СРЕДНЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ

В.С. Варис

УСТРОЙСТВО АВТОМОБИЛЯ
УЧЕБНИК ДЛЯ СПО
4-е издание

Рекомендован Учебно-методическим отделом СПО
в качестве учебника для использования
в учебном процессе образовательными учреждениями
среднего профессионального образования
по укрупненной группе профессий и специальностей
«Техника и технологии наземного транспорта»

Саратов
Профобразование
2026

УДК 629.33
ББК 39.3
В18

В18

Варис, Виктор Степанович.
Устройство автомобиля : учебник для СПО / В.С. Варис. —
4-е изд. — Саратов : Профобразование, 2026. — 430 с. — (Среднее
профессиональное образование).
ISBN 978-5-4488-2900-0

В учебнике рассматриваются основы устройства автомобилей, подробно
изложены структура и монтаж всех автомобильных частей, указаны особенности и виды всех систем и механизмов автомобилей, их строение, замена
и ремонт. В учебнике приведены необходимые иллюстрации и схемы, дополняющие основной текст.
Подготовлен в соответствии с требованиями Федерального государственного образовательного стандарта среднего профессионального образования,
предъявляемыми к изучению дисциплин «Устройство автомобилей», «Устройство, техническое обслуживание и ремонт автомобилей».
Учебник предназначен для обучающихся по профессиям и специальностям среднего профессионального образования укрупненной группы «Техника
и технологии наземного транспорта». Кроме того, учебник будет полезен
техникам и слесарям по ремонту автомобилей в их практической деятельности.

ISBN 978-5-4488-2900-0

© Варис В.С., 2019
© ООО «Профобразование», 2026

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ..............................................................................................................6
ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ ........................................................................................10
1.1. Общие сведения об автомобильных двигателях..................................... 10
1.1.1. Понятие «двигатель внутреннего сгорания».
Классификация двигателей .............................................................. 10
1.1.2. Общее устройство двигателя.......................................................... 12
1.1.3. Основные параметры двигателя ..................................................... 13
1.1.4. Рабочие циклы двигателей ............................................................... 17
1.1.5. Преимущества и недостатки различных типов двигателей ......... 22
1.1.6. Наддув в дизельных двигателях ........................................................ 25
1.2. Кривошипно-шатунный механизм (КШМ).............................................. 26
1.2.1. Общие сведения..................................................................................26
1.2.2. Гильзы цилиндров...............................................................................32
1.2.3. Шатунно-поршневая группа ............................................................. 34
1.2.4. Маховик..............................................................................................43
1.3. Механизм газораспределения (ГРМ)........................................................ 45
1.3.1. Детали механизма газораспределения ............................................. 48
1.3.2. Клапанный механизм.........................................................................50
1.3.3. Фазы газораспределения.................................................................... 54
1.3.4. Изменяемые фазы газораспределения............................................... 58
1.4. Блок цилиндров .........................................................................................62
1.4.1. Головки блока цилиндров ................................................................... 65
1.4.2. Форма камеры сгорания .................................................................... 68
1.5. Система смазки двигателя ........................................................................70
1.5.1. Приборы смазочной системы............................................................ 74
1.5.2. Вентиляция картера.........................................................................78
1.6. Система охлаждения .................................................................................81
1.6.1. Жидкостная система охлаждения.................................................... 82
1.6.2. Воздушная система охлаждения ....................................................... 84
1.6.3. Приборы жидкостной системы охлаждения..................................... 85
1.6.4. Предпусковой подогреватель ............................................................ 90
1.7. Система питания карбюраторного двигателя ......................................... 90
1.7.1. Горючая смесь.....................................................................................92
1.7.2. Простейший карбюратор ................................................................. 94
1.7.3. Работа карбюратора ........................................................................95
1.7.4. Вспомогательные устройства карбюратора................................... 96
1.7.5. Ограничитель максимальной частоты вращения
коленчатого вала двигателя........................................................... 105

-3-

ОГЛАВЛЕНИЕ

1.8. Электронные системы впрыска топлива ............................................... 105
1.9. Система питания двигателя, работающего на газовом топливе......... 126
1.10. Система питания дизельных двигателей ............................................. 132
1.10.1. Смесеобразование в дизельном двигателе .................................. 134
1.10.2. Период задержки самовоспламенения топлива .......................... 134
1.10.3. Приборы системы питания дизеля.............................................. 135
1.10.4. Топливный насос высокого давления ............................................ 139
1.10.5. Форсунки....................................................................................... 142
1.10.6. Регулятор частоты вращения коленчатого вала....................... 145
1.10.7. Система подачи и очистки воздуха ............................................. 148
1.11. Система зажигания ................................................................................ 149
1.11.1. Назначение системы зажигания.................................................. 149
1.11.2. Принцип работы систем зажигания ........................................... 150
1.11.3. Приборы системы зажигания ...................................................... 158
1.12. Система запуска двигателя.................................................................... 165
1.12.1. Назначение и основные требования, предъявляемые
к системе запуска........................................................................ 165
1.12.2. Стартер ...................................................................................... 166
ГЛАВА 2. ТРАНСМИССИЯ .............................................................................. 172
2.1. Трансмиссия, ее виды, назначение, устройство и типы ...................... 172
2.2. Механизм сцепления. Привод выключения сцепления ....................... 178
2.3. Коробка передач и ее виды. Карданная передача ................................. 190
2.4. Главная передача и дифференциал. Назначение, устройство
и типы....................................................................................................... 223
2.5. Приводные валы и шарниры. Назначение, устройство и типы ........... 242
ГЛАВА 3. ХОДОВАЯ ЧАСТЬ АВТОМОБИЛЯ.............................................. 247
3.1. Ходовая часть ........................................................................................... 247
3.2. Назначение, устройство и типы подвесок автомобиля........................ 250
3.3. Колеса и шины. Устройство, назначение и маркировка ....................... 275
3.4. Углы установки колес .............................................................................. 289
3.5. Основные неисправности подвески и колес.......................................... 296
ГЛАВА 4. МЕХАНИЗМЫ УПРАВЛЕНИЯ ..................................................... 301
4.1. Назначение и устройство рулевого управления.
Типы усилителей рулевого управления ................................................. 301
4.2. Назначение и типы тормозной системы. Составные части.................. 318
ГЛАВА 5. ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ АВТОМОБИЛЯ ........................... 343

-4-

ОГЛАВЛЕНИЕ

ГЛАВА 6. КУЗОВ АВТОМОБИЛЯ. ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМЫ
ПАССИВНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ .................................................................... 370
6.1. Назначение, общее устройство и оборудование кузова ....................... 370
6.2. Классификация автомобилей ................................................................. 382
6.3. Аэродинамика автомобиля..................................................................... 390
6.4. Элементы системы пассивной безопасности автомобилей ................. 401
6.5. Средства защиты пешеходов .................................................................. 412
6.6. Кресла для перевозки детей.................................................................... 418
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ .................................................................................. 424

-5-

ВВЕДЕНИЕ
Вот уже около 200 лет человек не может представить жизни без автомобиля. Первые попытки создания двигателя внутреннего сгорания относятся
к XVII столетию. Опыты Э. Торричелли, Б. Паскаля и О. Герике побудили изобретателей использовать давление воздуха как движущую силу в атмосферных
машинах. Одни из первых предложили подобные машины аббат Э. Оттефель
(1678–1682 гг.) и Х. Гюйгенс (1681 г.). Для перемещения поршня в цилиндре
они предлагали использовать взрывы пороха. Поэтому Э. Оттефель и Х. Гюйгенс могут рассматриваться как пионеры в области двигателей внутреннего
сгорания.
Основные трудности создания двигателя внутреннего сгорания были
обусловлены отсутствием подходящего топлива, трудностями организации
процессов газообмена, топливоподачи, воспламенения топлива. Обойти эти
трудности в значительной степени удалось Роберту Стирлингу, создавшему
в 1816–1840 гг. двигатель с внешним сгоранием и регенератором. В двигателе Стирлинга преобразование возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение осуществлялось с помощью ромбического
механизма, а в качестве рабочего тела использовался воздух.
В 1862 г. французский инженер А. Ю. Бо де Роша предложил осуществлять впуск горючей смеси в течение первого хода поршня, сжатие смеси — в течение второго хода поршня, сгорание смеси — при крайнем верхнем
положении поршня и расширение продуктов сгорания — в течение третьего
хода поршня; выпуск продуктов сгорания — в течение четвертого хода поршня. Однако из-за отсутствия средств не смог осуществить этот цикл.
Этот цикл спустя 18 лет был осуществлен немецким изобретателем
Отто Николаусом Августом в двигателе внутреннего сгорания, который
работал по четырёхтактной схеме: впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск
отработанных газов. Именно модификации этого двигателя и получили
наибольшее распространение. За более чем столетний период, который по
справедливости именуют «автомобильной эрой», менялось все — формы,
технологии, решения. Исчезали одни марки, и взамен приходили другие.
Несколько витков развития прошла автомобильная мода. Неизменным
осталось одно — число тактов, по которым работает двигатель. И в истории
автомобилестроения это число навсегда связано с именем немецкого изобретателя-самоучки Отто. Совместно с видным промышленником Ойгеном
Лангеном изобретатель основал в Кёльне фирму «Отто и К°» — и сосредоточился на поиске наилучшего решения. 21 апреля 1876 г. он получил патент
на очередную версию двигателя, который годом позже был представлен на
-6-

ВВЕДЕНИЕ

Парижской выставке 1867 г., где и был отмечен Большой золотой медалью.
В конце 1875 г. Отто закончил разработку проекта принципиально нового
первого в мире 4-тактного двигателя. Преимущества четырёхтактного
двигателя были очевидны, и 13 марта 1878 г. Н. Отто был выдан патент
Германии № 532 на четырёхтактный двигатель внутреннего сгорания.
Другим выдающимся событием в истории двигателей внутреннего
сгорания было создание двигателя внутреннего сгорания с воспламенением топлива от сжатия. В 1892 г. немецкий инженер Рудольф Дизель (1858–
1913 гг.) запатентовал, а в 1893 г. описал в брошюре «Теория и конструкция
рационального теплового двигателя для замены паровых машин и известных в настоящее время тепловых двигателей» двигатель, работающий по
циклу Карно. Он предложил нагревать воздух в цилиндре путем сжатия
до температуры, при которой мелкораспыленное впрыскиваемое топливо
могло бы испаряться, окисляться, самовоспламеняться и сгорать по мере
поступления в цилиндр. Такой двигатель был впервые построен в 1899 г. на
заводе Э. Нобеля в Петербурге.
В 1897 г. по проекту инженера Кузьминского была построена газовая
турбина. Газотурбинные двигатели (ГТД) используют в стационарных силовых установках, в авиации, на водном и железнодорожном транспорте.
Начиная с 50-х гг. XX в. ГТД применяются на автомобильном транспорте.
Через проточную часть ГТД проходит непрерывный поток газа. Последовательность процессов, образующих термодинамический цикл (впуск, сжатие,
сгорание, расширение и выпуск), осуществляется, в отличие от поршневых
двигателей, в специально предназначенных для этого автономных агрегатах: сжатие — в компрессоре, сгорание — в камере сгорания, расширение —
в турбинах. В поршневых двигателях эти процессы осуществляются в одном
замкнутом объеме — цилиндре.
В 1957 г. немецкий инженер Ф. Ванкель создал роторно-поршневой двигатель. В отличие от поршневых двигателей, где возвратно-поступательные
движения поршня преобразуются во вращательное движение коленчатого
вала, в роторно-поршневом двигателе (РПД) основной рабочий орган — треугольный поршень совершает вращательное движение. На каждой грани
поршня имеется камера сгорания. За полный оборот поршня в каждой из трех
полостей последовательно совершаются все процессы рабочего цикла. Однако
массового применения данный двигатель не получил из-за низкой экономичности и высокой токсичности.
Из разработок в области тепловых двигателей последних десятилетий
ХХ в. следует отметить три важнейших: создание немецким инженером Феликсом Ванкелем работоспособной конструкции роторно-поршневого двигателя, комбинированного двигателя с высоким наддувом и конструкции
двигателя с внешним сгоранием, конкурентоспособного, с быстроходным
-7-

ВВЕДЕНИЕ

дизелем. Имея малую удельную массу и габариты, высокую надёжность,
РПД достаточно быстро получили широкое распространение главным
образом на легковом автотранспорте, в авиации, на судах и стационарных
установках. Лицензию на производство двигателя Ф. Ванкеля приобрело
более чем 20 фирм, в их числе и такие, как «Дженерал Моторс», «Форд».
К 2000 г. было изготовлено более двух миллионов автомобилей с РПД.
Уже два столетия ведутся работы по созданию и совершенствованию
конструкций двигателей. Рассматриваются различные направления,
ведутся поиски оптимальной конструкции для создания высокоэффективного двигателя. Так, еще в 1816 г. шотландский пастор Р. Стирлинг создал
двигатель внешнего сгорания (воздушную машину), который работал на
перепаде температур. Его цикл близок к идеальному циклу Карно, а КПД
равен приблизительно 60 % (у современных двигателей — от 38 до 42 %).
В настоящее время созданы лишь опытные конструкции Стирлинг-двигателей для автомобилей и судов. Возможно, это двигатель будущего.
Ведутся разработки и по использованию на автомобилях электродвигателей, но возникают такие сдерживающие факторы для широкого их
применения, как необходимость зарядных станций, недостаточная мощность
электромобилей и т.д.
Цель дисциплины: формирование у студентов теоретических знаний
и практических навыков по общему устройству и конструкции механизмов
и систем автомобилей, вопросов, которые решаются при создании новых
конструкций современных автомобилей в соответствии с требованиями времени, материалов по теории и основам устройства автомобилей.
После изучения дисциплины студент должен демонстрировать следующие результаты:
1) знать:
- устройство и основы теории подвижного состава автомобильного
транспорта;
- базовые схемы включения элементов электрооборудования;
- правила оформления технической и отчетной документации;
- классификацию, основные характеристики и технико-эксплуатационные свойства автомобильного транспорта;
- методы оценки и контроля качества в профессиональной деятельности;
- основные положения действующей нормативной документации;
- основы организации деятельности предприятия и управление им;
- правила и нормы охраны труда, промышленной санитарии и противопожарной защиты;
2) владеть навыками:
- в осуществлении разборки и сборки агрегатов и узлов автомобиля;
- в осуществлении технического контроля эксплуатируемого транспорта;
-8-

ВВЕДЕНИЕ

- в разработке и осуществлении технологического процесса технического
обслуживания и ремонта автомобилей;
3) уметь:
- разрабатывать и осуществлять технологический процесс технического обслуживания и ремонта автотранспорта;
- осуществлять технический контроль автотранспорта;
- оценивать эффективность производственной деятельности;
- осуществлять самостоятельный поиск необходимой информации для
решения профессиональных задач;
- анализировать и оценивать состояние охраны труда в производственных подразделениях автотранспортной организации.

-9-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ
1.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
ОБ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЯХ
1.1.1. Понятие «двигатель внутреннего сгорания».
Классификация двигателей
Двигателем называется силовая установка, преобразующая тепловую
энергию в механическую работу. В автомобилях применяют поршневые
двигатели, называемые двигателями внутреннего сгорания. В таких двигателях теплота, выделяемая при сгорании топлива, преобразуется в механическую работу.
Двигатели внутреннего сгорания классифицируют по следующим
признакам:
1) по назначению:
- транспортные (устанавливаются на автомобилях и других самоходных машинах);
- стационарные (предназначены для работы на стационарных силовых
установках);
2) по способу осуществления рабочего цикла:
- четырехтактные (применяются на всех современных автомобилях);
- двухтактные (применяются на маломощных транспортных средствах — мотоциклах и мотоколясках);
3) по способу смесеобразования:
- с внешним смесеобразованием (бензиновые и газовые), у которых
горючая смесь приготовляется вне цилиндров;
- с внутренним смесеобразованием (дизельные), у которых рабочая
смесь образуется внутри цилиндров;
4) по способу воспламенения рабочей смеси:
- с воспламенением от электрической искры (двигатели, работающие на
бензине и газе);
-10-

1.1. Общие сведения об автомобильных двигателях

- с воспламенением от высокой температуры, возникающей при сжатии воздуха (дизельные двигатели);
5) по виду применяемого топлива:
- двигатели, работающие на жидком топливе (бензин, керосин, спирты,
дизельное топливо);
- двигатели, работающие на сжатых и сжиженных газах;
6) по числу цилиндров:
- одноцилиндровые;
- многоцилиндровые;
7) по расположению цилиндров:
- однорядные (оси цилиндров находятся в одной плоскости);
- V-образные (оси цилиндров находятся в двух плоскостях, с расположением цилиндров под углом 45°, 60° и 90°);
- оппозитные (оси цилиндров находятся в двух плоскостях, с расположением цилиндров под углом 180°);
- W-образные (оси цилиндров находятся в двух плоскостях под маленьким углом или VR-образное расположение цилиндров двигателя);

а

б

в

г

д

е

Рис. 1.1. Типы двигателей по расположению цилиндров:
а — рядный; б — W-образный; в — оппозитный; г — VR-двигатель;
д — W-двигатель с компоновкой — три ряда цилиндров с большим углом развала;
е — W-двигатель с компоновкой — две VR-компоновки с малым углом развала

-11-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

- две VR-образные схемы находятся V-образно со смещением на одном
коленчатом валу двигателя. «VR» — аббревиатура двух немецких слов, обозначающих V-образный и R-рядный, т.е. «v-образно-рядный двигатель». То
есть это симбиоз V-образного ДВС с экстремально малым углом развала 15°
и рядного ДВС;
8) по способу наполнения цилиндров свежим зарядом:
- без наддува, у которых впуск воздуха или горючей смеси осуществляется за счет разряжения в цилиндре при всасывающем ходе поршня;
- с наддувом, у которых впуск воздуха или горючей смеси в рабочий
цилиндр происходит под давлением, создаваемым турбокомпрессором
с целью увеличения заряда воздуха и получения повышенной мощности
и КПД двигателя;
9) по способу охлаждения:
- с жидкостным охлаждением;
- с воздушным охлаждением.

1.1.2. Общее устройство двигателя
Поршневые двигатели внутреннего сгорания состоят из механизмов — кривошипно-шатунного и газораспределительного; и систем — смазки, охлаждения, питания, зажигания и запуска.
Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) предназначен для восприятия
силы взрыва газов и преобразования прямолинейного возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого
вала. Основными деталями кривошипно-шатунного механизма являются:
блок цилиндров, головка блока цилиндров, картер, поддон картера, коленчатый вал, шатуны, поршни, поршневые кольца, поршневые пальцы
и маховик.
Газораспределительный механизм (ГРМ) служит для своевременного
впуска в цилиндры горючей смеси и для выпуска отработавших газов.
К газораспределительному механизму относятся: распределительный вал,
толкатели, штанги, ось коромысел, коромысла, клапаны, пружины клапанов
с деталями их крепления на стержнях клапанов.
Система охлаждения двигателя предназначена для отвода излишней
теплоты и поддержания температурного режима в пределах 80–95 °С. Существуют системы охлаждения двигателей с жидкостным отводом теплоты
в окружающую среду и воздушные, где излишняя теплота отводится от
цилиндров двигателя путем обдува их воздухом. Жидкостная система охлаждения имеет радиатор, водяной насос, термостат, рубашку охлаждения
цилиндров и жалюзи радиатора.
Система смазки двигателя предназначена для подачи масла к движущимся деталям, удаления продуктов трения с трущихся поверхностей
-12-

1.1. Общие сведения об автомобильных двигателях

и частичного охлаждения трущихся деталей. Основными приборами системы являются: масляный насос с маслоприемником, фильтры очистки масла,
масляные радиаторы, детали системы вентиляции картера двигателя, магистрали и трубопроводы.
Система питания бензиновых двигателей служит для приготовления
горючей смеси вне цилиндров двигателя и подачи ее в цилиндры. Основными приборами системы являются: топливный бак, фильтры грубой
и тонкой очистки, топливный насос, карбюратор (или форсунки), воздушный фильтр, впускные и выпускные трубы, глушитель. К системе питания
дизеля относятся: топливный бак, фильтры топлива грубой и тонкой очистки, подкачивающий насос низкого давления, топливный насос высокого
давления, форсунки, воздушный фильтр, выпускные трубы, труба глушителя
и глушитель.
Система зажигания предназначена для воспламенения рабочей смеси
в цилиндрах двигателя. У дизелей система зажигания отсутствует, так как
воспламенение горючей смеси происходит под действием высокой температуры воздуха в результате сильного сжатия.
Система запуска включает приборы, обеспечивающие пуск двигателя.

1.1.3. Основные параметры двигателя
К основным параметрам двигателя относятся:
- верхняя мертвая точка (ВМТ) — крайнее верхнее положение поршня (рис. 1.2);
- нижняя мертвая точка (НМТ) — крайнее нижнее положение поршня;
- радиус кривошипа R — расстояние от оси коренной шейки коленчатого вала до оси его шатунной шейки;
- ход поршня S — расстояние между крайними положениями поршня,
равное удвоенному радиусу кривошипа коленчатого вала. Каждому ходу
поршня соответствует поворот коленчатого вала на угол 180° (пол-оборота). Ход поршня S и диаметр D цилиндра обычно определяют размеры
двигателя;
- такт — часть рабочего цикла, происходящая за один ход поршня;
- объем камеры сгорания VC — объем пространства над поршнем при
его положении в верхней мертвой точке;
- рабочий объем цилиндра Vh — объем пространства, освобождаемого поршнем при перемещении его от ВМТ к НМТ;
- полный объем цилиндра — объем пространства над поршнем при
нахождении его в НМТ. Очевидно, что полный объем цилиндра равен сумме
рабочего объема цилиндра и объема камеры сгорания;
- степень сжатия ε — отношение полного объема цилиндра к объему
камеры сгорания;
-13-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

- индикаторная мощность Ni — мощность, развиваемая газами в цилиндре (т.е. это мощность, соответствующая индикаторной работе цикла);
- эффективная (действительная) мощность Ne — мощность, развиваемая на коленчатом валу двигателя. Эффективная мощность Ne меньше
индикаторной Ni, так как часть последней затрачивается на трение и на
приведение в движение вспомогательных механизмов. Эта мощность называется мощностью механических потерь NM;
- механический КПД (коэффициент полезного действия) двигателя
hM — отношение эффективной мощности к индикаторной;
- индикаторный КПД hi, представляет собой отношение теплоты Qi,
эквивалентной индикаторной работе, ко всей теплоте Q, введенной в двигатель с топливом;
- эффективный КПД he — отношение количества теплоты Q2, превращенного в механическую работу на валу двигателя, ко всему количеству
теплоты Q1, подведенному в процессе работы;
- среднее эффективное давление ре — произведение среднего индикаторного давления рi (давление, действующее на поршень в течение одного
хода поршня) на механический КПД hM;
- удельный индикаторный расход топлива gi — количество топлива,
расходуемого в двигателе для получения в течение 1 ч индикаторной мощности 1 кВт;
- удельный эффективный расход топлива ge — количество топлива,
которое расходуется в двигателе для получения в течение 1 ч 1 кВт эффективной мощности.

а
б
Рис. 1.2. Основные положения кривошипно-шатунного механизма:
а — поршень в нижней мертвой точке; б — поршень в верхней мертвой точке

-14-

1.1. Общие сведения об автомобильных двигателях

Рабочий объем цилиндра, см3, рассчитывается по формуле (1.1):
p × D2 × S
Vh = ————— ,
4

(1.1)

где D — диаметр цилиндра, мм;
S — ход поршня, мм.
Полный объем одного цилиндра, см3, рассчитывается по формуле (1.2):
Va = Vc + Vh,

(1.2)

где Vc — объем внутренней полости цилиндра при положении поршня в верхней мертвой точке (в. м. т.), называемый объемом камеры сгорания, см3.
Степень сжатия (отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания) показывает, во сколько раз уменьшается объем цилиндра над
поршнем, т.е. во сколько раз сжимается смесь в цилиндре при перемещении
поршня из н. м. т. в в. м. т., и рассчитывается по формуле (1.3):
V
V
ε = ——a = (Vc + Vh) × Vc = 1 + ——h .
Vc
Vc

(1.3)

Мощность двигателя равна сумме мощностей всех цилиндров. Если
принять, что во всех цилиндрах — одинаковое среднее индикаторное давление, то индикаторная мощность двигателя простого действия, равная
индикаторной работе в 1 с, рассчитывается по формуле (1.4):
Pi × (Fn × S × n × 104)
× i,
Ni = ———————————
(60 × 75 × m)

(1.4)

кг
где Pi — среднее индикаторное давление в цилиндре, ———2 ;
см
p · D2
Fn — площадь поршня, м2, (Fn = ——— ;
4
S — ход поршня, м;
об
n — частота вращения коленчатого вала, ——— ;
мин
i — число цилиндров;
m — коэффициент тактности (m = 1 для двухтактных ДВС и m = 2 для четырехтактных двигателей).
Или индикаторную мощность двигателя можно рассчитать по формуле (1.5):
Pi × (Vh × n)
× i,
(1.5)
Ni = ——————
(45 × m)
где Vh — рабочий объем цилиндра, см3.
-15-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

×i,

Ni =

(1.5)

3
рабочий объеммощность
цилиндра, см
.
где Vh —Эффективная
двигателя
Ne соответствует эффективной работе
Эффективная
мощность
двигателя
Ne мощности.
соответствует
эффективной
работе
в единицу
в единицу
времени
на фланце
отбора
Это
есть полезная
мощность,
времени
на фланце
отбора мощности.
Это есть полезная
мощность,
отдаваемая
потребителю.
отдаваемая
потребителю.
Эффективная
мощность
меньше
индикаторной
на
Эффективная
мощность меньше
индикаторной
на величину
мощности
механических потерь
по
величину мощности
механических
потерь
двигателя
Nмех. рассчитывается
формуле (1.6):
двигателя
. рассчитывается по формуле (1.6)

Ne = Ni – Nмех.

(1.6)

(1.6)

Ne = Ni – Nмех.

Из приведённых выше величин постоянными, т.е. неизменными,
Из приведённых
выше величин
постоянными,
т.е. неизменными,
зависящими
зависящими
от конструкции
двигателя,
являются
только рабочий
объёмот
конструкции
двигателя,
являются
только рабочий
объёмпеременные.
и тактность двигателя.
Остальные
и тактность
двигателя.
Остальные
величины
Значения
этих
величины
Значения
этих величин
зависеть от состояния
режима работы
величинпеременные.
будут зависеть
от режима
работыбудут
и технического
дви- и
технического
двигателя.
Из формул
можно оборотов
видеть, чтоколенчатого
с ростом оборотов
гателя. Из состояния
формул можно
видеть,
что с ростом
вала
коленчатого
вала
и
давления
газов,
действующих
на
поршень,
мощность
двигателя
также
и давления газов, действующих на поршень, мощность двигателя
также
будет
расти.
При
этом
функция
мощности
от
скорости
вращения
КВ
не
является
линейной,
будет расти. При этом функция мощности от скорости вращения КВ не
чтоявляется
иллюстрируется
на графике
(рис. 1.3).
линейной,
что иллюстрируется
на графике (рис. 1.3).

Индикаторная диаграмма
бензинового двигателя

Индикаторная диаграмма
дизельного двигателя

Рис. 1.3. Индикаторные диаграммы двигателей
Рис. 1.3. Индикаторные диаграммы двигателей

Характерные участки индикаторной диаграммы:

Характерные
участки индикаторной
диаграммы:(дизельный двигатель) или
1–2 — заполнение
цилиндра воздухом
1–2 — заполнение цилиндра воздухом (дизельный двигатель) или рабочей смесью
рабочей смесью (бензиновый двигатель);
(бензиновый двигатель);
2–3 — сжатие воздуха или рабочей смеси;
2–3 — сжатие воздуха или рабочей смеси;
3–4 — период горения;
3–4 — период горения;
4–5 — рабочий ход поршня (расширение продуктов сгорания), совер4–5 — рабочий ход поршня (расширение продуктов сгорания), совершается
шается механическая работа;
механическая работа;
5–6 — выход отработавших газов, падение давления до атмосферного
5–6 — выход отработавших газов, падение давления до атмосферного происходит
происходит
практически при постоянном объеме (открывание выпускных
практически при постоянном объеме (открывание выпускных клапанов);
клапанов);
6–1 — освобождение цилиндра от продуктов сгорания при открытии выпускных
6–1 — освобождение цилиндра от продуктов сгорания при открытии
клапанов.

выпускных клапанов.

1.1.4. Рабочие -16циклы двигателей
13

1.1. Общие сведения об автомобильных двигателях

1.1.4. Рабочие циклы двигателей
Рабочим циклом двигателя внутреннего сгорания называется совокупность процессов, повторяющихся в определенной последовательности.
У четырехтактного двигателя каждый такой процесс называется
тактом и происходит за один ход поршня.
Рабочий цикл четырехтактного бензинового двигателя
Тактами бензинового двигателя являются:
- впуск — наполнение цилиндра свежим зарядом горючей смеси;
- сжатие — впущенный в цилиндр свежий заряд горючей смеси сжимается для подготовки следующего такта;
- рабочий ход, предназначенный для преобразования тепловой энергии
в механическую работу;
- выпуск отработавших газов, завершающий такт. Затем такты повторяются в такой же последовательности.
Первый такт — впуск (рис. 1.4, а). Перед началом такта поршень находится в ВМТ. Выпускной клапан 6 при этом закрыт, а впускной 4 открывается.
Поршень 1, перемещаясь из ВМТ в НМТ, освобождает объем над поршнем,
создавая разрежение. Вращение коленчатого вала передается через детали
газораспределительного механизма на впускной 4 клапан, и он открывается.
Под действием разрежения в цилиндр 2 через впускную трубу 3 поступает
горючая смесь. B цилиндре она смешивается с остаточными отработавшими газами и преобразуется в рабочую смесь. В конце такта впуска давление
внутри цилиндра составляет 80–90 кПа. Температура рабочей смеси в конце
такта впуска достигает 80–120 °С при условии, что двигатель прогрет до
оптимальной температуры. B противном случае температура будет ниже
нормы.
Второй такт — сжатие (рис. 1.4, б). При такте сжатия оба клапана закрыты. Поршень перемещается из НМТ в ВМТ, сжимая рабочую смесь в 6–11 раз.
За счет сжатия температура рабочей смеси поднимается до 300–450 °С,
а давление достигает 1,0–1,2 МПа.
Третий такт — рабочий ход (рис. 1.4, в). В конце такта сжатия при
подходе поршня к ВМТ через свечу зажигания 5 в цилиндр подается электрическая искра, от которой воспламеняется рабочая смесь в цилиндре.
При сгорании рабочей смеси температура в камере сгорания поднимается
до 2 000–2 500 °С, что приводит к резкому возрастанию давления внутри
цилиндра, достигающему 3–5 МПа. Давление передается на днище поршня
1, далее через поршневой палец и шатун 8 на коленчатый вал 9, заставляя
его вращаться. Поршень при этом перемещается от ВМТ к НМТ. Оба клапана при рабочем ходе закрыты. Это основной такт, при нем происходит
-17-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

преобразование тепловой энергии в механическую работу. После быстрого
нарастания давления в начале рабочего хода и передачи этого давления на
коленчатый вал начинается уменьшение давления в результате увеличения
объема над поршнем. Происходит снижение температуры до 1 200–1 400 °С
и давления до 400–500 кПа. В конце рабочего хода открывается выпускной
клапан, и отработавшие газы через выпускную трубу 7 и глушитель начинают выходить в атмосферу.

а

б

в

а — впуск

б — сжатие

в — рабочий ход

г

г — выпуск

Рис. 1.4. Рабочий цикл четырехтактного бензинового двигателя:
а — такт впуска; б — такт сжатия; в — такт расширения (рабочий ход);
г — такт выпуска; 1 — поршень; 2 — цилиндр; 3 — газопровод; 4 — впускной клапан;
5 — свеча зажигания; 6 — выпускной клапан; 7 — газопровод;
8 — шатун; 9 — коленчатый вал

Четвертый такт — выпуск отработавших газов (рис. 1.4, г). При такте
выпуска открывается выпускной клапан 6, и отработавшие газы через
выпускную трубу 7 выходят в атмосферу. Поршень при этом перемещается
из НМТ в ВМТ. Однако полностью очистить цилиндр от отработавших газов
-18-

1.1. Общие сведения об автомобильных двигателях

не удается. Часть отработавших газов остается в цилиндре и смешивается
со следующим зарядом горючей смеси. Когда поршень приходит в ВМТ, закрывается выпускной клапан, и рабочий процесс повторяется. В конце такта
выпуска давление в цилиндре снижается до 110–120 кПа, а температура до
700–850 °С.
Рабочий цикл четырехтактного дизельного двигателя
Рабочий цикл четырехтактного дизеля, как и карбюраторного, состоит
из четырех повторяющихся тактов: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск.
Однако этот процесс имеет существенные отличия, заключающиеся
в характере протекания, заполнении цилиндра свежим зарядом, способе
смесеобразования и воспламенения горючей смеси, так как у дизелей
топливо подается в цилиндр не в виде готовой горючей смеси, а в мелкораспыленном состоянии.
Первый такт — впуск (рис. 1.5, а). Перед началом впуска поршень
7 находится в ВМТ и начинает движение к НМТ. Выпускной клапан 5 при
этом закрыт. При увеличении рабочего объема в цилиндре 6 создается разрежение, и в него начинает поступать воздух, предварительно прошедший
через воздушный фильтр 3. В цилиндре воздух смешивается с небольшим
количеством отработавших газов, которые не вышли из цилиндра при такте выпуска. 3аканчивается такт впуска в момент прихода поршня в НМТ.
В это время закрывается впускной клапан 4. Когда заканчивается впуск
в цилиндр чистого воздуха, температура в нем составляет 50–80 °С (у прогретого двигателя), давление — 90–95 кПа.
Второй такт — сжатие (рис. 1.5, б). После окончания такта впуска
и закрытия впускного клапана поршень начинает перемещаться от НМТ
к ВМТ, сжимая чистый воздух. К концу такта в результате сжатия температура воздуха составляет 600–700 °С, а давление — 4–5 МПа. Такое повышение
температуры и давления обусловлено высокой степенью сжатия у дизелей
(16–24). Высокая температура и давление необходимы для воспламенения
топлива, впрыскиваемого в цилиндр двигателя в конце такта сжатия насосом высокого давления 1 через форсунку 2. Для надежной работы двигателя
температура сжатого воздуха в цилиндре должна быть значительно выше
температуры самовоспламенения топлива.
Третий такт — рабочий ход (рис. 1.5, в). В конце такта сжатия, когда
поршень не доходит до ВМТ на 15° ±30', считая по обороту коленчатого
вала, насос высокого давления впрыскивает через форсунку дизельное
топливо под давлением 15–20 МПа. Давление впрыска топлива должно
значительно превышать давление воздуха, сжатого в камере сгорания,
чтобы обеспечить тонкое распыление топлива и распределение его по
объему камеры сгорания. От величины давления впрыска и формы камеры
-19-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

а
Впуск воздуха

б
Сжатие воздуха

в
Расширение газов
или рабочий ход

г
Выпуск отработавших
газов

Рис. 1.5. Рабочий цикл четырехтактного дизельного двигателя:

— впуск; бцикл
— сжатие;
в — рабочий дизельного
ход; г — выпуск
Рис. 1.5.аРабочий
четырехтактного
двигателя
а
—
впуск;
б
—
сжатие;
в
—
рабочий
ход;
г
—
выпуск
сгорания зависит качество приготовления горючей смеси. Струя топлива

при выходе из распыляющих отверстий сопла дробится на мелкие частицы.
ретий такт —и рабочий
ходиспарению
(рис. 1.5, в).
В конце
такта сжатия,
когда поршень не
Распылению
быстрому
топлива
способствует
специальная
форма
камеры
сгорания,
благодаря
которой
струя
топлива
и
воздух
в камере
доходит до В
на 15
3 , считая по обороту коленчатого вала, насос высокого
давления
приходят
в
вихревое
движение.
Под
действием
высокой
температуры
(600–авление
впрыскивает через форсунку дизельное топливо под давлением 15–2
Па.
°С) происходит
рабочей
смеси.воздуха,
Часть рабочей
смевпрыска700
топлива
должно самовоспламенение
значительно превышать
давление
сжатого
в камере
си сгорает при движении поршня к ВМТ, т.е. в конце такта сжатия, а другая
сгорания, чтобы обеспечить тонкое распыление топлива и распределение его по объему
часть — при движении поршня к НМТ. Образующиеся при сгорании газы сокамеры сгорания. От величины давления впрыска и формы камеры сгорания зависит
здают давление на днище поршня 6–8 МПа при температуре 1 800–2 000 °С.
качество приготовления горючей смеси. труя топлива при выходе из распыляющих
-20отверстий сопла дробится на мелкие частицы.
Распылению и быстрому испарению топлива
способствует специальная форма камеры сгорания, благодаря которой струя топлива и
воздух в камере приходят в вихревое движение. Под действием высокой температуры (6 –

1.1. Общие сведения об автомобильных двигателях

Поршень под давлением газов перемещается от ВМТ и совершает механическую работу. К концу рабочего хода температура в цилиндре снижается до
1 100–1 300 °С, давление — до 300–400 кПа.
Четвертый такт — выпуск (рис. 1.5, г). Рабочий ход заканчивается, когда
поршень доходит до НМТ, и открывается выпускной клапан. Отработавшие
газы под действием внутреннего давления через выпускной клапан, выпускную трубу и глушитель выходят в атмосферу. Поршень начинает движение
от НМТ к ВМТ, вытесняя остаточные отработавшие газы. Впускной клапан
при этом закрыт. В конце такта выпуска температура отработавших газов
снижается до ~ 700–800 °С, а давление — до 110–120 кПа. При дальнейшем
вращении коленчатого вала вышеперечисленные такты повторяются в той
же последовательности.
Рабочий цикл двухтактного бензинового двигателя
В двухтактном карбюраторном двигателе рабочий цикл происходит за
два хода поршня или за один оборот коленчатого вала.
Конструкция его существенно отличается от конструкции четырехтактного двигателя. Основное отличие заключается в отсутствии клапанов.
Функции клапанов выполняют три окна: выпускное, впускное и продувочное. Функцию газораспределительного механизма выполняет поршень.
В двухтактных карбюраторных двигателях цилиндр соединяется с герметически закрытым картером, играющим основную роль в накапливании
и приготовлении горючей смеси. Такие двигатели называются двигателями
с прямоточно-картерной продувкой. Для подготовки двигателя к работе
нужно заполнить карбюратор горючей смесью и перепустить ее в цилиндр.
Рассмотрим рабочий цикл двигателя.
Первый такт. Поршень 3 (рис. 1.6, а) из НМТ перемещается в ВМТ.
При этом в картере увеличивается свободный объем и нарастает разрежение, а в цилиндре 4 в результате уменьшения объема при подъеме поршня
3 происходит сжатие рабочей смеси, повышается давление и увеличивается
температура. При подъеме нижняя кромка поршня открывает впускное
окно 7, через которое под действием имеющегося в картере разрежения из
карбюратора 8 поступает горючая смесь. В то же время поршень, поднимаясь, продолжает сжимать рабочую смесь в камере сгорания. Когда он доходит до ВМТ, через свечу зажигания 5 в камеру сгорания цилиндра подается
электрическая искра, воспламеняющая рабочую смесь. Смесь сгорает при
температуре 2 000–2 200 °С и давлении 3–4 МПа.
Второй такт. Образовавшиеся горячие газы расширяются и давят
на днище поршня, вследствие чего он опускается и приводит в движение
шатун, а через него — коленчатый вал (рис. 1.6, б). Опускаясь, поршень в первую очередь закрывает своей нижней кромкой впускное окно 7 и начинает
-21-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

сжимать горючую смесь в кривошипной камере 9, рабочий ход при этом
продолжается. Когда же верхняя кромка головки поршня откроет выпускное
окно 6, то через него отработавшие газы начнут выходить через выпускную
трубу и глушитель в атмосферу. Поршень продолжает опускаться, сжимая
горючую смесь в кривошипной камере. В какой-то момент верхняя кромка
головки поршня открывает продувочное окно 2, и сжатая горючая смесь из
кривошипной камеры по каналу 1 переходит в цилиндр, заполняя цилиндр
и вытесняя из него остаточные отработавшие газы (рис. 1.6, в). Незначительная часть горючей смеси вместе с остаточными отработавшими газами
вытесняется в атмосферу, не принимая участия в рабочем процессе.

а

б

в

Рис. 1.6. Рабочий цикл двухтактного бензинового двигателя:
а — первый такт; б, в — второй такт; 1 — канал из кривошипной камеры;
2 — продувочное окно; 3 — поршень; 4 — цилиндр; 5 — свеча; 6 — выпускное окно;
7 — впускное окно; 8 — карбюратор; 9 — кривошипная камера

У двухтактных бензиновых двигателей картер сухой, масла в нем нет.
Для смазывания деталей двигателя необходимое количество масла заливается непосредственно в бензин (двигатель мотоцикла). Таким образом,
горючая смесь у двухтактных двигателей состоит из воздуха, паров бензина
и мельчайших капелек масла.

1.1.5. Преимущества и недостатки
различных типов двигателей
Самая распространенная компоновка — расположение поршней и цилиндров в один ряд. При такой установке цилиндров все поршни двигателя вращают один коленчатый вал. Для обозначения рядного двигателя
-22-

1.1. Общие сведения об автомобильных двигателях

используется сочетание «LX», где X — число цилиндров. Несомненным
преимуществом рядных двигателей является их несложный механизм,
производительность, равномерность износа деталей, а также простота
обслуживания. Рядные двигатели можно размещать и вдоль, и поперёк.
К недостаткам такого типа мотора относятся их большие габариты. Такие
двигатели обычно имеют обозначение R2, R3, R4...R12.
Наибольшее распространение имеют двигатели R4. Главное преимущество — низкая себестоимость производства и отработанные технологии
его производства (что позволяет снизить общую стоимость автомобиля)
сделали его конкурентоспособным по сравнению с другими типами двигателей при производстве доступных массовых автомобилей.
В отличие от остальных конфигураций, особенностью оппозитного
двигателя является горизонтальное движение цилиндров. В таком типе
мотора всегда используется чётное количество цилиндров. Два соседних
поршня всегда находятся в одном положении. Это обеспечивает плавную
работу, не создавая вибрации. Поскольку движения поршней напоминают
движения рук боксера, такой тип двигателя часто называют Boxer. Он имеет
смещенный вниз центр тяжести, помогающий добиться устойчивости при
движении, а расположение на одной линии с трансмиссией делает передачу
мощности более эффективной. Основное преимущество этого типа — высокий уровень безопасности при лобовом столкновении. При нём мотор
уходит под салон и сохраняет жизнь водителя и пассажиров. Оппозитный
двигатель устанавливается только продольно. Среди недостатков можно
выделить значительные трудности при проведении ремонтных работ —
даже для незначительных процедур необходимо снимать двигатель. Кроме
этого отмечается неравномерный износ гильзы цилиндра, связанный
с горизонтальным движением поршня. Это, в свою очередь, приводит
к большим расходам масла. Данный тип двигателя используется на автомобилях Subaru, Porsche, Ikarus и др.
Двигатели V-образные конфигурации цилиндров сложнее и, следовательно, дороже в производстве, но имеют значительную меньшую длину
при небольшом увеличении ширины, по сравнению с рядными двигателями с таким же количеством цилиндров. Такие двигатели имеют лучшие
компоновочные характеристики.
V-образные двигатели тяжело балансируются, особенно широко
распространённые V6. Поскольку двигатель имеет два блока цилиндров,
приходится удваивать количество многих деталей — головок блока цилиндров, распределительных валов, деталей привода распределительных валов
и деталей привода клапанных механизмов, при этом повышаются затраты
энергии на трение в механизмах двигателя.
W-образный тип двигателя представляет собой два V-образных
двигателя заключенных в одну систему. W-образный мотор часто на-23-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

зывают четырехрядным. Принято считать, что этот тип был разработан
автомобильным концерном Volkswagen. В таком типе мотора используются
12 цилиндров — три ряда по четыре в каждом. Благодаря такой конструкции
значительно экономится подкапотное место, которое можно использовать
для установки дополнительного оборудования. Но в то же время, такое
компактное расположение цилиндров относительно друг друга приводит
к их быстрому нагреванию, поэтому в таком типе двигателя применяется
система охлаждения для каждого цилиндра.
Преимущества двухтактных двигателей по сравнению с четырехтактными:
- более равномерная работа, так как рабочий цикл двухтактного двигателя совершается за один оборот коленчатого вала. Мощность двухтактных
двигателей на 60–70 % больше, чем у четырехтактных, что позволяет установить более легкий маховик;
- двухтактные двигатели более просты в устройстве, поскольку не имеют газораспределительного механизма, роль которого выполняет поршень.
Недостатки двухтактных двигателей:
- по экономичности уступают четырехтактным из-за менее совершенной очистки цилиндра от отработавших газов;
- продувка цилиндра осуществляется горючей смесью, что приводит
к потере до 30 % смеси;
- требуют более интенсивного охлаждения;
- добавление масла (до 4 %) в бензин для смазки деталей двигателя
приводит к увеличению отложения нагара на днищах поршней, головках
клапанов и стенках камер сгорания;
- неудовлетворительная продувка на режимах частичных нагрузок
из-за низкого давления в кривошипной камере приводит к пропускам воспламенения рабочей смеси;
- наличие выпускных и продувочных окон уменьшает продолжительность рабочего хода.
Из-за указанных недостатков установка двухтактных двигателей на
автомобилях оказалась нерентабельной. Эти двигатели устанавливаются на
мотоциклах, мопедах, мотороллерах, мотоколясках, а также используются
в качестве подвесных лодочных моторов и пусковых двигателей тракторов.
Преимущества дизелей по сравнению с бензиновыми двигателями:
- лучшая экономичность (25–30 %) благодаря большей степени сжатия
и дешевому топливу;
- менее опасны в пожарном отношении;
- не имеют системы зажигания, на долю которой у бензиновых двигателей приходится значительный процент неисправностей;
- топливо содержит меньше канцерогенных веществ;
- дизельные двигатели развивают больший крутящий момент при
меньшей частоте вращения коленчатого вала.
-24-

1.1. Общие сведения об автомобильных двигателях

Недостатки дизелей:
- затрудненный, по сравнению с карбюраторными двигателями, пуск,
особенно в зимнее время;
- расход металла на единицу мощности на 30 % больше, чем у карбюраторных двигателей;
- более шумная и жесткая работа;
- значительно меньшая литровая мощность (мощность, снимаемая
с единицы рабочего объема) по сравнению с бензиновыми двигателями;
- технологически и технически более сложные процессы изготовления
и обслуживания.

1.1.6. Наддув в дизельных двигателях
Мощность двигателя зависит от частоты вращения коленчатого вала,
степени сжатия и рабочего объема цилиндров. Для повышения литровой
мощности дизеля применяют газотурбинный наддув, увеличивающий
весовое наполнение цилиндра воздухом, так как воздух подается под давлением 0,15–0,17 МПа. За счет этого обеспечивается более полное сгорание
топлива. Турбонаддув позволяет повысить мощность двигателя на 20–40 %
без увеличения размеров цилиндров и частоты вращения коленчатого вала.

Рис. 1.7. Схема работы газотурбинного компрессора:
1 — цилиндр; 2 — поршень; 3 — впускной клапан; 4 — впускной трубопровод;
5 — колесо центробежного компрессора; 6 — вал турбокомпрессора;
7 — корпус турбокомпрессора; 8 — колесо турбины; 9 — выпускная труба;
10 — выпускной клапан; 11 — поршневой палец; 12 — шатун

Простейший турбокомпрессор работает следующим образом (рис. 1.7).
При открытом выпускном клапане 10 отработавшие газы выходят через
выпускную трубу 9 и создают давление на лопасти колеса турбины 8. Колесо
-25-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

турбины установлено на валу турбокомпрессора 6, на другом конце которого установлено колесо центробежного компрессора 5. Колесо турбины
под давлением отработавших газов вращается, вместе с ним вращается
и колесо центробежного компрессора, захватывая воздух из впускной трубы
и нагнетая его по трубопроводу 4 через впускной клапан 3 в камеру сгорания. Нагнетание воздуха в цилиндр 1 происходит в момент перекрытия
клапанов, когда поршень 2 подходит к ВМТ. В это время выпускной клапан
еще открыт и закрывается только тогда, когда поршень пройдет ВМТ (на 40°,
считая по обороту коленчатого вала). Впускной клапан тоже открывается
с опережением. Поскольку двигатели многоцилиндровые, то газотурбинный компрессор будет работать, непрерывно подавая сжатый воздух
в цилиндры, в которых осуществляется такт впуска.
К недостаткам газотурбинного наддува можно отнести повышение
теплонапряженности деталей двигателя из-за сгорания большой дозы
топлива, поступающего в цилиндр, и расход мощности на работу турбокомпрессора. Кроме того, наличие турбокомпрессора требует применения
моторных масел более высокого качества. Не допускается работа в режиме
полной мощности непрогретого двигателя с турбокомпрессором, а также
резкая остановка двигателя после работы в режиме полной мощности и на
высоких оборотах. Нарушение этих правил приводит к преждевременным
поломкам турбокомпрессора.
Кроме газотурбинного, на некоторых двигателях применяется механический наддув, который представляет собой компрессор, подающий
воздух в цилиндры двигателя под давлением, с приводом от коленчатого
вала двигателя. Достоинством механического наддува является значительно меньшая теплонапряженность деталей компрессора, и, следовательно,
большая надежность по сравнению с газотурбинным наддувом. Кроме того,
механический наддув не создает дополнительного сопротивления при выпуске отработавших газов. Недостатком механического наддува являются
значительные потери мощности двигателя на привод компрессора.

1.2. КРИВОШИПНО-ШАТУННЫЙ МЕХАНИЗМ (КШМ)
1.2.1. Общие сведения
Кривошипно-шатунный механизм воспринимает силу взрыва горючих
газов и превращает прямолинейное возвратно-поступательное движение
поршня во вращательное движение коленчатого вала. Весь кривошипношатунный механизм можно разделить на две большие группы: группу неподвижных и подвижных деталей.
-26-

1.2. Кривошипно-шатунный механизм (КШМ)

К группе неподвижных деталей относят блок цилиндров, отлитый за
одно целое с верхним картером; поддон картера двигателя; головку блока
цилиндров, между которыми находится уплотняющая прокладка; крышку
распределительных зубчатых колес. Между поддоном картера, крышкой
распределительных зубчатых колес и блоком цилиндров укладываются
уплотнительные прокладки.
К группе подвижных деталей кривошипно-шатунного механизма
относят коленчатый вал с подшипниками (вкладышами), шатуны с подшипниками (вкладыши для нижних головок и втулки для верхних головок),
поршни, поршневые кольца, поршневые пальцы (устанавливаются на всех
моделях двигателей) и маховик. Обе группы имеют крепежные детали.
ривошипно-шатунный еханиз

По расположению цилиндров

По перемещению поршней

Однорядный

вертикальным перемещением

горизонтальным перемещением

вухрядный

перемещением поршней под углом

Рис.
1.8.1.Типы
кривошипно-шатунных
механизмов,
Рис.
ипы
кривошипно- шатунных механизмов,
классифицированных
признакам
классифицированных по
по различным
различным признакам

Коленчатый
вал
в двигателе
преобразует
прямолинейное
возвратноКоленчатый вал
в двигателе
преобразует
прямолинейное
возвратно- поступательное
поступательное
поршня
вовала.
вращательное движение вала.
движение поршня водвижение
вращательное
движение
атериалы Коленчатые
валы изготавливают
из высокопрочного
чугуна (двигатели
Материалы.
Коленчатые
валы изготавливают
из высокопрочного
семейства(двигатели
азель , Волга
З- 31«Газель»,
2 , В З- 211
и др.)ГАЗ-31029,
или высокоуглеродистой
чугуна
семейства
«Волга»
ВАЗ-2110 истали
др.)
(двигатели
З, - 1, ЗИстали
- 331 (двигатели
, - 53 1 и др.).
угунные
коленчатые
валы
или
высокоуглеродистой
ЯМЗ-740,
-741,
ЗИЛ-433100,
изготавливают
стальные
— ковкой.
-5301
и др.).литьем,
Чугунные
коленчатые
валы изготавливают литьем, стальугун
дешевле
стали,
но
он
хрупкий, и изготовленные из него детали более массивны.
ные — ковкой.
тоимость чугунного коленчатого вала, изготовленного отливкой в форму, ниже стоимости
Чугун дешевле стали, но он хрупкий, и изготовленные из него детали
кованого из стали. Однако по причине большего расхода металла изготавливать коленчатые
более массивны. Стоимость чугунного коленчатого вала, изготовленного
валы из чугуна для двигателей повышенной мощности нельзя.
такими валами тяжело
отливкой
в форму, ниже стоимости кованого из стали. Однако по причине
работать при ремонте и обслуживании двигателей.
большего расхода металла изготавливать коленчатые валы из чугуна для
двигателей повышенной мощности нельзя. С такими валами тяжело работать при ремонте и обслуживании двигателей.
-27-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

Рис. 1.9. Подвижные детали КШМ:
1 — маслосъемное кольцо; 2 — компрессионные кольца; 3 — поршневой палец;
4 — стопорное кольцо; 5 — крышка шатуна; 6 — крепежный болт; 7 — вкладыши;
8 — втулка; 9 — шатунная шейка; 10 — противовес; 11 — коренная шейка

Рис. 1.10. Коленчатый вал 4-х цилиндрового двигателя

Конструкция. Основными частями коленчатого вала являются коренные и шатунные шейки, которые соединяются щеками и сопрягаются
с ними переходными галтелями.
По количеству коренных и шатунных шеек коленчатые валы подразделяются на полноопорные и неполноопорные. Полноопорными называются
коленчатые валы, у которых каждая шатунная шейка имеет с обеих сторон
коренные шейки. Неполноопорный — это вал, у которого хотя бы одна шатунная шейка не имеет с обеих сторон коренных шеек.
-28-

1.2. Кривошипно-шатунный механизм (КШМ)

Рис. 1.11. Детали шатунно-поршневой группы и коленчатого вала:
1 — носок коленчатого вала; 2 — шкив; 3 — храповик; 4 — распорно-упорная
шайба; 5 — биметаллические упорные шайбы переднего коренного подшипника;
6 — вкладыш коренного подшипника; 7 — вкладыш шатунного подшипника;
8 — стопорное кольцо; 9 — поршневой палец; 10 — втулка; 11 — отверстие для
смазки поршневого пальца; 12 — верхняя головка шатуна; 13 — шатун;
14 — болт крышки шатуна; 15 — бобышка шатуна; 16 — нижняя головка
шатуна; 17 — крышка шатуна; 18 — шатунная шейка; 19 — противовес щеки;
20 — коренная шейка; 21 — поршень; 22 — дренажные канавки для слива масла;
23 — маслосбрасывающий гребень задней коренной шейки; 24 — маслоотгонные
спиральные витки; 25 — сальник заднего коренного подшипника; 26 — маховик;
27 — зубчатый венец; 28 — деревянный боковой уплотнитель; 29 — резиновая
уплотнительная прокладка; 30 — крышка заднего коренного подшипника;
31 — канал для смазки шатунного подшипника; 32 — центробежная ловушка
для очистки масла; 33 — пробка ловушки; 34 — щека; 35 — крышка среднего
коренного подшипника; 36 — вкладыш; 37 — медно-никелевый подслой;
38 — антифрикционный сплав СОС 6-6; 39 — крышка переднего
коренного подшипника; 40 — шестерня

У рядных двигателей количество шатунных шеек соответствует количеству цилиндров. У двигателей с V-образным расположением цилиндров
количество шатунных шеек в два раза меньше, чем цилиндров, так как
у них на каждую шатунную шейку устанавливается по два шатуна — один из
правого, другой из левого рядов.
-29-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

Передний конец коленчатого вала называют еще носком. На носке
коленчатого вала 1 устанавливается при помощи шпонки шкив 2 привода
вспомогательных приборов (водяного насоса, генератора, компрессора, насоса гидроусилителя руля и др.). Там же на шпонке устанавливается шестерня 40 привода газораспределительного механизма. Если распределительный вал установлен на головке блока цилиндров, то на носке коленчатого
вала устанавливают зубчатую звездочку, от которой при помощи зубчатого
ремня или цепи приводится в движение распределительный вал.
На носке коленчатого вала двигателя автомобиля «Газель» на шпонках
установлены стальная упорная шайба, шестерня привода распределительного вала, маслоотражатель и ступица шкива коленчатого вала. Все эти детали стянуты болтом, который вворачивается в передний торец вала. Шкив
привода водяного насоса и вентилятора и шкив генератора болтами крепятся к ступице шкива коленчатого вала. На этом же шкиве смонтировано демпферное устройство для гашения крутильных колебаний коленчатого вала.
У двигателей автомобиля ЗИЛ-5301 на носке коленчатого вала установлена
шестерня, которая находится в зацеплении с промежуточной шестерней,
а от промежуточной приводится в работу шестерня распределительного
вала. Перед шестерней привода распределительного вала установлена ведущая шестерня привода масляного насоса и передний маслоотражатель, на
шлицах установлен шкив коленчатого вала. Все эти детали стянуты болтом,
ввернутым в передний конец вала.
На заднем конце коленчатого вала имеется фланец для крепления
маховика 26. Между фланцем и коренной шейкой устроен маслосбрасывающий гребень 23 и маслоотгонные спиральные витки 24.
Коленчатый вал в комплекте с маховиком подвергают динамической
балансировке. Чтобы не нарушить балансировку и обеспечить правильное
соединение маховика с коленчатым валом в случае разборки при ремонте,
фланцы снабжают специальными установочными штифтами или одно из
отверстий для болтов крепления маховика и фланца выполняют несимметрично остальным, т.е. смещают в сторону.
В заднем торце коленчатого вала имеется гнездо, в которое запрессовывается шариковый подшипник, являющийся передней опорой для
ведущего вала коробки передач.
В шатунных шейках коленчатого вала выполняют центробежные
ловушки (грязеуловители) 32 для очистки масла от механических частиц,
закрываемые пробками. После затяжки пробки закерниваются для предотвращения самопроизвольного отворачивания.
При работе двигателя на шатунных шейках возникают центробежные
силы, уводящие вал в сторону. Для разгрузки коренных подшипников от
действия центробежных сил на коленчатых валах выполняют противовесы
щек вала 19. Центробежная сила, развиваемая на них, действует в направ-30-

1.2. Кривошипно-шатунный механизм (КШМ)

лении, противоположном направлению центробежных сил на шатунных
шейках. Благодаря этому коренные шейки и их подшипники разгружаются
от действия центробежных сил и создаваемых ими моментов.
Коленчатый и распределительный валы соединяются при помощи
косозубых шестерен, и при их работе возникают силы, стремящиеся сдвинуть коленчатый вал в осевом направлении. Этому также способствует
работа сцепления, установленного на маховике. Особенно большие силы,
способствующие осевому перемещению вала, возникают в момент выключения или включения сцепления. Для удержания коленчатого вала один из
коренных подшипников делают упорным. Коленчатые валы двигателей «Газель», «Волга» ГАЗ-31029, ГАЗ-3307 удерживаются от осевого смещения биметаллическими упорными шайбами 5 переднего коренного подшипника.
У двигателей автомобилей «Газель» эти шайбы сталеалюминиевые, у «Волги» ГАЗ-31029 — сталебаббитовые. У двигателей автомобилей ЗИЛ-433100,
а также ЗИЛ-5301 коленчатые валы удерживаются от осевого перемещения
сталеалюминиевыми полукольцами. Эти кольца установлены в гнездах
торца опоры пятой коренной шейки и фиксированы от проворачивания
выступами, входящими в пазы крышки опоры. Осевое перемещение
коленчатого вала у двигателей автомобилей ВАЗ, некоторых моделей
иностранных автомобилей ограничивается двумя упорными полукольцами, которые ставятся по обе стороны среднего коренного подшипника.
С задней стороны ставится металлокерамическое полукольцо, а с передней
стороны — сталеалюминиевое. Так же ограничивается смещение вала двигателя автомобиля «Ока», но только полукольца сталеалюминиевые.
Для запуска двигателя пусковой рукояткой и для проворачивания
коленчатого вала, например при установке зажигания, в передние торцы
валов двигателей некоторых автомобилей на бензиновом топливе ввернуты храповики.
Подшипники. Коренные и шатунные подшипники коленчатых валов
представляют собой тонкостенные вкладыши. Они служат уменьшения
износа коренных шеек и опор.
Вкладыши коренных 6 и шатунных 7 подшипников изготавливают из
малоуглеродистой стальной ленты с тонким антифрикционным высокооловянистым алюминиевым слоем. В каждом подшипнике установлено по два
вкладыша. Осевому перемещению и проворачиванию вкладышей в постелях
блока цилиндра или в разъемных нижних головках шатунов препятствуют
специальные усики, выштампованные на вкладышах, и соответствующие
пазы в крышках подшипников блока цилиндров или нижней головки шатунов. Все коренные вкладыши имеют кольцевые проточки, по которым масло
непрерывным потоком подается к шатунным подшипникам. Для прохода
масла из масляных каналов в перегородках и стенках картера во вкладышах
имеются специальные сверления. Эти сверления делаются на всех коренных
-31-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

вкладышах, что необходимо для предупреждения ошибок при установке
вкладышей в постели. Вкладыши шатунных подшипников двигателей
автомобилей семейства «Газель», «Волга» ГАЗ-31029 и некоторых других
имеют специальное сверление, через которое в момент совпадения этого
отверстия с масляным каналом в шатунной шейке выбрасывается струя
масла из отверстия нижней головки шатуна, направленная на цилиндры
и распределительный вал.
У двигателей автомобилей ЗИЛ-433100 вкладыши коренных и шатунных подшипников трехслойные (триметаллические), включая антифрикционный слой из свинцовистой бронзы и приработочный слой. Верхние
и нижние вкладыши не взаимозаменяемы, так как верхние вкладыши
отличаются от нижних наличием отверстия для подвода масла и распределительной кольцевой канавкой.
Триметаллические вкладыши состоят из стальной ленты, на которой
методом порошковой металлургии нанесен медно-никелевый подслой 37,
поверх которого находится антифрикционный сплав типа СОС 6-6.
На вкладышах нельзя производить никаких подгоночных операций.
При наличии задиров, рисок, вкраплений механических частиц или отслоений вкладыши заменяют на новые.

1.2.2. Гильзы цилиндров
Гильзы цилиндров работают в очень тяжелых условиях. Особенно
это относится к их верхней внутренней части, недостаточно смазываемой,
поскольку сюда масло не пропускается поршневыми кольцами. Во время
рабочего хода в верхней части цилиндра сгорает рабочая смесь, и температура повышается до 2 000–2 500 °C. Горение сопровождается выделением
продуктов окисления: оксидов углерода и азота, углекислого и сернистого
газов, паров воды и других веществ. Пары воды, попадая на незащищенную
поверхность, вызывают коррозию. Кроме того, конденсат воды растворяет
продукты окисления (диоксиды) с образованием кислоты, что способствует
еще большей коррозии стенок цилиндров.
В верхней части цилиндра наблюдаются резкие перепады давления.
При такте впуска давление там ниже атмосферного, в начале рабочего хода
оно может достигать 3–4 МПа (30–40 кгс/см2), а при детонации рабочей
смеси — 10–15 МПа (100–150 кгс/см2). Такими же значительными являются
перепады температур. При такте впуска внутренняя поверхность цилиндра
обдувается холодным воздухом температурой 40–80 °С, однако через короткий промежуток времени температура может возрасти до 2 000–2 500 °С.
Все это приводит к нарушению структуры металла и увеличению износа.
Хотя воздух, поступающий в цилиндры, предварительно фильтруется, не-32-

1.2. Кривошипно-шатунный механизм (КШМ)

значительное количество пыли может проникать внутрь цилиндров. Там
пыль смешивается с маслом, превращаясь в абразивную массу, вызывающую интенсивный износ цилиндров, особенно их верхней части. Этому способствует и перекладывание верхнего компрессорного кольца при переходе
через ВМТ.
Для уменьшения износа необходимо тщательно фильтровать воздух,
следить за герметизацией впускного тракта, применять чистые масло
и бензин, не допускать работу двигателя с перегревом или переохлаждением. Все это предохраняет зеркало цилиндров от преждевременного износа.
У дизелей, кроме того, наблюдается вибрация гильз цилиндров, возникающая при переходе поршня через ВМТ, т.е. при перемещении (перекладке)
его с одной стороны цилиндра на другую. Между поршнем и зеркалом цилиндра есть зазор, и перекладка поршня происходит с ударом, что вызывает
вибрацию и, как следствие, его кавитационное разрушение.
У бензиновых двигателей кавитационное разрушение цилиндров почти
не происходит из-за меньших значений давления во время рабочего хода.
Для уменьшения износа верхней части цилиндров в некоторых двигателях (ЗИЛ, ГАЗ и т.д.) запрессовывали короткие (длина 50 мм), вставки из
особо прочного аустенитного чугуна. Современные двигатели таких вставок
в цилиндрах не имеют.
Гильзы цилиндров отливают из специального чугуна с перлитной
структурой. Рабочая поверхность гильзы проходит закалку токами высокой
частоты, тщательно шлифуется и полируется. Двигатели, имеющие цилиндры, изготовленные в виде сменных мокрых гильз, проще ремонтировать
и эксплуатировать. Цилиндры, отлитые как единое целое с блоком, ремонтировать сложнее, так как при выходе из строя одного цилиндра (например,
в случае задира зеркала цилиндра) приходится растачивать и шлифовать
все цилиндры.
В зависимости от конструкции двигателя гильзы делятся на «мокрые»,
«сухие» для двигателей с воздушным охлаждением. Суть этого термина
напрямую связана с особенностями системы водяного или воздушного
охлаждения двигателя.
«Мокрыми» называются гильзы, которые своей наружной поверхностью соприкасаются с охлаждающей жидкостью системы охлаждения двигателя. Такие гильзы цилиндров получили наибольшее распространение, так
как обеспечивают наилучший отвод тепла от разогретых деталей, но при
этом с такими гильзами картер двигателя обладает меньшей жесткостью.
Эта система, называемая «водяной рубашкой», и служит для равномерного отвода тепла от блока цилиндров. В районе установки гильз
охлаждающая жидкость «выходит на поверхность», чтобы напрямую омывать стенки гильзы. Поэтому такой тип гильз и называется мокрым. Блок
цилиндров с «мокрыми» гильзами обеспечивает лучший отвод тепла,
-33-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

поэтому «мокрые» гильзы получили очень широкое распространение. Они
применяются на легковых, грузовых автомобилях и автобусах Volvo, Renault,
ЗИЛ, КамАЗ и других.
Уплотнение между гильзой и блоком достигается путем установки
медной прокладки между отлитым буртом гильзы и плоскостью блока.
«Мокрые» гильзы получили наибольшее распространение, так как
отлично решают задачу отвода тепла от раскаленных деталей.
«Сухие» гильзы запрессованы в тело цилиндра и не имеют прямого
контакта с охлаждающей жидкостью. Некоторые производители предпочитают делать алюминиевые блоки с несменными гильзами методом литья.
В этом случае гильзы укрепляются в форме для отливки, которая позже
заполняется расплавленным алюминием. Созданные таким образом блоки
цилиндров по жесткости от обычных чугунных не отличаются. При необходимости ремонта гильзы растачиваются и хонингуются, как обычные
цилиндры. Такую технологию используют для производства двигателей
Volkswagen, Land Rover, Honda, Audi, Volvo и ряда других.
«Сухие» гильзы хуже отводят тепло, но их применение позволяет придать блоку цилиндров монолитную жесткость.
«Мокрая» гильза
цилиндров

«Сухая» гильза
цилиндров

Гильза с воздушным
охлаждением

Рис. 1.12. Гильзы цилиндров двигателя

1.2.3. Шатунно-поршневая группа
Поршень предназначен для восприятия силы взрыва газов при рабочем ходе и для производства вспомогательных тактов — впуска, сжатия
и выпуска отработавших газов. Условия работы поршня характеризуются
большими механическими и тепловыми нагрузками, а именно высокими
значениями температуры (до 2 500 °С), давления до 10 МПа (100 кгс/см2)
и скоростей (скорость движения поршня достигает 15–20 м/с). Неравномер-34-

1.2. Кривошипно-шатунный механизм (КШМ)

ное движение поршня, когда в средней части длины цилиндра он движется
с максимальной скоростью, а к мертвым точкам замедляет движение и останавливается, приводит к возникновению существенных сил инерции.
Трение поршня о зеркало цилиндра вызывает механический износ, а воздействие на него при рабочем ходе высоких температур приводит к эрозионному и коррозионному износу. Поэтому материал поршня должен
обладать:
- высокой механической прочностью и устойчивостью при работе
в условиях высоких температур;
- высокими антифрикционными свойствами;
- отличной теплопроводностью;
- низким коэффициентом линейного расширения;
- коррозионной стойкостью.
Наиболее подходящими металлами для удовлетворения таким условиям работы являются алюминиевые сплавы АК-4, АЛ-4, -25, -30 и др.
К недостаткам поршней из алюминиевых сплавов можно отнести
большой коэффициент линейного расширения и ухудшение механических
качеств с увеличением температуры. Для устранения этих недостатков
поршни подвергаются термической обработке — искусственному старению.
Основными частями поршня являются головка с днищем и направляющая часть боковой стенки поршня, именуемая юбкой (рис. 1.13). На внутренней части головки поршня имеются ребра жесткости. Для соединения
поршня с шатуном служат бобышки с кольцевыми канавками для установки
стопорных колец поршневого пальца. В головке поршня выполнены кольцевые канавки для установки компрессионных и маслосъемного колец. Для
верхнего компрессионного кольца в головку поршня заливается чугунная
вставка, в которой и прорезана канавка для верхнего компрессионного
кольца. В канавке для маслосъемного кольца сделаны сквозные сверления
внутрь поршня — дренажные каналы, по которым излишки масла, снятые
со стенок цилиндра, стекают внутрь поршня, а затем в поддон картера двигателя.
Подбор поршней к цилиндрам производят в холодном состоянии.
Между поршнем и цилиндром оставляют зазор, который предотвращает заедание поршня при нагреве и обеспечивает образование масляной пленки.
Нагревание поршня по высоте происходит неодинаково. Больше нагревается
верхняя часть поршня. Отсюда и неодинаковая по высоте величина зазора
между поршнем и цилиндром. Наибольший зазор будет между головкой
поршня и цилиндром. К нижнему концу юбки этот зазор уменьшается.
Чтобы получить минимальный зазор между юбкой поршня и цилиндром в холодном двигателе и устранить заедание поршня при нагреве, юбки
поршней из алюминиевого сплава в поперечном сечении делают овальной
формы (овальность юбки в пределах 0,18–0,80 мм), а поршни — конусными
-35-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

г

а

б

в

д

Рис. 1.13. Поршень и поршневые кольца:
а — поперечные сечения компрессионных колец и их положения в рабочем
состоянии; б — составное маслосъемное кольцо; в — головка поршня
двигателя автомобиля с поршневыми кольцами; г — схема насосного действия
компрессионных колец; д — схема работы маслосъемных колец; I — кольцо
прямоугольного сечения; II — кольцо с конической наружной поверхностью;
III — кольцо с фаской на внутренней стороне; IV — кольцо с выточкой
на внутренней стороне; 1 — дискообразные кольца; 2 — осевой расширитель;
3 — радиальный расширитель; 4 — замок кольца; 5 — компрессионные кольца;
6 — поршень; 7 — отверстие в канавке маслосъемного кольца; 8 — цилиндр;
9 — маслосъемное кольцо; 10 — прорези в кольце; 11 — отверстие в поршне;
сплошными стрелками показано направление движения поршня,
а штриховыми — масла

-36-

1.2. Кривошипно-шатунный механизм (КШМ)

по высоте. Поршни некоторых двигателей имеют юбки с разрезами. Если
юбка поршня овальная, то меньшая ось овала проходит вдоль оси поршневого пальца. При нагреве наибольшее расширение происходит именно
в этой плоскости из-за большого количества металла, сосредоточенного
в бобышках, и юбка приобретает цилиндрическую форму.
В некоторых моделях двигателей в тело поршня заливаются стальные
терморегулирующие пластинки, способствующие равномерному распределению теплоты и увеличивающие механическую прочность.
Высота юбки поршня зависит от допустимого давления на цилиндр,
которое не должно превышать 0,3 МПа (3 кгс/см2). Для улучшения приработки поршни иногда покрывают тонким слоем олова (0,004–0,006 мм).
Для правильной установки поршней в цилиндр на них в обязательном
порядке наносятся метки. Такие же метки наносят и для правильного соединения поршня с шатуном.
В момент прохода поршня через ВМТ изменяется направление действия боковой силы, и поршень перемещается от одной стенки цилиндра
к другой. У быстроходных двигателей и при коротких шатунах эта сила значительна, и перекладка сопровождается стуками, особенно при холодном
двигателе. Избежать стуков при перекладке поршня можно путем смещения
оси поршневого пальца на 1,4–1,6 мм в сторону действия максимальной
боковой силы. В результате этого смещения начальная перекладка поршня
происходит за 3–4° до ВМТ, когда давление в цилиндрах еще не так велико.
Поршень как бы поворачивается вокруг пальца и его движение несколько
тормозится трением в канавках поршневых колец, что приводит к более
плавной перекладке и снижению уровня стуков.
Направляющие (юбки) поршней дизелей также выполняются в виде
конуса овального сечения. Кроме того, в головках поршней дизелей выполняются камеры сгорания.
Компрессионные кольца служат для уплотнения поршня в цилиндре
при его возвратно-поступательном движении, отвода теплоты от головки
поршня к цилиндрам и предотвращения прорыва газов из камер сгорания
в картер двигателя.
Кольца изготавливаются из чугуна или стали путем копирного растачивания для придания им необходимой формы. В свободном состоянии
наружный диаметр колец больше, чем внутренний диаметр цилиндра,
поэтому вставляемое в цилиндр кольцо плотно прижимается к нему. Стык
концов кольца называется замком. Для компенсации теплового расширения при нагреве колец во время рабочего хода в замке должен оставаться
зазор в пределах 0,20–0,80 мм. При установке колец в канавки поршня замки должны располагаться под углом 180°. Высота компрессионных колец
меньше высоты канавок в головке поршня на 0,04–0,09 мм. Величина зазора
различна для всех колец. Наибольшие зазоры будут у верхнего кольца, на-37-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

гревающегося особенно сильно. Чем ниже расположены кольца, тем меньше
у них зазоры. Форма замков у большинства моделей двигателей прямая, так
как такой замок легче изготовить. Количество компрессионных колец зависит от оборотистости двигателя. Чем оборотистее двигатель, тем меньше
времени остается на прорыв газов в картер, а, следовательно, нужно меньше
компрессионных колец.
Небольшое количество газов из камер сгорания всегда проникает
в картер между внутренними цилиндрическими поверхностями колец
и поршневых канавок, способствуя прижатию колец к зеркалу цилиндров.
Таким образом, компрессионные кольца прижимаются к цилиндрам силой
упругости и давления газов. Если поршневое кольцо неплотно прижато
к зеркалу цилиндров, то увеличивается прорыв газов, что приводит к перегреву колец. В результате перегрева масло, находящееся между кольцом
и зеркалом цилиндра, окисляется. Образующиеся при этом углеродистые
вещества (лаковые отложения) заполняют зазоры между стенками канавок поршня и кольцами. Движение колец в канавках затрудняется, они
перестают свободно перемещаться и пружинить. Это явление называется
пригоранием (закоксовыванием) колец и сопровождается уменьшением
компрессии в цилиндре, потерей мощности двигателя и повышением расхода масла.
Для обеспечения плотного прилегания к стенке цилиндра кольца изготавливают с неравномерным радиальным удельным давлением по окружности, что достигается специальной формой отливки кольца и его механической
обработкой.
В поперечном сечении компрессионные кольца могут иметь различную форму в частности прямоугольную или коническую. Кольцо конического сечения имеет меньшую опорную поверхность, поэтому удельное
давление на стенку цилиндра будет большим. Это улучшает контакт кольца
с зеркалом цилиндра и обеспечивает быструю приработку, что увеличивает
их долговечность.
Для увеличения срока службы верхнее поршневое кольцо хромируется.
Толщина хрома на рабочей поверхности кольца составляет 0,10–0,15 мм,
при этом наружный слой хрома толщиной 0,03–0,06 мм — пористый.
Хромирование верхнего компрессионного кольца улучшает условия смазывания и увеличивает срок службы. На нижние компрессионные кольца
методом электролитического осаждения наносится слой олова толщиной
0,01–0,1 мм, что обеспечивает быструю приработку к цилиндру и повышает
срок службы колец и цилиндра. В настоящее время от пористого хромирования переходят к напылению молибдена на наружную поверхность.
Маслосъемные кольца. Внутренняя рабочая поверхность цилиндров
обильно смазывается. Излишки масла могут проникать в верхнюю часть
цилиндра и в камеру сгорания, где они частично сгорают, частично окис-38-

1.2. Кривошипно-шатунный механизм (КШМ)

ляются. Это приводит к перерасходу масла, отложению нагара на днищах
поршней, головках клапанов, стенках камер сгорания, появлению взрывного сгорания рабочей смеси и калильному зажиганию.
Проникновению масла в камеры сгорания способствует насосное
действие компрессионных колец. Когда поршень движется от ВМТ к НМТ,
кольца под действием трения о зеркало цилиндров и сил инерции прижаты к верхним стенкам кольцевых канавок, и зазоры под ними, а также
в глубине канавок заполняются маслом. Когда поршень доходит до НМТ
и начинает движение вверх, кольца прижимаются к нижним стенкам кольцевых канавок и выдавливают масло через радиальный зазор в пространство
над кольцами. Такой процесс повторяется при каждом движении поршня от
верхней мертвой точки к нижней и наоборот, и масло нагнетается в камеру
сгорания.
Для уменьшения количества перекачиваемого в камеру сгорания масла
необходимо снимать с зеркала цилиндров излишки масла. Для этого устанавливают маслосъемные кольца, изготавливаемые из чугуна или стали.
Чугунные маслосъемные кольца имеют по наружной окружности кольцевую проточку, уменьшающую опорную поверхность кольца, вследствие чего
увеличивается удельное давление. Дно канавок по всей окружности имеет
прорези.
Стальные маслосъемные кольца могут быть четырех- или трехэлементными. Четырехэлементное маслосъемное кольцо состоит из двух
стальных кольцевых дисков 14, осевого расширителя 16 и радиального
расширителя 15.
Трехэлементное маслосъемное кольцо состоит из двух стальных
кольцевых дисков и одного стального двухфункционального расширителя.
Стальные кольцевые диски покрыты хромом на толщину 0,080–0,130 мм.
При установке колец необходимо обращать внимание на метку для правильного расположения их в канавках поршня. Кроме того, при установке
поршня в блок цилиндров двигателя плоские кольцевые диски 14 нужно
устанавливать так, чтобы их замки располагались под углом 180° друг
к другу и под углом 90° к замкам компрессионных колец. Замки осевого
и радиального расширителей должны быть расположены под углом 90°.
Примеры установки поршневых колец в двигателях различных автомобилей. На поршнях двигателя автомобиля ЗИЛ-43310 устанавливают
по два компрессионных и одному маслосъемному кольцу. Верхнее компрессионное кольцо изготавливается из высокопрочного чугуна, трапецеидального симметричного сечения с бочкообразной рабочей поверхностью.
Нижнее компрессионное кольцо — из серого легированного чугуна, рабочая
поверхность имеет конусность. Маслосъемное кольцо — из серого легированного чугуна коробчатого симметричного сечения с витым пружинным
расширителем. Рабочая поверхность всех колец покрыта хромом.
-39-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

Поршень двигателя ЗИЛ-5301 имеет три компрессионных кольца.
Верхнее изготовлено из высокопрочного чугуна, хромированное, в сечении имеет форму равнобокой трапеции, что позволяет устанавливать его
в канавку любой стороной. Второе и третье компрессионные кольца — конусные. Для правильной установки в канавку кольца имеют на торце около
замка обозначение «Верх». Маслосъемное кольцо — коробчатого сечения со
спиральным стальным расширителем.
Двигатель автомобиля ГАЗ-3307 имеет на каждом поршне по два
компрессионных кольца и одному маслосъемному. Маслосъемное кольцо — стальное, состоит из двух плоских стальных хромированных дисков,
осевого и радиального расширителей.
Двигатели ВАЗ-2110, -2111 и -2112 имеют верхнее компрессионное
кольцо с хромированной бочкообразной наружной поверхностью, нижнее
компрессионное кольцо скребкового типа. Маслосъемное кольцо чугунное
с хромированными рабочими поверхностями и с разжимной стальной
витой пружиной. В канавки поршня кольца устанавливаются с учетом установочных меток.
Двигатель автомобиля «Волга» ГАЗ-31029 на каждом поршне имеет по
два компрессионных кольца. Верхнее компрессионное кольцо покрыто хромом, нижнее — слоем олова. Маслосъемное кольцо — стальное, состоящее
из четырех элементов. Рабочая поверхность стальных дисков хромирована.
Поршни двигателей автомобилей «Газель» имеют два компрессионных кольца. Верхнее отлито из высокопрочного, обладающего высокой
упругостью, чугуна. Рабочая кромка имеет хромовое покрытие. Нижнее
компрессионное кольцо отлито из серого чугуна, для лучшей приработки
наружная цилиндрическая поверхность покрыта слоем олова толщиной
0,006–0,012 мм. Некоторые кольца могут иметь на всей поверхности фосфатное покрытие. На внутренней цилиндрической поверхности нижнего
компрессионного кольца имеется выточка. Этой выточкой кольцо должно
быть направлено вверх, в сторону днища поршня. Благодаря этой выточке новые кольца, установленные в цилиндр, несколько выворачиваются
и прижимаются к зеркалу цилиндра только кромкой, что ускоряет и улучшает приработку колец к зеркалу цилиндра. Нарушение этого правила
вызывает резкое увеличение расхода масла и дымление двигателя. Верхнее
компрессионное кольцо выточки не имеет. Маслосъемное кольцо сборное,
четырех- или трехэлементное. Рабочая цилиндрическая поверхность кольцевых дисков покрыта слоем хрома толщиной 0,080–0,130 мм.
В настоящее время в современных двигателях отечественного
и зарубежного производства наибольшее распространение получили наборные маслосъемные кольца, состоящие из двух тонких стальных пластин
и тангенциального расширителя, который исполняет роль осевого и радиального расширителя. При установке таких маслосъемных колец замки
-40-

1.2. Кривошипно-шатунный механизм (КШМ)

должны располагаться по окружности со смещением на 120° относительно
друг друга, а концы расширителя не должны перекрываться.
В днищах поршней двигателей ЗМЗ-4061 выполнены углубления для
увеличения объема камер сгорания. Такие же углубления имеются и на
головках поршней двигателей автобусов ПАЗ-3205.
Поршневые пальцы предназначены для шарнирного соединения
поршня с шатуном. Они должны быть прочными, так как воспринимают
при рабочем ходе значительные нагрузки, изменяющиеся по величине
и направлению. Изготавливаются они из углеродистой или малоуглеродистой стали. Пальцы из малоуглеродистой стали подвергают поверхностной
цементации на глубину 1–1,5 мм и поверхностной закалке токами высокой
частоты, а затем отпуску до определенной твердости. Пальцы из углеродистой стали подвергают закалке на глубину 1–1,5 мм. Для уменьшения трения
наружная поверхность пальцев полируется. После термической обработки
пальцы имеют твердый износостойкий поверхностный слой и вязкую сердцевину, что необходимо для работы в условиях ударных и знакопеременных
нагрузок.
Поршневой палец (рис. 1.14) представляет собой короткую стальную
трубку, которая проходит через верхнюю головку шатуна и концами
опирается на бобышки поршня (рис. 1.14). На большинстве современных
двигателей применяются плавающие пальцы. Такие пальцы свободно
устанавливаются в головке шатуна и в бобышках поршня. Для удержания
пальца от осевого перемещения в бобышках поршня выполняются канавки
2 для стопорных колец. После установки пальца в эти канавки вставляются
пружинные стопорные кольца. Плавающие пальцы равномерно изнашиваются по всей окружности, поэтому работают дольше. При нагреве стальные
пальцы расширяются меньше, чем алюминиевые поршни, что приводит
к появлению стуков при работе холодного двигателя. Для предотвращения
стуков при сборке шатунно-поршневой группы поршень предварительно
нагревают до температуры 70–80 °С, а затем поршень и шатун соединяют
пальцем. После охлаждения палец оказывается зажатым в бобышках поршня. При работе двигателя поршень нагревается, палец высвобождается
и может свободно проворачиваться в бобышках поршня и в верхней головке
шатуна. Поршень двигателя автомобиля ЗИЛ-433100 необходимо нагревать
до температуры 80–100 °C.
У некоторых двигателей (ВАЗ) палец запрессовывается в верхнюю
головку шатуна, где он остается неподвижным при работе двигателя.
Установка пальца производится следующим образом. Шатун нагревают
в электропечи до 240 °С, закрепляют в тисках, надевают на него поршень
так, чтобы отверстия в бобышках совпали с отверстием в верхней головке
шатуна, и проталкивают в отверстие палец. Такие пальцы изнашиваются
однобоко, а не по всей поверхности, как плавающие.
-41-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

Фиксированный палец

Плавающий палец

Рис. 1.14. Поршневые пальцы:
1 — поршневой палец; 2 — зазор между пальцем и бобышкой поршня; 3 — шатун;
4 — поршень; 5 — стопорное кольцо пальца; 6 — бронзовая втулка поршневой
головки шатуна; 7 — зазор между пальцем и бронзовой втулкой

Шатун передает усилия через палец на поршень и с поршня на
коленчатый вал двигателя при рабочем ходе. Он преобразует возвратнопоступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого
вала. Основными частями шатуна являются стержень 4, верхняя головка 7
и нижняя головка 9 с крышкой 10 (рис. 1.15). Стержень шатуна воспринимает
большие нагрузки, изменяющиеся по величине и направлению, подвергается
сжатию, изгибу и растяжению. Чтобы выдержать такие нагрузки, шатун должен быть прочным и жестким, а для уменьшения возникающих инерционных сил — как можно более легким. Такие нагрузки при одинаковом расходе
металла лучше всего выдерживают стержни двутаврового сечения. Стержень
шатуна имеет постепенно увеличивающееся сечение, плавно переходящее
в нижнюю головку. Верхняя головка делается неразъемной.
Шатун совершает сложное движение. Верхняя головка шатуна в основном движется возвратно-поступательно и, кроме того, отклоняется на
небольшой угол относительно бобышек поршня. Чтобы она не истерлась
о бобышки, они делаются на 2–4 мм короче, чем посадочное гнездо бобышек в головке шатуна.
Нижняя головка вращается вместе с шатунной шейкой, одновременно
совершая возвратно-поступательное и колебательное движение. Нижние
головки делают разъемными с разрезом, перпендикулярным оси шатуна.
Такой разрез применяется почти на всех моделях автомобилей. В двигателях
ЯМЗ-236 плоскость разъема нижней головки расположена под углом к оси
шатуна. Это сделано по той причине, что она не может свободно проходить
через цилиндр при монтаже и демонтаже поршня вместе с шатуном.
-42-

1.2. Кривошипно-шатунный механизм (КШМ)

Рис. 1.15. Шатун двигателя:
1 — гайка; 2 — болт; 3, 14 — отверстия для масла; 4 — стержень шатуна;
5 — бронзовая втулка; 6 — отверстие для прохода масла к поршневому пальцу;
7 — верхняя головка шатуна; 8 — номер нижней головки; 9 — нижняя головка
шатуна; 10 — крышка нижней головки; 11 — стопорная шайба; 12 — метка;
13 — вкладыши; 15 — усик; 16 — паз в головке шатуна

Шатуны штампуют из высококачественной углеродистой или легированной стали и после штамповки подвергают механической и термической
обработке (закалке и отпуску).
Для уменьшения трения в верхнюю головку шатуна запрессовывается втулка, выполняющая роль подшипника скольжения. Материал для
изготовления втулок применяется различный. На двигателях автомобилей
ЗИЛ-433100, ВАЗ-2110, -2111, -2112 применяют сталебронзовые втулки,
а на двигателях автомобилей «Газель» — втулки из оловянистой бронзы.
Для смазывания поршневых пальцев в верхних головках и во втулках
имеются специальные отверстия 6 (рис. 1.15).

1.2.4. Маховик
Маховик облегчает выход поршней из мертвых точек. Накапливая энергию во время рабочего хода, он способствует выполнению вспомогательных
тактов. Масса маховика обеспечивает плавное изменение оборотов. Для запуска двигателя стартером на маховик напрессован зубчатый венец.
Маховики отливают из серого чугуна, при этом основная масса металла
располагается на ободе для увеличения момента инерции.
На ободе маховика двигателя автомобиля ЗИЛ-433100 имеется паз для
фиксатора, который вводится в зацепление с маховиком при установке угла
-43-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

опережения впрыскивания топлива и регулировке зазоров в клапанном
механизме. К коленчатому валу маховик крепится восемью болтами и центрируется на шейке под задний сальник коленчатого вала. Точное угловое
положение обеспечивается двумя установочными штифтами.
Маховик двигателя автомобиля ГАЗ-3307 крепится к коленчатому валу
четырьмя болтами, отверстие для одного из которых смещено в сторону, благодаря чему соединить маховик с коленчатым валом можно только в одном
положении.
Маховики двигателей ВАЗ центрируются цилиндрическим выступом
на фланце коленчатого вала и фиксируются в определенном положении
установочной втулкой.
Маховики двигателей автомобилей «Газель» крепятся к коленчатому
валу четырьмя болтами, один из которых смещен в сторону. Гайки болтов
законтрены специальными пластинами.
Для предотвращения пробуксовки ведомого диска сцепления на рабочей поверхности маховика не должно быть царапин и зазоров.
Сегодня по конструктивным особенностям выделяют следующие
виды маховиков:
1. Демпферный маховик (двухмассовый).
Активно используется в современных моделях автомобилей. Представляет собой устройство из двух дисков, объединённых между собой пружинно-демпферным механизмом.
Выполняет ряд важных задач:
- нейтрализует избыточные колебания коленчатого вала;
- предотвращает перегрузку коробки передач;
- снижает износ синхронизирующих элементов мотора;
- плавность переключения передач;
- экономное расходование топлива.
Принцип действия двухмассового маховика. Из-за повышения инерционного момента масс на входном валу КПП резонансное количество
оборотов становится меньше, чем диапазон оборотов ДВС. Благодаря этому
обеспечивается гашение колебательных движений, генерируемых силовым
агрегатом. Гашение колебаний достигается за счет демпферно-пружинной
системы, которая не допускает соударений частей КПП. В результате достигается уменьшение нагрузки на рабочие элементы.
Преимущества:
- переключение передач становится более удобным и мягким;
- инерционный момент при переключении уменьшается;
- увеличивается ресурс ДВС и КПП;
- в картере сцепления достигается экономия пространства, что является важным преимуществом для компактных транспортных средств.
-44-

1. . Механизм газораспределения (ГРМ)

2. Сплошной маховик.
Самый распространённый вид механизма, активно используемый
в моторах нового поколения. Представляет собой массивный диск из чугуна.
Отличается надёжность и долговечностью в эксплуатации.
3. Облегчённый маховик.
Отличается небольшой массой за счёт использования специальных
материалов. Даёт возможность силовому агрегату достигать максимальных
оборотов.
Способствует увеличению мощности мотора до 10 %. Износостоек, прочен и надёжен. Единственный существенный минус — высокая стоимость.

