксплуатации. Они не имеют заливных горловин и
снабжены индикатором заряженности, цвет которого изменяется
при разряде ниже заданного уровня.
Маркировка батарей. Первая цифра 3 или 6 характеризует число
аккумуляторов и соответственно напряжение батареи 6 или 12 В.
Буквы СТ означают стартерная, ТСТ — тракторная стартерная,
следующая цифра — номинальная емкость в ампер-часах (А • ч)
при 20-часовом режиме разряда. Последующие буквы: материал
моноблока (Э — эбонит, Т — термопласт, П — полиэтилен), мате-
риал сепараторов (М — мипласт, Р — мипор, П — пластипор, С —
стекловолокно) и исполнение (Н — несухозаряженная, А — с об-
щей крышкой). Например, марка 6СТ-55ЭМ означает, что бата-
рея стартерная напряжением 12 В и емкостью 55 А ч, моноблок
выполнен из эбонита, сепараторы — из мипласта, исполнение —
сухозаряженная.
Основные показатели аккумуляторных батарей. Один из основ-
ных показателей батареи — электродвижущая сила (ЭДС)
Е(, = пЕ,
где п — число последовательно соединенных аккумуляторов; Е — ЭДС аккумуля-
тора.
ЭДС батареи зависит от активности электролита, которая опре-
деляется его концентрацией, т. е. плотностью р. Так как плотность
меняется в процессе разряда и заряда, то меняется и ЭДС. При
434
плотности 1,3 г/см3 и температуре 25 °C величина Е= 2,154 В. Для
практических целей ЭДС батареи можно определить по эмпири-
ческой формуле
£б = 0,84 + Р25,
где р25 — плотность электролита, измеренная денсиметром при 25 ’С. При другой
температуре Т вводится поправка приведения к плотности при 25 ’С:
р25 = Рт+0,00075(7-25).
Практически можно считать, что ЭДС не зависит от размера и
числа электродов и температуры, а потому не может быть крите-
рием степени заряженности, так как при разряде батареи на 50 %
ЭДС изменяется на 4 %.
Более важным показателем считают напряжение
U=E-IR,
где /—ток разрядки; А —внутреннее сопротивление батареи.
Аккумулятор, как и любой источник тока, имеет внутреннее
сопротивление R, которое противодействует прохождению через
него зарядного и разрядного токов:
7?= Ro + Rn,
где Яо — омическое сопротивление электролита, электродов и других токопрово-
дящих элементов; Ап — сопротивление поляризации.
Омическое сопротивление заряженного аккумулятора составляет
тысячные доли ома. По мере разряда сопротивление растет, так
как меняется состав активной массы, уменьшается плотность
электролита. На это сопротивление существенно влияет и темпе-
ратура электролита: с уменьшением температуры оно растет.
Сопротивление поляризации обусловлено изменением плотности
электролита у поверхности пластин и в их порах. При разряде
плотность уменьшается, вследствие чего ЭДС снижается на вели-
чину, называемую ЭДС поляризации, и, наоборот, при заряде
плотность растет, вызывая увеличение ЭДС поляризации. Это па-
дение или рост ЭДС условно выражают через сопротивление по-
ляризации: = RnI.
Следующий важный параметр батареи — ее разрядная емкость
Ср, представляющая собой количество электричества, которое ак-
кумулятор может отдать в сеть при полном разряде от начального
напряжения Uo до конечного за время t. Поскольку
бр=1^р(^)^’ то ^p=6p=f
Обычно разрядную емкость определяют при постоянном токе.
Тогда Ср = Iptp. На практике емкость измеряют в ампер-часах
(А • ч). Номинальная разрядная емкость батареи С20 определяется
435
20-часовым режимом разряда током, равным 0,05 от величины
этой емкости, т. е. /р = 0,05 С20.
Теоретически для выработки 1А • ч требуется 4,46 г диоксида
свинца, 3,87 г губчатого свинца и 3,66 г серной кислоты. Однако
даже при номинальном токе разряда активной массы этих веществ
требуется в 2...3 раза больше. Это вызвано отложениями сульфата
свинца на электродах, что приводит к обеднению концентрации
электролита в порах и резкому падению напряжения. В результате
внутренние слои активной массы электрода не используются. По-
этому емкость зависит от толщины и пористости пластин.
Емкость батареи снижается с ростом разрядного тока. Напри-
мер, при разряде батареи 6СТ-75 номинальным током 3,75 А при
температуре 25‘С емкость батареи составляет 75 А ч, а током
250 А — всего 25 А • ч (рис. 26.6, а). На емкость существенно влия-
ет температура (рис. 26.6, б). При низких температурах увеличива-
ется вязкость электролита. Поступление электролита в поры за-
медляется, сопротивление его увеличивается.
Критерием заряженности батареи может служить плотность
электролита. При снижении заряженности от 100 % до 0 плот-
ность уменьшается по линейному закону на 0,16 г/см3. При извес-
тной начальной плотности р3 степень разряженности ДСР = (р3 —
-р25) 100/0,16.
Характеристики аккумуляторной батареи делят на разрядные, за-
рядные и зарядно-разрядные. Разрядные характеристики снимают
при двух режимах: осветительном (ток разряда до О,О5С2о) и стар-
терном (ток разряда 1,5...7С20).
Разрядной характеристикой называется зависимость изменения
плотности электролита, ЭДС и напряжения аккумулятора при по-
стоянной силе разрядного тока (рис. 26.7, а). В начале разряда на-
пряжение резко падает (участок 7) за счет внутреннего омического
Рис. 26.6. Зависимость емкости аккумуляторной батареи от
разрядного тока (а) и температуры электролита (б)
436
Рис. 26.7. Характеристики разряда (а) и заряда (6) аккумуляторов
сопротивления и появления затем ЭДС поляризации. Это проис-
ходит в течение нескольких десятков секунд. Затем напряжение
медленно снижается вследствие уменьшения ЭДС (штриховая ли-
ния) из-за снижения плотности электролита (участок II). Данный
период составляет 80...90 % общего времени разряда. К концу раз-
ряда активные вещества на поверхности пластин переходят в суль-
фат свинца, сопротивление которого на три порядка больше, чем
губчатого свинца. Это вызывает повышение омического сопротив-
ления. Кроме того, ухудшается проникание электролита внутрь
пластин, вследствие чего повышается сопротивление поляриза-
ции. Все это вызывает снижение напряжения (участок III).
При дальнейшем разряде реакции сульфатации становятся
необратимыми: глубокий разряд приводит к выходу из строя элек-
тродов. Поэтому разряд прекращают при напряжении UK = 0,75 UH,
т. е. при 1,75 В. При прекращении разряда напряжение скачкооб-
разно повышается на величину, равную омическим потерям Rd а
затем плавно стабилизируется из-за выравнивания плотности
электролита у поверхности пластин и в общем объеме. Площадь
под линией разрядного тока соответствует в определенном масш-
табе разрядной емкости аккумулятора С = It.
Зарядной характеристикой аккумулятора называется зависи-
мость изменения плотности электролита, ЭДС и напряжения при
постоянной силе зарядного тока. Ток заряда обычно равен 0,1 его
номинальной емкости. Напряжение зарядного устройства должно
быть на несколько вольт больше ЭДС аккумулятора.
В начале заряда (рис. 26.7, 6) происходит резкое увеличение на-
437
пряжения по отношению к ЭДС на величину омического сопро-
тивления (участок IV). Затем напряжение нарастает плавно, так
как увеличивается ЭДС поляризации из-за повышения плотности
электролита у поверхности пластин и в порах (участок V). Даль-
нейшее увеличение напряжения обусловлено ростом ЭДС вслед-
ствие повышения общей плотности электролита. Активная масса
восстанавливается от поверхности электродов внутрь. Когда почти
вся активная масса окажется восстановленной (напряжение на ак-
кумуляторе достигнет 2,3 В), зарядный ток начинает разложение
воды на водород и кислород (конец участка Vи точка начала газо-
выделения). Напряжение резко повышается и достигает 2,7 В. На-
чинается перезаряд (участок VI), когда происходит только разло-
жение воды и обильное газовыделение — «аккумулятор кипит». В
течение 2...3 ч напряжение и плотность не меняются. Это служит
признаком конца заряда.
У «необслуживаемых» батарей этого участка нет. После восста-
новления исходных реагентов электрохимические процессы пре-
кращаются. Батарея «перестает принимать» заряд.
После отключения зарядного устройства напряжение резко па-
дает на величину омического сопротивления. Общая плотность
выравнивается, что приводит к стабилизации напряжения до ве-
личины ЭДС.
Саморазряд. Аккумулятор, отсоединенный от цепи, постепенно
саморазряжается. Нормальный саморазряд у батарей (кроме «не-
обслуживаемых») должен быть не более 10 % за 14 суток при тем-
пературе 20 °C, у «необслуживаемых» — 10 % за 90 суток. Это явле-
ние вызвано присутствием в решетке пластин других материалов
помимо свинца. Они со свинцом образуют гальванический эле-
мент, который постепенно разряжает аккумулятор. Данному явле-
нию способствуют также разная плотность электролита в верхней
и нижней части объема банок батарей, различные примеси в ме-
таллах и электролите.
Повышенный саморазряд может быть вызван наличием на
внешней поверхности банок батарей пленки электролита, выплес-
нувшегося из банки при «кипении», а также применением нечис-
тых дистиллированной воды или электролита. На саморазряд осо-
бенно влияют примеси меди и железа, а также температура. При
ее понижении он уменьшается, а при отрицательных температурах
может вообще прекратиться.
26.5. ОСНОВНЫЕ НЕИСПРАВНОСТИ И ТЕХНИЧЕСКОЕ
ОБСЛУЖИВАНИЕ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
Неисправности генераторных установок наиболее часто обуслов-
лены следующими механическими повреждениями: поломки
ушек, трещины в крышках, износ и коробление шкивов, износ
438
подшипников. Недостаточное натяжение ремня вызывает нару-
шение электроснабжения и быстрое истирание ремня.
Электрические неисправности во многом определяются каче-
ством технического обслуживания. Все же возможны следующие
неисправности: нарушение контакта между щетками и кольцами,
замыкание обмоток на корпус, межвитковые замыкания, обрывы
обмоток, пробитие и обрывы диодов выпрямительного блока,
пробой или обрыв ИРН. Все эти неисправности выявляют и уст-
раняют на специальных стендах.
Техническое обслуживание генераторных установок. Первона-
чально их проверяют на новом автомобиле, а затем при ТО-2.
При ТО очищают генератор от пыли и грязи, проверяют жест-
кость крепления генератора к двигателю, крепление наконечни-
ков проводов, натяжение ремня привода. Нормальное натяжение
ремня определяется прогибом его длинной ветви между шкивами
при нажатии на него с усилием 30...40 Н. Прогиб должен быть
10...12 мм.
При выполнении работ технического обслуживания и ремонта
запрещается: пуск и работа двигателя при отсоединенном выводе
«+» генератора, включение аккумулятора обратной полярностью,
работа генератора при отключенной аккумуляторной батарее,
проверка генератора «на искру» соединением проводов «+», «30»,
В, Б на корпус или между собой. Все это приводит к пробою дио-
дов выпрямительного блока.
Через 50...60 тыс. км снимают генератор с автомобиля и прове-
ряют работоспособность щеточного узла, промывают контактные
кольца, проверяют действие регуляторов напряжения.
Для проверки 14-вольтовых ИРН применяют схему подключе-
ния, изображенную на рисунке 26.8. Сначала подают напряжение
12 В. Контрольная лампа должна гореть. Потом подают напряже-
ние 15...16 В, при котором лампа должна погаснуть. Если не вы-
полняется одно из условий, регулятор неисправен.
Неисправности аккумуляторных
батарей. К основным неисправнос-
тям относят повышенный самораз-
ряд, короткое замыкание, коробле-
ние, разрушение и сульфатацию пла-
стин, повреждения моноблока. Все
эти неисправности в основном могут
быть исключены или уменьшены
при тщательном периодическом тех-
ническом обслуживании.
Техническое обслуживание для ак-
кумуляторных батарей проводят через
10...15 дней, или 3000...5000 км про-
бега. Оно включает следующие опе-
Рис. 26.8. Схема подключения
интегрального регулятора напря-
жения (ИРН) при проверке
439
рации: проверку уровня электролита, измерение его плотности,
проверку напряжения нагрузочной вилкой.
Уровень электролита проверяют с помощью стеклянной трубки
диаметром 5...6 мм. Для этого трубку опускают через горловину
крышки каждого аккумулятора до упора в предохранительную
сетку, затем закрывают большим пальцем свободный конец труб-
ки. Вынув трубку, определяют столб жидкости в ней. Уровень дол-
жен быть 10... 15 мм. При меньшем уровне доливают в отсек акку-
мулятора дистиллированную воду.
Плотность электролита измеряют денсиметром. Температура
электролита должна быть 20...30 °C. При меньшей температуре
надо пересчитать плотность с учетом поправки приведения к
плотности при 25 °C. Ориентировочно изменение температуры на
15 °C соответствует изменению плотности на 0,01 г/см3. Если
плотность электролита в отдельных банках отличается более чем
на 0,01 г/см3, ее следует выровнять, доливая электролит плотнос-
тью 1,4 r/см3 или дистиллированную воду. Доливать этот электро-
лит нужно в полностью заряженную батарею. После проверки ба-
тарею подвергают непродолжительному заряду (на двигателе) и
дают ей постоять 1...2ч, чтобы плотность во всех аккумуляторах
выровнялась.
Для определения степени заряженности батареи по плотности
электролита можно использовать данные таблицы 26.1.
26.1. Соотношение между степенью заряженности батареи и плотностью электролита
Степень заряженности аккумуляторной батареи, % Плотность электролита, г/см3, для климата холодного | умеренного
100 75 50 1,29...1,31 1,23...1,27 1,25...1,27 1,19...1,23 1,21...!,23 1,15...1,19
Напряжение батареи проверяют нагрузочной вилкой в режиме,
соответствующем пуску горячего двигателя. Показания вольтмет-
ра вилки при измерении под нагрузкой должны соответствовать
следующим данным:
Напряжение аккумулятора, В 1,7...1,8 1,6...1,7 1,5...1,6 1,4...1,5
Степень заряженности, % 100 75 50 25
При этой проверке напряжение должно быть постоянным в те-
чение не менее 5 с. Пробки должны быть завернуты. Аккумулято-
ры, плотность которых менее 1,2 г/см3, проверять вилкой под на-
грузкой не рекомендуется.
Батарею, разряженную более чем на 25 % зимой и 50 % летом,
следует снять с автомобиля и поставить на подзарядку.
Эксплуатация аккумуляторных батарей. Во время эксплуатации
440
прежде всего нужно выдерживать требования к плотности элект-
ролита и его химической чистоте. Электролит приготовляют из
специальной аккумуляторной серной кислоты и дистиллирован-
ной воды. При этом нужно использовать керамическую, пласт-
массовую, эбонитовую посуду и лить тонкой струйкой кислоту в
воду. В противном случае возможны выбросы паров воды с кисло-
той и даже ожоги.
Батареи следует содержать в сухом чистом виде, периодически
контролируя плотность электролита.
Плотность электролита стандартизована для различных клима-
тических зон (табл. 26.2).