1. Ступица.
2. Радиальный подшипник.
3. Первичный диск.
4. Дуговая пружина.
5. Фланец.
6. Зубчатый венец.
7. Вторичный диск.
8. Вентиляционное отверстие.
9. Уплотнительная мембрана.
10. Кольцевая камера,
заполненная смазкой.

Рис. 1.16. Маховик двухмассовый

1.3. МЕХАНИЗМ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ (ГРМ)
Механизм газораспределения служит для своевременного открытия
и закрытия впускных и выпускных клапанов двигателя, обеспечивая качественное наполнение цилиндров двигателя свежим зарядом, их очистку от отработавших газов и герметизацию цилиндров при сжатии и рабочем ходе поршня.
Различают клапанные и золотниковые механизмы газораспределения. В четырехтактных двигателях газообмен осуществляется с помощью
клапанов. В двухтактном двигателе газообмен происходит под действием
поршня, открывающего и закрывающего впускные и перепускные клапаны,
или посредством смешанной системы газораспределения.
ГРМ классифицируется по четырем категориям (рис. 1.17):
1. По расположению распределительного вала — верхнее или нижнее
расположение.
2. По количеству распределительных валов — один (SOHC — Single
OverHead Camshaft) или два (DOHC — Double OverHead Camshaft).
-45-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

3. По числу клапанов — 2, 3, 4, 5 и более.
4. По приводу распределительного вала — цепной, шестеренчатый
и зубчато-ременный.
Верхнее расположение вала в цилиндровой головке является самым
распространенным и эффективным. Открытие и закрытие клапанов осуществляется от распределительного вала при помощи рычагов (толкателей) привода. Такое расположение распредвала способствует упрощению
общей конструкции двигателя, уменьшению его массы, снижению инерционных сил.

Рис. 1.17. Механизмов газораспределения:
а — с нижним расположением клапанов и распределительного вала;
б — с верхним расположением клапанов и нижним расположением
распределительного вала; в — с верхним расположением клапанов
и распределительного вала; 1 — седло клапана; 2 — клапан;
3 — направляющая втулка; 4 — пружина; 5 — сухарь; 6 — тарелка
пружины клапана; 7 — регулировочный болт; 8 — контргайка; 9 — толкатель;
10 — кулачок распределительного вала; 11 — свеча зажигания;
12 — опорная шайба; 13 — маслоотражательный колпачок клапана;
14 — крышка головки блока; 15 — коромысло; 16 — регулировочный винт;
17 — ось коромысла; 18 — штанга; 19 — блок цилиндров; 20 — наконечник;
21 — внешняя пружина; 22 — внутренняя пружина

-46-

1. . Механизм газораспределения (ГРМ)

Механизм газораспределения включает в себя привод, распределительный вал, толкатели, штанги, коромысла и клапанный механизм.
Клапанный механизм состоит из клапанов, направляющих втулок, седел,
клапанов, возвратных пружин с нижней и верхней опорными тарелками,
сухарей, механизмов поворота клапана (двигатель ЗИЛ-508.10).

Рис. 1.18. Ременной и цепной привод распределительного вала
1. Выпускной газовый канал.
2. Головка блока цилиндров.
3. Камера сгорания.
4. Выпускной клапан.
5. Впускной клапан.
6. Ведомая шестерня привода
(распределительный вал).
7. Ведущая шестерня привода
(коленчатый вал).
8. Распределительный вал.
9. Кулачок распределительного вала.
10. Толкатель.
11. Болт регулировки теплового зазора.
12. Тарелка пружины клапана.
13. Пружина клапана.
14. Направляющая втулка клапана.
Рис. 1.19. Шестеренчатый привод распределительного вала

-47-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

1.3.1. Детали механизма газораспределения
Распределительный вал (рис. 1.20) предназначен для своевременного открытия клапанов. Также он осуществляет привод (в карбюраторных
двигателях) топливного насоса, масляного насоса, прерывателя тока низкого напряжения и датчика ограничителя максимальной частоты вращения
коленчатого вала (двигатели ЗМЗ-53.11 и ЗИЛ-508.10).
Распределительный вал имеет: коренные (опорные) шейки; кулачки,
расположение которых на валу обусловлено числом клапанов на цилиндр
и последовательностью их открытия в зависимости от порядка работы
двигателя, схемы привода, фазы газораспределения; зубчатое колесо привода прерывателя-распределителя и масляного насоса; эксцентрик привода
топливного насоса. На переднем конце вала имеется шейка со шпоночным
пазом под зубчатое колесо и резьбой для ее крепления.
Для восприятия осевых усилий от косозубых зубчатых колес при
нижнем расположении распределительного вала используются стальные
упорные фланцы. С одной стороны во фланец упирается ступица зубчатого
колеса привода, а с другой — торец передней опорной шейки распределительного вала. Необходимый осевой зазор при этом обеспечивается
распорным кольцом, установленным между ступицей зубчатого колеса
и шейкой вала. Ширина кольца на 0,1–0,2 мм больше толщины фланца.
Толкатели (рис. 1.20) передают усилия от кулачков распределительного вала к штангам или непосредственно к клапанам и воспринимают возникающие при этом боковые усилия. Толкатели изготовляются в виде круглых
стержней или стаканов, совершающих осевое возвратно-поступательное
движение, а также в виде рычагов, совершающих качательные движения
вокруг своей оси.
Толкатели изготовляются из стали с низким и средним содержанием
углерода и из чугуна.
Цилиндрические толкатели выполняются пустотелыми с плоской или
сферической поверхностью днища радиусом 700–1 000 мм, а кулачок распределительного вала — коническим с углом при вершине конуса 6–12°. При
этом кулачок смещается относительно оси толкателя в сторону основания
конуса на 2–3 мм, что обеспечивает проворачивание толкателя вокруг его
оси с целью предотвращения неравномерного износа его боковой направляющей поверхности при работе.
В двигателях марки «ЯМЗ» (рис. 1.21) применяют подвесные рычажные толкатели, свободно установленные на разрезной оси. На одном конце
рычага выполнено гладкое отверстие под ось качания на другом, в вилке
на игольчатых подшипниках установлен ролик, сверху вилки запрессована
стальная пята со сферической поверхностью, на которую опирается штанга.
-48-

1. . Механизм газораспределения (ГРМ)

Рис. 1.20. Распределительный вал и детали механизма газораспределения:
1 — метка для установки шестерни газораспределения; 2 — шестерня привода
распределительного вала; 3 — гайка распределительного вала; 4 — валик привода
датчика ограничителя оборотов; 5 — упорный фланец распределительного вала;
6 — распорное кольцо шестерни распределительного вала; 7 — опорные шейки
распределительного вала; 8 — эксцентрик привода штанги топливного насоса;
9 — кулачки толкателя выпускного клапана; 10 — кулачки толкателя впускного
клапана; 11 — втулка подшипника шейки распределительного вала; 12 — впускной
клапан; 13 — направляющая втулка клапана; 14 — шайба пружины впускного
клапана; 15 — пружина клапана; 16 — ось коромысла; 17 — коромысло клапана;
18 — регулировочный винт коромысла клапана; 19 — стойка оси коромысел;
20 — механизм вращения выпускного клапана; 21 — выпускной клапан;
22 — штанга толкателя клапана; 23 — толкатели клапанов; 24 — шестерня привода
прерывателя — распределителя зажигания и масляного насоса

Штанга (рис. 1.21) передает усилие от толкателя к коромыслу и должна
обладать определенной продольной жесткостью. Штанги изготовляются
трубчатыми или сплошными из стали или дюралюминия. На штанги из дюралюминиевых прутков напрессовывают стальные термообработанные наконечники. При использовании стальных трубок наконечники запрессовывают
в трубках или получают путем высадки и завальцовывания торцов у трубки.
Коромысло (рис. 1.20, 1.21) представляет собой разноплечий рычаг
таврового или двутаврового сечения, что повышает его жесткость. Оно
передает усилия от штанги к клапану. Коромысла отливают из чугуна или
стали методом точного литья.
-49-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

Рис. 1.21. Детали привода клапанов дизельных двигателей:
а — ЯМЗ; б — КамАЗ; 1 — ось; 2 — ролик; 3, 7 — толкатели; 4 — штанги;
5 — регулировочный винт; 6 — коромысло; 8 — сферическая поверхность под
штангу; 9 — отверстие для слива масла; 10 — наплавленная поверхность толкателей;
11 — наконечник; а и b — плечи коромысла

В коротком плече коромысла имеется резьбовое отверстие под регулировочный винт и канал для подвода масла к сферической поверхности
штанги и винта. На другом плече коромысла имеется сферическая поверхность (боек коромысла), которая опирается на стержень клапана. В средней
части выполнено гладкое отверстие под ось качания коромысла. От осевого
смещения коромысло удерживается упорной шайбой и стопорным пружинным кольцом.

1.3.2. Клапанный механизм
Клапанный механизм (рис. 1.22) включает в себя следующие детали:
клапаны, направляющие втулки, седла клапанов, возвратные пружины, опорные тарелки, сухари, механизм вращения клапана (двигатель ЗИЛ-508.10).
-50-

1. . Механизм газораспределения (ГРМ)

Клапаны предназначены для герметизации цилиндра при тактах
сжатия и рабочего хода и соединения его с трубопроводами впускной или
выпускной системы при тактах впуска или выпуска в процессе газообмена.

Рис. 1.22. Детали клапанного узла:
1 — клапан; 2 — направляющая втулка; 3 — стопорное кольцо;
4 — маслоотражательный колпачок; 5 — опорная шайба пружин;
6 — внутренняя пружина; 7 — наружная пружина; 8 — тарелка пружин;
9 — сухарь; 10 — регулировочная шайба; 11 — толкатель

Условия работы клапанов:
- большие динамические нагрузки;
- высокие скорости перемещения;
- неравномерный нагрев отдельных участков;
- повышенная коррозионно-активная среда.
Клапаны изготовляются из легированных сталей с высоким содержанием хрома и никеля.
Клапан состоит из головки (или тарелки) и стержня. Различают клапаны с плоской, выпуклой и тюльпанообразной головками. Головки обычно
имеют небольшой (около 2 мм) цилиндрический поясок и уплотнительную
фаску, снятую под углом 45 и 30°. Уплотнительные фаски клапанов шлифуют
и притирают к седлам, а стержни подвергают термообработке, шлифовке,
полировке и покрывают хромом. Торцы стержней (3–5 мм) закаливают. На
концах стержней имеются цилиндрические, конусные или фасонные проточки для крепления клапанных пружин.
Чтобы уменьшить напряженность выпускных клапанов, возникающую
вследствие высоких температур, в ряде двигателей применяют натриевое
-51-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

охлаждение. С этой целью клапан выполняют полым с утолщенным стержнем и примерно на 2/3 полости заполняют металлическим натрием, температура плавления которого составляет около 97 К. В рабочем состоянии
расплавленный натрий, перемещаясь внутри полости при возвратно-поступательном движении клапана, увеличивает интенсивность отвода теплоты
от горячей головки к более холодному стержню и далее к направляющей
втулке.
Направляющие втулки обеспечивают строго перпендикулярное
относительно седла перемещение клапанов. Материалом для изготовления
направляющих втулок служат в основном перлитный чугун и металлокерамика, представляющая собой смесь из порошков железа, меди и графита,
которые подвергаются прессованию, спеканию в печи и пропитыванию
маслом. От возможного просачивания в цилиндры масла, стекающего по
стержням впускных клапанов, последние снабжаются самоподжимными
манжетами.
Клапанные пружины обеспечивают плотное прилегание клапанов
к седлам и своевременное их закрытие после завершения действия кулачков
распределительного вала. Характеристику (жесткость) клапанных пружин
подбирают из условий сохранения кинематической связи между деталями
механизма газораспределения. Клапанные пружины изготовляются из
стальной проволоки диаметром 4–6 мм, легированной марганцем и хромом.
Пружины нижнеклапанных механизмов обычно имеют 8–10 витков,
верхнеклапанных механизмов — 6–8 витков. Два крайних витка являются
опорными. Их размещают вплотную к соседним виткам и прошлифовывают, создавая сплошную кольцевую поверхность, перпендикулярную оси
пружины. Нижним концом пружина опирается на головку блока цилиндров через специальную опорную тарелку, а верхним концом соединяется
двумя сухарями с клапаном через верхнюю тарелку. Для этой цели сухари
на внутренней поверхности имеют выступы, которые входят в проточку
клапана, а гладкая наружная поверхность сухарей выполнена в виде усеченного конуса.
Два сухаря, установленные на клапан, образуют опорную коническую поверхность, которая сопрягается с опорной поверхностью проточки
в верхней тарелке, и это соединение удерживается в замкнутом состоянии
за счет предварительного сжатия пружины. Чтобы устранить возможность
возникновения опасного для прочности пружин резонанса, на клапаны
ставят по две пружины с навивкой витков в противоположные стороны или
делают пружины с переменным шагом навивки.
Седла клапанов. Наиболее важным сопряжением, определяющим
долговечность механизма газораспределения, является сопряжение седло — клапан, так как оно подвержено ударным нагрузкам при посадке клапана и значительным термическим перегрузкам. Седло клапана, с которым
-52-

1. . Механизм газораспределения (ГРМ)

соприкасается уплотнительная фаска клапана, обрабатывают инструментом с углами заточки 15, 45 и 75° таким образом, чтобы уплотнительный
поясок седла имел угол 45° и ширину около 2 мм. По своим размерам поясок
должен подходить ближе к меньшему основанию конусной фаски клапана.
Фаска клапана имеет меньший угол и соприкасается с седлом только узким
пояском у своего большого основания, что обеспечивает хорошее уплотнение клапанного отверстия. Вставные седла изготовляются в виде отдельных
колец из специального чугуна, легированной стали или металлокерамики.
Механизм вращения клапана. Для поддержания в рабочем состоянии
контактных поверхностей уплотнительных фасок выпускных клапанов
иногда применяют специальные устройства, позволяющие принудительно
поворачивать клапаны в процессе работы.

Рис. 1.23. Механизм вращения клапана двигателя ЗИЛ-508.10:
а — выпускной клапан и механизм вращения; б–г — соответственно начальное,
рабочее и конечное положения механизма вращения; 1 — выпускной клапан;
2 — корпус механизма вращения; 3 — шарик; 4 — опорная шайба;
5 — замковое кольцо; 6 — пружина клапана; 7 — тарелка пружины;
8 — сухарь; 9 — дисковая пружина; 10 — возвратная пружина; 11 — натриевый
наполнитель; 12 — направляющая втулка; 13 — седло клапана;
14 — жаростойкая наплавка; 15 — заглушка; 16 — головка блока

-53-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

Механизм вращения клапана (двигатель ЗИЛ-508.10) (рис. 1.23) состоит
из неподвижного корпуса, в наклонных канавках которого расположены,
пять шариков с возвратными пружинами, дисковой пружины и опорной
шайбы с замочным кольцом. Механизм вращения клапана устанавливается
в расточке, сделанной в головке блока цилиндров под опорной шайбой клапанной пружины.
При закрытом клапане давление на дисковую пружину невелико, и она
вогнута наружным краем вверх, а внутренним краем опирается в заплечик
корпуса. Шарики отжаты пружинами в исходное положение. В момент открытия клапана усилие со стороны клапанной пружины возрастает, под действием
чего дисковая пружина, выпрямляясь, передает усилие на шарики и вызывает
их перемещение в углубление. Когда клапан закрывается, сила, действующая
на дисковую пружину, уменьшается, и она, выгибаясь, освобождает шарики.
Шарики под действием возвратных пружин перемещаются в исходное положение, что приводит к повороту клапана на некоторый угол (клапаны совершают 20–40 оборотов в мин).
В некоторых двигателях применяют менее эффективное, но более
простое устройство, основанное на использовании способа крепления
клапанной пружины на стержне клапана. Крепление пружины на клапане
состоит из опорной тарелки, втулки и двух сухарей. Контакт между опорной
тарелкой и втулкой имеет место только на небольшой торцевой поверхности
втулки, поэтому во время работы двигателя под действием вибрации узла
клапан—пружина скручивание пружины при подъеме клапана обеспечивает его проворачивание.
Тепловой зазор. В процессе работы двигателя клапаны и детали привода клапана нагреваются, длина их увеличивается. В результате между
седлом и головкой клапана при тактах сжатия и расширения может образовываться зазор, что ведет к обгоранию фасок клапана и седла, их эрозионному изнашиванию и в конечном итоге к ухудшению герметичности
цилиндра, а, следовательно, и резкому снижению технико-экономических
показателей двигателя. Для предотвращения этих явлений кинематическую цепь привода клапана при его закрытом состоянии размыкают, т.е. устанавливают зазор между торцом клапана и деталью привода, воздействующей на клапан (коромыслом или толкателем). В среднем тепловые зазоры
в зависимости от типа двигателя составляют 0,15–0,30 мм для впускного
клапана и 0,15–0,40 мм для выпускного.

1.3.3. Фазы газораспределения
Фазы газораспределения. Качество газообмена определяется параметрами открытия клапанов: продолжительностью открытия и проходным
сечением клапанной щели, задаваемые профилем кулачка. Для увеличения
-54-

1. . Механизм газораспределения (ГРМ)

наполнения цилиндров и улучшения их очистки от отработавших газов
клапаны открываются в моменты, не совпадающие с ВМТ и НМТ, а с некоторым опережением в начале и запаздыванием в конце процесса впуска
и выпуска.
Продолжительность открытия впускных и выпускных клапанов (угол
поворота коленчатого вала относительно ВМТ и НМТ) называется фазой
газораспределения.
Период, когда одновременно открыты впускной и выпускной клапаны,
называется перекрытием клапанов.

Рис. 1.24. Диаграммы фаз газораспределения:
а — общая четырехтактного; б — ЗИЛ-508; в — КамАЗ-740; α — угол
опережения открытия впускного клапана; β — угол запаздывания закрытия
впускного клапана; γ — угол опережения открытия выпускного клапана;
δ — угол запаздывания закрытия выпускного клапана

Для лучшего наполнения цилиндров горючей смесью (бензиновые
двигатели) или чистым воздухом (дизели), а также более полной их очистки от отработавших газов клапаны должны открываться и закрываться не
в моменты нахождения поршней в ВМТ и НМТ, а с некоторым опережением
или запаздыванием. Моменты открытия и закрытия клапанов, выраженные
в градусах через углы поворота коленчатого вала относительно ВМТ и НМТ,
называются фазами газораспределения и могут быть представлены в виде
круговой диаграммы.
Впускной клапан начинает открываться во время такта выпуска предыдущего рабочего цикла, когда поршень еще не достиг ВМТ. В это время
отработавшие газы выходят через выпускной трубопровод вследствие
инерции потока увлекают за собой из открывшегося впускного трубопровода частицы свежего заряда, которые начинают наполнять цилиндр
даже при отсутствии разрежения в нем. К моменту прихода поршня в ВМТ
и началу его движения вниз, впускной клапан уже открыт на значительную
величину, и цилиндр быстро наполняется свежим зарядом. Угол опережения
-55-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

открытия впускного клапана у различных двигателей колеблется в пределах 9–33°. Впускной клапан закроется тогда, когда поршень пройдет НМТ
и начнет двигаться вверх на такте сжатия. До этого времени свежий заряд
заполняет цилиндр по инерции. Угол р запаздывания закрытия впускного
клапана зависит от модели двигателя и составляет 40–85°.
Для работы на холостом ходу уместны узкие фазы газораспределения
с поздним открытием и ранним закрытием клапанов без перекрытия фаз
(время, когда впускной и выпускной клапаны открыты одновременно).
Так удаётся исключить заброс выхлопных газов во впускной коллектор
и выброс части горючей смеси в выхлопную трубу.
С повышением оборотов время открытия клапанов сокращается, но
для обеспечения высоких крутящего момента и мощности через цилиндры необходимо прогнать больший объём газов, нежели на холостом ходу.
В этом случае клапаны открываются раньше и увеличивается продолжительность их открытия и фазы — максимально широкие.
В большинстве двигателей в современных автомобилях не предусмотрена автоматическая регулировка фаз газораспределения, поэтому они
настроены на средний режим работы. Форма кулачков распределительных
валов таких двигателей рассчитана на максимальное наполнение и освобождение цилиндров при скорости вращения, близкой к максимальному
крутящему моменту. Обычно он расположен между 2/3 и 3/4 от максимальных оборотов.
Как правило, чем выше обороты двигателя, тем быстрей движутся поршни. В итоге давление внутри цилиндра во время фазы выпуска возрастает,
но пропускная способность выпускного клапана остается неизменной. Во
время фазы впуска поршень движется быстрей, чем на холостых оборотах, но
пропускная способность клапана не меняется. Поэтому, чем выше обороты
двигателя, тем хуже наполнение цилиндров. Поэтому нередко фазы впуска
и выпуска пересекаются. В то время, когда выпускной клапан закрывается,
но еще открыт, начинает открываться впускной клапан1.
Работа же таких двигателей не отличается эффективностью, так
как поведение газов (выхлопа и горючей смеси) в цилиндре, а также
в выпускном и впускном трактах, в зависимости от режимов работы двигателя, постоянно меняется. Постоянно возникают разного рода колебания
упругой газовой среды, изменяется скорость течения, все это приводит
к паразитным застойным явлениям или, наоборот полезным резонансным.
Из-за этого эффективность и скорость наполнения цилиндров в различные
режимы работы двигателя неодинаковы.
1
См.: Фазы и механизмы газораспределения : сайт. URL : https://vipwash.ru/
vyhlopnaya-sistema/fazy-i-mehanizm-gazoraspredeleniya.

-56-

1. . Механизм газораспределения (ГРМ)

а

б

в

г

Рис. 1.25. Термодинамический процесс рабочего цикла
четырехтактного двигателя

Фаза 1–2 — это угол, описываемый коленом коленчатого вала, при
котором клапан впуска открыт. На индикаторной диаграмме показаны:
1 — начало открытия впускного клапана; 2 — закрытие впускного клапана;
3 — начало подачи топлива; 4 — начало открытия выпускного клапана;
5 — закрытие выпускного клапана; а–г — такты рабочего цикла; Р0 — атмосферное давление; I — точка максимального давления газов в цилиндре, этот
процесс изображен линией 1–2 — процесс всасывания свежего заряда.
Фаза 2–3 — это угол, описываемый коленом коленчатого вала, при котором оба клапана закрыты. На индикаторной диаграмме наблюдается процесс сжатия свежего заряда, при этом температура его достигает 500–700 °С.
Фаза 3–4 — это угол, описываемый коленом коленчатого вала при
закрытых клапанах впуска и выпуска. Точка 3 находится вблизи ВМТ.
С этого момента в цилиндр двигателя подается топливо в мелкораспыленном виде, которое активно (при 7 = 500–700 °С) испаряется, воспламеняется
и сгорает. Этот процесс длится тысячные доли секунды. В цилиндре резко
возрастают температура (≥ 1 700 °С) и давление (Р^ образовавшихся газов,
вследствие чего колено коленчатого вала успевает пройти ВМТ, и сила,
равная произведению давления газов на площадь поршня, раскручивает
коленчатый вал. Этот процесс расширения газов называют рабочим ходом
-57-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

поршня, и он заканчивается при положении колена коленчатого вала
в точке 4.
Фаза 4–5 — это угол, описываемый коленом коленчатого вала, при
котором открыт клапан выпуска. На индикаторной диаграмме этот процесс — выпуск отработавших газов — изображен линией 4–5. В позиции
колена коленчатого вала 5 клапан выпуска закрывается, а клапан впуска
открывается. Этим завершается рабочий цикл и начинается следующий.
Весь рабочий цикл совершился за четыре такта, поэтому такой двигатель называют четырехтактным.

1.3.4. Изменяемые фазы газораспределения
Если сдвинуть фазы газораспределения от оптимальной точки, то произойдет резкое падение мощности двигателя, так как цилиндры будут или
не до конца освобождаться от выхлопных газов или не до конца наполняться топливовоздушной смесью. Однако оптимальная точка начала фазы и ее
продолжительность зависят от нагрузки и оборотов двигателя.
Система изменения фаз газораспределения (общепринятое международное название Variable Valve Timing, VVT) предназначена для регулирования параметров работы газораспределительного механизма в зависимости
от режимов работы двигателя. Применение данной системы обеспечивает
повышение мощности и крутящего момента двигателя, топливную экономичность и снижение вредных выбросов.
Система изменения фаз газораспределения предусматривает работу, как правило, в следующих режимах:
- холостой ход (минимальные обороты коленчатого вала);
- максимальная мощность;
- максимальный крутящий момент.
Существует большое количество моделей фазорегуляторов, которые
работают по различным алгоритмам. Однако общий принцип неизменен.
Когда двигатель работает на низких оборотах, фазорегулятор сокращает
впускную и выпускную фазы. Это позволяет сократить расход топлива.
Когда двигатель начинает работать на высоких оборотах или под нагрузкой,
регулятор увеличивает продолжительность фаз, а нередко и точку их начала. Это позволяет не только увеличить мощность и крутящий момент, но
и снижает расход топлива. Наиболее популярны модели фазорегуляторов,
которые работают на основе центробежного принципа.
Более сложные регуляторы представляют собой систему из датчиков,
контроллера двигателя и исполнительных устройств. Однако принцип их
работы точно такой же, как у центробежных. Исполнительное устройство
увеличивает или ослабляет натяжение цепи со стороны впускного и выпускного валов. Благодаря этому каждая фаза регулируется отдельно. Такие
-58-

1. . Механизм газораспределения (ГРМ)

системы требуют настройки и регулярной проверки. Благодаря тому, что
исполнительные механизмы работают от электричества, нет необходимости в регулярной замене уплотнительных колец. Существуют также
системы, в которых электронное управление совмещено с гидравлическим
приводом. В таких системах регулировка происходит не за счет натяжения
цепи, а с помощью увеличения давления внутри шестерни распределительного вала.

Рис. 1.26. Система автоматического изменения фаз газораспределения
с помощью поворота распределительного вала
(система АИФГ — поворот распределительного вала)

Данный способ изменения фаз нашел применение на следующих марках автомобилей: Toyota — VVT-i (DualVVT-i); Volkswagen — VVT; Honda —
VTC; Volvo, Hyundai, Kia — CVVT; Renault — VCP; BMW VANOS и др.
На впускном (аналогично и на выпускном) распределительном валу
расположена гидромуфта, которая под контролем блока управления
поворачивает его на заданный угол, тем самым изменяя фазу газораспределения. Весь механизм установлен на головке блока цилиндров, снизу
к нему подходят масляные каналы системы смазки двигателя для управления обоими гидромуфтами. На корпусе механизма установлены два электрогидравлических распределителя, которые и обеспечивают подвод масла
к муфте.
Муфта состоит из ротора, жестко закрепленного на распределительном
валу и корпуса муфты в роли, которой выступает шкив газораспределения.
В роторе расположены масляные каналы, по которым масло заполняет
камеры, образованные между ротором и корпусом. Заполнение той или
иной части камеры приводит к повороту ротору относительно корпуса, что
в итоге обеспечивает поворот распределительного вала на необходимый
в данный момент угол.
-59-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

Сама система устроена таким образом, что в блок управления поступают основные сигналы параметров двигателя: частота вращения двигателя,
расход воздуха и его температура, температура охлаждающей жидкости,
данные с датчиков Холла, установленных на механизме газораспределения.
На основании этих данных блок управления посылает сигналы электрогидравлическим распределителям, которые, в свою очередь, управляют самой
гидромуфтой, под действием давления масла в системе смазки двигателя.
В другой модификации системы VTEC, в отличие от предыдущей,
присутствуют три режима регулировки, на малых, на средних и на высоких
оборотах. В этой системе три кулачка разного размера. На малых оборотах
в работе участвует один малый кулачок, открывающий только один впускной клапан. На средних оборотах два малых кулачка, открывающие оба
клапана. На высоких оборотах, так же как и в предыдущем случае, один
большой, открывающий оба клапана.

Рис. 1.27. Система автоматического изменения
фаз газораспределения с разной формой кулачков:
1 — впускные клапаны; 2 — коромысла; 3 — кулачки распределительного
вала одного размера; 4 — блокирующий механизм; 5 — кулачок
распределительного вала большого размера

Система устроена следующим образом: на каждый цилиндр имеется
два впускных клапана 1, три коромысла 2 и три кулачка на распределительном валу. Два крайних одного размера 3, а третий посередине большего
размера 5.
1. На малых оборотах под воздействием малых кулачков усилие на
впускные клапана передаются через крайние коромысла, обеспечивая их
открытие в данном режиме. Среднее коромысла в этом режиме работы
двигателя не участвует, что в итоге обеспечивает короткие фазы газораспределения.
2. При переходе двигателя в режим высоких оборотов автоматически
срабатывает гидравлический блокирующий механизм 4, который соединяет
все коромысла между собой вместе.
-60-

1. . Механизм газораспределения (ГРМ)

3. Теперь на коромысла воздействует только средний кулачок большего
размера, что приводит к удлинению фаз газораспределения.
Система регулировки высоты подъема клапанов
Первого успеха в применении системы регулировки высоты подъема
впускного клапана добилась BMW, представив в 2001 г. на Женевском
автосалоне BMW 316ti Compact с системой Valvetronic. В освоении данной
системы добились подобного результата следующие марки автомобилей:
Nissan-VEL; Toyota-Valvematic; Fiat-MultiAir; Peugeot — VTI.
Данную систему можно считать наиболее совершенной, так как при
использовании этой системы можно полностью отказаться от дроссельной
заслонки, не слишком совершенного узла, участвующего в регулировании
подачи топливной смеси.
1. Электродвигатель (сервопривод).
2. Червячный вал.
3. Пружина возвратная.
4. Впускной распредвал.
5. Выпускной распредвал.
6. Червячная шестерня.
7. Эксцентриковый вал.
8. Промежуточный рычаг.
9. Коромысло впускного клапана.
10. Гидрокомпенсатор выпускного клапана.
11. Коромысло выпускного клапана.
12. Выпускной клапан.
13. Гидрокомпенсатор впускного клапана.
14. Впускной клапан.
Рис. 1.28. Система автоматического изменения фаз газораспределения
с изменением высоты подъема клапанов

В системе изменения высоты подъема клапанов помимо классической
связки распределительный вал — коромысло — клапан, присутствует еще
эксцентриковый вал и промежуточный рычаг.
Так же, как и в предыдущих системах всем управляет блок управления,
получающий сигналы с датчиков установленных на двигатели. Сопоставляя
все поступившие сигналы, он посылает сигнал управления сервоприводу 1,
который через червячный вал 2 вращает эксцентриковый вал 9.
Эксцентриковый вал 9 в свою очередь изменяет положение промежуточного рычага 10, а он через коромысло 11 высоту подъема впускного
клапана 16, регулируя фазы газораспределения. Таким образом, данная
система может очень точно подобрать необходимую фазу газораспределения
на любых оборотах.
-61-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

1.4. БЛОК ЦИЛИНДРОВ
Блок цилиндров (блок двигателя) является основной и базовой
деталью двигателя внутреннего сгорания, на него приходится основная
часть нагрузки и в нем размещаются основные узлы и механизмы. Поэтому
к блоку цилиндров предъявляют жесткие требования, его производят из
материалов высокого качества и обрабатывают на специальных высокоточных станках. В основном блоки цилиндров выполняют из перлитного серого чугуна (СЧ 21, СЧ 15) (двигатели автомобилей КамАЗ, ЗИЛ)
с небольшими добавками легирующих элементов, но в последнее время
их часто можно встретить из алюминия (АЛ 4) и даже магния. Из чугуна
в основном изготавливают блоки для грузовых автомобилей и тракторной
техники, а из алюминия — для легковых и спортивных автомобилей. На
высокофорсированных спортивных двигателях с турбонадувом в настоящее
время стали выполнять блоки из комбинированных материалов, внутренняя
часть которых отлита из алюминия, а внешняя (где располагается рубашка
охлаждения) — из магния.
Алюминиевые и комбинированные блоки (двигатели автомобилей
«Газель», ГАЗ-2207 и др.) позволяют добиться серьезного снижения веса
всего двигателя и автомобиля в целом, что является большим плюсом для
спортивных автомобилей. За счет сложной конструкции лабиринтного типа
с огромным количеством скрытых полостей блоки цилиндров отливают под
высоким давлением. Именно высокое давление позволяет получить правильную форму, предотвратить образование неоднородности и воздушных
полостей в «теле» металла.
Блоки цилиндров, которые изготавливают из комбинированного
металла, получают более сложным способом — сначала отливают среднюю
часть под высоким давлением из алюминия высокой чистоты, и только
после этого внешнюю часть из магния. Технология изготовления блоков из
комбинированных металлов очень сложна и ответственна, именно поэтому
такую конструкцию применяют только на очень дорогих автомобилях и, как
правило, несерийного производства, где снижение веса двигателя оправдано. Однако чугунные блоки выдерживают более высокие нагрузки, они устойчивее к перегревам и обладают меньшей теплоемкостью. Теплоемкость
чугуна позволяет быстрее прогреться двигателю до рабочей температуры,
что позволит сократить время работы ДВС во время прогрева при эксплуатации в зимний период. Не стоит забывать, что и теплопроводность чугуна
намного ниже (примерно в 4 раза) алюминия, из-за чего система охлаждения в таких двигателях работает в более сложных условиях.
При изготовлении блока цилиндров учитывают способ монтажа
гильз цилиндров. Гильзы цилиндров изготавливают из высоких сортов
-62-

1. . ло

илиндров

стали. Гильзы цилиндров бывают либо съемные, либо влитые (вмонтированные в блок), в настоящее время чаще всего используют влитые гильзы.
Влитые гильзы устанавливают в форму еще до образования самого блока
цилиндров, который отливают вместе с гильзами за счет чего происходит
диффузия одного металла в другой. Такой способ изготовления блока
цилиндров снижает затраты на производство ДВС, но также снижает
и ремонтопригодность двигателя в целом. В случае поломки вследствие
естественного износа или других факторов, заменить гильзу не представляется возможным, и блок утилизируется целиком. Съемные гильзы
могут быть как «мокрыми», так и «сухими». «Мокрая» гильза соприкасается
с охлаждающей жидкостью, а «сухая» устанавливается в дополнительную
внутреннюю втулку и не соприкасается с жидкостью. Также в алюминиевых
двигателях первых серий существовала острая проблема в использовании
технологии установки гильзы, так, если гильзу вливали или устанавливали
«сухую», то через некоторое время гильза расклепывала блок цилиндров
за счет разных линейных колебаний вследствие воздействия температур.
Из-за этого было отдано предпочтение «плавающим» «мокрым» гильзам.
С начала 1980-х гг. начали применять технологию запрессовки тонкостенной гильзы, окруженной алюминием, в блок цилиндров.
Блоки цилиндров V-образных двигателей имеют сложное устройство.
К примеру, блок цилиндров двигателя ЯМЗ-740, отлитый из специального
чугуна с высокими механическими свойствами, внутри разделен на четыре отсека, в каждом из которых располагается по одному цилиндру из
левого и правого рядов. Перегородки снабжены специальными силовыми
ребрами и вместе с боковыми стенками картера и цилиндровой частью
блока создают жесткую конструкцию. В развале между цилиндрами
у V-образных двигателей (например, марки ЗИЛ) находится впускной
трубопровод. На всех V-образных и рядных двигателях высокая жесткость
блока обеспечивается тем, что плоскость разъема картера и поддона картера располагается значительно ниже оси коленчатого вала. Для правильной
установки гильз цилиндров в нижней части блока цилиндров выполнены
специальные гнезда, а на гильзах имеются установочные буртики. В двигателях автомобилей ЗИЛ-433100 и его модификаций, автомобилей КамАЗ
и других верхние края гильз центрируются в специальных гнездах блока,
в двигателях автомобилей «Газель», «Волга», ГАЗ-3307 — прокладкой головки блока цилиндров. Для хорошего уплотнения верхний торец гильзы
выступает над полостью блока на 0,02–0,01 мм. Чтобы предотвратить
вытекание охлаждающей жидкости через нижние концы гильз цилиндров, они уплотняются у двигателя «Газель» прокладкой из мягкой меди
толщиной 0,3 мм, у двигателей «Волга» ГАЗ-31029 — прокладками из красной меди. У двигателя автомобиля ЗИЛ-433100 по нижнему посадочному
пояску гильзы уплотнены двумя кольцами из маслобензостойкой резины
-63-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

и третьим верхним кольцом с конической наружной поверхностью, которое служит также для предотвращения кавитации. У двигателя ЯМЗ-740
нижний пояс гильзы уплотняется двумя резиновыми кольцами, которые
устанавливаются в канавках блока.

Рис. 1.29. Блок цилиндров двигателя и его детали:
1 — блок цилиндров; 2 — картер сцепления; 3 — площадка для установки корпуса
масляных фильтров с каналами подачи и слива масла; 4 — отверстия в блоке
для установки гильз цилиндров; 5 — установочный штифт головки цилиндров;
6 — площадка для установки передней части впускного трубопровода с фильтром
вентиляции картера и отверстием для заливки масла в картер; 7 — каналы
для подачи охлаждающей жидкости от водяного насоса в блок цилиндров;
8 — правый магистральный канал для подачи масла к правому ряду толкателей
и компрессору; 9 — левый магистральный канал для подачи масла к коренным
подшипникам коленчатого вала и к левому ряду толкателей; 10 — отверстие для
установки распределительного вала; 11 — крышка распределительных шестерен;
12 — фланец для крепления центробежного датчика ограничителя числа оборотов
коленчатого вала; 13 — отверстие для выхода носка коленчатого вала;
14 — отверстие для подачи масла к компрессору; 15 — пробка отверстия для слива
масла из компрессора; 16 —крышка переднего коренного подшипника коленчатого
вала; 17 — крышка среднего коренного подшипника коленчатого вала;
18 — крышка заднего коренного подшипника коленчатого вала;
19 — перегородка (лоток) поддона картера; 20 — поддон картера двигателя;
21 — прокладка; 22 — нижняя крышка картера сцепления;
23 — площадка для крепления масляного насоса

-64-

1. . ло

илиндров

В перегородках и стенках картера выполнены арки, которые являются
верхними постелями для коренных подшипников (вкладышей) коленчатого
вала. Крышки коренных подшипников съемные и крепятся к аркам с помощью болтов. Вдоль картера выполнены главные масляные магистрали.
Для подвода масла к коренным подшипникам коленчатого вала, опорным
шейкам распределительного вала и деталям клапанного механизма в перегородках и стенках картера просверлены каналы. По всей высоте цилиндров
сделаны протоки для охлаждающей жидкости, благодаря чему обеспечивается отвод тепла от цилиндров, поршней и поршневых колец, снижается
температура моторного масла и уменьшается опасность деформации блока
от неравномерного нагрева. Для подвода охлаждающей жидкости в рубашку
охлаждения головок блока имеются специальные отверстия, уплотняемые
прокладками головок блока. В двигателях с распределительным валом,
расположенным внутри картера, имеются также полости для прохода штанг
толкателей.
В двигателях с V-образным расположением цилиндров один из рядов смещен вперед относительно другого, что необходимо для установки
двух шатунов на общую шатунную шейку коленчатого вала. В двигателе
ЯМЗ-740 смещен вперед правый ряд, а в двигателе ЗИЛ-645 — левый ряд.
Снизу картер закрыт поддоном, который одновременно является
резервуаром для запаса моторного масла. Внизу поддона выполнено отверстие для слива масла, закрываемое пробкой. Между поддоном и картером
установлена прокладка. В поддоне имеются перегородки для уменьшения
плескания масла.

1.4.1. Головки блока цилиндров
Головки блока цилиндров закрывают цилиндры, являясь их крышками. Они могут отливаться из легированного чугуна или алюминиевого
сплава. Для предотвращения коробления и снятия остаточных напряжений
головки при изготовлении подвергают искусственному старению. Головки
выполняют общими для целого ряда цилиндров у рядных и V-образных
двигателей (кроме двигателей автомобиля КамАЗ, у которых головки делаются раздельными на каждый цилиндр).
Наличие отдельных головок ускоряет и облегчает технологический
процесс обслуживания деталей ГРМ и поршня. Отдельные головки на каждый цилиндр двигателя улучшают отвод теплоты от разогретых деталей
газораспределительного механизма, но в этом случае усложняется устройство привода клапанов, затрудняется герметизация соединений впускных
и выпускных трубопроводов. Между крышкой и головкой устанавливается
прокладка из маслостойкой резины с пробковой крошкой.
-65-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

На нижней привалочной плоскости головки проточена кольцевая канавка, в которой запрессовано стальное кольцо. При креплении головки это
кольцо вжимается в прокладку, деформируя ее, и этим создавая надежный
газовый стык. Отверстие для прохода масла и охлаждающей жидкости из
блока цилиндров в головку, а также головка по контуру уплотнены специальной резиновой прокладкой.
Конструкция. Самую простую конструкцию имеют головки цилиндров
двигателей с нижним расположением клапанов. Эти головки имеют рубашки охлаждения, кроме того, в них находятся камеры сгорания и отверстия
для установки свечей зажигания.
Несколько более сложную конструкцию имеют головки цилиндров,
выполненные для всего ряда цилиндров. Кроме камер сгорания они имеют
каналы для подвода горючей смеси и отвода отработавших газов, гнезда
впускных и выпускных клапанов. Они изготавливаются из чугуна и запрессовываются в тело головки. Кроме того, в них выполнены гнезда для установки свечей зажигания или форсунок, запрессованы направляющие втулки
клапанов и установлены оси коромысел для открытия клапанов. В головке
блока имеются водяные рубашки, отверстия для входа штанг, каналы для
подвода масла и каналы для сообщения рубашки охлаждения головки блока
с рубашкой охлаждения блока цилиндров.
Головки цилиндров из алюминиевого сплава улучшают отвод теплоты
и дают возможность повысить степень сжатия на 0,2–0,3 единицы без опасности появления детонации рабочей смеси бензинового двигателя.
Таким образом, головка блока цилиндров выполняет такие важные
функции, как:
- обеспечение базировки и размещения компонентов газораспределительного механизма;
- элементов подвода и отвода топлива;
- обеспечение газодинамических характеристик воздушного заряда;
- отвод из камеры сгорания продуктов горения;
- формирование камеры сгорания и обеспечение ее герметичности;
- отвод и подвод масла для компонентов газораспределительного механизма (ГРМ);
- обеспечение соответствия автомобиля экологическим стандартам по
уровню выброса вредных веществ.
Головки цилиндров различных моделей имеют свои особенности. Так,
головки цилиндров двигателей ЗМЗ-4061 и -4063 отлиты из алюминиевого сплава и являются общими для всех цилиндров. Каналы для впускных
и выпускных клапанов выполнены раздельно: для восьми впускных клапанов — справа, а для восьми выпускных — слева.
-66-

1. . ло

илиндров

Гнезда для клапанов располагаются в два ряда относительно продольной оси двигателя. Каждый цилиндр имеет по два гнезда для впускных
клапанов и по два — для выпускных. Седла для клапанов вставные. Изготавливаются они из жаропрочного чугуна высокой твердости. Для запрессовки
седел головки нагревают до температуры 160–175 °С, а седла охлаждают до
минус 40–45 °С. В таком состоянии седла свободно вставляются в гнезда,
а после уравнивания температур обеспечивается надежная посадка седла
в гнездо. Затем металл головки при помощи специальной оправки дополнительно обжимается вокруг седла. Втулки клапанов изготавливаются из
чугуна и вставляются в головку с натягом. Фаски в седлах и отверстия во
втулках обрабатывают в сборе с головкой. Свечи зажигания устанавливаются в центре камер сгорания.
Для уплотнения головки и блока между ними ставится прокладка из
асбестового полотна, армированного металлическим каркасом и покрытого
графитом. Все отверстия в прокладке также окантованы металлом.
Сверху головки выполнены два ряда гнезд под опорные шейки впускного и выпускного распределительных валов. Крышки гнезд изготовляются
из алюминия, отдельно на каждое гнездо, кроме первой. Крышка для передних опорных шеек распределительных валов является общей и снабжена
пластмассовыми упорными фланцами, удерживающими распределительные валы от осевого перемещения.
Крышки опор растачиваются в сборе с головкой и невзаимозаменяемы.
На бобышках крышек для впускного распределительного вала выбиваются
номера «1», «2», «3» и «4», на крышках опор выпускного распределительного
вала соответственно номера «5», «6», «7» и «8». Отсчет начинается от общей
крышки для опор передних шеек.
Правильное положение головок на блоке цилиндров обеспечивается
двумя установочными штифтами — втулками, запрессованными в блок.
1. Прокладка головки блока цилиндров.
2. Головка блока цилиндров.
3. Сальник.
4. Прокладка крышки.
5. Крышка головки блока.
6. Прижимная пластина.
7. Пробка маслоналивной горловины.
8. Прокладка пробки.
9. Направляющая втулка клапана.
10. Установочная втулка.
11. Болт крепления головки блока.
Рис. 1.30. Головка блока цилиндров

-67-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

1.4.2. Форма камеры сгорания
Форма камеры сгорания. Конструкция головки блока цилиндров во
многом зависит от формы камеры сгорания и расположения клапанов. Форма камеры сгорания оказывает большое влияние на характер протекания
рабочего процесса, а именно, смесеобразование, сгорание рабочей смеси,
степень сжатия в двигателе. Форма камеры сгорания и место ее выполнения зависят от топлива, на котором работают двигатели. У бензиновых
двигателей камеры сгорания выполняются, как правило, в головке блока,
у дизелей — в головке поршня. У некоторых бензиновых двигателей
в днищах поршней выполняются углубления для увеличения объема камер
сгорания (двигатель ЗМЗ-4061).
Наибольшее распространение в бензиновых двигателях получили
камеры сгорания полусферические (рис. 1.31, схема II) и клиновые (схема III).
При нижнем расположении клапанов камеры сгорания имеют Г-образную
форму (схема IV).
На дизелях применяются неразделенные камеры сгорания (схема VI)
и разделенные (схемы VII и VIII).

Рис. 1.31. Формы камеры сгорания двигателей:
а — бензиновых двигателей; б — дизельных двигателей;
I — цилиндрическая; II — полусферическая; III — клиновая; IV — смещенная
(Г-образная); V, VI — неразделенные; VII, VIII — разделенные; 1 — клапан;
2 — свеча зажигания; 3 — поршень; 4 — камера сгорания; 5 — форсунка;
6 — предкамера; 7 — основная камера; 8 — вихревая камера

Неразделенные камеры сгорания выполняются в головке поршня. Им
придается форма, обеспечивающая завихрение впрыскиваемого топлива,
что необходимо для ускорения распыления и испарения, а, следовательно,
-68-

1. . ло

илиндров

более полного сгорания топлива. В камеру сгорания включается также
объем, заключенный между днищем поршня и нижней плоскостью головки
блока при нахождении поршня в верхней мертвой точке.
Разделенные камеры сгорания имеют сложное устройство. Форсунки 5
в них устанавливаются в предкамере 6 или в вихревой камере 8. Впрыск
и воспламенение топлива происходит в предкамере или вихревой камере,
из которых в виде горящего факела оно подается в основную камеру сгорания 7. Такое устройство камер сгорания обеспечивает более полное сгорание
топлива, но усложняет конструкцию головки.
При расположении распределительных валов на головке блока для
них выполняются пять опор под шейки. Опоры выполняются разъемными.
Верхняя половина находится в корпусах подшипников. Отверстия в опорах
обрабатывают в сборе с корпусами подшипников, поэтому они невзаимозаменяемые.

Рис. 1.32. Формы камер сгорания дизельных двигателей:
а — разделенная камера (вихревая); б — неразделенная камера;
в — камера в поршне; 1 — сферическое углубление в головке;
2 — вставка; 3 — штифт; 4 — центральный диффузор; 5 — пространство
над поршнем; 6 — углубление в днище поршня

-69-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

1.5. СИСТЕМА СМАЗКИ ДВИГАТЕЛЯ
Система смазки (другое наименование — смазочная система) предназначена для снижения трения между сопряженными деталями двигателя.
Кроме выполнения основной функции система смазки обеспечивает охлаждение деталей двигателя, удаление продуктов нагара и износа, защиту
деталей двигателя от коррозии.
Система смазки двигателя включает поддон картера двигателя с маслозаборником, масляный насос, масляный фильтр, масляный радиатор,
которые соединены между собой магистралями и каналами. В двигателях
автомобилей применяется комбинированная система смазки различных типов.
С азочна систе а

о конструк ии
С асл ны радиаторо

ез асл ного радиатора

о вентил ии картера
двигател
С открытой вентил

ией

С закрытой вентил

ией

Рис.
двигателя
Рис.1.33.
1.33.Типы
ипысмазочных
смазочных систем
систем двигателя

Комбинированной называется система смазки, осуществляющая смао бини ованной называется система смазки, осуществляющая смазывание деталей
зывание деталей двигателя под давлением и разбрызгиванием. Давление
двигателя под давлением и разбрызгиванием. авление создается масляным насосом, а
создается масляным насосом, а разбрызгивают масло коленчатый вал
разбрызгивают масло коленчатый вал и другие быстровращающиеся детали двигателя. од
и другие быстровращающиеся детали двигателя. Под давлением смазыдавление
смазываютсянагруженные
наиболее нагруженные
трущиеся
детали
двигателей——коренные
коренные и
ваются наиболее
трущиеся
детали
двигателей
шатунные
подшипники
коленчатого
вала,
опорные
подшипники
распределительного
вала,
и шатунные подшипники коленчатого вала, опорные подшипники расподшипники
вала
привода
масляного
насоса
и
др.
Разб
згивание
смазываются
стенки
пределительного вала, подшипники вала привода масляного насоса и др.
цилиндров,
поршни, поршневые
кольца,стенки
поршневые
пальцы, детали
газораспределительного
Разбрызгиванием
смазываются
цилиндров,
поршни,
поршневые
механизма,
его
цепного
или
шестеренного
привода
и
другие
детали
двигателей.
В двигателях
кольца, поршневые пальцы, детали газораспределительного механизма,
его
со
смазочной
системой
без масляного
радиатора
охлаждение
масла,
которое нагревается
цепного
или
шестеренного
привода
и другие
детали
двигателей.
В двига- в
телях соработы,
смазочной
системой
без масляного
охлаждение
масла,
процессе
происходит
в основном
в масляном радиатора
поддоне. При
наличии в смазочной
котороеанагревается
в процессе
работы,
в основном
в масляном
системе
ляного адиато
а охлаждение
масла происходит
осуществляется
и в масляном
поддоне, и в
поддоне.
При наличии
смазочной
системе
масляного движении
радиатора
охлаж- с
масляном
радиаторе,
которыеввключается
в работу
при длительном
автомобиля
дение масла
осуществляется
и в масляном
и в масляном радиавысокими
скоростями
и при эксплуатации
автомобиля поддоне,
летом.
торе,Вкоторые
включается
в работу
при длительном
автомобиля
смазочной
системе отк
той вентиляцией
ка те адвижении
двигателя картерные
газы,
с высокими
скоростями
эксплуатации
автомобиля
состоящие
из горючей
смесии при
и продуктов
сгорания,
удаляются влетом.
окружающую среду.
системе
с открытой
двигателя
кар- в
При закВ смазочной
той вентиляции
ка те
а двигателя вентиляцией
картерные газыкартера
принудительно
удаляются
терные
газы,
состоящие
из
горючей
смеси
и
продуктов
сгорания,
удаляются
цилиндры двигателя на догорание, что предотвращает попадание газов в салон кузова
легкового автомобиля и уменьшает выброс
-70-ядовитых веществ в окружающую среду.
Принципиальная схема системы смазки показана на рис. 1.3 .

1. . Система смаз и двигателя

в окружающую среду. При закрытой вентиляции картера двигателя картерные газы принудительно удаляются в цилиндры двигателя на догорание,
что предотвращает попадание газов в салон кузова легкового автомобиля
и уменьшает выброс ядовитых веществ в окружающую среду. Принципиальная схема системы смазки показана на рис. 1.34.

Рис. 1.34. Принципиальная схема смазочной системы двигателя:
1 — масляный поддон; 2 — масляный насос; 3 — редукционный клапан масляного
насоса; 4 — масломерный щуп; 5 — промежуточная шестерня; 6 — масляный
фильтр; 7 — редукционный (температурный) клапан; 8 — масляный радиатор;
9 — сливной клапан; 10 — распределительный вал; 11 — манометр; 12 — ось
коромысел; 13 — главный масляный канал; 14 — полость шатунной шейки;
15 — коленчатый вал; 16 — масло заливная горловина

Масло заливается в поддон картера 1 через горловину патрубка 16.
Количество масла в системе должно быть строго определенным. Его контролируют с помощью маслоизмерительного стержня 4, конец которого
погружен в масляную ванну. При работе двигателя масло засасывается из
поддона насосом 2 через маслоприемник и подается в фильтр 6. Из фильтра
масло поступает в главную масляную магистраль 13, выполненную в виде
продольного канала в картере двигателя. Максимальное давление масла,
-71-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

создаваемое насосом, ограничивается редукционным клапаном 3. В случае
засорения фильтра масло поступает в главную масляную магистраль через
перепускной клапан 7, минуя фильтр. Часть масла постоянно поступает для
очистки в фильтр. Фильтр, через который проходит все масло, поступающее
в главную масляную магистраль, называется «последовательно включенным или полнопоточным». Фильтр включен параллельно. Из главной масляной магистрали масло под давлением через отверстия в картере и блоке
поступает к коренным подшипникам 15 коленчатого вала, подшипникам
10 распределительного вала и в полую ось 12 коромысел. От коренных подшипников через отверстия в шейках и щеках масло подается к шатунным
подшипникам коленчатого вала. В некоторых двигателях внутри шатуна
выполняется канал, по которому масло под давлением поступает в верхнюю
головку для смазки пальца. Вытекающее через зазоры в подшипниках
коленчатого и распределительного валов масло разбрызгивается движущимися деталями кривошипно-шатунного механизма и в виде капелек и масляного тумана оседает на стенки цилиндров, кулачки распределительного
вала, толкатели, поршневые пальцы и др. У некоторых двигателей в нижней
головке шатуна делается отверстие, через которое при его совпадении
с каналом в шатунной шейке масло выбрасывается в наиболее нагруженную
часть стенки цилиндра. Давление масла контролируют электрическим манометром 11, датчик которого установлен в главной масляной магистрали,
а указатель — на щитке приборов. На некоторых двигателях для контроля
температуры масла имеется электрический термометр, датчик которого
смонтирован в поддоне картера. Для охлаждения масла системы некоторых
двигателей снабжены радиатором. Масляный радиатор обдувается потоком
воздуха, и поэтому движущееся через него масло охлаждается. Радиатор
8 включается краном в летнее время или в холодное время при большой
нагрузке двигателя. Масло поступает в радиатор через предохранительный
клапан 7. Охлажденное масло сливается в поддон картера.
Комбинированные смазочные системы позволяют упростить конструкцию двигателя, так как часть трущихся поверхностей смазывается разбрызгиваемым маслом, а под давлением оно подводится только к наиболее
напряженным узлам трения, главным образом к подшипникам коленчатого
и распределительного валов.
В зависимости от места хранения запаса масла, необходимого для
циркуляции, принудительные смазочные системы, в свою очередь, делят
на системы с мокрым картером, в которых запас масла хранится в поддоне
картера или раме двигателя, и на системы с сухим картером, в которых запас
масла находится в циркуляционных баках или цистернах, а поддон картера
или рама двигателя являются только сборниками масла, стекающего со
смазываемых поверхностей или из полостей охлаждаемых поршней, серводвигателей, передач или агрегатов.
-72-

1. . Система смаз и двигателя

Рис. 1.35. Принудительные смазочные системы

В высокофорсированных двигателях применение системы с сухим
картером объясняется также тем, что масло меньше времени соприкасается с картерными газами и нагретыми деталями, меньше вспенивается,
медленнее окисляется и насыщается водой и топливом, что способствует
сохранению свойств масла, сокращению расхода и увеличению сроков между сменами масла.
На рис. 1.35 видны дополнительные устройства смазочной системы
с сухим картером, которых нет в системе с мокрым картером. Поддон картера
или рама имеют по концам углубления, из которых масло откачивается двумя секциями насоса с помощью двух маслозаборников в наружный циркуляционный бак через охладитель по общему нагнетательному трубопроводу,
что предотвращает засасывание пены одной из секций. Из циркуляционного
бака в главную магистраль двигателя масло подается с помощью нагнетательной секции масляного насоса через полнопоточный фильтр.
При работе двигателя масло засасывается из поддона картера насосом
через маслоприемник и подается в фильтр. Фильтр, через который проходит все масло, поступающее в главную магистраль, называется последовательно включенным или полнопоточным. Если проходит только часть масла
(10–15 %), фильтр называется неполнопоточным.
Из фильтра масло поступает в масляную магистраль, выполненную
в виде продольного канала в картере двигателя. Максимальное давление
масла, создаваемое насосом, ограничивается редукционным клапаном. Из
главной магистрали масло под давлением по каналам поступает к коренным
подшипникам коленчатого вала, подшипникам распределительного вала
и в полую ось коромысел. От коренных подшипников по каналам в шейках
-73-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

и щеках масло поступает к шатунным подшипникам коленчатого вала.
В двигателях марки «ЯМЗ» по каналу в шатуне масло подается под давлением
для смазывания поршневого пальца.
Оказавшись в движущихся деталях газораспределительного механизма, масло попадает в головку блока цилиндров, где посредством разбрызгивания смазывает оси коромысла привода клапанов, кулачки распределительного вала, толкатели клапанов и всю систему головки блока цилиндров
в целом.
У некоторых двигателей в нижней головке шатуна имеется отверстие,
через которое при его совпадении с каналом в шатунной шейке масло выбрасывается в наиболее нагруженную часть стенки цилиндра.
Давление масла контролируется электрическим манометром, датчик
которого установлен в главной масляной магистрали, а указатель — на
щитке приборов. Давление масла в бензиновых двигателях 0,05–0,4 МПа,
в дизелях 0,1–0,6 МПа.
Для охлаждения масла некоторые двигатели снабжены радиатором.
Охлажденное масло сливается в поддон картера.

1.5.1. Приборы смазочной системы
Масляный насос (рис. 1.36) предназначен для подачи масла под
давлением к наиболее нагруженным поверхностям деталей и к приборам его очистки и охлаждения. Применяют насосы шестеренчатого типа
с приводом, как правило, от распределительного вала. Различают односекционные и двухсекционные насосы. Вторая секция подает масло в радиатор
для охлаждения.
Масляный насос состоит из корпуса, в котором размешены зубчатые
колеса (зазор между торцами зубьев зубчатых колес и стенками корпуса
делается минимальным); вала привода, на котором крепится посредством
шпонки ведущее зубчатое колесо; крышки; редукционного клапана; пробки. Ведомое зубчатое колесо свободно вращается на оси.
Масло транспортируется во впадинах между зубьями зубчатых колес
и выдавливается в нагнетательный канал по мере того, как зубья входят
в зацепление.
Редукционный клапан предохраняет систему смазки от чрезмерных
давлений, возникающих при пуске холодного двигателя, когда вязкость масла велика. Редукционный клапан находится в канале, соединяющем полости
нагнетания и всасывания. Канал перекрывается шариком или поршнем,
поджимаемым пружиной. С помощью пробки регулируют сжатие пружины,
а следовательно, и давление в масляной магистрали. При повышении давления поршень отходит от седла, и масло проходит из полости нагнетания
в полость всасывания.
-74-

1. . Система смаз и двигателя

Рис. 1.36. Масляный насос с маслоприемником:
а — конструкция; б — схема работы; в — схема поступления масла при чистой
сетке; г — схема поступления масла в случае засорения сетки; 1 — корпус нижней
секции насоса; 2 — болт, соединяющий корпуса секций насоса; 3 — прокладки;
4 — ведомое зубчатое колесо верхней секции; 5 — вал насоса; 6 — корпус верхней
секции; 7 — ведущее зубчатое колесо верхней секции; 8 — стопорное кольцо;
9 — крышка масляного насоса; 10 — штифт; 11 — ведущее зубчатое колесо нижней
секции; 12 — ведомое зубчатое колесо нижней секции; 13 и 15 — редукционные
клапаны; 14 — место установки крана включения масляного радиатора;
16 — верхняя секция; 17 — нижняя секция; 18 — корпус маслоприемника;
19 — трубка: 20 — пружина; 21 — сетка

-75-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

Маслоприемники служат для забора масла из поддона картера и, как
правило, являются первичным фильтром его очистки. Фильтрующая сетка
удерживается в корпусе пружиной. На корпусе имеются ребра, в которые
кромкой упирается сетка, образуя щели между нею и корпусом. При засорении фильтрующая сетка прогибается, и масло поступает в насос через щели.
Крепление фильтрующей сетки может быть и другим.
Масляные фильтры (рис. 1.37) служат для очистки масла от механических примесей (продуктов изнашивания трущихся деталей, нагара
и т.п.). Масляные фильтры в зависимости от принципа действия разделяют
на щелевые и центробежные. В щелевых фильтрах размеры задерживающихся частиц определяются величиной отверстий (щелей), через которые
проходит масло. В центробежных фильтрах твердые частицы удаляются из
масла под действием центробежных сил. В зависимости от размеров задерживаемых частиц фильтры делятся на фильтры грубой (частицы до 40 мкм)
и тонкой (частицы до 1–2 мкм) очистки. Фильтры тонкой очистки имеют
большое сопротивление и включаются параллельно. Через них проходит
около 10 % масла.
В настоящее время широко используются полнопоточные фильтры
тонкой очистки с большой фильтрующей поверхностью. Такие фильтры
иногда снабжают секцией грубой очистки. Фильтры тонкой очистки, включенные в магистраль последовательно, обязательно имеют перепускной
клапан.
Щелевой фильтр состоит из корпуса, сливной трубки, картонного
фильтрующего элемента, пружины и крышки, которая болтом крепится
к корпусу.
Масло, нагнетаемое насосом, по маслопроводу подводится к фильтру,
просачивается через микропоры картонного фильтрующего элемента, проходит через отверстия внутрь сливной трубки и по каналу поступает в блок
цилиндров.
Центробежные масляные фильтры (центрифуги) с реактивным приводом, как правило, являются фильтрами тонкой очистки. Они включаются
в смазочную систему последовательно и состоят из корпуса, неподвижной
полой оси, на которой расположен вращающийся ротор с колпаком, колпака фильтра. В двух приливах днища ротора ввернуты противоположно
направленные жиклеры. Масло под давлением подводится к фильтру через
полую ось, и полость ротора заполняется. Затем масло попадает в трубки
и вытекает с большой скоростью через жиклеры в полость корпуса и сливается в поддон картера. Создаваемая вытекающим из жиклеров маслом
реактивная тангенциально направленная сила заставляет ротор вместе
с колпаком вращаться с частотой вращения 6 000–8 000 мин-1. При вращении
вместе с колпаком масла тяжелые механические частицы отбрасываются
центробежными силами к внутренней стенке колпака ротора, образуя на
-76-

1. . Система смаз и двигателя

ней плотный осадок, а из жиклеров вытекает очищенное масло. Если центрифуга применяется в качестве полнопоточного фильтра тонкой очистки,
то часть масла (10–20 %) используется на реактивный привод, а остальное
под давлением поступает в главную масляную магистраль.

Рис. 1.37. Масляные фильтры:
а — полнопоточный; б — центрифуга; 1 — пробка сливного отверстия;
2 — сливная трубка; 3 — корпус фильтра; 4 — датчик указателя давления масла;
5 — пружина перепускного клапана; 6 — перепускной клапан; 7 — пружина;
8 — болт сливной трубки; 9 — уплотнение фильтрующего элемента;
10 — крышка; 11 — маслопровод; 12 — фильтрующий элемент; 13 — датчик
аварийного снижения давления масла; 14 — привалочная плоскость корпуса;
15 — гайка-барашек; 16 — кожух; 17 — сетчатый фильтр; 18 — ось ротора;
19 — колпак ротора; 20 и 21 — прокладки; 22 — корпус ротора; 23 — корпус
центрифуги; 24 — жиклер; 25 — упорный шарикоподшипник; 26 — стальной
отражатель; Р — сила реакции

В современных центрифугах используется не только реактивный
привод, но и принцип гидравлической турбины. В этом случае масло, поступающее в ротор центрифуги, под давлением направляется на лопатки установленной в нем турбины и раскручивает их. Поэтому исключается потеря
масла на реактивный привод, и все количество масла, поданное насосом
и прошедшее очистку, поступает к трущимся поверхностям деталей.
Масляный радиатор. Необходимую температуру масла (80–110 °С)
поддерживают с помощью двух систем — охлаждения и смазочной, работа
которых тесно связана между собой.
-77-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

Масляные радиаторы (рис. 1.38) по конструкции аналогичны трубчатопластинчатым радиаторам системы охлаждения или выполнены из оребренных трубок. Через радиатор масло прокачивается либо самостоятельным масляным насосом (секцией), либо отбирается из главной магистрали,
питаемой основным насосом, жиклером. Секцию насоса, подающего масло
в радиатор, снабжают перепускным клапаном, отрегулированным на избыточное давление (0,12 МПа). Если радиатор питается от общего насоса, то
в смазочную систему вводят предохранительный клапан, который отключает радиатор при понижении давления в системе до 0,1 МПа.

Рис. 1.38. Масляный радиатор:
1 и 4 — шланги; 2 — масляный радиатор; 3 — бачок; 5 — кран;
6 — штуцер с предохранительным (ограничительным) клапаном

1.5.2. Вентиляция картера
В процессе работы двигателя в его картер прорываются газы, состоящие из горючей смеси и продуктов полного и частичного сгорания смеси.
Количество картерных газов увеличивается по мере износа поршней,
поршневых колец и цилиндров. В газах содержатся загрязняющие масло
сернистые соединения и пары воды, что ухудшает качество масла, оказывает коррозирующее действие на подшипники. Весьма нежелательно
проникновение картерных газов в кузов или кабину автомобиля, так как
эти газы токсичны.
-78-

1. . Система смаз и двигателя

При прорыве (просачивании) из камеры сгорания газы проходят через
поршневые кольца в картер двигателя. Прорывающиеся газы, включающие
среди прочего воздух, топливо, пары и другие токсичные побочные продукты сгорания, увеличивают давление в блоке двигателя. Если эти прорывающиеся газы будут оставаться в картере двигателя, то характеристики работы
двигателя будут ухудшаться. Если прорывающиеся газы не будут выпускаться из картера двигателя, то они будут вытеснять масло из двигателя через
трубку щупа для измерения уровня масла и/или через сальники и, таким
образом, будет нарушаться процесс смазки двигателя.
Вентиляция картера двигателя (рис. 1.39) позволяет уменьшить вредное влияние картерных газов. Вентиляция картера может быть выполнена
с отводом газов наружу — открытая система или в систему питания двигателя — закрытая система, для дожигания их в цилиндрах. При открытой
системе вентиляции картера двигателя устанавливается эжекционная трубка, конец которой имеет косой срез (направлен противоположно движению
автомобиля).
При закрытой системе вентиляции пространство картера соединяется
с впускным трубопроводом. Газы отводятся через маслоуловитель и перепускной клапан во впускной трубопровод. Свежий воздух поступает в картер через фильтр маслозаливной горловины. Во время работы двигателя на
режиме холостого хода разрежение во впускном трубопроводе сильно возрастает, что приводит к нарушению состава горючей смеси и неустойчивой
работе двигателя. Для предотвращения этого устанавливается перепускной
клапан.

Рис. 1.39. Вентиляция картера открытого типа

-79-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

В вентиляции картера открытого типа (или эжекционная, когда отработанные газы выводятся наружу напрямую из картера при помощи специальной эжекционной трубки) картерные газы отсасываются в атмосферу
трубопроводом 3. Данный трубопровод имеет скос 5, который обеспечивает
разряжение в трубопроводе 3, при посредстве которого картерные газы
отсасываются в атмосферу. Приток чистого воздуха обеспечивается через
маслоналивную горловину 2, на которой расположен воздушный фильтр 1.
Воздух свободно проникает через полость 6 крышки распределительных
шестерен в поддон картера. Там воздух увлекает за собой прорвавшиеся
газы и по трубопроводу 3 удаляет их в атмосферу. Утечку масла предотвращает маслоуловитель 4. К недостатку открытой вентиляции картера двигателя можно отнести токсичность веществ, содержащихся в картерных газах.
По этой причине в современных автомобильных системах применяется
закрытый тип вентиляции.

Рис. 1.40. Вентиляция картера закрытого типа

В вентиляции картера закрытого типа (принудительная (PCV — positive
crancase ventilation)) картерные газы выводятся во впускной трубопровод
через канал, закрываемый клапаном 3, который расположен между впускными трубопроводами правого и левого цилиндров. Клапан перемещается
в направляющей 5. Когда двигатель работает с небольшой нагрузкой, разрежение во впускном трубопроводе велико, клапан приподнимается вверх
-80-

1. . Система охла дения

и своим ступенчатым хвостовиком входит в седло 4, уменьшая проходное
сечение для отсоса газов. С увеличением нагрузки (открытие дроссельной
заслонки) разряжение во впускном трубопроводе уменьшается и клапан
опускается, увеличивая проходное сечение для отсоса газов. На пути движения картерных газов установлен маслоуловитель 2 для задержания частиц
масла. Чистый воздух в картер поступает через маслозаливную горловину,
на которой установлен воздушный фильтр 1 с капроновой набивкой, смоченной маслом. Маслоотделитель служит для предотвращения попадания
паров масла в камеру сгорания автомобиля, чем уменьшает возможность
появления сажи. В настоящее время есть лабиринтный и циклический
способы отделения масла от газов. Современные двигатели оборудованы
маслоотделителем комбинированного действия. В лабиринтном маслоотделителе (другое наименование «успокоитель») замедляется движение
картерных газов, за счет чего крупные капли масла оседают на стенках
и стекают в картер двигателя. Центробежный маслоотделитель производит
дальнейшее отделение масла от картерных газов. Картерные газы, проходя
через маслоотделитель, приходят во вращательное движение. Частицы
масла под действием центробежной силы оседают на стенках маслоотделителя и стекают в картер двигателя. Клапан вентиляции картера служит для
регулирования давления поступающих во впускной коллектор картерных
газов. При незначительном разряжении клапан открыт. При значительном
разряжении во впускном канале клапан закрывается.

1.6. СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ
Система охлаждения предназначена для поддержания оптимального
теплового режима двигателя, чтобы он не перегревался и не переохлаждался.
Требования к системе охлаждения:
- автоматическое поддержание оптимального теплового режима в двигателе, независимого от режима работы и внешних условий;
- быстрый прогрев двигателя до рабочей температуры;
- длительное сохранение теплоты после остановки двигателя;
- малые энергетические затраты, связанные с приводом агрегатов системы охлаждения.
Сгорание топливовоздушной смеси сопровождается выделением значительного количества теплоты. Если двигатель не охлаждать или охлаждать
недостаточно, то его детали могут нагреться до высокой температуры, а это
уменьшает их прочность и наполнение цилиндров, ухудшает условия работы
смазочной системы вследствие снижения вязкости перегретого масла, ускоряет срабатывание присадок к маслам и увеличивает количество отложений
и нагара на деталях.
-81-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

Переохлаждение двигателя сопровождается ростом механических потерь из-за повышения вязкости масла, ухудшением процессов смесеобразования и сгорания, следствием чего является повышенный расход топлива.
Конденсация паров воды в картерной полости холодного двигателя и на
стенках цилиндров интенсифицирует коррозионный износ. В отработавших газах повышается содержание углеводородов несгоревшего топлива
и высокотоксичных альдегидных соединений.
Принудительный отвод теплоты от деталей двигателя осуществляется
с помощью жидкости или воздуха, в связи с чем различают двигатели жидкостного и воздушного охлаждения.
На современных автомобилях система охлаждения, помимо основной
функции, выполняет ряд других функций, в том числе:
- нагрев воздуха в системе отопления, вентиляции и кондиционирования;
- охлаждение масла в системе смазки;
- охлаждение отработавших газов в системе рециркуляции отработавших газов;
- охлаждение воздуха в системе турбонаддува;
- охлаждение рабочей жидкости в автоматической коробке передач.
В зависимости от способа охлаждения различают следующие виды систем охлаждения: жидкостная (закрытого типа), воздушная (открытого типа)
и комбинированная. В системе жидкостного охлаждения тепло от нагретых
частей двигателя отводится потоком жидкости. Воздушная система для охлаждения использует поток воздуха. Комбинированная система объединяет
жидкостную и воздушную системы.

1.6.1. Жидкостная система охлаждения
Большинство автомобильных двигателей имеют жидкостные системы
охлаждения закрытого типа (рис. 1.41).
Жидкостная система охлаждения более инерционна. Двигатель
медленно прогревается, но и медленно остывает. Кроме того, большая
теплоемкость охлаждающей жидкости обеспечивает интенсивный и равномерный теплоотвод и меньшую температуру деталей. Теплота, отводимая от двигателей, используется для подогрева впускного трубопровода
и улучшения смесеобразования, а также для отопления кабины или салона
автомобиля в холодную погоду.
Система охлаждения двигателя состоит из радиатора, вентилятора,
жидкостного насоса, рубашки охлаждения блока цилиндров, рубашки охлаждения головки блока цилиндров, термостата, патрубков, шлангов, расширительного бачка, приборов контроля температуры жидкости, сливных
краников.
-82-

1. . Система охла дения

Циркуляцию жидкости в системе охлаждения осуществляют по двум
кругам: малому и большому.

Рис. 1.41. Схема системы жидкостного охлаждения двигателя

Рис. 1.42. Система охлаждения двигателя УАЗ-Патриот:
1, 2 — радиаторы отопителя; 3 — электронасос; 4 — двигатель; 5 — дроссельный
патрубок; 6 — термостат; 7 — датчик указателя температуры охлаждающей
жидкости; 8 — датчик сигнальной лампы перегрева охлаждающей жидкости;
9 — вязкостная муфта привода вентилятора; 10 — вентилятор; 11 — пробка
радиатора; 12 — радиатор; 13 — пробка расширительного бачка;
14 — расширительный бачок; 15 — электровентилятор;
16 — водяной насос; 17 — сливной кран блока цилиндров

-83-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

По малому кругу жидкость циркулирует при пуске холодного двигателя,
обеспечивая его быстрый прогрев в такой последовательности: жидкостной
насос — распределительные трубы — рубашка охлаждения блока цилиндров — рубашка охлаждения головки блока цилиндров — верхний патрубок
термостата (клапан закрыт) — перепускной шланг — приемная полость
жидкостного насоса.
По большому кругу жидкость циркулирует при прогретом двигателе:
жидкостной насос (как и по малому кругу) — термостат (клапан открыт) —
резиновый шланг — патрубок радиатора — верхний бачок радиатора —
сердцевина радиатора — нижний бачок радиатора — патрубок — шланги — приемная полость жидкостного насоса.

1.6.2. Воздушная система охлаждения
Воздушное охлаждение применяется преимущественно на авиационных и мотоциклетных двигателях, а иногда также на двигателях для
легковых автомобилей и тракторов. Цилиндры с воздушным охлаждением
изготовляются отдельно один от другого и отъемными от картера. Для увеличения поверхности охлаждения стенки цилиндра снабжаются ребрами.
Цилиндры могут быть изготовлены: цельностальными с механически обработанными ребрами, чугунными с отлитыми ребрами, составными — из
стальной гильзы с напрессованной алюминиевой оребренной муфтой или
с развальцованными у основания алюминиевыми полукольцевыми ребрами. В верхней наиболее нагретой части цилиндра ребра делают большой
высоты. Ребра на поверхности цилиндра располагают в соответствии с направлением воздушного потока, омывающего цилиндр. Следует отметить,
что, помимо охлаждения, ребра служат также для повышения жесткости
цилиндра.
Цилиндры двигателей с воздушным охлаждением могут представлять собой моноблок или быть составными. Цилиндр, изображенный на
рис. 1.43, изготовлен в виде общей отливки, состоящей из собственно цилиндра 1, головки 2, впускного и выпускного патрубков и охлаждающих
ребер. В нижней части цилиндр имеет фланец с отверстиями для крепления
болтами к картеру2.
При сравнении жидкостной системы охлаждения с воздушной выявляются следующие преимущества последней: простота и удобство в эксплуатации из-за отсутствия жидкости; меньшая масса двигателя с воздушным
охлаждением по сравнению с массой аналогичного двигателя с жидкостным
охлаждением; пониженная чувствительность к колебаниям температуры,
особенно ценная при эксплуатации автомобиля в районах с жарким или
холодным климатом.
2

См.: Двигатели внутреннего сгорания : сайт. URL : http// cogeneration.com.ua.

-84-

1. . Система охла дения

Рис. 1.43. Система воздушного охлаждения двигателя

К недостаткам двигателей с воздушным охлаждением относятся следующие: значительный расход мощности на привод вентилятора; некоторое
ухудшение наполнения цилиндра, приводящее к тому, что при одинаковых частотах вращения коленчатого вала и других параметрах двигатель
с воздушным охлаждением развивает несколько меньшую мощность, чем
двигатель с жидкостным охлаждением; повышенный шум при работе; большая тепловая напряженность отдельных деталей.

1.6.3. Приборы жидкостной системы охлаждения
Радиатор (рис. 1.44) является теплообменником системы охлаждения,
где поступающая из двигателя жидкость передает теплоту потоку воздуха.
Радиатор состоит из верхнего и нижнего бачков, соединенных между
собой трубками, образующими его охлаждающую решетку (сердцевину радиатора). Верхний бачок радиатора имеет наливную горловину с пробкой,
а нижний — сливной кран. В наливную горловину впаяна пароотводная
трубка, соединенная с расширительным бачком. Пароотводная трубка
заглублена в радиатор, где отводимые пары конденсируются. К верхнему
и нижнему бачкам припаяны боковые стойки. Стойки и пластина образуют каркас радиатора. Сердцевина радиатора состоит из нескольких рядов
трубок, впаянных в верхний и нижний бачки. К трубкам крепятся тонкие
охлаждающие пластины или гофрированные ленты, изготовленные из латуни, алюминия или красной меди.
Изготавливаются радиаторы преимущественно из меди и алюминия,
как материалов прочных, удобных в ремонте и имеющих хорошие параметры теплоотдачи. Современный радиатор двигателя может быть:
1) трубчатым;
2) пластинчатым;
3) иметь форму сот.
-85-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

Между пластинами, сотами или трубами располагаются поперечные
латунные полоски, делающие изделие более жестким, а также увеличивают
площадь обдува, что повышает качество охлаждения. Постоянное круговое
движение жидкого теплоносителя в системе обеспечивается специальным
устройством — помпой. Все части системы соединяются между собой термостойкими патрубками, чаще всего прорезиненными.

Рис. 1.44. Радиатор и пробка радиатора:
1 — каркас; 2 — жалюзи; 3 — тяга; 4 — рукоятка привода жалюзи; 5 — фиксатор;
6 — стойка; 7 — пробка радиатора; 8 — горловина радиатора; 9 — верхний бачок;
10 и 13 — гибкие шланги; 11 — отводящий патрубок; 12 — сердцевина радиатора;
14 — сливной кран радиатора; 15 — нижний бачок; 16 — направляющий кожух;
17 — пароотводная трубка; 18 —корпус пробки; 19 — пружина парового клапана;
20 — стойка; 21 — запирающаяся пружина; 22 — паровой (выпускной) 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

В качестве теплоносителя, циркулирующего в радиаторе, чаще всего
применяются антифриз или простая дистиллированная вода. Жидкость
заливается в специальный расширительный бачок, предназначаемый не
-86-

1. . Система охла дения

только для повышения удобства наполнения, но и для обеспечения возможности расширения жидкости в системе, так как ее объем варьируется
в зависимости от температуры и давления.
Пробка наливной горловины (рис. 1.44) в закрытых системах
жидкостного охлаждения имеет два предохранительных клапана с уплотнительными резиновыми прокладками и пружинами. Паровой клапан
регулируют на избыточное давление (0,145–0,160 МПа), воздушный клапан
открывается при падении давления в системе ниже атмосферного не более
чем на 0,01 МПа.
При нормальном функционировании клапанов система охлаждения
только кратковременно может сообщаться с окружающей средой или полостью расширительного бачка.
Жалюзи устанавливаются перед радиатором, с их помощью регулируется количество воздуха, проходящего через сердцевину радиатора.
Жалюзи изготовляются в виде набора вертикальных или горизонтальных
пластин — створок из оцинкованного железа, которые объединены общей
рамкой и снабжены шарнирным устройством, обеспечивающим одновременный или групповой поворот их вокруг своей оси. Жалюзи прикрепляют
к каркасу радиатора или к его наружной облицовке. Управление створками
осуществляется вручную или с помощью устройства с термостатом.
Жидкостной насос создает в системе охлаждения принудительную
циркуляцию жидкости. Применяют одноступенчатые жидкостные насосы
центробежного типа. Привод насоса, как правило, работает от шкива коленчатого вала посредством клиноременной передачи.
Жидкостной насос состоит из корпуса, вала привода с крыльчаткой,
ступицы для крепления шкива привода, самоподжимной уплотняющей
манжеты, двух латунных обойм, резиновой манжеты, уплотняющей шайбы
и пружинного кольца. Вал насоса вращается в двух шарикоподшипниках.
Центробежные насосы одноступенчатого типа, рассчитанные на
давление в 0,04–0,1 МПа, отличаются компактностью и обеспечивают
достаточную подачу жидкости при сравнительно больших зазорах между
крыльчаткой и стенками корпуса.
Вентилятор служит для создания воздушного потока, проходящего
через сердцевину радиатора, для охлаждения жидкости, протекающей по
трубкам.
Вентилятор состоит из ступицы со шкивом, к которой крепятся лопасти. Лопасти вентиляторов изготовляются из листовой стали или из
пластмассы. Привод вентилятора имеет автоматическое включение
и выключение и осуществляется посредством:
- зубчатых колес;
- клиноременной передачи;
- электромагнитной муфты;
-87-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

- гидродинамической муфты;
- автономного электрического привода;
- вязкостной муфты;
- фрикционной муфты.
Вентилятор устанавливают непосредственно за радиатором. Для повышения эффективности работы вентилятора его иногда размещают в направляющем кожухе, закрепленном на радиаторе. На привод вентилятора
затрачивается 3–5 % мощности двигателя. Вентилятор повышает уровень
шума двигателя. Поэтому стремятся обеспечить эффективную работу системы охлаждения с минимальными энергетическими затратами.
Термостат (рис. 1.45) автоматически поддерживает необходимую
температуру жидкости в системе охлаждения и позволяет быстро прогреть
холодный двигатель при пуске.

Рис. 1.45. Схема термостата

Термостаты бывают жидкостные (сильфонные) и с твердым наполнителем, а также одноклапанные, которые ограничивают только поток
жидкости, и двухклапанные, распределяющими поток жидкости между
радиатором и малым кругом циркуляции жидкости. Устанавливают термостат либо на пути движения жидкости к радиатору (верхний патрубок), либо
перед насосом.
Жидкостной термостат состоит из корпуса с окнами, гофрированного баллона, заполненного легко испаряющейся жидкостью — смесью
2/3 дистиллированной воды и 1/3 этилового спирта и клапана. Нижняя часть
баллона жестко соединена с кронштейном корпуса. К верхней части баллона припаян шток с клапаном. Шток может перемещаться в направляющей
корпуса. Если жидкость в системе охлаждения не прогрета, то давление
в сильфоне понижено и жидкость находится в сжатом состоянии (клапан
закрыт).
-88-

1. . Система охла дения

Рис. 1.46. Работа термостата:
а — жидкостного; б — с твердым наполнителем; 1 — корпус жидкостного 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; 10 — твердый наполнитель;
11 — резиновая мембрана; 12 — направляющая втулка; 13 — возвратная
пружина; 14 — коромысло клапана; 15 — буфер; 16 — впускной трубопровод

-89-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

По мере прогрева системы охлаждения жидкость в сильфоне испаряется, давление повышается, сильфон расширяется, открывается клапан.
С этого момента жидкость начинает циркулировать через радиатор. Клапан
начинает открываться при температуре жидкости 70–80 °С и полностью
открывается при температуре 85–95 °С.
Термостаты жидкостного типа вследствие образования микроскопических трещин в стенках сильфона и потери герметичности имеют ограниченный срок службы.
В настоящее время применяют термостаты с твердым наполнителем.
Они состоят из капсулы, заполненной активной массой (кристаллическим
воском с медными опилками и церезином). Капсула закрыта резиновым
буфером-мембраной, соединенным со штоком. Шток упирается в регулировочный винт, расположенный в верхней рамке термостата, кольцо
которой образует седло для основного клапана. Клапан и вместе с ним
капсула поджимаются пружиной, которая вторым своим концом упирается
в нижнюю рамку. При расширении активной массы шток, упирающийся
в регулировочный винт, отжимает всю капсулу вместе с основным клапаном
и открывает проход жидкости к радиатору.

1.6.4. Предпусковой подогреватель
Предпусковой подогреватель (рис. 1.47) служит для предварительного
прогрева двигателя перед пуском при низких температурах окружающей
среды и способствует уменьшению износа цилиндров и поршней.
В комплект пускового подогревателя входят котел, заполненный
охлаждающей жидкостью, топливный бачок, электромагнитный клапан,
вентилятор с электродвигателем, свеча накаливания, пульт управления.
Перед пуском двигателя открывается электромагнитный клапан,
и топливо поступает в камеру сгорания котла, где первоначально воспламеняется свечой. Воздух подается в котел от вентилятора. Горячие газы,
проходя через газопроводы котла, нагревают жидкость, а при выходе из
котла патрубком направляются на поддон картера, нагревая в нем масло.
Охлаждающая жидкость нагревается в котле и вследствие конвекции поступает в рубашку охлаждения блока цилиндров.

1.7. СИСТЕМА ПИТАНИЯ
КАРБЮРАТОРНОГО ДВИГАТЕЛЯ
Система питания карбюраторного двигателя служит для приготовления горючей смеси из паров топлива и воздуха в определенных пропорциях,
подачи ее в цилиндры двигателя и отвода из них отработавших газов.
-90-

1. . Система питания арб раторного двигателя

Рис. 1.47. Предпусковой подогреватель двигателя ЗИЛ-508.10:
1 — топливный бачок; 2 — пробка бачка; 3 — воронка; 4 — кран;
5 — электродвигатель с вентилятором; 6 — сливной кран трубопровода
подогревателя; 7 — ручка управления краном; 8 — электромагнитный клапан;
9 — регулировочная игла; 10 — спираль подогрева электромагнитного клапана;
11 — трубка от электромагнитного клапана; 12 — шланг подвода воздуха;
13 — свеча накаливания; 14 — отводящая трубка от двигателя к котлу;
15 — лоток; 16 — сливной кран лотка; 17 — котел подогревателя; 18 — подводящая
трубка от котла к двигателю; 19 — штуцер; 20 — провод; 21 — пульт управления;
22 — контрольная спираль; 23 — ручка переключателя;
24 — выключатель свечи накаливания; 25 — топливопровод

В систему питания карбюраторного двигателя входят: топливный
бак, фильтр-отстойник, топливопроводы, топливный насос, фильтр тонкой
очистки топлива, карбюратор, воздухоочиститель, впускной трубопровод,
выпускной трубопровод, приемные трубы, глушитель, приборы контроля
уровня топлива.
При работе двигателя топливный насос засасывает топливо из топливного бака и через фильтры подает в поплавковую камеру карбюратора.
При такте впуска в цилиндре двигателя создается разрежение и воздух,
пройдя через воздухоочиститель, поступает в карбюратор, где смешивается
-91-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

с парами топлива и в виде горючей смеси подается в цилиндр, и там, смешиваясь с остатками отработавших газов, образуется рабочая смесь. После
совершения рабочего хода отработавшие газы выталкиваются поршнем
в выпускной трубопровод и по приемным трубам через глушитель в окружающую среду.

Рис. 1.48. Система питания карбюраторного двигателя:
1 — электрический датчик указателя уровня топлива в баке; 2 — топливный бак;
3 — заливная горловина; 4 — фильтр грубой очистки; 5 — диафрагма топливного
насоса; 6 — впускной клапан; 7 — выпускной клапан; 8 — рычаг дроссельной
заглушки; 9 — карбюратор; 10 — масляная ванна воздухоочистителя;
11 — фильтрующий элемент воздухоочистителя; 12 — выпускной коллектор;
13 — фильтр-отстойник грубой очистки; 14 — топливопровод; 15 — выпускная
труба; 16 — эксцентрик; 17 — пружина диафрагмы; 18 — глушитель

1.7.1. Горючая смесь
Горючей смесью называется смесь паров (бензина) с воздухом
в определенной пропорции. Подсчитано, что для полного сгорания 1 кг
бензина в цилиндрах двигателя требуется теоретически 14,9 кг воздуха.
Действительное количество воздуха, участвующего в образовании горючей
смеси, может быть и больше, и меньше указанной величины. Поэтому состав
горючей смеси принято характеризовать коэффициентом избытка воздуха
α, представляющим отношение действительного количества воздуха GД,
участвующего при сгорании бензина, к теоретически необходимому его
количеству GТ; рассчитывается по формуле (1.7):
GД
α = —— .
(1.7)
GТ
-92-

1. . Система питания арб раторного двигателя

Горючая смесь, поступающая в цилиндры, приготовляется в смесительной камере карбюратора и представляет собой смесь паров мелко
распыленного бензина и воздуха. Процесс смесеобразования продолжается
во впускном трубопроводе и цилиндрах двигателя, где горючая смесь,
смешиваясь с остатками отработавших газов, образует рабочую смесь.
Для приготовления горючей смеси используют тщательно очищенные от
механических примесей топливо и воздух. Горючая смесь должна сгорать
полностью в доли секунды (0,01–0,02 С):
1) нормальная горючая смесь — если в сгорании 1 кг бензина участвует
14,9 кг воздуха, α = 1;
2) богатая горючая смесь, α = 0,5–0,8 (горючая смесь сгорает не полностью из-за значительного недостатка воздуха);
3) обогащенная горючая смесь, α = 0,85–0,95 (скорость горючей смеси возрастает, двигатель развивает наибольшую мощность, но при этом
повышается расход топлива из-за недостаточно полного сгорания смеси
вследствие незначительного недостатка воздуха);
4) бедная горючая смесь, α = 1,1–1,2 (горючая смесь сгорает не полностью, медленно, из-за значительного избытка воздуха), при этом большая
часть теплоты поглощается стенками цилиндров, что вызывает перегрев
двигателя и неустойчивую его работу. Мощность двигателя падает, возрастает расход топлива;
5) обедненная горючая смесь, α = 1,05–1,07 (наиболее полное сгорание
смеси). Мощность двигателя несколько снижается, экономичность заметно
повышается, так как происходит наиболее полное сгорание топлива.
При пуске холодного двигателя карбюратор должен приготавливать
богатую горючую смесь. Так как частота вращения коленчатого вала двигателя невелика, а стенки цилиндров холодные, то горючая смесь плохо испаряется. Часть ее паров конденсируется на холодных стенках цилиндров,
смывая масляную пленку на них, а стекая в поддон картера, разжижает там
масло. При этом смесь несколько обедняется и воспламеняется электрической искрой от системы зажигания.
При работе двигателя на холостом ходу и малых нагрузках карбюратор
должен приготавливать обогащенную горючую смесь, так как частота вращения коленчатого вала невелика и цилиндры недостаточно очищаются от
отработавших газов, которые обедняют горючую смесь.
Во время работы двигателя на средних нагрузках горючая смесь должна быть обедненной, на полных нагрузках — обогащенной. Резкое открытие
дроссельной заслонки в карбюраторе может вызвать обеднение горючей
смеси и двигатель остановится. Для предупреждения этого служит ускорительный насос.
Во время работы двигателя на полной нагрузке горючая смесь должна
быть обогащенной. Этот режим необходим при разгоне автомобиля, дви-93-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

жении автомобиля с максимальной скоростью, преодолении подъемов или
тяжелых участков дороги.
Таким образом, в процессе работы двигателя карбюратор должен изменять состав горючей смеси в зависимости от режима работы двигателя.

1.7.2. Простейший карбюратор
Процесс приготовления горючей смеси из мелко распыленного топлива и воздуха, происходящий вне цилиндров, называется карбюрацией,
а прибор, в котором происходит приготовление горючей смеси определенного состава в зависимости от режима работы двигателя, называется
карбюратором.
Простейший карбюратор (рис. 1.49) состоит из воздушного патрубка,
поплавковой камеры с поплавком и игольчатым клапаном, смесительной
камеры, диффузора, главного дозирующего устройства — распылителя
и топливного жиклера, дроссельной заслонки.
Поплавковая камера служит для поддержания постоянного уровня
топлива у распылителя (1,5–2 мм).

Рис. 1.49. Схема простейшего карбюратора
1 — трубопровод; 2 — отверстие в поплавковой камере; 3 — диффузор;
4 — распылитель; 5 — дроссельная заслонка; 6 — смесительная камера;
7 — жиклер; 8 — поплавковая камера; 9 — поплавок; 10 — игольчатый клапан

-94-

1. . Система питания арб раторного двигателя

В смесительной камере происходит смешивание паров топлива с воздухом, образуется топливовоздушная смесь.
Распылитель (тонкая трубка) служит для подачи топлива в центр смесительной камеры.
Жиклер (калиброванное отверстие) дозирует количество топлива,
проходящего к распылителю.
Диффузор (короткий патрубок, суженный внутри) увеличивает скорость воздушного потока в центре смесительной камеры, чем достигается
увеличение разряжения у носика распылителя.
Дроссельная заслонка регулирует количество горючей смеси, подаваемой в цилиндры двигателя, уменьшая или увеличивая проходное сечение
смесительной камеры.

1.7.3. Работа карбюратора
Топливо (бензин) в карбюраторе находится в поплавковой камере.
Поплавок в ней контролирует постоянный уровень бензина. При снижении
уровня топлива, поплавок, опускаясь с уровнем вниз, за счет своей массы
действует через рычажный механизм на игольчатый клапан. Тот открывает
канал, через который поступает топливо от топливного насоса двигателя.
При повышении уровня поплавок давит на клапан в обратном направлении,
и он закрывает подачу бензина. Дело в том, что топливный насос работает
автоматически от ДВС, и количество подаваемого им топлива не регулируется. В то же время в карбюраторе, в зависимости от нагрузки на двигатель,
этот объем расходуемого топлива постоянно меняется в большую или меньшую сторону. Поплавок в камере автоматически обеспечивает необходимое
количество бензина для работы при любой нагрузке.
Из поплавковой камеры топливо попадает в смесительную камеру
через жиклер и распылитель. Жиклер представляет собой маленькую трубку
с узким каналом. Именно он дозирует тот объем бензина, поступающего
в смесительную камеру, а диаметр канала жиклера для каждой модели ДВС
разная. Любая мелкая соринка, прошедшая через все стадии очистки топлива и попавшая в канал, способна застрять в нем, тем самым остановить
всю работу двигателя. Поэтому топливо подвергается нескольким стадиям
очистки от заправки в топливный бак автомобиля на АЗС до попадания
в карбюратор двигателя.
Для холодного пуска двигателя автомобиля в карбюраторе предусмотрен также жиклер «холостого хода» (система холостого хода). При
закрытой дроссельной и воздушной заслонке и проворачивании коленвала
от автомобильного аккумулятора, он обеспечивает подачу паров топлива
в большей концентрации, чем обычно, что облегчает запуск двигателя.
-95-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

При такте впуска, из-за создаваемого поршнем разрежения, воздух
через воздушный патрубок поступает в диффузор. В диффузоре скорость
воздуха, а следовательно, и разряжение увеличиваются. Под действием
перепада давлений между поплавковой камерой и диффузором топливо
через жиклер распылителя поступает в диффузор, подхватывается потоком
воздуха, распыляется и испаряется, образуя топливовоздушную смесь. Из
смесительной камеры горючая смесь по впускному трубопроводу поступает
в цилиндры двигателя. По мере открытия дроссельной заслонки скорость
потока воздуха и разряжение в диффузоре возрастают, что увеличивает
расход топлива. Однако необходимого повышения расхода топлива не происходит, горючая смесь обогащается.

Рис. 1.50. Схема карбюратора:
1 — рычаг привода дроссельных заслонок; 2 — винт регулировки открытия
дроссельных заслонок; 3 — патрубок подвода картерных газов из фильтра;
4 — рычаг привода воздушной заслонки; 5 — винт крепления троса воздушной
заслонки; 6 — винт крепления оболочки воздушной заслонки; 7 — винт
токсичности; 8 — винт топливного жиклера системы холостого хода;
9 — пробка фильтра; 10 — рычаг привода насоса ускорителя;
11 — винт регулировки состава смеси холостого хода

1.7.4. Вспомогательные устройства карбюратора
Для улучшения характеристик карбюратора используют следующие
дополнительные устройства, обеспечивающие приготовление горючей
смеси постоянного состава на различных режимах работы двигателя:
- пусковое устройство;
- систему холостого хода;
- систему компенсации горючей смеси;
- экономайзер;
- ускорительный насос.
-96-

1. . Система питания арб раторного двигателя

Пусковое устройство
Пусковое устройство предназначено для значительного обогащения
(α = от 0,2 до 0,6) горючей смеси при пуске холодного двигателя и представляет собой воздушную заслонку с автоматическим клапаном.
Частота вращения коленчатого вала при пуске двигателя низкая,
поэтому скорость воздуха, а следовательно, и разрежение в диффузоре
небольшие. В смесительную камеру поступает недостаточное количество
топлива, и для компенсации смесь искусственно обогащают. Воздушной
заслонкой перекрывают воздушный патрубок перед диффузором. При этом
количество воздуха, поступающего в карбюратор, уменьшается, а разрежение значительно увеличивается, и топливо фонтанирует из распылителя
главной дозирующей системы. При первых вспышках в цилиндрах открывается автоматический клапан, и воздух поступает в смесительную камеру.
По мере прогрева двигателя постепенно открывается воздушная заслонка.

1. Поплавковая камера.
2. Топливный жиклер.
3. Регулировочный винт.
4. Распылитель.
5. Воздушная заслонка.
6. Автоматический клапан
с пружиной

Рис. 1.51. Схема пускового устройства

Топливо в карбюраторе находится в поплавковой камере. Поплавок
в ней контролирует постоянный уровень бензина. При снижении уровня
поплавок, опускаясь с уровнем вниз, за счет своей массы действует через
рычажный механизм на игольчатый клапан. Тот открывает канал, через который поступает топливо от топливного насоса двигателя. При повышении
уровня поплавок давит на клапан в обратном направлении, и он закрывает
подачу бензина. Топливный насос работает автоматически от ДВС, и количество подаваемого им топлива не регулируется. В то же время в карбюраторе, в зависимости от нагрузки на двигатель, этот объем расходуемого
топлива постоянно меняется в большую или меньшую сторону. Поплавок
-97-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

в камере автоматически обеспечивает необходимое количество бензина
для работы при любой нагрузке.
Из поплавковой камеры топливо попадает в смесительную камеру
через жиклер и распылитель. Жиклер — это маленькая трубка с узким
каналом. Он дозирует тот объем бензина, поступающего в смесительную
камеру, а ширина канала жиклера для каждой модели ДВС разная. Это
очень «капризный» элемент системы питания двигателя автомобиля, так
как любая мелкая соринка, прошедшая через все стадии очистки топлива
и попавшая в канал, способна застрять в нем, тем самым остановить всю
работу двигателя. Поэтому топливо и подвергается нескольким стадиям
очистки от заправки в топливный бак автомобиля на АЗС до попадания
в карбюратор двигателя.
Для холодного пуска двигателя автомобиля в карбюраторе предусмотрен также жиклер «холостого хода» (система холостого хода). При закрытой
дроссельной и воздушной заслонке и проворачивании коленчатого вала
от автомобильного аккумулятора он обеспечивает подачу паров топлива
в большей концентрации, чем обычно, что облегчает запуск двигателя.
Система холостого хода
После пуска двигателя наступает период работы ДВС, называемый
«холостым ходом». Холостой ход — момент, когда двигатель работает без
нагрузки. Двигатель работает равномерно, не глохнет, но в то же время
и не испытывает дополнительных нагрузок. Для этого процесса требуются
минимальные затраты воздуха и топлива. Однако слабый поток воздуха,
перекрываемый воздушной заслонкой, не обеспечивает качественное
образование паров бензина для приготовления рабочей смеси. Поэтому

1. Дроссельная заслонка.
2. Отверстия системы
холостого хода.
3. Жиклер холостого хода.
4. Каналы.
5. Воздушный жиклер.
6. Регулировочный винт

Рис. 1.52. Система холостого хода

-98-

1. . Система питания арб раторного двигателя

в карбюраторе предусмотрена система холостого хода. Система холостого
хода обеспечивает подачу необходимого количества бензина в цилиндр,
минуя распылитель (рис. 1.52). Бензин, минуя распылитель, через жиклер
по каналам поступает в нижнюю часть смесительной камеры, где создается
разряжение, и обеспечивается образование паров топлива.
Главная дозирующая система
Для движения автомобиля требуется увеличение мощности двигателя
за счет большей подачи топливно-воздушной смеси в его цилиндры. За этот
процесс отвечает главная дозирующая система карбюратора (рис. 1.53).
При движении автомобиля не требуется значительный расход топлива,
поэтому рабочая смесь в карбюраторе приготавливается с незначительным
его количеством. То есть соотношение воздуха и паров бензина при образовании смеси обеспечивает равномерную работу двигателя и движение
автомобиля на ровном участке. За счет этого, собственно, и происходит
оптимальный и экономичный расход топлива.

1. Воздушный жиклер.
2. Распылитель.
3. Диффузор.
4. Топливный жиклер.
5. Дроссельная заслонка

Рис. 1.53. Главная дозирующая система

Система компенсации горючей смеси
Система компенсации горючей смеси (рис. 1.54) обеспечивает приготовление обедненной (α = от 1,05 до 1,1) экономичной горючей смеси
постоянного состава при работе двигателя на средних нагрузках. В карбюраторах применяют следующие способы компенсации горючей смеси:
- регулирование разрежения в диффузоре;
- установка двух жиклеров — главного и компенсационного;
-99-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

- пневматическое торможение истечения топлива в главной дозирующей системе.
Наибольшее распространение получил способ пневматического торможения истечения топлива, где в систему компенсации входит промежуточный колодец, в котором установлена эмульсионная трубка с калиброванными отверстиями в стенках. В верхней части трубки установлен
воздушный жиклер. При работе двигателя топливо поступает из поплавковой камеры через главный жиклер и заполняет промежуточный колодец
и полость эмульсионной трубки. При движении воздуха через диффузор происходит истечение топлива из колодца. Скорость истечения увеличивается.
Уровень топлива в колодце падает, и обнажаются отверстия эмульсионной
трубки, через которые воздух через воздушный жиклер системы поступает
в колодец, смешиваясь с топливом. Образуется топливовоздушная эмульсия, которая поступает через главный распылитель в смесительную камеру,
образуя обедненную горючую смесь постоянного состава, что необходимо
для работы двигателя на всем диапазоне средних нагрузок.

Рис. 1.54. Работа системы компенсации горючей смеси
пневматическим торможением истечения топлива:
1 — распылитель; 2 — воздушная заслонка; 3 — воздушный жиклер;
4 — топливный колодец; 5 — трубка; 6 — поплавковая камера;
7 — главный жиклер; 8 — дроссельная заслонка; 9 — диффузор

Экономайзер служит для обогащения (α = от 0,85 до 0,9) горючей
смеси при работе двигателя на полных нагрузках, подавая дополнительное
количество топлива в смесительную камеру. Привод экономайзера может
быть механическим или пневматическим.
Экономайзер (рис. 1.55, а) состоит из клапана с пружиной, установленного в поплавковой камере карбюратора, топливного жиклера, распы-100-

1. . Система питания арб раторного двигателя

лителя, топливного канала, толкателя с подвижной стойкой, соединенной
с дроссельной заслонкой.
При переходе двигателя на режим полной нагрузки, что соответствует
открытию дроссельной заслонки больше чем на 80–85 %, толкатель приводной
планки входит в контакт с клапаном и открывает его. Топливо через жиклер
поступает в смесительную камеру, приготавливая обогащенную горючую
смесь постоянного состава, что необходимо для работы двигателя на полных
нагрузках.

Рис. 1.55. Экономайзер и ускорительный насос:
a — экономайзер с механическим приводом; б — ускорительный насос;
1 — жиклер экономайзера; 2 — тяга; 3 — пружина; 4 — клапан экономайзера;
5 — шток; 6 — главный жиклер; 7 — смесительная камера; 8 — дроссельная
заслонка; 9 — жиклер ускорительного насоса; 10 — рычаг; 11 — обратный клапан;
12 — поршень; 13 — поводок; 14 — клапан ускорительного насоса

Ускорительный насос (рис. 1.55, б) служит для обогащения горючей
смеси при резком открытии дроссельной заслонки, улучшая приемистость
двигателя. Насос может быть с механическим или пневматическим приводом. Он может быть установлен отдельно либо объединен с экономайзером.
Ускорительный насос состоит из топливного колодца, поршня со штоком и пружиной, обратного клапана, нагнетательного клапана, топливного
канала распылителя, жиклера.
В некоторых случаях (обгон, подъем) режим работы двигателя резко
меняется. При резком открытии дроссельной заслонки наступает обеднение
смеси, так как расход воздуха и подача топлива увеличиваются неодинаково. Для устранения временного обеднения горючей смеси в карбюраторе
имеется ускорительный насос.
-101-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

При резком открытии дроссельной заслонки усилие от приводной
планки передается через пружину поршню. В полости под поршнем создается повышенное давление топлива, вследствие чего обратный клапан
закрывается. Так как данная полость соединена топливным каналом
с нагнетательным клапаном, он открывается, и топливо через распылитель
поступает фонтаном в смесительную камеру. Пружина штока, разжимаясь,
поддерживает давление впрыска топлива, что необходимо для заполнения
топливом главной дозирующей системы. При плавном открытии дроссельной заслонки ускорительный насос не работает, так как топливо из колодца
вытесняется поршнем через открытый обратный клапан.
Наибольшее распространение в автомобильных двигателях получили
многокамерные карбюраторы с падающим потоком (рис. 1.56), так как
они позволяют создать впускную систему с меньшим сопротивлением,
обеспечивают более равномерное распределение горючей смеси по цилиндрам. Смесительные камеры работают параллельно или последовательно.
В каждой камере устанавливается по два диффузора, что улучшает перемешивание и испарение топлива посредством воздуха, подводимого
через кольцевую щель между диффузорами при выходе горючей смеси
в большой диффузор. Распылители главной дозирующей системы выведены
в малый диффузор, где скорость воздушного потока максимальна. Многокамерные карбюраторы имеют балансированную поплавковую камеру. Это
обусловлено тем, что сопротивление воздушного фильтра при засорении
увеличивается, следовательно, может увеличиться перепад давления между
поплавковой камерой и диффузором, что может привести к перерасходу
топлива и повышению токсичности отработавших газов. Балансированная
поплавковая камера изолирована от окружающей среды и специальным
каналом сообщается с воздушным патрубком карбюратора, что исключает
влияние воздушного фильтра на работу карбюратора. На некоторых карбюраторах устанавливается экономайзер принудительного холостого хода.
Верхняя часть карбюратора состоит из воздушного патрубка с воздушной заслонкой и автоматического клапана и крышки поплавковой камеры;
средняя часть — из смесительной камеры с двумя диффузорами в каждой,
поплавковой камеры и главного дозирующего устройства в каждой камере
(при работе камер последовательно — в одной первичной камере); экономайзер и ускорительный насос, общие для двух камер (при работе камер
последовательно — экономайзер располагается во вторичной камере, ускорительный насос в первичной); нижняя часть — из смесительной камеры
с дроссельными заслонками, каналов системы холостого хода с распылителями в каждой камере (или только в первичной), экономайзера системы
принудительного холостого хода.
На холостом ходу, при нормально работающей системе подачи топлива
и отрегулированном карбюраторе, коленчатый вал двигателя должен устойчиво вращаться со скоростью примерно 800–900 об/мин.
-102-

1. . Система питания арб раторного двигателя

Рис. 1.56. Карбюратор К-90:
1 — корпус воздушной горловины; 2 — игольчатый клапан; 3 — сетчатый
фильтр; 4 — пробка фильтра; 5 — канал балансировки поплавковой камеры;
6 — жиклер системы холостого хода; 7 и 13 — воздушные полости; 8 — жиклер
полной мощности; 9 — воздушный жиклер; 10 — малый диффузор;
11 и 22 — кольцевые канавки; 12 — форсунка; 14 — полый винт; 15 — воздушная
заслонка; 16 — автоматический клапан; 17 — толкатель; 18 и 34 — пружины;
19 и 21 — штоки; 20 — планка; 23 — корпус; 24 — манжета; 25 — пружина манжеты;
26 — втулка штока; 27 — отверстие; 28 — промежуточный толкатель;
29 и 31 — шариковые клапаны; 30 — седло; 32 — тяга; 33 — клапан экономайзера;
35, 39 и 45 — каналы; 36 — пробка; 37 — рычаг; 38 — прокладка; 40 — нагнетательный
игольчатый клапан; 41 — электромагнитный клапан (экономайзер); 42 — винты
регулировки системы холостого хода; 43 — прямоугольное отверстие;
44 — круглое отверстие системы холостого хода; 46 — дроссельная заслонка;
47 — корпус смесительных камер; 48 — главный жиклер; 49 — поплавок;
50 — пружина поплавка; 51 — ось дроссельных заслонок; 52 и 53 — контакты
датчика углового положения дроссельных заслонок; 54 — рычаг

На рис. 1.57 показаны винты регулировки карбюратора. С помощью
винта 2 регулируется качество смеси (соотношение воздуха и бензина),
необходимое для работы двигателя на холостом ходу. Вторым винтом 1, «количества» смеси регулируется плотность прикрытия дроссельной заслонки,
от положения которой зависит объем проходящего через карбюратор потока воздуха.
-103-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

Рис. 1.57. Винты регулировки карбюратора:
1 — винт «количества»; 2 — винт «качества»

Рис. 1.58. Пневмоинерционный ограничитель максимальной частоты вращения
коленчатого вала двигателя автомобиля ЗИЛ-508.10:
1 — дроссельные заслонки; 2 и 4 — жиклеры; 3 — рычаг; 5 — пружина
мембранного механизма; 6 — крышка мембранного механизма; 7 — мембрана;
8 — шток; 9 и 10 — отверстия; 11 — кулачковая муфта; 12 — рычаг привода
дроссельных заслонок; 13 и 14 — трубки; 15 — пружина центробежного датчика;
16 — паз ротора для соединения с распределительным валом; 17 — уплотнительная
муфта; 18 — крышка; 19 — винт регулировки натяжения пружины; 20 — пробка;
21 — ротор; 22 — втулка из порошкового материала; 23 — корпус датчика;
24 — канал; 25 — клапан; 26 — седло клапана; 27 — центробежный датчик;
28 — карбюратор; 29 — мембранный механизм; А и Б — полости

-104-

1. . ле тронные системы впрыс а топлива

1.7.5. Ограничитель максимальной частоты вращения
коленчатого вала двигателя
Ограничитель максимальной частоты вращения коленчатого вала служит для повышения надежности работы двигателя при чрезмерно большой
частоте вращения коленчатого вала, предотвращает интенсивный износ
деталей. Ограничители максимальной частоты вращения коленчатого
вала (ОМЧВКВ) (рис. 1.58) устанавливают на карбюраторных двигателях
грузовых автомобилей.
ОМЧВКВ могут быть пневматическими, инерционными и пневмоцентробежными. Наибольшее распространение получили пневмоцентробежные
ограничители, которые состоят из центробежного датчика, приводимого
в движение от распределительного вала, и диафрагменного исполнительного механизма, воздействующего на дроссельные заслонки.

1.8. ЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫ ВПРЫСКА ТОПЛИВА
Применение систем впрыскивания топлива взамен традиционных
карбюраторов обеспечивает повышение топливной экономичности и снижение токсичности отработавших газов. Они позволяют в большей степени
Применение
систем впрыскивания
топлива взамен традиционных
карбюраторов
по сравнению
с карбюраторами
с электронным
управлением
оптимизиобеспечивает
повышение
топливной экономичности
снижение токсичности
ровать
процесс
смесеобразования.
Однакоиследует
отметить,отработавших
что системы
газов. Они позволяют в большей степени по сравнению с карбюраторами с электронным
впрыскивания
топлива сложнее систем топливоподачи с использованием
управлением оптимизировать процесс смесеобразования. Однако следует отметить, что
карбюраторов
из-за
большего числа подвижных прецизионных механичессистемы впрыскивания топлива сложнее систем топливоподачи с использованием
ких карбюраторов
элементов из-за
и электронных
и требуют более
квалифицированбольшего числаустройств
подвижных прецизионных
механических
элементов и
ногоэлектронных
обслуживания
в эксплуатации.
устройств
и требуют более квалифицированного обслуживания в эксплуатации.
Классификация способов
способов впрыскивания
топлива показана
на показана
рис. 1.5 . на рис. 1.59.
Классификация
впрыскивания
топлива
Во впускной
трубопровод

о есту
впрыскивани

ентрал ное

Впрыск
топлива

Распределенное

о есту
впрыскивани

Согласованное

есогласованное

В илиндр

Рис. 1.59.
впрыскивания
топлива
Рис. Классификация
1.5 . Классификацияспособов
способов впрыскивания
топлива

-105-

При распределенном впрыскивании топливо подается в зону впускных клапанов
каждого цилиндра группами форсунок без согласования момента впрыскивания с
процессами впуска в каждый цилиндр (несогласованное впрыскивание) или каждой
форсункой в определенный момент времени, согласованный с открытием соответствующих

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

При распределенном впрыскивании топливо подается в зону впускных
клапанов каждого цилиндра группами форсунок без согласования момента
впрыскивания с процессами впуска в каждый цилиндр (несогласованное
впрыскивание) или каждой форсункой в определенный момент времени,
согласованный с открытием соответствующих впускных клапанов цилиндров (согласованное впрыскивание). Системы распределенного впрыскивания топлива позволяют повысить приемистость автомобиля, надежность
пуска, ускорить прогрев и увеличить мощность двигателя3.
При распределенном впрыскивании топлива появляется возможность
применения газодинамического наддува, расширяются возможности
в создании различных конструкций впускного трубопровода. Однако у таких
систем по сравнению с центральным впрыскиванием больше погрешность
дозирования топлива из-за малых цикловых подач. Идентичность составов
горючей смеси по цилиндрам в большей степени зависит от неравномерности дозирования топлива форсунками, чем от конструкции впускной
системы.
При центральном впрыскивании топливо подается одной форсункой,
устанавливаемой на участке до разветвления впускного трубопровода.
Существенных изменений в конструкции двигателя нет. Система центрального впрыскивания практически взаимозаменяема с карбюратором
и может применяться на уже эксплуатируемых двигателях. При центральном впрыскивании по сравнению с карбюратором обеспечивается большая
точность и стабильность дозирования топлива. Особенно эффективна
в отношении повышения топливной экономичности система центрального
впрыскивания топлива в сочетании с цифровой системой зажигания. Конструкция данной системы существенно проще системы распределенного
впрыскивания.
Основные типы электронного впрыска топлива
SPFI (Single Point Fuel Ijection) — одноточечный инжектор устанавливается в корпусе дроссельной заслонки, в том месте, где раньше устанавливался карбюратор. Таким образом, электронный впрыск выполняется при
помощи одной форсунки сразу для всех цилиндров.
Из-за того, что топливо впрыскивается во впускные каналы, такая
схема имеет общее название «мокрый впрыск».
Большинство вспомогательных компонентов карбюратора, таких как
воздушный фильтр, впускной коллектор и воздушный тракт могут использоваться совместно с системой SPFI без дополнительных доработок.
3
См.: Общее устройство и классификация систем впрыска топлива : сайт.
URL : http//poznayka.org›s75199t1.html.

-106-

1. . ле тронные системы впрыс а топлива

CFI (Continuous Fuel Injection) — непрерывный впрыск топлива. Топливо
впрыскивается непрерывно при помощи одной или нескольких форсунок,
но с переменной скоростью. Это главное отличие от большинства систем
впрыска, в которых топливо впрыскивается короткими импульсами
различной продолжительности каждого импульса. Непрерывный впрыск
может быть как одноточечным, так и многоточечным, но не может быть
непосредственным.
CPFI (Central Port Fuel Injection) — центральный впрыск топлива.
В ней используются каналы с тарельчатыми клапанами от центрального
инжектора для распыления топлива в каждый впускной канал, а не в корпус
дроссельной заслонки, как в системе SPFI. Давление топлива аналогично
системе SPFI.
MPFI (Multi Point Fuel Injection) — многоточечный(мультиточечный)
впрыск топлива. Впрыск топлива осуществляется во впускной канал чуть
выше от впускного клапана каждого цилиндра, а не в центральной точке
впускного коллектора. Система MPFI (или MPI) может быть одновременной
или последовательной, т.е. все форсунки работают асинхронно, каждая из
них управляется отдельно CPU двигателя и подает импульс в необходимый
момент для каждой форсунки каждого цилиндра. Многие современные системы EFI используют последовательную систему впрыска топлива MPFI. Но
в новых бензиновых двигателях систему MPFI уверенно начинают заменять
системы прямого(непосредственного) впрыска.
DFI (Direct Fuel Injection) — прямой (непосредственный) впрыск
топлива. В двигатель с непосредственным впрыском, в отличие от всех
других систем впрыска, топливо впрыскивается непосредственно в камеру
сгорания.
Впервые система непосредственного впрыска топлива DFI была применена на двигателе Mitsubishi (GDI — Gasoline Direct Injection). Сегодня эта
система впрыска активно применяется на новых двигателях автомобильных производителей Audi (TFSI), Volkswagen (FSI, TSI), Toyota D4 и т.д.
Использование непосредственного впрыска позволяет достичь 15 %
топливной экономичности и повысить экологичный класс двигателя.
При центральном впрыске порция топлива через электромагнитную
форсунку (инжектор) подается в зону дроссельной заслонки во впускном
коллекторе, где смешивается с потоком воздуха. Получается горючая смесь,
которая затем поступает в цилиндры двигателя.
При многоточечном впрыске топливо подается в зону открытого
впускного клапана отдельной форсункой для каждого цилиндра двигателя.
Такие конструкции более сложны, но получили наибольшее применение,
так как обеспечивают лучшие показатели по экономичности двигателя
и токсичности отработавших газов4.
4

См.: URL : http//transpodepth.ru.

-107-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ
1. Цилиндры двигателя.
2. Впускной трубопровод.
3. Дроссельная заслонка.
4. Подача топлива.
5. Электрический провод, по которому
к форсунке поступает управляющий сигнал.
6. Поток воздуха.
7. Электромагнитная форсунка.
8. Факел топлива.
9. Горючая смесь.
Рис. 1.60. Система центрального (моновпрыска, точечного впрыска)
впрыска топлива
1. Цилиндры двигателя.
2. Факел топлива.
3. Электрический провод, по которому
к форсунке поступает управляющий сигнал.
4. Подача топлива.
5. Впускной трубопровод.
6. Дроссельная заслонка.
7. Поток воздуха.
8. Топливная рампа.
9. Электромагнитная форсунка.
Рис. 1.61. Система многоточечного впрыска топлива

Топливный насос с электрическим приводом находится внутри топливного бака либо закреплен на кузове. Он подает топливо под небольшим
давлением по бензопроводам к форсункам, расположенным в зоне впускных
клапанов. Топливо проходит две ступени очистки. Избыток бензина возвращается через обратный трубопровод в топливный бак.
Регулятор давления топлива поддерживает определенное давление
топлива в трубопроводе (топливной рампе) перед форсункой.
Датчики преобразуют измеряемые параметры в электрические
сигналы, которые передаются электронному блоку управления. В системе
впрыска применяются несколько датчиков, определяющих различные
параметры в конкретный момент времени:
- датчик массового расхода воздуха устанавливается сразу после воздушного фильтра, определяет массовый расход воздуха, поступающего
в двигатель. Служит для расчета циклового наполнения цилиндров. Измеряется массовый расход воздуха, который потом пересчитывается программой
-108-

1. . ле тронные системы впрыс а топлива

в цилиндровое цикловое наполнение. При аварии датчика его показания
игнорируются, расчет идет по аварийным таблицам;
- датчик температуры воздуха размещен в корпусе воздушного
фильтра;
- датчик абсолютного давления воздуха может устанавливаться вместо
датчика массового расхода воздуха;
- датчик положения дроссельной заслонки установлен на оси заслонки
и определяет положение дросселя (нажата педаль «газа» или нет). Служит
для расчета фактора нагрузки на двигатель и его изменения в зависимости
от угла открытия дроссельной заслонки, оборотов двигателя и циклового
наполнения;
- датчик угла поворота и частоты вращения коленчатого вала расположен в корпусе распределителя зажигания;
- датчик концентрации кислорода (лямбда-зонд) устанавливается
в выпускной системе и следит за содержанием кислорода в отработавших
газах;
- датчик положения распределительного вала;
- датчик положения коленвала считывает частоту вращения коленвала
и его положение. Служит для общей синхронизации системы, расчета
оборотов двигателя и положения коленвала в определенные моменты времени. ДПКВ — полярный датчик. При неправильном включении двигатель
заводиться не будет. При аварии датчика работа системы невозможна. Это
единственный «жизненно важный» в системе датчик, при котором движение автомобиля невозможно;
- датчик температуры охлаждающей жидкости следит за температурой охлаждающей жидкости. Служит для определения коррекции топливоподачи и зажигания по температуре и управления электровентилятором.
При аварии датчика его показания игнорируются, температура берется из
таблицы в зависимости от времени работы двигателя. Сигнал ДТОЖ подается только на электронный блок управления, для индикации на панели
используется другой датчик;
- датчик детонации служит для контроля детонации двигателя. При
обнаружении последней, блок управления двигателем включает алгоритм
гашения детонации, оперативно корректируя угол опережения зажигания.
Электронный блок управления (ЭБУ) получает информацию от всех
датчиков об измеряемых параметрах, анализирует их и выдает команду
форсункам на впрыск определенной порции топлива в строго обозначенное
время.
Электромагнитная форсунка относится к исполнительному механизму системы. При получении управляющего сигнала от ЭБУ форсунка
передает топливо в распылительный наконечник, который превращает
порцию жидкого топлива в туман и впрыскивает в цилиндр двигателя.
-109-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

Основной принцип работы системы впрыска топлива заключается
в дозировании его подачи в цилиндры двигателя внутреннего сгорания для
обеспечения оптимального состава горючей смеси в строго определенный
момент времени. Моментом и продолжительностью открытия иглы распылителя форсунки управляет ЭБУ, который постоянно обрабатывает информационные данные, получаемые от различных датчиков.
Изменение любого параметра (температуры воздуха и охлаждающей
жидкости, оборотов коленчатого вала, состава выхлопных газов и т.п.) ЭБУ
мгновенно пересчитывает и выдает сигнал на форсунки для формирования
иной порции топлива и времени ее подачи.

Рис. 1.62. Схема расположения основных узлов системы впрыска топлива:
1 — топливный бак; 2 — топливный насос; 3 — топливный фильтр;
4 — регулятор давления топлива; 5 — датчик положения распределительного вала;
6 — распределительный вал; 7 — высоковольтный провод; 8 — электрический
провод, по которому к форсунке поступает управляющий сигнал от ЭБУ;
9 — электромагнитная форсунка; 10 — дроссельная заслонка; 11 — впускной
трубопровод; 12 — датчик массового расхода воздуха; 13 — воздушный фильтр;
14 — датчик температуры воздуха; 15 — датчик положения дроссельной заслонки;
16 — впускной клапан; 17 — камера сгорания; 18 — цилиндр; 19 — поршень;
20 — датчик температуры охлаждающей жидкости; 21 — выпускной клапан;
22 — свеча зажигания; 23 — пружина впускного клапана; 24 — выпускной
трубопровод; 25 — датчик концентрации кислорода (лямбда-зонд);
26 — каталитический нейтрализатор; 27 — дополнительный глушитель;
28 — основной глушитель; 29 — электронный блок управления (ЭБУ);
30 — диагностическая лампа-сигнализатор; 31 — диагностическая колодка

Стехиометрический состав горючей смеси при соотношении топлива к воздуху 1:14,7 (по массе) обеспечивает идеальный теоретический
цикл сгорания. Иными словами, для полного сгорания 1 кг топлива требу-110-

1. . ле тронные системы впрыс а топлива

ется 14,7 кг воздуха (в объемных единицах: 1 л топлива полностью сгорает
в 9 500 л воздуха).
Система выпуска отработавших газов
Система выпуска предназначена для отвода отработавших газов
от цилиндров двигателя, а также для уменьшения шума при выбросе их
в атмосферу.
Система выпуска отработавших газов состоит из:
- выпускного клапана;
- выпускного трубопровода;
- дополнительного глушителя (резонатора);
- основного глушителя.
«Обработка» выхлопных газов перед выпуском их в атмосферу происходит в дополнительном и основном глушителях. Внутри глушителей
имеются многочисленные отверстия и камеры, расположенные в шахматном порядке. При прохождении газов по такому лабиринту они теряют
свою скорость и, как следствие этого, шумность их уменьшается. А дальше
«успокоенные» газы выходят и растворяются в воздухе.

Рис. 1.63. Схема системы выпуска отработавших газов:
а — без каталитического нейтрализатора; б — с каталитическим нейтрализатором;
1 — выпускной клапан; 2 — выпускной трубопровод; 3 — приемная труба
глушителя; 4 — дополнительный глушитель (резонатор); 5 — основной глушитель;
6 — соединительный хомут; 7 — датчик концентрации кислорода (лямбда-зонд);
8 — каталитический нейтрализатор; 9 — керамическая основа нейтрализатора

-111-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

В системе выпуска современных автомобилей устанавливается каталитический нейтрализатор отработавших газов. Назначение нейтрализатора — уменьшить концентрацию вредных веществ, которые содержатся
в продуктах сгорания. Самые вредные из них три — углеводороды, окись
углерода и окислы азота. Каждая составляющая должна нейтрализоваться
отдельно, поэтому появилось название трехфункциональный (трехкомпонентный) каталитический нейтрализатор.
Каталитический нейтрализатор может успешно работать при соотношении топлива с воздухом, близком к стехиометрическому. Для измерения
количества кислорода в выпускной системе устанавливается датчик концентрации кислорода (лямбда-зонд). Датчик отслеживает концентрацию
кислорода в отработавших газах и передает информацию в электронный
блок управления двигателем (ЭБУ), который дает команду на изменение
количества впрыскиваемого в цилиндры двигателя топлива.
Датчик концентрации кислорода не работает только во время прогрева двигателя, при этом ЭБУ определяет состав смеси, впрыскиваемой
в цилиндр двигателя, без участия этого датчика.
Система распределенного впрыска K-Jetronic
Система распределенного впрыска K-Jetronic (от немецкого слова
«Kontinuierlich» — постоянно, непрерывно) фирмы Бош представляет собой
механическую систему непрерывного впрыска топлива.
Система впрыска K-Jetronic имеет достаточно сложное устройство
и включает дроссельную заслонку, расходомер воздуха, дозатор-распределитель топлива, регулятор давления питания, регулятор управляющего
давления, форсунки впрыска, пусковую электромагнитную форсунку, термореле, а также клапан добавочного воздуха.
Топливо под давлением поступает к форсункам, установленным перед
впускными клапанами во впускном коллекторе. Форсунка непрерывно распыляет топливо, поступающее под давлением. Давление топлива (расход)
зависит от нагрузки двигателя (от разрежения во впускном трубопроводе)
и от температуры охлаждающей жидкости.
Количество подводимого воздуха постоянно измеряется расходомером, а количество впрыскиваемого топлива строго пропорционально
(1:14,7) количеству поступающего воздуха (за исключением ряда режимов
работы двигателя, таких как пуск холодного двигателя, работа под полной
нагрузкой и т.д.) и регулируется дозатором-распределителем топлива.
Дозатор-распределитель состоит из регулятора количества топлива и расходомера воздуха. Регулирование количества топлива обеспечивается
распределителем, управляемым расходомером воздуха и регулятором
управляющего давления. В свою очередь, воздействие регулятора управля-112-

1. . ле тронные системы впрыс а топлива

ющего давления определяется величиной подводимого к нему разрежения
во впускном трубопроводе и температурой жидкости системы охлаждения
двигателя.
Система К-Джетроник выполняет следующие функции:
- подача топлива;
- измерение количества всасываемого воздуха;
- дозирование топлива.
Конструктивная схема системы впрыска К-Джетроник представлена
на рис. 1.63.

Рис. 1.64. Конструктивная схема системы впрыска топлива K-Jetronic:
1 — клапанная форсунка; 2 — клапан подачи дополнительного воздуха;
3 — дроссельная заслонка; 4 — дифференциальный клапан; 5 — регулятор
управляющего давления; 6 — дозатор топлива; 7 — регулятор давления топлива
в системе; 8 — топливный бак; 9 — топливный фильтр; 10 — накопитель
топлива; 11 — регулировочный винт качества смеси; 12 — расходомер воздуха;
13 — топливный насос с электрическим приводом; 14 — пусковая форсунка;
15 — реле включения топливного насоса; 16 — прерыватель-распределитель;
17 — термореле; 18 — замок зажигания; 19 — аккумуляторная батарея;
20 — регулировочный винт количества смеси

При повороте ключа в замке зажигания 18 включается топливный
насос с электрическим приводом 13, который подает топливо из бака 8,
через накопитель топлива 10 и топливный фильтр 9 к дозатору топлива 6.
С помощью встроенного в дозатор регулятора давления 7 в дозаторе поддерживается постоянное давление топлива. От дозатора топливо поступает
-113-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

к клапанным форсункам 1. Форсунки непрерывно впрыскивают топливо во
впускные каналы двигателя и, при открытии впускных клапанов топливная
смесь поступает в камеры сгорания цилиндров.
Количество топлива, которое подается к форсункам, определяется
положением дроссельной заслонки 3. Чем больше открыта дроссельная
заслонка, тем больше воздуха проходит через впускной трубопровод, и тем
больше топлива необходимо подавать к форсункам для нормальной работы двигателя. Для определения количества проходящего через впускной
трубопровод воздуха служит расходомер воздуха 12. Расходомер воздуха
совместно с дозатором топлива конструктивно составляет единый узел —
корректор состава горючей смеси. Расположенный между воздушным
фильтром и дроссельной заслонкой напорный диск расходомера воздуха
отклоняется под динамическим напором всасываемого во впускной трубопровод воздуха. Отклонение напорного диска передается через систему
рычагов на распределительный золотник дозатора топлива. Распределительный золотник, перемещаясь вверх, определяет подачу топлива через
дифференциальные клапаны 4 к механическим клапанным форсункам 1
и дальше в цилиндры двигателя, обеспечивая оптимальный состав топливно-воздушной смеси.
Подача топлива во время прогрева двигателя осуществляется с помощью регулятора управляющего давления 5. Для увеличения частоты вращения коленчатого вала на холостом ходу во время прогрева двигателя служит
клапан подачи дополнительного воздуха 2, установленный в воздушном
канале, выполненном параллельно дроссельной заслонке.
Пусковая форсунка 14 используется для облегчения пуска холодного
двигателя, продолжительность открытия которой изменяется в зависимости от температуры двигателя с помощью термореле 17.
При пуске двигателя топливо одновременно подается к пусковой форсунке, регулятору давления топлива 6, распределителю, нижним камерам
дифференциальных клапанов и каналу управляющего давления.
В зависимости от величины управляющего давления на верхний торец
распределителя действует сила, которая тормозит или облегчает движение
распределителя вверх. Таким образом, появляется возможность коррекции
подачи топлива к форсункам. Эта возможность реализуется для некоторых
режимов работы двигателя с помощью регулятора управляющего давления.
Приготовление горючей смеси — это дозирование топлива в соответствии с количеством поступившего воздуха. Дозирование топлива
осуществляется в устройстве регулирования состава смеси, включающем
расходомер воздуха и дозатор топлива.
На некоторых режимах работы двигателя потребность в топливе
сильно отличается от нормальной — в таких случаях при подготовке смеси
необходимы корректировки.
-114-

1. . ле тронные системы впрыс а топлива

Поступившее в двигатель количество воздуха является мерой его
мощности. Оно служит основным изменяемым параметром, определяющим
базовое количество впрыскиваемого топлива, а также представляет собой
точный параметр для определения расхода топлива.
Поскольку всасываемый воздух перед впуском его в цилиндры должен
сначала пройти через расходомер, процесс измерения количества воздуха
предшествует фактическому наполнению цилиндра. Это делает возможным
производить корректировку смеси в любой момент времени.
Расходомер воздуха, измеряющий количество всего поступающего
в двигатель воздуха, установлен перед дроссельной заслонкой и работает
по принципу поплавка. Он состоит из диффузора, в котором находится
вывешенный поплавок — напорный диск, закрепленный на рычаге. Воздух,
протекающий через диффузор, сдвигает напорный диск на определенное
расстояние по отношению к ее первоначальному положению.

Рис. 1.65. Дозатор топлива,
соединенный с электрогидравлическим регулятором управляющего давления:
1 — напорный диск; 2 — дозатор топлива; 3 — подача топлива под системным
давлением; 4 — топливо, поступающее к клапанным форсункам; 5 — сливная
топливная магистраль к регулятору давления; 6 — постоянный жиклер;
7 — верхняя камера дифференциального клапана; 8 — нижняя камера
дифференциального клапана; 9 — диафрагма; 10 — электрогидравлический
регулятор управляющего давления; 11 — пластина мембранного типа;
12 — жиклер; 13 — полюс магнита; 14 — воздушный зазор

-115-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

Рис. 1.66. Дозатор-распределитель системы «К-Джетроник»
с расходомером воздуха:
1 — электрогидравлический регулятор давления топлива; 2 — корпус дозатора;
3 — трубки подвода топлива к форсункам; 4 — клапаны; 5 — напорная заслонка
расходомера; 6 — рычаг заслонки; 7 — плунжер.

При пуске холодного двигателя электронасос быстро повышает давление топлива. Если температура двигателя менее 35 °С, термореле включает
пусковую форсунку с электромагнитным управлением, и она впрыскивает
дополнительное количество топлива. Одновременно включается добавочный клапан воздуха. Этим обеспечивается надежный пуск холодного двигателя и устойчивая его работа на холостом ходу. Продолжительность работы
пусковой форсунки определяет термореле. При температуре выше 35 °С она
отключается.
При работе двигателя на частичных нагрузках смесь обогащается или
обедняется. Для того чтобы состав рабочей смеси соответствовал режиму
работы двигателя в системе впрыска со стороны верхней части плунжера,
в распределитель подводится по каналу топливо с управляющим давлением.
Если давление большое, сопротивление перемещению плунжера увеличивается — смесь обедняется. В противном случае сопротивление перемещению
плунжера уменьшается — смесь обогащается.
При резком открытии дроссельной заслонки обогащение смеси обеспечивается моментальной реакцией напорного диска.
-116-

1. . ле тронные системы впрыс а топлива

Рис. 1.67. Главная дозирующая система
и система холостого хода системы впрыска «K-Jetronic»:
1 — топливный бак; 2 — топливный фильтр; 3 — накопитель топлива;
4 — топливный насос; 5 — регулятор управляющего давления топлива;
6 — форсунка (инжектор); 7 — регулировочный винт системы холостого хода;
8 — дроссельная заслонка; 9 — напорный диск расходомера воздуха;
10 — дозатор-распределитель топлива; 11 — регулятор давления питания;
а — канал подвода топлива к форсункам; б — канал управляющего давления;
в — канал толчкового клапана; г — канал слива топлива в бак;
д — канал подвода топлива к дозатору-распределителю

Преимуществом системы распределенного впрыска топлива является более экономичная работа двигателя и легкий запуск его в холодное
время года.
Недостатком инжекторного двигателя является необходимость заправки высокосортными бензинами, более сложное техническое обслуживание,
сокращение сроков службы. Работа на низкосортных бензинах приводит
к преждевременному выходу из строя датчиков. Некоторые элементы
системы выходят из строя уже после 80–120 тыс. км пробега. Срок службы
форсунок, как правило, не превышает 60–80 тыс. км пробега.
Приборы системы питания двигателя
Топливный бак. На автомобиле устанавливают один или несколько
топливных баков. Объем топливного бака должен обеспечивать 400–
600 км пробега автомобиля без заправки. Топливный бак (рис. 1.68) состоит
-117-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

из двух сварных половинок, выполненных штамповкой из освинцованной
стали. Внутри бака имеются перегородки, придающие жесткость конструкции и препятствующие образованию волн в топливе. В верхней части
бака приварена наливная горловина, которая закрывается пробкой. Иногда
для удобства заправки бака топливом используют выдвижную горловину
с сетчатым фильтром. На верхней стенке бака крепится датчик указателя
уровня топлива и топливозаборная трубка с сетчатым фильтром. В днище
бака имеется резьбовое отверстие для слива отстоя и удаления механических примесей, которое закрыто пробкой. Наливную горловину бака закрывают плотно пробкой, в корпусе которой имеется два клапана — паровой
и воздушный. Паровой клапан при повышении давления в баке открывается
и выводит пар в окружающую среду. Воздушный клапан открывается, когда
идет расход топлива, и создается разрежение.

Рис. 1.68. Топливный бак (а) и работа выпускного (б) и впускного (в) клапанов:
1 — фильтр-отстойник; 2 — кронштейн крепления бака; 3 — хомут крепления бака;
4 — датчик указателя уровня топлива в баке; 5 — топливный бак; 6 — кран;
7 — пробка бака; 8 — горловина; 9 — облицовка пробки; 10 — резиновая прокладка;
11 — корпус пробки; 12 — выпускной клапан; 13 — пружина выпускного клапана;
14 — впускной клапан; 15 — рычаг пробки бака;
16 — пружина впускного клапана

Топливные фильтры. Для очистки топлива от механических примесей применяют фильтры грубой и тонкой очистки.
Фильтр-отстойник грубой очистки отделяет топливо от воды и крупных механических примесей. Фильтр-отстойник (рис. 1.69) состоит из
корпуса, отстойника и фильтрующего элемента, который собран из пластин
толщиной 0,14 мм. На пластинах имеются отверстия и выступы высотой
0,05 мм. Пакет пластин установлен на стержень и пружиной поджимается
к корпусу. В собранном состоянии между пластинами имеются щели, через
которые проходит топливо. Крупные механические примеси и вода соби-118-

1. . ле тронные системы впрыс а топлива

раются на дне отстойника и через отверстие пробки в днище периодически
удаляются.
Фильтр тонкой очистки. Для очистки топлива от мелких механических
примесей применяют фильтры тонкой очистки (рис. 1.69), которые состоят из
корпуса, стакана-отстойника и фильтрующего сетчатого или керамического
элемента. Керамический фильтрующий элемент — пористый материал, обеспечивающий лабиринтное движение топлива. Фильтр удерживается скобой
и винтом.

Рис. 1.69. Фильтр-отстойник:
1 — топливопровод к топливному насосу; 2 — прокладка корпуса; 3 — корпускрышка; 4 — топливопровод от топливного бака; 5 — прокладка фильтрующего
элемента; 6 — фильтрующий элемент; 7 — стойка; 8 — отстойник; 9 — сливная
пробка; 10 — стержень фильтрующего элемента; 11 — пружина; 12 — пластина
фильтрующего элемента; 13 — отверстие в пластине для прохода очищенного
топлива; 14 — выступы на пластине; 15 — отверстие в пластине для стоек;
16 — заглушка; 17 — болт крепления корпуса-крышки

Воздушный фильтр (рис. 1.70) необходим для очистки воздуха, поступающего в цилиндры двигателя. Фильтр устанавливается на верхней части
воздушной горловины карбюратора.
При загрязнении фильтра возрастает сопротивление движению воздуха, что может привести к повышенному расходу топлива, так как горючая
смесь будет слишком обогащаться бензином.
-119-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

Рис. 1.70. Воздушный фильтр:
1 — крышка; 2 — фильтрующий элемент; 3 — корпус; 4 — воздухозаборник

Загрязнение воздушного фильтра способствует увеличению концентрации вредных веществ в выхлопных газах, выбрасываемых в атмосферу,
так как содержание бензина в горючей смеси значительно возрастает.
Необходимо периодически заменять фильтрующий элемент. Срок его
замены оговаривается инструкцией завода-изготовителя, но при эксплуатации автомобиля по пыльным дорогам этот срок может и должен быть
уменьшен.
Топливный насос служит для подачи топлива через фильтры из бака
в поплавковую камеру карбюратора. Применяют насосы диафрагменного
типа с приводом от эксцентрика распределительного вала.
Топливный насос (рис. 1.71), устанавливаемый в системе питания
автомобилей, диафрагменный, герметизированный; имеет несколько впускных и выпускных клапанов и рычаг для ручной подкачки. Насос состоит
из корпуса 12, головки 4 и крышки. В корпусе установлено коромысло 6
с возвратной пружиной 7 и рычаг 8 для ручной подкачки. Диафрагма 5
насоса с пружиной 11, закрепленная между корпусом 12 и головкой 4, связана толкателем 10 через тарелки с рычагом 6. Перемещение диафрагмы
вниз под воздействием рычага 6 сопровождается поступлением топлива из
бака через сетчатый фильтр 2 к впускным клапанам, а при перемещении ее
вверх — топливо нагнетается через выпускной клапан 13 в полость головки
и далее в фильтр тонкой очистки.
Изменение расхода топлива через карбюратор приводит к изменению
противодавления топливному насосу, создаваемого запорным игольчатым
-120-

1. . ле тронные системы впрыс а топлива

клапаном. При малом расходе топлива через карбюратор запорный клапан
закрыт, а усилия пружины 11 недостаточно для того, чтобы протолкнуть
топливо, находящееся над мембраной, в карбюратор. При этом пружина 7
сжата, исполнитель 10 находится в нижнем положении, и рычаг 6 под воздействием кулачка распределительного вала свободно перемещается до тех
пор, пока пружина не преодолеет противодавления запорного клапана, и он
не откроется. Для ручной подкачки топлива в карбюратор имеется рычаг,
воздействующий на толкатель 10 для перемещения мембраны.

Рис. 1.71. Топливный насос:
1 — крышка; 2 — сетчатый фильтр; 3 — впускной клапан; 4 — головка насоса;
5 — диафрагма; 6 — рычаг; 7 — возвратная пружина коромысла; 8 — рычаг
ручной подкачки топлива; 9 — упорная шайба; 10 — толкатель; 11 — пружина
диафрагмы; 12 — корпус; 13 — выпускной клапан; 14 — резиновая прокладка;
15 — штуцер для отвода топлива

Топливные фильтры. Автомобильное топливо начинает загрязняться уже на нефтеперерабатывающем заводе. Частицы пыли смешиваются
с бензином при переливе вместе со струей, а баки для хранения могут иметь
окалину, очаги коррозии и прочие загрязнения. Кроме того, в результате
происходящих в топливе химических процессов образуются смолы, а при
заправке в топливный бак автомобиля попадает часть конденсата от дождя
или снега.
Твердые частицы и смолы откладываются в тонких каналах и жиклеров, нарушая работу системы питания двигателя, вода вызывает коррозию,
-121-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

а в зимний период — замерзает в топливопроводах, препятствуя пуску
двигателя.
В топливной системе автомобиля имеется два вида фильтров — грубой
и тонкой очистки. Первый вид топливного фильтра находится на топливоприемнике, в карбюраторе, в форсунках инжекторных двигателей. Как
правило, фильтр грубой очистки топлива представляет собой сетчатый
фильтр для задержания крупных частиц грязи, ржавчины и т.д. Фильтры
тонкой очистки обеспечивают фильтрацию мелких частиц механических
загрязнений и воды и устанавливаются до или после топливного насоса.
Для каждого типа двигателя (карбюраторный, инжекторный, дизель)
используются различные виды топливных фильтров. Это связано с тем, что
эти топливные системы требуют разной степени очистки топлива, в них
используется разное рабочее давление и топливо разной вязкости.

Рис. 1.72. Фильтры тонкой очистки топлива:
а — сетчатым; б — керамическим; 1 — корпус; 2 — входное отверстие;
3 — прокладка; 4 — фильтрующий элемент; 5 — съемный стакан-отстойник;
6 — пружина; 7 — винт крепления стакана; 8 — канал для отвода топлива

Фильтры тонкой очистки топлива для карбюраторных двигателей подразделяются на разборные и неразборные. Разборные имеют многократно
используемый фильтрующий элемент, однако в настоящее время такие
фильтры практически вышли из употребления.
Неразборные фильтры для карбюраторных двигателей состоят из
герметичного корпуса, в котором расположен фильтрующий элемент из
синтетических материалов (штора). Штора уложена в виде многолучевой
звезды.
-122-

1. . ле тронные системы впрыс а топлива

Подавляющее большинство фильтров имеют прозрачный пластмассовый корпус, позволяющий визуально определять загрязненность фильтроэлемента.
Для карбюраторных двигателей считается достаточным, если в начале
работы фильтр задерживает не менее 60 % загрязнения. Для бумажных
фильтрующих элементов применяется та же бумага, что и для масляных
фильтров. Для карбюраторных ДВС требуется степень очистки бензина до
15–20 мкм (на инжекторных — до 5–10 мкм). Более крупные частицы не
просачиваются по топливопроводу и не вредят системе впрыска.

Рис. 1.73. Фильтр грубой очистки топлива5

Фильтр-отстойник (рис. 1.73, а) служит для предварительной (грубой)
очистки топлива от частиц более 0,05 мм и устанавливается на автомобилях
между топливным баком и насосом. Он состоит из корпуса 4, к которому
через уплотнительную прокладку болтом 5 крепится стакан-отстойник 11.
В стакане на пустотелом стержне установлен фильтрующий элемент 7, набранный из латунных или алюминиевых пластин 9 на стойке 10 и пружиной
2 поджимается к корпусу 4 через уплотнительную прокладку. На каждой
пластине выдавлены выступы высотой 0,05 мм и просверлены отверстия 8
для прохода топлива. Благодаря выступам между пластинами образуются
щели, сквозь которые проходит топливо, примеси задерживаются и вместе
с водой опускаются вниз в стакан-отстойник, откуда периодически удаля5
Как узнать, что топливный фильтр забит : сайт. URL : http://driving24.ru/
kak-opredelit-chto-zabit-toplivnyj-filtr/.

-123-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

ются. Топливо подводится по штуцеру 6 и, очистившись, по отверстиям 8
проходит в корпус и штуцером 3 отводится в топливный насос.
Впускной и выпускной трубопровод. При работе двигателя выделяются следующие токсичные вещества:
- оксиды азота (NOX);
- сажа (С);
- оксид углерода (СО);
- углеводороды (СНХ);
- альдегиды;
- канцерогенные вещества;
- различные соединения серы и свинца.

Рис. 1.74. Впускной трубопровод и выпускной коллектор:
1 — датчик контрольной лампы давления масла; 2 — впускной трубопровод;
3 — заборник теплого воздуха; 4 — кронштейн подводящей трубы насоса
охлаждающей жидкости; 5 — выпускной коллектор; 6 — прокладка

Уменьшить токсичность отработавших газов можно путем:
- усовершенствования процессов смесеобразования и сгорания;
- организации рециркуляции отработавших газов;
- нейтрализации отработавших газов;
- применения топлива улучшенного качества и альтернативного
топлива.
Переработка выхлопных газов перед выпуском их в атмосферу происходит в дополнительном и основном глушителях. Внутри глушителей имеются многочисленные отверстия и камеры, расположенные в шахматном
-124-

1. . ле тронные системы впрыс а топлива

порядке. При прохождении газов по такому лабиринту, они теряют свою
скорость и, как следствие этого, шумность их уменьшается. А далее газы
выходят и растворяются в воздухе.
В системе выпуска современных автомобилей устанавливается каталитический нейтрализатор отработавших газов. Назначение нейтрализатора —
уменьшить концентрацию вредных веществ, которые содержатся в продуктах сгорания. Самые вредные из них три (основные токсичные компоненты
отработавших газов) — углеводороды СН, окись углерода СО, оксиды азота
NOx. Каждая составляющая должна нейтрализоваться отдельно, поэтому появилось название трехфункциональный (трехкомпонентный) каталитический
нейтрализатор.
Внутри термостойкого корпуса нейтрализатора находится носитель
из керамической основы, на которую наносится активный каталитический
материал, состоящий из тончайшего слоя благородных металлов. В носителе имеется множество продольных каналов, проходя по которым отработавшие газы подвергаются нейтрализации, в результате чего токсичность
выхлопа снижается примерно на 90 %. После нейтрализатора основными
компонентами выхлопных газов становятся относительно безопасная двуокись углерода, а также совсем безвредные азот и водяной пар.

Рис. 1.75. Схема системы выпуска отработавших газов:
а — без каталитического нейтрализатора; б — с каталитическим нейтрализатором;
1 — выпускной клапан; 2 — выпускной трубопровод; 3 — приемная труба
глушителя; 4 — дополнительный глушитель (резонатор); 5 — основной глушитель;
6 — соединительный хомут; 7 — датчик концентрации кислорода (лямбда-зонд);
8 — каталитический нейтрализатор; 9 — керамическая основа нейтрализатора

-125-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

Каталитический нейтрализатор может успешно работать при соотношении топлива с воздухом близким к стехиометрическому. Для измерения
количества кислорода в выпускной системе устанавливается датчик концентрации кислорода (лямбда-зонд). Датчик отслеживает концентрацию
кислорода в отработавших газах и передает информацию в электронный
блок управления двигателем (ЭБУ), который дает команду на изменение
количества впрыскиваемого в цилиндры двигателя топлива.
Датчик концентрации кислорода не работает только во время прогрева двигателя, при этом ЭБУ определяет состав смеси, впрыскиваемой
в цилиндр двигателя, без участия этого датчика.

1.9. СИСТЕМА ПИТАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ,
РАБОТАЮЩЕГО НА ГАЗОВОМ ТОПЛИВЕ
Газовое топливо по сравнению с жидким имеет следующие преимущества:
1) снижается токсичность отработавших газов;
2) может использоваться в ДВС с высокой степенью сжатия;
3) не смывает масляную пленку со стенок цилиндров ДВС;
4) снижается износ цилиндро-поршневой группы ДВС (износ гильз
цилиндра на 14 %, поршней на 17 %, поршневых колец на 63 %, шеек коленчатого вала на 57–70 %);
5) высокая детонационная стойкость;
6) повышается срок службы моторного масла в 2–2,5 раза;
7) скрытая теплота испарения весьма мала (≈116 кВт/кг), т.е. влияние
на температурный режим камеры сгорания незначительно;
8) увеличивается моторесурс ДВС на 30–40 % и т.д.
Наряду с этим газобаллонные автомобили (ГБА) имеют и ряд недостатков:
1) снижение мощности двигателя за счёт меньшего коэффициента
наполнения цилиндров: СНГ (сжиженные газы) — 3–4 %, СПГ (сжатые газы)
— 18–20 %;
2) неудовлетворительные пусковые качества при низких температурах;
3) увеличенное, из-за повышенного температурного режима работы
двигателя, содержание в отработавших газах окислов азота, что ведёт
к «нитрированию» масел и в конечном итоге коррозии при большом нагреве;
4) повышенная степень сжатия двигателей ГБА требует применения
высокооктанового бензина (резервное топливо);
5) усложнение системы питания, увеличение объёма и стоимости обслуживания и ремонта;
6) снижение грузоподъёмности автомобилей, работающих на СПГ
из-за использования баллонов большой массы (800 кг у ЗИЛ-138);
7) удорожание автомобиля на 20–26 %.
-126-

1. . Система питания двигателя работа щего на газовом топливе

Основные компоненты сжиженных газов — пропан С3Н8 (октановое
число 96,3), бутан С4Н10 (октановое число 93,1) и их смеси. Получают эти
углеводороды из газов, выходящих из буровых скважин вместе с нефтью
и из газообразных фракций, получаемых при различных видах переработки
нефтепродуктов, каменных углей. Газобаллонные установки для сжиженного газа являются установками среднего давления. Сжиженные газы хранят
в баллонах емкостью 250 л, с рабочим давлением 1,6 МПа (16 кгс/см2).
Основные компоненты сжатых газов — метан СН4 (октановое число
104), окись углерода СО и водород Н2 — получают из горючих газов (природных, попутных, нефтяных, коксовых и др.). Для сжатого газа применяют
газобаллонные установки, рассчитанные на работу при высоком давлении — 19,6 МПа (196 кгс/см2), так как метан характеризуется наивысшей
критической температурой (–82 °С). Для перевода метана в жидкое состояние необходимы следующие условия — температура –18 °С и давление
около 20 МПа (200 кгс/см2).
При работе двигателя подача газа из баллонов в систему подачи
топлива происходит через два запорных устройства — расходный вентиль
и электромагнитный клапан с газовым фильтром. Перед пуском двигателя
открывают расходный вентиль. Манометр должен показать наличие газа
в баллонах. Газ по трубопроводу поступает в редуктор, где давление автоматически снижается до 0,1 МПа. По пути к редуктору газ подогревается.
Затем газ по шлангу поступает в карбюратор-смеситель для образования
газовоздушной смеси и далее в цилиндры двигателя.
Для работы на резервном топливе (бензине) автомобиль имеет топливный бак, фильтр-отстойник, топливный насос, топливопроводы.
Газобаллонная установка, работающая на сжиженном газе (рис. 1.76),
состоит из газовых баллонов, испарителя газа, двухступенчатого газового
редуктора, манометров высокого и низкого давления, электромагнитного
клапана с газовым фильтром, карбюратора-смесителя, приборов резервного топлива. Газовый баллон снабжен контрольным вентилем уровня
жидкости, предохранительным клапаном, указателем уровня жидкости,
вентилем расхода газа.
Сжиженный газ перед использованием переводят в газообразное состояние. Из баллона жидкий газ при открытом магистральном вентиле поступает через электромагнитный клапан с газовым фильтром к испарителю,
где подогревается охлаждающей жидкостью системы охлаждения двигателя.
Жидкость испаряется, и в парообразном состоянии газ поступает в фильтр,
а затем в двухступенчатый газовый редуктор, где давление газа снижается
до 0,1 МПа. Далее газ проходит через дозирующее устройство в карбюратор
и при такте впуска поступает в цилиндры двигателя. Газовый манометр
показывает давление газа в редукторе.
-127-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

Рис. 1.76. Газобаллонная установка для сжиженного газа:
1 — магистральный вентиль; 2 — манометр баллона; 3 — паровой вентиль;
4 — предохранительный клапан; 5 — баллон для сжиженного газа;
6 — контрольный вентиль; 7 — накопительный вентиль баллона; 8 — указатель
уровня сжиженного газа; 9 — жидкостной вентиль; 10 — манометр редуктора;
11 — двигатель; 12 — карбюратор; 13 — смеситель газа; 14 — бак для бензина;
15 — газовый редуктор; 16 — испаритель сжиженного газа; 17 — штуцер
для подвода горячей воды; 18 — штуцер для отвода воды; 19 — кран для слива воды

Основные приборы газобаллонной установки
Баллоны служат резервуарами для сжатого или сжиженного газа. Для
сжатого газа баллоны изготовляются из бесшовных труб легированной
стали и подвергаются термической обработке для повышения прочности
и обеспечения безосколочности при разрушении. На переднем днище
баллона сжиженного газа расположены вентили и приборы. На баллоне
указываются завод-изготовитель, масса, вместимость, дата изготовления,
клеймо контролера ОТК завода.
Вентили. Наполнительный вентиль служит для заправки баллона,
контрольный — для контроля за его наполнением. Наполнительный
вентиль мембранного типа состоит из корпуса, крышки, штока, соединен-128-

1. . Система питания двигателя работа щего на газовом топливе

ного с мембраной, клапаном и маховиком. В корпусе вентиля установлен
обратный клапан с пружиной и ввернутой пробкой. Предохранительный
клапан предотвращает повышение давления газа выше 1,6 МПа и состоит
из корпуса, клапана с резиновым уплотнителем, штока и пружины. Если
в баллоне давление превысит 1,6 МПа, то газ, преодолевая усилие пружины,
откроет клапан и выйдет в окружающую среду.
Расходный вентиль служит для подачи топлива в газообразном или
жидком состоянии и состоит из корпуса, крышки, штока с уплотнителем,
упорного винта с маховиком. В корпус вентиля ввернут корпус скоростного
клапана с пружиной, который обеспечивает быстрое автоматическое прекращение подачи газа из баллона в случае резкого увеличения расхода газа,
при обрыве или повреждении трубопровода магистрали.
Датчик уровня сжиженного газа устанавливается в баллоне для
контроля.
Электромагнитные запорные клапаны, объединенные с фильтрующими элементами, выполняют функции магистральных вентилей в газовой
и бензиновой системах подачи топлива. Клапан приводится в действие
через выключатель зажигания и переключатель «Газ-Бензин».
Электромагнитный клапан с газовым фильтром имеет разборный
фильтрующий элемент. В обойме установлены, чередуясь, две фетровые
шайбы и три медные сетки. Обойма удерживается в поджатом положении
пружиной.
Газ при открытом расходном вентиле через штуцер и полый болт поступает в отстойник и проходит фильтрующий элемент. Клапан подачи газа
под действием пружины электромагнита прижат к седлу корпуса фильтра
и закрывает выходное отверстие. При включении зажигания якорь втягивается в электромагнитную катушку и клапан открывает отверстие для
поступления газа через испаритель в редуктор низкого давления.
Электромагнитный клапан с бензиновым фильтром состоит из
алюминиевого каркаса с двумя слоями латунной сетки и пружины, поджимающей сетку к каркасу. Бензин, подаваемый насосом, поступает в полость
стакана отстойника, где фильтруется. При включении зажигания якорь
втягивает клапан, и бензин поступает через выходной штуцер в карбюратор-смеситель.
Газовый редуктор (рис. 1.77, а) предназначен для уменьшения
давления, автоматического изменения количества газа, поступающего
к карбюратору-смесителю (в зависимости от режима работы двигателя),
и быстрого выключения подачи газа при любой остановке двигателя.
Универсальный двухступенчатый газовый редуктор давления состоит
из первой ступени редуцирования высокого давления с газовой полостью,
разгрузочного устройства с газовой полостью и выходного патрубка с дозатором.
-129-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

Рис. 1.77. Элементы газобаллонной установки:
а — двухступенчатый редуктор; б — газовый смеситель; 1 — дозатор;
2 — мембрана второй ступени; 3 — цилиндрическая пружина разгрузочного
устройства; 4 — шток; 5 — коническая пружина разгрузочного устройства;
6 — мембрана разгрузочного устройства; 7 — предохранительный клапан;
8 — клапан первой ступени; 9 — пружина первой ступени; 10 — рычаг
клапана первой ступени; 11 — мембрана первой ступени; 12 — клапан второй
ступени; 13 — клапан экономайзера; 14 — пружина мембраны; 15 — мембрана
дозирующего экономайзерного устройства; 16 и 19 — каналы; 17 — рычаг
клапана второй ступени; 18 — упор; 20 — выходной патрубок; 21 — ограничитель
частоты вращения коленчатого вала; 22 — газовый смеситель; 23 — рычаг
дроссельных заслонок; 24 — газоподводящий патрубок; 25 — обратный клапан;
26 — корпус смесителя; 27 — дроссельная заслонка; 28 — регулировочный винт
минимальной частоты вращения коленчатого вала на режиме холостого хода;
29 — регулировочный винт общей подачи газа в систему холостого хода;
30 — штуцер для подвода газа в систему холостого хода; 31 — диффузор;
32 — газовая форсунка; 33 — воздушная заслонка; А — полость разгрузочного
устройства; Б — полость атмосферного давления; В — полость второй ступени
(низкого давления газа); Г — полость первой ступени (высокого давления газа);
Д — полость атмосферного давления первой ступени; Е — полость дозирующего
экономайзерного устройства

-130-

1. . Система питания двигателя работа щего на газовом топливе

При открытом магистральном вентиле газ свободно поступает в первую ступень через сетчатый фильтр и шариковый клапан. Вследствие этого
давление в полости первой ступени редуцирования повышается и мембрана,
преодолевая сопротивление калиброванной пружины, прогибается вниз
и действует через коленчатый рычаг на шариковый клапан. При повышении
давления в полости первой ступени редуцирования до определенной величины клапан закрывается.
Если двигатель не работает, подача газа прекращается. Когда коленчатый вал двигателя начинает проворачиваться, то во впускном трубопроводе
возникает разрежение, которое по каналу передается в полость разгрузочного устройства. При давлении 800–900 Па кольцевая мембрана разгрузочного
устройства, преодолевая сопротивление пружины, прогибается вниз. Упоры
отводятся от мембраны и частично разгружают пластинчатый эластичный
клапан, который под давлением газа открывается, и газ поступает в полость
низкого давления второй ступени. Далее через дозирующее отверстие
и патрубок газ засасывается в смеситель. На режимах холостого хода и малых
нагрузках в полости низкого давления второй ступени возникает избыточное давление (50–100 Па). Этого оказывается достаточно, чтобы в условиях
резкого открытия дроссельной заслонки исключить переобеднение смеси.
При полных нагрузках срабатывает пневматический диафрагменный привод
клапана экономайзера, и поддиафрагменная полость экономайзера через
канал сообщается с впускным трубопроводом. Через клапан экономайзера
и канал газ поступает непосредственно в патрубок параллельно с подачей его
дозатором, благодаря чему смесь обогащается.
Карбюратор-смеситель (рис. 1.77, б) предназначен для приготовления газовоздушной горючей смеси. Газосмесительные устройства форсуночного типа с автономной системой холостого хода имеют отдельные
корпуса. Карбюратор-смеситель дает возможность работать двигателю как
на газовом топливе, так и на бензине. Подача газа на рабочем режиме двигателя производится через форсунки, расположенные в газосмесительном
устройстве.
Работа двигателя. Пуск двигателя осуществляется стартером. Перед
пуском двигателя следует проверить газовую аппаратуру и убедиться в ее
герметичности. При пуске холодного двигателя необходимо открыть паровой
вентиль баллона, а при пуске прогретого двигателя — жидкостной вентиль
и по показанию манометра проверить наличие газа в первой ступени редуктора. Для ускорения пуска двигателя заполняют газом газопровод от редуктора до карбюратора смесителя принудительным открытием клапана второй
ступени, кратковременно нажимая на стержень штока мембраны второй
ступени. Перемещают рукоятку управления дроссельными заслонками на
половину длины ее хода и пускают двигатель. Далее двигатель прогревают
на малой частоте вращения коленчатого вала. Как только температура охлаждающей жидкости достигает заданной величины, открывают расходный жид-131-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

костной вентиль и закрывают расходный паровой вентиль. После прогрева
двигателя нажимают кнопку ручного управления дроссельными заслонками.
Для остановки двигателя выключают зажигание.

1.10. СИСТЕМА ПИТАНИЯ
ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Система питания дизеля обеспечивает раздельную подачу в цилиндры
двигателя воздуха и топлива и выпуск отработавших газов. По экономичности дизели значительно превосходят карбюраторные двигатели. Удельный расход топлива бензинового двигателя 154–182 г/(кВт · ч), дизельного — 112–140 г/(кВт · ч).
Система питания дизельного ДВС (рис. 1.78) топливом состоит из топливного бака, фильтра грубой очистки топлива, топливоподкачивающего
насоса, фильтра тонкой очистки, топливного насоса высокого давления,
автоматической муфты опережения впрыска топлива, всережимного регулятора, форсунки, топливопроводов (высокого давления, низкого давления
и сливного).
Система питания дизеля воздухом состоит из воздухоочистителя,
впускного трубопровода, турбокомпрессора.
Система выпуска отработавших газов включает в себя выпускной трубопровод, приемные трубы, глушитель.
Работа системы питания. Топливо из бака через фильтр грубой
очистки по топливопроводу поступает к топливоподкачивающему насосу,
далее подается по топливопроводу к фильтру тонкой очистки, затем —
к насосу высокого давления. Насос по топливопроводам высокого давления подает топливо в форсунки. При такте впуска в цилиндр поступает
очищенный в воздухоочистителе воздух. В конце такта сжатия в цилиндр
под высоким давлением через форсунку впрыска в мелко распыленном
виде подается определенная порция топлива, которая самовоспламеняется
вследствие высокой температуры. Отработавшие газы поступают в выпускной трубопровод и через приемные трубы и глушитель в окружающую среду.
Дизельное топливо. Фракции продуктов переработки нефти, выкипающие от 200 °С до 390 °C, служат основой для производства дизельного топлива, получившего название от типа двигателя, в котором оно используется.
Этот вид топлива предназначен для высокооборотных дизелей.
Смесь дизельного топлива с остаточными продуктами (до 80 %) прямой перегонки или крекинга нефти называют тяжелым дизельным топливом. Тяжелое дизельное топливо предназначено для малооборотных
и среднеоборотных дизелей. В зависимости от климатических условий
и времени года применяется дизельное топливо различных марок: Л (летнее), 3 (зимнее), А (арктическое).
-132-

1.1 . Система питания дизельных двигателей

Рис. 1.78. Топливные системы четырехтактных дизелей:
а — ЯМЗ-236; б — КамАЗ-740; 1 — фильтр тонкой очистки топлива;
2, 3, 7, 10, 12, 14, 15–18, 20 и 23–27 — топливопроводы; 4 — воздухоочиститель;
5 — насос высокого давления; 6 — форсунка; 8 — фильтр грубой очистки топлива;
9 — топливный бак; 11 и 28 — топливоподкачивающие насосы; 13 — перепускной
клапан; 19 — кран отбора топлива к подогревателю; 21 и 22 — тройники

В дизеле воспламенение топлива происходит самопроизвольно без
внешнего искрового устройства и с минимальной задержкой с момента
его впрыска в горячую камеру сгорания. Важнейшим показателем дизельного топлива является воспламеняемость. Топливо, обладающее большей
-133-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

способностью к воспламенению, обеспечивает более мягкое протекание
процесса сгорания без резкого повышения давления и стуков в цилиндре
двигателя. Таким топливом является цетан, воспламеняемость которого
принята за 100 единиц. Воспламеняемость альфаметил-нафталина принята за 0. Воспламеняемость дизельных топлив оценивают цетановым
числом, которое равно объемному содержанию цетана в такой его смеси
с альфаметил-нафталином, которая при стандартных условиях испытания
имеет одинаковую воспламеняемость с данным топливом. В современных
дизелях применяют топливо с цетановым числом 40–55.

1.10.1. Смесеобразование в дизельном двигателе
Процесс смесеобразования происходит в течение короткого промежутка времени внутри цилиндра, когда поршень находится вблизи ВМТ. К началу подачи топлива — в конце такта сжатия давление в цилиндре составляет
примерно 3,5–4,5 МПа, а температура — 800–900 °К. Смесеобразование
представляет собой процесс испарения мелко распыленного топлива и перемешивание его паров с воздухом. Каждая частица топлива должна войти
в соприкосновение с воздухом как можно скорее, чтобы выделение теплоты
произошло в начале хода расширения. Для улучшения смесеобразования
и повышения однородности смеси коэффициент избытка воздуха составляет от 1,4 до 1,7. Равномерное распределение топлива по объему камеры
сгорания осуществляется за счет кинематических энергий распыленного
топлива и движущегося воздуха, определяемых формой камеры сгорания
и скоростью движения поршня. В современных дизелях находит применение объемное, объемно-пленочное, пленочное, вихрекамерное и предкамерное смесеобразование. Способ смесеобразования обусловлен формой
камеры сгорания, которая в сочетании с топливоподающей аппаратурой
определяет условия процессов смесеобразования и сгорания. Двигатель
с непосредственным впрыском топлива обеспечивает наиболее экономичный рабочий цикл и хорошие пусковые свойства двигателя.

1.10.2. Период задержки самовоспламенения топлива
Продолжительность периода задержки самовоспламенения топлива
относительно момента начала впрыска топлива определяет характер
протекания всего процесса сгорания. При длительном периоде задержки
воспламенения в камере сгорания испаряется большое количество впрыснутого топлива, и в дальнейшем, вследствие вовлечения этого топлива
в процесс сгорания, давление повышается и увеличивается «жесткость»
работы дизеля. Поэтому стремятся уменьшить до определенного предела
-134-

1.1 . Система питания дизельных двигателей

период задержки воспламенения топлива. В зависимости от условий протекания процесса сгорания продолжительность периода задержки воспламенения топлива составляет 0,0005–0,0002 с.
На продолжительность периода задержки воспламенения топлива
и на характер процесса сгорания влияют следующие факторы:
- физические и химические свойства топлива;
- температура и давление воздуха в период впрыска топлива;
- характер и интенсивность вихревого движения воздуха в камере
сгорания;
- работа топливоподающей аппаратуры;
- конструкция камеры сгорания;
- угол опережения начала впрыска топлива;
- нагрузка и частота вращения коленчатого вала.
Для наиболее эффективного протекания процесса сгорания необходимо, чтобы его продолжительность была как можно меньше, а давление
в камере сгорания повышалось плавно. Очень резкое повышение давления
приводит к «жесткой» работе двигателя.

1.10.3. Приборы системы питания дизеля
Фильтр грубой очистки топлива предназначен для очистки топлива
от грубых механических примесей и воды и работает как отстойник.
Фильтр грубой очистки топлива двигателя ЯМЗ-236М (рис. 1.79, а)
состоит из корпуса с крышкой и сменного фильтрующего элемента из хлопковой нити, намотанной на металлический трубчатый перфорированный
каркас. Плотное соединение фильтрующего элемента с корпусом и крышкой достигается тем, что трехгранные кольцевые ребра крышки и днища
корпуса вдавливаются в мягкие торцевые поверхности фильтра.
Топливо по трубопроводу поступает в полость между стенками корпуса и фильтрующим элементом. Пройдя через фильтр, очищенное топливо
поступает внутрь каркасной трубки и далее к топливоподкачивающему
насосу. На внешней поверхности фильтрующего элемента и на днище корпуса осаждаются механические примеси. Для удаления воздуха при замене
фильтра в верхней части крышки имеется резьбовое отверстие, закрытое
пробкой.
На двигателях КамАЗ-740.10 и ЗИЛ-645 фильтр грубой очистки
(рис. 1.79, б) состоит из корпуса, крышки, распылителя, отражателя, фильтрующей сетки и успокоителя. Топливо подается к распылителю и стекает
по отражателю в корпус. Крупные механические примеси и вода осаждаются на дне корпуса, а топливо, прошедшее фильтрующую сетку, поступает по
трубопроводу низкого давления к топливоподкачивающему насосу.
-135-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

Рис. 1.79. Фильтры грубой очистки топлива:
а — ЯМЗ-236М; б — КамАЗ-740.10 и ЗИЛ-645; 1 — сливная пробка;
2 — фильтрующий элемент; 3 — корпус; 4, 7 и 13 — отверстия; 5 — крышка;
6 — пробка; 8 — прокладка; 9 — распылитель; 10 — отражатель;
11 — фильтрующая сетка; 12 — успокоитель

Фильтр тонкой очистки топлива предназначен для очистки топлива от более мелких примесей. Фильтр двигателей ЯМЗ-236М (рис. 1.80, а)
состоит из корпуса, крышки и фильтрующего элемента, представляющего
собой перфорированный металлический трубчатый каркас, обмотанный
тканью, на котором сформирована фильтрующая масса из древесной муки,
пропитанной пульвербакелитом. Фильтрующий элемент прижат к крышке
пружиной.
Топливо, подаваемое топливоподкачивающим насосом, заполняет полость корпуса и проходит через фильтрующий элемент, далее поднимается
вдоль стержня крепления и поступает к насосу высокого давления. В крышке ввернут штуцер с калиброванным отверстием, через которое топливо
сливается в бак.
На двигателях КамАЗ-740.10 и ЗИЛ-645 фильтр тонкой очистки топлива (рис. 1.80, б) состоит из крышки, двух корпусов со стержнями
и фильтрующих элементов, прижатых к крышке пружинами. Фильтрующие
элементы, изготовленные из специальной бумаги, работают параллельно.
-136-

1.1 . Система питания дизельных двигателей

Рис. 1.80. Фильтры тонкой очистки топлива:
a — ЯМЗ-236М; б — КамАЗ-740.10 и ЗИЛ-645; 1 — сливная пробка;
2 — пружина фильтрующего элемента; 3, 11, 13 и 14 — прокладки;
4 — фильтрующий элемент; 5 — корпус; 6 — стержень; 7 — крышка;
8 и 12 — пробки; 9 — штуцер с калиброванным отверстием; 10 — болт

Топливоподкачивающий насос. В системах топливоподачи дизелей
применяют поршневые насосы, которые служат для подачи топлива через
фильтры к топливному насосу высокого давления (ТНВД).
Топливоподкачивающий насос крепится к корпусу ТНВД с приводом
от эксцентрика его кулачкового вала и имеет ручной привод для заполнения
топливом фильтров и удаления воздуха из топливной системы.
Топливоподкачивающий насос (рис. 1.81) состоит из корпуса, в котором имеются топливные каналы, в средней части находится отверстие под
поршень и роликовый толкатель; возвратных пружин поршня и толкателя;
нагнетательного клапана; впускного клапана. Над впускным клапаном
ввернут цилиндр с поршнем и штоком ручного привода.
При работе двигателя эксцентрик набегает на ролик толкателя, который через шток передает усилие на поршень. Последний перемещается,
сжимая возвратную пружину. В надпоршневом пространстве давление
топлива повышается, впускной клапан закрывается, а нагнетательный открывается, и топливо по каналу перетекает в подпоршневое пространство.
-137-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

Когда эксцентрик сбегает с ролика толкателя, пружина поршня перемещает
поршень в обратную сторону6.

Рис. 1.81. Топливоподкачивающий насос поршневого типа:
a — конструкция; б — схема перепуска топлива; в — схема поступления
топлива в насос и подачи его к фильтру тонкой очистки; 1 — втулка;
2 — шток толкателя; 3, 8, 18 и 22 — пружины; 4 — толкатель; 5 — ось ролика;
6 — ролик; 7 — выпускной клапан; 9 и 16 — прокладки; 10 и 23 — пробки;
11 — корпус цилиндра; 12 — цилиндр; 13 — поршень; 14 — шток поршня;
15 — рукоятка; 17 — втулка цилиндра ручного насоса; 19 — впускной клапан;
20 — корпус насоса; 21 — поршень; 24 — эксцентрик; 25 и 26 — каналы;
А — полость над поршнем; Б — полость под поршнем

В надпоршневом пространстве создается разрежение, открывается
впускной клапан и топливо заполняет надпоршневое пространство. Одно6
См.: Строительные машины и оборудование, справочник : сайт. URL : http//
story-technics.ru.

-138-

1.1 . Система питания дизельных двигателей

временно в подпоршневом пространстве создается давление топлива, и оно
поступает по трубопроводу к фильтру тонкой очистки.
Производительность топливоподкачивающего насоса выше, чем
расход топлива при работе двигателя. При уменьшении расхода топлива
двигателем давление в подпоршневой полости повышается, и усилия сжатой пружины поршня недостаточно для преодоления давления топлива, ход
поршня уменьшается, и, соответственно, снижается подача топлива насосом. Толкатель при этом свободно перемещается в обе стороны. По мере
увеличения расхода топлива двигателем давление в подпоршневой полости
уменьшается, активный ход поршня увеличивается и подача топлива насосом возрастает.

1.10.4. Топливный насос высокого давления
Топливный насос высокого давления (ТНВД) (18–20 МПа) подает через форсунки в камеру сгорания топливо в строго определенные
моменты и в определенном количестве в зависимости от режима работы
двигателя. На автомобильных двигателях применяют ТНВД золотникового
типа с постоянным ходом плунжера и регулировкой окончания подачи
топлива. Число секций топливного насоса соответствует числу цилиндров
двигателя. Каждая секция обслуживает один цилиндр. Привод топливных
насосов осуществляется от зубчатых колес распределительного вала. На
двигателях марки «ЯМЗ» применяются рядные топливные насосы, которые
располагаются между рядами цилиндров. На двигателях марки «КамАЗ» —
двухрядные V-образные топливные насосы.
ТНВД двигателей марки «ЯМЗ» состоит из корпуса с крышками,
внутри корпуса имеется горизонтальная перегородка, в которой выполнены гладкие отверстия с пазами под роликовые толкатели. В верхней
части корпуса имеются резьбовые отверстия крепления насосных секций,
топливные каналы, отверстие крепления рейки поворота плунжеров.
В нижней части корпуса расположен кулачковый вал привода насосных
секций. Роликовый толкатель в верхней части имеет регулировочный болт
с контргайкой.
Насосная секция (рис. 1.82) включает в себя плунжер и гильзу, соединенные вместе, которые образуют плунжерную пару. Плунжер диаметром
9 мм имеет ход 10 мм. Для создания высокого давления зазор между плунжером и гильзой составляет 0,00015–0,002 мм. Положение гильзы в насосе относительно топливных каналов фиксировано стопорным винтом.
В верхней части гильзы имеется впускное и перепускное отверстия. Плунжер в верхней части имеет осевое и радиальное отверстия.
-139-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

Рис. 1.82. Топливный насос высокого давления двигателя ЯМЗ-236:
1 — автоматическая муфта опережения впрыска топлива; 2 — гайка;
3 — шпонка; 4 — втулка; 5 — винт-ограничитель; 6 — рейка; 7 — перепускной
клапан; 8 — корпус насоса; 9 — втулка плунжера; 10 — плунжер; 11 — ниппель;
12 и 29 — пробки; 13 — сапун; 14 — корпус регулятора; 15 — кулачковый вал;
16 — самоподжимная уплотняющая муфта; 17 — конический роликоподшипник;
18 — топливоподкачивающий насос; 19 — кулачок; 20 — регулировочная
прокладка; 21 — крышка подшипника; 22 — указатель уровня масла;
23 — крышка; 24 — винт крепления крышки; 25 — верхняя тарелка пружины;
26 — зубчатый венец; 27, 37 и 45 — винты; 28 — канал отвода топлива;
30 — штуцер; 31 — упор клапана; 32 — колпачковая гайка; 33 — пружина
нагнетательного клапана; 34 — нагнетательный клапан; 35 — седло
нагнетательного клапана; 36 — канал подвода топлива; 38 — поворотная втулка;
39 — пружина; 40 — нижняя опорная тарелка пружины; 41 — регулировочный
болт; 42 — контргайка; 43 — толкатель; 44 — ролик толкателя;
46 — промежуточная опора кулачкового вала

От радиального отверстия плунжера выполнены две спиральные канавки. На нижнем конце плунжера имеется два выступа, входящих в пазы
поворотной втулки, которая поворачивает плунжер, также имеется кольцевая проточка для опорной тарелки возвратной пружины плунжера. Другой
конец пружины упирается в верхнюю тарелку, установленную в кольцевой
выточке корпуса. На поворотной втулке крепится зубчатый хомутик, нахо-140-

1.1 . Система питания дизельных двигателей

дящийся в зацеплении с рейкой поворота плунжеров. Над гильзой плунжера
располагается нагнетательный клапан с седлом, упором и возвратной пружиной. Насосная секция в корпусе насоса крепится штуцером. От штуцера
через ниппель топливо поступает по топливопроводу высокого давления
к форсунке.

Рис. 1.83. Секция топливного насоса высокого давления:
1 — кулачок распределительного вала; 2 — корпус насоса; 3 — ролик
толкателя; 4 — толкатель; 5 — пята толкателя; 6 — тарелка пружины;
7 — пружина; 8 — опорная шайба; 9 — опорная втулка; 10 — плунжер;
11 — штифт; 12 — впускное отверстие; 13 — втулка плунжера;
14 — нагнетательный клапан; 15 — штуцер; 16 и 21 — уплотнительное кольцо
секции; 17 — корпус секции насоса; 18 — шайба; 19 — спиральная канавка
плунжера; 20 — перепускное отверстие; 22 — рейка; 23 — поворотная
втулка плунжера

Работа насосной секции. При вращении кулачкового вала насоса
(рис. 1.83) кулачок набегает на ролик толкателя, который передает усилие
на плунжер. Плунжер движется вверх, сжимая возвратную пружину и вытесняя топливо через впускное отверстие в канал насоса. При перекрытии
этого отверстия давление топлива постепенно растет, и при давлении
1 МПа начинает открываться нагнетательный клапан. Клапан полностью
открыт при давлении 1,8 МПа. Плунжер продолжает двигаться вверх, дав-141-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

ление топлива в надплунжерном пространстве растет. При достижении
требуемого для впрыска топлива давления (17–20 МПа) игла распылителя
форсунки поднимается и происходит впрыск топлива в цилиндр.
Плунжер движется вверх, поддерживая давление впрыска топлива. Как
только отсечная кромка спиральной канавки совместится с перепускным
отверстием, давление топлива резко падает, игла распылителя форсунки под
действием возвратной пружины садится в седло. Впрыск топлива прекращается. Одновременно нагнетательный клапан под действием возвратной
пружины садится в седло, объем пространства за клапаном увеличивается
и происходит отсечка подачи топлива. Конусный поясок нагнетательного
клапана притерт к седлу и надежно изолирует надплунжерное пространство
от топливопровода высокого давления, поддерживая в нем избыточное давление топлива, что обеспечивает стабильность при малой подаче топлива.
Плунжер какое-то время еще продолжает двигаться вверх, обеспечивая
гарантированный впрыск топлива. Кулачок сбегает с ролика толкателя и под
действием возвратной пружины плунжер начинает двигаться вниз, надплунжерное пространство заполняется топливом.
Режим работы дизеля зависит от количества топлива, подаваемого
в цилиндры секциями насоса за один ход плунжера. При повороте плунжеров во втулках на некоторый угол изменяется количество подаваемого
топлива.
На многоцилиндровых двигателях из-за применения рядного насоса
увеличивается длина кулачкового вала. Применение V-образных насосов
позволяет уменьшить длину кулачкового вала, повысить его жесткость
и увеличить давление впрыска до 70 МПа.