26.2. Плотность электролита для различных климатических зон
Климат со средней температурой в январе, ‘С Время года Плотность электролита, приведенная к 25 ‘С, г/см5
заливаемого в заряженной батарее
Очень холодный, от -50 Зима 1,28 1,3
до -30
Лето 1,24 1,26
Холодный, от -30 до -15 Круглый год 1,26 1,28
Умеренный, от —15 до -8 1,24 1,26
Теплый влажный, от 0 до 4 » 1,2 1,22
Жаркий сухой, от -15 до +4 1,22 1,24
Примечание. Допустимое отклонение плотности электролита от значений,
приведенных в таблице, ±0,01 г/см3.
Батареи часто выпускают в сухозаряженном исполнении. Для
введения ее в эксплуатацию после периода от 20 мин до 2 ч от мо-
мента заливки электролита проверяют его плотность. Если сниже-
ние плотности не превышает 0,03 г/см3 от плотности заливаемого
электролита, батарею устанавливают на автомобиль. При большем
снижении батарею необходимо подзарядить. При необходимости
срочного ввода батареи в эксплуатацию допускается устанавли-
вать ее без проверки плотности, если она хранилась не более
1 года, а температура электролита не ниже 15 °C.
Во время эксплуатации нельзя допускать полной разрядки ба-
тарей. Стартер следует включать на 20...40 с, после чего дать бата-
рее «отдых» на 1...1,5 мин. Во время движения надо следить за по-
казаниями амперметра или вольтметра, контролируя подзарядку
батареи.
Хранение аккумуляторных батарей. На хранение можно устанав-
ливать батареи, не залитые электролитом, и батареи с электроли-
том, снятые с автомобиля. Батареи хранят в сухом чистом виде.
Сухие батареи хранят в неотапливаемом помещении при темпера-
туре воздуха не ниже -50 °C. Срок хранения не более 3 лет.
Батареи с электролитом (в заряженном состоянии) хранят в
441
сухом прохладном помещении при температуре не выше О "С и не
ниже —30 °C. Допустимый срок хранения до 1 года, если темпера-
тура не выше 0 °C, и до 9 месяцев при большей температуре. При
низких температурах возможно замерзание электролита разряжен-
ных батарей. В зависимости от плотности электролит замерзает
при следующих температурах:
Плотность, г/см3 1,00 1,14 1,20 1,25 1,30 1,35
Температура замерзания, ‘С 0 —13 —27 —52 —70 —49
При постановке на хранение плотность электролита должна
быть доведена до 1,28 г/см3. Раз в месяц батареи проверяют и при
снижении плотности более чем на 0,04 г/см3 подзаряжают их то-
ком 0,1С20.
Контрольные вопросы и задания
1. На каких режимах работы автомобиля электроснабжение потребителей
обеспечивает генератор? 2. Из каких приборов и машин состоит генераторная ус-
тановка? 3. Перечислите преимущества генераторов переменного тока. 4. Какой
прибор обеспечивает защиту аккумуляторной батареи от разряда при неработаю-
щих двигателе и генераторе? 5. Какие причины влияют на выходное напряжение
генератора? 6. В чем состоит принцип регулирования напряжения, создаваемого
генератором? 7. Перечислите составные части генератора. 8. Что является основ-
ным чувствительным элементом транзисторного регулятора напряжения? 9. Пере-
числите операции ТО-2 генераторной установки. 10. Почему в качестве стартер-
ных применяют в основном кислотно-свинцовые аккумуляторные батареи?
11. Какие показатели характеризуют аккумуляторную батарею? 12. Что такое ем-
кость батареи? 13. Расшифруйте маркировку батареи. 14. Какое предельное напря-
жение разряда можно допускать в процессе эксплуатации? 15. Перечислите пра-
вила технического обслуживания аккумуляторных батарей.
Глава 27
СИСТЕМА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПУСКА
27.1. НАЗНАЧЕНИЕ, ТРЕБОВАНИЯ, КОМПОНОВОЧНЫЕ СХЕМЫ
Система пуска представляет собой комплекс устройств, пред-
назначенных для принудительного вращения коленчатого вала
при пуске двигателя.
Требования к системе пуска: обеспечение пусковой частоты
вращения при различных условиях эксплуатации автомобиля, вы-
сокая надежность, малые габаритные размеры и удельная масса,
возможность автоматизации процесса пуска.
При пуске двигателя пусковое устройство (стартер) должно
обеспечить заданную (пусковую) частоту вращения лп. Это необ-
ходимо для создания в камере сгорания в конце такта сжатия дос-
таточного давления и требуемой температуры смеси (в дизеле —
воздуха). Только в этом случае смесь может воспламениться и об-
442
разовать надежный фронт распространения пламени по всей ка-
мере сгорания. Для карбюраторных двигателей пусковая частота
вращения составляет 40...80 мин-1, для дизелей — 150...300 мин-1.
Большая частота вращения для дизелей обусловлена тем, что для
воспламенения топлива, впрыскиваемого форсункой, нужна более
высокая температура, чем в карбюраторных двигателях.
Для обеспечения такой частоты вращения стартер должен пре-
одолеть момент сопротивления двигателя при пуске
Л/п = Л/т + Л/сж + Mj,
где Л/т —момент сил трения; Л/сж —момент сил сжатия смеси; М, — момент сил
инерции.
Момент сил трения Л/т вызывается трением во всех парах тре-
ния механизмов двигателя (в К.ШМ, ГРМ, насосах и др.) и зависит
от мощности (литража), числа цилиндров, технологии изготовле-
ния, а также от вязкости масла, на которую сильно влияет темпе-
ратура масла (окружающего воздуха). Существуют эмпирические
зависимости для определения этого момента:
для четырехцилиндровых двигателей
Л/т = 8,58 ИДО,24 + 0,033 пп/100)v°>37;
восьмицилиндровых двигателей
Л/т = 8,58 ИДО, 11 + 0,022мп/100)v°-39,
где V —вязкость масла при соответствующей температуре, сСт; Vh — литраж дви-
гателя, л.
Момент сил сжатия смеси Л/сж действует только первые пол-
оборота (в четырехцилиндровых двигателях), а затем компенсиру-
ется в процессе расширения газов в других цилиндрах.
Момент сил инерции Mj действует в первые 2...3 с, когда часто-
та вращения коленчатого вала увеличивается от 0 до лп. Однако в
начальный момент трогания он достигает больших значений, так
как угловое ускорение ед при этом очень большое: Mj = /тед (здесь
1т — момент инерции двигателя).
Различают системы пуска инерционные, пневматические, гид-
ропневматические, электрические и механические (ручные и с по-
мощью вспомогательного двигателя внутреннего сгорания). В ос-
новном применяют электрическую (электростартерную) систему,
которая лучше остальных систем отвечает перечисленным ранее
требованиям.
Электрическая система состоит из аккумуляторной батареи,
стартера, механизма привода, цепи управления и средств облегче-
ния пуска.
При включении (в замке зажигания) контактов 2 (рис. 27.1, а)
443
Рис. 27.1. Схема стартера (а) и его характеристики (ф:
/ — аккумуляторная батарея; 2— контакты включателя; 3— обмотка электромагнита и тягово-
го реле; 4 — сердечник реле; 5 — пружина; 6— рычаг; 7— шестерня; 8— вал; 9 — венец махо-
вика; /0—электродвигатель; //—контакты; /2— контактный диск; /, // — характеристики со-
ответственно при +25 и -25 ’С; М, N, п — соответственно момент, мощность и частота враще-
ния вала стартера
включается в цепь тяговое реле 3. Его сердечник 4 перемещается
магнитным полем обмоток, поворачивает рычаг 6 и перемещает
шестерню 7, вводя ее в зацепление с венцом маховика 9. Одновре-
менно контактный диск 12 замыкает силовые контакты 11, вклю-
чая питание обмоток стартера от батареи 1. Стартер — это специ-
альный электродвигатель с оборудованием управления. Он враща-
ет маховик основного двигателя, обеспечивая его пуск. После пус-
ка водитель, поворачивая ключ зажигания, разрывает контакты 2,
реле обесточивается, пружина 5 отодвигает сердечник 4 (на рисун-
ке вправо) и шестерня 7 выводится из зацепления с венцом махо-
вика.
В начальный момент трогания двигателя для создания высоко-
го момента стартер потребляет ток 100...500 А и более. Такой ре-
жим может обеспечить стартерная аккумуляторная батарея. При
работе системы электроснабжения (во время движения автомоби-
ля) батарея работает циклически: то заряжается, то разряжается.
Токи обычно не превышают (0,5...0,7) С20. При пуске батарея раз-
ряжается, создавая ток силой (2...5)С20. Развиваемая батареей
мощность должна быть соизмерима с мощностью стартера. В ус-
ловиях эксплуатации система пуска работает с большой нагруз-
кой. Так, в городских условиях средняя частота включений двига-
теля составляет 22...28 раз на 100 км пути.
444
27.2. СТАРТЕРЫ
Электромеханические характеристики стартеров. В качестве
стартеров применяют электрические двигатели постоянного тока,
подразделяя их на двигатели последовательного, параллельного и
смешанного возбуждения. Это определяется способом подключе-
ния обмотки возбуждения относительно обмотки якоря. У двига-
телей с параллельным подключением обмотки возбуждения ток в
ней не зависит от тока нагрузки (тока якоря). Поэтому электроме-
ханическая характеристика такого двигателя достаточно стабиль-
ная, т. е. частота вращения практически не меняется с ростом мо-
мента нагрузки.
В электродвигателях последовательного возбуждения ток в об-
мотке возбуждения равен току в обмотке якоря и магнитный по-
ток Ф пропорционален току якоря 1Я, т. е. Ф = кф1я (здесь к$ — ко-
эффициент пропорциональности). В результате этого электроме-
ханическая характеристика двигателя имеет «падающий» харак-
тер, т. е. с уменьшением момента сопротивления на валу двигателя
частота вращения увеличивается (рис. 27.1, б). При «нулевой» на-
грузке двигатель идет «в разнос», т. е. частота вращения растет
неограниченно. Двигатели последовательного возбуждения чаще
всего применяют в качестве стартеров пуска основных двигателей.
В начальный момент пуска они могут создать большой вращаю-
щий момент при малых частотах вращения.
В некоторых случаях применяют стартеры со смешанным воз-
буждением, характеристика которых занимает промежуточное по-
ложение.
Исходя из этих условий, можно определить вид кривой
мощности: NCT = Л/стост. В начале характеристики сост = О, в конце
AfCT = O, т. е. в обоих случаях мощность двигателя равна нулю.
Максимум мощности соответствует середине характеристики.
Нужно иметь в виду, что характеристики стартеров во многом
зависят от характеристик аккумуляторов. С изменением их пара-
метров меняются параметры стартера, что показано на совместной
характеристике стартера и аккумуляторной батареи. При темпера-
туре —25 °C характеристика стартера (кривые II) более пологая по
сравнению с характеристикой при +25 °C (кривые I), а мощность,
которую он может развивать, почти в 1,5 раза ниже.
Механизм привода служит для соединения стартера с основным
двигателем и разъединения их в начале работы основного двигате-
ля. Механизм привода должен обеспечивать безударное включе-
ние шестерен, пусковую частоту вращения коленчатого вала, ввод
шестерни стартера в зацепление раньше или одновременно с по-
дачей тока в обмотки электродвигателя, отключение стартера и
вывод шестерен из зацепления в начале работы основного двига-
теля.
Безударное соединение шестерни стартера с венцом маховика
445
достигается скруглением торцов зубьев и вращением ее при вводе
в зацепление. Передаточное число от вала стартера к валу основ-
ного двигателя (отношение числа зубьев венца маховика к числу
зубьев шестерни стартера) составляет 10... 15. Это обеспечивает не-
обходимую пусковую частоту вращения коленчатого вала. После
пуска двигателя частота вращения его коленчатого вала составляет
800...1200 мин-1. В этом случае уже двигатель может вращать вал
стартера с частотой лст= (800...1200)15 = 12000...18000 мин-1. На
такую частоту вращения стартер не рассчитан —он выйдет из
строя. Для разъединения стартера и основного двигателя устанав-
ливают муфты свободного хода (МСХ).
Устройство роликовой МСХ. В ведущей 4 и ведомой 7 обоймах
(рис. 27.2, а) выполнены пазы специального профиля — с неболь-
шим конусом. В этих пазах установлены ролики 3, поджатые пру-
жинами 10. Когда внешняя обойма является ведущей, ролики за-
катываются в пазы, заклинивают обе обоймы и все устройство
МСХ вращается как единое целое. Когда внутренняя обойма — ве-
дущая, ролики выкатываются в широкую часть паза, разъединяя
обоймы. Итак, когда стартер является ведущим (до начала работы
двигателя), муфта свободного хода заклинивает шестерню на валу
стартера. После пуска двигатель начинает работать устойчиво и
становится ведущим. Тогда муфта разблокирует соединение «шес-
терня — вал стартера» и вал начнет вращаться отдельно.
При передаче больших вращающих моментов (в автомобилях
КамАЗ, КАЗ) роликовая муфта работает ненадежно, поэтому здесь
применяют храповую муфту свободного хода. Ведущая часть 9 хра-
повой муфты навинчена на направляющую втулку 1 (рис. 27.2, б),
соединенную шлицами с валом стартера. Ведомая часть муфты
выполнена заодно с шестерней 15 привода стартера. Обе части
Рис. 27.2. Муфты свободного хода:
а — роликовая: 1 — втулка; 2— кожух; 3 — ролик; 4 — ведущая обойма (муфта); 5, 6— ограни-
чительные шайбы; 7—ведомая обойма (шестерня); втулки; 9— направляющий плунжер;
10— пружина; 11 — упор; б — храповая: 1 — втулка; 2— стопорное кольцо; 3 — шлицы; 4 — ре-
зиновый демпфер; 5 — корпус; 6 — опорная шайба; 7— пружина; 8— ходовая резьба; 9— веду-
щая полумуфта; 10— коническая втулка; 11 — замковое кольцо; 12— направляющий штифт;
13— сухарь; 14, 16— подшипники; 75—ведомая полумуфта (шестерня привода стартера)
446
поджаты пружиной 7. Зубья храповой муфты выполнены так, что
вращение возможно только в одну сторону.
При прокручивании вала двигателя обе части муфты прижаты
одна к другой и передают вращение коленчатому валу. После на-
чала работы двигателя ведомая часть, вращаясь быстрее вместе с
шестерней, отжимает благодаря скосу зубьев ведущую часть (на
рисунке влево) и разъединяет стартер и двигатель. Чтобы предотв-
ратить прощелкивание зубьев храповика, имеется блокировочное
устройство, которое удерживает обе части в разъединенном состо-
янии. Внутри ведомой части на штифтах 12 установлены три суха-
ря 13, своей конической поверхностью упирающиеся в коничес-
кую поверхность втулки 10, которая установлена внутри ведущей
части. При расжатии ведущей и ведомой частей сухари под дей-
ствием возникающей центробежной силы отбрасываются от цент-
ра, скользя по штифтам 12. Упираясь в торец конусной втулки,
они удерживают зубья в разъединенном состоянии. После выклю-
чения стартера и вывода шестерни 75 из зацепления центробеж-
ные силы исчезают и пружина возвращает втулку и сухари в пер-
воначальное положение.
Вывод шестерни из зацепления у большинства стартеров про-
исходит после отключения питания стартера за счет вращения ше-
стерни по винтовой нарезке вала, направление витков которой
противоположно направлению вращения^
Электрическое управление стартером в современных автомоби-
лях почти везде дистанционное. При таком управлении электро-
двигатель стартера соединяется с аккумуляторной батареей с по-
мощью тягового реле стартера.