1.10.5. Форсунки
Форсунка служит для подачи топлива в камеру сгорания под большим
давлением в мелко распыленном виде и обеспечивает четкую отсечку подачи топлива в конце впрыска. На дизелях применяют форсунки нескольких
типов: открытые или закрытые, с распылителем, имеющим одно отверстие
(сопло) или несколько. Закрытые форсунки могут быть штифтовые или бесштифтовые. На дизелях марок «ЯМЗ» (рис. 1.84, а), «КамАЗ», «ЗИЛ» (рис. 1.84,
б) применяют закрытые бесштифтовые форсунки. Форсунка называется
закрытой, так как сопла в распылителе закрыты иглой и только в момент
впрыска топлива сообщаются с камерой сгорания. Для выхода топлива
распылитель имеет четыре сопла диаметром 0,34 мм.
Форсунка дизелей марки «ЯМЗ» состоит из корпуса, в котором имеется центральное отверстие под штангу и наклонный топливный канал;
распылителя с тщательно обработанным осевым отверстием под иглу
-142-

1.1 . Система питания дизельных двигателей

Рис. 1.84. Форсунки дизелей:
а — ЯМЗ-236; б — КамАЗ-740; 1 — игла распылителя; 2 — медная шайба;
3 — кольцевая полость; 4 — распылитель; 5 — накидная гайка; 6 — штифт;
7 — шарик; 8 — корпус; 9 — штанга; 10 — тарелка пружины; 11 — пружина;
12 — регулировочный винт; 13 — стакан пружины; 14 — контргайка; 15 — колпак;
16 — прокладка; 17 — втулка; 18 — сетчатый фильтр; 19 — уплотнитель штуцера;
20 — штуцер; 21 и 23 — каналы; 22 — кольцевая проточка; 24 — латунный стакан;
25 — головка блока цилиндров; 26 — проставка; 27 — уплотнительное кольцо;
28 — регулировочные шайбы; 29 — опорная шайба

и топливных каналов. В нижней части распылителя имеются четыре сопла,
кольцевая проточка и два глухих отверстия под штифты.
Игла распылителя имеет цилиндрическую направляющую часть, конусные пояски в средней и нижней частях. Распылитель с иглой крепится
к корпусу накидной гайкой. В верхней боковой части находится прилив
с резьбовым отверстием под топливный штуцер с фильтрующей сеткой.
В центральной верхней части имеется резьба под резьбовую втулку,
в центральной части которой находится резьбовое отверстие под регулировочный винт с контргайкой. Нижняя часть винта является верхней
опорной тарелкой под возвратную пружину иглы распылителя. На штанге
в верхней части крепится нижняя опорная тарелка пружины, в нижней час-143-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

ти запрессован шарик для плотной посадки иглы на седло. Резьбовая втулка
в верхней части закрыта колпачковой гайкой с резьбовым отверстием под
дренажный трубопровод.
Топливо подводится к форсунке через штуцер с сетчатым фильтром
и поступает по наклонному каналу корпуса в кольцевую проточку распылителя. Затем топливо по трем каналам проходит в кольцевую полость
(средней части распылителя), расположенную под утолщенной (с конусным
пояском) частью иглы. Под действием топлива, поступающего в полость,
игла поднимается, сжимая возвратную пружину. Сопла распылителя открываются, и топливо впрыскивается в камеру сгорания. После окончания
впрыска давление топлива падает, и под действием возвратной пружины
игла плотно садится на седло в распылителе. Давление впрыска топлива
регулируется регулировочным винтом с контргайкой в резьбовой втулке
затяжкой возвратной пружины иглы распылителя. Топливо, просочившееся
между иглой и распылителем, отводится дренажным трубопроводом в бак.
Автоматическая муфта опережения впрыска топлива позволяет изменять угол опережения впрыска топлива в зависимости от частоты вращения коленчатого вала, что повышает экономичность дизеля при различных
режимах работы и улучшает его пуск. Муфта устанавливается на переднем
конце кулачкового вала ТНВД.
Автоматическая муфта (рис. 1.85) состоит из следующих деталей:
ведущей полумуфты с пальцами и шипами привода, ведомой полумуфты
с осями грузов, двух грузов, двух пружин, двух проставок и корпуса. Ведущая полумуфта надета на ступицу ведомой полумуфты и может на ней
поворачиваться. При сборке муфты корпус навертывают на ведомую полумуфту. Для уплотнения соединения ведущей полумуфты с корпусом в него
запрессована самоподжимная уплотняющая манжета. Два груза, шарнирно
установленные на осях, имеют криволинейную поверхность, на которую
через проставки опираются пальцы ведущей полумуфты.
Движение от ведущей полумуфты на ведомую передается через два
груза и пружины. Во время работы двигателя ведущая полумуфта пальцами
через проставки нажимает на криволинейную поверхность грузов. Усилие
через оси грузов передается ведомой полумуфте, а от нее кулачковому валу
насоса. При увеличении частоты вращения коленчатого вала грузы, преодолевая сопротивление пружины, расходятся под действием центробежных
сил. При этом грузы поворачиваются вокруг осей ведомой полумуфты
и проставки скользят по криволинейной поверхности грузов. В этом случае
расстояние между осями грузов и пальцами ведущей полумуфты уменьшается, пружины сжимаются, и ведомая полумуфта поворачивается по ходу
вращения вместе с кулачковым валом. В результате этого топливо раньше
поступает в цилиндры двигателя, т.е. увеличивается угол опережения
впрыска топлива.
-144-

1.1 . Система питания дизельных двигателей

Рис. 1.85. Автоматическая муфта опережения впрыска топлива:
а — конструкция; б — детали; 1 — ведомая полумуфта; 2 — ось груза;
3 — уплотнительное кольцо; 4 — пружина; 5 — ведущая полумуфта; 6 — винт;
7 — втулка ведущей полумуфты; 8 и 12 — самоподжимные манжеты; 9 — гайка
крепления муфты; 10 — ступица ведомой полумуфты; 11 — шип; 13 — корпус;
14 — палец ведущей полумуфты; 15 — груз; 16 — пружинная шайба;
17 — шпонка; 18 — кулачковый вал топливного насоса; 19 — проставка

При уменьшении частоты вращения коленчатого вала грузы сходятся,
пружины разжимаются и поворачивают ведомую полумуфту в противоположную сторону, что вызывает уменьшение угла опережения впрыска топлива. Автоматическая муфта изменяет угол опережения впрыска топлива
на 10–14°.

1.10.6. Регулятор частоты вращения коленчатого вала
Регулятор частоты вращения коленчатого вала изменяет подачу
топлива в зависимости от нагрузки двигателя, поддерживая заданную водителем частоту вращения коленчатого вала. Регулятор называется всережимным, так как он может поддерживать любую заданную водителем частоту
вращения коленчатого вала и ограничивать максимальную. Ограничение
-145-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

максимальной частоты вращения коленчатого вала вызвано необходимостью предохранить детали дизеля от быстрого изнашивания и чрезмерных
нагрузок, а ограничение малой частоты вращения — ухудшением подачи
топлива и смесеобразования. Регулятор крепится к задней части корпуса
ТНВД и приводится во вращение от кулачкового вала ТНВД через ускоряющие зубчатые колеса, поэтому вал регулятора вращается с большей частотой
вращения, чем кулачковый вал. Это позволяет повысить чувствительность
регулятора к изменению нагрузки.

Рис. 1.86. Всережимный регулятор частоты вращения
коленчатого вала дизельного двигателя ЯМЗ-236М:
а — устройство; б — схема работы (увеличение частоты вращения коленчатого
вала); 1 и 3 — зубчатые колеса; 2 — кулачковый вал топливного насоса; 4 — вал
регулятора; 5 — стакан; 6 — ось грузов; 7 — державка; 8 — пал рычагов;
9 — рычаг пружины; 10 — рейка топливного насоса; 11 — тяга; 12 — стартовая
пружина рычага рейки; 13 — болт ограничителя максимальной частоты вращения
коленчатого вала; 14 — рычаг управления регулятором; 15 — болт регулировки
минимальной частоты вращения коленчатого вала на режиме холостого хода;
16 — крышка смотрового люка; 17 — ось двуплечего рычага; 18 — двуплечий
рычаг; 19 — пружина регулятора; 20, 22 и 29 — регулировочные винты;
21 — регулировочный болт; 23 — упорная пружина; 24 — серьга; 25 — корректор;
26 — рычаг; 27 — рычаг управления рейкой; 28 — скоба; 30 — палец; 31 — кулиса;
32 — пята; 33 — пробка отверстия для слива масла из регулятора; 34 — подвижная
муфта; 35 — груз; 36 — резиновые сухари; I — скоба кулисы в положении
«Работа»; II — скоба кулисы в положении «Стоп»

-146-

1.1 . Система питания дизельных двигателей

Регулятор (рис. 1.86) состоит из корпуса с крышкой, смотрового люка,
зубчатого колеса привода, вала регулятора с ведомым зубчатым колесом
и державкой грузов (ролики грузов упираются в подвижную муфту с шарикоподшипником и пятой), рычага управления рейкой топливного насоса,
который крепится на одной оси с пятой (рычаг тягой соединен одним
концом с рейкой, а другим концом посредством пальца с кулисой). Скоба
управления кулисой может занимать два положения: «Работа» и «Стоп».
В состав регулятора также входят силовой и двуплечий рычаги управления
регулятором, болты ограничения максимальной и минимальной частоты
вращения коленчатого вала.
При неработающем двигателе скоба управления кулисой находится
в положении «Стоп». После пуска двигателя грузы под действием центробежных сил расходятся и перемещают подвижную муфту от себя. Силовой
и двуплечий рычаги поворачиваются против часовой стрелки, преодолевая
усилие силовой пружины, одновременно рычаг управления рейкой перемещает рейку в сторону уменьшения подачи топлива. Перемещение рычажной системы продолжается до тех пор, пока центробежные силы грузов не
уравновесятся силовой пружиной регулятора.
Необходимую частоту вращения коленчатого вала устанавливает водитель, нажимая на педаль подачи топлива. Установившаяся частота вращения
коленчатого вала автоматически поддерживается регулятором следующим
образом. При уменьшении нагрузки на двигатель частота вращения коленчатого вала возрастает, так как в цилиндры поступает то же количество топлива.
Грузы регулятора, расходясь на некоторый угол, перемещают рычажную
систему в сторону, соответствующую уменьшению подачи топлива и восстанавливают частоту вращения коленчатого вала до ±30 мин-1.
При увеличении нагрузки на двигатель частота вращения коленчатого
вала снижается. Центробежные силы грузов уменьшаются, грузы сходятся,
рычажная система под действием силовой пружины регулятора перемещает рейку топливного насоса в сторону увеличения подачи топлива до
восстановления заданного скоростного режима (перемещению рейки
в сторону увеличения подачи топлива также способствует и стартовая пружина рычага рейки).
Топливопроводы. В топливной системе дизеля используются топливопроводы низкого и высокого давления.
Топливопроводы низкого давления предназначены для подвода топлива из бака через фильтры к насосу высокого давления и отвода излишков
топлива в бак. Изготовляются они из латунных или стальных трубок и присоединяются к приборам пустотелыми болтами, контактные поверхности
уплотняются медными шайбами толщиной 1,5 мм.
Топливопроводы высокого давления соединяют топливный насос высокого давления с форсунками. Все они имеют одинаковую длину и изготов-147-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

ляются из стальных трубок (внешний диаметр 7 мм, внутренний 2 мм). Их
концы, полученные высадкой в форме конуса, привернуты накидными гайками с шайбами к конусным гнездам штуцеров топливного насоса высокого
давления и форсунок. Во избежание поломок от вибрации топливопроводы
закреплены специальными скобами и кронштейнами.

1.10.7. Система подачи и очистки воздуха
Воздухоочиститель. На двигателях марки «КамАЗ» (рис. 1.87) установлен двухступенчатый воздухоочиститель с автоматическим отсосом
пыли и сменным фильтрующим элементом. Воздухоочиститель состоит из
воздушной трубы, корпуса воздухоочистителя с фильтрующим элементом,
выходной трубы, патрубка отсоса пыли. В качестве фильтрующего элемента
используется гофрированный картон.

Рис. 1.87. Система подачи и очистки воздуха дизеля КамАЗ-740:
а — система подачи воздуха; б — воздухоочиститель; 1 — колпак; 2 — труба
воздухозаборника; 3 — индикатор; 4 — левый впускной трубопровод;
5 — входная труба; 6 — воздухоочиститель; 7 — патрубок отсоса пыли;
8 — выходная труба; 9 — борт кузова; 10 — кабина; 11 — корпус
воздухоочистителя; 12 — фильтрующий элемент; 13 — входной патрубок;
14 — уплотнительное кольцо; 15 — защелка крепления крышки;
16 — держатель фильтрующего элемента; 17 — гайка крепления
фильтрующего элемента; 18 — крышка; 19 — выходной патрубок

-148-

1.11. Система за игания

При работе двигателя воздух через сетку в колпаке проходит по трубам
в воздухоочиститель. По входному патрубку корпуса воздух попадает в первую ступень очистки с инерционной решеткой и резко изменяет направление. Крупные частицы отсасываются отработавшими газами и выводятся
в окружающую среду. Для этого в выпускной трубе двигателя установлен
эжектор. Воздух проходит через микропоры картона второй ступени и очищенный по выходной трубе поступает во впускной трубопровод.
Система выпуска отработавших газов автомобилей марки «КамАЗ»
состоит из выпускных трубопроводов, приемных труб, которые соединены
в тройнике, гибкого металлического рукава, по которому газы поступают
в глушитель. Глушитель состоит из корпуса с днищами. Внутри имеются
две перегородки, которые образуют три резонаторные камеры, где газы
расширяются, их давление и скорость уменьшаются, и далее они выводятся
в окружающую среду.

1.11. СИСТЕМА ЗАЖИГАНИЯ
1.11.1. Назначение системы зажигания
Воспламенение рабочей смеси в камере сгорания автомобильного
карбюраторного двигателя, как в период пуска, так и во время его работы
осуществляется посредством электрического разряда между электродами
свечи зажигания, ввернутой в головку цилиндра двигателя.
Бесперебойное искрообразование между электродами свечи зажигания происходит при высоком напряжении (8 000–30 000 В). На прогретом
двигателе к моменту искрообразования рабочая смесь сжата и имеет
температуру, близкую к температуре самовоспламенения. В этом случае
достаточно незначительной величины электрический разряд (порядка
5 мДж). Однако имеется ряд режимов работы двигателя, когда требуется
искра в 30–100 мДж. К таким режимам относятся:
- пусковой режим;
- работа на бедных смесях при частичном открытии дросселя;
- работа на холостом ходу;
- работа при резких открытиях дросселя.
Электрическая искра вызывает появление в ограниченном объеме
рабочей смеси первых активных центров, от которых начинается развитие
химической реакции окисления топлива. Воспламенение рабочей смеси
является началом бурной реакции окисления топлива, сопровождающейся
выделением тепла.
Система зажигания двигателя предназначена для генерации импульсов высокого напряжения, вызывающих вспышку рабочей смеси в камере
-149-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

сгорания двигателя, синхронизации этих импульсов с фазой двигателя
и распределения импульсов зажигания по цилиндрам двигателя. От мощности искры и момента зажигания рабочей смеси в значительной степени
зависят экономичность и устойчивость работы двигателя, а также токсичность отработавших газов.

1.11.2. Принцип работы систем зажигания
Системы зажигания:
- КСЗ (KSZ) — самая распространенная контактная система зажигания.
В принципиальной схеме этой системы имеется катушка, распределитель
и прерыватель;
- КТСЗ (HKZk, JFU4, HKZ-2) — у этой системы имеется контактный датчик, в то время как энергия в этой системе предварительно накапливается;
- БТСЗ (HKZh, EZK) — в этой системе используются транзисторы,
а контакты отсутствуют, в схему включен индукционный датчик;
- БТСЗ (TSZk) — также бесконтактная система, имеющая в основе
транзисторную схему, однако в системе установлен датчик Холла и система
накопления емкости;
- КТСЗ (TSZi) — система, имеющая контакты и транзисторы, а также
накопитель энергии за счет индукции;
- БТСЗ (TSZh) — система бесконтактная, снабженная датчиком индуктивности;
- БТСЗ (VSZ, EZL) — работает без контактов, однако имеет датчик Холла
и работает за счет накопленной индуктивности энергии;
- МСУД — система работает под управлением микропроцессора, вращающиеся детали отсутствуют.
Контактная (классическая) система зажигания
Аккумуляторная батарея являлась источником электрической анергии
для системы зажигания на первых автомобилях. Появление условных фар
на автомобиле для поездок в темное время суток и как следствие быстрая
разрядка аккумуляторов привели к необходимости пользования параллельно с аккумуляторной батареей генератор.
В автомобильной терминологии есть термин «батарейное зажигание»,
в отличие от тракторной техники, где зажигание смеси в цилиндрах осуществляется с помощью магнето.
Батарейное зажигание в том виде, в котором оно появилось у первых
автомобилях, долгое время было единственным способом зажигания.
Изобретение полупроводниковых приборов привело созданию систем за-150-

1.11. Система за игания

жигания, в основу которых заложена так называемая контактная система.
Эти две системы имеют принципиальные различия. Наряду с термином
«классическая», чаще употребляется более верный термин «контактная»,
так как он полностью отражает конструктивные особенности классической
системы зажигания.
В контактной системе зажигания создание, последующее перераспределение по цилиндрам высокого напряжения производится через контакты.

Рис. 1.88. Принципиальная схема системы зажигания бензиновых двигателей

Катушка зажигания состоит из сердечника, на который намотаны
первичная и вторичная обмотки. Первичная обмотка состоит из небольшого числа витков сравнительно толстой проволоки, а вторичная — из очень
большого числа витков тонкой проволоки. Катушка зажигания — простой
трансформатор. Один конец первичной обмотки соединен через выключатель зажигания Sс положительным выводом аккумуляторной батареи.
Другой конец первичной обмотки соединен с вторичной обмоткой. Свободный конец вторичной обмотки выведен наружу для соединения со свечой
зажигания. Такую схему соединения, когда вторичная обмотка является как
бы продолжением первичной, называют автотрансформаторной.
Катушка зажигания имеет две обмотки: первичную и вторичную. Один
конец у них общий, соединен с подвижным контактов прерывателя. Второй
конец вторичной обмотки соединен с бегунком распределителя, а второй
-151-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

конец первичной обмотки через добавочный резистор RД (резистор имеется
не во всех схемах) и контакты выключателя S-зажигания с выводом «+» аккумуляторной батареи.

Рис. 1.89. Катушка зажигания

Одним из основных элементов системы зажигания является прерыватель. В классической системе зажигания он представляет собой устройство,
состоящее из вращающегося кулачка, на который опирается подвижный
контакт. При вращении кулачка контакты К размыкают и замыкают
первичную обмотку. При замкнутых контактах выключателя S в момент
замыкания контактов К прерывателя от положительного вывода аккумуляторной батареи через первичную обмотку, контакты прерывателя, «массу»
(корпус автомобиля) и отрицательный вывод аккумуляторной батареи
будет проходить ток. Ток, протекающий по первичной обмотке (первичный ток), создает магнитное поле, силовые линии которого, замыкаясь
через сердечник, пересекают витки обеих обмоток. Когда вращающийся
кулачок размыкает контакты К, первичный ток и вызванный им магнитный поток резко уменьшаются. При уменьшении магнитного поля в обеих
обмотках согласно закону электромагнитной индукции наводится ЭДС самоиндукции, пропорционально скорости уменьшения магнитного потока
и числу витков в обмотках. Так как вторичная обмотка имеет очень большое
-152-

1.11. Система за игания

число витков, ЭДС самоиндукции достигает 30 000 В. Этого напряжения
достаточно для пробоя искрового промежутка свечи зажигания. Ток высокого напряжения проскакивает в виде искры между электродами свечи
зажигания. При этом ЭДС самоиндукции, индуктируемая при размыкании
контактов К в первичной обмотке, достигает значения 300 В и направлена
в ту же сторону, что и первичный ток, и как бы стремится задержать его исчезновение. В результате между размыкающимися контактами появляется
сильный дуговой разряд, разрушающий контакты. Для уменьшения вредного разрушительного воздействия самоиндукции в параллель контактам
прерывателя включен конденсатор С. Конденсатор впитывает ток самоиндукции, и поэтому искрения почти нет. Затем конденсатор разряжается
через первичную обмотку и аккумуляторную батарею.
1. Диафрагма вакуумного регулятора.
2. Корпус вакуумного регулятора.
3. Тяга.
4. Опорная пластина.
5. Ротор распределителя («бегунок»).
6. Боковой контакт крышки.
7. Центральный контакт крышки.
8. Контактный уголек.
9. Резистор.
10. Наружный контакт пластины ротора.
11. Крышка распределителя.
12. Пластина центробежного регулятора.
13. Кулачок прерывателя.
14. Грузик.
15. Контактная группа.
16. Подвижная пластина прерывателя.
17. Винт крепления контактной группы.
18. Паз для регулировки зазоров в контактах.
19. Конденсатор.
20. Корпус прерывателя-распределителя.
21. Приводной валик.
22. Фильц для смазки кулачка.
Рис. 1.90. Прерыватель-распределитель зажигания

Кулачок прерывателя, число граней которого равно числу цилиндров,
и бегунок распределителя закреплены на общем валу, который приводится
вращение зубчатой передачей от распределительного вала двигателя и вращается с частотой вдвое меньшей, чем частота вращения коленчатого вала.
Это объясняется тем, что в каждом цилиндре необходимо воспламенить
топливо один раз за два оборота коленчатого вала. Кулачок при вращении
воздействует на рычажок прерывателя, размыкая контакты. Параллельно
-153-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

включен конденсатор. Бегунок распределителя при вращении проходит
мимо неподвижных электродов распределителя, число которых равно числу
цилиндров двигателя. Каждый электрод соединен высоковольтным электропроводом с определенной свечой зажигания.
При включенном выключателе зажигания и замкнутых контактах
прерывателя в цепи на первичной обмотке катушки зажигания появляется
напряжение. При замкнутом состоянии контактов ток будет протекать от
«+» аккумуляторной батареи через резистор RД первичную обмотку катушки
зажигания, контакты прерывателя, «массу» автомобиля к «–» аккумуляторной батареи.

Рис. 1.91. Принципиальная схема классической контактной системы зажигания:
1 — катушка зажигания; 2 — контакты; 3 — рычаг прерывателя; 4 — кулачок;
5 — бегунок распределителя; 6 — свечи зажигания

При вращении коленчатого вала двигателя, когда в одном из цилиндров будет заканчиваться такт сжатия рабочей смеси, кулачок своим выступом разомкнет контакты прерывателя. При размыкании контактов ток
в первичной обмотке катушки зажигания исчезнет, а во вторичной обмотке
появится высокое напряжение. В момент возникновения высокого напряжения бегунок распределителя подходит к неподвижному электроду, присоединенного к свече зажигания того цилиндра, в котором заканчивается
такт сжатия. В результате между электродами свечи зажигания возникает
электрический разряд, воспламеняющий смесь в цилиндре.
Добавочный резистор RД позволяет улучшить работу системы зажигания при пуске двигателя. При включении стартера напряжение аккумуляторной батареи сильно уменьшается, что приводит к уменьшению силы
тока в первичной цепи и пониженному напряжению во вторичной цепи.
-154-

1.11. Система за игания

Особенно сильно это сказывается при пуске двигателя зимой, когда характеристики аккумуляторной батареи ухудшаются, а для пробоя искрового
промежутка свечей зажигания требуется более высокое напряжение. Поэтому при включении стартера с помощью специальных контактов, имеющихся в электропусковой системе, резистор RД шунтируется. Таким образом,
на время пуска обеспечивается необходимой силы ток в первичной цепи,
несмотря на пониженное напряжение аккумуляторной батареи.
Элементы контактной системы зажигания, применяемые на современных автомобилях, практически одинаковые.
Контактно-транзисторная система зажигания
Контактно-транзисторная система зажигания (рис. 1.92) состоит
в основном из тех же элементов, что и классическая, и отличается от нее
наличием транзистора V, резисторов R1 и R2 и отсутствием конденсатора C,
ранее шунтировавшего контакты прерывателя.

Рис. 1.92. Принципиальная схема контактно-транзисторной системы зажигания:
R1 и R2 — резисторы; КЗ — катушка зажигания; w1 — первичная обмотка;
w2 — вторичная обмотка; V — транзистор; Пр — контакты прерывателя;
S — выключатель

Работает система зажигания следующим образом. Когда контакты прерывателя Пр разомкнуты, транзистор V закрыт и ток в первичной обмотке
катушки зажигания w1, отсутствует. При замыкании контактов транзистор V
открывается и через первичную обмотку катушки зажигания w1, начинает
протекать ток, нарастающий от нуля до некоторого значения, определяемого параметрами первичной цепи и временем, в течение которого контакты
замкнуты. В сердечнике катушки накапливается электромагнитная энер-155-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

гия. При размыкании контактов прерывателя транзистор V закрывается
и ток в первичной обмотке катушки зажигания резко уменьшается. В этом
случае во вторичной обмотке w2 возникает высокое напряжение, которое
поступает на контакт распределителя и переносится к соответствующей
свече зажигания. Резистор R2 служит для ограничения тока базы транзистора V, а резистор R1 обеспечивает запирание транзистора, когда контакты
прерывателя разомкнуты.
Особенностью такой системы является то, что в ней контакты прерывателя коммутируют только незначительный ток базы транзистора, в то
же время ток через первичную обмотку катушки зажигания коммутирует
транзистор.
Конденсаторная система зажигания
В конденсаторных системах зажигания энергия искрообразования
накапливается не в магнитном поле катушки зажигания, а в электрическом
поле специального накопительного конденсатора, который в нужные моменты времени подключается к катушке зажигания.
Конденсаторные системы зажигания подразделяются на системы
с импульсным и системы с непрерывным накоплением энергии.
В системах с импульсным накоплением энергии процессы зарядки
и разрядки накопительного конденсатора разделены паузами, а в системах
с непрерывным накоплением таких пауз нет.
Системы с импульсным накоплением позволяют простыми средствами
стабилизировать напряжение зарядки накопительного конденсатора, т.е.
сделать его независящим от изменения напряжения питания и других дестабилизирующих факторов. Однако при малой пусковой частоте вращения
вала двигателя в этих системах вследствие увеличения времени паузы накопительный конденсатор к моменту искрообразования успевает несколько
разрядиться, и напряжение искрообразования уменьшается. Это налагает
жесткие требования на величину силы токов утечки в элементах вторичной
цепи — тиристоре, накопительном конденсаторе, выпрямительном диоде,
и является недостатком систем с импульсным накоплением.
Системы с непрерывным накоплением энергии свободны от данного
недостатка. Эти системы практически нечувствительны к утечкам в элементах вторичной цепи и обеспечивают независимость напряжения искрообразования от частоты вращения вала двигателя.
На рис. 1.93 приведены принципиальная схема конденсаторной системы зажигания с непрерывным накоплением энергии и схема замещения.
Здесь новыми элементами по сравнению с классической системой
зажигания являются преобразователь напряжения ПН, Накопительный
конденсатор С1, коммутатор S2 и система управления СУ.
-156-

1.11. Система за игания

Рис. 1.93. Схема конденсаторной системы зажигания
с непрерывным накоплением энергии

Преобразователь преобразует напряжение аккумуляторной батареи
в высокое напряжение (350 В).
Бесконтактно-транзисторная система зажигания
Бесконтактно-транзисторная система зажигания (БТСЗ) начала применяться в конце прошлого столетия. Если в контактной системе зажигания
прерыватель непосредственно размыкает первичную цепь, в контактнотранзисторной — цепь управления, то в БТСЗ и управление становится бесконтактным. В этих системах транзисторный коммутатор, прерывающий
цепь первичной обмотки катушки зажигания, срабатывает под действием
электрического импульса, создаваемого бесконтактным датчиком. БТСЗ —
это системы зажигания повышенной энергии (до 50 мДж) и высокого напряжения пробоя (не менее 30 кВ), что, в свою очередь, позволило увеличить
зазор между электродами свечи до 0,7–0,8 мм. В БТСЗ вместо прерывателяраспределителя применяется датчик-распределитель.
Принципиальная схема бесконтактно-транзисторной системы зажигания приведена на рис. 1.94.
Преимущества БТСЗ по сравнению с контактными системами зажигания:
- контакты прерывателя не обгорают и не загрязняются;
- нет необходимости длительное время устанавливать момент зажигания;
- не контролируется и не регулируется угол замкнутого (разомкнутого)
состояния контактов, так как их нет;
- не нарушается равномерность распределения искры по цилиндрам;
-157-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

- повышенная энергия искры обеспечивает надежное воспламенение
рабочей смеси в цилиндре двигателя на неустановившихся режимах;
- система обеспечивает надежный запуск двигателя в зимнее время
при падении напряжения до 6 В;
- применение БТСЗ позволяет снизить содержание СО в отработавших
газах на 20 %;
- снижается расход топлива (примерно на 5 %).

Рис. 1.94. Принципиальная схема
бесконтактно-транзисторной системы зажигания:
1 — свечи зажигания; 2 — датчик-распределитель; 3 — коммутатор;
4 — генератор; 5 — аккумуляторная батарея; 6 — монтажный блок;
7 — реле зажигания; 8 — катушка зажигания; 9 — датчик Холла

1.11.3. Приборы системы зажигания
Октан-корректор распределителя служит для установочной регулировки момента зажигания. Для этого винт крепления распределителя
ослабляется, что дает возможность поворачивать корпус распределителя.
Вместе с корпусом поворачивается подвижная пластина 7 прерывателя
-158-

1.11. Система за игания

относительно кулачка, и тем самым изменяется относительное положение
коленчатого вала в момент размыкания контактов прерывателя.
Центробежный регулятор работает следующим образом. При увеличении частоты вращения коленчатого вала грузики под действием центробежных сил, преодолевая усилие пружин, расходятся в стороны. При этом
штифты грузиков, входящие в прорези поводковой пластины кулачка, поворачивают ее в сторону вращения вала распределителя на некоторый угол.
При этом выступы кулачка будут раньше набегать на подушечку рычажка
с подвижным контактом, и угол опережения зажигания увеличится. При
уменьшении частоты вращения коленчатого вала грузики под действием
пружин возвращаются в первоначальное положение.
Зависимость угла опережения зажигания от частоты вращения определяется конструктивными особенностями двигателя и поэтому у центробежных регуляторов различных распределителей она неодинакова.
Вакуумный регулятор изменяет угол опережения зажигания в зависимости от разрежения над дроссельной заслонкой карбюратора. При
полностью открытой заслонке разрежение невелико и вакуумный регулятор
не работает. По мере увеличения прикрытия заслонки (при уменьшении
нагрузки двигателя) разрежение возрастает, диафрагма регулятора прогибается, увлекая за собой тягу и прикрепленную к ней пластину прерывателя
на угол опережения зажигания.
Свеча зажигания (рис. 1.95) предназначена для воспламенения рабочей смеси в цилиндре двигателя. При подаче высокого напряжения на
электроды свечи возникает искровой разряд, воспламеняющий рабочую
смесь. Свеча зажигания является важнейшим элементом системы зажигания двигателя с принудительным воспламенением.
Наибольшее распространение на автомобилях получили свечи зажигания с воздушным искровым промежутком.
Современные свечи зажигания представляют собой неразборную конструкцию, в которой изоляция электродов осуществляется керамическим
изолятором.
Стальной корпус 4 (рис. 1.95) с приваренным к нему боковым электродом 6 имеет в нижней части резьбу для ввертывания свечи зажигания
в отверстие головки цилиндра. Герметичность резьбового соединения обеспечивается уплотнительной прокладкой 7. В корпусе 4 путем завальцовки
его верхнего края закреплен керамический изолятор 3 с центральным
электродом 5. Вывод центрального электрода 5 наружу осуществляется
через токопроводящий герметик 9 и стальной стержень 2. Для улучшения
сцепления с герметиком нижняя часть стержня 2 имеет накатку. На верхнем конце стержня 2 нарезана резьба для соединения с контактной гайкой 1. Теплопроводящая шайба 8, кроме отвода тепла от изолятора, герметизирует корпус свечи.
-159-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

Рис. 1.95. Свеча зажигания:
1 — контактная гайка; 2 — изолятор; 3 — корпус; 4 — уплотнительное кольцо;
5 — центральный электрод; 6 — боковой электрод

В некоторых конструкциях свечей зажигания герметизация соединения между корпусом и изолятором осуществляется под завальцованной
частью корпуса уплотнительной шайбой и тальковым порошком.
Имея выход в камеру сгорания двигателя, свеча зажигания, кроме
электрической нагрузки, связанной с подачей на ее электроды высокого
напряжения, воспринимает химические, тепловые и механические нагрузки, возникающие в процессе рабочего цикла в цилиндре двигателя.
Воздействуют эти нагрузки главным образом на изолятор, который должен
иметь высокую электрическую и механическую прочность, быть химически
инертным и термостойким.
Электрические нагрузки требуют от изолятора способности выдерживать без пробоя и поверхностного разряда напряжения не менее 20 кВ.
Увеличение искрового промежутка свечи зажигания, скругление острых
кромок на центральном и боковом электродах из-за износа приводят к
увеличению электрической нагрузки на изолятор. Рабочая часть электродов
подвергается электрической эрозии в процессе искрообразования. При
действии высокого напряжения ток утечки не должен быть значительным,
т.е. изолятор должен иметь высокое электрическое сопротивление. Прохождение при работе свечи зажигания тока утечки по изолятору можно сравнить с резистором, который включен параллельно искровому промежутку
и шунтирует последний. При появлении во вторичной цепи ток утечки
вызывает падение напряжения на сопротивлении вторичной обмотки ка-160-

1.11. Система за игания

тушки зажигания. В результате этого вторичное напряжение, подводимое
к электродам свечи зажигания, уменьшается. Чем меньше шунтирующее сопротивление, тем больше ток утечки, и, следовательно, меньше подводимое
к свече зажигания вторичное напряжение. При значительном увеличении
тока утечки возникают перебои в искрообразовании.
Повышение тока утечки является, как правило, результатом загрязнения изолятора нагаром, а также различными отложениями на внутренней
части изолятора при работе двигателя на топливе с антидетонационными
добавками.
Кроме того, свеча зажигания со стороны камеры сгорания подвергается
периодическому нагреву сгорающей смеси, температура которой достигает
2 500 °С, и охлаждению свежим зарядом. В результате температура нижнего
конца изолятора, называемого тепловым конусом, имеет среднее значение
500–700 °С.
Механические нагрузки, действующие на изолятор свечи зажигания,
также носят циклический характер. При каждой вспышке рабочей смеси на
изолятор действует значительная ударная нагрузка, стремящаяся вырвать
его из корпуса. Давление, развиваемое в цилиндре двигателя при сгорании
рабочей смеси, достигает 6 МПа.
Одно из важных требований к свече зажигания является герметичность
между корпусом и изолятором. Даже самое незначительное нарушение приводит к прорыву горячих газов. Это может не сопровождаться значительной
потерей мощности двигателя, но вызовет резкий перегрев изолятора свечи
зажигания и его быстрое разрушение.
Для изготовления изоляторов отечественных свечей зажигания применяют керамические материалы с высоким содержанием оксидов алюминия:
уралит, борокорунд, синоксаль и др. Для улучшения изоляционных свойств
наружной части изолятора ее покрывают глазурью.
Стальной корпус свечи зажигания для предохранения от коррозии подвергают воронению или цинкованию. Диаметр резьбы вворачиваемой части
корпуса современных свечей зажигания 14 мм, на автомобилях раннего
производства применяются свечи зажигания с диаметром вворачиваемой
части 18 мм.
Центральный электрод свечей зажигания обычно имеет круглое
сечение, а боковой электрод — прямоугольное с закругленными углами.
Центральный электрод подвергается воздействию более высоких температур, чем боковой. Поэтому его изготовляют из высокохромистых сплавов,
а боковой электрод — из никель-марганцевых. Искровой зазор между электродами в зависимости от характеристик системы зажигания может изменяться в пределах 0,5–0,9 мм. Имеется тенденция к увеличению искрового
промежутка свечей зажигания.
-161-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

С увеличением искрового промежутка возрастает величина пробивного напряжения свечей зажигания. Однако кроме него на пробивное
напряжение оказывает влияние целый ряд факторов. К ним относятся
степень сжатия, скоростной режим, состав рабочей смеси, угол опережения
зажигания, температура электродов свечи зажигания, температура рабочей
смеси. Так, при увеличении частоты вращения коленчатого вала пробивное
напряжение уменьшается. Уменьшается оно также при увеличении температуры центрального электрода. При пуске двигателя, разгоне и работе на
режиме полного дросселя пробивное напряжение возрастает.
Обозначение свечей зажигания. Условное обозначение свечей зажигания содержит:
- обозначение резьбы на корпусе: А — резьба M14 × 1,25; M — резьба
М18 × 1,5;
- калильное число;
- длину резьбовой части корпуса: Н — 11 мм, С — 12,7 мм, Д — 19 мм,
без буквы — 12 мм;
- выступание теплового конуса изолятора за торец корпуса — Б;
- герметизация термоцементом по соединению изолятор-центральный электрод — Т;
- порядковый номер конструкторской разработки.
Примеры обозначения свечей зажигания:
А14ДВ-10 — свеча зажигания с резьбой на корпусе М14 × 1,25 с калильным числом 14, длина резьбовой части корпуса 19 мм, имеет выступание
теплового конуса изолятора за торец корпуса, порядковый номер разработки 10.
М8Т-1 — свеча зажигания с резьбой на корпусе M18 × 1,5 и калильным
числом 8, длина резьбовой части корпуса 12 мм, тепловой конус изолятора
выступает за торец корпуса, соединение изолятор — центральный электрод
загерметизирован термоцементом, порядковый номер конструкторской
разработки 1.
А-У17ДВРМ10 — свеча зажигания с резьбой на корпусе М14 × 25. Дефис
говорит о том, что опорная поверхность плоская, но если на его месте будет
буква «К», то значит коническая. Буква «У» говорит о особенностях конструкции, а именно уменьшенном шестиграннике, буква «Р» — о встроенном
резисторе, «М» — о центральном электроде (в данном случае с медным
наконечником), а «10» обозначает искровой зазор между электродами.
У иностранных производителей маркировка свечей зажигания совершенно другая. Например, компания Champion выпускает свечу маркировкой R C 7 YCC 4, где «R» — это вспомогательные элементы свечи (а именно
сопротивление), «С» — характеристика резьбовой части свечи, «7» — калильное число, «YCC» — конфигурация и тип электрода, который можно узнать
лишь из специальной таблицы, а «4» — это зазор между электродами.
-162-

1.11. Система за игания

Рис. 1.96. Обозначение свечей зажигания отечественного производства

Рис. 1.97. Обозначение свечей зажигания зарубежного производства

-163-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

Немного похожая маркировка свечей зажигания ngk. В свече
BC P R 6 E S — 11 две первые буквы «BC» говорят о резьбе и размере ключа.
Третья буква «P» обозначает особенности конструкции, а в данном случае это
смещенный вперед изолятор и наконечник, а четвертая цифра «R» говорит
о наличии резистора. Цифра уже стандартно показывает калильное число
свечи, буква «E» длину резьбы, буква «S» конструкцию самого электрода,
а последние цифры говорят о свечном зазоре.
Иногда маркировка свечей зажигания ngk может иметь еще и буквы
после последних цифр, как, например, P F R 6 A — 11 A. В данном случае
буква «А» обозначает о беспрокладочном типе свечи, а буквы B, C, D свидетельствуют об особом типе.
Маркировка свечей зажигания Bosch слегка отличается от предыдущих, ведь перед калильным числом обязательно две буквы, а после него
уже три. Первая буква обозначает резьбу, вторая тип свечи зажигания
(с полуповерхностным искровым зазором — L, с сопротивлением для подавления радиопомех — R, для маломощных двигателей — S или для гоночных
и спортивных автомобилей — M).
Калильное число — это величина, которая показывает время, по
истечении которого свеча достигнет состояния калильного зажигания. Чем
больше калильное число, тем свеча меньше нагревается. Соответственно
с малым калильным числом будет «горячая» свеча, а с большим — холодная.
При небольших нагрузках хорошо работают «горячие» свечи, но при
длительной и интенсивной работе температура свечи возрастает, это может
привести к «калильному» зажиганию. Результат — потеря мощности двигателя. Свечу обязательно следует заменить, уточнив тепловую характеристику и устранив все неисправности.
Тепловые эквиваленты, выраженные с помощью калильного числа,
представляют собой измеренные на электродах и изоляторе средние
температуры, соответствующие нагрузке двигателя. На юбке изолятора
рабочая температура должна быть в интервале от 400 °С до 850 °С. При этом
температуры свыше 400 °С требуются потому, что при таких температурах
происходит самоочищение свечи зажигания.
Однако выше 850 °С температура на изоляторе подниматься не должна, так как при температуре свыше 900 °С может появляться калильное
зажигание. Кроме того, при очень высоких температурах электроды дополнительно подвергаются воздействию химически агрессивных соединений
или разрушаются. Избежать калильного зажигания можно:
- не допускать ранней установки зажигания;
- заливать топливо, соответствующее данному двигателю;
- следить за внешним видом свечи.
Надо иметь в виду, что условия работы свечей летом и зимой различны, следует вывод — правильнее всего иметь два комплекта свечей: летний
-164-

1.12. Система запус а двигателя

с «холодными» и зимний с «горячими». Если автомобиль эксплуатируется
зимой и часто стоит в пробках, то лучше всего поставить свечи более горячие, а если летом автомобиль эксплуатируется на высоких скоростях —
устанавливаются свечи холодные.
На выбор свечи влияет и размер двигателя, чем он больше, тем «холоднее» свеча. Та же самая свеча для одного двигателя может быть «холодная»,
а для другого «горячая». Как сильно будет разогреваться свеча в процессе
работы, и как она будет отдавать тепло, зависит от материала изолятора
и длины теплового конуса.

1.12. СИСТЕМА ЗАПУСКА ДВИГАТЕЛЯ
1.12.1. Назначение и основные требования,
предъявляемые к системе запуска
Система запуска обеспечивает первоначальное проворачивание
коленчатого вала при пуске двигателя. Для того чтобы двигатель самостоятельно начал работать, его коленчатому валу нужно сообщить определенную
начальную (пусковую) частоту вращения. При этом необходимо преодолеть
момент следующих составляющих:
1. Момент сил трения, возникающих между поверхностями сопряженных деталей двигателя и во вспомогательных механизмах, имеющих
привод от коленчатого вала.
2. Момент инерционных сил, которые появляются в процессе разгона
двигателя, создаваемых движущимися деталями, основную долю составляет момент силы инерции маховика.
3. Момент сопротивления тепловых циклов горючей смеси, определяемый затратами энергии на расширение и сжатие заряда цилиндрах
двигателя.
Суммарный момент сопротивления зависит также от типа и мощности
двигателя, а также от его температуры. Так, с понижением температуры увеличивается вязкость масла, смазывающего вращающиеся части двигателя,
что и приводит к увеличению момента сил трения.
В карбюраторных двигателях необходимо обеспечить подачу топлива
в карбюратор и определенное разрежение во впускном трубопроводе, при
котором движение топливной смеси происходит без конденсации паров
топлива.
Двигатели более мощные и с большим числом цилиндров требует применения стартера с большим крутящим моментом.
-165-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

Момент сопротивления дизельного ДВС больше момента сопротивления бензинового двигателя. Это связано с тем, что степень сжатия у дизелей
больше, чем у бензиновых двигателей.
К системе пуска двигателя предъявляют следующие требования:
- надежный и быстрый пуск, в том числе при низких температурах
окружающего воздуха;
- энергоемкость системы, достаточная для выполнения необходимого
числа повторных пусков и быстро восстанавливающаяся при работе двигателя;
- низкая стоимость;
- минимальная масса и габариты;
- простота в обслуживании и ремонте.
Различают следующие виды пусковых устройств:
- электрический;
- инерционный и гидравлический стартеры;
- устройства пуска сжатым воздухом и при помощи вспомогательного
двигателя.

1.12.2. Стартер
На ТС наиболее широкое распространение получили электростартеры. Основными элементами конструкции типичного электростартера
являются электродвигатель с питанием от аккумуляторной батареи транспортного средства, цилиндрическая зубчатая передача с передаточным
отношением 8–18 и органы управления, причем ведущее зубчатое колесо
установлено на валу, который связан с ротором электродвигателя через
обгонную муфту, а ведомое является частью маховика двигателя. Во время
пуска поршневого двигателя зубчатые колеса входят в зацепление, и вращающий момент от электродвигателя передается на коленчатый вал через
маховик до пуска ДВС.
Мощность электростартера обычно составляет 1,0–2,5 % мощности
бензинового двигателя и 5–10 % — дизеля. К достоинствам электростартера
относятся его малые габариты, низкая стоимость, возможность дистанционного управления и заряда аккумуляторной батареи во время работы
двигателя. Основные недостатки электростартера: потребность в тяжелых
и сравнительно малонадежных аккумуляторных батареях, рассчитанных на
большую силу разрядного тока и подверженных существенному влиянию
температуры окружающего воздуха.
В обычной системе пуска двигателя можно выделить три основных
механизма:
1. Электромотор — создает вращающий момент.
2. Система привода — передает вращение на двигатель.
-166-

1.12. Система запус а двигателя

3. Электромагнитный включатель — приводит ведущую шестерню
стартера в зацепление с ободом маховика, а также дает электрический ток
в электромотор.
Корпус электромотора выполнен из стали и имеет внешний вид
цилиндра. Внутри корпуса имеются обмотки возбуждения, намотанные
вокруг сердечников, прикрепленных к корпусу. Эти обмотки выполнены из
толстой токопроводящей проволоки, способной выдержать сильный электрический ток. Обмотки генерируют электромагнитное поле, способное
вращать якорь стартера. Одним из элементов якоря является сердечник,
с канавками вдоль которого располагаются витки обмоток якоря. Оба конца
каждой обмотки подключены к коллектору. Вращающие моменты, создаваемые каждой из обмоток, складываются, чтобы можно было вращать якорь,
точнее вал якоря.

а

б

Рис. 1.98. Схема системы пуска двигателя:
а — стартер выключен; б — стартер включен; 1 — корпус стартера; 2 — вал якоря
стартера; 3 — шестерня привода с муфтой свободного хода; 4 — рычаг привода
шестерни; 5 — обмотки тягового реле; 6 — якорь тягового реле; 7 — контактная
пластина; 8 — контактные болты; 9 — обмотки стартера; 10 — якорь стартера;
11 — коленчатый вал двигателя; 12 — зубчатый венец маховика

Когда поворачивается ключ замка зажигания в позицию «Start», замыкаются соответствующие контакты. Магнитное поле обмоток воздействует
на якорь тягового реле. Якорь через рычаг приводит в движение муфту привода. Шестерня привода начинает двигаться по валу стартера и сцепляется
с маховиком. Далее замыкается цепь, соединяющая аккумулятор и стартер.
-167-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

Стартер начинает работать. Маховик — вращаться. Вместе с ним вращается
коленчатый вал двигателя. При этом поршни двигаются вверх и вниз, сжимая
тем самым рабочую смесь. Свечи зажигания дают искру. Рабочая смесь воспламеняется, и двигатель начинает работать. После запуска двигателя работа
стартера заканчивается. Держать ключ в позиции «Start» нет необходимости.
Он при этом возвращается в начальное положение «On» и остается в нем,
пока не возникнет необходимость заглушить двигатель. Шестерня привода
отсоединяется от маховика, работа двигателя продолжается естественным
образом посредством сжатия и воспламенения топливной смеси, которая
поступает внутрь цилиндров.

Рис. 1.99. Схема электрической цепи стартера:
1 — аккумуляторная батарея; 2 — предохранитель;
3 — замок зажигания; 4 — реле стартера

Если продолжать держать ключ в позиции «Start» при запущенном
двигателе, то будет слышен необычный звук. Звук будет издаваться обгонной муфтой, которая позволяет вращаться двигателю быстрее стартера.
Эта муфта однонаправленная. Она предназначена для защиты стартера от
повреждения после запуска двигателя. Тем не менее, когда двигатель начал
работать, продолжать держать ключ в положении «Start» нежелательно. Также нежелательно допускать работу стартера более 10 с. Если двигатель не
заводится, нужно дать стартеру остыть перед повторной попыткой запуска
в течение 1–2 мин. В противном случае стартер перегреется и выйдет из
строя. Не следует включать стартер, когда двигатель работает. Это выведет
из строя шестерни стартера и маховика двигателя.
При проворачивании стартер испытывает сопротивление. Момент
этого сопротивления является показателем при определении мощности
стартера. Кроме момента учитывается еще минимальная пусковая частота вращения стартера. Для различных типов транспортных средств
используются стартеры различной мощности. Легковые автомобили — от 1
до 2,2 кВт; грузовые — 4–8 кВт; тракторы — 1,6–4 кВт; спецтехника — до
-168-

1.12. Система запус а двигателя

9 кВт. Приведенные выше мощности указаны в диапазоне, так как значение
зависит от типа двигателя, установленного на транспортном средстве.
Минимальная пусковая частота. Эта характеристика напрямую
зависит от особенностей образования топливной смеси в двигателе. Также большое значение имеет система зажигания двигателя. Для легковых
автомобилей, оснащенных бензиновыми двигателями, значения минимальной пусковой частоты лежат в диапазоне 40–50 об/мин. Для грузового
автотранспорта, а также для автомобилей с установленными дизельными
двигателями значения данной характеристики составляют 80–250 об/мин.
Момент сопротивления проворачиванию. Данная характеристика
напрямую связана с рабочим объемом двигателя автомобиля, то есть прямо
пропорциональна ему. Чем большим объемом обладает силовой агрегат
автомобиля, тем больший момент сопротивления при проворачивании
коленвала потребуется стартеру для успешного запуска двигателя.
Для дизельных двигателей или двигателей большой мощности, применяется другой механизм подачи вращения на бендикс. Применяется редуктор, встроенный в корпус стартера. Редуктор представляет собой механизм
привода трансмиссии, т.е. по внутренней зубчатой обойме вращаются три
сателлита, которые и приводят в действие вал, на котором подвижно находится бендикс. Достоинство таких стартеров в малых габаритах и большой
мощности.
Редукторы, встраиваемые в стартеры, разделяются на три основных типа:
- цилиндрический с внешним зацеплением;
- цилиндрический с внутренним зацеплением;
- планетарный.
Редукторы выполняются одноступенчатыми с прямозубыми шестернями.
Конструкция стартеров с цилиндрическими редукторами с внешним
зацеплением представлена на рис. 1.100. Редуктор расположен в корпусе
23. Преимуществом цилиндрического редуктора с внешним зацеплением
является технологичность изготовления его зубчатых колес. К недостаткам
относится увеличение высоты стартера по сравнению со стартерами без
редуктора из-за смещения осей стартерного электродвигателя и привода
на 30–50 мм. Появление радиальной нагрузки на якорь электродвигателя
требует применения подшипников качения.
В стартерах с цилиндрическими редукторами, имеющими внутреннее зацепление, смещение осей электродвигателя и привода меньше, что
облегчает компоновку стартера на двигателе. Недостатки — повышенная
сложность изготовления зубчатых колес, наличие радиальной нагрузки на
вал электродвигателя.
-169-

ГЛАВА 1. ДВИГАТЕЛЬ

Рис. 1.100. Стартер со встроенным
цилиндрическим редуктором с внешним зацеплением:
1, 14 — пружинные шайбы; 2 — стяжной болт; 3 — крышка со стороны коллектора;
4, 15 — гайки; 5 — стопорная шайба; 6, 25 — подшипники; 7 — якорь в сборе;
8 — корпус; 9 — перемычка; 10 — гайка контактного болта тягового реле;
11 — тяговое реле; 12 — шайба; 13, 22, 27, 30 — уплотнительные кольца;
16 — рычаг в сборе; 17 — ось рычага; 18 — шестерня привода; 19 — упорная шайба;
20 — регулировочная шайба; 21, 26 — винты; 23 — корпус редуктора в сборе;
24 — кольцо; 28 — регулировочная прокладка; 29 — крышка подшипника

Стартер с планетарным редуктором имеет массу на 30–50 % меньшую,
чем стартеры обычной конструкции, за счет повышения частоты вращения
вала электродвигателя в 3–5 раз. При этом встраиваемый редуктор несколько увеличивает длину по оси стартера. Для ограничения длины применяют
укороченный привод, в котором функцию буферной пружины выполняет
пружинный рычаг, или располагают буферную пружину в тяговом реле
стартера. Вместе с тем длину стартеров мощностью 2–2,5 кВт уменьшают
за счет углубления ступицы крышки со стороны коллектора и размещения
вкладыша вала в цилиндрической выемке в торце коллектора.
Запуск двигателя осуществляется прокручиванием венцом маховика, к которому подведена шестерня стартера. Она зацепляется зубьями
с маховиком лишь при срабатывании втягивающего реле, прокручивает
-170-

1.12. Система запус а двигателя

маховик мощным усилием (демонстрируется на видео), после чего возвращается в прежнее не зацепленное состояние. Принцип работы стартера
основан на перемещении обгонной муфты, названной бендиксом на валу
при срабатывании реле.

Рис. 1.101. Электростартер с планетарным редуктором:
1 — крышка со стороны коллектора; 2 — коллектор; 3 — щеткодержатель;
4 — корпус стартера; 5 — тяговое реле; 6 — рычаг включения привода;
7 — муфта свободного хода; 8 — крышка со стороны привода;
9 — корпус редуктора с солнечной шестерней; 10 — водило;
11 — шестерни-сателлиты

Как только скорость маховика становится выше скорости электродвигателя (что свидетельствует о запуске мотора автомобиля), шестерня бендикса отбрасывается обратно, расцепляясь с маховиком. Для этого на валу
стартера имеются винтообразные шлицы. Работа стартера кратковременна,
после отбрасывания шестерни он в движении автомобиля не участвует.
Это обеспечивается конструкцией — шестерня вращается свободно лишь
в одну сторону.

-171-

ГЛАВА 2. ТРАНСМИССИЯ
2.1. ТРАНСМИССИЯ, ЕЕ ВИДЫ,
НАЗНАЧЕНИЕ, УСТРОЙСТВО И ТИПЫ
Трансмиссией, или силовой передачей, называется совокупность
сборочных единиц и механизмов, соединяющих двигатель с ведущими
колёсами автомобиля, В общем случае трансмиссия предназначена для
передачи крутящего момента от двигателя к колёсам (рабочему органу автомобиля), изменения тяговых усилий, скоростей и направления движения.
В автомобилях часть трансмиссии (сцепление и коробка передач) входит
в состав силового агрегата.
В состав трансмиссии автомобиля входят:
- сцепление;
- коробка передач;
- раздаточная коробка;
- коробка отбора мощности;
- главная передача;
- дифференциал;
- карданная передача;
- шарнир равных угловых скоростей (ШРУС), не является отдельным
элементом трансмиссии, так как выполняет роль главной передачи.
К трансмиссии автомобиля предъявляют жесткие требования:
1) она должна быть по конструкции — простой;
2) передавать высокий крутящий момент;
3) иметь большой КПД;
4) бесшумность работы.
Все, что связывает двигателя с ведущими автомобильными колесами,
является составляющей трансмиссии автомобиля. Трансмиссия автомобиля осуществляет следующие функции:
- передает крутящий момент от двигателя к ведущим колесам;
- изменяет величину и направление крутящего момента;
- перераспределяет крутящий момент между ведущими колесами.
-172-

2.1. Трансмиссия ее виды назна ение устройство и типы

Рис. 2.1. Схема трансмиссии автомобиля

В зависимости от вида преобразуемой энергии различают следующие
виды трансмиссии:

Рис. 2.2. Виды трансмиссий

1. Механическая (передает и преобразует механическую энергию).
Трансмиссии механического типа (обычные и планетарные) в КПП
содержат только фрикционные и шестеренчатые устройства. Преимущества их заключаются в коэффициенте полезного действия, небольшой массе
и компактности, простоте в эксплуатации и надежности в работе. Недостаток трансмиссии такого типа — ступенчатость изменения передаточных
-173-

ГЛАВА 2. ТРАНСМИССИЯ

чисел, понижающая использование мощности силового агрегата. Длительное время на переключение рычагом передач усложняет управление
автомобилем.
2. Электрическая (преобразует механическую энергию в электрическую
и после передачи к ведущим колесам — электрическую в механическую
энергию).
Электромеханическая трансмиссия служит для преобразования механической энергии в электрическую и передачи к ведущим колесам преобразует электрическую энергию в механическую. К достоинствам данного типа
трансмиссии можно отнести обеспечение наиболее широкого диапазона
автоматического изменения крутящего момента и силы тяги. Еще достоинством является отсутствие жёсткой кинематической связи между агрегатами
электротрансмиссии, что позволяет создать различные компоновочные
схемы. К недостаткам данного типа трансмиссии можно отнести большие
габариты, массу и стоимость (при использовании электрических машин постоянного тока), низкий КПД (по сравнению с чисто механической).
3. Гидрообъемная (преобразует механическую энергию в энергию
потока жидкости и после передачи к ведущим колесам — энергию потока
жидкости в механическую энергию).
Гидромеханическая трансмиссия обладает гидромеханической коробкой передач, которая в свою очередь состоит из гидродинамического преобразователя момента (им может быть гидротрансформатор или комплексная
гидропередача) и механического редуктора. Данный тип трансмиссии имеет автоматическое изменение крутящего момента, а также автоматическое
переключение передач и легкое управление коробкой передач. Это все
является преимуществами гидромеханической трансмиссии. К недостаткам данного типа трансмиссии можно отнести сравнительно низкий КПД
из-за низкого КПД гидротрансформатора. При КПД гидропередачи не ниже
0,8 диапазон изменения момента не более трёх, что вынуждает иметь механический редуктор на три-пять передач, считая передачу заднего хода.
Такой тип трансмиссии нуждается в специальной системе охлаждения, что
увеличивает габариты трансмиссионного отделения автомобиля.
4. Гидравлическая трансмиссия.
Гидравлическая трансмиссия — это тип трансмиссии, в которой переключения передач выполняет не механический аппарат, а гидравлический
аппарат. Коробка передач такого типа трансмиссии имеет первичный
и вторичный вал, несколько пар зубчатых колес, подобно обычной коробке
передач. Однако включение нужной пары в работу выполняет не фрикционная или кулачковая муфта, а гидромуфта или гидротрансформатор,
заполняемый для включения передачи. К преимуществам данного типа
трансмиссии можно отнести отсутствие механических муфт и безударное
включение передач. Недостатком гидравлической трансмиссии является
необходимость присутствия отдельной гидромуфты на каждую передачу.
-174-

2.1. Трансмиссия ее виды назна ение устройство и типы

5. Гидростатическая трансмиссия.
Гидростатическая трансмиссия основывается на аксиально-плунжерных гидравлических машинах, которые передают мощность от двигателя.
К преимуществам данного типа трансмиссии можно отнести малые габариты гидромашин, малую массу и отсутствие механической связи между
ведомым и ведущим звеньями трансмиссии. Это позволяет разносить их
на значительные расстояния и придавать большое число степеней свободы.
Недостатками гидростатической трансмиссии являются высокие требования к чистоте рабочей жидкости и значительное давление в гидравлической линии.
6. Комбинированная трансмиссия.
Сочетает в себе несколько методов работы (электромеханическая,
гидромеханическая — так называемые «гибриды»).
Механическая трансмиссия автомобиля получила наиболее широкое
применение. И если изменение крутящего момента в ней происходит без
усилий со стороны водителя, она будет называться автоматической. В зависимости от того, какие колеса являются ведущими в конструкции трансмиссии, определяется тип привода (переднеприводный, заднеприводный,
полноприводный).
Автомобили с полным приводом обладают приводом на колеса обеих
осей. Различные в управлении транспортные средства имеют конструкции
трансмиссии со значительными отличиями по составу и устройству компонентов.

Рис. 2.3. Схема автомобиля с передним приводом

Привод на передние колеса автомобиля – наиболее распространенный
вариант привода автомобилей малого и среднего класса. Переднеприводные автомобили имеют хорошее сцепление колес с дорожным полотном,
поскольку вес наиболее тяжелых агрегатов автомобиля ложится на передние
ведущие колеса. В переднеприводных автомобилях применяется задняя
ось, которая играет роль поддерживающей оси. Техническое наименование
такой компоновки — (FF) Front Engine, Front–Wheel Drive.
-175-

ГЛАВА 2. ТРАНСМИССИЯ

Рис. 2.4. Схема автомобиля с задним приводом

У автомобилей с приводом на задние колеса более удачное распределение нагрузки по осям, чем у автомобилей с передним приводом, поэтому
они имеют хорошую управляемость в рулевом управлении. Кроме того,
при разгоне автомобиль как бы «приседает» на задние колеса, обеспечивая
лучшее сцепление ведущих колес с дорогой. Однако при торможении, не
нагруженные весом двигателя колеса задней оси, легко срывается в скольжение, что чревато заносом и потерей управляемости.

Рис. 2.5. Схема автомобиля с полным приводом

Автомобиль с приводом на четыре колеса (полноприводный автомобиль) как правило, имеет продольно расположенный двигатель в передней
части автомобиля, и две ведущих оси, укомплектованным двумя главными
передачами и двумя дифференциалами, распределяющими крутящий
момент по колесам автомобиля. Кроме того, автомобиль должен комплектоваться одним межосевым дифференциалом, который пропорционально
распределяет крутящий момент по осям автомобиля. Это обеспечивает
высокую проходимость автомобиля на заснеженных и мокрых грунтовых
дорогах.
Обычно это автомобили полноразмерного или среднего класса. Такую
компоновку можно встретить на автомобилях-пикапах.
Мощность, подводимая от двигателя к ведущим колесам автомобиля,
частично затрачивается в трансмиссии на преодоление трения (сухого или
жидкостного).
-176-

2.1. Трансмиссия ее виды назна ение устройство и типы

Рис. 2.6. Схемы трансмиссий автомобилей с различной колесной формулой:
а, б — 4×2; в — 4×4; г — 6×4; д, е — 6×6; ж — 8×8; 1 — двигатель; 2 — сцепление;
3 — коробка передач; 4 — карданная передача; 5 — главная передача;
6 — раздаточная коробка

Величина трения включает в себя два вида потерь:
- механические (потери, которые обусловлены трением в зубчатых
зацеплениях, карданных шарнирах, подшипниках, манжетах (сальниках)
и т.п. Величина этих потерь зависит главным образом от качества обработки
и смазки поверхностей трущихся деталей);
- гидравлические (потери мощности, которые связаны с перемешиванием и разбрызгиванием масла в механизмах трансмиссии (коробка передач,
раздаточная коробка, ведущие мосты и др.). Величина потерь этого вида
зависит от вязкости и уровня масла, залитого в механизмы трансмиссии,
частоты вращения валов и шестерен).
КПД трансмиссии измеряют на силовых стендах.
Силовые стенды позволяют экспериментально измерять мощность на
коленчатом валу двигателя автомобиля Nе и балансирного тормоза Nк. КПД
трансмиссии рассчитывается по формуле (2.1)
N
hт = ——к ,
(2.1)
Nв
где Nк — мощность балансирного тормоза, кВт;
Ne — мощность на коленчатом валу двигателя автомобиля, кВт.
-177-

ГЛАВА 2. ТРАНСМИССИЯ

Рис. 2.7. Стенд силовой для измерения КПД трансмиссии

2.2. МЕХАНИЗМ СЦЕПЛЕНИЯ.
ПРИВОД ВЫКЛЮЧЕНИЯ СЦЕПЛЕНИЯ
Автоматическое сцепление предназначено для временного отсоединения трансмиссии от двигателя и обеспечивает плавное включение
трансмиссии при трогании автомобиля с места или при переключении
передач. Необходимость в сцеплении возникает по мере того, как начинается движение. Временное разъединение двигателя и КПП нужно и при
последующем переключении скоростей, а также при резком торможении
и остановке автомобиля.
К сцеплению автомобиля предъявляются требования:
1. Плавность включения. При эксплуатации автомобиля данный
параметр обеспечивается квалифицированным управлением элементами.
Однако некоторые детали конструкции предназначены для увеличения
степени плавного включения узла сцепления даже при минимальной квалификации водителя.
2. «Чистота» выключения. Данный параметр подразумевает полное
выключение, при котором усилия крутящего момента на выходном валу
соответствуют нулевому или близкому к нему значению.
3. Надежная передача мощности от трансмиссии к двигателю при
любых режимах работы и эксплуатации. Иногда при заниженном значении
коэффициента запаса сцепления β, сцепление начинает пробуксовывать.
Это приводит к повышенному его нагреву и износу деталей механизма. Чем
выше данный коэффициент, тем больше масса и размеры узла. Чаще всего
это значение составляет: для легковых автомобилей — 1–1,75; для грузовых
автомобилей общего назначения и автобусов — 1,5–2,2; для прочих грузовых автомобилей и тягачей — 1,8–2,8.
4. Удобство управления. Данное требование является обобщенным
для всех органов управления транспортного средства и конкретизируется
в виде характеристики хода педали и степени усилий, требуемых для пол-178-

2.2. Механизм с епления. Привод вы л

ения с епления

ного отключения сцепления. На данный момент в России действует ограничение в 150 и 250 Н для автомобилей с усилителями привода и без них
соответственно. Сам свободный ход педали не превышает отметки 16 см.
Таблица 2.1
Разновидности сцепления автомобиля по типу конструкции
По конструкции
привода

По числу
ведомых
дисков

Механические

Однодисковые

Фрикционные

С периферийными
пружинами

Гидравлические

Двухдисковые

Гидравлические

С центральной
пружиной

Многодисковые

Электромагнитные

По принципу связи
По принципу
ведущих и ведомых создания нажимного
частей
усилия

Центробежные
Полуцентробежные

Виды сцепления
1. Сухое сцепление.
Принцип действия сцепления данного типа основан на силе трения,
возникающей при взаимодействии сухих поверхностей: ведущего, ведомого и нажимного дисков. Это обеспечивает жесткую связь двигателя
и коробки передач. Сухое однодисковое сцепление — самый распространенный вид, использующийся на основной массе автомобилей с механической
КПП. Сухим данный вид называют из-за того, что на рабочих поверхностях
отсутствуют какие-либо смазывающие вещества, что дает жесткую связь
двигателя и КПП.

Рис. 2.8. Сухое сцепление автомобиля

-179-

ГЛАВА 2. ТРАНСМИССИЯ

Основными элементами такой системы будут: маховик двигателя,
который так же называют ведущим диском, диск сцепления, ведомый,
корзина сцепления, иначе говоря нажимной диск, выжимной подшипник,
муфта выключения, вилка и привод сцепления. На поверхности дисков
установлены фрикционные накладки.
2. Мокрое сцепление.
Данный вид сцепления предполагает работу трущихся поверхностей
в масляной ванне. По сравнению с сухой, такая схема обеспечивает более
плавное соприкосновения дисков; узел эффективнее охлаждается за счет
циркуляции жидкости и может передавать больший момент на трансмиссию.
Мокрая схема обычно применяется на современных роботизированных КПП с двойным сцеплением. Особенность работы такого сцепления
заключается в том, что на четные и нечетные передачи КПП подается
крутящий момент от отдельных ведомых дисков. Привод сцепления —
гидравлический, управляемый электроникой. Переключение скоростей
происходит при постоянной передаче крутящего момента на трансмиссию
без разрыва потока мощности. Данная конструкция является более дорогой
и сложной в производстве.

Рис. 2.9. Сцепление автомобиля мокрого типа

3. Сцепление двухмассового маховика.
Двухмассовый маховик (DMF) состоит из двух частей. Одна из них связана с двигателем, вторая — с ведомым диском. Обе составляющие маховика имеют небольшой свободный ход относительно друг друга в плоскости
вращения и соединены пружинами между собой.
Особенностью сцепления двухмассового маховика является отсутствие
пружинного демпфера крутильных колебаний в ведомом диске. Функция
гашения колебаний заложена в конструкцию маховика. Помимо передачи
крутящего момента он максимально эффективно сглаживает вибрации
и нагрузки, возникающие от неравномерности работы двигателя.
-180-

2.2. Механизм с епления. Привод вы л

ения с епления

Двухмассовый маховик — это не что иное, как мощный демпфер
крутильных колебаний. Он заменяет собой несколько небольших амортизирующих пружин, интегрированных в диск сцепления, который, в свою
очередь, работал в паре с обычным одномассовым маховиком (массивный
литой диск).
Двухмассовый маховик позволяет сгладить работу трансмиссии даже
в самых неблагоприятных условиях. В автомобилях с обычным маховиком,
ускорение на высокой передаче с низкой скоростью, как правило, вызывает
сильные вибрации. Дальнейшее ускорение без переключения на низшую
передачу практически невозможно. В современных автомобилях с DMF
сложно заметить вибрацию, даже если двигатель войдет в «резонанс», так
как мощные пружины поглощают большую часть шума и вибраций.

Рис. 2.10. Схема двухмассового маховика:
1 — главный корпус маховика; 2 — вспомогательный корпус маховика;
3 — пакет мягких пружин; 4 — пакет жестких пружин; 5 — планетарная
шестерня; 6 — подшипник радиальный; 7 — подшипник осевой; 8 — колесо
с внутренними зубьями; 9 — отверстие для стопорного штифта; 10 — упор
пакета пружин; 11 — разделительный ползун пакетов пружин; 12 — кожух
отверстия для нагнетания смазки

Между корпусами установлена пружинная демпфирующая система.
Консистентная смазка, которой заполнен внутренний объем маховика,
обеспечивает эффективную работу пакетов пружин, разделенных пластиковыми сепараторами, предотвращающими блокировку пружин. Двухмассовый маховик отличает ступенчатый принцип действия пружинных пакетов
различной жесткости.
Этот механизм состоит из двух массивных деталей — первичной
и вторичной. Первая (с мягкими пружинами), стандартным образом соединяется с коленчатым валом двигателя. Именно на ней расположен зубчатый
венец, взаимодействующий со стартером при запуске двигателя. Через
зубчатое кольцо с упорами, укомплектованное набором шестерен и пру-181-

ГЛАВА 2. ТРАНСМИССИЯ

жин эта деталь двухмассового маховика соединяется со вторичной частью
(здесь работают жесткие пружины, позволяющие добиться оптимального
демпфирования крутильных колебаний в режиме движения автомобиля),
которая исполняет роль ведущего диска сцепления. Составляющие двухмассового маховика соединены друг с другом посредством подшипников
(подшипники шариковые и скольжения, упорные и радиальные). При этом
соблюдается обязательное для возможности демпфирования условие —
одна часть конструкции может на определенный угол смещаться относительно другой. Пружины, демпфирующие колебания частей двухмассового
маховика, разделяются пластиковыми сепараторами, а их общее количество
в устройстве может быть различным, в зависимости от назначения маховика, и достигать вплоть до тридцати единиц. Более того, внутри каждой
такой пружины может быть расположена еще одна или две, для повышения
эффективности работы устройства. А в дополнение — все эти комплектующие располагаются в густой масляной среде, часто с увеличивающейся
при нагреве вязкостью, вся внутренняя полость маховика плотно заполнена
консистентной смазкой, что еще более смягчает работу узла в целом.
Разделение маховика на две массы позволило решить задачу исключения резонансных колебаний еще и в трансмиссии. Благодаря этому
надежность и долговечность КПП возрастает, и это в условиях, когда передаваемая ими мощность увеличивается. А помимо всего этого растет еще
и комфорт при управлении автомобилем, оснащенным двигателем с двухмассовым маховиком, — нежелательные вибрации и непредусмотренный
шум от работы агрегатов практически не возникают.
4. Керамическое сцепление.
В мощных спортивных автомобилях нагрузки на сцепление намного
превышают обычные нормы. Для некоторых трансмиссий может применяться керамическое и металлокерамическое сцепление (рис. 2.11).
В состав материала таких накладок входит керамика и кевлар. Металлокерамический фрикционный материал менее подвержен износу и выдерживает
нагрев до 600° без потери рабочих качеств.
Керамический диск — это диск, оснащенный накладками из металлокерамики. Такая конструкция способна передавать весьма солидный крутящий момент, что осуществляется за счет кратковременного замыкания
маховика и диска сцепления. Встречаются разновидности керамического
однодискового сцепления, оснащенного демпферами, что позволяет понизить ударные нагрузки, хотя такое понижение является очень незначительным. К плюсам такой конструкции относится возможность работы
с высоким крутящим моментов, простоту, а также более низкую восприимчивость к перегреву.
Двухдисковое керамическое сцепление в некотором роде напоминает
работу двухдискового органического сцепления тем, что наблюдается
-182-

2.2. Механизм с епления. Привод вы л

ения с епления

небольшое проскальзывание дисков. Такая конструкция позволяет использовать более высокие показатели крутящего момента, но является достаточно дорогой и сложной, вызывает повышенные нагрузки на трансмиссию,
а также повышает износ маховика и снижает комфорт при эксплуатации.

Рис. 2.11. Диск сцепления с керамическими
фрикционными накладками

Элементы однодискового сцепления:
- маховик;
- картер сцепления;
- нажимной диск;
- ведомый диск;
- диафрагменная пружина;
- подшипник выключения сцепления;
- муфта выключения;
- вилка сцепления.
Сцепление включено

Сцепление выключено

Рис. 2.12. Схема работы однодискового сцепления:
1 — маховик; 2 — диск сцепления; 3 — корзина сцепления;
4 — выжимной подшипник

-183-

ГЛАВА 2. ТРАНСМИССИЯ

Маховик устанавливается на коленчатом вале двигателя. Он выполняет
роль ведущего диска сцепления. Нажимной диск прижимает ведомый диск
к маховику и при необходимости освобождает его от давления. Нажимной
диск соединен с корпусом (кожухом) с помощью тангенциальных пластинчатых пружин. Тангенциальные пружины, при выключении сцепления,
выполняют роль возвратных пружин. На нажимной диск воздействует диафрагменная пружина, обеспечивающая необходимое усилие сжатия для
передачи крутящего момента. Диафрагменная пружина наружным диаметром опирается на края нажимного диска. Внутренний диаметр пружины
представлен упругими металлическими лепестками, на концы которых
воздействует подшипник выключения сцепления. Диафрагменная пружина
закреплена в корпусе. Для закрепления используются распорные болты или
опорные кольца.
Нажимной диск, диафрагменная пружина и корпус образуют единый
конструктивный блок, который носит название «корзина сцепления».
Корзина сцепления имеет жесткое болтовое соединение с маховиком. По
характеру работы различают два типа корзин сцепления — нажимного
и вытяжного действия. В распространенной корзине сцепления нажимного
действия лепестки диафрагменной пружины при выключении сцепления
перемещаются к маховику. В вытяжной корзине сцепления наоборот —
лепестки диафрагменной пружины перемещаются от маховика. Данный
тип корзины сцепления характеризуется минимальной толщиной, поэтому
применяется в стесненных условиях.
Ведомый диск располагается между маховиком и нажимным диском. Ступица ведомого диска соединяется шлицами с первичным валом
коробки передач и может перемещаться по ним. Для обеспечения плавности включения сцепления в ступице ведомого диска размещены демпферные пружины, выполняющие роль гасителя крутильных колебаний.
На ведомом диске с двух сторон установлены фрикционные накладки.
Накладки изготавливаются из стеклянных волокон, медной и латунной
проволоки, которые запрессованы в смесь из смолы и каучука. Такой
состав может кратковременно выдерживать температуру до 400 °С. Накладки ведомого диска могут иметь и более высокую тепловую характеристику.
Подшипник выключения сцепления (или как его еще называют —
выжимной подшипник) является передаточным устройством между
сцеплением и приводом. Он располагается на оси вращения сцепления
и непосредственно воздействует на лепестки диафрагменной пружины.
Подшипник располагается на муфте выключения. Перемещение муфты
с подшипником обеспечивает вилка сцепления.
-184-

2.2. Механизм с епления. Привод вы л

ения с епления

Элементы двухдискового сцепления
Сухое двухдисковое сцепление предполагает наличие двух ведомых
дисков и промежуточной проставки между ними. Данная схема способна
передать больше крутящего момента при тех же размерах механизма
сцепления. Сама по себе она проще в производстве по сравнению с мокрой.
Обычно применяется на грузовиках и легковых автомобилях с особо мощными двигателями.
Сцепление автомобиля имеет два диска, сидящих на валу коробки
передач: нажимной и ведомый. Пружина прижимает их к маховику, соединенному с коленчатым валом двигателя. Принцип работы сцепления
основан на силе трения. Под действием силы трения ведомый диск и маховик вращаются вместе. Когда водитель хочет переключить передачу, он
нажимает на педаль сцепления. При этом напряжение нажимной пружины
ослабляется, и ведомый диск отходит от маховика.

Рис. 2.13. Двухдисковое сцепление:
1, 6 — пружины; 2 — болт; 3, 10 — пальцы; 4 — рычаг; 5 — муфта; 7 — кожух;
8 — нажимной диск; 9, 12 — ведомые диски; 11 — ведущий диск; 13 — маховик

Во время движения автомобиля ведущая и ведомая части сцепления
плотно прижаты и вращаются с одной скоростью, практически представляя
собой единое целое (рис. 2.13). При этом крутящий момент коленчатого вала
через маховик 13 посредством ведомого диска сцепления 9, 12, прикрытого
корзиной, передается к первичному валу коробки передач.
В момент нажатия на педаль сцепления, выжимной подшипник 8, перемещаясь по направляющей втулке, нажимает на диафрагменную пружину
корзины, которая прогибается на опорных кольцах. В результате нажимной
диск отводится от ведомого диска и передача усилия вращения от двигателя
к коробке передач прекращается.
-185-

ГЛАВА 2. ТРАНСМИССИЯ

При отпускании педали сцепления все происходит с точностью до
наоборот: все детали механизма сцепления возвращаются в исходное положение под действием пружин.
Во время движения автомобиля система сцепления находится по большей части во включенном состоянии. В это время она передает мощность
от двигателя к коробке переключения передач, а также предохраняет механизмы КПП от различных динамических нагрузок. Тех, которые возникают
в трансмиссии. Таким образом, нагрузки на нее возрастают по мере торможения двигателя, при резком включении сцепления, снижении частоты
оборотов коленчатого вала либо при наезде транспортного средства на
неровности дорожного полотна (ямы, выбоины и т.д.).
Элементы многодискового сцепления
Принципиальная схема многодискового фрикционного сцепления
показана на рис. 2.14. Ведущими деталями многодискового сцепления
являются маховик 1 двигателя, ведущий барабан 2 и ведущие диски 3,
ведомыми — ведомый барабан 4 и ведомые диски 5, деталями включения —
центральная цилиндрическая пружина 10, деталями выключения — муфта
выключения с выжимным подшипником 8. Крышка 6, опорная тарелка
11 и соединительные болты 7 выполняют функции деталей включения
и выключения сцепления.

Рис. 2.14. Многодисковое сцепление:
1 — маховик; 2 — ведущий барабан; 3 — ведущие диски; 4 — ведомый барабан;
5 — ведомые диски; 6 — крышка; 7 — болт; 8 — подшипник; 9 — вал;
10 — пружина; 11 — тарелка

Ведущий барабан 2 соединен с маховиком 1 двигателя, а ведомый
барабан 4 связан с ведущим валом 9 коробки передач. Ведущие 3 и ведомые
5 диски поочередно установлены между барабанами сцепления. Они прижимаются один к другому, а также к фланцу ведомого барабана при помощи
-186-

2.2. Механизм с епления. Привод вы л

ения с епления

крышки 6 центральной цилиндрической пружиной 10. Нажимная пружина
размещена внутри ведомого барабана между его днищем и опорной тарелкой 11. В тарелку ввернуты болты 7, которые соединяют ее с крышкой 6.
Болты проходят сквозь отверстия, выполненные специально для них в днище ведомого барабана 4 и крышке 6. Это обеспечивает давление пружины
10 на крышку 6 и сжатие ведущих и ведомых дисков сцепления. Ведущие
и ведомые диски соединены со своими барабанами таким образом, что они
могут перемещаться в осевом направлении, но вращаться с барабанами
только как одно целое.
При включенном сцеплении крутящий момент двигателя от маховика
передается к ведущему валу 9 коробки передач последовательно через
ведущий барабан 2, ведущие диски 3, ведомые диски 5 и ведомый барабан
4. При выключении сцепления муфта выключения с подшипником перемещается в сторону от маховика 1, подшипник воздействует на крышку 6
и перемещает ее также от маховика. При этом усилие от крышки через
болты 7 передается на опорную тарелку 11 и пружина 10 сжимается.
В результате сжатие ведущих и ведомых дисков сцепления прекращается,
и они отходят друг от друга. Сцепление выключается, и крутящий момент
не передается. При включении сцепления отпускается педаль управления,
пружина 10 перемещает тарелку 11 к маховику и через болты 7 и крышку
6 сжимает ведущие и ведомые диски. Сцепление включается и передает
крутящий момент от двигателя на трансмиссию.
Приводы выключения сцепления
Привод выключения сцепления (гидравлического типа) состоит из:
- педали;
- главного цилиндра;
- рабочего цилиндра;
- вилки выключения сцепления;
- нажимного подшипника;
- трубопроводов.
В гидравлическом приводе, уже исходя из названия, понятно то, что
усилие от педали сцепления к самому механизму, передается жидкостью,
которая находится в гидроцилиндрах привода и трубопроводах высокого
давления.
При нажатии на педаль сцепления, усилие ноги водителя, через шток
и поршень, передается жидкости (обычно тормозной), которая, в свою
очередь, передает давление от поршня главного цилиндра (с маслобензостойкой манжетой) на поршень рабочего. Далее шток рабочего цилиндра
перемещает вилку выключения сцепления и нажимной подшипник, который и передает усилие на механизм сцепления. Когда водитель отпустит
-187-

ГЛАВА 2. ТРАНСМИССИЯ

педаль, то под воздействием возвратных пружин все детали привода займут
исходные позиции (рис. 2.15).
На шлицевом конце ведущего вала КПП, и стального кожуха, который
прикреплен к маховику, устанавливается один ведомый диск. Внутри кожуха располагается пружина с радиальными лепестками, которые служат
выжимными рычагами. Управляющая педаль подвешена к кронштейну
кузова на оси. К самой педали при помощи шарнира подсоединен толкатель
главного цилиндра. После выключения сцепления и переключения передачи, педаль отпускается, и пружина возвращает её в исходное включенное
положение.
Таким образом, происходит работа сцепления.

Рис. 2.15. Схема гидравлического привода
выключения сцепления и механизма сцепления:
1 — коленчатый вал; 2 — маховик; 3 — ведомый диск; 4 — нажимной диск;
5 — кожух сцепления; 6 — нажимные пружины; 7 — отжимные рычаги;
8 — нажимной подшипник; 9 — вилка выключения сцепления; 10 — рабочий
цилиндр; 11 — трубопровод; 12 — главный цилиндр; 13 — педаль сцепления;
14 — картер сцепления; 15 — шестерня первичного вала; 16 — картер коробки
передач; 17 — первичный вал коробки передач.

Механическая система привода предполагает передачу усилия нажатия
на педаль сцепления на выжимную вилку тросом. Подвижный трос находится внутри кожуха. Кожух фиксируется перед педалью выжима сцепления
и перед выжимной вилкой.
-188-

2.2. Механизм с епления. Привод вы л

ения с епления

Рис. 2.16. Схема механического привода сцепления:
1 — коленчатый вал; 2 — маховик; 3 — ведомый диск; 4 — нажимной диск;
5 — кожух сцепления; 6 — нажимные пружины; 7 — отжимные рычаги;
8 — подшипник выключения сцепления; 9 — вилка выключения сцепления;
10 — металлический трос; 11 — рычаг привода; 12 — педаль сцепления;
13 — шестерня первичного вала; 14 — картер коробки передач;
15 — первичный вал коробки передач

В рабочем, включенном положении, когда педаль сцепления отпущена,
ведомый диск находится в зажатом состоянии, между нажимным диском
и маховиком. Передача крутящего момента на ведущий вал, происходит за
счет сил трения на ведомый диск.
При нажатии на педаль сцепления в корзине перемещается трос привода, и происходит поворот рычага относительно места крепления. В этот
момент свободный конец вилки давит на выжимной подшипник, который,
перемещаясь к маховику, давит на пластины, отодвигающие нажимной
диск. В этот момент ведомый диск освобождается от усилия, которое прижимает его к маховику, и происходит отсоединение сцепления.
Водитель беспрепятственно производит переключение передачи
и, плавно отпуская педаль сцепления, вновь включает сцепление ведомого
диска с маховиком. Сцепление включено.
Ресурс сцепления и эффективность его работы на пределе нагрузок
зависит и от свойств материала, обеспечивающего зацепление дисков.
Стандартный состав накладок дисков сцепления большинства автомобилей включает спрессованную смесь стеклянных и металлических волокон,
смолы и каучука. Поскольку принцип работы сцепления базируется на силе
трения, фрикционные накладки ведомого диска рассчитаны на работу при
высоких температурах, доходящих до 300–400 °С.
-189-

ГЛАВА 2. ТРАНСМИССИЯ

Если при включении сцепления резко «бросить» педаль, ведомый
диск с силой прижмётся к ведущему (маховику) и затормозит его до такой
степени, что двигатель может остановиться (заглохнуть) — т.е. сцепление
сработает подобно тормозному механизму. Поэтому педаль сцепления после момента начала зацепления дисков нужно отпускать плавно. Конкретная
техника работы педалью зависит от конструкции привода сцепления.
Electronic Clutch System (электронная система сцепления) — система,
которая позволяет на автомобилях с механической коробкой передач реализовать некоторые функции автоматических коробок. В частности, при
движении на первой передаче по городским пробкам управление автомобилем производится только педалями газа и тормоза (сцепление выключается
при отпускании акселератора), педаль сцепления становится нужной только
при переключении на вторую и более высокие передачи.
Электронный привод сцепления объединяет электронный блок педали сцепления, ряд датчиков (датчик положения рычага переключения
скоростей, положения педали газа и др.), электронный блок управления
и электрогидравлический привод вилки выключения сцепления. Также
электронное сцепление связано с электронной системой управления двигателем, благодаря чему при переключении скоростей происходит автоматическое изменение оборотов двигателя.
Электронное сцепление дает возможность реализовать несколько
полезных функций, которые снижают утомляемость водителя и уменьшают
расход топлива (на 10 % и более). Electronic Clutch System находится на стадии
тестирования, поэтому применяется ограниченно.

2.3. КОРОБКА ПЕРЕДАЧ И ЕЕ ВИДЫ.
КАРДАННАЯ ПЕРЕДАЧА
Используемый на большинстве автомобилей двигатель может работать лишь в достаточно узком диапазоне оборотов, как правило, лежащем
в пределах 800–8 000 об/мин. Между тем, диапазону скоростей, развиваемых
автомобилем при эксплуатации, обычно соответствует частота обращения
колёс примерно от 50 до 1 500 об/мин (при полностью включенном сцеплении, без учёта его кратковременной пробуксовки, позволяющей автомобилю трогаться с места, когда скорость обращения ведущих колёс «отстаёт»
от величины, заданной скоростью обращения коленчатого вала двигателя).
Эти два диапазона принципиально несовместимы друг с другом, то есть,
невозможно подобрать какое-либо одно передаточное число, при котором
будет обеспечиваться необходимый диапазон скоростей обращения колёс,
и при этом — в полной мере использоваться рабочий диапазон оборотов
двигателя.
-190-

2. . Короб а переда и ее виды. Карданная переда а

Сила тяги, приводящая автомобиль в движение, определяется скоростной характеристикой его двигателя — зависимостью его эффективной
мощности и крутящего момента от угловой скорости обращения коленчатого вала, выраженной в виде графика или таблицы. Мощность двигателя
характеризует его способность производить энергию, используемую для
движения автомобиля, а крутящий момент — способность создавать тяговую силу на колёсах, преодолевающую сопротивление его движению.
Таким образом, обе эти характеристики характеризуют, по сути, одно и то
же — способность двигателя перемещать автомобиль в пространстве, но
различным образом. Принципиально важной с точки зрения динамических
и тяговых качеств автомобиля является именно скоростная характеристика
его двигателя, включающая обе величины и ставящая их в зависимость от
числа оборотов коленчатого вала. В соответствии с ней и осуществляется
подбор передаточных чисел трансмиссии.
Коробка передач (англ. Gear Box) предназначена для изменения по
величине и направлению крутящего момента и передачи его от двигателя
к ведущим колесам. Также она обеспечивает длительное разобщение двигателя и ведущих колес, причем на неограниченный срок и без усилий со
стороны водителя (по сравнению со сцеплением).
В современных моделях автомобилей устанавливаются по способу
управления 4 типа коробок передач (КПП):
- механическая (представляет собой многоступенчатый цилиндрический редуктор, в котором предусмотрено ручное переключение передач);
- автоматическая (обеспечивает автоматический (без прямого участия
водителя) выбор соответствующего текущим условиям движения передаточного числа, в зависимости от множества факторов);
- роботизированная (представляет собой механическую коробку
передач, в которой автоматизированы функции выключения сцепления
и переключения передач);
- вариаторная (это механический узел, предназначенный для передачи
усилия двигателя бесступенчато к ведущим колёсам).
По принципу работы КПП делятся на 3 вида:
- ступенчатые;
- бесступенчатые;
- комбинированные.
Главными преимуществами коробки передач механического типа являются надежность, простота конструкции, возможность ручного управления в любом режиме вождения. За счет этих особенностей коробка передач
механического типа является самым распространенным вариантом КПП.
Роботизированная коробка передач представляет собой коробку передач механического типа, в которой автоматизированы функции переключения передач и, соответственно, выключение сцепления. Современные ро-191-

ГЛАВА 2. ТРАНСМИССИЯ

ботизированные коробки передач оснащены двойным сцеплением, которое
выполняет передачу крутящего момента без обрыва потока мощности.
Использование коробки передач роботизированного типа, оснащенной двойным сцеплением, обеспечивает снижение расхода топлива,
а также высокую динамику разгона. За счет этих качеств популярность таких
КПП стремительно растет.
К коробкам передач бесступенчатого типа относится вариатор. В отличие от коробок передач ступенчатого типа передаточное число в вариаторных КПП изменяется плавно. Это происходит благодаря механическому или
гидравлическому преобразованию крутящего момента.
За счет своих конструктивных особенностей вариатор способен предоставить оптимальные динамические характеристики автомобиля. С другой
стороны, вариатор имеет ограничения по количеству крутящего момента.
Комбинированный принцип действия применяется в коробке переключения передач автоматического типа. Классическая коробка передач автоматического типа включает гидротрансформатор, который заменяет сцепление
и обеспечивает бесступенчатую регулировку крутящего момента, а также
механическую КПП. Современные автоматические КПП рассчитаны на семь
или восемь ступеней.
Автоматическая КПП отличается высокой надежностью работы,
а также обеспечивает плавную смену передач. При этом «автомат» имеет
повышенный топливный расход и низкую динамику разгона.
Механическая коробка передач (МКПП)
Механическая коробка передач — это устройство для поступенчатой перемены передаточного отношения скорости вращения от двигателя
к ведущим колёсам. Выбор и включение нужной передачи при использовании механической КПП водитель осуществляет вручную (в отличие от
коробки передач автоматической). Механическая КПП состоит из набора
косозубых шестерён разного размера, которые вводятся в зацепление для
создания различных передаточных чисел между коленчатым валом двигателя и ведущими колёсами. Передаточное число становится другим путём
перемещения как самих шестерён, так и специального устройства — синхронизатора, задача которого — уравнивать (синхронизировать) окружные
скорости включаемых в зацепление шестерён. Принцип таков, что, чем
выше передаточное число, тем ниже передача. Первая передача называется
низшей, и передаточное число у неё наибольшее. На ней передача вращения
осуществляется от малой шестерни к большой и при высокой частоте вращения коленчатого вала скорость движения автомобиля остается низкой,
а сила тяги — высокой. На высшей передаче, соответственно, — наоборот.
В нейтральном положении крутящий момент от двигателя на ведущие
колёса не передается, и автомобиль либо движется по инерции, либо стоит.
-192-

2. . Короб а переда и ее виды. Карданная переда а

Механическая коробка переключения передач способна функционировать только в паре со сцеплением.
В комплектацию МКПП входят:
- валы с шестернями (первичный, промежуточный и вторичный);
- дополнительный вал с шестернями движения задним ходом;
- картер;
- синхронизаторы;
- непосредственно механизм переключения передач, оснащенный
устройствами для блокировки и замками;
- рычаг переключения.
В картере установлены подшипники, в которых вращаются валы КПП.
Валы оборудованы наборами шестерен с различным количеством зубьев.
Для бесшумности и плавности включения передач служат синхронизаторы — они уравнивают угловые скорости шестерен в процессе их вращения.
Работа механизма переключения передач заключается в смене передач —
ею и управляет водитель при помощи рычага. Блокировочное устройство
позволяет удерживать передачи от нежелательного самовыключения. Замковое устройство предназначено для избегания включения одновременно
двух передач.
Передаточное число определяется через соотношение числа зубьев
шестерен, находящихся во взаимодействии. Например: первая передача —
меньшая ступень — наибольшее передаточное число. Все механические
коробки передач делятся на виды по количеству ступеней. Различают четырех-, пяти- и шестиступенчатые МКПП. Помимо количества ступеней,
МКПП делятся на виды также и по числу валов. Существуют трехвальные
и двухвальные МКПП. Трехвальными оснащаются автомобиля с передним
и задним приводом (в том числе и большегрузы), а двухвальные МКПП
передач чаще всего устанавливают преимущественно на легковые автомобили с передним приводом.
Двухвальные коробки передач применяются в переднеприводных
и заднеприводных автомобилях. Конструктивно их совмещают в одном
блоке с двигателем, сцеплением, главной передачей и дифференциалом.
Поперечное расположение коробки передач позволяет применять
главную передачу с цилиндрическими шестернями (коническими или гипоидными).
Основные достоинства двухвальных КПП:
- простота конструкции;
- небольшая масса;
- высокий КПД на промежуточных передачах (при передаче крутящего
момента участвует только одна пара шестерен).
В то же время в двухвальной коробке передач нет прямой передачи
(когда в передаче крутящего момента не участвуют шестерни) и максималь-193-

ГЛАВА 2. ТРАНСМИССИЯ

ный КПД на высшей передаче ниже, чем на прямой передаче трехвальной
коробки.
Максимальное передаточное число одной зубчатой пары коробки передач не должно превышать некоторого предела, близкого к 4, превышение
которого приводит к увеличению габаритов и повышению уровня шума. Это
ограничивает область применения двухвальных коробок передач только
легковыми автомобилями малого класса.

Рис. 2.17. Двухвальная коробка передач:
1 — первичный вал; 2 — вторичный вал; 3 — шестерня 1-й передачи;
4 — шестерня 2-й передачи; 5 — шестерня 3-й передачи; 6 — шестерня
4-й передачи; 7 — шестерня 5-й передачи; 8 — шестерня заднего хода;
9 — ручка переключения передач

В двухвальной коробке передач имеются только первичный (ведущий)
и вторичный (ведомый) валы, а крутящий момент передаётся непосредственно с шестерён первичного вала на шестерни вторичного. Скользящие
шестерни и/или шестерни постоянного зацепления со скользящими муфтами включения (зубчатыми либо кулачковыми) могут располагаться как на
первичном, так и на вторичном валу.
Трёхвальная коробка передач состоит из трех валов:
- первичный (ведущий) вал через сцепление соединяется с маховиком
двигателя;
- вторичный (ведомый) вал жёстко соединён с карданным валом;
- промежуточный вал служит для передачи вращения от первичного
вала вторичному.
Ведомый вал опирается на подшипник, находящийся в хвостовике
первичного вала. Между ними нет жесткой связи, они выполняют вращение независимо друг от друга. На ведомом валу размещен блок шестерен.
На первичном — расположена шестерня, находящаяся с ним в жестком
закреплении. Промежуточный вал размещен параллельно первому валу,
-194-

2. . Короб а переда и ее виды. Карданная переда а

имеет блок шестерней, жестко закрепленных на нем. Шестерни всех валов
пребывают в постоянном зацеплении.
На ведомом валу между шестернями размещены синхронизаторы,
предназначенные для бесшумного переключения передач, они выравнивают угловую скорость шестерни и вала. Синхронизатор позволяет поочередно
включать две шестерни вторичного вала.
На корпусе коробки размещается механизм для переключения скоростей, он представляет собой рычаг управления и ползуны с вилками. Чтоб не
произошло одновременное включение нескольких передач, этот механизм
оборудован блокировкой. Если рычаг для переключения скорости размещен
в кузове автомобиля, то используется механизм для дистанционного управления, он называется «кулисой».

Рис. 2.18. Трехвальная механическая коробка передач

Принцип работы коробки передач состоит в том, что при переведении
рычага управления определенная вилка выполняет перемещение муфты
синхронизатора, который совмещает угловую скорость вала и шестерни,
обеспечивая передачу крутящего момента от шестерни через синхронизатор на вторичный вал коробки. Задняя передача достигается при вращении
вторичного вала в противоположную сторону. Достигается она при помощи
дополнительной шестерни заднего хода. Она позволяет получить нечетное
число пар шестерен: крутящий момент изменяет направление.
Многовальные коробки передач устанавливают на автомобилях
большой грузоподъемности, когда необходимо получить большое число
передач при большом тяговом диапазоне. Для этого используют дополнительные редукторы с передачами, повышающими (мультипликаторы)
или понижающими (демультипликаторы) скорость. При применении
мультипликатора уменьшается разрыв между передаточными числами
соседних передач. Демультипликаторы, обычно двухступенчатые редукторы, устанавливают после коробки передач. Они удваивают число передач,
-195-

ГЛАВА 2. ТРАНСМИССИЯ

повышают тяговый диапазон автомобиля, одновременно снижая нагрузку
на детали основной КПП.
Многовальные коробки передач применяются для получения большого числа передач: от 8 до 24. Они представляют собой четырех-, пяти- или
шестиступенчатые трехвальные коробки передач со встроенными или
совмещенными дополнительными коробками передач (редукторами). При
этом дополнительная коробка передач может быть повышающей или понижающей скорость.
Повышающая коробка передач иначе называется делителем или мультипликатором. Делитель устанавливается перед коробкой передач и увеличивает число передач в два раза. Обычно он имеет две передачи — прямую
с передаточным числом uд = 1 и повышающую с передаточным числом
uд < 1. Делитель не увеличивает передаточные числа коробки передачи,
а только уменьшает разрыв между передаточными числами соседних передач, увеличивая на 20–25 % диапазон передач.
Понижающая коробка передач иначе называется демультипликатором
Демультипликатор устанавливается за коробкой передач. Он имеет две или
три передачи — прямую с uд = 1 и понижающие с uд > 1. Демультипликатор
увеличивает число передач в 2–3 раза и передаточные числа коробки передач, значительно расширяя их диапазон.
Многовальные коробки передач используются на автомобилях большой грузоподъемности, а также на автомобилях-тягачах, работающих
с прицепами и полуприцепами.
На рис. 2.19 представлена конструкция коробки передач грузовых автомобилей моделей КамАЗ. Коробка передач пятивальная, десятиступенчатая,
синхронизированная, с делителем и с неавтоматическим дистанционным
управлением.
Коробка передач состоит из двух частей: основной пятиступенчатой
коробки передач и делителя. Делитель выполнен в отдельном картере 12
с картером сцепления и прикреплен к картеру 10 коробки передач. В картере 10 основной коробки передач размещены первичный 3, вторичный 8
и промежуточный 9 валы. Косозубые шестерни коробки передач находятся в
постоянном зацеплении. Включение IV и V, а также II и III передач производится соответственно синхронизаторами 5 и 6. Включение первой передачи
и заднего хода осуществляется зубчатой муфтой 7. Синхронизаторы имеют
конструкцию, аналогичную синхронизаторам грузовых автомобилей ЗИЛ.
Делитель имеет ведущий 1 и промежуточный 11 валы, две шестерни 2
и 13 постоянного зацепления и зубчатую муфту с синхронизатором 4 для
включения прямой и повышающей передачи с передаточными числами
соответственно uд = 1 и uд = 0,815. Промежуточный вал 11 делителя соединен
шлицами с промежуточным валом 9 коробки передач. Шестерня 2 установлена свободно на ведущем вале и вращается относительно вала.
-196-

2. . Короб а переда и ее виды. Карданная переда а

Рис. 2.19. Пятивальная коробка передач грузовых автомобилей КамАЗ:
1 — ведущий вал; 2, 13 — шестерни; 3 — первичный вал;
4, 5, 6 — синхронизаторы; 7 — муфта; 8 — вторичный вал;
9, 11 — промежуточные валы; 10, 12 — картеры

При включении прямой передачи ведущий вал 1 делителя и первичный
вал 3 коробки передач жестко соединяются напрямую с помощью зубчатой
муфты. При этом крутящий момент, передаваемый от двигателя к коробке
передач, не изменяется. При включении повышающей передачи шестерня
2 фиксируется синхронизатором на ведущем валу 1 делителя. В этом случае
крутящий момент двигателя передается с шестерни 2 на шестерню 13 промежуточного вала и далее на промежуточный вал 9 коробки передач. При этом
уменьшается передаваемый крутящий момент и увеличивается скорость
движения. Это обеспечивает работу автомобиля при небольших нагрузках
с высокой скоростью движения, что способствует экономии топлива.
Размещение делителя в отдельном картере позволяет использовать
основную коробку передач и без делителя на самосвалах и других автомобилях, где это целесообразно. При установке делителя отдельные детали
основной коробки передач заменяются (первичный вал и др.).
Каждая современная коробка передач (механическая и роботизированная) имеет муфты-синхронизаторы. В коробках такого типа для того,
чтобы произвести включение передачи, необходимым условием является
процесс выравнивания частоты вращения шестерни и вала. Помимо того,
что он обеспечивает плавное переключение передач, синхронизатор
способствует снижению износа механического соединения. Также, данное
-197-

ГЛАВА 2. ТРАНСМИССИЯ

устройство значительно уменьшает шум при непосредственном переключении передач. Это, в свою очередь, служит увеличителем срока службы
самой коробки переменных передач, а также в целом повышается надежность трансмиссии автомобиля за счет предотвращения ударов, вибраций
и т.д. На некоторых видах автомобилей, где КПП имеют большое количество
ступеней, муфты не применяются, поскольку это невозможно.
Существует несколько основных вариантов синхронизации передач
в КПП:
1) синхронизированы все передачи (отдельными или парными синхронизаторами), в том числе и задняя;
2) попарно синхронизированы I и II, III и IV передачи, V передача
имеет отдельный синхронизатор, задняя передача не синхронизирована;
3) попарно синхронизированы II и III, IV и V передачи, I и задняя
передачи не синхронизированы (они включаются на низких скоростях
транспортного средства, поэтому шестерни входят в зацепление с незначительными ударными нагрузками);
4) синхронизированы только высокие передачи — III и IV, а при наличии и V, остальные передачи (I, II и заднего хода) не синхронизированы.
В КПП используются синхронизаторы инерционного типа трех
конструкций:
- с блокирующим корпусом;
- с блокировочными (блокирующими) кольцами;
- с блокировочными (блокирующими) пальцами.
Данные узлы отличаются способом блокировки муфты до момента
выравнивания угловых скоростей вала и зубчатого колеса, что отражается
на их конструкции и работе.
Также синхронизаторы бывают двух видов:
- сдвоенные — для переключения двух передач;
- одинарные — для включения/отключения одной передачи.
У синхронизаторов второго типа отсутствует одно блокировочное
кольцо, в остальном устройство обоих типов одинаковое.
Работа всех синхронизаторов состоит из трех этапов (рис. 2.20):
1) первый: перемещение муфты синхронизатора и конусных колец;
2) второй: блокирование перемещения и синхронизация;
3) третий: включение передачи.
Скользящая муфта выступает в роли связующего элемента, который
объединяет вал и шестерни. Ее назначение: обеспечивать прочное объединение отдельных деталей коробки передач. Муфта синхронизатора устанавливается выше ступицы и представляет собой насадку. Внутри находятся
небольшие выемки с проточенным участком, сделанным под параметры
колец. В проточенных участках располагаются сухарные выступы. Наружной стороной муфта соединяется с трансмиссионной вилкой.
-198-

2. . Короб а переда и ее виды. Карданная переда а

1

2

3

Рис. 2.20. Схема работы синхронизатора:
1 — нейтраль; 2 — начало переключения, момент выравнивания
окружных скоростей муфты (вращающейся вместе с валом) и шестерни
(свободно установленной на валу) за счет трения конических поверхностей
друг о друга; 3 — окружные скорости выровнены, передача включена,
шестерни и муфта вращаются совместно с валом
2

Рис. 2.21. Устройство синхронизатора:
1, 9 — шестерни передачи; 2 — блокирующие кольца; 3 — скользящая
муфта включения; 4 — ступица; 5 — стопорное кольцо; 6 — пружина;
7 — сухарь; 8 — шарик

Колесная ступица является конструктивной базой. Она оснащена шлицами, которые находятся внутри и снаружи. Они предназначены для обеспечения
соединения с другими элементами. Это позволяет ступице передвигаться по
оси согласно выбранной траектории. На её окружности на равном расстоянии
находятся несколько пазов, в каждом из которых расположены сухари. Они
предназначены для обеспечения взаимодействия с блокирующим кольцом.
В процессе синхронизации и активации какой-либо скорости, выполняется
блокирование муфты.
-199-

ГЛАВА 2. ТРАНСМИССИЯ
Выравнивание скоростей

Передача включена

Рис. 2.22. Муфта синхронизатора

а

б

в

Рис. 2.23. Синхронизаторы КПП автомобиля:
а — синхронизатор с блокирующими зубчатыми кольцами;
б — синхронизатор с блокирующими окнами; в — синхронизатор с блокирующими
пальцами; 1 — муфта синхронизатора; 2 — конусное блокирующее зубчатое кольцо;
3 — сухарь; 4 — ступица; 5 — пружина; 6 — обойма вилки переключения передач;
7 — блокирующие окна; 8 — корпус; 9 — штифт; 10 — фиксаторы;
11 — зубчатый венец; 12 — блокирующий палец; 13 — кольцо

Кольцо блокировки предназначено для своевременной синхронизации. Основное назначение заключается в блокировке несвоевременного замыкания муфты, когда скорость движения шестерен и вала еще не достигли
идентичных значений. Внутренняя поверхность данного кольца устроена
таким образом, чтобы обеспечивать эффективное взаимодействие с шесте-200-

2. . Короб а переда и ее виды. Карданная переда а

реночным конусом. За счет углублений, находящихся на внешней стороне,
блокируется функционирование муфты.
Работа инерционного синхронизатора с блокирующим корпусом показана на примере включения второй передачи на рис. 2.24. Водитель рычагом
из кабины передает усилие на палец 8 (рис. 2.24, а) в сторону шестерни 2.
Ступица 10 вместе с корпусом 6, соединенным со ступицей фиксатором 11
переместится к шестерне 2 до соприкосновения корпуса с конической поверхностью 4 шестерни.

а

б

в

г

Рис. 2.24. Работа инерционного синхронизатора с блокирующим корпусом:
1 — вторичный вал; 2 — шестерня; 3 — зубчатый венец; 4 — коническая
поверхность шестерни; 5, 7 — зубчатый венец; 6 — корпус; 8 — палец;
9 — внутренняя полость; 10 — фиксатор; 11 — шарик фиксатора; 12 — паз;
13 — блокирующая поверхность; У, В — угол наклона

-201-

ГЛАВА 2. ТРАНСМИССИЯ

В общем случае угловая скорость шестерни 2 отличается от угловой
скорости вторичного вала 1 и синхронизатора на нем, поскольку вторичный вал вращается со скоростью, соответствующей предыдущей, только
что отключенной передаче. По выравнивающей поверхности 4 начинается
скольжение между шестерней и корпусом синхронизатора. Возникающий
момент трения захватывает корпус синхронизатора и стремится повернуть его за шестерней 2. Однако корпус 6 поворачивается в окружном
направлении лишь на величину зазора «а» между корпусом и пальцем 8
(рис. 2.24, б, в).
Палец 8 попадает в паз 12 корпуса 6 и блокируется там силой трения «F».
Любое усилие «F» от пальца 8 передается через блокирующую поверхность 13 с блокирующим углом «В» на корпус 6 и далее на поверхность 4
(рис. 2.24, а) шестерни 2, что приводит к еще большему росту силы трения
«Fт» и надежному удержанию пальца в пазу корпуса.
Работа трения по поверхности 4 (рис. 2.24, а) преобразует кинетическую энергию шестерни 2 и связанных с ней деталей КПП и сцепления
в энергию тепловую до тех пор, пока угловые скорости шестерни 2 и корпуса
6 не сравняются.
При отсутствии относительного проскальзывания корпус 6 перестает
давить на палец 8 силой трения «Fт». Палец под действием силы «F» на поверхность 13 отталкивает корпус 6 в окружном направлении назад на величину
«а» (рис. 2.24, б), выходит из паза 12 и продвигается к шестерне 2 вместе со
ступицей 10. Шарик фиксатора 11 утопает, сжимая пружину, и не препятствует
перемещению ступицы относительно корпуса синхронизатора 6. Перемещаясь на величину «в» (рис. 2.24, г), ступица вводит в зацепление зубчатые венцы
5 и 7 (рис. 2.24, а).
Крутящий момент с шестерни промежуточного вала переходит на
шестерню 2 по зубчатому венцу 3, далее через венцы 5 и 7, ступицу 10
на вторичный вал 1.
Синхронизирующая поверхность 4 с углом наклона «У» служит для
выравнивания угловых скоростей шестерни и вторичного вала с помощью
работы сил трения.
Блокирующая поверхность 13 с углом наклона «В» служит для удержания от соприкосновения зубчатых венцов 5 и 7 до устранения их относительной скорости.
Принцип работы синхронизатора с блокирующими пальцами (КамАЗ)
и с блокирующими кольцами (ВАЗ, иномарки) точно такой же, как и у синхронизатора с блокирующим корпусом.
Бесступенчатая клиноременная КПП (Belt CVT)
Вариаторная коробка передач является бесступенчатой КПП, т.е.
обеспечивает в заданном диапазонные плавное изменение передаточного
-202-

2. . Короб а переда и ее виды. Карданная переда а

числа; имеет аббревиатуру CVT — Continuously Variable Transmission (в переводе — постоянно изменяющаяся трансмиссия).
Клиноременный вариатор состоит из одной, реже двух ременных передач. Передача включает два шкива, соединенные клиновидным ремнем.
Шкив образуют два конических диска, которые могут сдвигаться или раздвигаться, обеспечивая тем самым изменение диаметра шкива. Для сближения конусов используется гидравлическое давление, центробежная сила,
усилие пружин. Конические диски имеют угол наклона 20°, при котором
обеспечивается перемещение ремня по поверхности шкива с наименьшим
сопротивлением.
На рис. 2.25 представлена функциональная схема фрикционной бесступенчатой коробки передач. Фрикционная передача состоит из ведущих
дисков 1 и 2, ведомых дисков 3 и 5, расстояние между которыми может изменяться. Между ведущими и ведомыми дисками установлен клиновой ремень
4, передающий крутящий момент от ведущих дисков к ведомым. Этот момент
передается карданной передачей на главную передачу и далее на ведущие
колеса автомобиля.
Передача позволяет изменять передаточное число iтр трансмиссии бесступенчатым методом.

Рис. 2.25. Функциональная схема
фрикционной коробки передач с клиноременным вариатором:
1, 2 — ведущие диски; 3, 5 — ведомые диски; 4 — клиновый ремень;
6 — управляющий механизм

Во время начала движения автомобиля управляющий механизм 6
устанавливает максимальное расстояние между ведущими дисками 1
и 2, а между ведомыми 3 и 5 — минимальное. Это обеспечивает наиболь-203-

ГЛАВА 2. ТРАНСМИССИЯ

шее передаточное число фрикционной передачи iфп, а следовательно
и трансмиссии iтр = iфп · iгп. В процессе разгона автомобиля, по мере набора
скорости, управляющий механизм 6 сближает меду собой ведущие диски
1 и 2. При этом расстояние между ведомыми дисками 3 и 5 будут уменьшаться под действием пружины. Передаточное число iфп уменьшится. Для
данной схемы передаточное число фрикционной передачи iфп находится
как отношение радиусов ведущего rведущ и ведомого rведом дисков, на которых
в данный момент времени находится клиновой ремень.
наибольшее передаточное число

наименьшее передаточное число

Рис. 2.26. Схема работы клиноременного вариатора

Основное преимущество вариатора по сравнению с другими коробками передач заключается в эффективном использовании мощности двигателя за счет оптимального согласования нагрузки на автомобиль с оборотами коленчатого вала, тем самым достигается высокая топливная экономичность. Ввиду ограничений по мощности вариаторы на сегодняшний
день применяются только на легковых автомобилях, правда, диапазон их
использования вследствие технического прогресса постоянно расширяется.
Другой минус вариаторной коробки передач заключается в достаточно
высокой технической и технологической сложности конструкции.
Тороидальные (Toroidal CVT) коробки передач
Тороидальные коробки передач меньше распространены, чем клиноременные. Такие устройства устанавливаются на задне- и полноприводных
автомобилях с продольным расположением двигателя.
По надежности бесступенчатые тороидальные коробки передач превосходят клиноременные вариаторы в несколько раз. Но если в такой КПП
выйдет из строя какой-либо узел системы, он ремонту не подлежит.
В тороидном вариаторе главными элементами являются ролики
и специальные соосные диски. Именно между ними происходит передача
крутящего момента. Чтобы изменить отношение, необходимо также изменить радиусы, т.е. положение роликов.
Принцип работы основан на использовании двух соосных валов, которые имеют сферическую, тороидную поверхность. Между валами зажаты
ролики, которые могут менять свое положение, в результате чего изменяется передача крутящего момента. Например, в Extroid обоймы с роликами
передвигает вверх-вниз специальный гидравлический механизм.
-204-

2. . Короб а переда и ее виды. Карданная переда а

Рис. 2.27. Схема работы тороидного вариатора

Тороидный механизм не содержит ни цепи, ни ремня, по сравнению
с клиноременным механизмом. Движение дисков, которые применяются
вместо шкивов, происходит при помощи роликов, создающих крутящий
момент между ними. Передаточное число меняется при смене положений
роликов и изменении их радиусов, которые обкатывают диски. Их поворот
осуществляется за счет определенных устройств. Они способны регулировать силу прижатия роликов к дискам. В каждом таком вариаторе автомобильные фирмы применяют свои устройства. Например, компания Ниссан
в своем аппарате «X-Tronic» заложила гидравлический механизм, управляемый электроникой. Он перемещает ролики вверх и вниз на самые малые
расстояния, а затем из-за сдвига они проворачиваются самостоятельно.
В принципе, компоненты тороидального вариатора аналогичны системе компонентов вариатора со шкивами и ремнём и приводят к тем же
результатам — бесступенчатой работе коробки передач. Принцип работы:
Один диск подключается к двигателю, что эквивалентно ведущему шкиву. Другой диск соединяется с приводным валом, что эквивалентно
ведомому шкиву.
Колеса, расположенные между дисками, действуют как ремень, изменяя передаточное число, передаваемое с одного диска на другой.
Колеса могут вращаться по двум осям. Они вращаются вокруг горизонтальной оси и наклоняются вокруг вертикальной оси, что позволяет им
касаться дисков в различных областях.
Тороидный вариатор включает два соосных вала со сферической (тороидной) поверхностью, между которыми зажаты ролики. Изменение передаточного числа в тороидном вариаторе производится за счет изменения
положения роликов, а передача крутящего момента — за счет сил трения
между рабочими поверхностями колес и роликов.
-205-

ГЛАВА 2. ТРАНСМИССИЯ

Изменение положения оси ролика в поперечной плоскости приводит
к изменению передаточного числа вариатора, равного отношению радиусов окружностей, проходящих через точки контакта колес с роликом. Если
ролик соприкасается с ведущим диском по малому радиусу, то с ведомым
он контактирует по большому – получается понижающая передача. При
вращении по одинаковым радиусам передача будет прямой, если ролик
прижат к ведущему диску по большому радиусу – передача будет повышающей.
Непосредственное управление вариатором производится с помощью
рычага селектора. Режимы управления аналогичны режимам автоматической коробки передач. В вариаторной коробке передач может быть
реализована функция выбора фиксированных передаточных отношений
(аналогичная функции Tiptronic).
Вариатор не только вариаторный узел, но еще ряд систем и исполнительных механизмов. К примеру, клапанное устройство, управляющее
сдвижением-раздвижением шкивов. Принцип действия такой же, как
и у автоматической КПП. То есть процессор вариатора, получая команду от
процессора двигателя, передает ее на соленоиды клапанного механизма,
сообщая им тем самым, что шкивы необходимо установить в такое-то положение. Открываются клапаны, давление либо падает, либо повышается,
шкивы передвигаются, передаточное отношение меняется.
Гидромеханическая КПП
Основные узлы гидромеханической КПП:
- гидротрансформатор;
- управляющие механизмы;
- механическая коробка передач.
Гидромеханическая трансмиссия автоматически изменяет передаточное число i в процессе разгона автомобиля. Но относительно невысокий
КПД долгое время ограничивал её широкое применение. На рис. 2.28
представлена функциональная схема гидромеханической передачи основу
которой составляет гидротрансформатор, состоящий из насосного колеса Н,
турбинного колеса Т, реактора Р и обгонной муфты 1.
Основой гидромеханической КПП является гидротрансформатор.
Фактически в гидромеханической АКПП он выполняет роль, аналогичную сцеплению в обычном автомобиле, — передает момент от двигателя
к коробке.
Автоматическая коробка включает в себя несколько агрегатов, основными являются гидротрансформатор и механическая планетарная коробка
передач.
-206-

2. . Короб а переда и ее виды. Карданная переда а

Рис. 2.28. Функциональная схема гидромеханической передачи

Гидротрансформатор состоит из двух лопастных машин специальной формы:
- центробежного насоса, который осуществляет связь между двигателем и гидротрансформатором;
- центростремительной турбины, которая выполняет связь с валом
(первичным) коробки передач;
- расположенного между ними направляющего аппарата-реактора,
который предназначен для усиления крутящего момента.
Все эти турбины закрыты специальным корпусом и на три четверти
погружены в масло, заполняющее внутренний объем.

Рис. 2.29. Гидротрансформатор

Насос и турбина предельно сближены, а их лопастям придана форма, обеспечивающая непрерывный круг циркуляции рабочей жидкости.
Насосное колесо жестко связано с коленчатым валом двигателя, а турбин-207-

ГЛАВА 2. ТРАНСМИССИЯ

ное — с валом коробки передач. Передача энергии от двигателя к трансмиссии осуществляется потоками рабочей жидкости, которая отбрасывается лопатками насосного колеса на лопасти турбинного колеса. Жесткая
связь при этом между двигателем и трансмиссией отсутствует. Это способствует обеспечению работы двигателя и остановке автомобиля с включенной
передачей. Наличие такой связи устраняет вероятность того, что заглохнет
двигатель, как по неопытности водителя, так и вследствие внезапного возрастания внешнего сопротивления, при котором может произойти полная
остановка.
Плавность передачи тягового усилия в случае использования гидропередачи повышает проходимость автомобиля при движении по грунтам
с плохими сцепными свойствами.
Поскольку гидродинамические передачи не пропускают крутильные
колебания от двигателя в трансмиссию, повышается надежность и долговечность элементов трансмиссии, а также силового агрегата в целом. Лопастные
колеса гидропередачи (насосное, турбинное, реакторное) практически не
изнашиваются.
Собственно, по такой схеме работает гидромуфта, которая просто передает крутящий момент, не трансформируя его величину. Чтобы изменять
момент, в конструкцию гидротрансформатора введен реактор. Это также
колесо с лопатками, однако оно жестко прикреплено к корпусу и не вращается до определенного времени. Реактор расположен на пути, по которому
масло возвращается из турбины в насос. Лопатки реактора имеют особый
профиль, а межлопаточные каналы постепенно сужаются. По этой причине
скорость, с которой рабочая жидкость течет по каналам направляющего
аппарата, постепенно увеличивается, а сама жидкость выбрасывается
из реактора в сторону вращения насосного колеса, как бы подталкивая
и подгоняя его. Благодаря увеличению скорости циркуляции масла внутри
гидротрансформатора при неизменном режиме работы насоса крутящий
момент на выходном валу гидротрансформатора увеличивается.
При неизменном режиме работы насоса режим работы турбины изменяется автоматически и бесступенчато в зависимости от приложенного
к валу турбины сопротивления. Например, автомобилю, который двигался
по равнинному участку дороги, предстоит подъем в гору. Нагрузка на
ведущие колеса увеличивается, а автомобиль начинает терять скорость.
Это приводит к уменьшению частоты вращения турбины. В свою очередь,
уменьшается противодействие движению рабочей жидкости по кругу циркуляции внутри гидротрансформатора. В результате скорость циркуляции
возрастает, что автоматически приводит к увеличению крутящего момента
на валу турбинного колеса (аналогично переходу на низшую передачу
в механических КПП) до тех пор, пока не наступит равновесие между ним
-208-

2. . Короб а переда и ее виды. Карданная переда а

и моментом сопротивления движению. По аналогичной схеме работает
автоматическая трансмиссия и при старте с места.
Когда автомобиль припаркован, турбинное колесо находится в неподвижном состоянии, однако внутреннее проскальзывание в гидротрансформаторе не мешало двигателю работать на холостом ходу. В этом случае
крутящий момент трансформируется в максимально возможное число раз.
Зато когда достигнута необходимая скорость, надобность в преобразовании
крутящего момента отпадает. Гидротрансформатор посредством автоматически действующей блокировки превращается в звено, практически жестко
связывающее ведущий и ведомый валы. Такая блокировка исключает внутренние потери, увеличивает значение КПД передачи, уменьшает расход
топлива в установившемся режиме движения, а при замедлении повышает
эффективность торможения двигателем. Одновременно с целью снижения
все тех же потерь реактор может освободиться и вращаться вместе с насосным и турбинным колесом.
Наиболее рационально применять гидромеханическую передачу
в автобусах, легковых автомобилях, в автомобилях высокой проходимости.
Последнее объясняется тем, что на колесах автомобиля существует пульсация крутящего момента, подводимого от двигателя и трансмиссии. Это приводит к срыву пятна контакта колес с дорогой, что особенно недопустимо
в тяжелых дорожных условиях. Гидротрансформатор сглаживает пульсации
момента Me. Тем самым он улучшает взаимодействия шин с дорогой и сохраняет детали агрегатов трансмиссии от повышенного износа и поломок.
Роботизированная коробка передач DSG (РКПП)
Роботизированная коробка передач представляет собой механическую коробку передач, в которой функции выключения сцепления и переключения передач автоматизированы. Название «роботизированная
коробка передач» говорит о том, что водитель автомобиля и условия движения формируют только входную информацию для системы управления,
а работой РКПП управляет электронный блок с определенным алгоритмом
управления.
Коробки-роботы могут иметь электрический или гидравлический
привод сцепления и передач. В электрическом приводе исполнительными
органами являются сервомеханизмы (электродвигатель и механическая передача). Электрический привод отличает невысокая скорость работы (время
переключения передач 0,3–0,5 с) и меньшее энергопотребление.
Гидравлический привод осуществляется с помощью гидроцилиндров,
которые управляются электромагнитными клапанами. Гидравлический
привод предполагает постоянное поддержание давления в системе, т.е.
большие затраты энергии; но такой привод более быстрый.
-209-

ГЛАВА 2. ТРАНСМИССИЯ

Управление роботизированной коробкой передач осуществляет электронная система, которая включает в себя входные датчики, электронный
блок управления и исполнительные механизмы.

Рис. 2.30. Роботизированная коробка передач с двумя сцеплениями,
обеспечившей переключение передач без разрыва потока мощности:
1 — первичный вал; 2 — вторичный вал;
3 — электронный исполнительный механизм; 4 — ЦПУ

Двойное сцепление позволяет при включенной передаче выбрать следующую передачу и при необходимости включить ее без перерыва в работе
коробки. Поэтому другое название роботизированной коробки передач
с двумя сцеплениями — преселективная коробка передач (от preselect —
предварительно выбрать).
Входные датчики отслеживают основные параметры КПП: частоту
вращения на входе и выходе, положение вилок включения передач, положение селектора, а также давление и температуру масла (для гидропривода) и передают их в блок управления. На основании сигналов датчиков
электронный блок управления формирует управляющее воздействие на
исполнительные механизмы в соответствии с заложенной программой.
В своей работе электронный блок взаимодействует с системой управления
двигателем, системой ABS (антиблокировочная система) и ESP (система
курсовой устойчивости автомобиля).
Все роботизированные коробки передач используют гидравлический
привод сцепления и передач. И лишь одна коробка передач на сегодняшний
день имеет электрический привод устройств, это EDC (Efficient Dual Clutch)
от Renault (время переключения передач 0,29 с).
-210-

2. . Короб а переда и ее виды. Карданная переда а

Работа роботизированной коробки передач может осуществляться
в двух режимах: автоматическом и полуавтоматическом. В автоматическом
режиме электронный блок управления на основании сигналов входных датчиков реализует определенный алгоритм управления коробкой с помощью
исполнительных механизмов.
На всех роботизированных коробках предусмотрен режим ручного
(полуавтоматического) переключения передач, аналогичный функции
Tiptronic АКПП. Работа в данном режиме позволяет последовательно переключать передачи с низшей на высшую и, наоборот, с помощью рычага
селектора и (или) подрулевых переключателей. Поэтому в ряде источников
информации роботизированная трансмиссия называется секвентальной
коробкой передач (от sequensum — последовательность).
Планетарная механическая коробка передач
Планетарная механическая коробка передач (МКП) — разновидность коробки передач, в которой используются планетарные механизмы.
Была распространена в начале ХХ столетия (автомобиль Ford T), в наше
время получила достаточно широкое распространение в гусеничной технике — военной и гражданской, а также на велосипедах и в автомобилях
с гибридной трансмиссией.
Планетарная передача — механическая система, состоящая из
нескольких планетарных зубчатых колёс (шестерён), которые вращаются
вокруг центральной, солнечной, шестерни. Обычно планетарные шестерни
фиксируются вместе с помощью водила. Планетарная передача может также включать дополнительную внешнюю кольцевую шестерню, имеющую
внутреннее зацепление с планетарными шестернями.
Планетарными называют передачи, в которых одно или несколько
зубчатых колес кроме относительного вращения вокруг своих осей имеют
еще и переносное вращение вместе с осями.
По сравнению с непланетарными передачами, в которых оси всех зубчатых колес неподвижны, планетарные передачи благодаря применению
нескольких промежуточных звеньев (сателлитов) обеспечивают:
- меньшую напряженность зубьев;
- разгруженность центральных валов и подшипниковых опор от радиальных усилий;
- при правильном выборе кинематической схемы высокий КПД;
- большее количество передач при меньших габаритах.
Применение планетарных коробок передач на транспортных автомобилях позволяет сократить время, затрачиваемое на переключение передач,
существенно упрощает задачу автоматизации процесса управления, избавляет от необходимости устанавливать между двигателем и трансмиссией
-211-

ГЛАВА 2. ТРАНСМИССИЯ

сцепление, поскольку его функции выполняют тормоза и блокировочные
муфты, предназначенные для включения передач в коробке.
Для управления переключениями в планетарной коробке передач
используются фрикционные элементы управления, действие которых основано на использовании сил трения, возникающих при взаимодействии
двух или нескольких трущихся поверхностей. В зависимости от назначения
фрикционные элементы управления планетарных коробок передач можно
разделить на два вида: блокировочные дисковые муфты (или просто муфты)
и тормоза. Кроме того, фрикционные элементы управления можно разделить
на неуправляемые (обгонные муфты) и управляемые (дисковые и ленточные
тормоза и дисковые муфты).

Рис. 2.31. Планетарный механизм:
1 — ведущий вал; 2 — коронная шестерня; 3 — сателлиты; 4 — водило;
5 — ведомый вал; 6 — солнечная шестерня; 7 — тормоз; Р1 — сателлит
коронной шестерни; Н1 — коронная шестерня; S1 — солнечная шестерня

Передача крутящего момента с ведущего вала 1 на ведомый вал 5
возможна только при заторможенной коронной шестерне 2 при помощи
ленточного тормоза 7 или многодискового «мокрого» сцепления. В этом
случае при вращении шестерни 6 сателлиты 3, перекатываясь по зубьям
неподвижной шестерни 2, начнут вращаться вокруг своих осей и одновременно через водило 4 будут вращать ведомый вал 5. При растормаживании
шестерни 2 сателлиты 3, свободно перекатываясь по шестерне 6, будут
вращать шестерню 2, а вал 5 будет оставаться неподвижным.
В планетарной механической коробке передач нет валов, ползунов
и последовательно расположенных шестерен. В результате такая коробка.
В результате такая коробка занимает примерно столько же места, сколько
одно-двухдисковое сцепление.
Планетарные коробки способны передавать очень большой крутящий
момент, что обуславливает их применение в тяжелой (в частности, танковой)
-212-

2. . Короб а переда и ее виды. Карданная переда а

технике. Эта особенность объясняется тем, что крутящий момент равномерно распределяется на сателлиты (которых может быть больше трех), зубья
которых испытывают меньшие по сравнению с двух-трехвальными КПП
механические нагрузки. Планетарные коробки отличаются повышенным
ресурсом и простотой обслуживания.
Конструкция планетарных коробок позволяет легко организовать систему управления — оснастить элементы КПП ленточными тормозами (для
плавной остановки вращения шестерен) и блокировочными муфтами (для
окончательной блокировки и переключения передач). Такая коробка передач
имеет более высокий КПД, чем двух-трехвальные механические КПП.
Блокируя те или иные элементы планетарной передачи между собой
или на корпус коробки в простом (одинарном) планетарном ряду, можно
получить прямую, повышающую, понижающую передачу или реверс.
Когда планетарный ряд выполняет роль понижающей передачи, роль
ведомого (выходного) звена играет водило — деталь, соединяющая оси
сателлитов. Когда солнечная шестерня заторможена (например, тормозом — на корпус коробки), водило вращается медленнее «короны», а крутящий момент на нем оказывается больше приложенного к «короне».
Прямая передача получается посредством жесткого соединения водила и солнечной шестерни — при этом «корона» не может поворачиваться
относительно солнечной шестерни (а сателлиты — вокруг своих осей),
и весь планетарный ряд вращается как одно целое.
В повышающей планетарной передаче, как и в понижающей, «солнце»
является заторможенным элементом. Только ведомое звено теперь — не
водило, а «корона».
Чтобы изменить направление вращения на противоположное, нужно
затормозить водило (т.е. сделать неподвижными оси сателлитов) и теперь
«корона» и «солнце» будут вращаться в разные стороны.

Рис. 2.32. Принцип работы передачи

В наши дни наработки в области планетарных автомобильных коробок
передач используются в производстве автоматических планетарных коробок, которые полностью вытеснили механические КПП этого типа. Вместе
-213-

ГЛАВА 2. ТРАНСМИССИЯ

с полуавтоматическими и бесступенчатыми трансмиссиями (прежде всего,
с вариаторными системами) АКП широко используются в легковых автомобилях среднего и высокого класса. Благодаря эксплуатационным удобствам
АКПП пользуются повышенной популярностью и постепенно вытесняют
механические КПП с ручным управлением из автомобилей бюджетного
класса.
Карданная передача
Карданная передача — механизм, передающий крутящий момент
между валами, пересекающимися в центре карданной передачи и имеющими возможность взаимного углового перемещения. В автомобиле
карданный вал служит для передачи потока мощности между узлами
трансмиссии, взаимное линейное и угловое положение которых изменяется
в процессе работы. У полноприводных колесных автомобилей карданная
передача обычно соединяет ведомый вал коробки передач с ведущим валом
раздаточной коробки, а ведомые валы раздаточной коробки — с ведущими
валами главных передач ведущих мостов. Агрегаты, закрепленные на раме
(в частности, КПП и раздаточная коробка), могут перемещаться относительно друг друга в результате деформации своих опор и самой рамы,
а ведущие мосты присоединены к раме через подвеску, поэтому могут
перемещаться относительно рамы и закрепленных на ней агрегатов при
деформации упругих элементов подвески. При этом могут изменяться
не только углы наклона карданных валов, соединяющих агрегаты, но
и расстояние между агрегатами. Карданная передача имеет существенный
недостаток — несинхронность вращения валов (если один вал вращается
равномерно, то другой нет), увеличивающуюся при увеличении угла
между валами. Это исключает возможность применения карданной передачи во многих устройствах, например, в трансмиссии переднеприводных
автомобилей (где главная проблема в передаче крутящего момента на
поворотные колеса). Этот недостаток может быть скомпенсирован использованием на одном валу парных шарниров, повёрнутых на четверть
оборота друг относительно друга.
Карданные передачи могут иметь один или несколько карданных шарниров, соединенных карданными валами, и промежуточные опоры.
Требования к карданной передаче:
1) обеспечивать синхронную связь угловых скоростей вращения ведущего и ведомого звеньев;
2) допускать углы отклонения между осями валов, превышающие
максимально возможные в процессе эксплуатации;
3) критические частоты вращения должны превышать максимально
возможные в течении всего периода эксплуатации.
-214-

2. . Короб а переда и ее виды. Карданная переда а

4) обеспечивать частичное демпфирование динамических нагрузок
трансмиссии;
5) не допускать возникновение шумов и вибраций во всем интервале
рабочих скоростей.
По кинематике различают:
- шарниры неравных угловых скоростей (шарнир Гука);
- шарниры равных угловых скоростей (ШРУС).
Устройство основных частей карданных передач приведено на
рис. 2.33. Карданный шарнир неравных угловых скоростей состоит из двух
вилок 1, соединенных крестовиной 3. Одна из вилок иногда имеет фланец,
а другая приварена к трубе карданного вала или имеет шлицевой наконечник 6 (или втулку) для соединения с карданным валом. Шипы крестовины
устанавливаются в проушины обеих вилок на игольчатых подшипниках 7.
Каждый подшипник размещается в корпусе 2 и удерживается в проушине
вилки крышкой, которая присоединена к вилке двумя болтами, стопорящимися усиками шайбы. В отдельных случаях подшипники закрепляются
в вилках стопорными кольцами. Для удержания смазки в подшипнике
и защиты его от попадания воды и грязи имеется резиновый самоподжимной сальник. Внутренняя полость крестовины через масленку заполняется
смазкой, поступающей к подшипникам. В крестовине обычно имеется
предохранительный клапан, защищающий сальник от повреждения под
действием давления нагнетаемой в крестовину смазки. Шлицевое соединение 6 смазывается с помощью масленки 5.

Рис. 2.33. Схема простого асинхронного карданного вала:
1 — вилка; 2 — подшипник; 3 — крестовина; 4 — вилка;
5 — масленка; 6 — шлицевое соединение; 7 — игольчатый подшипник

Крестовина дает возможность для двух сопряженных валов вращаться
с изменяющимся углом друг относительно друга. Наивысший КПД достигается при угле вращения 0–20°. В том случае, когда данный показатель
превышен, крестовина подвержена значительным перегрузкам. К тому же
вал теряет сбалансированность и появляется вибрация.
-215-

ГЛАВА 2. ТРАНСМИССИЯ

Применение раздвижного шлицевого соединение обусловлено тем,
что подвеска автомобиля, особенно при преодолении препятствий, существенно растягивается по высоте. Коробка передач или раздаточная коробка,
к которой присоединен один конец вала, жестко зафиксирована внутри
кузова, а редуктор моста (вторая точка крепления кардана) сопряжен
с подвеской. В результате, при переезде препятствия расстояние между
коробкой и редуктором моста увеличивается. Карданный вал в этом случае
должен «растянуться», и раздвижное шлицевое соединение помогает ему
это сделать.
При большой длине карданных валов в карданных передачах обычно
применяют промежуточные опоры. Промежуточная опора представляет
собой прикрепленный болтами к поперечине рамы кронштейн, в котором
установлен в резиновом упругом кольце шариковый подшипник, закрытый
с обеих сторон крышками с сальниками и устройством для его смазывания.
Наличие упругого резинового кольца позволяет компенсировать неточности сборки и перекосы подшипника, возможные при деформациях рамы
автомобиля.
Карданная передача имеет существенный недостаток — несинхронность вращения валов (если один вал вращается равномерно, то другой
— нет), увеличивающуюся при увеличении угла между валами. Это исключает возможность применения карданной передачи во многих устройствах,
например, в трансмиссии переднеприводных автомобилей (где главная
проблема в передаче крутящего момента на поворотные колеса). Этот недостаток может быть скомпенсирован использованием на одном валу парных
шарниров, повёрнутых на четверть оборота друг относительно друга. Таким
образом, в обычной карданной передаче вращение передается циклически (неравномерно), работают они при небольших значениях углов между
валами, растет износ шарнира, шестерни и валы трансмиссии работают
с большими перегрузками. В этих условиях нашли применение синхронные
шаровые сочленения — шарниры равных угловых скоростей (ШРУС).
Разновидности ШРУС:
- сухариковые или кулачковые;
- кулачково-дисковые;
- шариковые с делительными канавками «Рцеппа» (Rzeppa), с делительными рычажками, «Рцеппа-Бирфильд» со смещёнными делительными
канавками, «Рцеппа-Лебро» с непараллельными делительными канавками;
- трипод (Tripod) со сферическими роликами и вилкой;
- спаренные карданные — представляют собой состыкованные друг
с другом два карданных шарнира, которые взаимно компенсируют неравномерность вращения друг друга. В настоящее время применяются на
грузовых автомобилях, тракторах, в строительной технике.
-216-

2. . Короб а переда и ее виды. Карданная переда а

Рис. 2.34. Шарнир равных угловых скоростей (ШРУС)
с делительным рычажком Рцеппа (базовая конструкция):
1 — ведомый вал; 2 — делительный рычажок; 3 — сферическая чашка
(часть ведомого вала); 4 — сферический кулак (на шлицах ведущего вала);
5 — ведущий вал; 6 — сферической сепаратор шариков; 7 — пружина
сжатия для беззазорной установки рычажка

Шарнир технологически сложен, но он более компактен, нежели шарнир с делительными канавками, и может работать при углах между валами
до 40°. Так как усилие в этом шарнире передается всеми шестью шариками,
он обеспечивает передачу большого крутящего момента при малых размерах. Долговечность его достигает 100–200 тыс. км.
Крутящий момент от ведомого вала коробки передач автомобиля через
шарики передается на корпус шарнира, а от него на колесо. В данном случае эти шарики играют роль шлицев. Если колесо не вращается, но начало
поворачиваться налево. В этом случае передняя его часть поворачивается
налево, а задняя — направо, так как центр колеса закреплен на шарнире.
Тогда и шарики по канавкам начинают смещаться, как и колесо. То есть
диаметрально расположенные шарики смещаются в противоположные
стороны: передний — налево, задний на такое же расстояние направо.
В движении автомобиля шарики постоянно крутятся и меняют свое положение в зависимости от положения колеса. При этом крутящий момент
передается постоянно, а скорости вращения вала и колеса под любым углом
всегда одинаковы. Отсюда происходит название — шарнир равных угловых
скоростей (ШРУС). Шарниры равных угловых скоростей должны быть всегда
защищены прочным чехлом от внешнего механического воздействия и грязи, так как шарики перестают скользить по канавкам; кроме того, они должны смазываться внутри консистентной смазкой.
Наибольшее распространение получили ШРУСы с делительными канавками. На современных отечественных автомобилях передний привод
осуществляется с использованием как раз таких шарниров. Снаружи (возле
колеса) обычно устанавливается шестишариковый шарнир Бирфильда. Он
позволяет поворачивать управляемое колесо до 45°.
-217-

ГЛАВА 2. ТРАНСМИССИЯ

Шарниры этого типа имеют высокую долговечность. Основной причиной преждевременного разрушения шарнира является повреждение
эластичного защитного чехла. По этой причине автомобили высокой
проходимости часто имеют уплотнение в виде стального колпака. Однако
это приводит к увеличению габаритов шарнира и ограничивает угол между
валами до 40°. Данный тип шарниров широко применяется в карданной
передаче передних управляемых и ведущих колес современных автомобилей. Он устанавливается на наружном конце карданного вала; при этом
на внутреннем конце необходимо устанавливать шарнир равных угловых
скоростей, способный компенсировать изменение длины карданного вала
при деформации упругого элемента подвески. Такие функции совмещает
в себе универсальный шестишариковый карданный шарнир (тип GKN).

Рис. 2.35. ШРУС с делительными канавками наружный типа «Бирфильд»:
а — схема шарнира; б — схема шарнира и размещение шарика;
1 — корпус; 2 — шарик; 3 — сферический сепаратор, который одновременно
сопрягается со сферической поверхностью корпуса 1 по радиусу R2
и сферической поверхностью кулака 4 по радиусу R1; 4 — кулак; 5 — вал,
который через внутренний шарнир соединяется с главной передачей

Рис. 2.36. Универсальный шестишариковый карданный шарнир GKN:
1 — стопорное кольцо корпуса внутреннего шарнира; 2 — защитное кольцо
внутреннего шарнира; 3 — корпус внутреннего шарнира; 4 — упор вала;
5 — стопорное кольцо; 6 — обойма; 7 — шарик; 8 — упорное кольцо;
9 — сепаратор; 10 — наружный хомут; 11 — фиксатор внутреннего шарнира;
12 — защитный чехол; 13 — внутренний хомут; 14 — вал привода колеса;
15 — защитное кольцо наружного шарнира; 16 — корпус наружного шарнира

-218-

2. . Короб а переда и ее виды. Карданная переда а

У карданных шарниров GKN (рис. 2.36) осевое перемещение обеспечивается перемещением шариков по продольным канавкам корпуса, при этом,
требуемая величина перемещения определяет длину рабочей поверхности,
что влияет на размеры шарнира. Максимальный допустимый угол наклона
вала в данной конструкции ограничивается 20°. При осевых перемещениях
шарики не перекатываются, а скользят, что снижает КПД шарнира.
Карданный шарнир Loebro (рис. 2.37) отличается от GKN тем, что канавки в чашке и кулаке нарезаны под углом 15–16° к образующей цилиндра,
а геометрия сепаратора правильная — без конусов и с параллельными наружной и внутренней сторонами. Он меньших размеров, чем другие шестишариковые шарниры, кроме того, сепаратор его менее нагружен, поскольку
не выполняет функции смещения шариков кулаков.

Рис. 2.37. Карданный шарнир Loebro

Шариковый шарнир равных угловых скоростей (шарнир Вейса) состоит из следующих элементов (рис. 2.38):
- ведущего вала со шлицами, входящими в зацепление с полуосевым
зубчатым колесом дифференциала и вилкой с делительными канавками;
- ведомого вала со шлицами, входящими в зацепление с ведущим
фланцем ступицы колеса и вилкой с делительными канавками;
- четырех ведущих шариков, расположенных в делительных канавках
вилок;
- центрирующего шарика вилок, помещенного в сферические углубления на торцах вилок.
Центрирующий шарик имеет лыску, которая располагается при
сборке против вставленного ведущего шарика. Шарик стопорят шпилькой,
расположенной в осевом канале ведомой вилки, одним концом входящей
в отверстие центрирующего шарика, таким образом, запирая собранный
карданный шарнир. Делительные канавки имеют специальную форму,
при которой ведущие шарики независимо от угловых перемещений вилок
всегда располагаются в плоскости, делящей пополам угол (биссекторная
-219-

ГЛАВА 2. ТРАНСМИССИЯ

плоскость) между осями ведущей и ведомой вилок. Благодаря этому обе
вилки имеют одинаковую частоту вращения. Предельный угол между осями
валов 32–33°.

Рис. 2.38. Шарнир с делительными канавками типа «Вейс»:
1, 5 — валы; 2, 4 — кулаки; 3 — шарики; 6 — центрирующий шарик;
7, 8 — фиксирующие штифты

Особенностью шарнира с делительными канавками типа «Вейс» является то, что при движении автомобиля вперед, движение передается одной
парой шариков, а задним ходом — другой парой. Передача усилий только
двумя шариками при точечном контакте приводит к большим контактным
напряжениям. Поэтому он обычно устанавливается на автомобили с нагрузкой на ось, не превышающей 30 кН.
Кулачково-дисковый шарнир равных угловых скоростей (шарнир
Тракта) состоит из связанных с ведущим и ведомым валами полуцилиндрических вилок и вставленных в них цилиндрических кулаков, в пазы которых
входит диск, передающий крутящий момент от ведущей вилки к ведомой.
Максимальное значение угла между валами до 45° Большая контактная
поверхность деталей, воспринимающая усилия, и высокая несущая способность обуславливают их применение на тяжелых грузовых автомобилях.

Рис. 2.39. Шарнир «Тракта»

Если разделить по оси симметрии кулачковый карданный шарнир, то
каждая часть будет представлять собой карданный шарнир неравных угловых скоростей с фиксированными осями качания (так же, как у сдвоенного
карданного шарнира).
Кулачково-дисковый шарнир применяется на полноприводных грузовых автомобилях таких моделей, как КрАЗ, КамАЗ, Урал, МАЗ, БелАЗ и др.
-220-

2. . Короб а переда и ее виды. Карданная переда а

Шарнир состоит из пяти простых по конфигурации деталей: двух вилок, двух кулаков и диска.
Кулачковые шарниры благодаря наличию развитых поверхностей взаимодействующих деталей способны передавать значительный по величине
крутящий момент при обеспечении угла между валами до 45°. Но трение
скольжения между контактирующими поверхностями приводит к тому, что
этот шарнир имеет самый низкий КПД из всех шарниров равных угловых
скоростей. Следствием этого является значительный нагрев и задиры на
деталях шарнира.
ШРУС трипоидный (Tripod) от обычного отличается только тем, что
подшипники в нем не шариковые, а игольчатые. Механизм имеет три
плоскости, где установлены три игольчатых подшипника. В основе внешнего шарнира лежат шарики. А во внутреннем — ролики с подшипниками
игольчатого типа. Трипод допускает большие осевые перемещения, но при
этом — нелинейное изменение скорости при вращении под углом; часто
используются как внутренние (т.е., устанавливаются со стороны привода,
а не колеса).

Рис. 2.40. Шарнир типа «Трипод»:
1 — корпус; 2 — металлический шарик; 3 — обойма;
4 — внутренняя звезда; 5 — вал привода

ШРУС «Tripod» состоит из четырех основных деталей: стакана с продольными канавками и ведущим валом, трехшиповой обоймы с тремя
игольчатыми подшипниками и ведомого вала. В основе конструкции этого
ШРУС также лежит принцип действия шарнира Рцеппа, но особенностями
его работы являются повышенные температуры, обусловленные близостью
двигателя, а также отсутствие высоких удельных давлений, которое обеспечивается применением в шипах шарнира игольчатых подшипников. Как
известно, игольчатый подшипник, будучи разновидностью роликового
подшипника, требует использовать «чистую» смазку с противоизносными
и противозадирными свойствами без твердых смазывающих добавок.
В данном случае твердые добавки внутреннему ШРУС противопоказаны, так
как могут образовывать между телами качения сгустки-клинья и вызывать
-221-

ГЛАВА 2. ТРАНСМИССИЯ

повышенный износ узла. Таким образом, характер трения в шарнире типа
«Tripod» напоминает игольчатый подшипник крестовины карданного вала.
Спаренные карданные ШРУСы представляют собой соединенные друг
с другом два карданных шарнира, взаимно компенсирующие неравномерность вращения друг друга. Сегодня подобные конструкции используются
на строительной технике, тракторах, автомобилях с грузовой платформой.
Наружный и внутренний ШРУС
Особенности конструкции и механизма передачи вращательного
движения от вала коробки переменных передач (КПП) на ведущие колеса
автомобиля требуют, чтобы на этом пути было, как минимум два шарнира
ШРУС.
Наружный ШРУС вращает непосредственно ступицу колеса и имеет
для неё посадочные шлицы. Отсутствие достаточно количества свободного
пространства вынуждает делать его меньшим в габаритах.
Наружный ШРУС, в отличии от внутреннего, имеет значительно больший «рабочий угол». Все дело в том, что когда поворачивается управляемое
колесо, наружный ШРУС может иметь угол поворота близкий к 50°. В то
время как внутренний ШРУС может поворачиваться не более чем на 20°. По
этой причине шарниры внутренние и наружные не одинаковы.
Внутренний шарнир (расположенный ближе к дифференциалу), также
равных угловых скоростей, еще позволяет менять длину привода для компенсации от хода подвески, перемещаясь продольно (рис. 2.41). Он называется универсальным.
Конструктивно наружные ШРУСы сделаны так, что работают они только на изгиб, без сдвигов по оси. Внутренний ШРУС работает не только на
изгиб, но и на осевой сдвиг, потому и отличается от наружного своим устройством. Причем отличаются они не только от наружных, но могут иметь
отличия даже между собой. Все зависит от модели автомобиля, на которую
они должны быть установлены.

Рис. 2.41. Внешний и внутренний ШРУС

-222-

2. . Главная переда а и ди

ерен иал. Назна ение устройство и типы

Так как ШРУС установлен в таком месте, где он постоянно будет подвергаться воздействию пыли и грязи, для него должна быть предусмотрена
герметичная защита — пыльник. Она представляет собой гофрированную
накладку из резины, которая крепится к корпусу хомутами.

2.4. ГЛАВНАЯ ПЕРЕДАЧА И ДИФФЕРЕНЦИАЛ.
НАЗНАЧЕНИЕ, УСТРОЙСТВО И ТИПЫ
Главной передачей называется шестеренчатый механизм, повышающий передаточное число трансмиссии автомобиля. Главная передача служит для увеличения крутящего момента двигателя, подводимого к ведущим
колесам, и уменьшения скорости их вращения до необходимых значений.
Главная передача обеспечивает максимальную скорость движения автомобиля на высшей передаче и оптимальный расход топлива в соответствии
с ее передаточным числом. Передаточное число главной передачи зависит
от типа и назначения автомобиля, а также мощности и быстроходности двигателя. Передаточное число главной передачи обычно составляет 6,5–9,0
у грузовых автомобилей и 3,5–5,5 у легковых автомобилей.
Основная характеристика главной передачи автомобиля – передаточное число. Этот параметр отражает отношение количества зубьев ведомой
шестерни к ведущей. Чем больше передаточное число, тем меньше времени
затрачивается на разгон автомобиля (увеличивается крутящий момент),
но при этом уменьшается значение максимальной скорости. Уменьшение
передаточного числа увеличивает максимальную скорость, при этом автомобиль начинает ускоряться медленнее. Для каждой модели автомобиля
передаточное число подбирается с учетом характеристики двигателя, коробки передач, тормозной системы, размера колес и т.д.
Таблица 2.2
Типы главных передач автомобиля
Главные передачи
одинарные

двойные

цилиндрические

центральные

конические
гипоидные

разнесенные

червячные

-223-

ГЛАВА 2. ТРАНСМИССИЯ

Основной принцип действия главной передачи автомобиля:
1) при движении автомобиля крутящий момент от двигателя передается коробке передач;
2) от коробки передач через карданную передачу посредством главной
передачи и дифференциала крутящий момент передается приводным валам автомобиля.

Рис. 2.42. Виды передач

Цилиндрические шестерни применяются в главных передачах переднеприводных автомобилях. Отсутствие надобности в изменении направления вращения позволяет использовать такой редуктор. Зубья на шестернях — прямые, косозубые или шевронные.
Передаточное число для таких передач находится в диапазоне 3,5–4,2.
Большее передаточное число не используется, поскольку для этого необходимо повышать размеры шестерен, что сопровождается увеличением
шумности работы передачи. КПД такой передачи — 0,98, но она уменьшает
дорожный просвет автомобиля и более шумная.
Коническая, гипоидная и червячная передачи используются там, где
необходимо не только изменение передаточного числа, но и изменение
направления вращения.
Конические передачи применяются обычно на грузовых автомобилях. Их особенность сводится к тому, что оси ведущей и ведомой шестерен
в конической главной передаче лежат в одной плоскости и пересекаются, т.е.
находятся на одном уровне, а шестерни выполнены со спиральными зубьями
(зубья косой или криволинейной формы). На легковых автомобилях этот
тип редуктора не используется из-за значительных габаритных размеров
и повышенной шумности.
Передача имеет повышенную прочность зубьев шестерен, небольшие
размеры и позволяет снизить центр тяжести автомобиля. КПД такой передачи — 0,97–0,98.
Червячная главная передача может быть с верхним или нижним
расположением червяка относительно червячной шестерни, имеет передаточное число 4–5 и в настоящее время используется редко. Ее применяют
-224-

2. . Главная переда а и ди

ерен иал. Назна ение устройство и типы

на некоторых многоосных многоприводных автомобилях. По сравнению
с другими типами, червячная главная передача меньше по размерам,
более бесшумна, обеспечивает более плавное зацепление и минимальные
динамические нагрузки. КПД такой передачи — 0,9–0,92. Оси червяка
и ведомой шестерни (ведомого колеса) располагаются под прямым углом
(но встречается и иное расположение осей червячной пары). Червячное колесо входит в зацепление с ведомым косозубым (для обеспечения плотного
контакта и увеличения поверхности зацепления) шестеренчатым колесом.
Крутящий момент передается от винтовой канавки червяка на зубья ведомой шестерни. Частота вращения червяка намного выше, чем частота
вращения ведомого колеса. За счет этого пропорционально увеличивается
крутящий момент. Червячная передача обладает рядом преимуществ перед
главными передачами других типов. Она отличается высокой износостойкостью и не требует применения высококачественных смазочных материалов. Она способна передавать сверхвысокий крутящий момент. Отличается
малошумностью и плавностью хода (из-за отсутствия ударных нагрузок на
канавку червяка и поверхность зубьев ведомой шестерни).
Червячная главная передача относится к редукторам необратимого
действия. Если усилие передается от ведомого шестеренчатого колеса к ведущему червяку, то есть в обратном порядке, червяк вращаться не будет.
Следовательно, червячная главная передача исключает движение автомобиля по инерции, накатом. Отсюда ее применение на тихоходной транспортной технике и машинах специального назначения.

Рис. 2.43. Схема простой конической одинарной главной передачи

На заднеприводных легковых и грузовых автомобилях чаще всего
применяется другой тип передач — гипоидный (или спироидный). Его особенность сводится к тому, что оси шестерен смещены. За счет расположения
-225-

ГЛАВА 2. ТРАНСМИССИЯ

ведущей шестерни ниже относительно оси ведомой, удается уменьшить
габариты редуктора. При этом этот тип передачи характеризуется повышенной устойчивостью к нагрузкам, а также плавностью и бесшумностью
работы. Тип смещения может быть как верхним, так и нижним. Передаточные числа гипоидных главных передач легковых автомобилей 3,5–4,5,
у грузовых автомобилей и автобусов 5–7. КПД такой передачи — 0,96–0,97.
Главная передача с нижним смещением позволяет расположить ниже
карданную передачу. Следовательно, будет смещаться и центр тяжести автомобиля, повышая его устойчивость при движении.

Рис. 2.44. Одинарная главная передача:
1 — упор; 2 — маслоприемная трубка; 3 — регулировочные прокладки;
4 — муфта подшипников; 5 — фланец; 6 — ведущая шестерня; 7, 15 — крышки;
8 — регулировочное кольцо; 9 — пробка заливного отверстия; 10 — сателлит;
11 — картер; 12 — гайка; 13 — полуось; 14 — правая чашка коробки дифференциала;
16 — полуосевая шестерня; 17 — крестовина; 18 — ведомая шестерня; 19 — левая
чашка коробки дифференциала; 20 — маслоуловитель

В одинарной главной передаче вращение передаётся с малой конической шестерни (ведущей шестерни) на большую (ведомую шестерню). Зубья
шестерён изготавливаются спиральной формы, что позволяет увеличить
-226-

2. . Главная переда а и ди

ерен иал. Назна ение устройство и типы

число зубьев, одновременно находящихся в зацеплении, уменьшить, приходящиеся на них нагрузки, повысить плавность и бесшумность работы
передачи.
Если оси ведущей и ведомой шестерён главной передачи взаимно
пересекаются, передачу называют простой. Если ось ведущей шестерни
смещена вниз относительно оси ведомой шестерни на определённую величину (величину гипоидного смещения), передачу называют гипоидной. Зубья
шестерён гипоидной передачи имеет специальный профиль, позволяющий
обеспечить зацепление шестерён с той или иной величиной гипоидного
смещения. Гипоидная главная передача обладает большей плавностью хода
и позволяет, при необходимости снизить центр тяжести автомобиля, расположив карданный вал ниже, чем при использовании простой передачи.
Так как в одинарной главной передаче передаточное отношение получается
при малом числе зубьев (6–7 зубьев) у ведущей шестерни, нагрузка на зубья
получается достаточно существенная, поэтому такую передачу применяют
на автомобилях легковых и грузовых малой и средней грузоподъемности.
По сравнению с одинарными, двойные передачи имеют большие
размеры, массу и стоимость, но в то же время позволяют получить большие
значения передаточных чисел.
Двойные главные передачи состоят из двух пар зубчатых колес: конической и цилиндрической, причем большее передаточное число имеет
цилиндрическая пара.

Рис. 2.45. Двойная главная передача:
1, 2 — конические зубчатые колёса; 3, 4 — цилиндрические зубчатые колёса

В двойной главной передаче вращение передаётся через две пары
шестерён: малой конической и большой конической и малой цилиндрической и большой цилиндрической. Вращение передаётся по следующему
пути: малая коническая шестерня — большая коническая шестерня — малая
цилиндрическая шестерня — большая цилиндрическая шестерня.
Конические шестерни имеют зубья спиральной формы, а цилиндрические шестерни — прямозубые или косозубые. В силу особенностей
конструкции в двойной главной передаче можно получить большее переда-227-

ГЛАВА 2. ТРАНСМИССИЯ

точное отношение при сравнительно небольших размерах передачи. Двойную передачу устанавливают на грузовых автомобилях средней и большой
грузоподъёмности.
КПД двойных главных передач находится в пределах 0,93–0,96. Двойные главные передачи имеют две зубчатые пары и обычно состоят из пары
конических шестерен со спиральными зубьями и пары цилиндрических
шестерен с прямыми или косыми зубьями. Наличие цилиндрической пары
шестерен позволяет не только увеличить передаточное число главной
передачи, но и повысить прочность и долговечность конической пары шестерен. В центральной главной передаче коническая и цилиндрическая пары
шестерен размещены в одном картере в центре ведущего моста. Крутящий
момент от конической пары через дифференциал подводится к ведущим
колесам автомобиля.
Двойную главную передачу, у которой вторая пара зубчатых колес
находится в приводе к каждому из ведущих колес, называют разнесенной.
Состоит из центральной конической или гипоидной передачи и двух колесных планетарных редукторов (шестерни размещаются внутри колеса).
Такие передачи позволяют разгрузить коническую передачу и карданную
передачу от больших крутящих моментов.

Рис. 2.46. Двойная разнесенная главная передача с колесным редуктором:
1 — планетарный редуктор в ступице колеса; 2 — ступица колеса

В разнесенной главной передаче коническая пара шестерен находится в картере в центре ведущего моста, а цилиндрические шестерни —
в колесных редукторах. При этом цилиндрически шестерни соединяются
полуосями через дифференциал с конической парой шестерен. Крутящий
момент от конической пары через дифференциал и полуоси подводится
к колесным редукторам. Широкое применение в разнесенных главных
передачах получили однорядные планетарные колесные редукторы. Такой
редуктор состоит из прямозубых шестерен — солнечной, коронной и трех
сателлитов. Солнечная шестерня приводится во вращение через полуось
-228-

2. . Главная переда а и ди

ерен иал. Назна ение устройство и типы

и находится в зацеплении с тремя сателлитами, свободно установленными
на осях, жестко связанных с балкой моста. Сателлиты входят в зацепление
с коронной шестерней, прикрепленной к ступице колеса. Крутящий момент
от центральной конической пары шестерен к ступицам ведущих колес
передается через дифференциал, полуоси, солнечные шестерни, сателлиты и коронные шестерни. При разделении главной передачи на две части
уменьшаются нагрузки на полуоси и детали дифференциала, а также уменьшаются размеры картера и средней части ведущего моста. В результате
увеличивается дорожный просвет и тем самым повышается проходимость
автомобиля. Однако разнесенная главная передача более сложная, имеет
большую металлоемкость, дорогостоящая и трудоемкая в обслуживании.

Рис. 2.47. Разнесенная двойная главная передача:
1 — коронное колесо; 2 — сателлит; 3 — ось сателлита; 4 — солнечная
шестерня; 5 — ступица колеса; 6 — дополнительная опора; 7 — корпус
главной передачи; 8 — регулировочная гайка

Крутящий момент в такой передаче увеличивается в основном в колесных редукторах, в состав которых входят зубчатое колесо, эпициклическое
зубчатое колесо, три сателлита и водило. Водило неподвижно закреплено на
фланцах рукавов полуосей. От центральной конической передачи крутящий
момент через полуоси передается на солнечные зубчатые колеса, которые
вращают сателлиты, а те вращают эпициклические зубчатые колеса со ступицами.
Двухскоростные главные передачи позволяют увеличить число ступеней трансмиссии без применения сложных многоступенчатых коробок
передач. Позволяет увеличить как максимальное передаточное число, так
и число передач, что необходимо для преодоления сопротивления, изменяющихся в зависимости от состояния дорог и нагруженности автомобиля.
-229-

ГЛАВА 2. ТРАНСМИССИЯ

Рис. 2.48. Двойная разнесенная главная передача с колесным редуктором:
1 — планетарный редуктор в ступице колеса; 2 — ступица колеса

Рис. 2.49. Двухскоростная главная передача:
1 — промежуточный вал; 2 — зубчатая муфта переключения;
3 — ведущая коническая шестерня; 4, 6, 7, 9 — цилиндрические шестерни;
5 — ведомая коническая шестерня; 8 — полуось

В настоящее время двухскоростные передачи применяются в некоторых тяжёлых грузовых автомобилях. В этом случае получается ряд крутящих
моментов или тяговых усилий, которые в других конструкциях обеспечиваются многоскоростными коробками передач. В легковых автомобилях двухскоростные передачи не применяются. В двухскоростной главной передаче
обе скорости могут быть получены редукцией через две ступени, или одна
скорость при помощи одноступенчатой редукции, а другая при помощи
двухступенчатой.
-230-

2. . Главная переда а и ди

ерен иал. Назна ение устройство и типы

Двухскоростная главная передача имеет первую ступень в виде пары
спирально-конических шестерён и две вторые ступени, каждая из которых
представляет пару цилиндрических винтовых шестерён. Обе ведущие
шестерни цилиндрической передачи свободно сидят на промежуточном
валу и воспринимают крутящий момент от скользящей шлицованной
муфты, зубья которой зацепляются с выступами в средней части промежуточного вала и с соответствующими зубьями на внутреннем конце
каждой из шестерён поочередно. При первой ступени в главной передаче
и заданном передаточном числе в коробке передач, скорость автомобиля
имеет среднее значение между скоростями, получаемыми при другом
передаточном числе главной передачи и соседних передаточных числах
коробки передач. Отношение двух передаточных чисел главных передач
составляет около 1,30.
привода), позволяя каждому из них вращаться без пробуксовки. В этом заключается

Дифференциал
главной передачи
основное назначение дифференциала.

При прямолинейном движении, когда колеса нагружены одинаково и имеют равную
угловую
скорость вращения,
работает распределяющий
в качестве передаточного
звена. мосли
Дифференциал
— механизм
это механизм,
крутящий
условия
движения
изменяются
(поворот,
пробуксовка),
нагрузка
становится
неравномерной.
мент карданного вала трансмиссии между ведущими колесами передней
полуосей появляется необходимость вращаться с разными скоростями, и, как следствие,
или
задней оси (в зависимости от типа привода), позволяя каждому из
становится необходимым распределить полученный крутящий момент между ними в
них
вращаться
без пробуксовки.
этом заключается
основное
определенном
соотношении.
огда узел Ввыполняет
вторую важную
функциюназначение
обеспечение
дифференциала.
безопасного маневрирования автомобиля.
и

о
расположени
в транс иссии

о внутренне у
трени

ерен иал

о распределени
крут его о ента

о конструк ии

ежколесный

алого трени

Си

етричный

исковый

ежосевой

овышенного
трени

еси

етричный

онический
илиндрический
ерв чный
естеренчатый

Рис.2.50.
2.5 .Типы
ипыдифференциалов
дифференциалов
Рис.

-231- между валами приводов ведущих колёс,
ифференциалы, которые устанавливаются
называются е кол н и. ифференциалы, которые устанавливаются между валами
приводов ведущих мостов полноприводных автомобилей, называются е о ев и. лавное
отличие между простым и межосевым дифференциалом заключается в количестве

ГЛАВА 2. ТРАНСМИССИЯ

При прямолинейном движении, когда колеса нагружены одинаково
и имеют равную угловую скорость вращения, механизм работает в качестве передаточного звена. Если условия движения изменяются (поворот,
пробуксовка), нагрузка становится неравномерной. У полуосей появляется
необходимость вращаться с разными скоростями, и, как следствие, становится необходимым распределить полученный крутящий момент между
ними в определенном соотношении. Тогда узел выполняет вторую важную
функцию: обеспечение безопасного маневрирования автомобиля.
Дифференциалы, которые устанавливаются между валами приводов
ведущих колёс, называются межколёсными. Дифференциалы, которые устанавливаются между валами приводов ведущих мостов полноприводных
автомобилей, называются межосевыми. Главное отличие между простым
и межосевым дифференциалом заключается в количестве контролируемых
осей. Если межосевая блокировка дифференциала может регулировать частоту вращения колес на передней и задней оси — это межосевой, то простое
устройство — только на одной из них. Как правило, это задняя полуось.
Симметричный дифференциал распределяет поровну крутящий
момент между ведущими осями. Его передаточное число равно единице
(uД = 1), т.е. полуосевые шестерни имеют одинаковые диаметры и равное
число зубьев.
Симметричные дифференциалы применяются на автомобилях обычно
в качестве межколесных и реже — межосевых, когда необходимо распределять крутящий момент поровну между ведущими мостами.
Несимметричный дифференциал распределяет не поровну крутящий момент. Его передаточное число не равно единице, но постоянно
(uД ≠ 1 = const), т.е. полуосевые шестерни имеют неодинаковые диаметры
и разное число зубьев. Несимметричные дифференциалы применяют, как
правило, в качестве межосевых, когда необходимо распределять крутящий
момент пропорционально нагрузкам, приходящимся на ведущие мосты.
Межколесный дифференциал легкового автомобиля имеет два свободно вращающихся сателлита, установленных на оси, закрепленной в корпусе
дифференциала, а у грузового автомобиля — четыре сателлита, размещенных на шипах крестовины, также закрепленной в корпусе дифференциала.
Конический дифференциал (рис. 2.51) делит крутящий момент между
правым и левым колесами (такой дифференциал называют межколесным)
либо между передней и задней осями (межосевой дифференциал).
Крутящий момент от ведомой шестерни главной передачи передается
жестко закрепленному с ней корпусу дифференциала. От него момент переходит на встроенный в корпус палец сателлита. С пальца — на сателлит,
который может свободно вращаться на пальце. Сателлит представляет
собой шестерню (коническую в данном случае) и находится в зацеплении
одновременно с двумя полуосевыми шестернями, на зубья которых передает силу от пальца.
-232-

2. . Главная переда а и ди

ерен иал. Назна ение устройство и типы

Рис. 2.51. Конический дифференциал:
1 — шестерни полуосей; 2 — ведомая шестерня главной передачи;
3 — ведущая шестерня главной передачи; 4 — сателлиты; 5 — корпус

Поскольку сателлит может свободно вращаться на пальце, то сила
его давления на одну полуосевую шестерню не может отличаться от силы
на другую. Именно поэтому моменты на обоих колесах будут равны, независимо от угловых скоростей колес (разные угловые скорости колес легко
обеспечиваются сателлитом его вращением вокруг своей оси).
Отмеченное положительное свойство дифференциала в определенных
дорожных условиях вызывает большие проблемы. Например: если одно
колесо (предположим верхнее на рисунке) находится в воздухе и поворачивается свободно, то к нему нельзя приложить усилие со стороны сателлита
(оно не оказывает реакции). Сателлит, легко вращаясь на пальце, обкатывает полуосевую шестерню другого, стоящего на земле колеса, и не может
нагрузить ее. В таком случае на обоих колесах из-за дифференциала сила
тяги будет равна нулю.
Подобный эффект произойдет, если одно из колес находится на поверхности с низким сцеплением (грязь или лед). Другому колесу, стоящему на асфальте сателлит дифференциала будет сообщать точно такой же момент, как
первому, так как силы по обе стороны сателлита могут быть только одинаковы.
Таким образом, общая сила тяги ведущих колес при работающем симметричном дифференциале определяется колесом, находящимся в худших
условиях сцепления с дорогой.
Если сателлиту не позволить вращаться на пальце вокруг своей оси
(заблокировать), то он сможет передавать усилие даже одной своей стороной на одно ведущее колесо (например, когда другое колесо повисло
в воздухе). В этом случае заблокированного дифференциала кинематические и силовые взаимодействия будут, как если правое и левое ведущие колеса соединены одной жесткой осью. Проходимость автомобиля значительно
повышается из-за полного использования сцепления с дорогой каждым
ведущим колесом независимо от другого.
-233-

ГЛАВА 2. ТРАНСМИССИЯ
Симметричный
дифференциал
цилиндрический

Несимметричный
дифференциал
цилиндрический

Рис. 2.52. Цилиндрический дифференциал:
1 — ведомая шестерня; 2, 7 — коробка дифференциала; 3, 6 — полуосевые
шестерни; 4 — сателлиты; 5 — крестовина (ось) сателлитов

Конический и цилиндрический дифференциалы работают одинаково,
но устройство их разное. В цилиндрическом дифференциале каждый сателлит
связан с одной шестерней полуоси непосредственно, а с другой — через второй
сателлит.

Рис. 2.53. Кулачковый дифференциал:
1 — ведомая шестерня; 2 — коробка дифференциала; 3 — шлицевая обойма
правой полуоси; 4 — сухарик; 5 — шлицевая обойма левой полуоси;
6 — крышка коробки дифференциала

-234-

2. . Главная переда а и ди

ерен иал. Назна ение устройство и типы

Если при неподвижной коробке сателлитов начать вращать одну полуось дифференциала, через сателлиты вращение будет передаваться другой
полуоси. Эта полуось будет вращаться в обратную сторону. Торможение
одной полуоси вызывает ускоренное вращение другой полуоси в цилиндрическом дифференциале точно так же, как в коническом.
Кулачковый дифференциал (clicket) является дифференциалом повышенного трения и в отличие от конического обладает повышенным внутренним трением. Это позволяет более рационально распределять тяговые
силы между ведущими колесами, имеющими различные силы сцепления
с дорогой, и практически исключить их раздельное буксование. Распределение сил тяги на ведущих колесах в нужных пропорциях осуществляется
автоматически без участия водителя.
Кулачковые дифференциалы могут выполняться с горизонтально
или радиально расположенными сухарями. Сухари могут размещаться
в один или два ряда, выполняя функции сателлитов обычных конических
дифференциалов. При однорядном размещении сухарей число кулачков на
полуосевых звездочках должно быть разным для того, чтобы при этом хотя
бы один сухарь передавал усилие.
При двухрядном размещении сухарей число кулачков на звездочках
одинаковое, но один ряд сухарей смещен относительно другого на половину шага кулачков, чтобы исключить пульсацию передаваемого крутящего
момента.
Во время прямолинейного движения машины крутящий момент передается через ведомую шестерню 1 на крышку 6 коробки дифференциала
и связанный с ней сепаратор, далее — на сухарики 4. Сухарики заклиниваются (сечение А—А) между кулачками обойм 3 и 5 и передают на них
и, следовательно, на полуоси крутящий момент.
Как только одно из колес (то есть одна из полуосей и обойм 3 и 5)
начнет пробуксовывать или «забегать» на повороте, соответствующая
обойма поворачивается относительно другой так (сечение Б—Б), что сухарики 4 свободно, без заклинивания располагаются между их кулачками.
Крутящий момент не передается, и обе обоймы (значит и оба колеса) могут
поворачиваться независимо одна от другой. В следующий момент взаимное
расположение обойм изменяется, и сухарики заклиниваются между ними,
вновь передавая крутящий момент. В этой конструкции на поворотах и при
буксовании происходят попеременно пульсирующая передача крутящего
момента и взаимное проворачивание колес. Такой механизм устанавливается на автомобилях повышенной проходимости.
В рабочем положении детали дифференциала устанавливаются таким
образом, что сухари соприкасаются с кулачками наружной и внутренней
звездочек.
-235-

ГЛАВА 2. ТРАНСМИССИЯ

Существует множество самоблокирующих дифференциалов, их отличие в том, что в обычный свободный дифференциал добавлены два пакета
фрикционных дисков, которые обеспечивают блокировку узла при пробуксовке одного из ведущих колес.
Дисковый самоблокирующий дифференциал показан на рис. 2.54.
Каждый пакет расположен между корпусом дифференциала и одной из
полуосевых шестерён. По конструкции он напоминает фрикционные муфты
в автоматических коробках передач. Одна часть дисков в пакете находится
в зацеплении с полуосевой шестерней, а другая — с корпусом дифференциала. При обычном движении автомобиля (например, в повороте) фрикционы
разжаты и дифференциал не работает: сателлиты обеспечивают разную
частоту вращения колес. Но при пробуксовке одного из колес пакеты дисков
сжимаются — и полуосевые шестерни обретают прямую связь с вращающимся корпусом дифференциала.

Рис. 2.54. Дисковый самоблокирующийся дифференциал:
1 — корпус дифференциала; 2 — левая полуосевая шестерня;
3 — левый пакет дисковых фрикционов; 4 — правая полуосевая шестерня;
5 — правый пакет дисковых фрикционов; 6 — ось блока сателлитов;
7 — раздвижные полукольца блока сателлитов

Основное сжатие дисков происходит за счет осевого смещения шестерней полуоси. Последние являются конусными, как и шестерни сателлитов.
При передаче крутящего момента через такое зубчатое зацепление, кроме
центробежной силы возникает и осевая. Она стремится развести шестерни.
Сателлиты закреплены на своих осях и не могут смещаться. Зато смещаются их полуосевые шестерни, так как подвижны на шлицах приводов колес.
В результате расхождения к стенкам дифференциала шестерни сжимают
свои пакеты фрикционов.
Если рассматривать червячные дифференциалы, то наибольшую
известность получил самоблокирующий дифференциал Torsen (от английского torque sensitive, «чувствительный к крутящему моменту»). Такой
дифференциал показан на рис. 2.55.
-236-

2. . Главная переда а и ди

ерен иал. Назна ение устройство и типы

Рис. 2.55. Межосевой червячный самоблокирующийся дифференциал Торсен:
1, 3 — правая и левая полуосевые шестерни; 2 — корпус дифференциала;
4 — сателлит, связанный с правой полуосевой шестерней; 5, 7 — выходные валы
дифференциала; 6 — сателлит, связанный с левой полуосевой шестерней

От свободного дифференциала конструкция отличается очень сильно.
Роль привычных сателлитов играет червячная передача поверх полуосевых
шестерен. Благодаря особенности своей работы она способна блокировать
дифференциал. Червячная передача необратима: перенос крутящего момента возможен только от ведущего звена (червяк) к ведомому (полуосевая
шестерня). То есть при пробуксовке колеса его полуосевая шестерня не
сможет провернуть червяк из-за больших сил трения.
В корпусе Торсена закреплено три пары поперечных червяков (сателлитов), которые соединены между собой отдельными прямозубыми
шестернями, расположенными по краям их осей. Одновременно каждый
парный червяк находится в зацеплении со своей полуосевой шестерней.
При движении автомобиля в повороте такая конструкция работает подобно сателлитам свободного дифференциала, обеспечивая необходимую
разность частот вращения колес. Как только крутящий момент на одном
из колес меняется из-за потери сцепления с дорогой, червячная передача
блокируется. Конструкция Торсена настолько чувствительна к изменению
крутящего момента на осях, что мгновенно блокирует дифференциал, позволяя реализовать крутящий момент на колесе с лучшим сцеплением.
Конструкция Торсена настолько чувствительна к изменению момента
на осях, что мгновенно блокирует дифференциал, позволяя реализовать
крутящий момент на колесе с лучшим сцеплением.
Похожий принцип работы имеет самоблокирующийся дифференциал
Quaife. Конструкция Quaife показана на рис. 2.56. Два ряда винтовых сателлитов расположены продольно в корпусе дифференциала. Каждый из них
находится в зацеплении со своей осевой шестерней. При этом сателлиты
из разных рядов также соединены попарно. По принципу действия эта
-237-

ГЛАВА 2. ТРАНСМИССИЯ

конструкция напоминает червячную передачу в Торсене, но с продольным
расположением. В зависимости от модели такого самоблокирующего дифференциала, в нем может быть от трех до пяти пар сателлитов.

Рис. 2.56. Самоблокирующийся дифференциал Квайф:
1 — корпус дифференциала; 2 — левая полуосевая шестерня; 3 — винтовой сателлит
левого ряда; 4 — правая полуосевая шестерня; 5 — винтовой сателлит правого ряда;
6 — крышки корпуса дифференциала

При движении автомобиля в повороте продольный пакет сателлитов работает так же, как его сородичи в обычном дифференциале. При пробуксовке
колеса в винтовых зацеплениях возникают осевые и радиальные силы. Они
как бы распирают полуосевые шестерни и их сателлиты, прижимая их торцами
к корпусу дифференциала. В отличие от дифференциала Торсен, червяки не
закреплены на отдельных осях, а стоят в подобии колодцев. В итоге возникает
целый ряд пар трения. Это полуосевые шестерни и стенки дифференциала;
а также — сателлиты и их колодцы. Причем червяки распирает в них так, что
они контактируют со стенками в продольном и поперечном направлениях.
Все эти силы трения суммарно блокируют дифференциал.
Червячные дифференциалы обладают повышенным внутренним трением, которое увеличивает суммарную тяговую силу на ведущих колесах
автомобиля на 10–15 %. Это способствует повышению тяговых свойств
и проходимости автомобиля. Однако червячные дифференциалы наиболее
сложные по конструкции и дорогостоящие, поэтому в главной передаче
автомобиля применяются очень редко.
Наличие симметричного шестерёнчатого дифференциала (рис. 2.57
и 2.58) в трансмиссии автомобиля обеспечивает определённую зависимость
между числом оборотов колёс и коробки дифференциала, которая формулируется следующим образом: «Сумма чисел оборотов колёс всегда равна
удвоенному числу оборотов коробки дифференциала». Из этого следует:
1) при уменьшении числа оборотов одного из колёс число оборотов
другого колеса настолько же увеличивается;
-238-

2. . Главная переда а и ди

ерен иал. Назна ение устройство и типы

2) при вывешенном ведущем мосте и неподвижной коробке дифференциала, если вращать одно из колёс, другое колесо будет вращаться
в обратную сторону с тем же числом оборотов;
3) во всех условиях движения крутящий момент, передаваемый от
главной передачи, распределяется поровну на оба ведущих колеса и тяговое
усилие на каждом колесе составляет половину общего тягового усилия,
развиваемого на обоих колёсах.