На автомобилях с карбюраторными двигателями оно включает-
ся через замок зажигания и реле стартера. Замыкая контакты S1
(рис. 27.3, а) замка зажигания установкой ключа зажигания в по-
ложение «Стартер», включают в работу тяговое реле К1. Якорь
электромагнита через рычаг перемещает шестерню привода до со-
единения с венцом маховика двигателя и в конце ее хода замыкает
контакты К1.1 силовой цепи от аккумулятора к щеткам стартера.
Такая система позволяет обеспечить пуск при малом токе через
контакты замка зажигания, пропуская большой ток через силовые
контакты цепи питания стартера.
После пуска двигателя срабатывает муфта свободного хода, ше-
стерня выходит из зацепления, а при установке ключа в положе-
ние «Зажигание» обесточивается реле К1 и размыкаются контакты
К1.1.
В стартерах применяют двухобмоточные тяговые реле. Втягива-
ющая обмотка ВО реле включена в цепь стартера последователь-
но, а удерживающая УО— параллельно (рис. 27.3, 6). Такие реле
позволяют снизить расход энергии батареи. При замыкании кон-
тактов реле КРС. 1 ток от аккумулятора проходит по обеим обмот-
кам — ВО и УО, якорь втягивается в обмотки, перемещая шестер-
447
Рис. 27.3. Электрическая схема управления
стартером СТ221 и схема работы двухобмоточного
тягового реле
ню и замыкая контакты КТР.1. Эти контакты шунтируют ВО
(рис. 27.3, в), и ток идет только через УО.
После пуска двигателя контакты КРС. 1 размыкаются (рис. 27.3, г)
и ток через ВО идет в обратном направлении. Так как число вит-
ков обеих обмоток, а следовательно, и сила проходящего по ним
тока одинаковые, то суммарное действие обмоток ВО и У О равно
нулю. Якорь реле пружиной возвращается в исходное положение,
размыкая контакты КРС.1.
В стартерах для пуска дизелей контакты замка зажигания вклю-
чают сначала промежуточное реле, а затем тяговое. Это обусловле-
но тем, что для включения тягового реле требуется ток силой
30...40 А, на который не рассчитаны контакты замка зажигания.
Для предотвращения включения стартера на работающем дви-
гателе в последние модели стартеров введено специальное реле
блокировки. Оно реагирует на сигналы специальных датчиков.
Ими могут быть датчики частоты вращения (тахометры), давления
масла в смазочной системе. Но чаще всего реле реагирует на но-
минальное напряжение генератора, т. е. когда генератор выраба-
тывает номинальное напряжение, все реле стартера не срабатыва-
ют. Сигнал напряжения снимается с одной из фаз генератора или
с дополнительной специальной обмотки.
Устройство стартеров. Электростартер состоит из объединен-
ных в одном агрегате электродвигателя, механизма привода и сис-
темы управления. Конструкции большинства моделей стартеров
однотипные.
В качестве примера на рисунке 27.4 показан стартер CT130-A3,
устанавливаемый на ЗИЛ-431410. Он работает от батареи СТ-90,
448
развивает мощность 1,8 кВт при 1400 мин-1, а при полном тормо-
жении (стоповый режим) создает момент 22,5 Н м и потребляет
ток 700 А. Обмотки возбуждения электродвигателя стартера выпол-
нены из провода прямоугольного сечения, изоляция между ними —
картон. Каждая катушка после намотки оплетена хлопчатобумаж-
ной лентой, пропитанной лаком. Якорь собран из пластин электро-
технической стали. В его пазах уложена обмотка также из привода
прямоугольного сечения. Концы секций обмотки соединены че-
канкой и пайкой с пластинами (ламелями) коллектора. Ламели вы-
полнены из меди, прокладки между ними — из миканита, слюди-
нита или слюдопласта толщиной 0,4...0,9 мм. К коллекторной
крышке крепятся щеткодержатели, в которых установлены графи-
товые щетки. Они плотно прижимаются к ламелям пружинами. Две
щетки соединены с «массой»; две, изолированные от корпуса, — с
обмотками возбуждения и далее с выводной клеммой.
Механизм привода стартера размещен на валу якоря в крышке
22. Вал имеет винтовую нарезку для перемещения шестерни, ход
которой регулируют винтом 77.
Рис. 27.4. Стартер CT130-A3:
7 —обмотка якоря; 2—обмотка возбуждения; 3— полюсный башмак; 4—контакты тягового
реле; 5 — контакт добавочного резистора; 6— силовой контакт; 7— якорь тягового реле; 8—
винт-тяга; 9— защитный кожух; 10—рычаг; 77— регулировочный винт; 72—крышка со сто-
роны привода; 13— упорное кольцо; 14 — шестерня; 75 — муфта свободного хода; 76—демп-
ферная пружина; 77—муфта; 18— корпус; 19— якорь; 20— защитная лента; 27 —кол-
лектор; 22— крышка
449
Тяговое реле расположено в верхней части стартера. Якорь 7
реле соединен тягой 8 с рычагом включения шестерни. Тяга 8 по-
зволяет регулировать положение шестерни 14 во включенном со-
стоянии. В исходном состоянии якорь реле удерживается возврат-
ной пружиной и подпружиненным штифтом с медным подвиж-
ным силовым контактом — «пятаком» 6. При срабатывании реле
пятак 6 замыкает силовые контакты, включая питание стартера от
аккумуляторной батареи.
При повороте ключа в замке зажигания на положение «Стар-
тер» ток идет через обмотки реле, якорь втягивается внутрь обмо-
ток и перемещает через рычаг шестерню 14. Демпферная пружина
16 смягчает удар при соединении шестерни с венцом маховика. В
конце хода якоря контакты 4 замыкаются, включая в цепь с акку-
мулятором обмотки стартера. После пуска двигателя срабатывает
муфта свободного хода 15, а после поворота ключа зажигания в
положение «Зажигание» отключается тяговое реле и под действи-
ем возвратной пружины якоря и винтовой нарезки на валу старте-
ра шестерня 14 возвращается в исходное положение.
Стартеры с редукторами. Чем больше частота вращения элект-
родвигателя, тем он компактнее и обладает меньшей массой. Од-
нако передаточное число от приводной шестерни к маховику не
может быть более 16, так как при большем его значении трудно
обеспечить механическую прочность приводной шестерни.
В 80-е годы XX в. был начат выпуск стартеров с встроенными
редукторами, что позволило в 1,5...2 раза уменьшить их габарит-
ные размеры за счет увеличения частоты вращения якоря до
15 000...20 000 мин-1, сохранив при этом пусковую частоту враще-
ния двигателя. Внутри корпуса стартеров размещен планетарный
или рядный с внешним (или внутренним) зацеплением шестерен
механизм, понижающий частоту вращения якоря в 3...4 раза. Для
повышения прочности и снижения момента инерции в стартерах
использованы обмотки из алюминия, более термостойкие изоля-
ционные материалы. Эти стартеры кроме более высокого КПД со-
здают меньшую нагрузку на аккумуляторную батарею, так как
пусковые моменты меньше, потребляют меньшую мощность при
малых нагрузках. В то же время они создают более тяжелые усло-
вия работы муфты свободного хода, больший шум, тяжелые усло-
вия работы щеточно-коллекторного узла, повышенные требова-
ния к изготовлению. Считается, что преимущества таких старте-
ров проявляются при мощности более 1 кВт.
27.3. СРЕДСТВА ОБЛЕГЧЕНИЯ ПУСКА
При низких температурах пуск двигателя затруднен. Это обус-
ловлено следующими факторами: ухудшением характеристики ак-
кумуляторной батареи и соответственно стартера (см. рис. 27.1, б);
450
увеличением момента сопротивления двигателя из-за повышения
вязкости масла; невозможностью хорошо подогреть смесь (воздух
в дизеле) из-за повышенной теплоотдачи нагревающейся при сжа-
тии смеси (воздуха); плохой испаряемостью бензина, а следова-
тельно, невозможностью образования качественной топливовоз-
душной смеси.
Для облегчения пуска применяют мероприятия с целью повы-
сить характеристики электропусковой системы (аккумулятор-
стартер), подогреть двигатель (масло, воздух) и принудительно
поджечь смесь.
Повышение характеристик электропусковой системы подразуме-
вает повышение напряжения питания стартера. Для этого утепля-
ют аккумуляторные батареи и производят их предпусковой подза-
ряд или применяют вспомогательные источники питания.
Предпусковой подзаряд производят при температуре ниже —10 °C
током О,9С2о в течение 10 мин.
Вспомогательные источники питания представляют тележки с
дополнительными аккумуляторными батареями (агрегат Э536)
или источники питания, работающие от трехфазной сети (агре-
гат Э307 или Э312), с трехфазным трансформатором и выпрями-
телем.
Средства подогрева применяют в основном для пуска дизелей,
монтируя их на двигателе. Различают средства подогрева воздуха
(электрофакельный подогреватель и свечи подогрева), средства
воспламенения смеси (свечи накаливания), средства подогрева
всего двигателя (предпусковые подогреватели).
Свечи накаливания устанавливают во впускном коллекторе или
в камере сгорания так, чтобы на них не попадало топливо из фор-
сунок. Спираль свечи 2 (рис. 27.5) нагревает перемещающийся
мимо него поток воздуха. Время нагрева свечи до пуска двигателя
30...60 с, потребляемый ток 40...50 А, температура нагрева элемен-
та 900... 1050 °C. Когда двигатель начнет устойчиво работать, свечи
должны быть отключены.
Электрофакельные подогреватели устанавливают во
впускном коллекторе дизелей литражом более 5 л. На-
гревательный элемент (спираль накаливания) подогре-
вателей включается до пуска, а электромагнитный кла-
пан при пуске открывается и пропускает топливо к
спирали. Попадая на раскаленную спираль, топливо
горит, а проходящий в цилиндры холодный воздух на-
гревается, захватывает пламя и разносит по цилиндрам,
обеспечивая подогрев камеры сгорания и воспламене-
ние основной части топлива, впрыскиваемого форсун-
Рис. 27.5. Свеча накаливания:
1 — корпус; 2 — спираль накаливания; 3 — кожух свечи
451
ками. После пуска двигателя подогреватель выключают. При этом
клапан перекрывает подачу топлива к спирали.
Предпусковые подогреватели (например, ПЖД-30 для автомоби-
лей КамАЗ) обеспечивают пуск двигателей при температуре ниже
—30 °C. Они состоят из форсунки, спирали накаливания для под-
жигания топлива, подаваемого форсункой, и вентилятора, обеспе-
чивающего обдув поддона горячими газами. Одновременно подо-
гревается жидкость системы охлаждения двигателя. Пусковые по-
догреватели работают на том же топливе, что и двигатель.
27.4. ВОЗМОЖНЫЕ НЕИСПРАВНОСТИ
И ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ СИСТЕМЫ
ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПУСКА
Стартеры обладают достаточно высокой эксплуатационной на-
дежностью. Несмотря на это, в системе пуска могут возникать
следующие неисправности:
стартер не включается (нет щелчка срабатывания реле) — раз-
ряжена аккумуляторная батарея или нарушена электрическая
цепь из-за отсутствия контакта в клеммах аккумулятора, замке за-
жигания, тяговом и дополнительном реле, силовой цепи стартера
и месте подсоединения массового провода к корпусу двигателя;
стартер включается, но коленчатый вал вращается очень мед-
ленно или вообще не вращается — разряжена батарея, плохой
контакт в силовой цепи, неисправен стартер;
металлический скрежет при включении стартера — неправиль-
но отрегулировано перемещение шестерни стартера, наличие за-
боин на шестерне;
стартер вращается, но коленчатый вал не вращается — неисп-
равен привод шестерни стартера.
Техническое обслуживание системы пуска проводят при ТО-2,
проверяя контакт во всех соединениях (крепление наконечников
проводов). Через 40 тыс. км проверяют стартер на стенде: состоя-
ние щеток и коллектора, осевой зазор в подшипниках якоря, ра-
боту механизма привода, проводят контрольное испытание. При
испытании замеряют частоту вращения якоря и ток на режиме хо-
лостого хода, а также тормозной момент и ток нагрузки при пол-
ном торможении стартера.
Контрольные вопросы
1. Что такое пусковая частота вращения? 2. От чего зависит момент сопротив-
ления прокручивания коленчатого вала при пуске? 3. Из каких элементов состоит
система пуска? 4. Для чего предназначен механизм привода шестерни стартера?
5. Как зависят характеристики стартера от характеристик аккумуляторной бата-
реи? 6. Каково назначение тягового реле? 7. Как определить неисправный контакт
в цепи питания стартера?
452
Глава 28
СИСТЕМА ОСВЕЩЕНИЯ И СИГНАЛИЗАЦИИ
28.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
Назначение системы освещения и сигнализации — обеспечить
требуемую освещенность дороги в любое время суток, подачу чет-
ких сигналов о маневрах автомобиля. Нормы на светотехнические
характеристики приборов системы освещения и сигнализации
полностью определяются требованиями безопасности движения.
Все световые приборы преобразуют электрическую энергию в
лучистую. В светотехнике используют понятие «лучистый поток»,
который характеризует энергию излучения в единицу времени —
мощность лучистой энергии. Так как глаз человека воспринимает
не весь спектр лучистой энергии, то вводят понятие «световой по-
ток», который оценивает световое ощущение, воспринимаемое
человеком. Световой поток F— это мощность лучистой энергии,
ощущаемой человеком через зрение. Так как он распределяется в
пространстве неравномерно, то используют такой параметр, как
сила света I— световой поток, заключенный в единице телесного
угла со: /= F/ш. Единица измерения силы света — канделла (кд).
Условия освещения оценивают освещенностью Ё— световым
потоком, приходящимся на единицу площади поверхности з:
Е= F/s= /cos а/r2 (здесь а — угол падения света; г — расстоя-
ние от источника света до поверхности). Единица измерения ос-
вещенности — люкс (лк).
Требования к системе освещения и сигнализации достаточно
сложны и противоречивы. Она должна обеспечить максимальный
КПД источника света, определенные распределение светового по-
тока в пространстве и освещенность дороги, необходимую даль-
ность видимости предметов, исключение ослепления встречных
водителей, комфортность восприятия и точность информации о
маневрах автомобиля; не увеличивать аэродинамическое сопро-
тивление автомобиля.
Сложность выполнения этих требований заключается в том,
что при малой мощности источников света (максимально 90 Вт) с
низкой световой отдачей (менее 13,5 лм с 1 Вт) нужно получить
силу света до 150 000 кд, сконцентрировать световой поток и не-
равномерно его распределить.
Система освещения состоит из фар головного света и противо-
туманных фар. Возможно также наличие фар заднего света. Ми-
нимальный комплект системы сигнализации включает габаритные
огни, сигналы торможения, указатели поворота, бортовые повто-
рители сигналов поворота, световозвращатели, фонарь освещения
номерного знака.