Рис. 2.57. Схема шестеренчатого дифференциала

Рис. 2.58. Конструкция шестеренчатого дифференциала

Конструкция симметричного шестерёнчатого дифференциала показана на рис. 2.58. Дифференциал имеет коробку (корпус) 1, к которому
болтами крепится ведомая шестерня главной передачи 3. Внутри коробки размещаются конические шестерни приводных валов (полуосей) 5
-239-

ГЛАВА 2. ТРАНСМИССИЯ

и сателлитовые шестерни 4, свободно установленные на оси сателлитов 6,
запрессованной в корпус дифференциала. Сателлиты находятся в постоянном зацеплении с шестернями полуосей. Внутренние шлицевые концы
полуосевых валов (приводов колёс) устанавливаются в шлицевые отверстия
полуосевых шестерён.
При движении автомобиля вращение коленчатого вала двигателя через
механизмы и агрегаты трансмиссии передаётся на главную передачу и от
неё на коробку дифференциала. Вместе с коробкой вращается ось сателлитов
и находящиеся на ней сателлитовые шестерни. Если автомобиль движется
по ровной дороге прямо, оба ведущих колеса проходят равные пути. В этом
случае сателлиты относительно своей оси не вращаются. Зубья сателлитов,
находясь в постоянном зацеплении с зубьями полуосевых шестерён, как бы
блокируют их и вращают вместе с собой с одинаковым числом оборотов.
Число оборотов колёс в этом случае также одинаково и равно числу оборотов
коробки дифференциала.
Когда автомобиль движется на повороте, внутреннее (расположенное
ближе к центру поворота) колесо нагружается весом автомобиля, «притормаживает» и начинает вращаться медленнее (такое колесо называют
отстающим). Соответственно, соединенная с ним полуосевая шестерня
совершает меньше оборотов, чем корпус дифференциала и ось сателлитов.
Это «вынуждает» сателлиты перекатываться через притормаживающую полуосевую шестерню, одновременно поворачиваясь вокруг своей оси и, тем
самым, давая возможность второй, менее нагруженной шестерни привода
наружного (забегающего) колеса, вращаться быстрее.
Когда одно из колес попадает на покрытие с низким коэффициентом
сцепления (грязь, снег, лёд), колесо начинает буксовать. Тяговое усилие на
нём становится очень малым. При этом второе колесо, имеющее достаточное сцепление с дорогой, останавливается, так как вследствие свойства
дифференциала распределять усилие между колёсами поровну, тяговое
усилие на втором колесе также становится очень малым и недостаточным
для движения автомобиля. Буксующее колесо вращается при этом с удвоенным числом оборотов, двигатель разгружается, число оборотов двигателя
возрастает, а автомобиль не может сдвинуться с места.
Вязкостная муфта (от лат. viscosus — вязкий) — это механическое устройство, которое от двигателя передаёт вращающий момент посредством
вязкой жидкости.
Вязкостная муфта представляет собой многодисковый механизм, где
передающий крутящий момент увеличивается в связи с повышением разности в скорости вращения двух валов: ведущего и ведомого. Обычно такая
схема актуальна для автомобилей с полным постоянным приводом. В основу
работы вискомуфты для блокировки дифференциала положено особенное
-240-

2. . Главная переда а и ди

ерен иал. Назна ение устройство и типы

свойство дилатантной жидкостью на силиконовой основе, которой заполнен корпус. Жидкость может стать почти твёрдой и эффективно склеить
диски. В результате муфта может передавать больший крутящий момент.
Если, к примеру, у масла при повышении температуры вязкость снижается,
то здесь все наоборот — этот параметр тоже увеличивается. Сам механизм
выглядит как цилиндр, где располагается набор перфорированных круглых
дисков, которые соединены с обоими валами. Диски, имеющие выступы
и отверстия, расположены очень близко друг к другу в герметичном корпусе. Диски разделяются на две группы: ведущие, соединенные с ведущим
валом, и ведомые, соединенный с ведомым. Ведущие и ведомые диски расположены чередуясь и соосно. На входной вал действует крутящий момент
от двигателя через ведущий мост, а выходной отвечает за вращения колес.
При нормальном движении автомобиля оба вала вращаются с одинаковой
скоростью. Но стоит только одному из колес начать буксовать, входной вал
основного главного моста вращается быстрее выходного. Вследствие трения
о диски жидкость нагревается, что в итоге способствует передаче большей
мощности на выходной вал. Но, как и обычный дифференциал, вискомуфта
тоже обладает недостатком. Для срабатывания механизма нужно определенное количество времени. К тому же, оптимальные параметры очень
сложно подобрать.

Рис. 2.59. Вискомуфта:
1 — корпус; 2 — вал корпуса; 3, 6 — ведущий и ведомый валы;
4 — диски; 5 — уплотнения

Основное применение вискомуфты — полноприводные трансмиссии
легковых автомобилей (Porsche, Toyota Celica GT4 ST205, Subaru Impreza
-241-

ГЛАВА 2. ТРАНСМИССИЯ

WRX GC8A, Alfa и др.), где вискомуфта выполняет либо непосредственно
роль эрзац-дифференциала, либо роль блокировочной муфты в дополнение
к обычному дифференциалу; а также применяется во внедорожных автомобилях.
Вискомуфта дифференциалом не является: она не делит крутящие моменты и не разветвляет потоки мощности. В конструкциях таких трансмиссий всегда одна ось жёстко связана с двигателем, а другая связана через
вискомуфту, которая здесь располагается в разрезе вала привода своей оси
до её межколёсного дифференциала. В штатных режимах движения ось,
подключённая через вискомуфту, обеспечивает порядка 5–10 % вклада в общую силу тяги. В относительно краткосрочных экстра-режимах пробуксовки основной ведущей оси вискомуфта теоретически позволяет перебросить
на подключаемую ось до 100 % эффективно используемой мощности, хотя
зачастую обычно хватает и некоего переходного режима распределения
тяги между осями. Время работы вискомуфты в заблокированном режиме
обычно не слишком велико, и длительная её блокировка ведёт к перегреву
и падению тягового усилия подключённой оси вплоть до нуля. (подключалась передняя ось). В случае использования вискомуфты для блокировки
дифференциала, она связывает два любых его звена: либо корпус (водило)
дифференциала и одно ведомое звено, либо оба ведомых звена, причём, оба
варианта исполнения по своим возможностям идентичны. При взаимной
пробуксовке звеньев вискомуфта выравнивает их угловые скорости вплоть
до полной блокировки дифференциала.

2.5. ПРИВОДНЫЕ ВАЛЫ И ШАРНИРЫ.
НАЗНАЧЕНИЕ, УСТРОЙСТВО И ТИПЫ
Полуоси предназначены для передачи потока мощности от дифференциала на ведущие колеса. Полуоси могут частично или полностью воспринимать силы и моменты, действующие на колеса.
Полуось или вал ведущего моста обеспечивает подвижный контакт двигателя и ведущих колес, передаёт усилия, поддерживает способность поворачивать колёса и позволяет подвеске плавное движение при минимальных
вибрациях.
Главное назначение полуосей автомобиля: принимать на себя действие
силы тяжести, припадающей на колесо из-за тяговых и тормозных усилий.
На неё приходятся изгибающие моменты и последствия боковой силы при
заносах.
Основным предназначением приводного вала автомобиля является
передача крутящего момента от КПП и дифференциала на ведущие колеса.
-242-

2. . Приводные валы и шарниры. Назна ение устройство и типы

Простейший приводной вал переднеприводного состоит автомобиля из следующих компонентов:
- ось;
- внутренний ШРУС;
- наружный ШРУС.

Рис. 2.60. Привод передних колес переднеприводного автомобиля:
1 — стопорное кольцо корпуса внутреннего шарнира; 2 — защитное кольцо
внутреннего шарнира; 3 — корпусвнутреннего шарнира; 4 — упор вала;
5 — стопорное кольцо; 6 — обойма; 7 — шарик; 8 — упорное кольцо;
9 — сепаратор; 10 — наружный хомут; 11 — фиксатор внутреннего шарнира;
12 — защитный чехол; 13 — внутренний хомут; 14 — вал привода колеса;
15 — защитное кольцо наружного шарнира; 16 — корпус наружного шарнира

Приводы колес с шарнирами равных угловых скоростей (ШРУСами)
служат для передачи крутящего момента от главной передачи к ведущим
колесам при различных углах поворота колес и ходах подвески.
При конструировании приводы стараются делать одинаковой длины,
так как это условие обеспечивает равенство сил и моментов, возникающий
на ведущих колесах. Выполнить это условие на автомобиле с поперечным
расположением силового агрегата сложно, поэтому на таких автомобилях,
как правило, правый привод значительно длиннее левого привода.
Длины приводов ведущих колес могут быть сближены за счет разной
конструкции внутренних шарниров. Для того, чтобы увеличить длину привода левого колеса, корпус внутреннего шарнира привода выполнен внутри
картера коробки передач. Для того, чтобы уменьшить длину привода правого колеса, корпус внутреннего шарнира отодвинут от картера коробки передач. Для этого в конструкцию коробки передач был введен дополнительный
элемент — шлицевой вал, который выполнен за одно целое с полуосевой
шестерней дифференциала.
На валу привода правого колеса установлен резиновый демпфер.
Наружные и внутренние шарниры приводов (типа Трипод) имеют разные
конструкции. Шарниры приводов закрыты грязезащитными чехлами.
Внутренний шарнир привода обеспечивает возможность угловых
перемещений подвески и компенсирует взаимные перемещения подвески
-243-

ГЛАВА 2. ТРАНСМИССИЯ

и силового агрегата за счет изменения длины вала привода. Внутренний
шарнир — разборный. На шлицевом конце вала привода со стороны внутреннего шарнира установлена ступица с тремя шипами — трехшиповик, на
каждом из шипов (цапфе) которого расположен ролик с наружной сферической поверхностью, вращающийся на игольчатом подшипнике. Игольчатый
подшипник фиксируется от смещений вдоль оси шипа запорным кольцом,
надетым на стопорное кольцо, расположенное в проточке шипа. Трехшиповик зафиксирован на валу привода стопорным кольцом. Взаимные перемещения подвески и силового агрегата компенсируются перемещением
роликов трехшиповика в продольных пазах корпуса внутреннего шарнира.
Внутренние шарниры приводов левого и правого колес невзаимозаменяемы.
Наружный шарнир привода обеспечивает передачу крутящего момента
при различных углах поворота ведущих колес. Наружные шарниры приводов обоих колес одинаковы, выполнены неразборными и не демонтируются
с валов.
Наружный шарнир состоит из корпуса, в котором жестко закреплен
трехшиповик с роликами, вращающимися на игольчатых подшипниках,
и кулака, выполненного заодно с валом привода. При взаимных угловых
смещениях корпуса и кулака шарнира ролики трехшиповика перекатываются в продольных пазах кулака.
Корпус наружного шарнира шлицевым хвостовиком входит в шлицевое отверстие ступицы колеса и крепится гайкой подшипника ступицы.
В наружные шарниры обоих приводов и внутренний шарнир правого
привода заложена консистентная смазка MOBIL CVJ 825 BLACK STAR на весь
срок их службы.
Пополнение или замена смазки, а также какое-либо другое обслуживание валов приводов колес в процессе эксплуатации автомобиля не требуется. Необходимо лишь следить за состоянием защитных чехлов шарниров
и хомутов их крепления, а также за состоянием сальника подшипника
внутреннего шарнира левого привода.
Поврежденный чехол необходимо как можно быстрее заменить, так
как попадание грязи в смазку вызывает быстрый износ деталей шарнира
и выход его из строя, а повреждение резинового чехла или сальника подшипника внутреннего шарнира левого привода приведет к утечке масла из
коробки передач и к выходу ее из строя. При установке нового чехла шарнира хомуты его крепления также следует заменить новыми.
В случае выхода из строя наружного шарнира необходимо заменить
весь привод в сборе, а при выходе из строя внутреннего шарнира привода
можно заменить только шарнир.
-244-

2. . Приводные валы и шарниры. Назна ение устройство и типы
олуоси
о нагруженнности
По
нагруженности

о конструк ии
лан евые

олуразгруженные

ес лан евые

Разгруженные

Рис. 2.61. Типы полуосей
Рис. 2.61. ипы полуосей
олност

а

разгруженна полуос

разгруженна полуос

олност

разгруженна полуос

олуразгруженна полуос

Рис. 2.62. Классификация полуосей автомобиля
Рис. 2.62. Классификация полуосей автомобиля

Полуось представляет собой вал, предназначенный для передачи
Полуосьусилий
представляет
собой вал, предназначенный
дляколесу
передачи
крутящих усилий
крутящих
от диференциала
к ведущему
автомобиля.
Приот
диференциала
к
ведущему
колесу
автомобиля.
При
передаче
этого
усилия
полуось
работает
передаче этого усилия полуось работает на скручивание. Кроме того,
навскручивание.
Кроме
того, в зависимости
от расположения
подшипников,
ведущего
колеса
зависимости
от расположения
подшипников,
ведущего
колеса
и ведомой
и шестерни
ведомой шестерни
главной
передачи,
полуось
может
работать
на
изгиб
под
влиянием
главной передачи, полуось может работать на изгиб под влияниусилий,
возникающих
как со стороны
так и колеса,
со стороны
главной
ем усилий,
возникающих
как соведущего
стороныколеса,
ведущего
такшестерен
и со стороны
передачи.
шестерен главной передачи.
ВВ зависимости
от от
способа
установки
полуосей
в картере
моста они
могутони
быть
зависимости
способа
установки
полуосей
в картере
моста
полностью
или
частично
разгруженными
от
изгибающих
моментов,
действующих
могут быть полностью или частично разгруженными от изгибающих мо-на
полуось.
ментов, действующих на полуось.
аг у енной называется
такаятакая
полуось,
которая,которая,
передаваяпередавая
крутящее усилие
«Нагруженной»
называется
полуось,
крутя-от
диференциала
к
ведущему
колесу,
в
то
же
время
изгибается
с
обоих
концов
под
влиянием
щее усилие от диференциала к ведущему колесу, в то же время изгибается
имеющихся
нагрузок.
сли с одногоимеющихся
конца такой полуоси
изгибающая
нагрузка
будет
с обоих там
концов
под влиянием
там нагрузок.
Если
с одного
снята,
то
полуось
получает
название
полуразгруженной
.
ри
четверти
разгруженной
конца такой полуоси изгибающая нагрузка будет снята, то полуось получает
называется
полуось, у которой один
совершенно
разгружен от
изгибающих
названиетакая
«полуразгруженной».
«Триконец
четверти
разгруженной»
называется
усилий, как и в полузагруженной , а со второго конца также снята часть нагрузки,
-245вызывающей изгиб полуоси. сли оба конца
полуоси разгружены от изгибающих усилий и
полуось передает только крутящее усилие от диференциала к ведущему колесу, то такая
полуось называется полностью разгруженной .

ГЛАВА 2. ТРАНСМИССИЯ

такая полуось, у которой один конец совершенно разгружен от изгибающих
усилий, как и в «полузагруженной», а со второго конца также снята часть
нагрузки, вызывающей изгиб полуоси. Если оба конца полуоси разгружены от изгибающих усилий и полуось передает только крутящее усилие от
диференциала к ведущему колесу, то такая полуось называется «полностью
разгруженной».
«Полностью разгруженные» полуоси применяют на автомобилях средней и большой грузоподъемности, а также на автобусах. Такие полуоси устанавливаются свободно внутри моста, а ступица колеса опирается на балку
моста через два подшипника.
«Полуразгруженные» полуоси опираются на подшипник, расположенный внутри балки моста, а ступица колеса жестко соединяется с фланцем
полуоси. Поэтому такая полуось оказывается нагруженной крутящим
моментом и частично изгибающим моментом. Полуразгруженные полуоси
применяют в механизмах задних ведущих мостов легковых автомобилей
и грузовых автомобилей на их базе.

-246-

ГЛАВА 3. ХОДОВАЯ ЧАСТЬ АВТОМОБИЛЯ
3.1. ХОДОВАЯ ЧАСТЬ
Ходовая часть автомобиля включает в себя раму, подвеску, задние
и передние мосты, колеса и шины — все агрегаты, так или иначе связанные
с рамой или несущей частью кузова. С помощью деталей и механизмов, составляющих ходовую часть автомобиля, его колеса связываются с кузовом,
при этом гасятся возникающие в процессе езды колебания, что обеспечивает комфортность поездки. Смысл такого крепления заключается в том,
чтобы кузов машины во время езды мог перемещаться относительно колес.
При этом устраняются вертикальные, поперечно-угловые и иные колебания
и обеспечивается мягкость и плавность хода автомобиля.
Устройство ходовой части состоит из элементов:
- кузов;
- колеса;
- мост;
- рама или кузов;
- подвеска.
В ходовую могут также входить и другие, дополнительные элементы, но
именно эти детали выполняют главную роль в создании комфорта и легкости
управления. Каждый из этих элементов выполняет отдельную функцию, но
их работа предназначена для минимизации вибрации, колебаний, тряски
транспортного средства во время движения. В этом заключается схема ходовой части.
Кузова грузовых автомобилей обычно состоят из кабины водителя
и кузова для перевозки груза. В зависимости от компоновки автомобиля существуют капотные и бескапотные кабины. На раме кабину закрепляют так,
чтобы перекосы рамы не вызвали ее разрушения. На современных грузовых
автомобилях крепление кабины водителя выполняется с рессорами и амортизаторами. Кузов грузового автомобиля имеет основание, соединенное
с полом. Оно образует платформу, откидные борта и жестко закрепленный
передний борт.
-247-

ГЛАВА . ОДОВАЯ АСТЬ АВТОМО ИЛЯ

Фургоны имеют основание, каркас и облицовку, для которой используют фанеру, пластик, дюралюминий и другие материалы.
Для изготовления кузовов легковых автомобилей применяют рамные
и безрамные конструкции. Рамные конструкции обеспечивают лучшую
изоляцию кузова от вибрационных нагрузок, безрамные конструкции
– наименьшую массу автомобиля. Тип кузова легковых автомобилей определяется объемом функциональных отсеков и конструктивным выполнением. По числу объемов кузова выполняют трехобъемными, двухобъемными
и однообъемными.
В трехобъемный кузов входят моторный отсек, салон и багажник,
в двухобъемный — моторный отсек и салон, в однообъемный объединены
все три функциональных объема. Кузова легковых автомобилей могут
быть следующих типов: закрытый, полностью открывающийся и грузопассажирский.
Для установки управляемых колес у грузовых автомобилей служит
передний мост (передняя ось). Он передает через подвеску на раму от колес
продольные и боковые силы, возникающие при движении автомобиля.
Передний мост представляет собой стальную балку двутаврового сечения
с отогнутыми вверх концами.
На концах оси к проушинам шкворнями закреплены поворотные цапфы. На их оси через два конических роликовых подшипника устанавливают
ступицы колес, которые крепятся гайкой со стопорным шплинтом. Чтобы
облегчить управление автомобилем, шкворни поворотных цапф имеют продольный и поперечный наклоны, которые позволяют колесам автомобиля
занять положение, соответствующее движению по прямой. Для разгрузки
наружного подшипника ступицы колеса оси цапф наклонены концами вниз
(развал колес).
Чтобы при движении колеса не проскальзывали, их устанавливают
с некоторым схождением, т.е. расстояние между колесами спереди должно
быть меньше, чем расстояние на ободах сзади. На легковых автомобилях
с классической компоновкой трансмиссии с независимой подвеской передний мост образуется короткой балкой, прикрепленной к кузову. Эта балка
служит и для крепления двигателя.
Задний мост автомобиля передает через подвеску на раму или кузов
автомобиля толкающие усилия от ведущих колес в режиме движения и тормозные усилия при торможении. В автомобилях с тремя мостами, картеры
среднего и заднего мостов сварены из стальных штампованных элементов,
к которым приварены крышки картеров, фланцы крепления главных передач и суппортов тормозных механизмов, цапфы ступиц колес, опоры рессор
и кронштейны для крепления реактивных штанг.
На полуоси через два конических роликовых подшипника устанавливают ступицы колес.
-248-

.1. одовая асть

Подвеска соединяет колеса с кузовом, смягчает и поглощает удары
колес по неровностям дороги, обеспечивает плавность хода и гасит колебания кузова. Подвеска бывает зависимой и независимой. При зависимой
подвеске перемещение одного колеса зависит от перемещения другого
колеса. При независимой подвеске каждое колесо соединяется с кузовом по
отдельности. В качестве упругого элемента, который смягчает соединение
кузова и колес, можно использовать листовые рессоры, торсионы и винтовые пружины.
Когда колеса автомобиля наезжают на неровности дорожного покрытия,
возникают колебания кузова. Для гашения этих колебаний в конструкции
подвески предусмотрены жидкостные амортизаторы телескопического типа
или иные.
Конструкция, состоящая из обода и соединительного диска с деталями
крепления, называется колесом. На колесо монтируют шину и затем закрепляют его на ступице. Колеса передают нагрузку от массы автомобиля
к дороге, участвуют в создании и направлении движения, обеспечивают
контакт с дорожным покрытием. По размерам, конструкции обода и жесткости колесо должно соответствовать применяемой шине, должно быть
прочным, долговечным, удобным при сборке и разборке шины, надежно
крепится к ступице.
Ведущие колеса преобразуют крутящий момент от трансмиссии в силу
тяги, вследствие чего возникает поступательное движение автомобиля.
Управляемые колеса воспринимают усилия от кузова и с помощью рулевого управления задают направление движения. Поддерживающие колеса
создают опору качения для задней части кузова или рамы и преобразуют
толкающие усилия в качение колес. Комбинированные колеса выполняют
функции ведущих и управляемых колес одновременно.
По конструкции обода и его соединению со ступицей колеса могут
быть дисковыми и бездисковыми. На всех легковых и большинстве грузовых автомобилей устанавливают дисковые колеса. Бездисковые колеса
применяют на автобусах и большегрузных автомобилях. На автомобилях
повышенной проходимости используют дисковые колеса с разъемным
ободом. Типовая конструкция колеса для автомобилей грузоподъемностью
до 1,5 т выполняется неразъемной, сварной из двух частей — обода и диска.
Диски изготавливают сплошными, с ребрами, с вырезами. Вырезы делают
для уменьшения массы диска и охлаждения тормозного механизма. Обод
состоит из боковых упоров для бортов шины (закраин), полок — посадочных
мест, бортов шины для передачи сил в окружном направлении и ручья для
облегчения монтажа шины. Расстояние между закраинами равняется ширине обода.
Из-за удобства компоновки тормозного механизма преимущественное распространение имеет обод со смещением ручья. Дисковые колеса
-249-

ГЛАВА . ОДОВАЯ АСТЬ АВТОМО ИЛЯ

с разборным ободом и распорным кольцом, которое прижимает борт шины
к закраинам обода, применяют для шин с регулируемым давлением воздуха, бездисковые колеса — для крупногабаритных шин.
Крепление колеса должно обеспечивать точность центрирования
колес, возможность контроля состояния крепления, стабильность затяжки,
надежность, простоту установки и снятия колеса. Дисковые колеса к фланцу
ступицы крепятся гайками на болтах или запрессованными в ее фланец
шпильками.
Центрируют крепление колес по сферическим или коническим фаскам
крепежных отверстий, центральному отверстию диска и цилиндрической
поверхности крепежных отверстий диска.

3.2. НАЗНАЧЕНИЕ, УСТРОЙСТВО
И ТИПЫ ПОДВЕСОК АВТОМОБИЛЯ
Понятие неподрессоренных и подрессоренных масс
Способы определения неподрессоренных (вес деталей, которые при
неподвижном нагруженном автомобиле непосредственно передаются на
дорогу) и подрессоренных масс (масса деталей, которые передаются на поверхность дороги не непосредственно, а через подвеску) описывают национальные и международные стандарты.
Согласно стандарту DIN (нем. Deutsches Institut für Normung, Немецкий
Институт Стандартизации), рессоры, рычаги подвески, амортизаторы
и пружины автомобиля относятся к неподрессоренным массам, а торсионные стержни — уже к подрессоренным. Для стабилизатора поперечной
устойчивости, половина массы берётся как подрессоренная, а половина — как
неподрессоренная.
Точно определить величину неподрессоренных и подрессоренных масс
можно либо на специальном стенде, либо имея возможность точно взвесить
все детали ходовой части автомобиля и проведя соответствующие расчёты.
Числовое значение неподрессоренных и подрессоренных масс необходимо для расчёта характеристик колебаний автомобиля, которые определяют плавность его хода и, соответственно, комфортабельность.
В общем случае, чем больше неподрессоренная масса — тем хуже
плавность хода, и напротив — чем она меньше, тем ход автомобиля плавней. Точнее говоря, всё зависит от соотношения подрессоренной и неподрессоренной масс. Хорошо известно, что гружёный грузовик (существенно
увеличивается подрессоренная масса при постоянной неподрессоренной)
идёт ощутимо плавнее, чем порожний.
-250-

.2. Назна ение устройство и типы подвесо автомобиля

Кроме того, величина неподрессоренной массы оказывает непосредственное влияние на характер работы подвески автомобиля. Если
неподрессоренная масса очень велика (в случае зависимой задней подвески
заднеприводного автомобиля в виде неразрезного моста, объединяющего
в массивном картере редуктор главной передачи, полуоси, ступицы колёс,
тормозные механизмы и сами колёса), в этом случае велики и силы инерции, возникающие в подвеске при проезде неровностей. Это означает, что
при проезде последовательных неровностей («волн» покрытия) на скорости,
тяжёлый задний мост просто не будет успевать «приземляться» под воздействием упругих элементов, и сцепление колес с дорогой существенно падает,
что создаёт возможность для очень опасного сноса задней оси, особенно на
покрытии с малым коэффициентом сцепления (скользком).
Собственные частоты колебаний подрессоренных масс (кузова автомобиля):
- n = 0,8–1,3 Гц — для легковых автомобилей;
- n = 1,0–1,4 Гц — для автобусов;
- n = 1,3–1,9 Гц — для грузовых автомобилей.
Подвеска служит для обеспечения плавного хода автомобиля, так
как смягчает воспринимаемые колесами удары и толчки при наезде на
неровности дороги. Подвеска может быть зависимой и независимой
(рис. 3.1). Зависимую подвеску применяют совместно с неразрезным мостом, а независимую — с разрезным. При зависимой подвеске положения
колес, посаженных на одну ось, взаимосвязаны. При независимой подвеске
такая связь отсутствует.

Рис. 3.1. Подвеска автомобиля

Требования к подвеске автомобиля:
- обеспечение собственных частот колебаний автомобиля в зоне комфортабельности при различных весовых состояниях;
- минимальное изменение дорожного просвета при различных весовых состояниях;
- минимально возможная амплитуда колебаний кузова при движении
по неровной поверхности;
-251-

ГЛАВА . ОДОВАЯ АСТЬ АВТОМО ИЛЯ

- быстрое затухание колебаний (80–90 % энергии за одно колебание
должен рассеивать амортизатор);
- сохранение заданных углов установки колес при амплитудах колебаний;
- отсутствие жестких пробоев подвески (высокая энергоемкость);
- согласованность с кинематикой рулевого привода;
- минимально возможный поперечный крен при движении на повороте и косогоре;
- обеспечение необходимой управляемости и устойчивости автомобиля.
Функции подвески:
- смягчает динамические вертикальные нагрузки;
- обеспечивает кинематическую связь колеса с кузовом автомобиля;
- превращает кинетическую энергию колебаний в тепловую и рассеивает ее в атмосферу.
Классификация подвесок автомобиля:
1. По характеру связи между колесами одной оси:
- зависимые;
- независимые.
2. По количеству рычагов направляющего устройства:
- однорычажные;
- двухрычажные на рычагах равной (продольные рычаги) и неравной
длины (поперечные рычаги);
- с многорычажным направляющим устройством.
3. По типу упругого элемента:
- с металлическим упругим элементом (рессоры, пружины, торсионы,
комбинированные упругие элементы);
- с неметаллическим упругим элементом (резиновые, пневматические,
гидравлические).
4. По типу гасящего устройства;
- с фрикционным гасителем;
- с гидравлическим амортизатором;
- с пневматическим амортизатором.
Рессорная подвеска
Наиболее распространенным упругим элементом подвески является
рессора. Ее широкое применение на автомобилях объясняется тем, что
она не только смягчает толчки, воспринимаемые колесами автомобиля
от неровностей дороги, но и, выполняя роль направляющего устройства,
передает силу тяги и тормозную силу от колес раме автомобиля. Кроме
рессорной, подвеска может быть пружинной, торсионной, пневматической
и пневмогидравлической. В качестве упругого элемента в этих подвесках
используют соответственно пружины, торсионы (стержни, работающие
-252-

.2. Назна ение устройство и типы подвесо автомобиля

на скручивание), пневматические или пневмогидравлические элементы,
использующие упругие свойства воздуха и жидкости. Для передачи сил тяги
и тормозной силы при этой подвеске необходимы дополнительные направляющие устройства.
Направляющим устройством подвески на полуэллиптических рессорах
являются сама рессора в сочетании с балкой моста.
Упругим элементом здесь служит полуэллиптическая рессора.
Гасителем колебаний служит межлистовое трение в рессоре и дополнительно возможна установка гидравлического амортизатора.
Рессора представляет собой балку равного сопротивления изгибу, разрезанную на продольные полосы (листы рессоры), которые присоединены
в середине стремянками к балке моста, а по концам кронштейнами к раме
автомобиля.
Листы передней рессоры узкие и тонкие, поэтому межлистового трения недостаточно для гашения колебаний. В помощь межлистовому трению
установлен гидравлический амортизатор (рис. 3.2). Большой ход сжатия
ограничивает дополнительный упругий элемент (резиновый), размещенный на балке моста. При большом ходе подвески дополнительный упругий
элемент упирается в раму и увеличивает общую вертикальную жесткость
подвески.

Рис. 3.2. Рессорная передняя подвеска грузового автомобиля МАЗ:
1 — передний кронштейн; 2 — палец крепления; 3 — рессора; 4 — кронштейн
буфера; 5 — накладка; 6 — буфер; 7 — стремянка; 8 — амортизатор;
9 — дополнительный буфер; 10 — задний кронштейн

Задний конец рессоры 3 плавающий, первый и второй листы опираются на задний кронштейн 10, в котором установлены два боковых и один
верхний сменные вкладыши, уменьшающие износ. Болт, стягивающий
щеки кронштейна, проходит через распорную втулку, равную по длине
внутренней ширине кронштейна. Передний конец рессоры закреплен паль-253-

ГЛАВА . ОДОВАЯ АСТЬ АВТОМО ИЛЯ

цем 2, проходящим в отверстие накладного ушка и соединяющим рессору
с передним кронштейном 1. Одной стороной ушко крепится к коренному
и второму листам рессоры при помощи ступенчатого пальца. Диаметр отверстия во втором листе больше диаметра пальца, благодаря чему образуется зазор величиной 0,2–1,0 мм, позволяющий листам рессоры перемещаться в продольном направлении. Задний конец накладного ушка притянут
к рессоре стремянкой. Листы рессоры скреплены хомутами, стянутыми
болтами с распорными втулками, кроме того, в середине рессоры через все
листы проходит центровый болт.
К балке передней оси рессору крепят двумя стремянками 7 с накладками 5. На верхнем листе рессоры установлен резиновый буфер 6, он позволяет ограничить прогиб рессоры и смягчить удары о кронштейн рамы в случае
полного прогиба рессоры. Дополнительный буфер 9 установлен также на
раме автомобиля.
Конструкция основной задней рессоры аналогична передней, но отличается сечением и количеством листов, а также размерами деталей крепления
к раме.
На задние рессоры приходится больший вес груженого грузового автомобиля и там стоят более «мощные» рессоры со значительным межлистовым
трением (рис. 3.3). Дополнительным упругим элементом в задней подвеске
является подрессорник — короткая жесткая рессора, которая вступает в работу при загрузке автомобиля или больших динамических прогибах задней
подвески.

Рис. 3.3. Задняя рессорная подвеска с подрессорником автомобиля МАЗ:
1 — основная рессора; 2 — дополнительная рессора; 3 — балка заднего моста;
4 — стремянка; 5 — накладка рессоры; 6 — пальцы; 7 — серьга; 8 — рычаг;
9 — кронштейн; 10 — торсионный вал стабилизатора; 11 — гайка

-254-

.2. Назна ение устройство и типы подвесо автомобиля

Подрессорник просто упирается по концам в упоры на раме. Когда
прогиб основной рессоры небольшой, между подрессорником и упорами на
раме имеются зазоры. В этом случае работает только основная рессора.
Недостатком листовой рессоры является большое межлистовое сухое
трение. Недостаток выражается в том, что пока сила трения между листами
не преодолена, листы не прогибаются (при прогибе листы меняют свою
кривизну, скользя друг по другу). Таким образом, вертикальная нагрузка
от неровностей дороги меньшая, чем требуется для преодоления трения,
проходит через негнущуюся рессору, как через совершенно жесткую,
и действует, не смягчаясь, на раму и кузов автомобиля.
Пружинная подвеска
Пружинная подвеска компактней рессорной, легче вписываются
в конструкцию автомобиля в целом и наиболее распространены сегодня на
легковых автомобилях (автомобиля ВАЗ, Шевроле-малибу и др.). Поскольку
они воспринимают лишь вертикальные нагрузки, в оснащенной ими подвеске колес обязательны направляющие элементы — рычаги, штанги, которые шарнирно соединяют колеса с кузовом и передают возникающие при
движении реакции. Поэтому в задней подвеске таких автомобилей четыре
продольных рычага и поперечная реактивная штанга.

Рис. 3.4. Пружинная подвеска автомобиля

Пружина опирается не на нижний, а на верхний рычаг, и, таким образом, освобождается пространство для вала, приводящего переднее ведущее
колесо.
У зависимой пружинной подвески тормозная и тяговая силы передаются от колес на кузов через продольные штанги (снизу у левого и правого
колеса (рис. 3.5)). Реактивные (сверху над продольными) штанги совместно
с продольными создают реакцию крутящему и тормозному моментам.
Поперечная штанга (в правой части рисунка) передает боковые силы. Пять
штанг совместно с балкой моста составляют направляющее устройство
подвески.
-255-

ГЛАВА . ОДОВАЯ АСТЬ АВТОМО ИЛЯ

Рис. 3.5. Зависимая пружинная подвеска

Упругими элементами являются пружины и дополнительные резиновые ограничители хода, увеличивающие вертикальную жесткость подвески
при динамических прогибах (на рисунке не показаны).
Гасят колебания колес и кузова гидравлические телескопические амортизаторы. Они же могут ограничивать ход колеса вниз (ход отбоя).
Пневматическая подвеска
Пневматическая подвеска автомобиля — это разновидность подвески,
при помощи которой имеется возможность регулировки клиренса (высоты
кузова относительно дорожного полотна). В настоящее время пневмоподвеска довольно широко применяется на грузовых автомобилях и полуприцепах. Легковые автомобили также оборудуются пневмоподвеской, однако
это касается в большей степени автомобилей бизнес-класса.
В пневматической подвеске в качестве упругих элементов применяются пневмоупоры на каждом колесе. Пневматическая подвеска не является
отдельным видом подвески автомобиля. Пневмоподвеска может основываться на конструкциях уже имеющихся подвесок. Пневмоэлементы могут
быть смонтированы на стойках МакФерсон, многорычажной подвеске,
упругой балке и пр.
Основным назначением пневмоподвески является обеспечение более
высокого уровня безопасности и комфорта при вождении. Адаптивная
подвеска многих автомобилей бизнес-класса основана на пневматических
упругих элементах с динамически изменяющейся жесткостью.
Одноконтурная пневматическая подвеска устанавливается на заднюю
ось грузовых автомобилей и седельных тягачей и регулирует ее жесткость
в зависимости от массы груза.
Двухконтурная пневматическая подвеска может устанавливаться или
на одну ось, или на две. Если она установлена на одной оси, она отвечает за
независимое регулирование обоих колес, если на двух, то действует как две
одноконтурные системы.
-256-

.2. Назна ение устройство и типы подвесо автомобиля

Рис. 3.6. Виды пневматических подвесок

Четырехконтурная пневматическая подвеска осуществляет регулировку каждого колеса по отдельности. Чаще всего в четырехконтурных системах
присутствует электронный блок управления, который с помощью датчиков
регулирует давление в пневматических элементах.
Пневматические баллоны бывают трех типов:
1) двойные баллоны (double-convoluted). Пневматический баллон
данного типа внешне похож на песочные часы. Данная конструкция имеет
большую горизонтальную гибкость в сравнении с другими конструктивными решениями;
2) конические баллоны (tapered sleeve). Баллоны данного типа обладают схожими характеристиками с другими разновидностями баллонов,
но разработаны специально для работы в ограниченном пространстве,
и имеют меньший диапазон регулировки клиренса автомобиля;
3) роликовые баллоны (rolling sleeve). Роликовые баллоны выбираются
исходя из конкретных условий для автомобиля, в частности, с учетом заданных параметров клиренса и диапазона регулировки подвески.

Рис. 3.7. Пневматическая баллонная подвеска автомобиля

Автоматическое поддержание определенного уровня кузова в пневматической подвеске осуществляется независимо от степени загруженности
-257-

ГЛАВА . ОДОВАЯ АСТЬ АВТОМО ИЛЯ

автомобиля. Датчики уровня кузова постоянно измеряют расстояние от колес до кузова. Результаты измерений сравниваются с заданной величиной.
При расхождении показаний электронный блок управления задействует
необходимые исполнительные устройства: клапаны упругих элементов для
подъема, выпускной клапан для опускания подвески.
Принудительное изменение высоты кузова обычно предусматривает
три уровня: номинальный, повышенный и пониженный. Номинальный
уровень используется для передвижения по обычным дорогам со скоростью
до 100 км/ч. Пониженный уровень применяется для высокоскоростного
движения. Повышенный уровень нужен для передвижения вне дорог и реализуется на скорости до 40 км/ч. Уровни кузова устанавливаются водителем
с помощью переключателя. В конструкции пневмоподвески внедорожных
автомобилей предусмотрен дополнительный уровень для посадки пассажиров и погрузки багажа, который реализуется на неподвижном автомобиле.
Автоматическое изменение уровня кузова в зависимости от скорости
обеспечивает устойчивость автомобиля в движении. При увеличении скорости программа управления подвеской переводит уровень кузова последовательно от повышенного к номинальному и далее, с ростом скорости,
к пониженному. При снижении скорости система переводит положение
кузова из пониженного в номинальное.
Применение амортизаторов с регулируемой степенью демпфирования
значительно расширяет характеристики пневматической подвески, позволяя помимо высоты кузова изменять жесткость подвески в зависимости от
условий движения.
Основным элементом пневматической подвески является регулируемая пневморессора. Распространение пневморессор на автомобилях связано с их преимуществом по сравнению с другими упругими элементами:
простотой регулирования основных показателей и изменения характеристик подвески. Регулирование пневматической подвески производится за
счет подвода или отвода жидкости или газа в пневморессоры. В результате
такого регулирования легко можно изменять положение кузова и колес,
жесткость подвески и частоту собственных колебаний кузова.
Грузоподъемность пневморессоры обеспечивается давлением сжатого
воздуха (или газа), а жесткость — объемом, в котором этот воздух находится. Изменение грузоподъемности при загрузке или разгрузке автомобиля
компенсируется повышением или понижением давления сжатого воздуха
в пневморессоре. Пневморессоры изменяют жесткость в зависимости от
частоты колебаний кузова и колес. С увеличением скорости движения происходит ужесточение подвески.
Все виды регулируемых пневморессор можно разделить на два основных типа: телескопические поршневые рессоры и пневморессоры, выполненные на основе резино-кордных оболочек (РКО).
-258-

.2. Назна ение устройство и типы подвесо автомобиля

На корпусе гидравлического амортизатора закреплена РКО, выполненная в виде рукава, который при перемещении подвески обкатывается
по корпусу. Конструкция рукава с кордным каркасом, наружным защитным
и герметизирующим слоями резины напоминает устройство шины. Рабочий
объем сжатого воздуха заключен между РКО и стаканом. К пневморессоре
может быть подключен дополнительный объем. Подвод сжатого воздуха
в пневморессору осуществляется через штуцер. Способ изменения давления
сжатого воздуха (или газа) влияет на характеристику пневморессоры. При
неподвижном поршне подвод жидкости увеличивает давление газа в результате уменьшения его объема, при этом его масса остается неизменной. Если
подводить в пневморессору сжатый воздух, то давление возрастет из-за увеличения массы воздуха, а объем, который он занимает, останется прежним.
В первом случае увеличивается частота собственных колебаний кузова,
и плавность хода автомобиля ухудшается, во втором — частота собственных
колебаний кузова и плавность хода сохраняются.
Способность пневморессор с РКО сохранять автомобилю плавность
хода независимо от того, нагруженный он или порожний, имеет большое
значение. Такие пневморессоры используют на автобусах и грузовых автомобилях, грузоподъемность которых значительно изменяется. Поршневые
пневморессоры применяют на легковых автомобилях, изменение грузоподъемности у которых невелико. Улучшить характеристику поршневой
пневморессоры при изменении давления сжатого газа можно, подключая
дополнительные пневматические упругие элементы.
Регулируемые пневморессоры позволяют увеличивать жесткость
подвески при движении автомобиля с большой скоростью по хорошей
дороге или с малой скоростью по бездорожью. Для изменения жесткости
пневморессор используют дополнительный объем для сжатого воздуха (или
дополнительный пневматический упругий элемент). Если к пневморессоре
с РКО подсоединить дополнительный объем, то жесткость ее уменьшится,
подвеска будет мягкой. При отключении дополнительного объема произойдет ужесточение подвески.
Отличие пневмоподвески от пружинной — это нелинейная зависимость величины сжатия и силы сопротивления. То есть пневматическая
подвеска значительно мягче при малых перемещениях (небольшие ямы
и стыки в асфальте) и значительно жёстче при проезде «лежачих полицейских».
Гидропневматическая подвеска
Гидропневматическая подвеска представляет собой автомобильный
узел, который состоит из упругих элементов, взаимодействующих между
собой посредством гидравлической и пневматической силы.
-259-

ГЛАВА . ОДОВАЯ АСТЬ АВТОМО ИЛЯ

Современной конструкцией гидропневматической подвески является
подвеска Hydractive. В конструкции современной гидропневматической
подвески предусмотрено автоматическое изменение характеристик, т.е.
она является активной подвеской.
Гидропневматическая подвеска Hydractive — вид активной адаптивной
торсионной подвески, в которой используются упругие гидропневматические элементы, а управление высотой и жесткостью стоек производится
путем изменения давления и скорости перемещения рабочей жидкости
(как автоматически, так и вручную). Обеспечивает высокую плавность
хода, возможность изменения положения кузова относительно дорожного
покрытия, эффективное гашение колебаний, адаптацию к стилю вождения
конкретного человека.
Независимо от загрузки, автомобиль держит постоянный дорожный
просвет, позволяя изменять его вручную, и обеспечивает плавность движения.

Рис. 3.8. Основные элементы гидравлической системы подвески Hydractive:
1 — гидроэлектронный блок управления (гидротроник), регулирующий давление
и количество жидкости в системе; 2, 5 — соответственно передние и задние
гидропневматические элементы, выполняющие функцию демпфирующих
и упругих элементов подвески; 3, 6 — соответственно передняя и задняя
дополнительные гидропневматические сферы, регулирующие жесткость подвески;
4, 7 — соответственно передний и задний датчики высоты положения кузова;
8 — встроенный интерфейс; 9 — датчик положения рулевого колеса; 10 — бачок
с жидкостью расширительный; 11 — педаль акселератора; 12 — педаль тормоза

Принцип работы подвески Hydractive основан на сжатии газа (азота),
который закачан под давлением в объем верхней полости гидропневма-260-

.2. Назна ение устройство и типы подвесо автомобиля

тической сферы (над мембраной). Нижняя часть сферы под мембранной
заполнена специальной жидкостью (маслом). Гидропневматическая сфера
объединена с амортизатором и, таким образом, представляет собой единую
конструкцию (стойку), выполняющую роль как упругого, так и демпфирующего элемента. Шток с поршнем амортизатора соединен с соответствующим рычагом подвески. При сжатии подвески, поршень движется вверх,
оказывая воздействие на жидкость (жидкость LDS (оранжевого цвета) на
базе синтетических компонентов). Поскольку жидкость несжимаема, усилие передается далее на мембрану и на объем газа в сфере.
Газ «пружинит» и возвращает свой первоначальный объем, чем и обусловлено его применение в качестве упругого элемента. Гашение колебаний
происходит за счет дросселирования потока жидкости, проходящей через
клапан при перемещении поршня как в обычном амортизаторе. Изменение
сечения электромагнитного клапана делает ход поршня «мягче» или «жестче», тем самым изменяя характеристики подвески.

Рис. 3.9. Схема гидропневматического элемента подвески Hydractive

Торсионная подвеска
Торсионная (torsion — кручение, франц.) или стержневая подвеска
(полунезависимая) автомобиля — это подвеска, рабочими элементами которой являются торсионы (упругие стержни, работающие на кручение.
Используются стержневые торсионы круглого или квадратного сечения, реже пластинчатые — набранные из некоторого числа пластин пружинной стали, совместно работающих на закручивание. Торсионная подвеска
обеспечивает автомобилю ряд преимуществ, главными из которых являются высокая плавность хода и компактность подвески.
-261-

ГЛАВА . ОДОВАЯ АСТЬ АВТОМО ИЛЯ

Однако ее существенные недостатки в виде худшей управляемости
и валкости автомобиля не позволяют применять торсионы в основной
массе современных легковых автомобилей. В автомобильных подвесках
торсионы могут использоваться как в качестве упругих элементов, так
и в виде вспомогательного устройства — стабилизатора поперечной
устойчивости, предназначенного для создания сопротивления крену автомобиля. В качестве упругих элементов торсионы могут использоваться
в рамках подвесок самых различных кинематических схем:
- с продольными или поперечными рычагами;
- с качающимися полуосями, типа «макферсон», и т.д.
Однако наиболее характерно их использование в подвесках либо на
двойных поперечных рычагах, либо на двойных продольных.

Рис. 3.10. Торсионная подвеска автомобиля

Расположение торсионных балок может быть поперечным и продольным. На легковых автомобилях, особенно обладающих задним приводом,
располагаются они обычно поперечно.
Концы торсионной балки жестко крепятся к кузову (легкового автомобиля) или раме (грузового автомобиля). При движении на балку действует
сила скручивания. При этом вал стремится вернуть колесо на место. Если
он установлен с дополнительным электромотором, водитель может иметь
возможность корректировать жесткость подвески. Таким образом, работа
торсионной подвески аналогична пружинной либо подрессоренной.
Электромагнитная подвеска
Электромагнитная подвеска состоит из трех компонентов:
- упругие составляющие для восприятия ударных нагрузок в вертикальной плоскости и передачу их далее на гасящие элементы;
- направляющие для восприятия продольных и боковых ударов;
-262-

.2. Назна ение устройство и типы подвесо автомобиля

- амортизаторы, которые являются демпфером для сглаживания ударов
от подвески. На обычных подвесках может идти в сборе с упругой пружиной
(стойка МакФерсона).
Принцип работы электромагнитной подвески заключается в зависимости магнитного и электрического поля (т.е. используется принцип
электромагнетизма). Вся система управляется при помощи бортового компьютера, который ежесекундно считывает показания с колес и на каждое
посылает соответствующий сигнал. Демпфирующие свойства обеспечиваются благодаря небольшому двигателю, который размещен на каждом из
колес автомобиля.
Электромагнитная подвеска, как и любая другая, выполняет
функции:
- соединение колёс или мостов автомобиля с его кузовом или рамой;
- передача на несущую систему (кузов, рама) моментов и сил, которые
возникают при взаимодействии колёс с дорогой;
- обеспечение нужного характера перемещений колёс относительно
автомобильного кузова или рамы;
- обеспечение плавности хода автомобильного средства.
Электромагнитная подвеска автомобиля представляет собой конструкцию, в основе которой лежит линейный электродвигатель. Этот двигатель
имеет два режима работы: как демпфирующий элемент и как упругий
элемент. Режим работы определяет микроконтроллер. Таким образом, этот
электродвигатель заменяет стандартный автомобильный амортизатор.

Рис. 3.11. Схема электромагнитной подвески

-263-

ГЛАВА . ОДОВАЯ АСТЬ АВТОМО ИЛЯ

В случае прекращения подачи электроэнергии в систему подвески, она
способна переключиться в механический режим работы посредством системы электромагнитов. То есть становится обычной механической подвеской.
При всём этом электромагнитные подвески очень экономичны с точки
зрения потребления электроэнергии.
Мощный электродвигатель заменяет собой телескопический амортизатор, пружину, поперечный стабилизатор. Под контролем ЦПУ на электродвигатель подается напряжение, и на его штоке возникает выталкивающее
усилие. Электродвигатель поддерживают заданную высоту шасси — независимо от нагрузки. Кроме того, быстродействующие электродвигатели
берут на себя и динамическую компенсацию: ограничивают боковой крен
автомобиля, поэтому отсутствует надобность в поперечных стабилизаторах, а также устраняют продольные «клевки» при разгоне и торможении.
Скорость срабатывания электродвигателя — более 100 в секунду, как
только подается напряжение на обмотки статора. ЦПУ контролирует каждый из 4 электродвигателей индивидуально. Угловая жесткость передней
и задней подвески регулируется по раздельности. Например, при входе
в вираж электродвигатели запитываются так, что автомобиль опирается
по преимуществу на внешнее заднее колесо — и приобретает небольшую
избыточную поворачиваемость. И при повороте упор мягко переносится
на внешнее переднее колесо. Выход из виража происходит с небольшой
недостаточной поворачиваемостью.
Электродвигатели не только берут на себя функции упругих элементов
подвески, но и гасят, демпфируют колебания То есть работают (под контролем того же ЦПУ) как амортизаторы — только электрические. При наезде
колеса на неровность, электродвигатель действует не как электродвигатель,
а выступает в роли линейного альтернатора: поглощает кинетическую
энергию, преобразует ее в электрическую и закачивает в бортовую сеть.
ЦПУ может молниеносно изменять характеристики электроамортизаторов — каждого по отдельности и всех четырех вместе.
Рычажная подвеска автомобиля
Многорычажная подвеска (Multilink) устанавливается чаще всего на
заднюю ось, но есть вариант установки ее и на переднюю ось. Кроме того,
она устанавливается на все типы приводов: переднеприводные автомобили, заднеприводные и с полным приводом. Многорычажная подвеска — это
объединенное понятие, на что указывает название «многорычажная». У нее
нет четкой конструкции, но в ней объединены преимущества двухрычажной подвески с продольными и поперечными рычагами. Таким образом,
удалось добиться оптимальной кинематики и эффекта регулирования.
Многорычажная подвеска делает движения автомобиля более плавными,
-264-

.2. Назна ение устройство и типы подвесо автомобиля

снижает уровень шума, позволяет легко управлять автомобилем. Конструкция подвески состоит в том, что ступицы колес крепятся благодаря четырем
рычагам, что позволяет осуществлять регулировку как в продольной, так
и в поперечной плоскости
В конструкцию многорычажной подвески входят следующие узлы
и детали:
- подрамник, служащий для крепления рычагов;
- ступичная опора;
- продольные и поперечные рычаги;
- пружины;
- амортизаторы;
- стабилизатор поперечной устойчивости.
Основой конструкции является подрамник. К нему крепятся поперечные рычаги, соединяющиеся с опорой ступицы. Они обеспечивают положение ступицы в поперечной плоскости. Их количество может быть от трех до
пяти. В самой простой конструкции используются три: один верхний и два
нижних — передний и задний.
Верхний рычаг предназначен для соединения опоры колес с подрамником и осуществляет передачу поперечных усилий. Задний испытывает
основную нагрузку от веса рамы автомобиля, которая передается через
пружину. Передний нижний отвечает за схождение колеса. Продольный
рычаг крепится к кузову благодаря опоре, его функцией является удержание колеса в направлении продольной оси. Другая сторона соединяется
с опорой ступицы. Каждое колесо оснащено своим продольным рычагом.
На ступице находятся подшипники и крепления для колес. Подшипники прикрепляют на опору с помощью болтов. Для нагрузок в подвеске
предназначена винтовая пружина. Ее опорой являются задние нижние
поперечные рычаги. Одной из составляющих многорычажной подвески
является стабилизатор поперечной устойчивости, служащий для снижения
крена кузова автомобиля, когда он проходит повороты. Кроме того, стабилизатор обеспечивает хорошее сцепление задних колес с дорогой. Крепление стабилизатора поперечной устойчивости обеспечивается резиновыми
опорами. С опорами ступицы штанги соединяются специальными тягами.
Амортизаторы имеют соединение со опорой ступицы и чаще всего не связаны с пружиной.
Многорычажная подвеска может устанавливаться как на переднюю,
так и на заднюю ось автомобиля. Независимые друг от друга верхние
и нижние рычаги закреплены с одной стороны на кузове, с другой — на ступице колеса. Особенность работы данной подвески заключается в том, что
ступица колеса способна изменять положение в горизонтальной плоскости,
улучшая плавность хода на неровном покрытии и повышая устойчивость
автомобиля при прохождении поворотов.
-265-

ГЛАВА . ОДОВАЯ АСТЬ АВТОМО ИЛЯ

Многорычажная подвеска состоит из нескольких рычагов (как правило, трех), где каждый из них выполняет свою задачу:
1) верхний передает поперечные усилия и служит для присоединения
колес к подрамнику;
2) задний рычаг «держит» значительную часть веса машины, передаваемого через пружину;
3) продольный рычаг удерживает колеса автомобиля в нужном направлении, вдоль продольной оси.
Также имеется стабилизатор, отвечающий за отсутствие кренов при
прохождении поворотов.

Рис. 3.12. Схема рычажной подвески:
1 — подрамник; 2 — стабилизатор поперечной устойчивости;
3 — стойка стабилизатора поперечной устойчивости; 4 — продольный рычаг;
5 — ступица колеса; 6 — верхний рычаг; 7 — передний нижний рычаг;
8 — задний нижний рычаг; 9 — ограничитель динамического прогиба;
10 — амортизатор; 11 — пружина

Подвеска MacPherson
В основе подвески MacPherson лежит двухрычажная независимая
подвеска. Но при этом между ними есть существенные конструктивные
различия. Но самая главная особенность подвески данного типа — она является независимой и положение одного колеса в вертикальной плоскости
не влияет на положение другого. Благодаря двойному креплению аморти-266-

.2. Назна ение устройство и типы подвесо автомобиля

зационной стойки с помощью верхней опорной чаши к брызговику крыла
и к поворотному рычагу с помощью нижней опорной чаши обеспечивается
достаточно жесткая связка, но в то же время независимый ход колеса вверхвниз остается довольно широким.

Рис. 3.13. Подвеска МакФерсон

Подвеска МакФерсон — универсальная и может применяться как на
передней, так и на задней оси.
Конструкция включает в себя:
- кронштейны кузова или подрамник;
- нижний рычаг;
- амортизационную стойку;
- верхнюю опору;
- элементы, обеспечивающие подвижные соединения (резинотехнические элементы, шаровые опоры).
На одной оси для двух колес автомобиля используется два комплекта
перечисленных составляющих. Компонентом, соединяющим подвески
левого и правого колес, является стабилизатор поперечной устойчивости,
который своими концами прикрепляется к стойкам или рычагам, а в центральной части — к подрамнику или кузову. В нижней части ступица колеса
прикреплена подвижным соединением к кузову посредством поперечного
нижнего рычага. К ступице также крепится под определенным углом расположенная амортизационная стойка В верхней части эта стойка упирается
в кузов и крепится к нему посредством опоры.
Для крепления к кузову в нижней части предусмотрены кронштейны, представляющие собой обычные проушины, к которым посредством
болтового соединения крепятся поперечные рычаги. Но чтобы обеспечить
уменьшенную передачу вибрации на кузов, крепление рычага идет через
резинометаллические проставки — сайлент-блоки. Кронштейны эти могут
-267-

ГЛАВА . ОДОВАЯ АСТЬ АВТОМО ИЛЯ

быть сделаны как на самом кузове, так и на подрамнике — трубной конструкции, крепящейся к несущей части.
В самой простой версии этой подвески используется всего один нижний поперечный рычаг, крепящийся одним концом через сайлент-блок
к кузову, а вторым посредством шаровой опоры — к ступице. Дополнительно к этому рычагу присоединяется стабилизатор, тоже через сайлент-блок.
Но такая конструкция не обеспечивает должной жесткости относительно
продольного смещения колеса.

Рис. 3.14. Подвеска МакФерсона

Поэтому более современные подвески МакФерсона используют либо
два поперечных рычага, установленных под определенным углом относительно друг друга, либо один, но А-образный. Такое решение несколько
увеличивает количество точек крепления, а значит, и мест, в которых
может появиться вибрация, но зато обеспечивается должная фиксация
колеса от продольного смещения. В таких конструкциях стабилизатор если
и крепиться к рычагу, то не напрямую, а посредством специальной стойки.
Но очень многие автопроизводители фиксируют концы стабилизатора
к корпусу стойки через тяги.
Амортизационная стойка является главным элементом подвески
МакФерсона, поскольку в ее задачу входит гашение колебательных движение и максимально возможное снижение их передачи на кузов. Состоит
она из корпуса, посредством которого она крепиться к ступице, пружины
и амортизатора. Классической является схема стойки, в которой аморти-268-

.2. Назна ение устройство и типы подвесо автомобиля

затор с корпусом располагаются внутри пружины, хотя есть и конструкции
с вынесенной пружиной.
Нижний рычаг за счет подвижного соединения со ступицей и кронштейном кузова (благодаря сайлентблокам и шаровым опорам) позволяет
ступице двигаться только вертикальном направлении, предотвращая продольные и поперечные смещения.
Если же этот тип подвески используется на задней оси, для предотвращения продольного смещения колеса дополнительно используются
продольные рычаги.
Подшипник верхней опоры и шаровая опора дают возможность вращаться амортизационной стойке вместе со ступицей вокруг оси, поэтому
колесо поворачивается. И вращение это происходит благодаря передаче
усилия от рулевого механизма через тяги с наконечниками, соединенными
с корпусом стойки.
При наезде колеса на выступ (препятствие), колесо под действием сил
начинает смещаться вверх. При этом ступица передает усилие на корпус
стойки, а он — на пружину. Поскольку упругий элемент в верхней части
через опору упирается в кузов, то воздействие, полученное колесом от дорожного полотна, приводит к сжатию пружины. При этом шток с поршнем
в амортизаторе движется вниз. Пружина воспринимает усилие, но она
не способна его быстро загасить, и здесь в работу вступает амортизатор,
который и поглощает всю энергию.
После проезда препятствия, сжатая пружина разжимается и прижимает
колесо к дороге. Амортизатор же не дает пружине продолжить колебательные движения (сжиматься-разжиматься).
При преодолении неровностей оба колеса смещаются независимо друг
от друга. Но при этом подвеска не способна полностью поглотить все усилия
и часть их все же передается на кузов. При этом возникает вероятность
раскачивания несущей части, если оба колеса движутся по неровности.
Чтобы этого не произошло, используется стабилизатор поперечной
устойчивости, соединяющий две независимые подвески одной оси. Он
представляет собой обычный торсион и за счет возникновения сил, противодействующих скручиванию, он способен погасить колебательные движения кузова.
Нижний рычаг за счет подвижного соединения со ступицей и кронштейном кузова (благодаря сайлентблокам и шаровым опорам) позволяет
ступице двигаться только вертикальном направлении, предотвращая продольные и поперечные смещения.
Если же этот тип подвески используется на задней оси, для предотвращения продольного смещения колеса некоторые автопроизводители
дополнительно используют продольные рычаги.
-269-

ГЛАВА . ОДОВАЯ АСТЬ АВТОМО ИЛЯ

Подшипник верхней опоры и шаровая опора дают возможность вращаться амортизационной стойке вместе со ступицей вокруг оси, поэтому
колесо поворачивается. И вращение это происходит благодаря передаче
усилия от рулевого механизма через тяги с наконечниками, соединенными
с корпусом стойки.
Стабилизатор, используемый в конструкции подвески, предотвращает
поперечные раскачивания кузова при движении по неровностям.
Стабилизатор поперечной устойчивости автомобиля
Стабилизатор поперечной устойчивости — один из обязательных
элементов подвески в современных автомобилях, который уменьшает
крен кузова при поворотах и препятствует опрокидыванию автомобиля.
От стабилизатора зависит устойчивость, управляемость и маневренность
автомобиля, а также безопасность водителя и пассажиров. Стабилизатор
представляет собой металлическую балку с изогнутыми концами, которая
крепится к обоим (в основном к передним) колесам через втулки на корпус
автомобиля, в которых может свободно вращаться. Ставится он обычно
на независимой подвеске. Если сзади мост или балка, то функцию стабилизатора выполняет балка (на переднем приводе) и поперечная штанга на
заднем. Для наилучшего гашения вибрации и силовых воздействий, идущих
на кузов автомобиля, подавляющее большинство элементов подвески соединены посредством упругих элементов. То же касается и стабилизатора.
Для его крепления используются специальные втулки (резинки, подушки)
из прочной резины или полиуретана.
Основное назначение стабилизатора поперечной устойчивости подвески — перераспределять нагрузку между упругими элементами подвески.
При поворотах автомобиль кренится, и именно в этот момент включается
в работу стабилизатор поперечной устойчивости: стойки смещаются в противоположные стороны (одна стойка поднимается, а другая — опускается),
при этом средняя часть (стержень) начинает закручиваться.

Рис. 3.15. Стабилизатор поперечной устойчивости

-270-

.2. Назна ение устройство и типы подвесо автомобиля

В результате на той стороне, где автомобиль накреняется на бок,
стабилизатор приподнимает кузов, а на противоположной — опускает. Чем
больше угол крена, тем сильнее сопротивление этого элемента подвески.
В итоге автомобиль выравнивается по отношению к плоскости дорожного
полотна, снижается крен и улучшается сцепление с дорогой.
При входе в поворот, по законам физики, автомобиль начинает смещается от оси поворота, т.е. пытается вылететь с поворота. Во время поворота внешние колеса, по отношению к повороту, пытаются выскользнуть,
а внутренние приподнимаются и теряют сцепление с дорогой. При сжатии
внешнего колеса подвеска его сжимается, и через изогнутый конец балки
стабилизатор прокручивается. На другом конце балки другая изогнутая
часть стабилизатора прокручивается вниз, пытаясь прижать поднимающееся колесо к земле. Таким образом, при вхождении в поворот стабилизатор
перекидывает нагрузку с одной стороны автомобиля на другую, при этом
пытается держать корпус автомобиля параллельно к дороге.
Амортизаторы
Амортизатор — устройство, превращающее механическую энергию
в тепловую. Служит для гашения (демпфирования) колебаний и поглощения
толчков и ударов, действующих на корпус (раму) автомобиля. Амортизаторы применяются совместно с другими упругими элементами: пружинами,
рессорами, торсионами, и т.п.
Главной задачей амортизаторов является удержание колеса в постоянном контакте с дорогой во избежание потери контроля над автомобилем.
Т.е. колесо должно как можно мягче и четче обогнуть препятствие и так же
четко и быстро вернуться на дорогу, обеспечивая необходимое сцепление.
При этом сам вес автомобиля держат в основном пружины или рессоры.
Классификация амортизаторов:
1) по принципу действия — на фрикционные или механические (сухого
трения), гидравлические (вязкостного трения) и релаксационные;
2) по характеру действия сил трения — на амортизаторы одностороннего и двустороннего действия (с сопротивлением на прямом и обратном
ходах);
3) конструктивно подразделяются на рычажно-лопастные, рычажнопоршневые и телескопические (двух- и однотрубные) с газовым подпором
или без него;
4) по характеру изменения силы сопротивления, в зависимости от перемещения катков, скорости и ускорения этого перемещения амортизаторы
подразделяются на: амортизаторы с примерно постоянной силой трения,
амортизаторы с силой трения, зависящей от перемещения, амортизаторы
-271-

ГЛАВА . ОДОВАЯ АСТЬ АВТОМО ИЛЯ

с силой трения пропорциональной скорости перемещения катка, амортизатор, сопротивление которого меняется пропорционально ускорению.
В настоящее время применяются однотрубные и двухтрубные амортизаторы, газонаполненные или гидравлические. Двухтрубный амортизатор
состоит из цилиндра, который устанавливается внутрь трубчатого кожуха
так, что между их стенками образуется резервуар, называемый компенсационной камерой, в которую отводится излишек гидравлической жидкости.
Следует отметить, что шток поршня перемещается в направляющей втулке
и герметизируется манжетой, расположенной в верхней части цилиндра.
Направляющая втулка штока обеспечивает соосность штока и цилиндра,
а также позволяет поршню свободно перемещаться внутри цилиндра.
Манжета не позволяет жидкости вытекать из амортизатора и препятствует
попаданию в него посторонних частиц. Клапан сжатия расположен в нижней части цилиндра. Он регулирует перетекание жидкости при ходе сжатия
(особенно при резком сжатии). Наружный диаметр поршня соответствует
внутреннему диаметру цилиндра. В принципе, чем больше амортизатор,
тем шире его рабочий диапазон демпфирования. Этому способствует увеличенный объем цилиндра и расширение области рабочего давления. Чем
выше площадь поршня, тем ниже давление жидкости и ее температура
внутри амортизатора, демпфирующая способность которого благодаря
этому повышается.

Рис. 3.16. Схемы амортизаторов автомобилей

-272-

.2. Назна ение устройство и типы подвесо автомобиля

При наезде колеса на препятствие резервуар с цилиндром перемещается вверх (ход сжатия), под поршнем создается давление жидкости,
которая через отверстия в поршне, закрываемые тарелкой перепускного
клапана, перетекает в полость над поршнем. Одновременно часть жидкости
через щель между корпусом клапана сжатия и дроссельным клапаном проходит в резервуар. При более резком движении колеса вверх, перетекание
жидкости в полость над поршнем происходит в большем объеме, так как
перепускной клапан поршня откроется больше, при этом также вследствие
значительного возрастания давления отгибаются все диски клапана сжатия
и увеличивается проходное сечение для перетекания жидкости в резервуар.
После проезда препятствия резервуар с цилиндром движется вниз (ход
отбоя), открывается клапан отбоя, и жидкость через отверстия в поршне
проходит в полость под поршнем только через щели дроссельного диска
клапана отбоя. Одновременно часть жидкости через впускной клапан из
резервуара протекает в полость под поршнем. При резком движении колеса
вниз под действием возрастающего давления диски клапана отбоя отгибаются и проходное сечение для жидкости увеличивается. В это время через
впускной клапан жидкость будет перетекать прежним порядком.
Однотрубный амортизатор заполнен газом под высоким давлением
и имеет только один цилиндр. В цилиндре расположены два поршня:
разделительный и рабочий. Рабочий поршень и шток имеют сходную
с двухтрубным амортизатором конструкцию. Основное отличие от двухтрубных амортизаторов состоит в том, что однотрубный амортизатор
можно устанавливать в любом положении, в том числе штоком вниз. Кроме
того, эти амортизаторы совместно с пружинами воспринимают массу автомобиля. Другим отличием однотрубных амортизаторов является то, что
в них нет клапана сжатия, и при ходах сжатия и отбоя движется разделительный поршень. Длина цилиндра у однотрубного амортизатора больше, чем
у двухтрубного, для перемещения штока амортизатора без помех. Разделительный поршень изолирует газ и жидкость друг от друга и свободно
перемещается в нижней части цилиндра. Газообразный азот находится под
давлением около 24 бар. Благодаря высокому давлению газа амортизатор
служит дополнительной опорой, воспринимающей массу автомобиля.
Жидкость находится в полости цилиндра над разделительным поршнем. Во
время работы амортизатора разделительный поршень перемещается вверх
или вниз в зависимости от направления движения штока, компенсируя
изменения объема жидкости в цилиндре. Эти амортизаторы чувствительны
к механическим повреждениям.
Однотрубные амортизаторы отличаются от остальных высокими
техническими характеристиками. Обычно автомобиль, оснащенный такими амортизаторами, точней держится и легче управляется. Однотрубные
модели могут быстро охлаждаться, так как воздух обдувает только рабочий
-273-

ГЛАВА . ОДОВАЯ АСТЬ АВТОМО ИЛЯ

цилиндр. Габариты системы в этом случае также играют большую роль.
Если диаметр рабочей колбы будет больше, то и масла будет больше, таким
образом, следует ожидать лучшей теплоотдачи и высоких стабильных технических характеристик.
Оснащение автомобилей газонаполненными амортизаторами значительно улучшило их управляемость. Это позволило решить ряд проблем
с управляемостью из-за увеличения числа автомобилей, построенных на
одной платформе с укороченной колесной базой, а также с применением
более высоких значений давления в шинах. Давление газообразного азота
изменяется в пределах 6–10 бар в зависимости от объема жидкости в компенсационной камере. Под действием давления газа воздушные пузырьки
в гидравлической жидкости сжимаются. Это предотвращает вспенивание
жидкости. В отличие от несжимаемой гидравлической жидкости, вспененная эмульсия воздуха и жидкости может привести к ухудшению рабочих
характеристик амортизатора. Снижение эмульгирования, а значит и вероятности вспенивания, позволяет амортизаторам быстрее и точнее
реагировать на изменение профиля дороги, сокращает время их реакции
и обеспечивает постоянное сцепление колес с дорогой при прохождении
дорожных неровностей.
Еще одним преимуществом газонаполненного амортизатора является
то, что он немного увеличивает степень упругости подвески автомобиля.
Это не означает, что амортизаторы смогут восстановить положение кузова
при осадке пружин. Они способствуют уменьшению кренов, раскачки,
«клевков» при торможении и «проседания» при разгоне. Появлению эффекта дополнительной упругости также способствует наличие разницы
в площади нижней и верхней поверхностей поршня. Поскольку нижняя
поверхность поршня имеет большую площадь, чем верхняя, шире и зона
контакта этой поверхности с гидравлической жидкостью под давлением.
В результате под действием силы упругости газонаполненный амортизатор
растягивается.

Рис. 3.17. Байпасный амортизатор

Байпасный амортизатор. Байпасные амортизаторы являются совершенными в демпфировании энергии. В обычных амортизаторах используются
клапаны в головке поршня амортизатора для определения уровня демпфирования и характеристик амортизатора. Байпасные амортизаторы действуют та-274-

. . Колеса и шины. Устройство назна ение и мар иров а

ким же образом, но в них также используются внешние дозирующие клапаны,
которые полностью настраиваются гаечным ключом на демпфирование при
сжатии и отбое.
При движении поршня амортизатора вверх, клапан сжатия в поршне
не является основным источником демпфирования. А именно: масло прогоняется через внешнюю обводную трубу (или трубы) и обратно под поршень
со скоростью, контролируемой с помощью внешнего обратного клапана.
Байпасный амортизатор работает таким же образом при демпфировании
отбоя с внешней трубой, позволяющей маслу амортизатора течь в обратном
направлении. Часто как для сжатия, так и для отбоя добавляются различные
трубы с целью создания амортизатора с практически «отличными» демпфирующими характеристиками.
Кроме того, они являются чувствительными к размещению, а не только
чувствительными к скорости, как обычные амортизаторы. Это значит, что
байпасные амортизаторы могут использовать клапаны изначально малого
сопротивления (благодаря внешним настройкам), чтобы гасить мелкие неровности для комфортной езды. Они становятся все жестче при достижении
поршнем точки, при которой они работают как внешние гидравлические
гасители колебаний, если клапан в действующем поршне амортизатора
настроен на данное действие. Такие амортизаторы обладают зоной (аналог
отбойника) с максимальной жесткостью, которая задается вязкостью масла
и жесткостью пружинных дисков, находящихся на поршне и регулируется
только на разобранном амортизаторе. В этой зоне происходит торможение
штока относительно скоростей, заданных клапаном, работающим на сжатие
(Compression).

3.3. КОЛЕСА И ШИНЫ. УСТРОЙСТВО,
НАЗНАЧЕНИЕ И МАРКИРОВКА
Автомобильные колёса предназначены для преобразования вращательного движения (передаваемого от двигателя к колесу) в поступательное
движение автомобиля. При вращении колеса, за счёт силы сцепления колеса
с поверхностью, происходит поступательное движение. При торможении,
также участвует сила сцепления колеса с дорогой, которая при остановленном вращении колеса, останавливает автомобиль. Очевидно, что колёса
должны иметь высокую прочность, чтобы выдерживать нагрузки ускорения,
торможения и веса автомобиля. В то же время наружная поверхность колеса
должна быть достаточно эластичной, чтобы обеспечивать хорошее сцепление с дорогой.
Современные автомобильные колёса представляют собой цельнометаллические диски с ободом. В обод диска помещается шина. В центре диска
имеются отверстия для крепления колеса на оси вращения.
-275-

ГЛАВА . ОДОВАЯ АСТЬ АВТОМО ИЛЯ

Рис. 3.18. Устройство автомобильного колеса

Так как колёса устанавливаются на оси вращения поверх тормозных
механизмов автомобиля, то для охлаждения тормозов в дисках колёс делаются вентиляционные отверстия.
Автомобильное колесо не должно иметь осевых и торцевых биений. Колесо должно свободно вращаться вокруг центральной оси. Для балансировки
свободного вращения колеса на обод устанавливаются балансировочные
грузики.
От качества колёс зависит безопасность дорожного движения, устойчивость автомобиля на дороге, расход топлива автомобилем, его скоростные
характеристики.
Колесо крепится на оси, в зависимости от конструкции, при помощи
болтов или гаек.
Колёсные диски изготавливают из стали или алюминиевых сплавов.
По технологии изготовления диски делятся на штампованные, литые
и кованные.

Рис. 3.19. Автомобильные диски неразъемные

-276-

. . Колеса и шины. Устройство назна ение и мар иров а

Штампованные диски изготавливаются из стали путём прессования
в пресс-формах. Во избежание коррозии дисков их покрывают влагоупорной
краской. Преимущество штампованных дисков заключается в их невысокой
стоимости и возможности ремонта при повреждениях. К отрицательным
качествам можно отнести достаточно большой вес диска.
Литые диски изготавливаются из алюминиевых сплавов путём отливки в формы. Отлитые заготовки обрабатываются с высокой точностью на
станках с ЧПУ. К преимуществам литых дисков относятся их сравнительно
небольшой вес и внешний вид.
Кованые диски, практически не отличаются от литых дисков, но при их
изготовлении отливка производится под очень высоким давлением. За счёт
этого кованые диски имеют повышенную прочность и долговечность.
Бездисковые колеса (рис. 3.20, а) закрепляют на ступице, используя для
этого детали самой ступицы. Отличительной особенностью конструкции
обода бездискового колеса (рис. 3.20) является исполнение обода из трех
секторов 1, которые соединяются в единое кольцо с помощью вырезов на
торцах секторов. При монтаже колеса на автомобиль секторы 7 закладывают в шину в ненакачанном состоянии, затем собранное колесо надвигают
на конические посадочные поверхности спиц ступицы 2 и закрепляют
прижимами 3 на шпильках 4 гайками 5.

Рис. 3.20. Бездисковое колесо:
1 — секторы; 2 — ступица; 3 — прижимы; 4 — шпилька; 5 — гайка

Бездисковые колеса по сравнению с дисковыми имеют меньшую массу
(на 10–15 %), более удобны при монтаже и демонтаже в случае выполнения
ремонтных работ с шинами, обеспечивают лучшие условия охлаждения
тормозных механизмов. В настоящее время такие колеса все более широко
применяют на большегрузных автомобилях и автобусах.
Обод неразборного колеса автомобиля служит для соединения шины
с колесом. С этой целью ему придается специальная форма. Колесо в сборе
-277-

ГЛАВА . ОДОВАЯ АСТЬ АВТОМО ИЛЯ

должно быть сбалансировано, балансировочные грузики крепятся к ободу
с помощью пружинных зажимов или клея. На большинстве легковых автомобилей и грузовых небольшой грузоподъемности используются глубокие,
неразборные ободы.
Глубокий обод жестко соединяется с диском, который служит для
крепления колеса к ступице с помощью болтов или гаек со шпильками.
Полки глубокого обода имеют конусную форму для плотной посадки
шины на обод. Угол наклона полок составляет, как правило (5 ±1)°. Полки обода заканчиваются закраинами, имеющими определенную форму
и служащих боковыми упорами для автомобильной шины.
Неразборные колеса с глубоким ободом обычно центрируются на
ступице с помощью центрального отверстия. Если диаметр центрального
отверстия больше, чем у посадочной части ступицы, то центрирование осуществляется по коническим (или сферическим) поверхностям в отверстиях
диска, предназначенных для крепления болтами или гайками. Иногда для
лучшего центрирования и облегчения монтажа используют пластмассовые кольца, которые устанавливаются перед монтажом колеса на ступицу
в центральное отверстие диска.
Расстояние между закраинами называется шириной профиля обода.
В средней части обода имеется углубление, необходимое для облегчения
монтажа и демонтажа шины на обод. Это углубление (ручей) может быть
расположено симметрично относительно плоскости колеса или со смещением. Размеры и профиль обода регламентированы соответствующими
стандартами. На каждый обод наносится соответствующая маркировка, по
которой можно определить размеры и профиль. Основные размеры обода,
ширину профиля и диаметр, как правило, все изготовители указывают
в дюймах, за исключением компании Michelin, которая применяет для этого
миллиметры.
Например:
5.J × 13H2 ET 30,
(3.1)
где 5 — монтажная ширина колесного обода в дюймах;
Н2 — число HUMP («хампов»), число кольцевых выступов на колесном ободе
вдоль закраин (которые необходимы при увеличении боковых сил для предотвращения схода шин с посадочного места);
J — профиль колесного обода (например: HJ, CH, JJ, и т.д.);
13 — монтажный диаметр колесного обода в дюймах;
ЕТ 30 — вылет (нем. Einpresstiefe — вылет, вынос) привалочной поверхности
колеса относительно оси симметрии обода, 30 мм.
Дополнительная маркировка:
- TUV, ISO, SALE — клеймо контролирующего органа. Данная маркировка говорит о том, что колеса соответствуют международным стандартам или
правилам;
-278-

. . Колеса и шины. Устройство назна ение и мар иров а

- 0418 — Дата изготовления (неделя и год);
- MAX LOAD 2000LB — обозначение пиковой нагрузки на колесо (обозначают в фунтах или килограммах). В данном случае он составляет 2000 фунтов;
- MAX PSI 50 COLD — данное обозначение отображает максимальное
давление в шине. В данном случае давление не должно быть выше 50 фунтов
на один квадратный дюйм, «COLD» (холодный) обозначает, что выполнять
измерения необходимо в холодной шине.
На некоторых колесных ободах указываются диаметр окружности (PCD),
на которой находятся центры крепежных отверстий и число крепежных точек (например: LZ×PCD 5×114,5 — 5 точек крепления, 114,5 центр крепежных
отверстий). А также DIA — диаметр центрального отверстия, отвечающего за
центровку колеса в сборе на ступице автомобиля (измерение выполняется
со стороны привалочной плоскости).
Вылет колеса (выступ) является важным параметром (рис. 3.21). Любое
колесо должно как бы «охватывать» ступицу, к которой оно крепится, потому
что центр пятна контакта шины с дорогой смещается относительно вертикальной оси, проходящей через центр ступицы на небольшую величину, которая рассчитывается при конструировании подвески и рулевого управления
автомобиля.
Величина вылета особенно важна для управляемых колес, потому что
положение пятна контакта относительно оси поворота колеса играет важную роль в определении характеристик поворота автомобиля.
Вылет диска ET (нем. «Einpress Tief» — глубина выдавливания, или
англ. «Offset» — сдвиг, или франц. «DEPORT» — сдвиг) — это показатель того,
насколько он выглядывает наружу из колёсной арки. Если вылет большой,
то колесо будет отступать в глубину, а при уменьшении его показателя,
наоборот, выдвигается наружу.
Чтобы выполнить правильно измерения дистанции между отвесной
(вертикальной) плоскостью симметрии колеса и самой поверхностью диска
к ступице автомобиля в мм, используют формулу (3.2):
b
ЕТ = а – —— ,
(3.2)
2
где a — величина от внутренней стороны бортовой закраины обода (ближняя к кузову сторона до плоскости прижима диска к ступице, мм;
b — ширина диска (физически означает продольную ось симметрии обода
диска), мм.
Нулевое ЕТ-0 — имеет колесо, у которого после его монтажа на ступицу
плоскость приложения диска совпадает и с привалочной плоскостью ступицы и с продольной осью симметрии обода.
Положительное ЕТ-22 — имеет колесо, у которого после его монтажа
на ступицу, плоскость продольной оси симметрии окажется смещенным
-279-

ГЛАВА . ОДОВАЯ АСТЬ АВТОМО ИЛЯ

относительно привалочной плоскости ступицы в сторону продольной оси
автомобиля.
Отрицательное ЕТ-12 — имеет колесо, у которого после его монтажа
на ступицу, плоскость продольной оси симметрии окажется смещенным
относительно привалочной плоскости ступицы в сторону от продольной оси
автомобиля.
Вне зависимости от размера применяемых шин и дисков, у каждой
модели автомобиля есть своя расчетная величина вылета, которая всегда
должна оставаться неизменной.
Изменение заводского значения вылета даже на один миллиметр
недопустимо. Этот параметр устанавливается исходя из требований максимальной управляемости и устойчивости автомобиля. При замене колеса
с изменением величины вылета создаются предпосылки для значительного
изменения функционирования подвески и узлов автомобиля. Минусовой
или отрицательный вылет ЕТ делает колесную базу шире.

Рис. 3.21. Вылет диска

Масса автомобиля в целом распределена на все его колеса, поэтому
установка диска с нестандартным вылетом может привести к таким
последствиям:
- смещению рулевой оси;
-280-

. . Колеса и шины. Устройство назна ение и мар иров а

- резкому износу подшипников;
- изменению заводских параметров управляемости автомобиля;
- изменению срока службы шин и всех частей и комплектующих подвески.
Плечо обкатки (SKRUB RADIUS) — это расстояние от линии пересечения центральной плоскости вращения колеса с опорной поверхностью до
точки пересечения оси поворота колеса с этой же поверхностью. Если точка
пересечения оси поворота колеса с дорогой лежит с внутренней стороны
от плоскости вращения колеса, то плечо обкатки положительное, с наружной — отрицательное. На величину плеча обкатки влияет вылет колеса (колесного диска).
Различают положительное (+), отрицательное (–) и нулевое (0) плечо
обкатки. Плечо обкатки определяется развалом, поперечным наклоном оси
поворота и вылетом колёсного диска.
При отрицательном плече обкатки, колесо самостоятельно стремится
повернуться в сторону, противоположную развороту, а рулевое колесо стремится вернутся в исходное положение.
При нулевом плече обкатки предупреждается передача посторонних
сил на рулевое управление при торможении и при повреждении шины.

Рис. 3.22. Плечи обката колеса:
А — положительное плечо обката управляемого колеса;
Б — отрицательное плечо обката

Плечо обкатки определяется не только конструкцией подвески, но
и параметрами колёс. При плече отличном от нулевого, колесо начинает
действовать как рычаг воздействуя на элементы подвески и рулевого управления, возникает дополнительный момент, который необходимо компенсировать рулем. При положительном плече обката случайное повышение
силы сопротивления одного из колес способно вызвать поворот руля в эту
-281-

ГЛАВА . ОДОВАЯ АСТЬ АВТОМО ИЛЯ

же сторону и нарушить курсовую устойчивость автомобиля. При установке
дисков с нулевым или близким к нему вылетом плоскость вращения колеса
сдвигается наружу, и плечо обкатки может приобрести большие положительные значения, рулевое колесо начнёт вырываться из рук на каждой неровности дороги, усилие на нём возрастет, а износ ступичных подшипников
существенно увеличится.
Если увеличить ширину шины и диска, но при этом увеличить вылет, то
плечо обката не изменится и не потребуется изменение заводских настроек
подвески автомобиля.
Одним из основных элементов автомобильного колеса является
шина. Она устанавливается на диск и обеспечивает стабильный контакт
автомобиля с дорожным покрытием. В процессе движения автомобиля
шины поглощают возникающие вибрации и колебания, вызванные неровностями дороги, что обеспечивает комфорт и безопасность пассажиров.
В зависимости от условий эксплуатации шины могут изготавливаться из
различных материалов со сложным химическим составом и определенными физическими свойствами. Шины могут также отличаться рисунком
протектора, обеспечивающего надежное сцепление с поверхностями
с различным коэффициентом трения.

Рис. 3.23. Конструкция автомобильной шины:
D — наружный диаметр шины; Н — высота профиля шины; В — ширина
профиля шины; d — посадочный диаметр; 1 — каркас; 2 — брекер;
3 — протектор; 4 — боковина; 5 — борт; 6 — бортовое кольцо

Основой шины является каркас, состоящий из нескольких слоев корда.
Корд — прорезиненный слой ткани из текстильных, полимерных или металлических нитей. Корд натянут по всей площади шины, т.е. радиально.
Существуют радиальные и диагональные шины. Наибольшее распространение получила радиальная шина, так как она характеризуется наиболее
долгим сроком эксплуатации. Каркас в ней более эластичный, за счет чего
-282-

. . Колеса и шины. Устройство назна ение и мар иров а

уменьшается теплообразование и сопротивление качению. Диагональные
шины имеют каркас из нескольких слоев корда, расположенных перекрестно. Эти шины имеют более прочную боковину.
В радиальной шине расположен продольно, т.е. нити не перекрещиваются. Над каркасом располагается многослойный прочный брекер
с основой из стальных или синтетических нитей, воспринимающий
и распределяющий нагрузки. В радиальной шине меньше внутреннее
трение — отсюда и меньший нагрев. При этом центральная часть устроена
так, что нити образуют дополнительный, защитный слой. Структура покрышки получается разнородной — центральная часть и боковины обладают
разными свойствами. Это сделано для того, чтобы более гибкая боковина
и прочный центр протектора обеспечивали надежное сцепление с дорожным покрытием. Радиальные шины имеют широкое пятно контакта, но не
такое длинное, как у диагональной покрышки. Этот фактор в сочетании
с гибкой боковиной обеспечивает лучшее сцепление шины с дорогой
в повороте при наклоне.
В диагональной шине нити корда, образующего каркас, расположены
диагонально и укладываются под углом к радиусу колеса. При этом структура покрышки получается однородной — и центральная часть, образующая
пятно контакта, и боковые части обладают одинаковыми свойствами. Нити
корда перекрещиваются. Нагрузка, которую может выдержать шина, зависит от количества слоёв корда каркаса.
Конструктивно, автомобильные шины состоят из нескольких рядов
(слоев) корда. Чем больше грузоподъемность шины, тем больше число
слоев:
- грузовые автомобили 6–12 слоев;
- легковые автомобили 3–4 слоя.

Рис. 3.24. Автомобильные шины

-283-

ГЛАВА . ОДОВАЯ АСТЬ АВТОМО ИЛЯ

Наружная часть покрышки, непосредственно контактирующая с дорожной поверхностью, называется «протектор». Главным его предназначением является обеспечение сцепления колеса с дорогой и защита его от
повреждений. Протектор влияет на уровень шумности и вибрации, а также
определяет степень износа шины. Конструктивно протектор представляет
собой массивный слой резины, имеющий рельефный рисунок. Рисунок
протектора в виде канавок, борозд и выступов обуславливает способность
шины работать в определенных дорожных условиях.
Слои корда, расположенные между протектором и каркасом, называются «брекер». Он необходим для улучшения взаимосвязи между этими
двумя элементами, а также для предотвращения отслоения протектора под
действием внешних сил.
Часть протектора, находящаяся между беговой дорожкой и боковиной,
называется «плечевая зона». Она усиливает боковую жесткость шины, улучшает синтез каркаса с протектором, берет на себя часть боковых нагрузок,
передаваемых беговой дорожкой.
Боковина — прослойка резины, являющаяся продолжением протектора
на боковых стенках каркаса. Она ограждает каркас от влаги и механических
повреждений. На нее наносится маркировка шин.
Боковина заканчивается бортом, служащим для ее крепления и герметизации на ободе колеса. В основе борта находится нерастяжимое колесо из
стальной обрезиненной проволоки, придающее прочность и жесткость.
Камерная шина автомобиля (маркировка камерных шин — ТТ
(от англ. Tube Type — трубчатая, камерного типа или просто, камерная) состоит из покрышки и камеры с вентилем для накачивания. Вентиль снабжен
колпачком или колпачком-ключиком. Камера представляет собой кольцеобразную замкнутую резиновую трубу из эластичной резины. Камера служит
только для удержания сжатого воздуха и обладает невысокой механической
прочностью. Однако резина, из которой изготавливают камеры, достаточно износостойкая и долговечная, так как камере приходится работать
в тяжелых условиях, при высоких температурах, а также знакопеременных
деформациях.
Размер камеры должен строго соответствовать размеру шин (покрышек), с которыми они могут работать. Не допускается установка больших
камер в шины меньшего размера, наполненная воздухом камера должна
максимально заполнять внутренний объем шины, не образуя складок. Кроме того, нельзя устанавливать камеры в бескамерные шины в случае повреждения последних, это может привести к повышению давления внутри
шины при нагреве во время движения и к «взрыву» колеса.
Камерная шина имеет немного более простую систему установки,
чем бескамерная. Благодаря тому, что весь воздух, поддерживающий объем покрышки, содержится именно в камере, а не внутри корпуса шины,
-284-

. . Колеса и шины. Устройство назна ение и мар иров а

в камерных покрышках используются самые простые диски, не имеющие
никаких особых свойств. Монтаж такой шины не составляет труда, точно
также, как ремонт и демонтаж.

Рис. 3.25. Устройство автомобильной шины:
1, 12 — вентили; 2 — лента; 3 — сердечник; 4 — борт;
5 — боковина; 6 — каркас; 7 — брекер; 8 — протектор; 9 — камера;
10 — покрышка; 11 — воздухонепроницаемый слой

Бескамерная шина (маркировка бескамерных — TL (от англ.
Tubeless — не имеющие трубки, камеры или просто бескамерные) в отличие
от обычной имеет герметизирующий слой толщиной 1,5–2,0 мм, который
привулканизирован к ее внутренней поверхности. Он изготовлен из смеси
натурального и синтетического каучуков и обладает низкой газопроницаемостью. Такая шина, установленная на специальное колесо, образует герметичную полость (внутренний объем), наполняемую воздухом через вентиль,
который устанавливается непосредственно в отверстие в ободе колеса.
На бортах такой шины предусмотрен уплотняющий резиновый слой,
обеспечивающий необходимую герметичность в зоне посадки бортов
на полках обода колеса. Этому способствует и специальная конструкция
бортов шин, предназначенная для увеличения угла наклона носка борта
и повышенного натяга бортов на посадочных полках обода.
Бескамерные шины — это более современный вариант, имеющий
более сложную конструкцию и требующий большего объема усилий
и технических возможностей для проведения обслуживания. Так, произвести
демонтаж-монтаж камерной шины на диск может даже один человек даже
в полевых условиях, но вот для того, чтобы произвести монтажные работы
бескамерной покрышки, нужно специализированное оборудование и определенные навыки. Это связано с тем, что бескамерная резина должна очень
-285-

ГЛАВА . ОДОВАЯ АСТЬ АВТОМО ИЛЯ

плотно сидеть на специализированном диске, как бы распирая его изнутри.
Организовать это подручными средствами практически невозможно.
Камера в бескамерную покрышку может вставляться только в том случае, когда на ней написано «May be used with tube» (в переводе с англ. «может
использоваться с камерой»), в противном случае бескамерные шины не
рекомендуются для использования вместе с камерой, так как это может
привести к быстрому износу как внутренней поверхности корпуса шины,
так и самой камеры.
Бескамерная шина, устройство которой предполагает использование
только «встроенной» камеры, рассчитана на большую теплоотдачу и минимальное трение внутри, а наличие камеры нарушит этот баланс.
Маркировка автомобильной шины
В Европейском Союзе в 2012 г. законом № 1222/2009 введены единые
правила нанесения обозначений на автомобильные шины. Все изделия
такого рода, продаваемые на территории стран-участниц ЕС, должны иметь
соответствующую маркировку (типоразмер шины и другие параметры указываются на борту у каждой шины в кодированном виде).

Рис. 3.26. Маркировка автомобильной шины

-286-

. . Колеса и шины. Устройство назна ение и мар иров а
Таблица 3.1
Индекс нагрузки автомобильной шины
Индекс Нагрузка Индекс Нагрузка Индекс Нагрузка Индекс Нагрузка Индекс Нагрузка

50

190

66

300

82

476

98

750

114

1 180

51

195

67

307

83

487

99

775

115

1 215

52

200

68

315

84

500

100

800

116

1 250

53

208

69

325

85

515

101

825

117

1 285

54

212

70

335

86

530

102

850

118

1 320

55

218

71

345

87

545

103

875

119

1 360

56

224

72

355

88

560

104

900

120

1 400

57

230

73

365

89

580

105

925

121

1 450

58

236

74

375

90

600

106

950

122

1 500

59

243

75

387

91

615

107

975

123

1 550

60

250

76

400

92

630

108

1000

124

1 600

61

257

77

412

93

650

109

1030

125

1 650

62

265

78

425

94

670

110

1060

126

1 700

63

272

79

437

95

690

111

1090

127

1 750

64

280

80

450

96

710

112

1120

128

1 800

65

290

81

462

97

730

113

1150

129

1 850

Максимально допустимая нагрузка (Max Load) измеряется в килограммах (или фунтах, 1 фунт = 0,4536 кг).
Индекс нагрузки сообщает информацию о том, какой максимальный
вес на одно колесо можно приложить при оптимальном давлении в резине
на максимально возможной скорости.
Индекс скорости автомобильной покрышки показывает максимальную расчетную скорость шины при условии ее максимальной нагрузки.
Цветные метки. В некоторых случаях производители покрышек используют цветную маркировку своих изделий. Так, для этого применяются
белый, красный и желтый цвета, в частности, соответствующие кружки
(точки) или треугольники.
Красную точку или треугольник ставят в месте, которое является
самым жестким на боковине покрышки. Если она устанавливается на легкосплавный диск, то эту точку следует совместить с отметкой L на диске. Белая
точка или треугольник означает самое гибкое место на боковине. При установке резины на легкосплавный диск это место должно быть диаметрально
противоположным отметке L. Желтый треугольник означает самое легкое
место, которое необходимо совмещать с местом, где установлен золотник
на диске.
-287-

ГЛАВА . ОДОВАЯ АСТЬ АВТОМО ИЛЯ
Таблица 3.2
Индекс скорости автомобильной шины
Индекс
скорости
F
A1-G
J
K
L
M
N
P
QиR
SиT
U, H, V
W
Y

Показатели скорости
скорость автомобиля не более 80 км/ч
скорость автомобиля не более 95 км/ч
для автомобилей, максимальная скорость которых не превышает
100 км/ч
для автомобилей с максимальной скоростью 110 км/ч
для автомобилей, которые могут двигаться со скоростью 120 км/ч
для автомобилей, которые развивают скорость до 130 км/ч
максимум
для автомобилей, которые развивают скорость до 140 км/ч
маркировка для скорости автомобиля 150 км/ч
для движения в пределах скорости автомобиля 160 и 170 км/ч
максимальная скорость движения 180 и 190 км/ч соответственно
индекс скорости, обозначающий надежную резину для спортивных
автомобилей, которые могут выдерживать значительные нагрузки.
Могут развивать соответственно скорость 200, 210, 220 км/ч
возможно движение автомобилей со скоростью 270 км/ч
автомобильные покрышки с индексацией данного типа могут
двигаться со скоростью 300 км/ч

Изредка можно встретить цветные линии, нанесенные на протектор
новой покрышки. Они являются заводской маркировкой, которая помогает
работникам складов хранить шины с определенными характеристиками
в одном месте.
Дополнительная маркировка автомобильных шин:
1. Перед типоразмером возможно указания функций шины:
P — легковой автомобиль;
LT — лёгкий грузовик;
ST — прицеп;
T — временная (используется только на запасных шинах).
2. Всесезонные шины могут, обозначатся следующими дополнительными маркировками:
M&S — снег плюс грязь (Mud + Snow);
A/T — любая местность (All Terrain);
Aquatred, Aquacontact, Rain, Water, Aqua или пиктограмма (зонтик) —
специальные дождевые шины;
AS — для всех сезонов (All Season);
-288-

. . Углы установ и олес

Any Season — любой сезон;
R+W — дорога плюс зима (Road + Winter);
AW — любая погода (Any Weather);
All Season — для всех сезонов.
3. Возможны следующие системы защиты на шине:
SSR — аварийная система защиты при потере давления;
MFS (Maximum Flange Shield) — максимальная защита края диска;
FR (Flange Rotector) — защита обода диска;
Run Flat — позволяет продолжать движение со спущенной шиной;
Run On Flat — позволяет продолжать движение с частично спущенной шиной;
RunFlat, RSC (RunFlat System Component) — шины RunFlat — это покрышки, на которых можно продолжать движение на автомобиле со скоростью не более 80 км/ч при ПОЛНОМ падении давления в шине (при проколе
или порезе). На этих шинах, в зависимости от рекомендаций производителя,
можно проехать от 50 до 150 км;
TWI (Tread Wear Indiration) — указатели индикаторов износа протектора автошины. Маркировка на колесе TWI также может быть со стрелкой.
Указатели располагаются равномерно в восьми или шести местах по всей
окружности покрышки и показывают минимально допустимую глубину
протектора. Индикатор износа выполняется в виде выступа с высотой
1,6 мм (минимальная величина протектора для легких автомобилей)
и располагается в углублении протектора (как правило, в водоотводящих
канавках).

3.4. УГЛЫ УСТАНОВКИ КОЛЕС
Преждевременное изнашивание шин как управляемых, так и неуправляемых колес может происходить при пониженном или повышенном давлении воздуха в них, деформации дисков колес, нарушении углов установки
и балансировки колес, перекосе ведущего моста относительно рессор и т.д.
Перекос ведущего моста вызывает увод ведущих колес при прямолинейном
движении.
Факторы, влияющие на износ автомобильных шин, представлены на
рис. 3.27.
Если автомобиль движется прямолинейно, идеальным для него считается такое положение колес, когда плоскости их качения перпендикулярны
поверхности дороги, колеса параллельны друг другу, а оси симметрии кузова совпадают с траекторией движения.
Уменьшение пути движения автомобиля по инерции (ухудшение
наката), потеря легкости управления (автомобиль «плохо держит дорогу»),
-289-

ГЛАВА . ОДОВАЯ АСТЬ АВТОМО ИЛЯ

снижение устойчивости, повышение расхода топлива и т.д. могут быть
вызваны нарушением углов установки управляемых колес, износом или
нарушением регулировки подшипников ступиц колес, деформацией дисков колес.

Рис. 3.27. Факторы, влияющие на износ автомобильных шин

Техническое состояние ходовой части автомобиля во многом предопределяется правильной установкой углов управляемых колес. Углы управляемых колес выполняют определенные функции при движении автомобиля.
Для того чтобы уменьшить сопротивление движению, а значит и расход
топлива, снизить изнашивание шин и подвески, путем снижения действующих на них динамических нагрузок, управляемые колеса должны катиться
в вертикальных плоскостях, параллельных продольной оси автомобиля.
Важным фактором повышения устойчивости автомобиля является стабилизация управляемых колес, т.е. стремление их вернуться после поворота
в положение, соответствующее прямолинейному движению автомобиля.
С учетом перечисленных факторов, колеса автомобилей устанавливаются
с углами схождения, развала, продольного и поперечного наклона оси,
с разностью внутреннего и наружного углов поворота управляемых колес.
Схождение (англ. Tое) характеризует ориентацию колес относительно
продольной оси автомобиля. Оно представляет собой угол между плоскостью вращения колеса и осью автомобиля. Суммарное схождение (или просто — схождение) колес одной оси, представляет собой сумму индивидуальных углов. Если плоскости вращения колес пересекаются впереди ав-290-

. . Углы установ и олес

томобиля, схождение положительное (toe-in), если сзади, то отрицательное
(toe-out), (или просто — расхождение). В регулировочных данных иногда
схождение приводится не только в виде угловой, но и линейной величины.
Это связано с тем, что о схождении колес также судят по разности расстояний между закраинами ободьев, замеренных на уровне их центров сзади
и спереди оси.

Рис. 3.28. Схождение колес автомобиля:
б — суммарный угол схождения колес; бл, бп — индивидуальные углы схождения

Угол развала колес (англ. Сamber) — это угол, заключенный между
плоскостью колеса и вертикальной плоскостью, параллельной оси автомобиля. Он считается положительным, если верхняя часть колеса отклонена
наружу от вертикальной плоскости. Угол развала необходим, чтобы обеспечить перпендикулярное расположение колес при движении нагруженного
автомобиля по отношению к поверхности дороги при наличии зазоров
в шарнирных соединениях и деформации деталей переднего моста под
действием масс передней части автомобиля. При установке колес с углом
развала сила реакции дороги в основном передается на внутренний подшипник ступицы колеса, выполняемый обычно большего размера, чем наружный, что разгружает наружный подшипник колеса, а значит, уменьшает
толчки, передаваемые на рулевой механизм.
Нарушение угла развала колес приводит к одностороннему износу
протектора шины. Если угол развала больше нормы, изнашивается наружная сторона протектора и, наоборот, если он меньше нормы — внутренняя
сторона протектора. Кроме того, значительная разница в углах развала правого и левого колес вызывают увод автомобиля в сторону колеса с большим
развалом.
При поперечном наклоне оси повернуть колесо всегда труднее, чем
вернуть его в исходное положение — движение по прямой. Это объясняется
-291-

ГЛАВА . ОДОВАЯ АСТЬ АВТОМО ИЛЯ

тем, что при повороте колеса передняя часть автомобиля приподнимается
на небольшую величину, и водитель прилагает сравнительно большое усилие к рулевому колесу.

Рис. 3.29. Развал колес автомобиля

При возвращении управляемых колес в положение, соответствующее
движению по прямой, масса автомобиля помогает поворачиванию колес,
и водитель прикладывает к рулевому колесу небольшое усилие.

Рис. 3.30. Влияние углов схождения — развала на износ протектора:
а — нормальный износ протектора; б — увеличено схождение передних колес
(правое колесо, вид сзади); в — отрицательное схождение передних колес
(правое колесо, вид сзади); г — отрицательный угол развала передних колес
(правое колесо, вид сзади); д — отрицательный угол развала передних колес
(левое колесо, вид сзади); е — отрицательный угол развала задних колес
вследствие прогиба балки заднего моста (правое колесо, вид сзади).

-292-

. . Углы установ и олес

Однако при наличии развала колесо стремиться катиться от продольной оси автомобиля по дуге вокруг точки «О» пересечения продолжения
оси колеса с плоскостью дороги. Для устранения этого явления колеса устанавливаются со схождением, т.е. не параллельно, а под некоторым углом
к продольной оси автомобиля.
Передняя подвеска, рычаги рулевых тяг и рулевой механизм с рулевыми тягами в совокупности образуют рулевую трапецию. С помощью рулевой
трапеции обеспечиваются разные углы поворота управляемых колёс, необходимые для движения в поворотах. Поворотный кулак и рычаги рулевой
тяги расположены относительно друг друга не под углом 90°. Это приводит
к повороту управляемых колёс на разные углы.
Максимальный угол поворота управляемых колес автомобиля —
это угол средней плоскости колеса относительно продольной средней плоскости автомобиля при повороте рулевого колеса влево-вправо до упора.
Максимальные углы поворота в обе стороны должны быть одинаковыми,
т.е. мах угол поворота левого колеса налево должен быть равен мах углу
поворота правого колеса направо и наоборот. Это обеспечивает одинаковые
диаметры разворота налево и направо.
Максимальный угол поворота левого колеса направо не равен максимальному углу правого колеса направо. Это задается конструкцией рулевой
трапеции.
Максимальный угол левого колеса направо равен максимальному углу
правого колеса налево. Это достигается регулировкой.
Разность углов поворота передних колес называется углом Акерманна.

Рис. 3.31. Соотношение углов поворота

В современных бесшкворневых подвесках ось поворота управляемого
колеса представляет собой виртуальную линию. В подвеске с двойными
поперечными рычагами она проходит через центры верхней и нижней
шаровых опор в конструкции типа МакФерсон — через шаровую опору
и верхний узел крепления амортизаторной стойки. Продольный угол
-293-

ГЛАВА . ОДОВАЯ АСТЬ АВТОМО ИЛЯ

наклона оси или кастер (CASTER) — угол между осью поворота и вертикалью при наблюдении сбоку автомобиля (в профильной проекции). Кастер
считается положительным, если линия вверху наклонена к кабине автомобиля. Если линия имеет противоположный наклон, кастер отрицательный.
Главная функция кастера — скоростная (или динамическая) стабилизация управляемых колес автомобиля. Стабилизацией в данном случае
называют способность управляемых колес сопротивляться отклонению от
нейтрального (соответствующего прямолинейному движению) положения
и автоматически возвращаться к нему после прекращения действия внешних сил, вызвавших отклонение. На движущееся автомобильное колесо
постоянно действуют возмущающие силы, стремящиеся вывести его из
нейтрального положения. Они могут быть следствием проезда неровностей
дороги, неуравновешенности колес и т.д. Поскольку величина и направление возмущений постоянно меняются, их воздействие носит случайный
колебательный характер. Не будь механизма стабилизации, парировать
колебания пришлось бы водителю, что превратило бы управление автомобилем в мучение и наверняка увеличило износ шин. При грамотно
выполненной стабилизации автомобиль устойчиво движется по прямой
с минимальным вмешательством водителя и даже с отпущенным рулевым
колесом.

Рис. 3.32. Кастер:
t — кастер; Lt — плечо стабилизации

Отклонение управляемых колес может быть вызвано намеренными
действиями водителя, связанными с изменением направления движения.
В этом случае стабилизирующий эффект содействует водителю на выходе из
поворота, автоматически возвращая колеса в нейтральное положение. А вот
на входе в поворот, напротив, приходится преодолевать «сопротивление»
колес, прикладывая к рулевому колесу определенное усилие. Возникающая
-294-

. . Углы установ и олес

на рулевом колесе реактивная сила создает то, что называют чувством руля
или информативностью рулевого управления и чему уделяют много внимания разработчики автомобилей.
Углы, измеряемые в передней подвеске:
- внутреннее схождение колес (Wheel toe-in);
- развал колес (Wheel camber);
- поперечное отклонение осей (Set-back);
- продольный наклон амортизатора (Caster angle);
- поперечный наклон амортизатора (King Pin или SAI);
- наклон шкворня (Included Angle);
- максимальный поворот колеса внутрь (Max internal steering angle);
- максимальный поворот колеса наружу (Max external steering angle);
- симметричность колес (Steering symmetry).
Углы, измеряемые в задней подвеске:
- внутреннее схождение колес (Wheel toe-in);
- развал колес (Wheel camber);
- поперечное отклонение осей (Set-back);
- положение задних колес относительно продольной линии автомобиля (Thrust angle).
Основные факторы, позволяющие делать вывод о регулировке углов
схождения и развала:
1) увод автомобиля от прямолинейного движения: односторонние
постоянно действующие или кратковременные действующие силы на автомобиль во время движения, при которых водителю приходится подруливать
в одну сторону;
2) после замены деталей ходовой части и рулевого управления (рулевых тяг, сайлентблоков, рычагов подвески);
3) помятый колесный диск, повреждение кузова автомобиля (например, после ДТП);
4) при изменении клиренса автомобиля (например, после установки
укороченных пружин или просто, вследствие просадки пружин);
5) сильный (неравномерный) износ покрышек;
6) плохо самовозвращается руль при выходе из поворотов;
7) биение руля.
В соответствии с технологией технического обслуживания и ремонта
работа должна начинаться с проверки технического состояния автомобиля, а именно:
- свободного хода рулевого колеса;
- радиального и осевого биения дисков колес;
- деталей и узлов подвески;
- люфта в подшипниках ступиц;
- давления воздуха в шинах.
-295-

ГЛАВА . ОДОВАЯ АСТЬ АВТОМО ИЛЯ

Обязательная подготовительная операция при регулировках — «компенсация биения обода колеса», чтобы исключить влияние геометрической
формы колесного диска на конечный результат.
На стендах последнего поколения мосты не вывешиваются, а компенсация выполняется при прокатывании автомобиля взад-вперед на несколько
сантиметров. Также следует выставить рулевую рейку в среднее положение
поворотом рулевого колеса вправо-влево до упора. Спица рулевого колеса
должна занять горизонтальное положение, а само рулевое колесо должно
поворачиваться в разные стороны на одинаковое число оборотов. Иначе
автомобиль будет поворачивать в одну из сторон с меньшим радиусом,
в другую — с большим из-за неправильного положения рейки.
Непосредственно установка углов проводится всегда в строгой последовательности: продольный наклон — развал — схождение. У рычажных
подвесок наклон и развал устанавливаются с помощью подбора толщины
пакета специальных регулировочных шайб между поперечиной подвески
и нижним либо верхним рычагом. У подвесок «МакФерсон» развал, как
правило, регулируется «изломом» стойки с помощью эксцентрикового болта
или ползунковым механизмом, а продольный наклон — толщиной шайб на
растяжке или стабилизаторе подвески. (У некоторых автомобилей, например
Audi, развал регулируется перемещением шаровой опоры вдоль рычага, либо — например, Mitsubishi — вращением эксцентрика в основании рычага).
Ряд автомобилей (BMW, некоторые Daewoo, Mercedes) конструктивно
вообще не имеют регулировки развала и продольного наклона. Схождение
же делают на всех автомобилях, регулируют при этом одинаково — изменением длины рулевых тяг.

3.5. ОСНОВНЫЕ НЕИСПРАВНОСТИ
ПОДВЕСКИ И КОЛЕС
Подвеска автомобиля непосредственно влияет на безопасность
движения, так как ряд её неисправностей может существенно ухудшить
ходовые характеристики автомобиля или лишить автомобиль способности
перемещаться в особенно напряженных условиях движения. Кроме того,
неисправности подвески могут привести к дорожно-транспортному происшествию.
К основным неисправностям подвески автомобиля относятся:
1) нарушение углов установки передних колес (развал-схождение);
2) деформация рычагов подвески;
3) снижение жесткости (ослабление) или поломка пружины;
4) нарушение герметичности, износ или механические повреждения
амортизатора;
-296-

. . Основные неисправности подвес и и олес

5) повреждение опоры амортизатора;
6) износ втулок или повреждение стабилизатора поперечной устойчивости;
7) износ резинометаллических или шаровых элементов крепления
подвески;
8) неравномерное давление воздуха в шинах левого и правого колес;
9) неодинаковая упругость пружин подвески;
10) повышенный дисбаланс передних управляемых колес автомобиля и т.д.
Основные факторы, влияющие на неисправности подвески автомобиля:
- качество автомобильной дороги (высокая скорость автомобиля при
его движении по дорогам с неудовлетворительным покрытием, попадание
колеса в выбоину на дороге и т.д.);
- попадание топлива, масла, химических веществ на детали подвески;
- установка проставки для увеличения клиренса (происходит смещение
амортизатора и выход его из строя).
Косвенные признаки неисправности подвески автомобиля:
- отклонение автомобиля от прямолинейного движения (увод в сторону);
- колебания (раскачивание) автомобиля при поворотах и торможении;
- вибрация при движении;
- стуки в подвеске во время движения;
- «пробой» подвески;
- повышенный или неравномерный износ шин.
1. Амортизаторы (стойки). Первым признаком износа стоек выступает появление стука при проезде неровностей или образование течи масла
из амортизатора. Течь обнаруживается визуально по маслянистым подтекам на самих стойках или на месте стоянки автомобиля. Неустойчивость
автомобиля при движении по неровным дорогам также явно указывает на
проблемы со стойками (после проезда неровностей автомобиль заметно
стремится резким толчком отклониться от прямолинейной траектории).
Основным признаком неисправности пружины подвески (или рессоры)
является заметный перекос автомобиля.
2. Опорный подшипник. Первым признаком критического износа
подшипника является подклинивания руля или его ступенчатое вращение.
Часто можно отметить негромкий стук в районе стаканов (в верхней части
подкапотного пространства) при проезде неровностей. Однако посторонний шум из подкапотного пространства может быть и признаком неисправности двигателя.
3. Шаровая опора — это один из элементов передней подвески, неисправности в котором возникают особенно часто. Сначала, при небольшом
износе, появляется стук. По мере дальнейшего износа шаровой опоры воз-297-

ГЛАВА . ОДОВАЯ АСТЬ АВТОМО ИЛЯ

можно снижение устойчивости автомобиля, особенно заметное на плохой
дороге.
4. Стабилизатор поперечной устойчивости. Первым признаком является появление стучащего звука или скрипа при вхождении автомобиля
в поворот или при выходе из него. Если кинематическая связь стабилизатора между кузовом и ходовой частью нарушается, то это приведет к чрезмерному «заваливанию» кузова в поворотах и общему снижению устойчивости
автомобиля.
5. Сайлентблок. В зависимости от соединения, в котором разрушился
сайлентблок, может проявиться любой из признаков для вышеперечисленных узлов передней подвески авто. Чаще всего отмечается, замечают скрип,
стук или изменение в поведении автомобиля на дороге.
6. Рычаг (состоящий из металлической рамы, сайлентблоков и/или
шаровой опоры). Главным признаком неисправности рычага передней
подвески выступает снижение устойчивости и управляемости автомобиля. Деформации, разрушение креплений или трещины рычага относятся
к особо опасным неисправностям.
Не стоит дожидаться момента, когда какой-либо элемент передней
подвески авто из-за неисправности приведет к аварии. Заметили что-то из
вышеперечисленных признаков — не затягивайте с диагностикой!
7. Неисправности задней подвески (таких элементов, как стойки, рычаги или сайлентблоки) примерно сходны по признакам с аналогичными
неисправностями на передней оси автомобиля. На большей части современных автомобилях установлена задняя подвеска полунезависимого (или
зависимого) типа, в которой соединение колес с кузовом осуществляется
через балку. Балка крепится к кузову на сайлентблоках. Вторая по распространенности — это многорычажная подвеска, в которой крепление подвижных элементов происходит также через сайлентблоки. Таким образом,
основная неисправность задней подвески — неисправность сайлентблоков
(признаки — такие же, как и у передней, т.е. — хруст, скрежет, скрип разбитого сайлентблока). Вышедшие из строя амортизаторы на задней оси
проявляют себя более заметно, чем на передней. Автомобиль сразу после
проезда неровности стремится резким рывком отклониться от прямолинейного движения (это отчетливо чувствуется с водительского места),
а также дольше обычного раскачивается. Чаще амортизатор ужимается до
контакта с отбойником, что проявляется в однократном ощутимом ударе
после проезда амплитудной неровности.
При определении неисправностей подвески необходимо учитывать,
что указанные внешние признаки сопровождают также и неисправности
рулевого управления. Установление конкретной неисправности подвески
производится, как правило, при детальном осмотре, тестировании и дефектовке элементов подвески.
-298-

. . Основные неисправности подвес и и олес

Ряд перечисленных внешних признаков проявляются при отклонении
рабочих характеристик колес автомобиля (давления в шинах, балансировки, степени износа шины, степени износа ступичного подшипника).
Так, по причине низкого давления в шинах автомобиль уводит в сторону,
наблюдается вибрация в движении. Нарушение балансировки колес также
сопровождается вибрацией, а иногда и стуками в подвеске. Поэтому при
диагностике неисправностей подвески вопросы, связанные с отклонением
характеристик колес, нужно исключить в первую очередь.
Неисправности шин и колес могут возникать в результате нарушения
правил эксплуатации, нарушения регулировок и неосторожной езды.
К наиболее серьезным неисправностям, связанным с нарушением
правил эксплуатации и приводящим, как правило, к полному выходу из
строя покрышек, относятся:
- кольцевой разрыв каркаса по боковине шины в результате движения
на перегруженных шинах;
- продольный разрыв каркаса по беговой части покрышки вследствие
перегрева шины из-за движения в жаркую погоду с большой скоростью на
перегруженных шинах;
- разрыв и разлохмачивание нитей корда на внутренней стороне боковины в результате длительного движения с пониженным против нормы
внутренним давлением воздуха в шинах;
- расслоение каркаса вследствие движения на почти спущенных шинах; перетирание боковин покрышек по окружности из-за недостаточного
зазора между сдвоенными колесами (вследствие длительного движения
с пониженным давлением воздуха в шинах против нормы или биения колес
из-за слабой затяжки колесных гаек);
- разрыв проволочного кольца борта покрышки из-за неправильного
проведения демонтажно-монтажных работ и использования неисправного
монтажного инструмента.
Перечисленные неисправности покрышек устраняются только их
заменой.
К неисправности, которая устраняется доведением до нормы внутреннего давления воздуха в шине, относится интенсивный износ протектора
в средней части (возникающий вследствие эксплуатации шин с повышенным против нормы внутренним давлением) или по бокам (в результате
эксплуатации с пониженным давлением).
Наиболее серьезными повреждениями камер и ободных лент являются; перетирание стенок камеры из-за применения камеры большего
размера; склеивание камеры с каркасом покрышки в результате установки
камеры в покрышку без применения талька и вследствие перегрева шины
при длительном движении с высокой скоростью с перегрузкой или пониженным против нормы внутренним давлением воздуха в шине; отрыв вен-299-

ГЛАВА . ОДОВАЯ АСТЬ АВТОМО ИЛЯ

тиля камеры и разрыв отверстия под вентиль в ободной ленте в результате
проворачивания шины относительно обода колеса при пониженном против
нормы внутреннем давлении воздуха в шине.
Типичными неисправностями колес являются появление трещин
и разрушение дисков в результате перегрузки колес, а также разработка
шпилечных отверстий в результате слабой затяжки колесных гаек.
Перечисленные неисправности камер, ободных лент и колес устраняются их заменой.
К неисправностям, вызываемым нарушением регулировок, относятся:
- пятнистый износ протектора в результате нарушения регулировки
подшипников ступиц колес или износа этих подшипников, шкворней,
втулок поворотных кулаков, шарниров рулевых тяг или нарушения балансировки колес в сборе с шинами;
- неравномерный износ протектора в результате неодновременного
срабатывания колесных тормозов;
- односторонний износ протектора шин передних колес вследствие
деформации деталей рулевой трапеции и нарушения развала колес;
- преждевременный износ протектора шин передних колес по причине
нарушения схождения-развала колес автомобиля.
Перечисленные неисправности устраняются регулировкой или заменой изношенных подшипников ступиц колес, заменой шкворней и втулок поворотных кулаков, а также шаровых пальцев и сухарей шарниров
рулевых тяг.
К неисправностям, которые вызываются неосторожной ездой, относятся:
- крестообразный разрыв каркаса в результате удара шины о дорожное
препятствие при движении с большой скоростью;
- внутренний или наружный разрыв каркаса над ободом вследствие защемления покрышки между ободом и дорожным препятствием, (например,
камнем или краем тротуара);
- местные отрывы и отслоения протектора от каркаса из-за движения
с большой скоростью при переезде через железнодорожные пути, глубокие
колеи и ямы, а также из-за резких поворотов и торможений;
- прокол или пробой камеры вследствие наезда колесом на острый
предмет.

-300-

ГЛАВА 4. МЕХАНИЗМЫ УПРАВЛЕНИЯ
4.1. НАЗНАЧЕНИЕ И УСТРОЙСТВО
РУЛЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ. ТИПЫ
УСИЛИТЕЛЕЙ РУЛЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ
Назначение рулевого управления — изменять направление движения
автомобиля так, чтобы при повороте автомобиля качение его колес по дороге происходило по возможности без проскальзывания. Последнее очень
важно, так как боковое скольжение шин вызывает их повышенный износ
и ухудшает устойчивость движения автомобиля.
Рулевое управление включает в себя:
- рулевой механизм;
- рулевой привод;
- усилитель (если есть необходимость).

Рис. 4.1. Общая схема рулевого управления в сочетании с зависимой подвеской

-301-

ГЛАВА . МЕ АНИЗМЫ УПРАВЛЕНИЯ

Требования к рулевому управлению:
1. Обеспечение высокой маневренности.
2. Минимальные затраты энергии на управление.
3. Минимальные обратные удары на рулевое колесо при движении по
неровной дороге.
4. Отсутствие люфтов в приводе.
5. Стабилизация управляемых колес в направлении прямолинейного
движения.
6. Правильная кинематика поворота управляемых колес, обеспечивающая чистое качение управляемых колес без бокового проскальзывания.
Классификация рулевого управления:
1. По компоновке:
а) левостороннее расположение руля;
б) правостороннее (Япония, Англия, Австралия, Индия и т.д.).
2. По способу изменения траектории движения:
а) с поворотом управляемых колес;
б) с поворотом управляемых осей (пневмокаток);
в) складыванием шарнирно-сочлененных звеньев (есть у тракторов);
г) изменением тягово-тормозных сил по бортам.
3. По конструкции рулевого механизма:
а) червячные:
- «червяк — зубчатый сектор» (рис. 4.2) (применяются редко из-за
низкого КПД);

Рис. 4.2. Рулевой механизм «червяк-сектор»

- «червяк — ролик» (рис. 4.3) (применяется часто на легковых автомобилях классической компоновки);
-302-

.1. Назна ение и устройство рулевого управления...

Рис. 4.3. Рулевой механизм «червяк-ролик»

б) винтовые:
- винторычажные рулевые механизмы (применяются крайне редко);
- винтореечные рулевые механизмы (рис. 4.4) (применяются широко
на автомобилях моделей ЗИЛ, МАЗ, КамАЗ и т.д.);

Рис. 4.4. Винтореечный рулевой механизм

в) шестеренные («зубчатая рейка — шестерня»). На рис. 4.5 показан
реечный рулевой механизм.

Рис. 4.5. Реечный рулевой механизм

-303-

ГЛАВА . МЕ АНИЗМЫ УПРАВЛЕНИЯ

Другой вид шестеренных рулевых механизмов в виде редуктора из
зубчатых колес применяется редко. Кривошипные (практически не применяются).
4. По типу усилителя:
а) с гидравлическим усилителем руля;
б) с пневматическим;
в) с вакуумным;
г) с комбинированным.
В рулевом механизме «червяк-ролик» в зацеплении с червяком
(рис. 4.3) входит трехгребневый ролик, вращающийся на двух игольчатых
подшипниках. Между подшипниками установлена распорная втулка. Ось
ролика закреплена в головке вала рулевой сошки. Опорами вала рулевой
сошки служат с одной стороны роликовый подшипник, а с другой — бронзовая втулка. Рулевая сошка соединена со своим валом мелкими шлицами
и закреплена гайкой. Конец вала рулевой сошки уплотнен сальником. Для
регулировки затяжки подшипников рулевого вала под нижней крышкой
картера установлены прокладки.
Зацепление рабочей пары рулевого механизма выполнено таким образом, что при положении, соответствующем прямолинейному движению
автомобиля, свободный ход рулевого колеса должен отсутствовать. По мере
поворота руля в ту или иную сторону зазор между червяком и роликом
и свободный ход рулевого колеса возрастают. Регулировку зацепления червяка с роликом осуществляют смещением вала рулевой сошки в осевом направлении при помощи регулировочного винта. Винт установлен в боковой
крышке картера рулевого механизма, снаружи закрыт колпачковой гайкой
и фиксируется стопорной шайбой, закрепленной штифтом.
Рулевой механизм типа «червяк-ролик» обеспечивает наименьшие
потери на трение. Благодаря этому требуется меньшее усилие водителя на
управление автомобилем и снижается износ деталей.
У автомобилей большой грузоподъемности рулевой механизм имеет
большее передаточное число для облегчения управления, при этом не
допускается возникновения значительных удельных давлений между поверхностями рабочей пары.
В связи с этим на таких автомобилях применяют рулевой механизм
типа «червяк-сектор» (рис. 4.2) с большой поверхностью зацепления или
механизм с двумя рабочими парами типа «винт-гайка» и «рейка-сектор»
(рис. 4.5).
Рулевой механизм типа «червяк-сектор» наиболее прост по конструкции. В зацепление с глобоидальным червяком входит боковой сектор
в виде части шестерни со спиральными зубьями, выполненный заодно
целое с валом сошки. Зазор в зацеплении червяка с сектором не является
-304-

.1. Назна ение и устройство рулевого управления...

постоянным. Наименьшее значение зазора соответствует среднему положению рулевого колеса.
При повороте рулевого колеса в ту или другую сторону величина зазора
увеличивается в зависимости от угла поворота, достигая максимального
значения в крайних положениях. Такое распределение зазора облегчает
маневрирование с большими углами поворота руля и достигается постепенным понижением высоты зубьев сектора от середины к крайним точкам.
При сборке правильность установки механизма проверяют по меткам, имеющимся на червяке и секторе.
Сошка посажена на вал, вращающийся в двух игольчатых подшипниках, между которыми установлена распорная втулка. При этом зазор
в зацеплении «червяк-сектор» легко регулируется изменением толщины
упорной шайбы, расположенной между боковой поверхностью сектора
и крышкой картера рулевого механизма.
Рулевой механизм типа «винт-гайка» и «рейка-сектор» (рис. 4.4) применяется на многих грузовых автомобилях (ЗИЛ, КамАЗ всех моделей и др.).
Вал рулевого механизма, установленный в шариковых подшипниках,
имеет на конце винт. На винте закреплена шариковая гайка, входящая
в поршень-рейку. При повороте рулевого вала рейка-поршень перемещается
вдоль его оси. Осевое перемещение рейки-поршня, имеющей на наружной
поверхности зубья, вызывает поворот зубчатого сектора, установленного на
валу сошки. Сошка через рулевой привод осуществляет поворот передних
колес.
В гайке и винте выполнены полукруглые винтовые канавки. В них
свободно перекатываются шарики. Чтобы шарики не выпадали из винтовых
канавок, в пазы гайки вставлены штампованные направляющие, представляющие собой замкнутый желоб. Поворот винта вызывает перекатывание
шариков по желобу. При этом они выходят с одной стороны гайки и возвращаются в нее с противоположной стороны. Наличие шариков значительно
облегчает поворачивание вала рулевого механизма.
Рулевой механизм соединен с валом рулевой колонки при помощи
карданного вала с двумя шарнирами. Это вызвано трудностью размещения
рулевого управления обычной конструкции на автомобиле, имеющем V-образный двигатель и максимально приближенную к нему кабину.
Механизм типа «глобоидальный червяк-ролик» представляет собой
разновидность червячной передачи и состоит из соединенного с рулевым
валом глобоидального червяка (червяка с переменным диаметром) и ролика, установленного на вале. На этом же вале вне корпуса рулевого механизма установлен рычаг (сошка), с которым связаны тяги рулевого привода.
Вращение рулевого колеса обеспечивает обкатывание ролика по червяку,
качание сошки и поворот управляемых колес.
-305-

ГЛАВА . МЕ АНИЗМЫ УПРАВЛЕНИЯ

Рис. 4.6. Рулевой механизм типа «глобоидальный червяк — ролик»:
1 — ролик; 2 — червяк; rmax, rmin — максимальный и минимальный радиусы ролика;
β', β — переменные наклоны (углы) подъема винтовой линии

β' > β — угол подъема винтовой линии в середине червяка меньше,
а значит, ролик будет перемещаться на меньший угол за тот же поворот
червяка, передаточное число больше.
Такие механизмы позволяют обходиться без применения усилителей
у автомобилей с ограниченной нагрузкой на управляемую ось (легковые и
малотоннажные грузовые). Для других автомобилей применяют рулевой
механизм с постоянным передаточным числом (реечный или винтовой),
который обычно дополняется усилителем руля.
В сравнении с реечными рулевыми механизмами червячные механизмы имеют меньшую чувствительность к передаче ударов от дорожных
неровностей, обеспечивают большие максимальные углы поворота управляемых колес (лучшая маневренность автомобиля), хорошо компонуются
с зависимой подвеской, допускают передачу больших усилий. Иногда червячные механизмы применяют на легковых автомобилях высокого класса
и большой собственной массы с независимой подвеской управляемых колес,
но в этом случае усложняется конструкция рулевого привода — добавляется
дополнительная рулевая тяга и маятниковый рычаг. Кроме того, червячный
механизм требует регулировки и дорог в изготовлении.
Реечный рулевой механизм (рис. 4.5) получил распространение на
легковых автомобилях из-за удобства компоновки, простоты и технологичности конструкции. Однако, реечный механизм имеет одинаковый КПД
в прямом и обратном направлении и поэтому удары со стороны дороги
на рулевое колесо чувствительнее. Особенно выгодно сочетание реечного
рулевого механизма и усилителя, который противодействует воздействию
неровностей дороги.
Передаточное число РУ выбирается исходя из нормированных усилий
на рулевом колесе с учетом максимально возможной маневренности и возможности сохранения управления автомобилем при отказе усилителя руля.
-306-

.1. Назна ение и устройство рулевого управления...

Общее передаточное число рулевого управления определяется как
произведение передаточного числа рулевого механизма на передаточное
число рулевого привода по формуле (4.1):
Иру =Ирм × Ирп ,

(4.1)

при этом Иру — 10–15 у легковых автомобилей; Иру — 20–25 у грузовых
и автобусов.
Одной из основных систем, обеспечивающих безопасность передвижения на автомобиле, является рулевое управление. Назначение рулевого
управления автомобиля — возможность менять направление движения,
совершать повороты и маневры при объезде препятствий или обгоне.
Рулевое управление характеризуется множеством кинематических
параметров, основными из которых являются четыре угла (схождения,
развала, поперечного и продольного наклона оси поворота колеса) и два
плеча (обкатки и стабилизации). В общем виде конструкция рулевого управления представляет собой компромисс кинематических параметров,
так как вынуждена объединять противоречащие друг другу устойчивость
движения и легкость управления. На большинстве легковых автомобилей
изменение направления движения осуществляется за счет поворота передних колес (кинематический способ поворота). Изменить направление
движения можно и за счет подтормаживания отдельных колес. Силовой
способ поворота положен в основу работы системы курсовой устойчивости (курсовая устойчивости отвечает за коррекцию момента силы колес.
Маркируется эта технология как ESC (Electronic Stability Control) и чаще
всего доступна в качестве опции для моделей автомобилей не ниже среднего класса.
На автомобилях используется кинематический способ смены направления движения, подразумевающий, что осуществление поворота происходит
за счет смены положения управляемых колес. Обычно управляемой является передняя ось, хотя существуют автомобили с так называемой системой
подруливания. Особенность работы в таких автомобилях заключается в том,
что колеса задней оси тоже поворачиваются при изменении направления,
хоть и на меньший угол. Пока эта система широкого распространения не
получила.
Помимо кинематического способа на автомобилях используется силовой. Особенность его заключается в том, что для совершения поворота
колеса одной стороны притормаживаются, в то время, как с другой стороны
они продолжают двигаться с прежней скоростью. И хотя этот способ изменения направления на легковых автомобилях распространения не получил,
на них он все же используется, но в несколько ином качестве — как система
курсовой устойчивости.
-307-

ГЛАВА . МЕ АНИЗМЫ УПРАВЛЕНИЯ

Этот узел автомобиля состоит из трех основных элементов:
1. Рулевая колонка. Выполняет передачу вращательного усилия, которое создает водитель для изменения направления. Состоит она из рулевого
колеса, располагаемого в салоне (на него и воздействует водитель, вращая
его). Оно жестко посажено на вал колонки. В устройстве этой части рулевого
управления очень часто используется вал, разделенный на несколько частей, соединенных между собой карданными шарнирами.
Это позволяет менять угол положения рулевого колеса относительно
механизма, смещать его в определенную сторону, что нередко необходимо
при компоновке составных частей авто. В дополнение такая конструкция
позволяет повысить комфортабельность салона — водитель может менять
положение рулевого колеса по вылету и наклону, обеспечивая максимально
удобное его положение.
Составная рулевая колонка имеет свойство «ломаться» в случае ДТП,
снижая вероятность травмирования водителя. Например, при фронтальном
ударе двигатель может сместиться назад и толкнуть рулевой механизм. Если
бы вал колонки был цельным, изменение положения механизма привело бы
к выходу вала с рулевым колесом в салон. В случае же со составной колонкой,
перемещение механизма будет сопровождаться всего лишь изменением
угла одной составляющей вала относительно второй, а сама колонка остается неподвижной.
2. Рулевой механизм (виды механизмов рассмотрены выше).
3. Привод (система тяг и рычагов).
Привод в конструкции рулевого управления используется для передачи перемещения рейки или сошки на управляемые колеса. Причем в задачу
этой составляющей входит изменение положения колес на разные углы.
Обусловлено это тем, что колеса при повороте движутся по разным радиусам. Поэтому колесо с внутренней стороны при изменении траектории
движения должно поворачиваться на больший угол, чем внешнее.
Конструкция привода зависит от используемого механизма. Если на
автомобиле используется механизм «шестерня-рейка», то привод состоит
всего лишь из двух тяг, соединенных с поворотным кулаком (роль которого
выполняет амортизационная стойка) посредством шарового наконечника.
К рейке эти тяги могут крепиться двумя способами. Менее распространенным является жесткая фиксация их болтовым соединением (в некоторых случаях соединение осуществляется через сайлентблок). Для такого
соединения в корпусе механизма проделано продольное окно.
Более распространенный метод соединения тяг — жесткое, но подвижное соединение с концами рейки. Для обеспечения такого соединения на
конце обеих тяг сделан шариковый наконечник. Посредством гайки этот
шар прижимается к рейке. При передвижении последней тяга меняет свое
положение, что и обеспечивает имеющееся соединение.
-308-

.1. Назна ение и устройство рулевого управления...

В приводах, где используется механизм «червяк-ролик», конструкция
значительно сложнее и представляет собой целую систему рычагов и тяг,
получивших название рулевой трапеции. Большое количество составных
элементов, а также соединений между ними делает такой тип привода более подверженным износу и возникновению люфтов. Этот факт — еще одна
причина отказа от червячного механизма в пользу реечного.
Наибольшее распространение получил механический рулевой привод,
состоящий из рулевых тяг и рулевых шарниров. Рулевой шарнир выполняется шаровым. Шаровой шарнир состоит из корпуса, вкладышей, шарового
пальца и защитного чехла. Для удобства эксплуатации шаровой шарнир
выполнен в виде съемного наконечника рулевой тяги. По своей сути рулевая
тяга с шаровой опорой выступает дополнительным рычагом подвески.

Рис. 4.7. Рулевой механизм с вращательным движением

Принято различать угловое и силовое передаточные числа рулевого
управления. Угловое передаточное число определяется как отношение
элементарного угла αрк поворота рулевого колеса к углу поворота αук управляемого колеса по формуле (4.2).
aрк
у
(4.2)
—— .
Иру = —
aук
Силовое передаточное число определяется, как отношение момента на
управляемом колесе Мук к моменту на рулевом колесе Мрк по формуле (4.3).
Мук
с
Иру = ——— .
Мрк
-309-

(4.3)

ГЛАВА . МЕ АНИЗМЫ УПРАВЛЕНИЯ

С целью обеспечения минимальных затрат усилий на рулевом колесе
и безопасности управления автомобилем на высоких скоростях предпочтение следует отдавать рулевым механизмам с переменным передаточным
числом, изменяющимся по закону, представленному на рис. 4.8.

Рис. 4.8. Предпочтительный закон изменения передаточного числа
рулевого механизма

Такую закономерность обеспечивают, в частности, механизмы типа
«глобоидный червяк-ролик» (рис. 4.6) с переменным наклоном винтовой
линии β.
Сила на рулевом колесе рассчитывается по формуле (4.4).
Мук
(4.4)
Fрк = ——у———— ,
Иру × Rрк
где Rрк — радиус рулевого колеса, мм.
Диаметр рулевого колеса (а значит, и Rрк) задается отраслевой нормалью (380–500 мм). Если сила на рулевом колесе получается больше, чем допускается отраслевой нормалью (60–120 Н), в этом случае устанавливается
усилитель рулевого управления.
ГОСТ Р 51709-2001 «Автотранспортные средства. Требования безопасности к техническому состоянию и методы проверки», п. 3.33 «суммарный
люфт в рулевом управлении: Угол поворота рулевого колеса от положения,
соответствующего началу поворота управляемых колес в одну сторону, до
положения, соответствующего началу их поворота в противоположную
сторону от положения, примерно соответствующего прямолинейному движению автотранспортных средств».
Суммарный люфт в рулевом управлении не должен превышать следующих значений:
- легковые автомобили и созданные на их базе грузовые автомобили
и автобусы — не более 10°;
- автобусы — не более 20°;
- грузовые автомобили — не более 25°.
Усилители рулевого управления — системы и механизмы в рулевом
управлении, предназначенные для снижения управляющего усилия, при-310-

.1. Назна ение и устройство рулевого управления...

кладываемого к рулевому колесу, с целью повышения комфорта и снижения
утомляемости водителя автомобиля.
На легковых автомобилях усилители рулевого управления являются,
как правило, опцией (необязательным компонентом), в то время как на
грузовых автомобилях являются неотъемлемым элементом конструкции.
Усилители, применяемые на современных автомобилях, по принципу
своего действия могут быть адаптивными и неадаптивными, а по типу привода — гидравлическими, пневматическими и электрическими.
Адаптивные усилители могут изменять коэффициент усиления в зависимости от скорости автомобиля. У автомобиля с таким усилителем при
маневрировании на стоянке усилие, необходимое для поворота рулевого
колеса, значительно ниже, чем у неадаптивных, а по мере увеличения скорости движения автомобиля усилие поворота увеличивается.
Неадаптивный усилитель состоит из трех основных частей:
- источника энергии;
- силового элемента, создающего дополнительное усилие при работе
рулевого управления;
- управляющего элемента, которое отвечает за включение-выключение
силового элемента.
Адаптивный усилитель руля, кроме перечисленных частей, имеет датчик скорости автомобиля, электронный блок управления и исполнительное
устройство (обычно электрогидравлическое), которое воздействует на
управляющий элемент.
Гидравлический усилитель. Большинство современных автомобилей
с усилителем имеют гидравлический усилитель рулевого управления (ГУР),
в котором гидравлический насос, приводимый от двигателя автомобиля
(источник энергии), создает давление в гидравлическом цилиндре (силовой
элемент). Наиболее распространены гидроусилители, в которых силовой
и распределительный элементы объединены с рулевым механизмом
в одном корпусе (гидроруль). Поршнем гидроцилиндра в реечном рулевом
механизме при этом является рулевая рейка, в механизме «винт — гайка —
рейка — сектор» — гайка». Управляющее устройство выполнено в виде золотника на входном вале механизма, который при прикладывании усилия
к рулевому колесу поворачивается (или смещается) перекрывает определенные каналы для прохода жидкости и тем самым соединяет правую или
левую полость гидроцилиндра с гидравлическим насосом.
На некоторых автомобилях (многоосные, тяжелые грузовые) гидроцилиндр устанавливают в непосредственной близости от управляемого колеса
для снижения нагрузок на рулевой привод. Иногда с целью унификации
конструкции рулевого механизма для автомобилей с усилителями и без них
золотниковое распределительное устройство также располагается на тягах
рулевого привода.
-311-

ГЛАВА . МЕ АНИЗМЫ УПРАВЛЕНИЯ

Рис. 4.9. Гидроусилитель рулевого управления (основные компоненты)

Силовой гидроцилиндр двойного действия помещен в рулевую часть,
где стоит межу деталями привода и кузова. Соединяется он с золотниковым
управляющим узлом и гидроцилиндром. Основная назначение — преобразование давления жидкости в перемещение поршня и штока, помогающих
двигать колеса автомобиля в необходимом направлении.
Лопастной насос (получил наибольшее распространение из-за высокого КПД) прикрепляется на двигателе, а его привод от коленчатого вала
осуществляется ременной передачей от шкива коленчатого вала. Предназначен для сформирования давления масла.
Рабочая гидравлическая жидкость содержится в бачке, там же имеется
фильтр, крышка с щупом для замера уровня. Основная функция рабочей
жидкости — смазывать трущиеся детали и передавать усилие от насоса
к гидроцилиндру.
Распределитель (регулятор давления) — представляет собой редукционный клапан с прецизионной парой. Располагается на деталях рулевого
привода или на одном валу с рулевым элементом. Его задача — распределение гидравлической жидкости в нужную полость гидроцилиндра или назад
в бак. Основное его назначение — контроль частоты вращения коленчатого
вала двигателя, чтобы тот не повышал допустимую норму давления гидравлической жидкости. Золотниковый распределитель — сложная деталь,
состоящая из торсиона и золотникового клапана. Когда находящийся
внутри золотник крутится, распределитель называют роторным, а если
поступательно перемещается — осевым.
Соединительные шланги высокого и низкого давления сводят между
собой гидроцилиндр, насос и распределитель. Также по ним циркулирует
гидравлическая жидкость из бака в насос и обратно, возвращаясь от рас-312-

.1. Назна ение и устройство рулевого управления...

пределителя. Там, где требуется создать взаимную подвижность узлов,
применяют гибкие шланги.
Принцип работы гидроусилителя руля, как с осевым, так и с роторным
распределителем, основан на перемещении золотника при перекладке рулевого колеса. Сначала насос формирует давление в узле рулевого управления.
Если рулевое колесо перемещается в одну из сторон, начинает двигаться
золотник и закрывает одну из сливных магистралей, а рабочая жидкость
под давлением идет в нужные полости гидроцилиндра. Гидравлическая
жидкость со штоком давит на поршень, а он перемещает колеса автомобиля.
Когда колеса поворачиваются, они направляют корпус распределителя
в сторону движения золотника. Когда же золотник принимает обездвиженное состояние, начинают восстанавливать свое обычное положение корпуса
распределителя. Из нагнетательной магистрали масло легко проходит
в сливную. Далее, усилитель просто качает рабочую жидкость при помощи
насоса по системе. В то же время колеса направлены прямо. Когда рулевое
колесо заканчивает вращение, вся схема меняется и останавливается.
Если даже гидронасос вышел из строя (к примеру, оборвался ремень
привода), это не повлияет на управление транспортным средством. Так ка
от рулевой системы усилие будет идти на корпус распределителя, а после на
колеса с золотником. Через предпусковой клапан, гидравлическая жидкость
станет двигаться из одной полости в другую и не создавать препятствия,
чем позволит поворачивать рулевое колесо, только с большим усилием.
Электрогидравлический усилитель руля (ЭГУР Servotronic) — элемент рулевого управления автомобиля, который создает дополнительное
усилие при вращении рулевого колеса автомобиля водителем. По сути,
электрогидравлический усилитель руля (ЭГУР) — это усовершенствованный
гидроусилитель. Электрогидроусилитель отличается улучшенной конструкцией, а также более высоким уровнем комфорта при управлении автомобилем на любой скорости. Конструктивно электродвигатель и гидронасос
объединены в силовой блок (Powerpack).
Принцип действия электрогидравлического усилителя аналогичен
работе гидравлического усилителя руля. Главное отличие в том, что здесь
насос гидроусилителя приводится в движение электродвигателем, а не от
двигателя.
Если автомобиль движется прямо (рулевое колесо не поворачивается), то жидкость в системе просто циркулирует по направлению от насоса
гидроусилителя в бачок и обратно. Когда водитель поворачивает руль,
циркуляция рабочей жидкости прекращается. В зависимости от направления вращения руля она заполняет определенную полость силового цилиндра. Жидкость из противоположной полости попадает в бачок. После
этого рабочая жидкость начинает давить на рейку рулевого механизма
-313-

ГЛАВА . МЕ АНИЗМЫ УПРАВЛЕНИЯ

с помощью поршня, далее усилие переходит на рулевые тяги, и происходит
поворот колес.
Электрогидравлический усилитель руля функционирует с наибольшей производительностью на малой скорости (повороты в ограниченном
пространстве, парковка). В этот момент электромотор вращается быстрее,
а насос гидроусилителя работает производительнее. При этом водителю
не надо прикладывать особого усилия при повороте рулевого колеса. Чем
выше скорость автомобиля, тем медленнее работает электродвигатель.

Рис. 4.10. Электрический гидроусилитель рулевого управления

Рис. 4.11. Схема электрического гидроусилителя рулевого управления:
1 — датчик усилителя руля; 2 — сигнал о скорости поворота рулевого колеса;
3 — рулевой механизм; 4 — обратный клапан; 5 — бачок рабочей жидкости;
6 — редукционный клапан; 7 — шестеренный насос; 8 — блок управления
усилителем руля; 9 — электродвигатель; 10 — сигнал о скорости движения
автомобиля; 11 — диагностический сигнал;
12 — сигнал о частоте вращения коленчатого вала двигателя

Преимущества такой схемы: компактность, возможность функционирования при неработающем двигателе (источник энергии — аккумулятор-314-

.1. Назна ение и устройство рулевого управления...

ная батарея автомобиля); включение гидронасоса только в необходимые
моменты (экономия энергии), возможность применения электронных схем
регулирования в цепях электродвигателя.
ЭГУР Servotronic имеет в своем составе три основных компонента:
электронную систему управления, насосный узел и гидравлический узел
управления.
Насосный узел электрогидравлического усилителя состоит из бачка
для рабочей жидкости, гидравлического насоса и электромотора для него.
На этот компонент ставят электронный блок управления (ЭБУ). Отметим,
что электрический насос бывает двух типов: шестеренчатый и лопастной.
Простотой и надежностью отличается первый тип насоса.
Электронная система управления Servotronic:
1. Входные датчики — датчик скорости, датчик крутящего момента на
рулевом колесе. Если автомобиль оборудован ESP, то используется датчик
угла поворота руля. Система также анализирует данные о частоте вращения
коленчатого вала двигателя.
2. Электронный блок управления. ЭБУ обрабатывает сигналы от сенсоров, а после их анализа посылает команду исполнительному устройству.
3. Исполнительное устройство. В зависимости от вида электрогидравлического усилителя исполнительным устройством может быть электромотор насоса либо электромагнитный клапан в гидравлической системе. Если
установлен электродвигатель, то производительность усилителя зависит
от мощности двигателя. Если же установлен электромагнитный клапан, то
производительность системы зависит от размера проходного сечения.
Электрический усилитель. Основными элементами системы электрического усилителя рулевого управления (Eelectric Power Steering — EPS)
являются бесщеточный электромотор, механическая передача (сервопривод), датчики угла поворота руля и крутящего момента и управляющий блок.
Дополнительно механизм может оснащаться датчиком скорости вращения
руля. Устройство сервопривода на разных типах автомобилей различается.
Главный датчик в электроусилителе руля — датчик крутящего момента.
Выполнен он следующим образом: в разрез рулевого вала встроен торсион,
на концы которого устанавливаются элементы датчика, принцип действия
которого может быть оптическим или магнитным.
Принцип работы электроусилителя руля следующий. С поворотом
руля торсион на валу закручивается тем сильнее, чем больше прилагаемое усилие. Величина приложенного усилия оценивается по взаимному
расположению частей датчика. Измеренное значение передается в блок
управления. Второй датчик измеряет угол поворота руля и также передает
измерения в управляющий блок, куда дополнительно поступают данные
о скорости движения машины (от ABS системы) и оборотах двигателя (от
контроллера). А на основании всей полученной информации, электронный
-315-

ГЛАВА . МЕ АНИЗМЫ УПРАВЛЕНИЯ

блок управления рассчитывает величину вспомогательного усилия, и подает на электромотор напряжение нужной величины и полярности. Через
сервопривод электродвигатель перемещает рулевую рейку или вращает
рулевой вал.
При движении с небольшой скоростью, например, на парковке, когда
приходится быстро поворачивать колеса из одного крайнего положения
в другое, электромотор работает с максимальной мощностью, и обеспечивается так называемый «легкий руль». И наоборот, когда автомобиль едет по
трассе с высокой скоростью, руль поворачивается на небольшие углы, поэтому вспомогательное усилие минимально, рулевое управление получается
более «тяжелым». Вдобавок, электроусилитель руля способен увеличивать
реактивное усилие, которое возникает при повороте колес, помогая им вернуться в среднее положение.
Несмотря на общее устройство, конструктивно электроусилитель руля
может быть выполнен различными способами в зависимости от того, на каком типе автомобилей он устанавливается (на рулевую колонку, на рулевой
рейке, параллельно осевой конструкции — при помощи зубчато-ременной
передачи). Причем, независимо от варианта исполнения, электроусилитель
руля устроен таким образом, что даже в случае его выхода из строя автомобиль останется управляемым, поскольку сохранится прямая связь рулевого
вала с рейкой.
В состав системы входит электродвигатель, сервопривод, датчики
крутящего момента и угла поворота руля, блок управления. Опционно
может устанавливаться датчик скорости вращения руля. Электродвигатель — современный, бесщеточный. Конструкция сервопривода может быть
различной, в зависимости от типа автомобиля. Датчик крутящего момента — основной датчик системы. В разрез рулевого вала встраивается торсион. Элементы датчика устанавливаются на разных его концах. Принцип
его работы может быть различным (например, магнитный или оптический).
При повороте рулевого колеса происходит закручивание торсиона. Чем
больше усилие — тем больше закручивается торсион. По величине изменения
взаимного положения частей датчика оценивается величина приложенного
усилия. Угол поворота руля также измеряется соответствующим датчиком.
Кроме этого, блок управления получает данные о скорости автомобиля от
системы ABS и об оборотах двигателя от контроллера. На основании этих
параметров ЭБУ рассчитывает значение необходимого вспомогательного
усилия на руле и подает на электродвигатель питание нужной величины
и полярности. Электродвигатель через сервопривод либо вращает рулевой
вал, либо перемещает рейку.
Пневматический усилитель. Пневматические усилители рулевого
управления имеют ограниченное распространение и устанавливаются на
автомобилях большой грузоподъемности, имеющих пневматическую сис-316-

.1. Назна ение и устройство рулевого управления...

тему привода тормозов. Требования к уплотнениям таких усилителей менее
высокие (по сравнению с гидравлическими усилителями). Недостатки —
большие размеры и значительное время срабатывания.

Рис. 4.12. Блок-схема работы ЭУР

Он состоит из цилиндра двойного действия и следящего устройства
и может, в отличие от ГУР, либо работать на полную мощность, либо не
работать. Пока усилие на рулевом колесе не превышает определенного
значения, клапаны закрыты, рулевое управление работает без усилителя.
Однако при переходе этого порога включается усилитель и помогает водителю справиться с поворотом.
Пневматический усилитель (рис. 4.13) автомобиля имеет силовой
цилиндр 7, воздухораспределитель с двумя клапанами 9 и следящее устройство. Шток 6 поршня 8 силового цилиндра через двуплечий рычаг 4
и тягу 8 связан с поворотным рычагом 5 правой поворотной цапфы. Воздух
к воздухораспределителю поступает из воздушных баллонов тормозной
системы через кран 13.
Следящее устройство состоит из передаточного рычага 17, соединенного шарнирно с рулевой сошкой 15. Рычаг 17 верхней головкой установлен
с большим зазором на валу 14 сошки, а тягой 18 соединен с рычагом 12 воздухораспределителя. Рычаг 17 и сошка 15 связаны между собой пружиной (не
показана на рисунке). При вращении рулевого колеса влево рулевая сошка
перемещает передаточный рычаг 17 вместе с тягой 18 и рычаг 12 открывает
один из клапанов 9 воздухораспределителя. Через открывшийся клапан
воздух поступает в полость Б силового цилиндра, перемещает поршень 8
и поворачивает управляемые колеса. Из полости А силового цилиндра
-317-

ГЛАВА . МЕ АНИЗМЫ УПРАВЛЕНИЯ

воздух вытесняется в атмосферу через сверление в штоке 10 и отверстие
в корпусе 11 воздухораспределителя. Таким же образом обеспечивается
поворот колес в правую сторону.

Рис. 4.13. Схема пневматического усилителя рулевого управления:
1, 2, 3 и 18 — тяги; 4, 5 и 12 — рычаги; 6 и 10 — штоки; 7 — силовой
цилиндр; 8 — поршень; 9 — клапаны; 11 — корпус; 13 — кран; 14 — вал сошки;
15 — сошка; 16 — палец; 17 — передаточный рычаг; А и Б — полости

Если прекратить вращать рулевое колесо, рычаг 17 поворачивается
вокруг пальца 16 сошки в обратную сторону, клапан 9 закрывается и поршень 8 останавливается.
При движении по хорошей дороге усилитель можно отключить краном
13, и тогда поворот колес автомобиля осуществляет его водитель.

4.2. НАЗНАЧЕНИЕ И ТИПЫ ТОРМОЗНОЙ
СИСТЕМЫ. СОСТАВНЫЕ ЧАСТИ
Требования к тормозному управлению:
1. Минимально возможное время срабатывания.
2. Максимальное тормозное замедление.
3. Сохранение управляемости и устойчивости движения в процессе
торможения (исключение заноса).
4. Малые затраты энергии водителем на торможение (в городе происходит 2–3 торможения на один километр пути).
5. Пропорциональность между усилием на педали и тормозным моментом на колесах.
-318-

.2. Назна ение и типы тормозной системы. Составные асти

6. Плавность срабатывания тормозов.
7. Сохранение эффективности торможения при длительном непрерывном или циклическом процессах торможения.
8. Сохранение тормозных качеств не ниже номинальных в процессе
длительной эксплуатации тормозов.
9. Автоматическое затормаживание прицепных звеньев автопоезда
при отрыве от тягача в процессе движения.
Тормозная система автомобиля (англ. brake system) относится к системам активной безопасности и предназначена для изменения скорости движения автомобиля вплоть до его полной остановки, в том числе экстренной,
а также удержания автомобиля на месте в течение длительного периода
времени.
Классификация тормозного управления автомобиля:
1. По назначению:
а) основная тормозная система (служебная);
б) стояночная тормозная система;
в) вспомогательная (тормоз-замедлитель);
г) аварийная;
д) противооткатная (башмаки).
2. По типу тормозного механизма:
а) барабанные колодочные;
б) барабанные ленточные;
в) дисковые;
г) комбинированные.
3. По компоновке:
а) колесные;
б) полуосевые;
в) центральные (трансмиссионные).
4. По типу привода:
а) с механическим приводом;
б) гидравлическим;
в) пневматическим;
г) электрическим;
д) комбинированным.
5. По типу усилителя привода:
а) без усилителя;
б) вакуумный усилитель;
в) пневматический усилитель;
г) электрический усилитель.
Совокупность всех тормозных систем автомобиля называется тормозным управлением.
-319-

ГЛАВА . МЕ АНИЗМЫ УПРАВЛЕНИЯ

Существующие виды тормозных систем различаются по типу привода.
В задачу привода входит передача усилия рабочие механизмы или выполнение определенных действий с их составными частями.
В механическом типе водитель воздействует на рабочие узлы посредством систем тяг, тросов и рычагов. Для рабочих тормозов этот тип привода обычно не используется, зато он нередко применяется на стояночных
тормозах.
Гидравлический — самый распространенный на легковых автомобилях
привод. Построен он на физическом свойстве жидкости — несжимаемости.
Это позволяет использовать рабочую жидкость для передачи усилия на
рабочие механизмы.
Пневматический привод применяется в основном на грузовых автомобилях и автобусах. Здесь основным рабочим телом выступает сжатый
воздух, нагнетаемый компрессором. Водитель, нажимая на педаль, открывает каналы, по которым воздух подается в специальные камеры связанные
с рабочими механизмами.
Электрический тормозной привод, являясь достаточно простым
и удобным, не имеет пока широкого применения вследствие отсутствия на
автомобилях достаточно мощного и надежного источника электрической
энергии.
Некоторое применение получили электромагнитные приводы, питающиеся от аккумуляторной батареи системы электрооборудования автомобиля. Они потребляют ток небольшой силы и могут быть использованы
только для тормозов с усилением специальной конструкции.
При включении тока в обмотку электромагнита к нему притягивается
вращающийся вместе с колесом якорный диск и, прижимаясь к его фрикционной накладке, трением увлекает электромагнит в сторону вращения
колеса. Чем сильнее нажатие на тормозную педаль, тем больше сила тока,
поступающего через контроллер в электромагнит, тем больше притяжение
якорного диска и большее разжимное усилие передается на тормозную
ленту. Действие тормоза не зависит от направления движения автомобиля.
Комбинированные приводы обычно используются на спецтехнике. Такой
привод может включать в себя конструктивные элементы перечисленных
типов приводов. К примеру, он может быть гидромеханическим, электромеханическим и т.д.
Разновидности рабочих механизмов
Рабочие механизмы воздействуют на колеса, обеспечивая замедление
их вращения. То есть, это основные элементы тормозной системы. Они могут быть ленточными, дисковыми и барабанными. Первый тип практически
не используется и его можно встретить только на спецтехнике. Суть работы
-320-

.2. Назна ение и типы тормозной системы. Составные асти

его сводится к тому, что на оси, которая передает вращение на колесо, сделан
барабан, с одетой на нем лентой. При торможении водитель воздействует на
ленту, натягивая ее, и за счет трения скорость вращения барабана замедляется.
Дисковые механизмы — одни из самых распространенных на легковых
автомобилях (реже применяются на грузовых автомобилях). Здесь основным рабочим элементом выступает диск, жестко посаженный на колесную
ступицу. Привод системы связан с суппортом, установленном на тормозном диске. В нем установлены фрикционные колодки. При торможении
посредством суппорта осуществляется прижим колодок к диску, и трение
между ними замедляет вращение ступицы.
В барабанных тормозах вместо диска используется барабан, посаженный на ступицу. Внутри него на неподвижной части ступицы размещены
две колодки в виде полумесяцев. При торможении привод обеспечивает
разжатие колодок, в результате они прижимаются к барабану и замедляют
его вращение.

Рис. 4.14. Тормозные механизмы автомобиля:
1 — направляющая; 2 — суппорт; 3, 10 — рабочий цилиндр;
4 — вентиляционное отверстие диска; 5 — тормозная колодка; 6 — колесная
шпилька; 7 — грязезащитный колпачок; 8 — ступица колеса; 9 — тормозной
диск; 11 — возвратная пружина; 12 — накладка тормозной колодки;
13 — распорная планка привода ручника; 14 — опорная стойка колодки;
15 — стяжная пружина; 16 — регулировочный винт

Конструктивно тормозной механизм состоит из статичной и вращающейся частей (рис. 4.14 и 4.15). Статичную часть у барабанного механизма
представляет тормозной барабан, а вращающуюся — тормозные колодки
с накладками. В дисковом механизме вращающаяся часть представлена
тормозным диском, неподвижная — суппортом с тормозными колодками.
-321-

ГЛАВА . МЕ АНИЗМЫ УПРАВЛЕНИЯ

Принцип действия:
1. При нажатии на педаль тормоза водитель создает усилие, которое
передается к вакуумному усилителю.
2. Далее давление увеличивается в вакуумном усилителе и передается
в главный тормозной цилиндр.
3. Поршень нагнетает рабочую жидкость к колесным цилиндрам через
трубопроводы, за счет чего растет давление в тормозном приводе, а поршни
рабочих цилиндров перемещают тормозные колодки к дискам.
4. Дальнейшее нажатие на педаль еще больше увеличивает давление
жидкости, за счет чего срабатывают тормозные механизмы, приводящие
к замедлению вращения колес. Давление рабочей жидкости может приблизиться к 10–15 МПа. Чем давление больше, тем эффективнее происходит
торможение.
5. Отпускание педали тормоза приводит к ее возврату в исходное
положение под действием возвратной пружины. В нейтральное положение
возвращается и поршень. Рабочая жидкость также перемещается в главный
тормозной цилиндр. Колодки отпускают диски или барабаны. Давление
в системе падает.

Рис. 4.15. Общая схема тормозной системы с гидроприводом:
1 — тормозная колодка заднего тормозного барабанного механизма;
2 — тормозной цилиндр заднего колеса; 3 — педаль тормоза; 4 — шток
с поршнем; 5 — бачок с тормозной жидкостью; 6 — главный тормозной
цилиндр; 7 — тормозная колодка дискового тормозного механизма;
8 — колесный тормозной цилиндр; 9 — трубопровод передних колес;
10 — трубопровод задних колес

Дисковые тормозные механизмы могут быть открытые и закрытые,
со сплошным и вентилируемым диском.
-322-

.2. Назна ение и типы тормозной системы. Составные асти

В зависимости от способа крепления скобы суппорта (скобы) различают дисковые механизмы с фиксированной и плавающей скобой (рис. 4.16).

Рис. 4.16. Типы тормозных суппортов

В фиксированном суппорте устанавливают несколько цилиндров. Такая конструкция делает тормоз очень эффективным. Именно такие тормоза
устанавливают на тяжелые грузовики, спорткары и мотоциклы.
Преимущество фиксированного суппорта — отсутствие в его конструкции направляющих пальцев. Поэтому при эксплуатации они доставляют
меньше хлопот, их обслуживание проще и дешевле.

Рис. 4.17. Тормозные суппорты

Плавающая скоба. При нажатии на педаль тормоза суппорт скользит
по направляющим и сжимает тормозной диск. Эта конструкция чаще всего
встречается на стоковых автомобилях, в том числе и на мощных седанах
-323-

ГЛАВА . МЕ АНИЗМЫ УПРАВЛЕНИЯ

представительского класса, как правило, имеет один поршень. Может быть
установлена как на вентилируемых, так и на невентилируемых тормозах.
Особенности плавающей скобы:
1. Один поршень может развить большее удельное давление, чем многопоршневая система.
2. Маленькая зона давления поршня на колодку, при больших нагрузках колодка деформируется, выгибается под давлением поршня, пятно
контакта с тормозным диском уменьшается. При повседневном вождении
и спокойном торможении эффект не заметен.
3. Меньшее количество поршней упрощает обслуживание.
4. Изготавливается преимущественно из чугуна, увеличивает неподрессоренные массы.
Фиксированная скоба:
1. Корпус представляет жесткую скобу, неподвижно установленную на
ступицу, с двух сторон установлены поршни, которые прижимают колодки. Двигаются только они. Многопоршневые суппорта могут иметь 4, 6, 8
и более поршней. Большее количество поршней обеспечивает равномерный
прижим колодок по всей площади соприкосновения, что обеспечивает лучшее торможение и их равномерный износ.
2. Многопоршневые системы меньше подвержены перегреву. Фиксированная скоба обеспечивает лучшее тепловое рассеивание.
3. Многопоршневые системы обеспечивают более точное и информативное дозирование усилия от нажатия педали.
4. Изготавливаются преимущественно из алюминиевых сплавов, что
существенно снижает вес.
Наиболее часто встречающиеся неисправности, касающиеся всех
видов суппортов:
- набухание или растрескивание уплотнительных манжет, износ их
рабочих кромок и потеря упругости, связанное с этим нарушение герметичности гидравлической системы;
- подсос в гидравлическую систему воздуха;
- «закисание» направляющих (касается только для плавающих суппортов) с потерей подвижности скобы относительно суппорта (суппорт
«клинит», то есть он не растормаживается).
Разбухание изготовленных из специальной резины уплотнительных
манжет может происходить по разным причинам:
- установка манжет, изготовленных из резины невысокого качества;
- применение тормозной жидкости ненадлежащего качества, смешивание жидкости разных марок.
Устраняются указанные неисправности путем замены манжет на новые
или заменой всего объема тормозной жидкости с промывкой и продувкой
сжатым воздухом всей тормозной гидросистемы.
-324-

.2. Назна ение и типы тормозной системы. Составные асти

Растрескивание, износ уплотнительных манжет может происходить
по причине естественного старения резины, которое может происходить
после 8–10 лет работы или пробега не более 150 тыс. км. Другие причины —
длительная стоянка автомобиля без движения или использование манжет
ненадлежащего качества. Следствие подобной неисправности — потеря
герметичности гидросистемы с попаданием воздуха и утечкой тормозной
жидкости.
Кроме того, износ кромок уплотнительных манжет препятствует свободному возвращению поршня при прекращении торможения в исходное
положение и растормаживанию колеса. При наличии кромок на манжете
возвращение поршня происходит за счет упругости манжеты. Изношенная
же деталь перестает выполнять эту функцию.

Рис. 4.18. Манжета уплотнительная суппорта

При использовании гидравлического привода тормозов, он всегда
выполняется двухконтурным, причем работоспособность одного контура
не зависит от состояния второго. При такой схеме при единичной неисправности выходит из строя не весь привод, а лишь неисправный контур.
Исправный контур играет роль запасной тормозной системы, с помощью
которой автомобиль останавливается.
Четыре тормозных механизма и их колесные цилиндры могут быть
разнесены на два независимых контура различными способами, как показано на рис. 4.19.
Более эффективной считается диагональная схема разделения контуров, при которой в один контур объединяют колесные цилиндры правого
переднего и левого заднего тормозов, а во второй контур — колесные цилиндры двух других тормозных механизмов. При такой схеме в случае неисправности всегда можно затормозить одно переднее и одно заднее колесо.
-325-

ГЛАВА . МЕ АНИЗМЫ УПРАВЛЕНИЯ

Рис. 4.19. Виды контуров тормозной системы:
4+2 — в один контур подключены два передних, а в другой тормозные
механизмы всех колес; 2+2 подключенных параллельно — в контур
подключены задние и передние; 2+2 подключенных диагонально —
в контур подключены правый передний+левый задний и т.д.
1 — главный тормозной цилиндр с вакуумным усилителем; 2 — регулятор
давления жидкости в задних тормозных механизмах; 3, 4 — рабочие контуры

В остальных схемах, после отказа сохраняют работоспособность три
или все четыре тормозных механизма, что еще больше повышает эффективность запасной системы. Как видно из схемы, при отказе одного из
контуров исправный контур запасной системы действует либо только на
большие поршни суппорта переднего тормоза, либо на задние цилиндры
и малые поршни переднего тормоза.
В любой схеме обязательным является наличие двух независимых
главных тормозных цилиндров. Конструктивно чаще всего это бывает сдвоенный главный цилиндр тандемного типа, с последовательно расположенными независимыми цилиндрами в одном корпусе и приводом от педали
одним штоком. Но на некоторых автомобилях применяют два обычных
главных цилиндра, установленных параллельно с приводом от педали через
уравнительный рычаг и два штока.
На современных автомобилях в состав гидравлического тормозного
привода включены различные электронные системы: антиблокировочная
система тормозов, усилитель экстренного торможения, система распределения тормозных усилий, электронная блокировка дифференциала.
Энергоноситель: жидкость. Недостатки: возможна разгерметизация
и попадания воздуха в систему, чего трудно избежать (например, при составлении автопоезда), ненадёжность уплотнений и т.д.
Пневматический привод (рис. 4.20) используется в тормозной
системе грузовых автомобилей и автобусов. Простейший пневматический
-326-

.2. Назна ение и типы тормозной системы. Составные асти

тормозной привод автомобиля (А) состоит из ресивера, в который подается
сжатый воздух из компрессора, крана, приводимого в действие от педали,
и тормозной камеры, шток которой связан с разжимным кулаком тормозного механизма. При торможении поворотная пробка крана соединяет
внутреннюю полость тормозной камеры с ресивером и сжатый воздух,
воздействующий на диафрагму, приводит в работу тормозной механизм
(Б). Давление воздуха в тормозной камере устанавливается такое же, как
в ресивере. При повороте пробки крана в другое положение (А) сжатый
воздух выходит из камеры в атмосферу. Разжимной кулак возвращается
в первоначальное положение, и происходит растормаживание.

Рис. 4.20. Простейший пневматический тормозной привод:
1 — ресивер; 2 — кран; 3 — тормозной цилиндр; 4 — пружина;
5 — шток тормозного механизма; 6 — тормозная колодка; 7 — тормозная педаль

Преимущества пневматического привода:
- неограниченные запасы и дешевизна рабочего тела (воздух);
- сохранение работоспособности при небольшой разгерметизации, так
как возможная утечка компенсируется подачей воздуха от компрессора;
- возможность использования на автопоездах для непосредственного
управления тормозами прицепа;
- использование в других устройствах, таких как пневматический звуковой сигнал, привод переключения многоступенчатых коробок передач,
усилитель сцепления, привод дверей автобуса, подкачка шин и т.д.
Недостатки пневматического привода:
- большое время срабатывания вследствие медленного поступления
сжатого воздуха к удаленным воздухонаполняемым объемам через трубопроводы с малым диаметром;
- сложность конструкции;
- большие масса и размеры агрегатов из-за относительно небольшого
рабочего давления;
- возможность выхода из строя при замерзании конденсата в трубопроводах и аппаратах при отрицательных температурах.
-327-

ГЛАВА . МЕ АНИЗМЫ УПРАВЛЕНИЯ

Рис. 4.21. Общий вид пневматической тормозной системы:
1 — двухсекционный тормозной кран; 2, 6 — тормозные камеры
(силовые цилиндры); 3 — предохранительный клапан; 4 — регулятор
давления; 5 — компрессор; 7 — кран отбора воздуха; 8, 9 — разобщительный
кран с соединительной головкой; 10 — ресиверы (воздушные баллоны);
11, 12 — тормозные барабаны в сборе

Назначение основных механизмов:
1. Компрессор. Нагнетает воздух в ресиверах (баллонах). Компрессор
устанавливают в переднюю часть автомобиля возле блока двигателя. Агрегат работает от клиновидного ремня, который соединяет шкив компрессора
и шкив радиаторного вентилятора.
2. Ресиверы или баллоны. В ресиверах хранится запас сжатого воздуха.
Пневматические тормоза оборудованы двумя ресиверами. Первый баллон,
оборудован предохранительным клапаном и краном для слива конденсата.
На втором ресивере есть только кран для слива конденсата. Предохранительный клапан, который контролирует давление во втором баллоне,
установлен дальше по магистрали в тормозном кране.
3. Предохранительный клапан. Защищает систему от перегрузки
и сбрасывает избыточное давление. Количество защитных клапанов зависит от типа конструкции и количество контуров магистралей.
-328-

.2. Назна ение и типы тормозной системы. Составные асти

4. Регулятор давления. Контролирует и поддерживает оптимальное
давление в системе, а при необходимости впускает или выпускает воздух
в устройство разгрузки компрессора.
5. Тормозной кран представляет собой комбинированный поршневой
узел, который распределяет потоки сжатого воздуха по системе, последовательно заполняет энергоносителем все контуры пневматической системы
и тормозные камеры. Тормозной кран является связующим узлом между
ресиверами и тормозными цилиндрами колес. Количество тормозных кранов в пневматической системе зависит от количества контуров.
6. Осушитель воздуха. Выделяет пары воды и другие примеси (например, пары масла) из всасываемого воздуха. В современных моделях автомобилей осушитель совмещен с регулятором давления, поэтому последний
как отдельный узел отсутствует.
7. Тормозные узлы с силовыми цилиндрами (тормозными камерами).
Установлены на колесах автомобиля, отвечают за остановку транспортного
средства. Каждый узел оборудован тормозным цилиндром, в который по
трубопроводу под давлением поступает воздух и который прижимает тормозные колодки к барабану.
8. Разобщительный кран. Кран встречается только в тягачах с прицепами. Через кран пневматическую тормозную систему тягача соединяют
с тормозной магистралью прицепа. Кран объединяет две системы, увеличивает устойчивость и управляемость автомобиля, уменьшает риск заноса прицепа
при торможении.
9. Пневматические усилители. Они увеличивают показатели давления
до необходимого уровня и уменьшают нагрузку на компрессор. Количество
усилителей отличается в различных моделях автомобилей.
10. Трубопровод. Система труб и шлангов соединяет все узлы и элементы. Количество ответвлений трубопровода зависит от количества контуров
пневматической тормозной системы.
11. Педаль тормоза. Передает усилие на поршни тормозного крана
и открывает каналы для сжатого воздуха от ресиверов на тормозные камеры
колес.
12. Измерительные приборы и датчики. Контролирующие элементы,
по которым водитель следит за состоянием и работоспособностью тормозной системы. К ним относятся датчики, которые находятся в ресиверах
и тормозных камерах, и двухстрелочный манометр. Одна стрелка манометра показывает давление в баллонах, а вторая — в тормозных камерах.
В старых моделях автомобилей манометров было два, и каждый отвечал за
свой узел.
В тормозной системе автомобилей семейства КамАЗ устанавливаются
сразу четыре тормозные системы: основная (или «рабочая»), запасная, стояночная и вспомогательная.
-329-

ГЛАВА . МЕ АНИЗМЫ УПРАВЛЕНИЯ

Рис. 4.22. Тормозная система автомобиля КамАЗ:
1 — тормозная камера; 2 — двухстрелочный манометр; 3 — кран аварийного
растормаживания стояночной тормозной системы; 4 — кран управления
стояночной тормозной системой; 5 — компрессор; 6 — регулятор давления;
7 — предохранитель от замерзания; 8 — клапан двойной защиты; 9 — клапан
тройной защиты; 10 — воздушный баллон контура 2; 11 — воздушный
баллон контура 4; 12 — воздушный баллон контура 3; 13 — тормозная
камера с энергоаккумулятором; 14 — клапан ускорительный; 15 — датчик
включения контрольной лампы стояночной тормозной системы; 16 — клапан
двухмагистральный; 17 — кран разобщительный; 18 — головки соединительные;
19 — едапан защитный одинарный; 20 — воздушный баллон контура 3;
21 — автоматический регулятор тормозных сил; 22 — воздушный баллон контура 1;
23 — пневмоцилиндр привода заслонки вспомогательной тормозной системы;
24 — кран двухсекционный тормозной; 25 — кран ограничения давления

Все они имеют общее строение (включая механизмы и детали), однако
работают отдельно друг от друга. Таким образом, даже при полном выходе
из строя одной из систем, водитель все равно сможет остановить транспортное средство практически в любых условиях. Кроме того, автомобиль
КамАЗ также оборудуются новейшими тормозными устройствами, которые
способны управлять работой всех видов тормозов, и специальными приборами для аварийного растормаживания стояночного тормоза.
Основной (или рабочий тормоз) создан для управления транспортным средством в процессе его движения. Он обладает пневматическим
двухконтурным приводом, который оказывает раздельное воздействие на
передние колеса и элементы задней колесной тележки. Главными рабочими
составляющими тормозной камеры КамАЗа являются колодки и барабан,
а управление тормозом осуществляется при помощи нажатия соответствующей педали.
-330-

.2. Назна ение и типы тормозной системы. Составные асти

Запасная тормозная система КамАЗа применяется для остановки или
замедления движения автомобиля при появлении любых неисправностей
в работе основной системы. Запасная система совмещена со стояночным
тормозом (присутствуют общие узлы и механизмы) и состоит из четырех
пружин энергоаккумулятора, двух воздушных баллонов, защитного, перепускного (двухканального) и ускорительного клапанов, тормозного крана,
шлангов и трубопроводов. Этот вид тормозной системы активизируется
с помощью рычага, управляющего стояночным тормозом, при горизонтальном расположении которого обе системы находятся в неактивном состоянии, а его вертикальное положение вызывает работу стояночного тормоза.
Любое промежуточное расположение указанной детали задействует запасную тормозную систему.
Работа вспомогательной тормозной системы автомобиля КамАЗ основывается на энергии, скатывающейся под уклоном автомобиля, а для
торможения задействуется силовой агрегат транспортного средства (торможение двигателем). Когда водитель нажимает специальную кнопку (она
находится на полу, возле рулевой колонки), сжатый воздух от тройного (защитного) клапана перемещается в тормозные цилиндры, управляющиеся
дросселями, которые перекрывают путь отработанным газам. В этот момент
прекращается и подача топлива, а двигатель начинает выполнять обязанности компрессора: давление отработанных газов воздействует на колодки
и барабан автомобиля, за счет чего и происходит торможение.
Здесь также предусмотрена система аварийного расторможения, которая обеспечивает сжатие энергоаккумуляторных пружин, срабатывающих
при применении стояночного или запасного тормоза. Для того чтобы задействовать именно эту систему, нужно нажать на кнопку, расположенную
на приборной панели, или же открутить специальные аварийные винты
пружин энергоаккумуляторов (механический способ активации аварийного
растормаживания).
Стояночный, запасной и рабочий тормоза используются для управления тормозными механизмами на всех колесах автомобиля. В свою очередь,
эти механизмы задействуются с помощью тормозных камер, размещенных
на передней оси, и аналогичных деталей, которые находятся на среднем
и заднем мостах (представляют собой единое целое с пружинными энергоаккумуляторами). В процессе движения автомобиля, под воздействием
давления воздуха, силовые пружины энергоаккумуляторов пребывают
в сжатом состоянии, но как только в цилиндры попадает воздух, они активизируют работу тормозных механизмов колес задней тележки.
Контуры пневматического привода тормозов.
Пневматический тормозной привод разбит на автономные контуры,
отделенные друг от друга защитными клапанами. Каждый контур действует
независимо от других контуров, в том числе и при возникновении неис-331-

ГЛАВА . МЕ АНИЗМЫ УПРАВЛЕНИЯ

правностей. Пневматический тормозной привод состоит из пяти контуров,
разделенных одним двойным и одним тройным защитными клапанами.
Контур I привода рабочих тормозных механизмов передней оси состоит из части тройного защитного клапана; ресивера вместимостью 20 л
с краном слива конденсата и датчиком падения давления в ресивере; части
двухстрелочного манометра; нижней секции двухсекционного тормозного
крана; клапана контрольного вывода; клапана ограничения давления; двух
тормозных камер; тормозных механизмов передней оси тягача; трубопроводов и шлангов между этими аппаратами.
Контур II привода рабочих тормозных механизмов задней тележки
состоит из части тройного защитного клапана; ресиверов общей вместимостью 40 л с кранами слива конденсата и датчиком падения давления
в ресивере; части двухстрелочного манометра; верхней секции двухсекционного тормозного крана; клапана контрольного вывода автоматического
регулятора тормозных сил с упругим элементом; четырех тормозных камер; тормозных механизмов задней тележки (промежуточного и заднего
мостов); трубопроводов и шланга между этими аппаратами. В контур
входит также трубопровод от верхней секции тормозного крана к клапану
управления тормозными механизмами с двухпроводным приводом.
Контур III привода механизмов запасной и стояночной тормозных систем, а также, комбинированного привода тормозных механизмов прицепа
(полуприцепа) состоит из части двойного защитного клапана; ресивера
с краном слива конденсата и датчиком падения давления в ресиверах; двух
клапанов контрольного вывода ручного тормозного крана; ускорительного
клапана; части двухмагистрального перепускного клапана; четырех пружинных энергоаккумуляторов тормозных камер; датчика падения давления в магистрали пружинных энергоаккумуляторов; клапана управления
тормозными механизмами прицепа с двухпроводным приводом; одинарного защитного клапана; клапана управления тормозными механизмами
прицепа с однопроводным приводом; трех разобщительных кранов трех соединительных головок; головки типа однопроводного привода тормозных
механизмов прицепа и двух головок типа «Палм» двухпроводного привода
тормозных механизмов прицепа; двухпроводного привода тормозных механизмов прицепа; пневмоэлектрического датчика «стоп-сигнала», трубопроводов и шлангов между этими аппаратами.
Пневмоэлектрический датчик в контуре установлен таким образом,
что он обеспечивает включение ламп «стоп-сигнала» при торможении
автомобиля не только запасной (стояночной) тормозной системой, но
и рабочей, а также в случае выхода из строя одного из контуров последней.
Контур IV привода вспомогательной тормозной системы и других
потребителей не имеет своего ресивера и состоит из части двойного защитного клапана; пневматического крана; двух цилиндров привода заслонок;
-332-

.2. Назна ение и типы тормозной системы. Составные асти

цилиндра привода рычага останова двигателя; пневмоэлектрического
датчика; трубопроводов и шлангов между этими аппаратами.
Питающая часть привода предназначена для создания давления воздуха и его очистки, для поддержания этого давления в необходимых пределах
(рис. 4.23).

Рис. 4.23. Питающий контур тормозного привода:
1 — компрессор; 2 — теплообменник; 3 — влагомаслоотделитель;
4 — регулятор давления; 5 — четырехконтурный защитный клапан

Контроль давления воздуха в системе пневматического привода тормозов производится регулятором давления (рис. 4.24).