453
28.2. СИСТЕМА ОСВЕЩЕНИЯ
Принципы формирования светораспределения. Световые прибо-
ры состоят из оптического элемента, корпуса и элементов элект-
рической цепи. Под оптическим элементом понимают совокуп-
ность лампы, отражателя и рассеивателя. Оптический элемент в
основном удовлетворяет требованиям, перечисленным в парагра-
фе 28.1. Концентрацию светового потока обеспечивает параболо-
идный отражатель (рис. 28.1). При помещении в его фокусе точеч-
ного источника света лучи, отражаясь от параболоидной поверх-
ности, образуют пучок, параллельный оси отражателя (штриховые
линии). При реальном источнике света лучи будут отражаться и
рассеиваться в пределах малого угла 2а (сплошные линии). На от-
ражатель попадает не весь световой поток, а только его часть
Ф = Zcpcoi (здесь /ср — среднее значение силы света источника из-
лучения; Ш] — телесный угол). Чем больше телесный угол, или
угол охвата 2ср, тем выше степень использования светового потока.
В современных конструкциях фар угол охвата 2<р, как правило, не
превышает 240°, что соответствует использованию 75 % светового
потока источника излучения.
Рассеиватель (стекло оптического элемента) формирует окон-
чательное светораспределение. На внутренней его поверхности
выполнены преломляющие элементы: цилиндрические, сфери-
ческие линзы, призмы и линзопризмы, с помощью которых в оп-
ределенных направлениях фокусируются пучки света или рассеи-
ваются. Рассеиватель также защищает оптический элемент и отра-
жатель от различных внешних воздействий (пыли, грязи, осадков
и т. п.), которые могут нарушить его функции.
Классификация систем освещения: по типу светораспределе-
ния — европейская и американская', способу исполнения светорасп-
ределения — двух- и четырехфарные, гомофокальные', форме опти-
ческих элементов — с круглыми и прямоугольными фарами. Фары
Рис. 28.1. Распределение светового потока (а) и угол охвата отражателя (б):
2а — угол рассеивания луча; 2<р — угол охвата отражателя:/—фокусное расстояние
454
Рис. 28.2. Организация пучков ближнего и дальнего света (а) и конст-
рукция экрана нити ближнего света (б):
7 — отражатель; 2 — лампа; 3 — нить дальнего света; 4 — нить ближнего света;
5 — экран нижних лучей; 6— экран прямых лучей
головного света обозначают буквами R (дальнего света), С (ближ-
него) и CR (дальнего и ближнего света).
В режиме дальнего света дальность обнаружения препятствия
должна быть достаточной для остановки автомобиля. Для этого
освещенность предмета должна быть не менее 2 лк. Так как путь
для остановки автомобиля пропорционален квадрату скорости
движения, а необходимая сила света пропорциональна квадрату
расстояния, то необходимая сила света фар будет пропорциональ-
на скорости в четвертой степени.
В режиме ближнего света необходимо обеспечить безопасное
движение встречных автомобилей. Адаптация водителей после ос-
лепления дальним светом достигает нескольких секунд, что может
привести к аварии. Ближний свет обеспечивает освещение на не-
большом участке дороги, пучок света сдвинут вправо, что исклю-
чает ослепление.
Европейская и американская системы освещения определяют
условия освещения в режиме ближнего света. Они различны по
структуре светового пучка и способу его организации. В нашей
стране принята европейская система. Светотехнические нормы
для фар этой системы регламентированы Правилами № 1 ЕЭК
ООН для обычных ламп и № 20 для галогенных и ГОСТ 3544—75*.
В фаре типа CR применена двухнитевая лампа 2 (рис. 28.2).
Нить дальнего света 3 расположена по оптической оси в фокусе
отражателя. Световой пучок концентрируется с отклонениями
±1,5° в горизонтальной плоскости и ±0,75° в вертикальной. Нить
ближнего света 4 находится впереди выше оси. Под ней установ-
лен экран 5 со срезанным левым краем под углом 15°, который
455
Рис. 28.3. Круглая фара:
7 — рассеиватель; 2— отражатель; 3 — регулировочный винт; 4 —держатель; 5 — корпус;
6—лампа; 7— патрон; 8— крепежный винт
перекрывает нижнюю часть отражателя. Поэтому отраженный пу-
чок света при данном режиме направлен вниз и немного вправо.
Экран 6 перекрывает прямое излучение.
Головные фары. Многие годы заводы выпускали круглые фары
с оптическим элементом диаметром 178 мм (для двухфарной сис-
темы) и 146 мм (для четырехфарной). Оптический элемент такой
фары выполнен в виде склеенных между собой стеклянного рас-
сеивателя 1 (рис. 28.3) и металлического отражателя 2, в котором
установлен на фланце с пружинными зажимами источник све-
та — лампа 6. Питание к ней подводится через патрон 7. Впереди
лампы установлен экран круглой формы из тонкой металличес-
кой ленты. Он перекрывает прямые лучи от лампы. Держатель 4
установлен в корпусе фары подвижно, что позволяет винтами 3
регулировать его положение в двух плоскостях: вертикальной и
горизонтальной. Корпус 5 металлический с фланцем для поджа-
тия его к краю оптического элемента. В задней части корпуса
имеется отверстие для проводов питания со штекерными разъе-
мами.
В фаре прямоугольной формы уменьшен вертикальный размер.
Благодаря этому снижен коэффициент аэродинамического сопро-
тивления автомобиля и повышена его топливная экономичность.
Отражатель такой фары представляет собой усеченный параболо-
ид и имеет диаметр до 250 мм. Он дает возможность увеличить
зону освещенности в горизонтальном направлении и улучшить
456
освещение в режиме ближнего света. Рассеиватель помещен в
корпус и закреплен винтами или приклеен.
Отражатель установлен на трех шаровых шарнирах, благодаря
чему его можно поворачивать с помощью винта в горизонтальной
плоскости. Положение отражателя в вертикальной плоскости ре-
гулируют двумя винтами, привод которых может быть выведен в
кабину водителя для подрегулировки (например, при изменении
развесовки автомобиля).
К недостаткам прямоугольных фар (по сравнению с круглыми)
можно отнести более высокую трудоемкость в изготовлении и не-
обходимость большего пространства в подкапотном объеме.
Прямоугольные фары часто выполняют в виде неразъемных
блок-фар. Их рассеиватель и отражатель изготовлены из стекла.
При изготовлении отражатель алюминирован, внутри смонтиро-
вана система нитей накала, после чего из него откачан воздух и
колба заварена.
Гомофокальные фары. Тенденция снижения коэффициента
аэродинамического сопротивления автомобиля обусловила требо-
вание снижения высоты фары до 60 мм. Поскольку в традицион-
ных фарах этого достичь невозможно, то созданы фары с оптичес-
ким элементом в виде компоновки двух-трех усеченных параболо-
идов с различным фокусным расстоянием (20 и 40 мм). Они по-
зволяют так подобрать и скомпоновать отражатель, чтобы
обеспечить заданное распределение света при ближнем и дальнем
режиме. Габаритные размеры этих фар полностью удовлетворяют
требованиям аэродинамики автомобиля. Однако стоимость гомо-
фокальных фар еще очень высока, так как требуется новая техно-
логия их изготовления.
Противотуманные фары. Использование обычных фар в услови-
ях тумана, снегопада и ливневых дождей ухудшает видимость, так
как при рассеивании света на частичках воды возникает световое
пятно, размывающее контрастность восприятия. Низкое располо-
жение противотуманных фар резко ограничивает световой поток
выше горизонтальной плоскости, проходящей через оптическую
ось фар. Характеристики этих фар определены Правилом № 19
ЕЭК ООН.
Отражатель противотуманной фары выполнен параболоидным.
Источником света чаще всего является галогенная лампа. Рассеи-
ватель имеет на наружной поверхности элементы в виде усечен-
ных прямолинейных цилиндрических линз, которые дают широ-
кий диапазон рассеивания. Рассеиватель часто изготовляют из
стекла желтого цвета, хотя спектр излучения фар практически не
влияет на условия видимости в тумане. Перед лампой установлен
экран для прямых лучей, которые в тумане создают вуалирующую
пелену и резко снижают дальность видимости.
Корпус фары металлический, а крепление его на машине до-
пускает регулировку направления светового потока.
457
28.3. СИСТЕМА СИГНАЛИЗАЦИИ
Минимальный обязательный комплект светосигнальных при-
боров для всех автомобилей: два передних и два задних габарит-
ных огня, два сигнала торможения, два передних и два задних ука-
зателя поворота, два боковых повторителя, два задних световоз-
вращателя, фонарь освещения номерного знака, аварийный сиг-
нал. Некоторые категории автомобилей оснащены дополнительно
контурными огнями (грузовые автомобили), опознавательными
огнями и сигналом преимущественного проезда.
Активные светосигнальные приборы (имеющие свой источник
света) могут быть ночного (габаритные огни и т. п.) и круглосу-
точного (сигналы торможения, указатели поворота и аварийные)
действия. Для обеспечения видимости приборов ночного действия
достаточна небольшая сила света 2... 12 кд; для приборов круглосу-
точного действия, видимость которых должна быть обеспечена
даже в солнечный день, необходима сила света 200...700 кд. Для
приборов каждого вида существуют требования их силы света,
размещения на автомобиле, углов видимости, цветности сигнала.
Для передних огней принят белый цвет, для задних — красный. К
преимуществам красного цвета относятся сохранение ощущения
цвета человеком почти до нулевой интенсивности, хорошая про-
ницаемость сквозь дождь, туман и дымку, контрастность на фоне
других огней и др. Для мигающих огней правилами ЕЭК ООН до-
пускается оранжевый цвет. У оперативных машин применяется
мигающий сигнал синего цвета.
Габаритные огни максимально расставляют по краям автомоби-
ля. Мощность их источника света до 5 Вт. Сила света под углами
±20° по горизонтали и ±10° по вертикали должна быть 4...6 кд у
передних огней и 2... 12 кд у задних.
Сигналы торможения предназначены для предупреждения учас-
тников движения о замедлении хода или остановке автомобиля.
Они относятся к сигналам круглосуточного действия, должны
быть хорошо видимы днем и не слепить участников движения но-
чью. Мощность их источника света 21 Вт. Осевая сила света (по
оси движения автомобиля) должна быть от 40 до 100 кд.
В современных моделях автомобилей применяют двухрежим-
ные приборы: дневной режим — сила света 130...520 кд, ночной —
30...80 кд. Низкое расположение приборов часто приводит к тому,
что в интенсивных транспортных потоках водители второго, тре-
тьего и следующих автомобилей не получают информацию о ма-
невре, что может привести к аварии. Поэтому в верхней части са-
лона у заднего стекла стали дополнительно устанавливать сиг-
нальные огни.
Сигналы поворота и боковые повторители работают в проблес-
ковом режиме. Минимальная частота проблесков должна быть не
менее 1 Гц (60 миганий в минуту) и не более 2 Гц, так как в этом
458
случае они могут восприниматься как слитные. Скважность про-
блесков (соотношение сигнала и паузы) должна быть 0,4...0,7. В
передних и задних фонарях мощность ламп составляет 21 Вт, в бо-
ковых повторителях — 3 Вт.
Светосигнальные приборы обычно объединяют в один блок.
Передние приборы могут быть совмещены с фарой. Каждый сиг-
нал имеет свою секцию, включающую рассеиватель и отражатель,
являющийся частью корпуса.
Световозвращатели обозначают габариты автомобиля, стоящего
с погашенными огнями в ночное время. Они отражают падающий
на них с отклонениями до ±20° от оси свет внешнего источника
(от другого автомобиля). Наиболее эффективен кубический свето-
возвращатель. Стекло его рассеивателя состоит из трехгранных
призм, которые обладают высоким обратным отражающим эф-
фектом.
Источники света. Лампы накаливания (рис. 28.4) имеют тело на-
каливания (одно или два), помещенное в стеклянную колбу на
электродах, соединенных с цоколем. Внутренняя полость колбы
заполнена инертным газом или смесью газов, уменьшающих ис-
парение материала тела накаливания. Тело накаливания выполня-
ют из вольфрама, который имеет температуру плавления 3390 °C, с
присадками оксида кремния, оксида алюминия и др. Вольфрамо-
вую проволоку свивают в спираль или биспираль. Форму и мон-
таж нитей выполняют с высокой точностью (особенно для фар).
Основные электрические параметры ламп: номинальное на-
пряжение (6,12, 24 В) и мощность (в ваттах). Световые парамет-
ры: номинальный световой поток (в люменах) и максимальная
сила света (в канделах). Согласно международным правилам в фа-
Рис. 28.4. Лампы фар:
а — с поколем Р45/41; б— лампа Н4; в —лампа Н1; г —лампа НЗ
459
pax типа CR используют лампу с нитью подковообразной формы
для дальнего света и цилиндрической формы для ближнего. В
марке лампы указывают тип лампы (А — автомобильная), номи-
нальное напряжение (первая цифра) и мощность (остальные
цифры). Например, А12 45 + 40 означает следующее: номиналь-
ное напряжение 12 В, две нити — 45 Вт дальнего и 40 Вт ближне-
го света.
Галогенные лампы. Для снижения осаждения на колбе частиц
испаряющегося вольфрама в состав газов вводят галогены (осо-
бенно эффективны соединения брома), с помощью которых уста-
навливается цикл возврата вольфрама обратно на нить. Наличие
возвратного цикла позволяет поднять рабочую температуру нити
до 3000...3200 °C и повысить ее световую отдачу в 1,5 раза по срав-
нению с обычными лампами. Но для работы галогенной лампы
температура колбы должна быть около 600...700 °C, поэтому колбу
изготовляют из кварцевого стекла, а спираль выполняют цилинд-
рической формы. Правило № 37 ЕЭК ООН определяет маркиров-
ку однонитевых ламп Hl, Н2, НЗ, двухнитевых Н4. Отечествен-
ные галогенные лампы маркируют АКГ (автомобильная кварцевая
галогенная).
28.4. ВОЗМОЖНЫЕ НЕИСПРАВНОСТИ
И ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ ПРИБОРОВ СИСТЕМЫ
ОСВЕЩЕНИЯ И СИГНАЛИЗАЦИИ
Отказ приборов в системе может быть вызван перегоранием
нитей ламп, нарушением контакта в патроне лампы и соедини-
тельных проводах, перегоранием предохранителя, неисправностя-
ми коммутационной аппаратуры. Поиск места нарушения контак-
та проводят контрольной лампой при подключении ее проводов к
входу в прибор и выходу из него. Срабатывание и перегорание
предохранителя сигнализирует о возможном коротком замыкании
в цепи, место которого определяют, последовательно выключая из
цепи приборы и коммутационные устройства.
При ЕТО очищают рассеиватели и проверяют работоспособ-
ность каждого прибора. Стекла рассеивателей лучше промывать
щеткой во время мойки машины, а не протирать их сухой тряп-
кой, так как попадание песчинок в протирочный материал приво-
дит к образованию царапин и помутнению стекла.
При ТО-1 проверяют правильность установки фар, силу света
фар и светосигнальных огней, состояние ламп, проводов, контак-
тов и элементов крепления. Фары регулируют с помощью специ-
альной аппаратуры или специального экрана (рис. 28.5).
Экран должен быть расположен перпендикулярно площадке.
Машину ставят от него на расстоянии 5 или Юм. На экран нано-
сят среднюю О—О, левую Л—Л и правую Я— Я вертикальные
460
линии, расстояние а между ко-
торыми равно половине рассто-
яния между фарами, а также го-
ризонтальные линии Д—Д (на
высоте Н оси фар) и Б — Б на
расстоянии Н6 от линии Д—Д.
Фары европейского типа ре-
гулируют так, чтобы горизон-
тальная светотеневая граница
проходила по линии Б — Б, а
точки перегиба левой и правой
фар совпадали с пересечением
линий Л—Л и П— П с линией
Б-Б.
Контрольные вопросы
Рис. 28.5. Экран контроля настройки
фар:
1. Какие требования предъявляют
к системе освещения? 2. Какие требо-
вания предъявляют к приборам систе-
мы сигнализации? З.Чем различаются
системы ближнего и дальнего света?
4. Как производится фокусировка све-
тового пучка фар? 5. Чем в конструк-
ции фары обеспечивается ломаная
линия светотеневого раздела при
ближнем свете? 6. Чем различаются
обычные и галогенные лампы? 7. Ка-
О—О, Л—Л и Л—Л—соответственно
средняя, левая и правая вертикальные ли-
нии; а — половина расстояния между фара-
ми; Л—расстояние, равное высоте оптичес-
кого центра фар; Д—Д—линия на высоте
Л; Лб — установочное расстояние до нижней
границы светового пятна; Б— Б— нижняя
граница светового пятна ближнего света;
L — установочное расстояние машины до
экрана
ков порядок настройки головного ос-
вещения? 8. Как определить место неисправности в цепи освещения и сигнали-
зации?
Глава 29
ИНФОРМАЦИОННО-ДИАГНОСТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА
29.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Информационно-диагностическая система (ИДС) служит для
сбора, хранения и отображения информации о режиме движения,
техническом состоянии автомобиля, внешних факторах (темпера-
тура вне автомобиля, его местоположение и т. п.). Она состоит из
контрольно-измерительных приборов (КИП), средств бортовой
системы контроля (БСК), системы встроенных датчиков (СВД),
маршрутного компьютера (МК) и навигационной системы.
Сигналы, поступающие к водителю, несут информацию опера-
тивную (от КИП, со щитка приборов, через ветровое стекло), до-
полнительную (от БСК, СВД) и внешнюю (через ветровое стекло,
телевизионную установку заднего вида, радио, телефон, навигаци-
онные устройства).
461
Контрольно-измерительные приборы дают водителю информа-
цию о скорости движения, пройденном пути, частоте вращения
коленчатого вала, температуре охлаждающей жидкости, давлении
масла двигателя, количестве топлива в баке.
Бортовая система контроля информирует (предупреждает) води-
теля о техническом состоянии агрегатов и механизмов автомоби-
ля, для которых необходимо техническое обслуживание. Это уро-
вень эксплуатационных жидкостей, состояние тормозных накла-
док, фильтров, перегорание ламп и иная аналогичная информа-
ция. Такую систему уже устанавливают на современные
отечественные автомобили.
Система встроенных датчиков позволяет накапливать информа-
цию о техническом состоянии автомобиля с последующим выво-
дом информации при техническом обслуживании через диагнос-
тический разъем.
Навигационные системы, включающие маршрутный компьютер,
позволяют получить информацию о месте положения автомобиля,
кратчайшем или наиболее экономичном пути движения, погод-
ных условиях и т. д.
Эргономические требования к приборам. Все приборы ИДС дол-
жны обладать быстродействием, информационной емкостью, яр-
костью и контрастностью воспроизведения, обеспечивать точ-
ность считывания и воспроизведения информации. Например,
человек лучше воспринимает сигналы с верхней части панели
приборов, а также при расположении приборов слева направо.
Приборы не должны давать излишнюю информацию, например,
оптимальной шкалой деления спидометра является интервал 5 км/ч
и не мельче. Восприятие информации во многом зависит от часто-
ты обращения водителя к приборной доске и информационной
емкости сигналов.
В современных автомобилях все чаще применяют систему раз-
деления сигналов по приоритетности, различая сигналы высшего
уровня (например, о безопасности движения и аварии), второго,
третьего и других уровней (информация о техническом состоянии
автомобиля, не приводящем к аварии, климатические параметры,
местоположение автомобиля и др.). Это позволяет значительно
уменьшить число обязательных приборов, а следовательно, и
объем снимаемой с них информации. Остальная информация мо-
жет быть получена водителем по желанию. Такую работу может
выполнить бортовой компьютер.
Автомобильные приборы по принципу действия делят на элек-
трические и механические. Наиболее распространены электричес-
кие, которые преобразуют неэлектрические сигналы (давление,
температуру, частоту вращения и т. п.) в электрические. Они со-
стоят из датчика, преобразователя и соединяющих их проводов и
указателя.
462
29.2. ПРИБОРЫ КОНТРОЛЯ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
Для контроля зарядного тока и состояния всей системы элект-
роснабжения применяют амперметры (указатели тока), вольтмет-
ры (указатели напряжения) и световые сигнализаторы. Амперметр
включают в цепь «аккумуляторная батарея — генератор» последо-
вательно, поэтому он показывает ток заряда и разряда (кроме ре-
жима пуска двигателя, так как реле стартера и стартер подключе-
ны отдельной цепью). Вольтметр подключают параллельно бата-
рее. С помощью этого прибора можно оценить напряжение бата-
реи при пуске и генератора во время работы. Световые
сигнализаторы дают информацию о значительных отклонениях в
работе электроснабжения.
Амперметры применяют магнитоэлектрического типа. Чаще
всего устанавливают амперметры с неподвижным магнитом АШ12,
АП 170, АП250. В этих приборах стрелка 2 (рис. 29.1, а) со сталь-
ным якорем 6 установлена на оси 7 с опорами 8 в основании 5.
При отсутствии тока якорь 6 устанавливается вдоль магнитных
линий постоянного магнита 4 и указывает на ноль шкалы. При
прохождении тока через вывод 7 и далее через основание 5 на
якорь 6 будет действовать дополнительное магнитное поле, кото-
рое поворачивает стрелку. Чем больше ток, тем больше отклоне-
ние стрелки. Магнитный шунт 3 компенсирует изменение магнит-
ного поля при колебаниях температуры.
Амперметры с подвижным магнитом АП 100, АП 105 применяют
при значительном расстоянии от генератора до панели приборов и
больших токах. Стрелка прибора закреплена на подвижном маг-
Рис. 29.1. Приборы контроля электроснабжения:
а —амперметре неподвижным магнитом: 7 —вывод; 2—стрелка; J—шунт; 4—магнит; 5—
основание; 6— якорь; 7— ось; 8— опора; б— амперметр с подвижным магнитом: 7 — подвиж-
ный магнит; 2— обмотка; 3 — шунт; 4— неподвижный магнит; в — вольтметр: 7, 2 — постоян-
ные магниты; 3 — экран; 4 —каркас; 5 —стрелка; 6— ограничитель; 7—прорезь; WL
W2— обмотки
463
ните 7 (рис. 29.1, б), на который воздействуют взаимно перпенди-
кулярные магнитные поля неподвижного магнита 4 и обмотки 2.
Обмотка 2 включена параллельно измерительному шунту 3. При
отсутствии тока поля магнитов 1 и 4 уравновешиваются, стрелка
устанавливается в нулевом положении. При прохождении тока
через обмотку 2 возникает дополнительное поле, которое развора-
чивает магнит 1 со стрелкой.
Вольтметр имеет две обмотки W1 и W2 (рис. 29.1, в), включен-
ные последовательно, но намотанные перпендикулярно друг к
другу на пластмассовом каркасе 4 (схема логометра). Результирую-
щее магнитное поле создается полем катушек, постоянными маг-
нитами 7 на оси катушек и 2 в экране-корпусе. При отсутствии
напряжения стрелка отклоняется влево до упора в прорези 7 огра-
ничителя. При напряжении в цепи стрелка отклоняется вправо
пропорционально значению напряжения.
Вольтметр 12.3812 предназначен для 12-вольтовой сети и изме-
ряет напряжение в диапазоне 8... 16 В. Шкала прибора имеет цвет-
ные зоны значений напряжения: желтую 8... 12 В, зеленую (белую)
12...15 В, красную 15...16 В. Первая зона соответствует разряду ак-
кумуляторной батареи, вторая — нормальной работе системы, тре-
тья — перезаряду (повышенное напряжение).
29.3. ПРИБОРЫ КОНТРОЛЯ ТЕМПЕРАТУРЫ,
ДАВЛЕНИЯ, УРОВНЯ
Термометры применяют для контроля за тепловым режимом
двигателя путем измерения температуры охлаждающей жидкости
и контроля температуры масла в гидротрансмиссиях.
Термометры бывают логометрические и термобиметалличес-
кие.
Логометрический термометр состоит из терморезисторного дат-
чика и логометрического указателя. Сопротивление терморезисто-
ра 4 датчика (рис. 29.2, а) уменьшается с увеличением температу-
ры, что приводит к увеличению тока в цепи. Ток течет по резисто-
ру и пружине 3, изолированной от корпуса и баллона 7 втулкой 5.
Логометрический указатель устроен аналогично вольтметру,
только имеет три обмотки, по которым ток течет в разных направ-
лениях. Изменение силы тока в одной обмотке, соединенной с
терморезистором, приводит к изменению магнитного поля и по-
вороту стрелки. Указатели УК101, УК105 и др. работают с датчи-
ком ТМ-100 и имеют пределы измерения 40...120 °C.
При использовании стрелочного дистанционного термометра
водитель не всегда может заметить внезапное повышение темпе-
ратуры. Поэтому в дополнение к такому термометру устанавлива-
ют сигнализатор аварийной температуры, который является тер-
мобиметаллическим.
464
Термобиметаллический им-
пульсный термометр состоит из
датчика и светоуказателя. Дат-
чик представляет собой толсто-
стенный латунный баллон 7
(рис. 29.2, б), внутри которого
находится изолированная термо-
биметаллическая пластина 1 с
контактом 5. В клемме 3, изоли-
рованной от корпуса 2, установ-
лен контакт 4. При температуре
98... 104 °C биметаллическая пла-
стина разгибается и контактом 5
прижимается к контакту 4, за-
мыкая цепь. Включается сиг-
нальная лампа на щитке прибо-
ров. Аналогичную конструкцию
имеет датчик включения элект-
ровентилятора системы охлаж-
Рис. 29.2. Датчики температуры:
а — терморезисторный: 1 — баллон; 2—
клемма; 3 — пружина; 4 — терморезистор;
5 — втулка; б — аварийный: 1 — термобиме-
таллическая пластина; 2—корпус; 3—
клемма; 4— контакт; 5— контакт пласти-
ны; 6—шайба; 7—баллон
дения.
Манометры используют для контроля за давлением масла в
двигателе, трансмиссии, воздуха в пневмосистеме, разряжения в
системе питания (в эконометрах) и других системах.
Различают манометры непосредственного действия, электри-
ческие, обеспечивающие постоянный контроль, и сигнализаторы
аварийного состояния.
К указателям манометра непосредственного действия масло
(жидкость) подводится непосредственно из системы. Основой
его является профильная почти кольцевая запаянная с одного
конца трубка, которая при изменении давления несколько рас-
прямляется или сжимается. При этом она перемещает стрелку
указателя.
Чаще всего применяют электрические манометры, состоящие
из датчика реостатного типа и логометрического указателя. Чув-
ствительным элементом реостатного датчика служит гофрирован-
ная мембрана 2 (рис. 29.3, а). Прогибаясь под давлением, она пе-
ремещает ползунок 5 реостата, поворачивая его вокруг оси 7 че-
рез толкатель 12 и рычаг 10. Пружина 9 стремится вернуть ползу-
нок обратно. Полное сопротивление реостата 170 Ом. При
работе оно изменяется от 163 Ом (при отсутствии давления) до
20 Ом (при максимальном давлении). Через клемму 6 датчик со-
единен с логометрическим указателем. Изменение силы тока при
изменении сопротивления реостата приводит к изменению маг-
нитного поля в логометрическом указателе, который работает
аналогично рассмотренному ранее. Точность настройки датчика
регулируют винтом 11. Жиклер 13 снижает влияние пульсаций
давления.
465
W1 W2 W3
6
Рис. 29.3. Приборы контроля давления:
о —реостатный датчик давления: / — основание;
2— мембрана; 3 — крышка; -/—реостат; 5—ползу-
нок; 6—клемма; 7—ось; 8— упор; 9—пружина;
10— рычаг; // — регулировочный винт; 12—толка-
тель; 13 — жиклер; б — электрическая схема указате-
ля: И7... W3 — обмотки катушек; Д— вывод лого-
метрического указателя; R^ R3 — резисторы; S —
выключатель; А — амперметр; в — датчик аварийно-
го давления: / — подвижный контакт; 2— электри-
ческий разъем (клемма); 3—фильтр; -/—изолятор;
5 —пружина; 6—толкатель; 7 — чашка (неподвиж-
ный контакт); диафрагма; 9—корпус
в
Пределы измерения этих приборов зависят от толщины мемб-
раны. Все датчики имеют одинаковые внешний вид и габаритные
размеры. Датчики ММ352, ММ350 имеют винтовой контакт,
ММ370 — штекерный разъем. У логометрических указателей
(УК113, УК130 и др.) внешнее исполнение и диапазоны шкал раз-
ные.
Аварийные сигнализаторы служат для включения сигнальной
лампы при нарушении режима давления. В некоторых автомоби-
лях применяют только сигнализатор, не используя стрелочный
указатель.
Рассмотрим датчик ММ 120 аварийного давления с тарирован-
466
ной пружиной 5 (рис. 29.3, в). Его чувствительный элемент —ди-
афрагма 8 выполнена из тонкой полиэфирной пленки и зажата
между корпусом 9 и изолятором 4. Под диафрагмой находится
масло, сверху — атмосферный воздух, подводимый через жиклер с
фильтром 3. Чашка 7 является неподвижным контактом, а под
пружиной установлен подвижный контакт 7. Электрическую цепь
составляют штекерный разъем 2, пружина, контакты, корпус. При
нормальном давлении диафрагма, выгибаясь вверх и сжимая пру-
жину через толкатель 6, размыкает контакты 7 и 7. При падении
давления диафрагма, прогибаясь внутрь, замыкает контакты, в ре-
зультате чего загорается контрольная лампа.
Приборы измерения уровня жидкостей предназначены для конт-
роля за уровнем топлива или технических жидкостей в баках.
Применяют электромагнитные и магнитоэлектрические (лого-
метрические) приборы реостатного типа, датчики которых устрое-
ны аналогично. В некоторые датчики встроен сигнализатор мини-
мального резерва топлива — контактная пара, которая замыкается
при остатке топлива, необходимого для пробега 50... 100 км.
В указателе электромагнитного типа капроновый поплавок 5
(рис. 29.4, а) при изменении уровня топлива перемещает ползунок
по реостату 4. Обмотка реостата из нихромовой проволоки диа-
метром 0,2 мм навита на текстолитовую пластину. Полное сопро-
тивление реостата 340 Ом. При минимуме резервного топлива
включается сигнальная лампа на указателе.
Наличие двух электромагнитов 7 и 3, расположенных под уг-
лом 90°, позволяет компенсировать изменение напряжения в сети.
Катушки электромагнитов 7 и 3 в зависимости от положения по-
плавка 5 и сопротивления реостата 4 создают общее магнитное
поле, которое действует на якорь 2, поворачивая стрелку на опре-
деленный угол. При выключении замка зажигания катушки обес-
Рис. 29.4. Приборы контроля уровня жидкости:
а —схема датчика и указателя уровня топлива: 7, 3 — электромагниты; 2 —
якорь; 4 —реостат; 5 — поплавок; 6 —ярмо; 7—противовес; б~датчик с
кольцевым магнитом
467
точиваются и противовес 7 возвращает стрелку в нулевое положе-
ние.
Указатели логометрического типа устроены и работают анало-
гично.
Преимущества указателей логометрического типа: меньшая по-
грешность измерения, больший угол поворота стрелки.
Все электромагнитные указатели (УБ200, УБ250 и др.) унифи-
цированы и отличаются только внешним исполнением.
Для контроля уровня жидкости (омывающей, охлаждающей,
масла) выпускают также датчики с герконом и кольцевым магни-
том (рис. 29.4, б). Кольцевой магнит на поплавке перемещается
вдоль оси. При достижении геркона магнитом геркон замыкает
электрическую цепь, включая сигнализатор аварийного уровня.
29.4. СПИДОМЕТРЫ И ТАХОМЕТРЫ
Спидометр — это прибор для получения информации о скорос-
ти движения автомобиля. Он может дополнительно выдать ин-
формацию о пройденном пути как от момента ввода автомобиля в
эксплуатацию, так и текущего.
Тахометр — это прибор для получения информации о частоте
вращения коленчатого вала двигателя.
Спидометры и тахометры по принципу действия делят на ин-
дукционные и электрические, по виду привода — с гибким валом
или электрической связью.
Спидометр индукционного типа состоит из вращающегося маг-
нита 4 (рис. 29.5) и металлического диска 2, на оси которого уста-
новлена стрелка 3. Поле магнита создает вихревые токи в метал-
лическом диске 2, которые образуют собственное магнитное поле.
Рис. 29.5. Спидометр индукционного типа:
7 — пружина; 2 — диск; 3 — стрелка; 4 — магнит
468
При взаимодействии полей возникает вращающий момент. Пру-
жина-волосок 7 сопротивляется повороту диска. В зависимости от
частоты вращения магнита пружина и вращающий момент опре-
деляют угол поворота стрелки.
Магнит 4 приводится во вращение от гибкого вала, который
в спидометрах имеет привод от вторичного вала коробки пере-
дач, а в тахометрах — от распределительного вала (в дизелях).
Гибкий вал быстро изнашивается, вследствие чего нарушается
соединение переднего и заднего его концов (четырехгранных
наконечников), имеет большую длину и неравномерное враще-
ние. Все это обусловило применение электрического привода
спидометров.
Электропривод выполнен по схеме «генератор — двигатель».
От вторичного вала приводится в действие датчик — синхронный
генератор, питающий трехфазный двигатель, от которого приво-
дится во вращение магнит указателя спидометра. Дальнейшая
работа его аналогична работе указателя, изображенного на ри-
сунке 29.5.
В современных автомобилях применяют электрические тахо-
метры с электронным преобразованием. Они бывают трех типов: с
датчиком частоты вращения, установленным на коленчатом валу
двигателя; с регистрацией частоты размыкания контактов преры-
вателя системы зажигания; с регистрацией частоты изменения фаз
в одной из обмоток генератора.
Регистрация частоты вращения коленчатого вала (указатель)
может быть осуществлена системой «генератор — двигатель» (как
у спидометра) или индукционным датчиком (см. главу 10).
При использовании прерывателя импульсы напряжения снача-
ла преобразуются электронной схемой в импульсы прямоугольной
формы, а затем преобразователем частоты напряжения (ПЧН) — в
напряжение, значение которого соответствует частоте импульсов.
Это напряжение подается на привод указателя спидометра. Ана-
логично действует система использования частоты изменения на-
пряжения в одной из фаз генератора.
Вместо указателя индукционного типа с вращающимся магни-
том часто применяют электронный преобразователь, который по-
казывает частоту вращения в цифровом изображении или в виде
световых символов.
Счетчик пройденного пути состоит, как правило, из шести
барабанчиков с зубцами, показывающих метры, километры (де-
сятки, сотни, тысячи, десятки тысяч). Система зубцов на бара-
банчиках подобрана так, что левый барабанчик при повороте
правого на один оборот поворачивается на 1/10 оборота, обес-
печивая десятеричное исчисление в указателе на панели прибо-
ров.
469
29.5. БОРТОВАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ.
СИСТЕМА ВСТРОЕННЫХ ДАТЧИКОВ.
ДИСПЛЕЙНОЕ ОПОВЕЩЕНИЕ ВОДИТЕЛЯ
Бортовая система контроля (БСК) информирует водителя о воз-
никновении неисправностей или нарушений в работе агрегатов,
механизмов, систем, приборов. Это помогает быстро определить
место неисправности, заранее спланировать объем технического
обслуживания. В зону ее контроля входят параметры, влияющие
на безопасность движения и надежность автомобиля, а именно:
уровень масла в смазочной системе двигателя, охлаждающей и
тормозной жидкостей, жидкости для омывания стекол. Возможен
контроль и других неисправностей, которые указывают фирмы-
изготовители.
Цель применения БСК: освободить водителя от контроля за
основными системами автомобиля, предупредить его о возникно-
вении неисправностей с оценкой их значимости, сообщить води-
телю о необходимости проведения очередного ТО.
Применяют следующие формы БСК:
информация о текущих неисправностях вводится в компьютер
и хранится до станции ТО, где мастер-диагност может ее вызвать
на экран дисплея;
при диагностике компьютер вводит вопросы и, анализируя от-
веты диагноста, точно определяет неисправность.
На автомобилях ВАЗ-2109 и последующих моделях БСК конт-
ролирует 12 параметров. После включения зажигания на экране
светятся красные сигнализаторы: «Пристегните ремни», «Сто-
яночный тормоз», аварийное давление масла в двигателе, износ
тормозных накладок, неисправность фонарей торможения и габа-
ритов, перегрев двигателя. Желтые сигнализаторы во время рабо-
ты указывают на следующие нарушения: низкий уровень масла в
поддоне двигателя, тормозной, охлаждающей и омывающей жид-
костей, топлива в баке, напряжения бортовой сети. Отдельная
клетка «Стоп» светится, если сработал хотя бы один красный сиг-
нализатор.
Система встроенных датчиков (СВД) — это развитие БСК. Ос-
новные системы и механизмы автомобиля с СВД имеют специаль-
ные датчики для оповещения водителя или хранения информации
в компьютере.
СВД на автомобилях ВАЗ (рис. 29.6) анализирует следующие
показатели: напряжение аккумуляторной батареи без нагрузки,
при включении и стоповом режиме стартера; регулируемое значе-
ние напряжения, исправность диодов генератора, напряжение на
катушке зажигания при включении системы зажигания и старте-
ра, падение напряжения на контактах прерывателя, угол замкну-
того состояния контактов прерывателя, несинхронность подачи
искры по цилиндрам, угол опережения зажигания на контрольных
470
Рис. 29.6. Электрическая схема СВД
частотах вращения; степень падения частоты вращения двигателя
при поочередном отключении цилиндров.
Система индикации. Дисплеи. Водитель получает информацию с
панели приборов. Электроника позволила выполнить панель с
электронными информационными устройствами и индикаторами.
Электронные индикаторы могут выдать сигнал о нескольких пара-
метрах, передать разные сообщения и резко увеличить объем ин-
формации. Чтобы не загружать водителя избыточной информаци-
ей, на панели должны быть сообщение о трех—шести основных
параметрах и пять-шесть световых сигналов. Остальную информа-
цию водитель вызывает только по желанию. В качестве примера
приведена схема индикации и панели приборов ВАЗ-2109
(рис. 29.7).
Информация поступает от датчиков: 1 — уровня и резерва топ-
лива; 2— температуры охлаждающей жидкости; 3— аварийного
давления масла; 4— уровня тормозной жидкости; 5 — уровня мас-
ла; 6— уровня охлаждающей жидкости; 7—уровня омывающей
жидкости; £—износа тормозных накладок; 9—скорости автомо-
биля; 10— прерывателя указателя поворотов; 11 — реле контроля
исправности ламп; 12— пристегнутости ремней безопасности;
13 — включателя аварийной сигнализации; 14— включения руч-
ного тормоза; 15— переключателя света фар; 76 — включателя га-
баритных огней; 17— включателя задних противотуманных фона-
рей; 18— замка зажигания; 19— холодного пуска двигателя; 29-
исправности электронной системы зажигания; 27 — напряжения
бортовой сети, а также исправности выключателей и переключа-
телей.
471
Датчики,
и быключатели блок обработки информации
Щиток приборов
Рис. 29.7. Структурная схема панели приборов ВАЗ:
БИС — большая интегральная схема; ВЛ И — вакуумно-люминесцентный индикатор;
СИД — светоизлучающий диод
Индикация на панели осуществляется вакуумно-люминесцент-
ными индикаторами, сигнализаторами на светоизлучающих дио-
дах и ламповыми индикаторами. Сигналы проходят через боль-
шие интегральные схемы усиления. Яркость индикации на панели
можно регулировать. При включении габаритных огней автомати-
чески снижается яркость индикаторов. Регулировку можно сде-
лать и ручную (по желанию водителя).
Применение бортовых компьютеров позволяет значительно
расширить возможности получения информации: от расхода
топлива мгновенного и на 100 км пути до местоположения авто-
мобиля и выбора оптимального маршрута движения, от контроля
за работой агрегатов автомобиля до управления подвеской, тормо-
зами и т. д.
29.6. ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ.
БОРТОВАЯ СЕТЬ
Вспомогательное электрооборудование. К вспомогательному
электрооборудованию относят приборы и аппараты, обеспечива-
ющие отопление и вентиляцию, очистку стекол и фар, звуковую
сигнализацию, радио- и телесистемы, системы охранной сигнали-
472
зации и т. п. В современных моделях автомобилей широко приме-
няют эти устройства, некоторые из которых потребляют значи-
тельную мощность (например, кондиционеры). В результате на-
метилась тенденция применения в бортовой сети двух уровней на-
пряжений: 12 В для основной сети и 24 В для питания мощных
потребителей.
Электродвигатели применяют в отопителях и системе вентиля-
ции салона, предпусковых подогревателях, стекло- и фароочисти-
телях, механизмах подъема стекол и антенн, перемещения сиде-
ний и т. д.
Различают электродвигатели с электромагнитным возбуждени-
ем и возбуждением от постоянных магнитов. В зависимости от из-
менения частоты вращения они бывают одно-, двухскоростные и
реверсивные. Электродвигатели с электромагнитным возбуждени-
ем имеют обмотку возбуждения с параллельным или смешанным
питанием (см. главу 26). Наиболее перспективны двигатели с воз-
буждением от постоянных магнитов. Они имеют больший КПД,
меньшую массу и габаритные размеры. Отсутствие обмотки воз-
буждения повышает их надежность. Их достаточно просто сделать
реверсивными. Мощность таких двигателей достигает 200 Вт и бо-
лее, а частота вращения — 6500 мин-1.
Двигатель с постоянными магнитами состоит из оксидно-бари-
евых магнитов, закрепленных в корпусе на плоских стальных пру-
жинах. Якорь его вращается в самоустанавливающихся подшип-
никах и имеет коллектор, к которому прижимаются медно-графи-
товые щетки. Принцип действия аналогичен машинам постоян-
ного тока с коллекторным выпрямителем. Оксидно-бариевые
магниты дешевы и имеют достаточно стабильную характеристику
гистерезиса «намагничивания-размагничивания».
Подобные двигатели применяют в подогревательных устрой-
ствах, стеклоподъемниках, вентиляционных и отопительных уста-
новках (кондиционерах) и для привода стеклоочистителей. К пос-
ледним предъявляют довольно жесткие требования: повторно-
кратковременный режим с реверсированием, возможность изме-
нения частоты вращения для создания разного режима работы
стеклоочистителей. Изменение частоты вращения обеспечивается
за счет установки третьей щетки.
На некоторых моделях применяют бесконтактные двигатели
постоянного тока, в которых функции коллектора выполняет
электронный коммутатор. Эти двигатели перспективны.
Звуковые сигналы служат для оповещения пешеходов и других
транспортных средств о создании помех движению автомобиля и в
качестве охранного предупреждения. Средства, вырабатывающие
звуковые сигналы (далее — сигналы), делят на электрические виб-
рационные, пневматические и электронные. Электрические сиг-
налы, в свою очередь, делят на тональные и шумовые. Тональные
имеют рупорный резонатор, а шумовые — дисковый. Они рассчи-
473
Рис. 29.8. Рупорный сигнал:
/ — мембрана; 2—клемма; 3 — электромагнит; 4 — регулировочная гайка; 5—пластина;
6 —сердечник; 7 —упор; контакты; 9—пружина; 10— корпус; 11 — крепление сигнала;
12— рупор (резонатор); 13— якорь
таны на работу в повторно-кратковременном цикле (цикл — око-
ло 5 с). Чаще всего ставят два сигнала: один низкого, а другой вы-
сокого тона. На автомобилях высокого класса ставят три сигнала:
один низкого и два высокого тона. Сигналы настраивают в гармо-
нический аккорд, и они звучат одновременно.
В тональном сигнале резонатором является столб воздуха, за-
ключенный в рупоре 12 (рис. 29.8). Он колеблется при вибрации
мембраны /. Мембрана закреплена между корпусом 10 и рупором
и колеблется электромагнитом 3 с сердечником 6. Один конец об-
мотки магнита 3 соединен с клеммой 2, другой — с пружиной 9
подвижного контакта 8. Далее цепь идет через неподвижный кон-
такт 5 и с него на «массу». При соединении клеммы 2 с «плюсом»
аккумулятора по цепи идет ток, якорь 13 втягивается внутрь элек-
тромагнита, через штифт 7 размыкая контакты 8. После этого уп-
ругая сила мембраны возвращает систему обратно, замыкая кон-
такты, и т. д. Частота колебаний 200...400 Гц.
В рупоре сложные колебательные процессы в воздушном стол-
бе формируют спектр частот, в котором преобладают частоты
2000...3500 Гц, хорошо слышимые человеком. Тональность сигна-
ла зависит от толщины мембраны и конфигурации рупора. Высоту
тона регулируют перемещением пластины 5 с помощью гаек 4.
474
Тональные сигналы потребляют значительный ток. При трех
сигнальных устройствах ток может достигать 20...25 А. Поэтому
для включения тонального сигнала используется реле сигналов,
которое вступает в работу при нажатии кнопки сигнала на руле-
вом колесе, через которую идет только небольшой ток управле-
ния.
Безрупорные сигналы устроены аналогично, только на мембране
закреплена пластина резонатора, которая создает колебания воз-
духа. Они потребляют ток в 1,5...3 раза меньше.
Цепь сигналов обязательно имеет предохранитель.
Бортовая электрическая сеть. Источники и потребители элек-
троэнергии соединяются между собой бортовой электрической
цепью, состоящей из проводов, средств защиты от перегрузок,
средств коммутации (выключатели и переключатели), соедини-
тельных и распределительных устройств. В основном применя-
ют однопроводную систему, где вторым проводом является
«масса» — корпусные детали автомобиля. Двухпроводную сис-
тему используют для фонарей стояночных огней, звуковых сиг-
налов и других устройств, которые должны работать при вы-
ключенной «массе». Преимущества однопроводной системы:
экономия меди, упрощение монтажа. На автомобиле КамАЗ
суммарная длина проводов достигает 700 м, на автомобиле
ВАЗ — 250 м. Недостаток однопроводной системы: большая ве-
роятность замыкания проводов на «массу», т. е. возникновение
короткого замыкания.
Распределение электроэнергии происходит централизован-
но —от источников питания к центральному распределительно-
му устройству (щиток приборов или блок реле и предохраните-
лей). Сети делят на одно- и двухканальные (рис. 29.9). По перво-
му каналу питаются потребители, создающие большую нагрузку
по току и работающие кратковременно или в аварийной ситуа-
ции: стартер, прикуриватель, приборы предпускового подогрева,
аварийная сигнализация и т. п. По второму каналу питаются по-
требители, которые, в свою очередь, делят на группы: включае-
а б
Рис. 29.9. Одноканальная (а) и двухканальная (б) централизованные системы
распределения электроэнергии
475
Рис. 29.10. Схема соединений электрооборудования автомобилей ВАЗ-2108/2109:
1 — блок-фара; 2 — электродвигатель очистителя фар*; 3 — выключатель подкапотной лампы;
4—звуковой сигнал; 5—электродвигатель вентилятора системы охлаждения; 6 —датчик
включения электродвигателя вентилятора; 7—выключатель света заднего хода; 8—датчик
указателя температуры; 9 — реле включения стартера; 10— стартер; /7 — аккумуляторная бата-
рея; 72-датчик-распределитель зажигания; 13— свечи зажигания; 14— генератор; 15— элек-
тромагнитный клапан включения омыва фар*; 76—катушка зажигания;. 77—датчик в.м.т.
поршня первого цилиндра (с экранированными проводами); 18— электромагнитный клапан
карбюратора; 79— концевой выключатель карбюратора; 20— датчик контрольной лампы дав-
ления масла; 27 — электродвигатель омывателя; 22—электромагнитный клапан включения
смыва ветрового стекла; 23 — электромагнитный клапан включения омыва заднего стекла*;
24 — коммутатор; 25—датчик уровня тормозной жидкости; 26—колодка диагностирования;
27— блок управления электромагнитным клапаном карбюратора; 28— электродвигатель очис-
тителя ветрового стекла; 29— штепсельная розетка переносной лампы; 30— подкапотная лам-
па; 31— монтажный блок; 32— выключатель стоп-сигнала; 33— выключатель контрольной
лампы воздушной заслонки карбюратора; 34— табло подсветки рычагов отопителя; 35— при-
куриватель; 36— электродвигатель отопителя; 37—дополнительный резистор электродвигате-
ля отопителя; 38— переключатель электродвигателя отопителя; 39— выключатель освещения
приборов; 40—переключатель указателей поворота, света фар и стояночного света; 41— вы-
ключатель звукового сигнала; 42— переключатель очистителей и омывателя стекол; 43— вы-
ключатель зажигания; 44 — выключатель наружного освещения; 45— выключатель аварийной
сигнализации; 46— выключатель противотуманного света; 47— выключатель обогрева заднего
стекла; 48— боковой указатель поворота; 49— выключатель контрольной лампы стояночного
тормоза; 50— выключатель плафона в стойке двери; 57 — комбинация приборов; 52— плафон;
53— задний фонарь; 54— датчик указателя уровня и резерва топлива; 55—элемент обогрева
заднего стекла; 56— фонари освещения номерного знака; 57—очиститель заднего стекла*;
А — наконечник провода для подключения к датчику* износа тормозных колодок; Б — разъем
для подключения к индивидуальному плафону* салона
* Только на некоторых автомобилях.
мне через замок зажигания; приборы освещения, включаемые че-
рез центральный переключатель света; приборы, потребляющие
небольшой ток и работающие длительное время во Время движе-
ния и стоянки автомобиля (плафоны и радио в кабине, габарит-
ные огни и т. п.).
Различают три вида схем бортовой электрической сети: прин-
ципиальная, соединений и совмещенная.
Принципиальная схема бортовой электросети дает представле-
ние о связях всех приборов и частей электрооборудования. Ее ис-
пользуют при наладочных, контрольных и ремонтных работах.
Схема соединений (рис. 29.10) показывает соединение всех при-
боров и частей. Она предназначена для монтажа и ремонта в про-
цессе эксплуатации.
Устройства, имеющие самостоятельную схему, выполняют в
виде фигуры, контуры которой повторяют контуры реального
прибора. При необходимости около нее указывают номинальные
значения параметров и схемы-диаграммы, таблицы, текстовые
указания и т. д. Провода показывают отдельными линиями. Про-
вода, идущие в одном направлении или в одном жгуте, допускает-
ся обозначать одной линией.
Изделия имеют буквенно-цифровые или цифровые обозначе-
ния. Порядковые номера соответствуют последовательности их
расположения сверху вниз и справа налево. Провода и контакты
478
обозначают номерами, присвоенными цепям, а также буквенны-
ми индексами, которые изменяются в алфавитном порядке от
источника до корпуса, или же буквами, обозначающими цвет
провода.
Провода должны выдерживать вибрацию, воздействие нефте-
продуктов, перепады температур. В качестве изоляции применяют
поливинилхлоридный пластикат (ПВ). Он бензо- и маслостоек, не
поддерживает горение, выдерживает большие перепады темпера-
тур. Для монтажа на автомобилях применяют провода марок ПВА
(автомобильный), ПВАЭ (экранированный), ПВАЛ (лакостой-
кий), ПГВА (гибкий), ПГВАБ (бронированный). Провода первых
трех марок используют при температуре от —40 до +150 ‘С, осталь-
ные — от -40 до +70 ’С.
Для облегчения монтажа и определения неисправностей прово-
да имеют 11 цветов сплошной расцветки, а также комбинирован-
ной расцветки из комбинации 4 цветов. Провода выпускают 14 гра-
даций по сечению и подбирают в зависимости от значения тока.
Провода объединяют в жгуты, сплетенные хлопчатобумажной изо-
ляцией, и крепят металлическими или пластмассовыми скобами.
В эксплуатации необходимо периодически проверять надеж-
ность крепления проводов и жгутов.
Предохранители предназначены для защиты электрических це-
пей от перегрузки и короткого замыкания. Их устанавливают на
все цепи, кроме систем пуска и зажигания. Обычно применяют
раздельную защиту внешних световых приборов левой и правой
сторон. Основное требование к предохранителям: время их сраба-
тывания должно быть меньше времени нагрева провода до пре-
дельной температуры от тока короткого замыкания.
Применяют плавкие и термобиметаллические предохранители.
Плавкие предохранители имеют вставку из металла, имеюще-
го невысокую температуру плавления, или луженой медной про-
волоки малого сечения. При увеличении тока на 50 % плавкая
вставка расплавляется в течение 1 мин. Для удобства эксплуата-
ции плавкие предохранители отдельных цепей объединены в
блоки.
Термобиметаллические предохранители более инерционны по
сравнению с плавкими в зоне больших перегрузок (более 200 %) и
более чувствительны при малых перегрузках (менее 200 %). По-
этому их устанавливают в цепях с электромоторами, когда пуско-
вые токи могут в 4...6 раз превышать номинальный.
Термобиметаллические предохранители многократного дей-
ствия устанавливают в цепях освещения и стеклоочистителях (в
расчете, например в цепи освещения, на предельную силу тока
20 А). Основой их служит биметаллическая пластина, которая при
прохождении предельного тока нагревается и размыкает контак-
ты. При охлаждении она опять замыкает контакты.
479
Рис. 29.11. Замок-выключатель ВК347:
о — разрез замка; б—расположение выводов контактов; в, г — графическое изображение схе-
мы соединения контактов при различных положениях ключа зажигания; / — контакт; 2 — па-
нель контактов; 3 — корпус; 4 — контактный диск; 5 — стержень противоугонного устройства;
6 — указатель установки; 7— пружина; 76, 50, 15, 75, 30/1, 30— номера контактов
Предохранители однократного действия также имеют биме-
таллическую пластину. Однако после размыкания контактов
пластина не замыкает сами контакты. Для их замыкания нужно
нажать на кнопку возврата. Эти предохранители устанавливают
для защиты моторов стеклоподъемников, стеклоочистителей,
отопителей и т. п.
Коммутационная аппаратура. Большая группа изделий, пред-
назначенных для соединения и управления включением и выклю-
чением потребителей, называется коммутационной аппаратурой.
Все эти изделия можно распределить на три группы: выключатели
и переключатели, электромагнитные реле и контакторы, разъемы
и соединительные панели.
Замки-выключатели (замки зажигания) служат для включения
цепи системы зажигания, контрольно-измерительных приборов,
стартера и других устройств.
480
Замок-выключатель ВК347 позволяет при выключенном поло-
жении блокировать рулевое колесо, являясь противоугонным
средством. Панель 2 (рис. 29.11, а, б) с контактами 1 стопорным
кольцом крепится в корпусе 3. Коммутация контактов происходит
при повороте ключом зажигания диска 4 со скользящими контак-
тами. К контактам 1 подключают провода: к 30 и 30/1— от источ-
ников питания; 75—системы зажигания; 50— цепи стартера;
75 — приборов, дополнительного оборудования; 16 — свободный.
На рисунке 29.11, в, г показана коммутационная схема соедине-
ния контактов при различных положениях ключа зажигания. При
положении «Выключено» (0 все контакты обесточены. При поло-
жении «Зажигание» (7) включены приборы и система зажигания
(30/1— 15, 30—75). При положении «Стартер» (77) включены все
контакты: системы зажигания (30/1— 15), стартера (30—50), при-
боров (30—75); при положении «Стоянка» (ПГ) — контакты до-
полнительного оборудования. При вынутом из замка ключе фик-
сатор входит в паз вала рулевого колеса, не давая возможности его
повернуть. Выступ указателя 6 обеспечивает нужное положение
замка при его монтаже.
Многофункциональный центральный переключатель света, пере-
ключатели поворотов и др. имеют скользящие контакты и систему
фиксации рычага в требуемых положениях. Для включения мно-
гих приборов применяют клавишные и кнопочные включатели. С
этой целью чаще всего применяют реле. Они обеспечивают вклю-
чение приборов большой мощности, прерывание тока (для указа-
телей поворота), фиксацию положения отдельных механизмов
(рычага стояночного тормоза и др.). Различают замыкающие, раз-
мыкающие и переключающие реле.
Разъемы и соединительные панели служат для обеспечения мон-
тажа жгутов и проводов с приборами, соединения тягача с прице-
пом, подключения внешнего питания и т. д.
29.7. ВОЗМОЖНЫЕ НЕИСПРАВНОСТИ, ИХ ПОИСК
И УСТРАНЕНИЕ
Контрольно-измерительные приборы практически не нужда-
ются в техническом обслуживании. Только в спидометрах с
приводом через гибкий вал через 50...60 тыс. км пробега необ-
ходимо заменять смазку тросика. Для этого его вынимают, про-
мывают в керосине и наносят слой смазки ЦИАТИМ-201 или
ЛЗ-158.
При нарушениях в показаниях приборов прежде всего нужно
определить что неисправно — датчик или указатель. Если есть от-
каз группы приборов — наиболее вероятно срабатывание предох-
ранителя. Последовательно отключая приборы или подключая
481
контрольную лампу, находят неисправный прибор. Сгоревший
предохранитель находят с помощью контрольной лампы, подклю-
чая ее к выводам предохранителя. В случае его перегорания лампа
горит полным накалом.
Неисправный прибор при отключении питания обычно не ме-
няет показаний (не возвращается в исходное положение). Для
проверки датчика подсоединяют вольтметр между подводящим
проводом и корпусом. Отсутствие показаний вольтметра указыва-
ет на обрыв провода.
Контрольные вопросы
1. Из каких частей состоит контрольно-измерительный прибор? 2. Что входит
в состав информационно-диагностической системы? 3. По каким приборам конт-
ролируют работу системы электроснабжения? 4. В чем заключается принцип ра-
боты магнитоэлектрической системы приборов? 5. Какими приборами измеряют
скорость движения и частоту вращения? 6. Что такое БСК, СВД? 7. Как обнару-
жить неисправные датчик и указатель?
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
А
Автомобиль 3, 5, 11
Аквапланирование 331
Аккумуляторная батарея 423, 431, 438
Амортизатор 334, 338
Амперметр 463
Антиблокировочные системы (АБС) 404
Б
Бак 87
Баллон 106
Безопасность 420
Бензин 95
Блок цилиндров 46, 67, 179, 190, 203
Блокировка дифференциала 300
Буксование колес 309
В
Вал кулачковый 117, 119, 123
— распределительный 65, 175, 179
Вентилятор 193, 194
Влагоотделитель 392
Воздухоочиститель 80, 82
Г
Газовое топливо 95
Генератор 423, 424, 430. 438
Гидротрансформатор 264
Гидроусилитель 355, 358
Главная передача 286, 288, 293
Глушитель 85
Головка цилиндров 46, 65, 190, 203
д
Давление масла 181, 184
— форсунки 115
Х-Датчик 86, 142, 169
Датчик детонации 169
— дроссельной заслонки 141, 169
— углового положения коленчатого вала 169
— Холла 166
Двигатель 12
483
Дизельное топливо 95
Дисбаланс карданного вала 285
— колеса 328
Диск ведомый 221, 226
— ведущий 221, 226
Дифференциал межколесный 286, 295
— межосевой 299
Дозатор 119
Ж
Жесткость работы двигателя 111
Жидкость охлаждающая 190
— тормозная 233, 383
3
Замок зажигания 480
— коробки передач 253, 257
Занос 312
И
Индексация автомобилей 17
Искра 148
Искрогаситель 85
К
Камера сгорания 112
Карбюратор 95, 101
Карбюратор-смеситель 109
Кардан 277
Карданная передача 275, 283
Картер 47
Катушка зажигания 150, 156
Кинематическое несоответствие 269
Клапан добавочного воздуха 145
— нагнетательный 120, 122, 123
Клапаны смазочной системы 190, 199, 206
Коленчатый вал 28, 37, 46, 61, 67, 75
Колесная формула 17, 216
Колодец компенсационный 98
Кольцо поршневое 54, 56
Компенсация состава смеси 98
Компрессор 84, 390
Коробка передач 241
— раздаточная 268
Коэффициент запаса сцепления 225
— распределения тормозных сил 374
— сопротивления качению 329
— сцепления 330
— трансформации 265
Кран тормозной 387, 394
Крестовина 277, 283
Кузов 12, 15, 314, 415
484
л
Лампа 459
М
Масло моторное 174
— трансмиссионное 275
Маховик 28, 46, 61
Микроклимат 421
Момент ведущий 217, 281, 286
— вращающий двигателя 52, 79, 98
— начала впрыскивания 80
— начала нагнетания 116
— начала подачи 116, 119
Мост ведущий 286
— неведущий 367
Мощность двигателя 34, 36, 79, 98, 130
— паразитная 269
Муфта опережения впрыскивания 126
— свободного хода 446
Н
Наддув газотурбинный 83
Напряжение вторичное 149, 152
— пробивное 148
Насос водяной 191, 194
— гидроусилителя 355
— масляный 175, 179
— топливный высокого давления 80, 116, 121
— топливный низкого давления 80, 88, 122
Насосная секция 116, 122
Нейтрализатор 85
О
Обод 326
Освещенность 453, 454
Очистка воздуха 80
П
Палец поршневой 54, 56, 175
Перегрузка 130, 132
Плунжерная пара 116, 118
Подвеска зависимая 334, 337, 341, 342, 343
— независимая 334, 337, 343, 344
— пневматическая 335, 336
Подшипник выжимной 222, 230, 234
— коленчатого вала 58, 61, 175, 179
Покрышка 320, 324
Полуось 301
Поршень 26, 46, 54, 60, 64, 174
Прерыватель 150
Прерыватель-распределитель 158
Провод бортовой сети 478
485
— высоковольтный 161
Протектор 325
Проходимость 3, 311, 310
Пуск двигателя 98, 101, 104, 140, 135, 202, 442, 450
Р
Рабочий объем двигателя 14
Рабочий цикл 26, 32, 38, 188 ,
Радиатор масляный 176, 180, 186
— системы охлаждения 190, 197, 206
Радиус поворота 362
Рама 314
Рампа 139
Расход топлива часовой 207, 208 209
---эффективный удельный 37, 112, 207, 208, 209
Расходомер воздуха 139, 141, 146
Регулирование состава смеси качественное, количественное 78
Регулятор давления 390
— напряжения 427, 428
— тормозных сил 403
— частоты вращения 128, 130, 133
Редуктор газовый 106, 107, 109
Ресивер 387, 389
Рессора 335
Рулевая трапеция 361
Рулевое управление 347
Рулевой механизм 348, 351
С
Световой поток 453, 454
Свеча зажигания 150, 154
Седельное устройство 414
Сигнал звуковой 474
Сила инерции 313, 373
— касательная коленчатого вала 52
— касательная тяги 308
— света 453
— сопротивления перекатыванию 309
Синхронизатор 249
Система встроенных датчиков 462, 470
— зажигания бесконтактная 164, 166
---классическая 150
---микропроцессорная 168
— контроля бортовая 462, 469
— навигационная 462
Состав смеси 78, 98
Спидометр 468
Стартер 432, 442, 445, 448
Степень сжатия 25
Схождение колес 366
Сцепление 219
Т
Типаж автомобилей 20
486
Токсичность 43, 85, 142. 147
Тормоз-замедлитель 406
Тормозная диаграмма 371
— динамика 371
— камера 401
- сила 372, 373
— система 370, 387
Тормозной кран 394
— механизм з74
— привод 382
— цилиндр 376, 378, 383
Торсион 336
Турбокомпрессор 84
Тяговый баланс 217
У
Углы установки направляющих колес 365
Угол опережения впрыскивания 80, 124
--зажигания 80, 163, 170
--начала подачи 119, 127
Устойчивость 211
Ф
Фазы газораспределения 30, 72
Фара 455
Фиксатор 252, 253, 257
Фильтр масляный 176, 179, 186
— топливный тонкой очистки (ФТО) 80, 92
--грубой очистки (ФГО) 80, 92
Форсунка 113, 144
X
Характеристика двигателя 208, 209, 211, 212
— желаемая карбюратора 96
— простейшего карбюратора 96
— топливного насоса 130
Холостой ход 98, 100, 130, 132, 135
ц
Центрифуга 181
Цепь вторичная 150
— первичная 150
Цилиндр двигателя 23, 37, 54, 75, 174, 176
Ш
Шасси 12
Шатун 58, 175
Шина 320, 323
Э
Экономайзер, эконостат 100
Электролит 432, 437, 440
Эргономика 418, 462
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие..........................................................3
Раздел I. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОМОБИЛЯХ..............................5
Глава 1. Из истории развития автомобилей.............................5
Глава 2. Назначение, классификация и общая компоновка автомобиля.....11
2.1. Классификация транспортных средств..........................12
2.2. Общая компоновка автомобилей................................18
2.3. Типаж автомобилей...........................................20
Конт.......................................рольные вопросы и задания................................... 22
Раздел II. ДВИГАТЕЛЬ................................................23
Глава 3. Общее устройство и работа двигателей внутреннего сгорания...23
3.1. Основные понятия и определения..............................23
3.2. Рабочие циклы двигателей внутреннего сгорания...............26
3.3. Действительные процессы. Индикаторные и эффективные показатели ....30
3.4. Многоцилиндровые двигатели..................................37
3.5. Показатели токсичности работы двигателей....................43
3.6. Эксплуатационные требования к двигателям....................45
Конт.......................................рольные вопросы и задания....................................46
Глава 4. Кривошипно-шатунный механизм...............................46
4.1. Базовые детали двигателя. Крепление двигателя на раме.......47
4.2. Динамика двигателя..........................................50
4.3. Цилиндропоршневая группа....................................54
4.4. Шатуны, подшипники..........................................58
4.5. Группа коленчатого вала.....................................61
4.6. Основные неисправности......................................63
Контрольные вопросы и задания....................................64
Глава 5. Механизм газораспределения.................................64
5.1. Общие сведения..............................................64
5.2. Устройство и работа механизма газораспределения.............66
5.3. Фазы газораспределения. «Время — сечение» клапана...........72
5.4. Регулирование теплового зазора. Основные неисправности дви-
гателя ..........................................................74
Конт.......................................рольные вопросы и задания....................................77
488
Глава 6. Система питания.............................................77
6.1. Общие сведения...............................................77
6.2. Система подготовки воздуха. Наддув двигателей................81
6.3. Система выпуска отработавших газов...........................85
6.4. Система питания низкого давления топлива.....................87
6.5. Неисправности и техническое обслуживание системы питания.....94
Контрольные вопросы...............................................94
Глава 7. Приборы для приготовления горючей смеси. Карбюраторы .......95
7.1. Общие сведения...............................................95
7.2. Системы приготовления смеси требуемого качества..............97
7.3. Устройство и работа карбюраторов............................101
7.4. Возможные неисправности и техническое обслуживание карбюра-
торов.......................................................... 106
7.5. Системы питания двигателей, работающих на газе..............106
Контрольные вопросы и задания....................................111
Глава 8. Система подачи топлива дизелей.............................111
8.1. Смесеобразование в дизелях..................................111
8.2. Форсунки....................................................113
8.3. Плунжерные пары. Нагнетательные клапаны.....................116
8.4. Устройство и работа насосов высокого давления...............121
8.5. Приводы насосов высокого давления. Установка угла опережения
впрыскивания......................................................124
8.6. Регулирование топливных насосов высокого давления............127
Контрольные вопросы и задания....................................128
Глава 9. Регуляторы.................................................128
9.1. Основы регулирования двигателей.............................128
9.2. Устройство и принцип действия регулятора частоты вращения.
Регуляторная характеристика топливного насоса....................130
9.3. Регулятор насоса серии 33...................................133
9.4. Настройка регулятора. Неисправности и техническое обслуживание
насосов и форсунок...............................................135
Контрольные вопросы и задания....................................137
Глава 10. Система питания с впрыскиванием бензина...................137
10.1. Требования к современным системам питания..................137
10.2. Компоновка и работа систем питания с впрыскиванием бензина..139
10.3. Устройство и работа датчиков системы питания...............140
10.4. Исполнительные механизмы, приборы, регуляторы..............143
10.5. Системы микропроцессорного управления подачей топлива......146
Контрольные вопросы и задания....................................147
Глава 11. Система зажигания.........................................148
11.1. Общие понятия образования электрической искры..............148
11.2. Классификация систем зажигания. Классическая система зажи-
гания ...........................................................150
11.3. Приборы классической системы зажигания.....................154
489
11.4. Возможные неисправности и техническое обслуживание класси-
ческой системы зажигания........................................161
11.5. Контактно-транзисторная система зажигания.................164
11.6. Бесконтактная система зажигания....;......................166
11.7. Микропроцессорная система зажигания.......................168
Контрольные вопросы и задания...................................172
Глава 12. Смазочная система........................................172
12.1. Виды трения. Смазочные материалы..........................172
12.2. Классификация и компоновочные схемы смазочных систем......175
12.3. Насос, маслоочистители, радиаторы.........................179
12.4. Вентиляция картера........................................184
12.5. Контроль за работой смазочной системы. Возможные неисправ-
ности и техническое обслуживание................................186
Контрольные вопросы и задания...................................188
Глава 13. Система охлаждения...................................... 188
13.1. Тепловой баланс двигателя. Назначение и классификация систем
охлаждения......................................................188
13.2. Устройство и работа систем охлаждения.....................190
13.3. Приборы и механизмы системы жидкостного охлаждения........193
13.4. Предпусковые подогреватели................................202
13.5. Возможные неисправности и техническое обслуживание системы
охлаждения......................................................205
Контрольные вопросы и задания...................................206
Глава 14. Характеристики двигателей................................207
14.1. Скоростные и нагрузочные характеристики...................207
14.2. Многопараметровая характеристика..........................210
14.3. Характеристики холостого хода и токсичности...............211
Контрольные вопросы и задания...................................212
Раздел III. ТРАНСМИССИЯ............................................213
Глава 15. Общие сведения...........................................213
15.1. Назначение, классификация и компоновка трансмиссий........213
15.2. Ведущий момент. Тяговый баланс автомобиля.................217
Контрольные вопросы и задания...................................219
Глава 16. Сцепление................................................219
16.1. Назначение и классификация сцеплений......................219
16.2. Устройство и принцип действия сцеплений. Основные детали
сцеплений.......................................................221
16.3. Сцепления различных автомобилей...........................228
16.4. Техническое обслуживание сцеплений........................240
Контрольные вопросы и задания...................................241
Глава 17. Коробки передач..........................................241
17.1. Назначение и классификация коробок передач................241
490
17.2. Принцип подбора передаточных чисел коробок передач........243
17.3. Устройство и принцип действия коробок передач основных типов .... 245
17.4. Коробки передач и механизмы переключения различных автомо-
билей ..........................................................249
17.5. Гидромеханическая трансмиссия.............................263
17.6. Раздаточные коробки.......................................268
17.7. Техническое обслуживание коробок передач..................275
Контрольные вопросы и задания...................................275
Глава 18. Карданные передачи. Ведущие мосты........................275
18.1. Типы карданных передач........................................... 275
18.2. Элементы конструкции карданных передач....................283
18.3. Ведущие мосты.............................................286
18.4. Главные передачи..........................................288
18.5. Дифференциалы.............................................295
18.6. Ведущие полуоси. Балки моста..............................301
18.7. Техническое обслуживание карданных передач и ведущих мостов.305
Контрольные вопросы и задания...................................307
Раздел IV. ХОДОВАЯ ЧАСТЬ...........................................308
Глава 19. Некоторые сведения из теории автомобиля..................308
19.1. Основные понятия..........................................308
19.2. Проходимость машин........................................309
19.3. Устойчивость и управляемость автомобилей..................311
19.4. Рамы и кузова........................................... 314
Контрольные вопросы и задания...................................320
Глава 20. Колеса и шины............................................320
20.1. Общие сведения............................................320
20.2. Конструкция элементов колес...............................323
20.3. Взаимодействие шины с опорной поверхностью................329
20.4. Возможные неисправности и техническое обслуживание........332
Контрольные вопросы и задания...................................333
Глава 21. Подвески.................................................333
21.1. Назначение и состав подвесок. Плавность хода..............333
21.2. Упругие и направляющие элементы подвесок..................335
21.3. Амортизаторы..............................................338
21.4. Подвески различных автомобилей............................341
21.5. Возможные неисправности и техническое обслуживание подвесок ....346
Контрольные вопросы и задания...................................346
Раздел V. УПРАВЛЕНИЕ МАШИНАМИ......................................347
Глава 22. Рулевое управление.......................................347
22.1. Общие сведения............................................347
22.2. Рулевые механизмы.........................................348
22.3. Усилители руля............................................355
22.4. Рулевой привод............................................361
491
22.5. Углы установки колес....................................365
22.6. Управляемые неведущие оси...............................367
22.7. Возможные неисправности рулевого управления.............369
Контрольные вопросы и задания..................................369
Глава 23. Тормозные системы.......................................370
23.1. Классификация тормозных систем..........................370
23.2. Тормозная динамика......................................371
23.3. Тормозные механизмы.....................................374
23.4. Тормозные приводы.......................................382
23.5. Регуляторы тормозных сил. Антиблокировочные системы.....403
23.6. Тормоза-замедлители. Стояночный тормоз..................406
23.7. Возможные неисправности и техническое обслуживание тормоз-
ной системы...................................................410
Контрольные вопросы и задания.................................412
Раздел VI. РАБОЧЕЕ И ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ................413
Глава 24. Рабочее оборудование...................................413
24.1. Сцепные устройства......................................413
24.2. Кузова..................................................415
24.3. Системы отбора мощности.................................417
Контрольные вопросы и задания.................................417
Глава 25. Кабины и салоны автомобилей............................418
25.1. Эргономические требования...............................418
25.2. Оборудование кабины и салона............................419
25.3. Системы вентиляции, отопления и кондиционирования.......420
Контрольные вопросы и задания.................................422
Раздел VII. ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ..................................423
Глава 26. Система электроснабжения...............................424
26.1. Генераторные установки..................................424
26.2. Регулирование напряжения................................427
26.3. Устройство и работа генераторов.........................430
26.4. Аккумуляторные батареи..................................431
26.5. Основные неисправности и техническое обслуживание системы
электроснабжения..............................................438
Контрольные вопросы и задания.................................442
Глава 27. Система электрического пуска...........................442
27.1. Назначение, требования, компоновочные схемы.............442
27.2. Стартеры................................................445
27.3. Средства облегчения пуска...............................450
27.4. Возможные неисправности и техническое обслуживание системы
электрического пуска..........................................452
Контрольные вопросы...........................................452
Глава 28. Система освещения и сигнализации.......................453
492
28.1. Основные понятия...........................................453
28.2. Система освещения..........................................454
28.3. Система сигнализации.......................................458
28.4. Возможные неисправности и техническое обслуживание приборов
системы освещения и сигнализации.................................460
Контрольные вопросы..............................................461
Глава 29. Информационно-диагностическая система.....................461
29.1. Общие сведения.............................................461
29.2. Приборы контроля электроснабжения..........................463
29.3. Приборы контроля температуры, давления, уровня.............464
29.4. Спидометры и тахометры.....................................468
29.5. Бортовая система контроля. Система встроенных датчиков.
Дисплейное оповещение водителя...................................470
29.6. Вспомогательное электрооборудование. Бортовая сеть.........472
29.7. Возможные неисправности, их поиск и устранение.............481
Контрольные вопросы..............................................482
Предметный указатель................................................483
Учебное издание
Богатырев Александр Венедиктович,
Есеновский-Лашков Юрий Константинович,
Насоновский Михаил Леонидович,
Чернышев Владимир Александрович
АВТОМОБИЛИ
Учебное пособие для высших учебных заведений
Художественный редактор Г. И. Мельникова
Технические редакторы Н. А. Зубкова, Т. Я. Белобородова
Корректор Е. В. Кудряшова
Подписано в печать 01.11.2002. Формат 60х887.6.
Бумага офсетная № 1. Гарнитура Ньютон. Печать офсетная. Усл. печ. л. 30,38.
Уч.-изд. л. 33,75. Печ. л. 31,0. Изд. № 073. Доп. тираж 2000 экз.
Заказ № 0311540. “С” № 31.
ООО «Издательство «КолосС», 101000, Москва, ул. Мясницкая, д. 17, стр. 1.
Почтовый адрес: 129090, Москва, Астраханский пер., д. 8, стр. 1.
Тел. (095) 280-99-86, тел./факс (095) 280-14-63, e-mail: master@koloss.ru,
наш сайт: www.koloss.ru
Отпечатано в полном соответствии
с качеством предоставленных диапозитивов
в ОАО «Ярославский полиграфкомбинат»
150049, Ярославль, ул. Свободы, 97
ISBN 5-9532-0075-7
9 785953 200752