Рис. 4.24. Регулятор давления воздуха

Для управления тормозами прицепа на автомобиле-тягаче имеются
одинарный защитный клапан, клапан управления тормозами прицепа
и соединительные головки.
Привод полуприцепа или прицепа имеет две соединительные головки,
два магистральных фильтра, воздухораспределительный клапан, ручной
кран стояночной системы без следящего действия, ресивер, регулятор тор-333-

ГЛАВА . МЕ АНИЗМЫ УПРАВЛЕНИЯ

мозных сил, модуляторы АБС, тормозные камеры с энергоаккумуляторами
(или без них). Соединение пневмопривода тягача и прицепа выполняют
двумя трубопроводами, которые образуют питающую и управляющую магистрали.
Сжатие воздуха для пневматического тормозного привода осуществляется компрессором, приводящимся в действие непосредственно от двигателя автомобиля. Максимальное давление, создаваемое компрессором, может
достигать 1,5 МПа. Максимальное рабочее избыточное давление воздуха
в ресиверах привода составляет 0,65–0,8 МПа и автоматически ограничивается регулятором давления.
Атмосферный воздух имеет определенный процент влажности. При
сжатии компрессором он нагревается, а при движении по трубопроводам и через аппараты привода — остывает. При этом из сжатого воздуха
выделяется влага, которая ускоряет коррозию внутренних поверхностей
системы, смывает смазку и, главное, может замерзнуть в трубопроводах
и аппаратах при отрицательной температуре, что приведет к отказу тормозов. Для удаления влаги (очистки воздуха) в питающей части привода, до
или после регулятора давления, устанавливают влагоотделители. Очистка
сжатого воздуха от влаги в них осуществляется термодинамическим или адсорбционным способом. Способ защиты — перевод конденсата в состояние
низкозамерзающей жидкости. Для этого в специальном аппарате (спиртонасытителе) — при низких температурах окружающей среды в сжатый
воздух вводят пары спирта, которые, смешиваясь с выделившейся влагой,
образуют раствор (антифриз) с низкой температурой замерзания.
Четырехконтурный защитный клапан, разделяет привод на четыре,
действующих независимо друг от друга, контура. Защитный клапан позволяет двигаться воздуху только в направлении к ресиверам, защищая запас
воздуха в ресиверах при разгерметизации на участке аппаратов подготовки
воздуха. Одновременно он защищает исправные контуры от неисправного
в случае обрыва в одном из них, не позволяя выйти воздуху в атмосферу
сразу из всех ресиверов привода. Одинарный защитный клапан отключает
привод тягача в случае разрыва питающего трубопровода прицепа. На
некоторых автомобилях вместо четырехконтурного применяют двойные
или тройные защитные клапаны аналогичного назначения. Пройдя через
четырехконтурный клапан, сжатый воздух заполняет ресиверы контуров.
Работой любого контура рабочей системы управляет одна секция
тормозного крана. Тормозной кран — это следящий аппарат, через который
воздух при торможении поступает из ресивера в рабочие аппараты. Он
управляется тормозной педалью в кабине водителя. При растормаживании
через тормозной кран воздух из привода выпускается в атмосферу. Регулятор тормозных сил и модулятор АБС корректируют давление воздуха
в контурах при торможении.
-334-

.2. Назна ение и типы тормозной системы. Составные асти

Стояночной тормозной системой управляют с помощью ручного
тормозного крана, установленного в кабине водителя. Исполнительным элементом контура являются энергоаккумуляторы. Между краном
и энергоаккумулятором размещен ускорительный клапан. Тормозной кран
уменьшает или увеличивает давление в полости ускорительного клапана,
который в соответствии с этим либо пропускает из ресивера воздух в цилиндр энергоаккумулятора, а значит, повышает в нем давление, либо для
снижения давления в цилиндре выпускает воздух из него в атмосферу.
Чтобы обеспечить быстрый выпуск воздуха из энергоаккумуляторов при
торможении, ускорительный клапан располагают максимально близко
от них. Два крайних, фиксированных, положения рукоятки соответствуют
максимальному избыточному давлению воздуха в энергоаккумуляторах
или атмосферному. При промежуточных положениях рукоятки давление
также может принимать любое промежуточное значение, что позволяет использовать данный контур в качестве контура запасной тормозной системы
и производить плавное торможение.
Контур вспомогательной системы позволяет включать в работу моторный тормоз -замедлитель. При нажатии кнопки крана воздух поступает
в пневмоцилиндры контура, а при отпускании — выходит в атмосферу. Изза малого расхода воздуха этот контур не имеет собственного ресивера.
Магистраль, питающая ресивер прицепа сжатым воздухом (питающая
магистраль), начинается от одинарного защитного клапана, а управляющая
процессом торможения прицепа — от клапана управления тормозами прицепа. Подача сжатого воздуха в ресивер прицепа производится постоянно,
независимо от того, происходит торможение автомобиля-тягача или нет.
Управляющая магистраль используется для подачи команды на прицеп о начале торможения и его интенсивности. Команда подается путем изменения
давления воздуха в управляющем трубопроводе. Чем больше давление в трубопроводе, тем интенсивнее тормозится прицеп. Максимальной интенсивности торможения соответствует максимальное давление в магистрали, при
расторможенном состоянии полуприцепа избыточное давление в магистрали отсутствует. Давление в управляющей магистрали изменяется с помощью
клапана управления тормозами прицепа. Он соединен с обоими контурами
рабочей системы через контур стояночной системы. При торможении рабочей системой тягача воздух от обоих контуров поступает в клапан, который
срабатывает и увеличивает давление в управляющей магистрали. Если выходит из строя один из рабочих контуров, торможение прицепа осуществляется
по команде от исправного контура. При торможении стояночной системой
тягача уменьшение давления в ее контуре приводит к срабатыванию клапана, и также осуществляется торможение прицепа.
Помимо штатного режима торможения клапан обеспечивает аварийное управление тормозами прицепа при разрыве питающей магистрали.
-335-

ГЛАВА . МЕ АНИЗМЫ УПРАВЛЕНИЯ

Для этого он снабжен специальным устройством обрыва, который уменьшает давление в питающей магистрали, если командное давление от контуров тягача на вход аппарата поступает, а давление на выходе аппарата не
увеличивается.
Для управления торможением прицепа его воздухораспределитель соединен с управляющей и питающей магистралями, с ресивером
и тормозными камерами. По своим функциям воздухораспределительный
клапан прицепа аналогичен тормозному крану на тягаче, но управляется
он не педалью, а командным давлением воздуха, поступающим от тягача.
В расторможенном состоянии воздух по питающей магистрали через
воздухораспределитель заполняет ресивер прицепа, при этом давление
в управляющей магистрали отсутствует. Максимальное давление воздуха
в ресивере прицепа равно максимальному давлению в ресиверах автомобиля.
При торможении автомобиля-тягача с помощью рабочей или стояночной тормозной системы, давление в управляющей магистрали увеличивается, что приводит к срабатыванию воздухораспределителя, который
подает воздух из ресивера прицепа в тормозные камеры. Когда давление
в управляющей магистрали снижается, прицеп растормаживается. Кроме
того, торможение прицепа происходит всегда при уменьшении давления
воздуха в питающем трубопроводе ниже 0,48 МПа, что может происходить
при обычной расцепке автомобиля-тягача от прицепа на стоянке или при
срабатывании клапана обрыва на тягаче. Такое затормаживание остановит
прицеп при его полном отрыве от тягача во время движения. Растормаживание осуществляется или автоматически при последующем увеличении
давления свыше 0,48 МПа, или вручную — специальной кнопкой на воздухораспределителе. Регулятор тормозных сил и модулятор АБС предназначены
для корректирования давления воздуха, поступающего от воздухораспределителя к тормозным камерам.
Торможение прицепа стояночной системой производится краном,
который выпускает воздух из энергоаккумуляторов тормозов прицепа.
Некоторые прицепы могут снабжаться электромагнитным клапаном, который служит для включения тормозной системы прицепа при торможении
автомобиля вспомогательной тормозной системой (моторным тормозомзамедлителем). При подаче электросигнала электромагнитному клапану
от тягача он обеспечивает поступление сжатого воздуха из ресивера
к тормозным камерам.
Пневмогидравлический привод является наиболее распространенным
из смешанных тормозных приводов, в которых используются два рабочих
тела. Пневмогидравлический привод имеет пневматический источник
энергии, а непосредственная передача усилия к тормозным колодкам осуществляется тормозной жидкостью под давлением. Этот тип привода поз-336-

.2. Назна ение и типы тормозной системы. Составные асти

воляет создавать большие тормозные моменты на колесах при достаточно
высоком быстродействии. Время срабатывания пневмо-гидравлического
привода в полтора-три раза меньше, чем у пневматического привода.
К недостаткам пневмогидравлического привода следует отнести большую конструктивную сложность, увеличенный объем работ по текущему
ремонту и техническому обслуживанию одного пневматического контура.
Первый гидравлический контур приводит в действие тормозные механизмы переднего и среднего мостов, второй — тормозные механизмы заднего
моста.
Главной отличительной особенностью этого привода является наличие в нем пневмогидравлических аппаратов (рис. 4.25), которые иногда
называют пневмоусилителями. Однако усилитель всегда устанавливается
параллельно основному приводу (например, вакуумный усилитель в гидроприводе тормозных механизмов, гидравлический усилитель в рулевом
управлении), а пневмогидроаппарат в приводе установлен последовательно. Он является связующим звеном пневматической и гидравлической
частей основного привода, и без него тормозной привод работать не
может. В пневмогидравлическом аппарате происходит преобразование
сравнительно невысокого давления воздуха (0,6–0,75 МПа) в достаточно
большое давление тормозной жидкости (10–15 МПа). Увеличение давления
происходит вследствие значительной разности рабочих площадей поршней
пневматической и гидравлической частей пневмогидроаппарата.

Рис. 4.25. Пневмогидравлический аппарат:
1 — бачок; 2, 5 — корпуса пневматических цилиндров; 3 — передний поршень;
4 — проставка; 6 — задний поршень; 7 — шток; 8 — стяжной болт; 9 — гайки штока;
10 — радиальное отверстие; 11 — главный гидравлический цилиндр;
12 — выключатель сигнализатора неисправности тормозной системы

-337-

ГЛАВА . МЕ АНИЗМЫ УПРАВЛЕНИЯ

Пневмогидравлический аппарат состоит из двух пневматических
цилиндров с проставкой 4, внутри которых помещены пневматические
поршни 3, 6 на общем штоке 7 с возвратной пружиной, гидравлического
цилиндра 11 с бачком 1 для тормозной жидкости, имеющего традиционную
конструкцию.
Наличие двух пневматических поршней позволяет получить необходимое давление в гидравлической части привода при сравнительно небольших габаритных размерах пневмогидравлического аппарата.
При нажатии на тормозную педаль воздух через тормозной кран поступает по трубопроводу под задний поршень 6. К другому поршню воздух
поступает по каналу и радиальным отверстиям 10 в штоке 7. Под давлением
воздуха шток с поршнями перемещается и через толкатель действует на
поршень главного гидравлического цилиндра 11, который вытесняет тормозную жидкость в тормозную магистраль.
При растормаживании воздух из пневмоцилиндров через тормозной
кран выходит в окружающую среду. Поршни главного гидравлического
цилиндра и пневмоцилиндров под действием пружин возвращаются в исходное положение.
В случае разгерметизации гидравлического контура или увеличении
зазора в тормозных механизмах ход штока 7 при нажатии на тормозную
педаль увеличится,
Что приведет к механическому замыканию контактов выключателя
12. Загоревшаяся лампочка на щитке приборов будет сигнализировать
о неисправности системы.
Наряду с пневмогидравлическим приводом в настоящее время получают распространение тормозные системы с электрогидравлическим
и электропневматическим приводом, обладающие еще большим быстродействием.
Электропневматический привод приобретает все большее распространение на длиннобазных автомобилях и автопоездах в связи с необходимостью уменьшения времени срабатывания тормозного привода и улучшения
согласованности работы тягача с прицепным средством. Наряду с очевидными функциональными преимуществами отсутствие в пневматической линии
привода многих традиционных приборов вызывает проблему обеспечения
кинематического слежения, а также распределения тормозных сил между
мостами. Поэтому для выполнения ключевых задач при управлении рабочими тормозными системами в электрическую часть комбинированного
привода вводятся электронные блоки.
Тормозная педаль устанавливается на оси, связанной с потенциометром. При нажатии на педаль электронные блоки управления БУ подают
питание на электрические клапаны модуляторов автомобиля и прицепа,
которые сообщают ресиверы с тормозными камерами автомобиля и прице-338-

.2. Назна ение и типы тормозной системы. Составные асти

па. Давление в тормозных камерах устанавливается пропорционально перемещению тормозной педали, т.е. сигналу, поступающему в электронные
блоки от потенциометра.
При неизменном положении тормозной педали давление в тормозных
камерах остается постоянным, так как клапаны модуляторов в этом случае
закрыты. Закрытие клапанов происходит по команде блоков управления
при равенстве сигналов от потенциометра педали и датчиков давления
в контурах пневмопривода. Регулирование тормозных сил между мостами
происходит также под управлением электронных блоков в зависимости
от сигналов датчиков нагрузки на каждую ось. В случае выхода из строя
электрической цепи автопоезд может быть остановлен с помощью ручного
тормозного крана.
Антиблокировочная система
Антиблокировочная тормозная система автомобиля (англ. ABS —
Antilock Brake System) дословно переводится как «антиблокировочная система тормозов» — это электрогидравлическая система активной безопасности, позволяющая сохранить управляемость и устойчивость автомобиля
при торможении за счет предотвращения блокировки колес. ABS особенно
эффективна на дорожных покрытиях с невысоким коэффициентом сцепления, а также при плохой погоде (снег, гололед, дождь и т.д.)
В состав антиблокировочной тормозной системы входят:
1. Датчики частоты вращения колес. Датчики работают на основе
эффекта Холла и установлены на ступице каждого колеса. Они определяют
скорость вращения колес и передают сигнал в блок управления АБС.
2. Блок управления. Основная функция электронного блока управления
(ЭБУ) — обеспечить работу тормозной системы в наиболее эффективном
и стабильном диапазоне, при котором тормозная сила будет максимальна,
а колеса автомобиля не будут заблокированы. Для этого блок управления
проводит непрерывные вычисления изменения скорости вращения колес
(замедления). На основании данных показателей формируются управляющие сигналы для исполнительных устройств: насоса и электромагнитных
клапанов гидравлического блока.
3. Гидравлический блок. Этот компонент ABS является исполнительным
устройством. Гидравлический блок включает в себя электромагнитные
клапаны (впускные и выпускные), гидроаккумуляторы, кулачковый насос
с электрическим двигателем, демпфирующие камеры.
Электромагнитные клапаны управляют процессом торможения,
каждый в своем контуре. Для каждого рабочего тормозного цилиндра
предполагается пара клапанов (один впускной и один выпускной). Гидроаккумуляторы предназначены для ускорения сброса давления в тормозном
-339-

ГЛАВА . МЕ АНИЗМЫ УПРАВЛЕНИЯ

контуре. Они наполняются тормозной жидкостью во время открытия выпускных клапанов. Далее в работу включается кулачковый насос, который
откачивает тормозную жидкость обратно в главный тормозной цилиндр.
Именно по этой причине при работе системы АВS водителем ощущаются
толчки в педаль тормоза. Демпфирующие камеры гасят колебания жидкости при работе системы. Так как в автомобиле два контура гидропривода
тормозной системы, в гидравлический блок, как правило, интегрируют два
аккумулятора давления и две демпфирующие камеры.
В зависимости от типа тормозных систем существуют разные
типы АБС:
1. Четырехканальная — система, в которой присутствует 4 датчика,
которые контролируют индивидуально каждое колесо, и является лучшей
и самой эффективной.
2. Трехканальная — присутствует три датчика, один на заднем мосту
и по одному на передней паре колес.
3. Двухканальная система — управляет отдельно передней и задней
осью. Гибрид между трех- и четырехканальной системами в зависимости от
количества датчиков: три или четыре.
4. Одноканальная — установлен один датчик на заднем мосту и срабатывает при блокировке двух задних колес. Входит в комплект трехканальной
системы. Самая дешевая и наименее эффективная АБС.

Рис. 4.26. Сравнительная величина тормозного пути
в различных вариантах торможения:
1 — торможение с применением АВS; 2 — торможение с полной блокировкой
колес; 3 — дозированное торможение; 4 — прерывистое торможение;
А — скорость движения автомобиля; В — суммарный путь, пройденный
автомобилем до начала эффективного торможения; С — расстояние,
пройденное автомобилем до полной остановки

-340-

.2. Назна ение и типы тормозной системы. Составные асти

Рис. 4.27. Функциональная схема ABS:
1 — датчик оборотов колеса; 2 — зубчатое колесо; 3 — контрольная лампа
тормозной системы; 4 — контрольная лампа ABS; 5 — блок управления;
6 — зубчатое колесо; 7 — датчик оборотов колеса; 8 — блок клапанов;
9 — блок гидравлики; 10 — блок клапанов EDS

Кроме перечисленного оборудования в комплект АБС могут входить
датчики и анализаторы, которые определяют состояние дорожного полотна,
угол наклона дороги, сцепление с дорогой всех колес и т.д.
Антиблокировочные системы стали сегодня основным элементом
активной безопасности каждого современного автомобиля. С использованием данных с датчиков ABS работают системы стабилизации курса,
а также ряд других активных и пассивных систем безопасности, без которых эксплуатация автомобиля была бы невозможной. Автопроизводители
сегодня постоянно совершенствуют свои системы ABS, которые становятся
всё надежнее и функциональнее.
Датчик скорости устанавливается на каждое колесо. Он фиксирует
текущее значение частоты вращения колеса и преобразует его в электрический сигнал.
На основании сигналов датчиков блок управления выявляет ситуацию
блокирования колеса. В соответствии с установленным программным обеспечением блок формирует управляющие воздействия на исполнительные
устройства — электромагнитные клапаны и электродвигатель насоса обратной подачи гидравлического блока системы.
-341-

ГЛАВА . МЕ АНИЗМЫ УПРАВЛЕНИЯ

Гидравлический блок объединяет впускные и выпускные электромагнитные клапаны, аккумуляторы давления, насос обратной подачи с электродвигателем, демпфирующие камеры. В гидравлическом блоке каждому
тормозному цилиндру колеса соответствует один впускной и один выпускной клапаны, которые управляют торможением в пределах своего контура.
Аккумулятор давления предназначен для приема тормозной жидкости при сбросе давления в тормозном контуре. Насос обратной подачи
подключается, когда емкости аккумуляторов давления недостаточно. Он
увеличивает скорость сброса давления. Демпфирующие камеры принимают
тормозную жидкость от насоса обратной передачи и гасят ее колебания.
В гидравлическом блоке устанавливается два аккумулятора давления
и две демпфирующие камеры по числу контуров гидропривода тормозов. Контрольная лампа на панели приборов сигнализирует о неисправности системы.
Принцип работы антиблокировочной системы тормозов ABS автомобиля. Работа антиблокировочной системы тормозов носит цикличный
характер. Цикл работы системы включает три фазы:
- удержание давления;
- сброс давления;
- увеличение давления.
На основании электрических сигналов, поступающих от датчиков
угловой скорости, блок управления ABS сравнивает угловые скорости колёс.
При возникновении опасности блокирования одного из колёс, блок управления закрывает соответствующий впускной клапан. Выпускной клапан при
этом также закрыт. Происходит удержание давления в контуре тормозного
цилиндра колеса. При дальнейшем нажатии на педаль тормоза давление
в тормозном цилиндре колеса не увеличивается.
При продолжающейся блокировке колеса, блок управления открывает
соответствующий выпускной клапан. Впускной клапан при этом остается
закрытым. Тормозная жидкость перепускается в аккумулятор давления.
Происходит сброс давления в контуре, при этом скорость вращения колеса
увеличивается. При недостаточной емкости аккумулятора давления, блок
управления ABS подключает к работе насос обратной подачи. Насос обратной подачи перекачивает тормозную жидкость в демпфирующую камеру,
уменьшая давление в контуре. Водитель при этом ощущает пульсацию педали тормоза.
Как только угловая скорость колеса превысит определённое значение,
блок управления закрывает выпускной клапан и открывает впускной.
Происходит увеличение давления в контуре тормозного цилиндра
колеса.
Цикл работы антиблокировочной системы тормозов повторяется до
завершения торможения или прекращения блокирования. Система ABS не
отключается.
-342-

ГЛАВА 5. ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ
АВТОМОБИЛЯ
Электрическая система автомобиля предназначена для выработки
электрической энергии и питания различных систем и устройств автомобиля.
Электрическая система автомобиля объединяет источники и потребители тока, элементы управления, электрическую проводку. Все конструктивные элементы системы объединены в единую бортовую сеть.
Источниками электрического тока в автомобиле являются аккумуляторная батарея (АКБ) и генератор. Генератор преобразует механическую
энергию от вращения коленчатого вала двигателя в электрическую и обеспечивает питание электрическим током всех потребителей и подзаряжает
аккумуляторную батарею. Аккумуляторная батарея представляет собой
химический источник тока и преобразует химическую энергию в электрическую, питает всех потребителей электрическим током при неработающем
двигателе, при работе двигателя на небольших оборотах, производит запуск
двигателя.
Аккумуляторная батарея
Образующие батарею аккумуляторы соединяются последовательно
посредством межэлементных перемычек. Напряжение одного аккумулятора — 2 В. Таким образом обеспечивается нужное напряжение на выводах
батареи. При этом отрицательный вывод одного аккумулятора соединяется
с положительным выводом соседнего аккумулятора.
Uобщ. = U1 + U2 + U3 +…

(5.1)

В зависимости от конструктивных особенностей аккумуляторные
батареи можно разделить на три типа:
- обслуживаемые;
- малообслуживаемые;
- полностью необслуживаемые.
-343-

ГЛАВА . ЛЕКТРОО ОРУДОВАНИЕ АВТОМО ИЛЯ

Рис. 5.1. Общее устройство аккумуляторной батареи:
1 — отрицательная пластина; 2 — сепаpатоp; 3 — положительная пластина;
4 — пpедохpанительная сетка; 5 — баpетка; 6 — штыpь; 7 — моноблок;
8 — уплотнительная мастика; 9 — положительный вывод; 10 — пpобка
наливного отвеpстия; 11 — межэлементная пеpемычка; 12 — кpышка;
13 — отpицательный вывод

1. Обслуживаемые аккумуляторные батареи.
Обслуживаемые аккумуляторные батареи требуют постоянного
контроля уровня электролита и его плотности. Это происходит из-за того,
что при изготовлении пластин для повышения прочности их материала
и улучшения его литьевых свойств в свинец добавляется сурьма (свыше
4,5 %). Это приводит к тому, что разложение электролита (с одновременной потерей воды) происходит при невысоких (14,3–14,4 В) напряжениях. Для компенсации расхода воды ее приходится периодически
доливать через отверстия, закрытые пробками. Если же момент резкого
снижения уровня электролита упущен, в этот момент начнется необратимая сульфатация свинца, и, как следствие, разрушение активной массы
пластин.
2. Малообслуживаемые аккумуляторные батареи.
Малообслуживаемые аккумуляторные батареи обладают как ярко
выраженными достоинствами, так и недостатками. К достоинствам можно
отнести малое потребление воды, высокую коррозионную стойкость пластин и малый саморазряд. Недостатком является необратимое образование
сульфата кальция при перезарядах (сопряженных с выкипанием электролита) и глубоких разрядах. Для уменьшения последнего явления некоторые
производители изготавливают батареи комбинированной конструкции:
-344-

ГЛАВА . ЛЕКТРОО ОРУДОВАНИЕ АВТОМО ИЛЯ

отрицательные пластины выполняются из кальциевого сплава свинца,
положительные — из малосурьмянистого (как у обслуживаемых батарей).
Подавляющее большинство АКБ, изготавливаемых отечественными производителями, являются малообслуживаемыми. В Европейских странах, как
и во всем мире, малообслуживаемые аккумуляторы вытесняются необслуживаемыми.
3. Необслуживаемые аккумуляторные батареи.
По стандартам DIN «необслуживаемость» аккумуляторной батареи
подразумевает расход воды меньше 6 г/А×ч. На практике к необслуживаемым батареям относят такие, в конструкции которых применен комплекс
решений, направленных на достижение крайне низкого темпа расхода
воды. В результате чего предполагается, что срок выкипания критичного
для работоспособности батареи объема электролита превышает срок службы батареи до ее естественного выхода из строя вследствие естественного
коррозионного разрушения решеток. Доля сурьмы в свинце пластин необслуживаемых батарей составляет менее 2,5 %.
В зависимости от добавок для материала электродов автомобильные аккумуляторы делят на:
- традиционные («сурьмянистые»);
- малосурьмянистые;
- кальциевые;
- гибридные;
- гелевые;
- щелочные;
- литий-ионные.

Рис. 5.2. Необслуживаемая аккумуляторная батарея

-345-

ГЛАВА . ЛЕКТРОО ОРУДОВАНИЕ АВТОМО ИЛЯ

1. Традиционные («сурьмянистые»).
АКБ этого типа содержат в составе свинцовых пластин ≥ 5 % сурьмы.
Часто их еще называют классическими, традиционными. Сурьму добавляют
в свинец, чтобы увеличить прочность пластин. Но из-за этой добавки резко
усиливается, ускоряется процесс электролиза, который начинается уже при
напряжении 12 В. Из-за выделяющихся газов (кислород и водород) кажется, что вода кипит. Из-за того, что вода улетучивается наружу в большом
количестве, меняется концентрация электролита и оголяются верхние края
электродов. Для компенсации «выкипевшей» воды в АКБ заливают дистиллированную воду.
АКБ с высоким содержанием сурьмы выполняют легкообслуживаемыми. Это вызвано тем, что приходится часто, не реже одного раза в месяц,
производить проверку плотности электролита и заливку дистиллированной воды.
В настоящее время АКБ данного типа редко устанавливаются на автомобили. «Сурьмянистые» батареи могут устанавливаться на стационарные
установки, где важнее неприхотливость источников питания и где нет
особых проблем с их обслуживанием. Все автомобильные аккумуляторы
изготавливаются с малым содержанием сурьмы или же совсем без нее.
2. Малосурьмянистые.
Для уменьшения интенсивности «выкипания» воды в АКБ стали
использовать пластины со сниженным количеством сурьмы (меньше
5 %). Это позволило избавиться от необходимости часто проверять уровень
электролита. Также снижается уровень саморазряда АКБ при хранении.
Такие аккумуляторы чаще всего называют малообслуживаемыми
или вовсе необслуживаемыми, подразумевая, что данные АКБ не требуют
контроля и ухода. И подразумевается, что вода в таких АКБ не испаряется,
хотя невозможно абсолютно избавиться от потерь воды из электролита,
хотя и меньших количествах, чем у обслуживаемых АКБ. Плюсом малосурьмянистой батареи является ее нетребовательность к качеству электрооборудования автомобиля. Даже при перепадах напряжения бортовой сети
характеристики данной АКБ не меняются так необратимо, как это бывает
с более современными АКБ, например, кальциевыми или гелевыми.
Малосурьмянистые аккумуляторные батареи можно рекомендовать
для легковых автомобилей российского производства, так как в отечественных автомобилях не совсем стабильно напряжения бортовой сети. Малосурьмянистые АКБ отличаются минимальной стоимостью по сравнению
с другими.
3. Кальциевые.
Аккумуляторные батареи данного типа часто имеют маркировку
«Ca/Ca», что обозначает, что пластины обоих полюсов содержат в своем
составе кальций. Также в состав пластин иногда добавляют еще и серебро
-346-

ГЛАВА . ЛЕКТРОО ОРУДОВАНИЕ АВТОМО ИЛЯ

в малых количествах, что снижает внутреннее сопротивление АКБ. Это
положительно сказывается на энергоемкости и КПД батареи.
Применение кальция позволило значительно снизить интенсивность
выделения газов и потери воды, по сравнению с малосурьмянистыми АКБ.
Потери воды за весь срок службы АКБ составляет столь малую величину, что
отпала необходимость в проверке плотности электролита и уровня воды
в банках АКБ. Кальциевые аккумуляторные батареи являются необслуживаемыми.
Кроме низкой скорости «выкипания» воды, кальциевые АКБ имеют
сниженный почти на 70 %, по сравнению с малосурьмянистыми, уровень
саморазряда. Это позволяет кальциевым батареям дольше сохранять свои
эксплуатационные свойства при долгом хранении.
Так как использование кальция вместо сурьмы позволило повысить
напряжение начала электролиза воды с прежних 12 до 16 В, перезаряд не так
страшен.
Одним из главных минусов АКБ данного типа является неприспособленность в отношении переразряда. Если их несколько раз подвергнуть
сильному разряду (достаточно 3–4 раз), как тут же необратимо снижается
уровень энергоемкости, т.е. резко уменьшается количество электрического
тока, которое батарея способна накопить. Аккумуляторную батарею в таких
случаях, как правило, просто меняют.
Кальциевые аккумуляторы чувствительны к напряжению бортовой
сети автомобиля, крайне плохо перенося резкие перепады. Еще одним минусом является более высокая цена кальциевых аккумуляторов.
Кальциевые аккумуляторные батареи можно рекомендовать для
установки на автомобили зарубежного производства, где качество и стабильность работы электрооборудования гарантировано. Кальциевая АКБ
в эксплуатации более требовательна, чем малосурьмянистая.
4. Гибридные.
Такие АКБ часто обозначают символикой «Ca+». В гибридных АКБ
пластины электродов выполнены по разным технологиям:
- положительные малосурьмянистые,
- отрицательные — кальциевые.
Это позволяет совместить положительные качества обоих типов аккумуляторных батарей. Расход воды у гибридных батарей в два раза меньше,
чем у малосурьмянистых, но все равно больше, чем у кальциевых. Зато выше
устойчивость к переразрядам и перезарядам.
По характеристикам гибридные аккумуляторные батареи находятся
между малосурьмянистыми и кальциевыми.
5. Гелевые.
Гелевые аккумуляторные батареи содержат электролит не в «классическом» жидком виде, а в связанном, гелеобразном состоянии (отсюда
название типа батареи).
-347-

ГЛАВА . ЛЕКТРОО ОРУДОВАНИЕ АВТОМО ИЛЯ

В электролит гелевых АКБ добавлена кремниевая кислота (силикагель),
превращающая его в гель. По способу отвода газов эти батареи относятся
к типу VRLA. В электролит этих батарей добавляется еще фосфорная кислота, которая существенно повышает их циклическую стойкость (количество
возможных циклов разряда и заряда) и способность к восстановлению после глубокого разряда. Эти батареи оснащаются общей крышкой, в которую
встроены несъемные пробки аккумуляторов и предусмотрен канал центральной вентиляции.
При производстве гелевых аккумуляторов также используют высокочистый свинец (99,999 %), что увеличивает эксплуатационные характеристики АКБ в несколько раз.
Гель плотно обволакивает пластины и не дают активной массе осыпаться, а его повышенное сопротивление разрядным токам не даёт образовываться «вредным» неразрушаемым сульфатам свинца.
Благодаря тому, что гель в АКБ находится фактически в зафиксированном состоянии, такие АКБ не боятся наклонов, но их нельзя держать
в перевернутом состоянии. У таких АКБ хорошая виброустойчивость, они
имеют низкую скорость саморазряда, благодаря чему их можно хранить
долгое время без критического снижения заряда. Хранить их следует
в заряженном состоянии.
Гелевые АКБ могут выдавать одинаково высокий электрический ток
вплоть до полного разряда. При этом они не боятся переразряда, полностью
восстанавливая после подзарядки свою номинальную емкость.
Но для таких АКБ недопустим ускоренный заряд — процесс зарядки
гелевых аккумуляторных батарей должен происходить гораздо меньшим
током. Для этого используются специальные зарядные устройства, предназначенные для зарядки только гелевых АКБ.
Гелевые АКБ при очень низких температурах ведут себя хуже, чем классические. Это связано с тем, что гель становится менее проводимым при
снижении температуры.
Благодаря своей абсолютной герметичности, относительной виброустойчивости и своей фактической необслуживаемости гелевые АКБ широко
применяются в престижных автомобилях зарубежного производства, что
обусловлено довольно высокой ценой этих АКБ.
6. AGM (Absorbent-Glass-Mat-Battery — абсорбирующий стекломатериал).
Гелевые и AGM аккумуляторные батареи имеют почти схожие характеристики.
В AGM аккумуляторных батареях между пластинами-электродами
находится специальный пористый материал, дополнительно удерживающий электролит и защищающий электроды от осыпания. Электролит впитывается и удерживается стекломатами. Стекломаты представляют собой
микропористый нетканый материал из переплетающихся между собой
ультратонких стекловолокон.
-348-

ГЛАВА . ЛЕКТРОО ОРУДОВАНИЕ АВТОМО ИЛЯ

Стекломаты очень хорошо впитывают и удерживают электролит. Одновременно они выполняют функции сепараторов. В батарею заливается
только то количество электролита, которое могут впитать стекломаты. Поэтому батареи типа AGM относятся к непроливаемому типу. При повреждении моноблока такой батареи возможна потеря незначительных количеств
электролита, измеряемых несколькими миллилитрами. Положительные
и отрицательные электроды изготавливаются из сплава свинца с кальцием и оловом, что позволяет уменьшить разбухание и коррозию решетки.
Активный материал изготавливается из особо чистого свинца (99,9999 %)
для устранения негативного влияния загрязнений, которые могут являться
причиной коррозии электродов и повышенного саморазряда батареи.
Удаление избыточных газов производится у них таким же образом, как
у батарей VRLA.

Рис. 5.3. Аккумуляторная батарея AGM

7. Щелочные.
В качестве электролита в аккумуляторных батареях используется
щелочь. Автомобильные щелочные АКБ бывают двух типов: никель-кадмиевые и никель-железные.
В никель-кадмиевой батарее положительные пластины покрыты гидроксооксидом никеля NiO(OH) (гидрат окиси никеля III или метагидроксид
никеля), отрицательные пластины — смесью кадмия и железа.
В никель-железной батарее положительные пластины покрыты тем
же составом, что и в никель-кадмиевой батарее - гидроксооксидом никеля.
Отрицательный электрод в никель-железном аккумуляторе выаполнен из
чистого железа. Электролитом в обоих типах аккумуляторов является раствор едкого калия КОН.
-349-

ГЛАВА . ЛЕКТРОО ОРУДОВАНИЕ АВТОМО ИЛЯ

Пластины-электроды в щелочных батареях упаковываются в «конверты» из тончайшей перфорированной металлической пластины. В эти
же конверты запрессовывается активное вещество. Это позволяет сильно
повысить виброустойчивость батарей.
В никель-кадмиевых АКБ положительных пластин на одну больше, чем
отрицательных, и находятся они по краям, соединяясь с корпусом. В никельжелезных АКБ отрицательных пластин больше, чем положительных.
Особенностью щелочных батарей является то, что в них при протекании химических реакций не расходуется электролит. По этой причине его
требуется меньше, чем в кислотных, где приходится наливать электролит
с запасом по причине его «выкипания».
Преимущество щелочных аккумуляторных батарей по сравнению
с кислотными:
- хорошая переносимость переразрядов. При этом батарея может
храниться в разряженном состоянии без потери своих характеристик, чего
нельзя сказать про кислотные АКБ;
- щелочные батареи относительно легко переносят перезаряд. Такие
АКБ лучше перезарядить, чем недозарядить;
- щелочные АКБ гораздо лучше работают в условиях низкой температуры. Это позволяет почти безотказно обеспечивать запуск двигателей в зимнее
время;
- саморазряд щелочных батарей ниже классических кислотных;
- у щелочных АКБ отсутствуют вредные испарения в сравнении с кислотными АКБ;
- щелочные АКБ накапливают больше энергии на единицу массы. Это
дает возможность дольше выдавать электрический ток (при тяговом режиме эксплуатации).
Недостатки щелочных АКБ есть и недостатки по сравнию с кислотными:
- щелочные АКБ выдают напряжение меньше, чем кислотные, из-за
чего приходится объединять большее количество «банок» для достижения
нужного напряжения. По этой причине, при одинаковом напряжении, габариты щелочного аккумулятора будут больше;
- щелочные батареи намного дороже кислотных.
Щелочные батареи в настоящее время используются чаще в качестве
тяговых аккумуляторных батарей, чем стартерных. Из-за своих габаритов
большинство выпускаемых стартерных щелочных АКБ применяются на
грузовых автомобилях.
8. Литий-ионные.
Литий-ионные аккумуляторные батареи (и ее подвиды) считаются
наиболее перспективными в качестве дополнительного источника электрического тока.
-350-

ГЛАВА . ЛЕКТРОО ОРУДОВАНИЕ АВТОМО ИЛЯ

В химических элементах этого типа носителями электрического тока
являются ионы лития. Однозначно описать материалы электродов не
представляется возможным, так как технология постоянно меняется, совершенствуется. Сначало в качестве отрицательных электродов использовался
металлический литий, но подобные АКБ оказались взрывоопасными. Далее
стал использоваться графит. В качестве материала положительных электродов раньше использовались оксиды лития с добавлением либо кобальта,
либо марганца. Однако сейчас они всё больше замещаются литий-феррофосфатными, так как новый материал оказался менее токсичным, более
дешевым и экологичным.
Достоинства литий-ионных аккумуляторных батарей:
- высокая удельная емкость (емкость на единицу массы);
- выдаваемое напряжение выше, чем у «обычных» — один элемент
питания способен выдавать около 4 В в сравнении с классическими
АКБ — 2 В;
- низкий саморазряд.
Недостатки литий-ионных аккумуляторных батарей:
- чувствительность к температуре воздуха. При отрицательных температурах способность отдавать энергию очень резко снижается;
- число зарядов-разрядов слишком мало (в среднем, около 500);
- «старение» литий-ионных АКБ. При хранении происходит постепенное уменьшение емкости. В течение 2 лет — около 20 % ёмкости;
- литий-ионные АКБ очень чувствительны к глубоким разрядам;
- недостаточная мощность для использования в качестве стартерной
батареи. Силы электрического тока, выдаваемой литий-ионным элементом,
хватает для питания электронных приборов, но ее недостаточно для пуска
двигателя.

Рис. 5.4. Индикатор состояния необслуживаемых
аккумуляторных батарей жидким электролитом

-351-

ГЛАВА . ЛЕКТРОО ОРУДОВАНИЕ АВТОМО ИЛЯ

Некоторые фирмы выпускающие необслуживающие аккумуляторные
батареи, оснащают их индикатором, по цвету которого можно судить
о степени заряженности АКБ и об уровне электролита в ней. Для предварительной оценки состояния батареи вполне достаточна индикация в одной
ячейке. Зеленый цвет индикатора свидетельствует о достаточной степени
заряженности АКБ и ее исправности, черный цвет — о недостаточной степени заряженности и необходимости ее подзаряда, желтый или бесцветный
цвет — о слишком низком уровне электролита и необходимости замены
АКБ.
Основные свойства аккумуляторной батареи:
1. Емкость аккумулятора, измеряющаяся в ампер-часах. Применительно
к маркировке аккумулятора, значение емкости показывает, каким током будет равномерно разряжаться автомобильная АКБ до конечного напряжения
при 20-часовом цикле разряда. Например, обозначение 6СТ-60 означает, что
батарея в течение 20 ч будет отдавать ток 3 А, при этом в конце напряжение
на клеммах не упадет до 10,5 В. Однако, это вовсе не означает линейную зависимость времени разряда от разрядного тока. Целый час стабильно отдавать
60 А АКБ не сможет.
Таблица 5.1
Примерное соответствие емкости АКБ
типу транспортного средства (объему двигателя)
Емкость
АКБ, А·ч

Вид транспортного средства

Объем
двигателя, л

55

Легковые автомобили

1–1,6

60

Легковые автомобили

1,3–1,9

66

Легковые автомобили

1,4–2,3

77

Грузовые автомобили (малой грузоподъемности)

1,6–3,2

90

Грузовые автомобили (средней грузоподъемности)

1,9–4,4

140

Грузовые автомобили

3,8–10,9

200

Грузовые автомобили (фуры, автопоезда)

7,5–17

Номинальная емкость АКБ напрямую связана с пусковым током: чем
она больше, тем больший электрический заряд может выдать батарея для
одномоментного запуска холодного движка. Например, при внешней температуре — 18 °С необходима емкость батареи в 40 А·ч с пусковым током
не менее 255 А (малолитражные автомобили, 1–2 л). Для двигателей на
2–3,5 л требуется пусковой ток не менее 300 А. То есть, чем пусковой ток
выше, тем выше емкость батареи, и тем дольше стартер сможет прокручивать вал двигателя при его холодном запуске.
-352-

ГЛАВА . ЛЕКТРОО ОРУДОВАНИЕ АВТОМО ИЛЯ

2. Ток холодной прокрутки. Данная величина часто именуется пусковой.
Параметр маркируется на корпусе аккумулятора рядом с показателем емкости. Для определения параметра холодной прокрутки, АКБ надо охладить
до температуры –18 °С. Затем производится ее разрядка пусковым током
на протяжении тридцати секунд. В соответствии с ГОСТ данная величина
должна составить не менее 8,4 В. После двух с половиной минут разряда
этот параметр может опуститься на уровень не ниже 6 В.
3. Величина внутреннего сопротивления. Снижается при росте показателя емкости аккумулятора. Этот параметр возрастает при падении
температуры, а также заряда устройства. При регулярном использовании
автомобиля АКБ не заряжается до конца приблизительно на 15–20 %,
поэтому рекомендуется периодически выполнять ее подзарядку. Это связано с функционированием генераторной установки. Данный узел может
вырабатывать не более 14,5 В, но необходимый заряд устройство позволяет
выдавать в случае, когда обороты коленчатого вала двигателя составляют
2 тыс. в мин.
Соответственно, процедура подзарядки оптимально выполняется при
разгоне автомобиля, либо когда он движется на высокой скорости по трассе.
В таком режиме работы полное восстановление емкости возможно только
при функционировании на протяжении двенадцати часов. Величину напряжения, которое выдает генераторный узел, повысить не получится, поскольку это приведет к началу процесса электролиза и испарению жидкости.
4. Пусковой ток (стартерный ток, ток холодного запуска) — это максимальное значение силы тока для запуска холодного двигателя от стартера.
Кроме того, с характеристиками емкости и пускового тока напрямую связана пусковая мощность — максимальная выходная мощность, которую АКБ
может выдать при внешней температуре до –180 °С в течении 30 с (единый
стандарт EN/SAE).
5. Номинальное напряжение АКБ — это суммарное напряжение всех батарей, помноженное на их количество. Эта характеристика определяет три
основных вида аккумуляторных батарей: для легкой техники и мотоциклов — 6V, для легковых автомобилей — 12V, для тяжелых грузовых автомобилей и спецтехники — 24V.
6. Резервная емкость АКБ — время, которое АКБ сможет работать без
подзарядки при нагрузке в 25 А (обычно не менее 40 мин). Это важно при
выходе генератора из строя: в морозную погоду при наличии достаточной
резервной емкости, автомобиль сможет доехать проехать до ремонта при
работающей на АКБ электросистеме.
7. Коэффициента преобразования энергии — превышение количества
энергии при зарядке АКБ над энергией при разряде. Для зарядки аккумулятора необходимо, чтобы это соотношение было 1,05–1,10 (105–110 %).
-353-

ГЛАВА . ЛЕКТРОО ОРУДОВАНИЕ АВТОМО ИЛЯ

8. Электродвижущая сила (ЭДС) аккумулятора (Е), равна разности
потенциалов «+» и «–» электродов при разомкнутой внешней цепи. Зависимость ЭДС аккумулятора от плотности электролита выражается формулой (5.2):
Е = 0,85 + γ,

(5.2)

где γ — плотность электролита, г/см .
9. Внутреннее сопротивление АКБ. Зависит от температуры электролита, степени заряженности АКБ и плотности электролита. Сопротивление
АКБ увеличивается при малой плотности электролита, при его низкой температуре, при разряженности аккумуляторной батареи.
10. Саморазряд. При отключении АКБ от разрядной цепи батарея самопроизвольно разряжается. Нормальный саморазряд новых АКБ (кроме
неообслуживаемых) при температуре электролита 20 ±5 °С не должен превышать 10 % от номинальной ёмкости. Повышенный саморазряд может
быть вызван загрязнением поверхности крышки АКБ, или применением
электролита или дистиллированной воды, содержащих вредные примеси.
Величина такого саморазряда может составлять 5–10 % в сутки. С понижением температуры электролита саморазряд уменьшается.
2

Маркировка аккумуляторных батарей
При нанесении маркировки на аккумуляторные батареи отечественные производители ориентируются на требования ГОСТ 959-Все свинцовые
АКБ, выпускаемые в России, должны соответствовать требованиям ГОСТ
Р-53165-2008. В соответствие с требованиями, обозначение типов батарей
устанавливают по количеству блоков (число блоков 4) и следующей схеме:

Рис. 5.5. Маркировка АКБ Российских производителей

Первая цифра в блоке показывает количество последовательно
соединенных аккумуляторов (банок) в составе аккумуляторной батареи.
В зависимости от этого определяется номинальное напряжение АКБ.
-354-

ГЛАВА . ЛЕКТРОО ОРУДОВАНИЕ АВТОМО ИЛЯ

Второй блок с буквами показывает назначение аккумулятора (ее функциональный признак). В данном случае, СТ стартерная батарея.
Третий блок указывает номинальную ёмкость автомобильной аккумуляторной батареи в ампер-часах.
Четвёртый блок букв или цифр указывает на исполнение АКБ:
А — пластмассовый моноблок с общей крышкой.
З — необслуживаемого исполнения, залита электролитом и полностью
заряжена.
Н — несухозаряженная батарея.
N — открытая с нерегламентированным расходом воды.
L — открытая с малым расходом воды.
VL — открытая с очень малым расходом воды.
VRLA — открытая ч регулирующим клапаном.
После обозначения типа батареи может указываться материал моноблока:
Э — эбонит; Т — термопласт.
Затем может стоять обозначение материала сепараторов:
М — мипласт; Р — мипор; П — поровинил.
Европейский стандарт маркировки АКБ
Европейский стандарт FLT (European Type Number) маркируется девятизначным номером. Первые 3 цифры обозначают номинальную емкость
АКБ, если вычесть 500, 3 последующих — конструктивные особенности
(геометрические рамеры АКБ, тип газоотвода, конструкцию крышки),
3 крайних — указывают ток холодной прокрутки.
Европейские производители также пользуются немецким самым
распространенным стандартом DIN (Deutsches Institut fur Normung). Он
подразумевает под собой маркировку АКБ с помощью 5 цифр, где первые
3 — номинальная емкость источника питания, последние цифры — обозначают конструктивные особенности (размер, расположение токовыводов,
крепление АКБ, наличие ручки и т.д.) (пятизначным).

Рис. 5.6. Маркировка АКБ европейских производителей

-355-

ГЛАВА . ЛЕКТРОО ОРУДОВАНИЕ АВТОМО ИЛЯ

Емкость АКБ = 555 – 500 = 55 А·ч.
Американские производители производят маркировку АКБ по стандарту SAE (Society of Automotive Engineers) и маркируется пятизначным номером.

Рис. 5.7. Маркировка АКБ американских производителей

Японские производители производят маркировку АКБ по внутреннему
стандарту JIS (Japanese Industrial Standarts), который обширно применяется
в Азии.
Маркируется цифрами и буквами.

Рис. 5.8. Маркировка АКБ японских производителей

На автомобилях в качестве источника электрического тока устанавливают генераторы переменного и постоянного тока. В настоящее время применяются генераторы переменного тока, так как мощность и срок службы
таких генераторов выше, они имеют мощную массу при той же мощности,
расход меди в 2–2,5 раза меньше. Возможность повышения передаточного
числа от двигателя к генератору до 2,5–3,0. В этом случае на оборотах холостого хода двигателя генератора отдает до 25–50 % своей мощности, что
улучшает условие заряда АКБ, следовательно, и его срок службы.
Генератор служит для питания электрическим током электроприборов
при работе двигателя на средних и больших оборотах, а также для подзарядки батареи аккумуляторов. Он является основным источником тока
в системе электроснабжения автомобиля. На современных автомобилях
применяют источники тока и потребители с номинальным напряжением
12 В (на легковых автомобилях) или 24 В (грузовые автомобили и автобусы).
-356-

ГЛАВА . ЛЕКТРОО ОРУДОВАНИЕ АВТОМО ИЛЯ

Рис. 5.9. Автомобильный генератор переменного тока

Действие электрогенераторов основано на явлении электромагнитной индукции. Каждый раз, когда проводник тока пересекает магнитные
силовые линии или наоборот, когда магнитные силовые линии пересекают
проводник, в нем возбуждается электрическое напряжение, величина
которого тем выше, чем больше скорость пересечения и плотность магнитного потока. Если замкнуть этот проводник, то в цепи появится электрический ток.
Принцип работы генератора и его принципиальное конструктивное
устройство одинаковы для всех автомобилей, отличаются только качеством
изготовления, габаритами и расположением присоединительных узлов.
Основные части генератора:
1. Шкив — служит для передачи механической энергии от двигателя
к валу генератора посредством ремня.
2. Корпус генератора состоит из двух крышек: передняя (со стороны
шкива) и задняя (со стороны контактных колец), предназначены для
крепления статора, установки генератора на двигателе и размещения подшипников (опор) ротора. На задней крышке размещаются выпрямитель,
щеточный узел, регулятор напряжения (если он встроенный) и внешние
выводы для подключения к системе электрооборудования.
3. Ротор — стальной вал с расположенными на нем двумя стальными
втулками клювообразной формы. Между ними находится обмотка возбуждения, выводы которой соединены с контактными кольцами. Генераторы
оборудованы преимущественно цилиндрическими медными контактными
кольцами.
Ротор является электромагнитом, имеющим одну обмотку. Она расположена на валу. Поверх обмотки прикреплён специальный сердечник, диаметр которого на полтора-два миллиметра меньше, чем диаметр стартёра.
-357-

ГЛАВА . ЛЕКТРОО ОРУДОВАНИЕ АВТОМО ИЛЯ

Подачу тока обеспечивают медные кольца. Они также находятся на валу
и соединяются с обмоткой специальными щетками.
4. Статор — пакет, набранный из стальных листов, имеющий форму
трубы. В его пазах расположена трехфазная обмотка, в которой вырабатывается мощность генератора. В общем виде статор — это узел, представляющий собой сердечник с большим количеством пазов. В большинстве
моделей генераторов таких пазов 36. В них вложены проволочные витки из
трех обмоток. Обмотки соединены между собой по схеме «звезда» или «треугольник». Сердечник или магнитопровод представляет собой монолитный
узел, изготавливается в виде окружности. Он набран из металлических
пластин. Пластины соединяются между собой при помощи заклепок или
сваркой. Чтобы повысить уровень напряженности, на статорных обмотках
при производстве пластин применяют специальное трансформаторное железо. Оно обладает усиленными магнитными характеристиками, в отличие
от «обыкновенного».
При соединении в «треугольник» ток в каждой из обмоток в 1,7 раза
меньше тока, отдаваемого генератором. Это значит, что при том же отдаваемом генератором токе, ток в обмотках при соединении в «треугольник»
значительно меньше, чем у «звезды». Поэтому в генераторах большой мощности довольно часто применяют соединение в «треугольник», так как при
меньших токах обмотки можно наматывать более тонким проводом, что
технологичнее. Более тонкий провод можно применять и при соединении
типа «звезда» В этом случае обмотку выполняют из двух параллельных
обмоток, каждая из которых соединена в «звезду», т.е. получается «двойная
звезда».
Проволока, из которой изготавливается обмотка, обеспечена двойной
термоустойчивой изоляцией. В большинстве случаев для этого используется
специальный лак.
5. Реле-регулятор. Если к источнику электричества подключить обмотку без реле-регулятора, то уровень постоянного тока будет высоким. При
помощи реле в схеме этот параметр выравнивается, чтобы не вышло из
строя электрооборудование в автомобиле. По сути, реле-регулятор автомобильного генератора представляет собой что-то вроде выключателя. Если
напряжение вырастает до 13–14 В, то прибор автоматически отключает обмотку и включит ее, когда ток будет более низким. В результате регулярные
подключения/отключения проводки позволяют генератору вырабатывать
более высокое напряжение.
6. Сборка с выпрямительными диодами — объединяет шесть мощных
диодов, запрессованных по три в положительный и отрицательный теплоотводы (диодный мост, который служит для выпрямления сгенерированной
энергии).
-358-

ГЛАВА . ЛЕКТРОО ОРУДОВАНИЕ АВТОМО ИЛЯ

Так как напряжения большие, в работу включается регулятор, элемент
моментально реагирует на изменения силы тока. Затем эта информация
отправляется к сравнивающему устройству. Оно нужно для анализа показаний и сравнения с теми, которые только-только поступили. Если напряжение автомобильного генератора низкое, то регулятор будет увеличивать
постоянный ток в схеме, тем самым повышая его до необходимого уровня.
Бортовая сеть автомобиля требует подведения к ней постоянного
напряжения. Поэтому обмотка статора питает бортовую сеть автомобиля
через выпрямитель, встроенный в генератор. Выпрямитель для трехфазной системы содержит шесть силовых полупроводниковых диодов, три из
которых соединены с выводом «+» генератора, а другие три с выводом «–»
(«массой»). Полупроводниковые диоды находятся в открытом состоянии
и не оказывают существенного сопротивления прохождению тока при
приложении к ним напряжения в прямом направлении и практически не
пропускают ток при обратном напряжении. Под термином «выпрямительный диод» не всегда скрывается привычная конструкция, имеющая корпус,
выводы и т.д. иногда это просто полупроводниковый кремниевый переход,
загерметизированный на теплоотводе.
7. Регулятор напряжения — устройство, поддерживающее напряжение
бортовой сети автомобиля в заданных пределах при изменении электрической
нагрузки, частоты вращения ротора генератора и температуры окружающей
среды.
Ни один автомобильный генератор не сможет работать без этого элемента. Он обеспечивает поддержание постоянного напряжения, которое
агрегат образовывает благодаря изменению силы тока, которое происходит
в обмотках. Если ротор будет вращаться на высокой частоте без регулятора, напряжение может достигать более двух десятков вольт. Это приведёт
к перегоранию ламп и поломке обмоток, диодов и прочих приборов.
По своей конструкции регуляторы напряжения подразделяются на
две группы:
- гибридные, сюда относятся регуляторы, в электронной схеме которых
одновременно применяются радиоэлементы и электронные приборы;
- интегральные (чаще всего используются в современных моделях
автомобилей). Все компоненты таких устройств (за исключением выходного каскада) изготовлены на основе тонкоплёночной микроэлектронной
технологии.
8. Щеточный узел — съемная пластмассовая конструкция. В ней установлены подпружиненные щетки (электрографитовые или же более
стойкие к износу — меднографитовые), контактирующие с кольцами ротора. Щеточный узел необходим для передачи напряжения к контактным
кольцам на роторе. Конструктивно в современных генераторах щеточный
узел представляет собой единый блок с реле-регулятором.
9. Защитная крышка диодного модуля.
-359-

ГЛАВА . ЛЕКТРОО ОРУДОВАНИЕ АВТОМО ИЛЯ

Работа автомобильного генератора
При включении зажигания, электрический ток из аккумуляторной
батареи через щетки и кольца поступают в обмотку возбуждения ротора
и создает магнитное поле. После пуска двигателя начинает вращаться
ротор. Магнитное поле полюсов ротора пересекает витки катушек обмотки статора, индуктируя в каждой фазе статора переменную по величине
и направлению э. д. с. (электродвижущую силу). Переменный ток, полученный в генераторе, подводится к выпрямителю, при помощи которого он
преобразуется в постоянный, затем он направляется к потребителям и на
подзарядку аккумуляторной батареи.
Вал генератора (ротора) приводится во вращение от шкива, установленного на коленчатом валу двигателя, клиновидным ремнем.
Передаточное число клиновременной передачи 1,7–2,0. При движении
автомобиля, частота вращения коленчатого вала при холостом ходе у современных двигателей составляет 500–600 об/мин, максимальная частота 4 000–
5 000 об/мин. Таким образом, кратность изменения частоты вращения
двигателя, а следовательно, и вала генератора может достигать 8–10. Напряжение генератора зависит от частоты вращения его вала. Чем выше частота,
тем больше напряжение генератора. Однако все приборы электрооборудования рассчитаны на питание от постоянного напряжения 12 В. Поддержание постоянства напряжения генератора независимо от изменения частоты
вращения и нагрузки генератора (включение потребителей) выполняет
регулятор напряжения.
При снижении частоты вращения коленчатого вала ниже 500–
700 об/мин, напряжение генератора становится меньше напряжения аккумуляторной батареи. Если его не отключать от генератора, он начнет разряжаться на генератор, что может привести к перегреву изоляции обмоток
генератора и разряду АКБ. При увеличении частоты вращения коленчатого
вала необходимо вновь включить генератор в систему электрооборудования. Включение генератора и отключение выполняет реле обратного тока.
В современных автомобилях, благодаря применению полупроводниковых
выпрямителей, обладающие свойством пропускать ток только в одном направлении от генератора к АКБ, необходимость установки реле обратного
тока отпадает.
Генераторы переменного тока обладают свойством самоограничения
максимальной силы тока при увеличении числа подключенных потребителей и возрастании частоты вращения ротора. Это происходит следующим
образом. При возрастании числа потребителей увеличивается ток обмотки
статора, а это приводит к усилению магнитного поля статора. Магнитное
поле статора направлено против магнитного поля ротора, поэтому суммарный магнитный поток уменьшается. В катушках статора наводится
-360-

ГЛАВА . ЛЕКТРОО ОРУДОВАНИЕ АВТОМО ИЛЯ

меньшая э. д. с., поэтому максимальная сила тока, отдаваемая генератором,
ограничивается.
При возрастании частоты вращения ротора увеличивается частота
переменного тока в обмотке статора. Вследствие этого возрастает индуктивное сопротивление обмотки статора, что также ведет к ограничению
максимальной силы тока генератора.
Потребители электрического тока
Потребители или источники тока могут быть соединены между собой
последовательно или параллельно. При последовательном соединении
отрицательный полюс одного источника тока соединяется с положительным полюсом другого. В результате такого соединения общее напряжение
будет равно сумме напряжений всех источников тока. При параллельном
соединении источников тока соединяют между собой одноименные полюса — положительные с положительными, отрицательные с отрицательными. При таком соединении общее напряжение будет таким же, как у одного
источника тока, а сила тока увеличится во столько раз, сколько источников
тока соединены между собой.
При последовательном соединении потребителей весь ток проходит
через каждый потребитель. Если выйдет из строя один из потребителей,
обесточивается вся цепь. При параллельном соединении ток, разветвляясь,
поступает к каждому потребителю отдельно. В этом случае выход из строя
любого потребителя не повлияет на работоспособность остальных.

Рис. 5.10. Потребители электрического тока

-361-

ГЛАВА . ЛЕКТРОО ОРУДОВАНИЕ АВТОМО ИЛЯ

Основные потребителями электрического тока в автомобиле являются:
1. Внешние световые приборы (ВСП):
- габаритные огни — спереди белого цвета, сзади красного цвета, немигающие;
- освещение заднего номерного знака — белого цвета, сзади, включается вместе с включением габаритных огней;
- фары ближнего и дальнего света. Цвет белый. Включаются поочередно (сначала ближний, затем дальний), только после включения габаритных
огней. Могут быть отдельными, объединенными в одну блок-фару, а также
быть совмещенными в одной лампе, с разными нитями освещения;
- световые указатели поворота. Оранжевого цвета, мигающие, расположены спереди, сзади и по бокам автомобиля. Могут выполнять дополнительную функцию — аварийная сигнализация, когда мигают одновременно
все шесть световых указателей поворота;
- фонари сигналов торможения — сзади, два, немигающих, красного цвета;
- фонари заднего хода — сзади, один или два белого цвета, немигающие.
Дополнительно на автомобилях могут быть установлены противотуманные фары — спереди две, белого цвета, немигающие. Задний противотуманный фонарь, один, красного цвета, немигающий.

Рис. 5.11. Задний фонарь (А) и блок-фара (Б):
1 — стоп — сигнал; 2 — световозвращатель; 3 — фонарь заднего хода;
4 — габаритный фонарь; 5 — указатель поворота; 6 — корпус;
7 — отражатель; 8 — рассеиватель; 9 — лампа ближнего/дальнего света;
10 — лампа габаритного света; 11 — лампа указателя поворота

Блок-фара состоит из корпуса, отражателя и рассеивателя. Внутри нее
в специальном гнезде установлена лампа, имеющая два режима работы —
-362-

ГЛАВА . ЛЕКТРОО ОРУДОВАНИЕ АВТОМО ИЛЯ

ближнего и дальнего света фар. Управление режимами работы фар производится из салона автомобиля с помощью переключателя. Также в фаре
находится лампа габаритного света, которая включается для обозначения
размеров машины. В этом же общем корпусе расположена и лампа указателя поворота.
2. Контрольно-измерительные приборы:
- спидометр;
- указатель уровня топлива;
- указатель температуры охлаждающей жидкости;
- указатель давления масла;
- указатель заряженности аккумуляторной батареи;
- лампа (лампы в виде стрелок), сигнализирующая о включении световых указателей поворота (мигает);
- лампа, сигнализирующая о включении габаритных огней (ближнего света);
- лампа, сигнализирующая о включении дальнего света;
- лампа, сигнализирующая о включении стояночного тормоза (мигает)
и неисправности тормозной системы (горит).

Рис. 5.12. Приборная доска:
1 — контрольные лампы; 2 — суточный счетчик пройденного пути; 3 — указатель
температуры охлаждающей жидкости; 4 — вольтметр; 5 — счетчик пройденного
пути; 6 — спидометр; 7 — эконометр; 8 — указатель уровня топлива

3. Дополнительные оборудование — электрические устройства (приборы освещение салона, багажника и капота, звуковой сигнал, радиоприемник, стеклоочистители и др.).
4. Система пуска двигателя. Она обеспечивает пуск двигателя с помощью стартера, приводящего во вращение маховик кривошипно-шатунного
механизма (включает в себя стартер, замок зажигания, реле включения
стартера).
Стартер (рис. 5.13) представляет собой электрический двигатель постоянного тока, который служит для запуска двигателя автомобиля. Поворотом
-363-

ГЛАВА . ЛЕКТРОО ОРУДОВАНИЕ АВТОМО ИЛЯ

ключа в замке зажигания в положение «запуск» двигателя, электрический
ток через реле подается от аккумуляторной батареи на обмотки стартера,
и двигатель запускается.

Рис. 5.13. Система пуска двигателя. Стартер:
1 — корпус стартера; 2 — вал якоря стартера; 3 — шестерня привода с муфтой
свободного хода; 4 — рычаг привода шестерни; 5 — обмотки тягового реле;
6 — якорь тягового реле; 7 — контактная пластина; 8 — контактные болты;
9 — обмотки стартера; 10 — якорь стартера; 11 — коленчатый вал двигателя;
12 — зубчатый венец маховика

Втягивающее (или тяговое) реле используется для передачи питания
от замка зажигания к электродвигателю стартера, выполняя при этом еще
одну немаловажную задачу — выталкивание обгонной муфты. В задней
части корпуса втягивающего реле размещаются силовые контактные
пластины, а также выполненный из мягких материалов подвижный контакт-перемычка. С помощью гаек, к контактам присоединяются силовые
провода, идущие от аккумуляторной батареи и «плюсовых» щеток стартера.
Сердечник тягового реле и обгонная муфта («бендикс») соединяются между
собой посредством подвижного «коромысла». Обгонная муфта (бендикс)
является подвижным роликовым механизмом, закрепленным на валу
якоря. Одной из основных его задач — передача крутящего момента на
венец маховика, с использованием для этих целей специальной шестерни
зацепления. После осуществления запуска двигателя он рассоединяет венец
маховика и приводную шестерню, тем самым обеспечивая стабильную работу и сохранность стартера. Вся конструкция собрана таким образом, что
при передаче крутящего момента к «бендиксу» в одну сторону, находящиеся в сепараторе ролики, выходят из пазов и жестко фиксируют шестерню
к наружной обойме. Когда же происходит вращение в противоположную
-364-

ГЛАВА . ЛЕКТРОО ОРУДОВАНИЕ АВТОМО ИЛЯ

сторону, ролики «прячутся» в сепаратор и шестерня может вращаться вне
зависимости от наружной обоймы.
5. Система зажигания.
Система зажигания предназначена для воспламенения топливно-воздушной смеси бензинового двигателя. Воспламенение смеси происходит от
искрового разряда свечи зажигания.
В общем виде система зажигания автомобиля представляет собой
комплекс из приборов и устройств, которые работают на обеспечение своевременного появления электрического разряда, воспламеняющего смесь
в цилиндрах двигателя.
В зависимости от способа управления процессом зажигания различают
следующие типы систем зажигания: контактная, бесконтактная (транзисторная) и электронная (микропроцессорная).
Контактная система зажигания в настоящее время является устаревшей схемой воспламенения топливной смеси. Отличительной особенностью системы является создание высокого напряжения, вплоть до 30 000 В на
электродах свечей зажигания. Создает такое высокое напряжение катушка
зажигания, которая соединена с распределительным механизмом. Импульс
на катушку передается благодаря специальным проводам, соединенным
с контактной группой. При размыкании кулачков происходит формирование разряда и искры. Устройство также выполняет роль синхронизатора,
так как момент образования искры должен совпадать с нужным моментом
такта сжатия в цилиндрах двигателя. Данный параметр устанавливается
посредством механической регулировки и сдвига искры на более раннюю
или позднюю точку.

Рис. 5.14. Контактная система зажигания

-365-

ГЛАВА . ЛЕКТРОО ОРУДОВАНИЕ АВТОМО ИЛЯ

Механический прерыватель-распределитель зажигания осуществляет
непосредственное управление процессом накопления (первичной цепью)
и отвечает за замыкание/размыкание питания первичной обмотки. Пластичная пружина подвижного контакта прижимает его к недвижимому
контакту. Их размыкание выполняется только на короткий срок, в момент,
когда набегающий кулачок валика привода оказывает давление на молоточек подвижного контакта. Параллельно контактам включен и конденсатор,
который предотвращает их обгорание в момент размыкания; кроме того,
конденсатор создает в цепи низкого напряжения обратный ток, что положительно влияет на скорость исчезновения магнитного поля. Чем быстрее это
произойдет, тем больший ток появится в цепи высокого напряжения. Если
конденсатор выйдет из строя — двигатель не сможет нормально работать,
так как силы напряжения во вторичной цепи не хватит, чтобы обеспечить
стабильное искрообразование. Основное назначение центробежного регулятора опережения зажигания — изменения момента образования искры
в соответствии со скоростью вращения коленчатого вала. Менять момент
возникновения искры между электродами свечей способен и вакуумный
регулятор опережения зажигания, только он делает это в зависимости от
нагрузки на двигатель автомобиля.
Если механический прерыватель оборудован транзисторным коммутатором, то в этом случае он управляет только ним, а тот, в свою очередь,
отвечает за управление процессом накопления энергии. Такая конструкция существенно превосходит аналогичные устройства без транзисторного коммутатора, так как здесь контактный прерыватель более надежный,
чему способствует протекание сквозь него электрического тока меньшей
силы, а значит, пригорание контактов во время размыкания практически полностью исключается. Соответственно, конденсатор, параллельно
подключенный к контактам прерывателя, здесь не нужен. Системы
с транзисторным коммутатором, оборудованные бесконтактным датчиком
(импульсным генератором), могут быть индуктивного типа, основанными
на эффекте Холла или относиться к оптическому типу. В данном случае
место механического прерывателя занимает импульсный датчик-генератор с преобразователем сигналов, который посредством транзисторного
коммутатора осуществляет управление накопителем энергии. Как правило, датчик-генератор расположен внутри распределителя, конструкция
которого ничем не отличается от конструкции аналогичной детали
в контактной системе, поэтому указанный узел получил название «датчика-распределителя».
Одна из вариаций такой системы, оборудованная распределителем механического вида и катушкой зажигания, размещенной отдельно от распределителя и коммутатора, называется «бесконтактной системой зажигания».
-366-

ГЛАВА . ЛЕКТРОО ОРУДОВАНИЕ АВТОМО ИЛЯ

Существует много ее вариантов, предусматривающих применение одного
или нескольких соответствующих датчиков. Также, на основе управления
зажиганием выделяют еще один вариант систем — микропроцессорные
системы зажигания, которые оборудованы микропроцессорным блоком
зажигания (или блоком управления работой двигателя с подсистемой управления зажигания), а также имеют датчики и коммутатор. В таком случае,
блок управления получает данные о работе силового агрегата (количестве
оборотов, положении коленчатого вала, положении распределительного
вала, нагрузках на двигатель и температуре охлаждающей жидкости) от
датчиков, и уже исходя из результатов их алгоритмической обработки, осуществляет управление коммутатором, который, в свою очередь, управляет
накопителем энергии.

Рис. 5.15. Электронная система зажигания:
1 — бесконтактный датчик; 2 — датчик — распределитель; 3 — свечи
зажигания; 4 — коммутатор; 5 — катушка зажигания; 6 — монтажный блок;
7 — реле зажигания; 8 — выключатель зажигания

Процесс регулировки опережения зажигания реализован в блоке
программированного управления. В системе зажигания электронного типа,
в роли устройства управления накопителем энергии, выступает электронный блок управления (ЭБУ), который является главной составной частью
такой системы. Его работа базируется на сборе информации, получаемой от
различных датчиков (положения коленчатого вала, положения распределительного вала, датчика детонации, датчика угла открытия дросселя), на расчете оптимального момента зажигания и времени зарядки катушки, а также
через коммутатор — он отвечает за управление первичной цепью катушки.
На выпускаемых автомобилях блок управления зажиганием объединен
-367-

ГЛАВА . ЛЕКТРОО ОРУДОВАНИЕ АВТОМО ИЛЯ

с блоком, отвечающим за впрыск топлива. Накопители энергии, которые,
в зависимости от типа системы, могут разделяться на две группы:
1) с накоплением энергии в катушке (катушках) зажигания, где энергия собирается в первичной обмотке, а при размыкании первичной цепи, во
вторичной образуется высокое напряжение, подающееся впоследствии на
свечи зажигания. Такой вариант системы наиболее распространен;
2) с накоплением энергии в конденсаторе, после чего, в нужный
момент, она проходит через катушку зажигания. Во второй цепи также
проходит индуцирование высокого напряжения, которое позже подается
на свечи. Такая система хотя и не часто, но встречается на автомобилях,
но большее распространение она получила на мотоциклах, гидроциклах
и скутерах. Ее главная отличие в том, что энергия искры не зависит от
оборотов двигателя.
Системы, обладающие механическим распределителем энергии, как
правило, работают посредством трамблера (прерывателя-распределителя),
который и распределяет напряжение по свечам цилиндров силового агрегата. В системах зажигания контактного типа он объединен с прерывателем,
а в бесконтактных — с импульсным датчиком. В более модернизированных
системах трамблер либо вообще отсутствует, либо совмещен с катушкой
зажигания, коммутатором и датчиками различных систем (CID, HEI, CIC).
Системы, основывающиеся на статическом распределении энергии,
пришли на смену классическому распределителю. Они получили свое название из-за того, что у них отсутствуют движущиеся части, которые обычно входят в конструкцию распределителя. Системы такого рода обозначают
аббревиатурой DLI (DistributorLess Ignition) и DIS (DistributorLess Ignition
System), что означает «система без распределителя», и DI (Direct Ignition),
подразумевающие «систему прямого, или непосредственного зажигания».
DLI — имеет отношение ко всем системам без высоковольтного распределителя; DI — относится только к тем, в которых присутствуют индивидуальные
катушки, а DIS — это системы синхронного зажигания, обладающие двухвыводными катушками.
Свечи зажигания применяются с целью создания искрового разряда
и последующего воспламенения рабочей смеси, находящейся в камере
сгорания. Свечи зажигания располагаются в головке цилиндра, и как только
на них попадает импульс тока высокого напряжения, между их электродами
проскакивает искра, воспламеняющая рабочую смесь. На большинстве
транспортных средств обычно установлено по одной свече в каждый цилиндр, но иногда встречаются и более сложные системы, обладающие двумя
свечами, причем они не всегда срабатывают одновременно. Например, при
малых оборотах двигателя сначала срабатывает та свеча, которая находится
ближе к впускному клапану, а за ней вторая, которая обеспечивает более
быстрое и полное сгорание (догорание) топливовоздушной смеси.
-368-

ГЛАВА . ЛЕКТРОО ОРУДОВАНИЕ АВТОМО ИЛЯ

Несмотря на то, к какому типу относится та или иная система зажигания, все они имеют несколько общих рабочих этапов, предусматривающих
накопление нужного заряда, его высоковольтное преобразование, распределение, образование на свечах искр и возгорание топливной смеси.
Наилучшим вариантом принято считать электронную систему зажигания, где всем рабочим процессом (подачей искры и ее распределением по
свечам) управляет электроника.
Главным принципиальным отличием дизельного двигателя от бензинового является способ приготовления рабочей горючей смеси и дальнейшего ее воспламенения. В большинстве бензиновых двигателей рабочая
смесь приготавливается во впускном тракте. Хотя в некоторых бензиновых
двигателях смесь образуется, как и в дизеле непосредственно в цилиндрах.
Воспламенение горючей смеси в бензиновом двигателе происходит в нужный момент от электрического пробоя (искры).
В дизельном двигателе воздух подается в цилиндр отдельно от топлива
и затем сжимается при прохождении поршня от нижней мертвой точки до
верхней (конец такта сжатия). Из-за высокой степени сжатия в дизельном
двигателе, воздух от сжатия нагревается до температуры свыше 900 °С.
Затем топливо под очень высоким давлением (которое создает топливный
насос высокого давления — ТНВД) посредством форсунки впрыскивается
в камеру сгорания в распыленном до мельчайших частиц состоянии. Топливо смешивается с воздухом, и, так как температура воздуха очень высокая,
происходит самовоспламенение и сгорание топливовоздушной смеси. При
сгорании смесь выделяет энергию, которая движет поршень вниз (рабочий ход).
Из-за указанных различий в самом процессе воспламенения бензинового и дизельного топлива в двигателе, можно отметить разницу и в строении зажигания. Такой системы зажигания, как в бензиновом автомобиле,
в дизельном автомобиле нет. И что касается дизельного двигателя, установка на нем зажигания — это выбор угла опережения впрыска топлива,
который зависит от давления топлива внутри корпуса ТНВД и степени
износа волнового профиля шайбы. При неправильном положении такого
угла опережения впрыска топлива, его впрыск будет несвоевременным
и, как следствие, топливо не будет полностью сгорать.

-369-

ГЛАВА 6. КУЗОВ АВТОМОБИЛЯ.
ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМЫ
ПАССИВНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
6.1. НАЗНАЧЕНИЕ, ОБЩЕЕ УСТРОЙСТВО
И ОБОРУДОВАНИЕ КУЗОВА
Кузов грузовых автомобилей служит для размещения в нем перевозимого груза, а кузов автобусов и легковых автомобилей, а также кабина
грузовых автомобилей — для размещения пассажиров и водителя.
Кузов грузового автомобиля включает в себя кабину с оперением
и сам грузовой кузов. Типы кабин грузовых автомобилей представлены на
рис. 6.1. Одноместные кабины могут быть у карьерных автосамосвалов или
автокранов.

Рис. 6.1. Типы кабин грузовых автомобилей

Преимущества и недостатки компоновочных решений грузовых
автомобилей:
1. Капотная компоновка (двигатель над передней осью, кабина за двигателем, например, автомобили семейства КрАЗ).
-370-

.1. Назна ение общее устройство и оборудование узова

Преимущества:
- удобный доступ к узлам силового блока;
- хорошая развесовка по осям (у груженого около 30 % веса приходится
на передний мост);
- удобное расположение кабины для доступа водителем.
Недостатки:
- недостаточно большой кузов;
- ограниченная обзорность.

Рис. 6.2. Компоновка грузовых автомобилей

2. Короткокапотная компоновка (двигатель над передней осью, кабина
надвинута на двигатель, например, автомобили семейства ЗиЛ).
Преимущества:
- увеличение площади грузовой платформы;
- достаточный доступ к силовому агрегату;
- хорошая развесовка по осям;
- уменьшение длины автомобиля.
Недостатки:
- ухудшен доступ к задней части двигателя и к сцеплению;
- пол кабины поднялся и доступ в кабину затруднился.
3. Бескапотная компоновка (кабина над двигателем, двигатель над
передней осью, например, автомобиль ГАЗ-66).
Преимущества:
- увеличение площади грузовой платформы;
- хорошая обзорность.
Недостатки:
- перегружена передняя ось (это может быть полезным для автомобилей повышенной проходимости);
-371-

ГЛАВА . КУЗОВ АВТОМО ИЛЯ. ЛЕМЕНТЫ СИСТЕМЫ...

- очень высоко расположена кабина, что значительно затрудняет
доступ;
- двигатель в кабине (шум, вибрации, запахи, температура, затрудняет
установку третьего сидения);
- трудный доступ к силовому агрегату (требуется откидывать вперед
кабину, что в свою очередь усложняет конструкцию рулевого вала и приводов управления сцеплением и коробкой передач);
- повышенная лобовая площадь из-за высокой кабины.
Это компоновочное решение считается мало приемлемым в силу большого количества недостатков.
4. Бескапотная компоновка (двигатель сдвинут назад, кабина выведена
перед передней осью, например, автомобили семейства КамАЗ).
Преимущества:
- максимальная обзорность;
- наибольшая площадь грузовой платформы;
- удобная для водителя и пассажиров кабина.
Недостатки:
- перегружена передняя ось (если она не ведущая, то значительно снижается проходимость по бездорожью);
- усложнен привод органов управления;
- кабина находится в зоне повышенных вертикальных колебаний на
подвеске.
В качестве кузова на грузовых автомобилях может быть установлен
кузов общего назначения или специальный.
Кузов общего назначения предназначен для перевозки различных
грузов, кроме жидких без тары. Он выполняется в виде бортовой деревометаллической или металлической платформы, которая состоит из основания
и пола бортов.
Универсальный кузов грузового автомобиля (рис. 6.3) состоит из пола,
неподвижного переднего борта, вертикальными стойками соединенного
с основанием кузова, и трех откидных бортов, связанных с днищем кузова
петлями. Планки 6, скрепляющие доски бортов, могут поворачиваться на
петлях 7. В верхней части борта скрепляются между собой затворами 3,
конструкция которых не допускает самопроизвольного открытия бортов.
Доски пола соединены поперечинами 4, которые стремянками 8 стянуты
с продольными брусьями 12 и балками рамы. Продольные брусья дополнительно скреплены с рамой стремянками 2.
Специальный кузов предназначен для перевозки грузов только определенного вида. К таким кузовам относятся цистерны, самосвальные кузова
и фургоны.
Грузовые кузова-цистерны предназначены для перевозки и временного хранения жидких, газообразных и сыпучих грузов. Цистерны снабжаются
-372-

.1. Назна ение общее устройство и оборудование узова

насосами, клапанами, шлангами и другим необходимым технологическим
оборудованием.

Рис. 6.3. Кузов грузового автомобиля:
1 — пол кузова; 2 и 8 — стремянки; 3 — затвор; 4 — поперечина;
5 и 10 — боковые борта; 6 — планка; 7 — петля; 9 — задний борт;
11 — передний борт; 12 — продольный брус

Цистерны выполняются сварными из листовой стали, а также из алюминиевых сплавов и пластмасс. Цистерна для перевозки нефтепродуктов
(рис. 6.4) сварная.

Рис. 6.4. Кузов — цистерна для перевозки нефтепродуктов:
1 — цистерна; 2 — патрубок; 3, 6 — крышки; 4 — угольник; 5 — кронштейн;
7 — клапан; 8 — поплавок; 9 — горловина; 10 — подножка; 11 — трубка; 12 — шкаф;
13, 14, 16 — трубопроводы; 15 — волнорез; 17, 19 — опоры; 18 — указатель уровня

-373-

ГЛАВА . КУЗОВ АВТОМО ИЛЯ. ЛЕМЕНТЫ СИСТЕМЫ...

Днища цистерны выполняют гофрированными. В верхней части
цистерны 1 приварена горловина 9 с крышкой 3. Кронштейн 5 внутри
горловины является упором поплавка 8 ограничителя наполнения цистерны. Закрепленный в горловине угольник 4 служит указателем верхнего
максимального уровня нефтепродукта в цистерне. Крышка горловины
имеет наливной люк, закрываемый крышкой 6, а также два дыхательных
клапана 7, сообщающих полость цистерны с окружающей средой. Крышка
наливного люка запирается с помощью винтового запора. Крышка люка
и дыхательные клапаны уплотняются резиновыми прокладками.
Подножка 10 служит для удобства работы на крышке горловины. Волнорезы 15, расположенные внутри цистерны, предназначены для уменьшения
нагрузки на днища цистерны при разгонах и торможениях автомобиля.
Всасывающие и нагнетательные трубопроводы 16, 14 и 13 закреплены
на кронштейнах. Воздушная трубка 11 служит для отвода воздуха и паров
нефтепродукта из пространства около днищ при заполнении цистерны
и ее продольных наклонах во время движения. К переднему днищу цистерны приварен патрубок 2 для крепления поплавкового указателя 18 уровня
нефтепродукта. Опора 17 служит для предохранения поплавка указателя
уровня от повреждений. Шкаф 12, приваренный к заднему днищу цистерны,
используется для размещения аппаратуры и трубопроводов гидросистемы
цистерны. В нижней части находится отстойник для сбора механических
примесей и воды, слив которых производится через специальный патрубок
отстойника. Цистерна устанавливается на раму автомобиля на опорах 19.
Самосвальные кузова (рис. 6.5) предназначены для перевозки сыпучих
и полужидких грузов, а также грузов, не требующих осторожности при разгрузке. Эти кузова выполняются цельнометаллическими. В бортах данных
кузовов иногда делают каналы для прохода отработавших газов для предотвращения примерзания влажных грузов.
На автомобилях-самосвалах в основном применяют подъемные механизмы с гидравлическим приводом от двигателя автомобиля.
При этом возможны два варианта конструкции подъемного механизма: с качающимися цилиндрами и шарнирным соединением штоков
с днищем платформы кузова и с качающимися цилиндрами и рычажнобалансирной системой воздействия на платформу кузова.
При работе подъемного механизма часть мощности двигателя (через
коробку отбора мощности, масляный насос, кран управления, обратный
клапан, цилиндр подъемного механизма) передается платформе кузова
автомобиля-самосвала.
Наибольшее распространение получили самосвальные установки, выполненные по схеме, показанной на рис. 6.5, а. Платформа 1 разгружается
на одну сторону — назад; гидроцилиндр 2 расположен под платформой
и передает усилие непосредственно на ее основание. По этой схеме выпол-374-

.1. Назна ение общее устройство и оборудование узова

няются самосвальные установки автомобилей-самосвалов ЗИЛ-ММЗ-555,
ЗИЛ-ММЗ-4502, МАЗ-503А и др.

Рис. 6.5. Основные виды самосвальных установок:
1 — грузовая платформа; 2 — гидроцилиндр;
3 — система рычагов гидроцилиндра

Самосвал, выполненный по схеме, приведенной на рис. 6.5, б, имеет
также разгрузку платформы 1 назад, но гидроцилиндр 2 размещен между
кабиной и платформой и воздействует на передний ее борт. Такая схема
применяется на самосвалах, имеющих шасси с расположением кабины над
двигателем и привод только на задние колеса (4×2 и 6×4). При компоновке
таких самосвалов для обеспечения рационального распределения полной
нагрузки по мостам приходится существенно смещать центр тяжести платформы назад. При этом неизбежно образуется зазор между кабиной и платформой, в котором легко может быть размещен гидроцилиндр. По такой
схеме выполняются самосвальные установки автомобилей КамАЗ-55111,
КрАЗ-6505. При переднем расположении гидроцилиндра может быть обеспечена только односторонняя разгрузка платформы назад.
На рис. 6.5, в показана самосвальная установка для разгрузки платформы на три стороны, гидроцилиндр 2 расположен под платформой 1.
Эта самосвальная установка обеспечивает наибольшую универсальность
автомобиля-самосвала: он может работать как тягач с прицепом-самосвалом (разгрузка на боковую сторону), так и одиночно (разгрузка назад
и на боковую сторону). По такой схеме выполняются самосвалы ЗИЛ-ММЗ554М, ЗИЛ-ММЗ-4504, КАЗ-4540. На этих самосвалах платформа имеет
прямоугольную форму и три открывающихся борта (два боковых и задний).
На схеме, приведенной на рис. 6.5, е, представлена самосвальная
установка с рычажной системой подъема платформы назад и поршневым
гидроцилиндром. Усилие гидроцилиндра передается не непосредственно
на днище платформы, а через систему рычагов 3.
Описанные принципиальные схемы самосвальных установок применяются на шасси как грузовых автомобилей, так и полуприцепов и прицепов.
-375-

ГЛАВА . КУЗОВ АВТОМО ИЛЯ. ЛЕМЕНТЫ СИСТЕМЫ...

Рис. 6.6. Грузовая платформа автомобиля-самосвала КамАЗ-6520

Конструкция кузова автомобиля существенно влияет на безопасность
дорожного движения. В смысле обеспечения активной безопасности большое значение имеют: хорошая обзорность с места водителя во всех направлениях, величина поверхности очистки лобового стекла, предохранение от
запотевания и обмерзания стекол, удобства посадки водителя снижающее
его утомляемость.
К конструктивным мерам пассивной безопасности можно отнести:
наличие и эффективность ремней безопасности, безосколочные стекла,
конструкцию панелей и приборов с повышенной энергопоглощающей
способностью, утопленными кнопками управления и другими деталями;
конструкции, обеспечивающие возможность эвакуации человека из аварийного автомобиля, высокая прочность пассажирского салона кузова,
огнестойкость конструкции.

Рис. 6.7. Виды самосвальных кузовов

Кузова автобусов могут быть одно- и двухэтажными, открытыми
и закрытыми. Современные автобусы большей частью имеют цельнометаллические каркасные кузова вагонного типа, которые позволяют наиболее
рационально использовать площадь салона для размещения пассажиров.
-376-

.1. Назна ение общее устройство и оборудование узова

Городские автобусы имеют два ряда сидений, центральный проход значительной ширины и широкие двери, обеспечивающие быстрый и удобный
вход и выход пассажиров.
Пригородные автобусы отличаются от городских большим числом
мест для сидения. В международных и туристических автобусах, предназначенных для круглогодовых перевозок пассажиров в любое время года
на дальние расстояния, для удобства пассажиров устанавливаются регулируемые сиденья, предусматриваются улучшенные вентиляция и отопление,
пассажирское помещение радиофицировано, имеются багажные отделения.
Несущие кузова автобусов по конструктивным элементам подобны кузовам
легковых автомобилей, но имеют существенные отличия. В автобусных кузовах чаще, чем в кузовах легковых автомобилей, используется алюминий
в виде листов и различных профилей. Соединение элементов кузова между
собой обычно осуществляется заклепками.
Каркас кузова автобуса (рис. 6.8) состоит в основном из продольных
и поперечных элементов, к которым заклепками или точечной сваркой (при
стальных деталях) прикрепляются наружные панели, часто представляющие
собой плоские листы металла. Поперечные элементы каркаса, образующие
жесткую рамку, называются шпангоутами, продольные элементы каркаса
— стрингерами. Несущая конструкция автобуса, каркас кузова которого
состоит из жестких шпангоутов и соединяющих их стрингеров, образует
конструкцию, имеющую высокие показатели жесткости (каркасный кузов).
Из-за наличия пассажирских дверей силовая схема автобусного кузова
обычно не симметрична, и для придания всей структуре необходимой
жесткости дверные проемы усиливаются по периметру дополнительными
деталями. Основание автобусного кузова, как правило, выполняется в виде
самостоятельно работающей системы, на которую устанавливается каркас
кузова, который в этом случае воспринимает относительно небольшую
нагрузку. Такое основание называется несущим или интегральным. Интегральное основание позволяет вносить изменения в конструкцию кузова
и выпускать одновременно автобусы с различными кузовами. Пространство
между отдельными элементами интегрального основания используют для
размещения топливных баков, ресиверов пневмосистемы, аккумуляторных
батарей и других устройств, а на междугородних и туристских автобусах —
для размещения багажа.
В целях унификации некоторые автобусы изготавливают путем установки пассажирского салона на шасси грузового автомобиля. Но такое
компромиссное решение для автобуса не является оптимальным из-за
уменьшения пассажировместимости (много места занимает капот). Наилучшей для автобуса является вагонная компоновка. Автобусы вагонной
компоновки различают по расположению двигателя.
-377-

ГЛАВА . КУЗОВ АВТОМО ИЛЯ. ЛЕМЕНТЫ СИСТЕМЫ...

Рис. 6.8. Каркас кузова автобуса:
1 — основание; 2 — боковина; 3 — задняя часть каркаса;
4 — крыша; 5 — передняя часть каркаса

1. По переднему расположению двигателя.
В таких решениях двигатель занимает много места, отнимая его у пассажиров. Водитель испытывает неудобства, сидя рядом с двигателем (шум,
вибрации, газы, повышенная температура и т.д.).

Рис. 6.9. Переднее расположение двигателя

2. По расположению двигателя под полом.

Рис. 6.10. Расположение двигателя под полом

-378-

.1. Назна ение общее устройство и оборудование узова

Двигатель расположен под полом. Двигатель плоский (оппозитный или
рядный, повернутый набок). Несмотря на это, пол несколько поднимается,
что затрудняет вход пассажирам.
3. По расположению двигателя сзади в продольном или поперечном
положении.
Такая компоновка является наиболее удачной для автобусов средней
и большой пассажировместимости.

Рис. 6.11. Расположение двигателя автомобиля сзади

При такой компоновке негативное влияние двигателя на пассажиров
и водителя наименьшее.
Кузова легковых автомобилей по большей части имеют несущую
конструкцию, которая предполагает крепление основных узлов и агрегатов
непосредственно к его корпусу. Кроме того, такой кузов хорошо выдерживает внешние нагрузки. Немногим реже встречаются легковые автомобили,
имеющие кузов с несущим основанием, подрамником (передним или задним) или рамную конструкцию.

Рис. 6.12. Схема несущего кузова легкового автомобиля:
1 — передняя силовая поперечина; 2 — передние лонжероны; 3 — панель
крыши; 4 — усилители крыши; 5 — передняя стойка крыши; 6 — арки колес;
7 — задняя дверь; 8 — усилитель пола багажника; 9 — стойки крыши;
10 — передняя дверь; 11 — пороги; 12 — усилители пола салона

-379-

ГЛАВА . КУЗОВ АВТОМО ИЛЯ. ЛЕМЕНТЫ СИСТЕМЫ...

Кузов несущей конструкции — объемный, из листового металла
толщиной 0,5–2,0 мм, обладает значительной жесткостью на кручение
и изгиб; конструкция — сварная точечной сваркой, состоящая из отдельных,
предварительно собранных узлов.
Благодаря применению стальных кузовных элементов в задней части
автомобиля, достигается оптимальная развесовка по осям. Проблемой при
изготовлении таких кузовов является соединение изготовленной из листовой стали задней части автомобиля с алюминиевыми деталями кузова.
К соединениям алюминиевых и стальных узлов кузова предъявляются
высокие требования по прочности и антикоррозийной защите. Термические методы соединений, как например, сварка MIG, здесь неприменимы,
поскольку этим способом нельзя создать соединения, обладающие соответствующей статической и динамической прочностью и не служащие
источником контактной коррозии. Чтобы удовлетворить поставленным
требованиям, используются нетермические методы соединений, как
например, заклепки со специальным покрытием и специальные болты
в комбинации со склеиванием.
Кузов проектируется таким образом, чтобы выдерживать нагрузки во
время движения и обеспечивать безопасность пассажиров в случае столкновения. Он должен сминаться и поглощать максимальное количество энергии в случае серьезного столкновения и сводить к минимуму вероятность
получения травм пассажирами. Поэтому кузов проектируют таким образом,
чтобы при столкновениях передняя и задняя части кузова относительно
легко деформировались, поглощая энергию удара, и одновременно с этим
были прочными, защищая пассажирский салон.

Рис. 6.13. Задняя часть кузова переднеприводного легкового автомобиля,
с зонами, поглощающими энергию удара

Для повышения жесткости и способности поглощать энергию удара
кузов автомобиля изготавливается из деталей, имеющих различную
форму сечения. При столкновении, напряжения концентрируются в зоны
деформации (сминаемые участки) и поднимающиеся участки (рис. 6.13).
-380-

.1. Назна ение общее устройство и оборудование узова

В результате столкновения энергия удара проходит через весь кузов и деформирует менее прочные элементы. Для повышения уровня защиты
пассажиров в передней и задней частях кузова широко применяются
зоны, поглощающие энергию удара. Энергию удара поглощают лонжероны
и верхние усилители брызговиков крыльев, а также верхние боковые панели
моторного отсека. Лонжероны в задней части кузова проектируются таким
образом, чтобы поглотить энергию удара и защитить топливный бак.
Типы кузовов легковых автомобилей:
1. Лимузин (лат. limes — закрытый, ограниченный) — трёхобъёмный
(на базе седана), или двухобъёмный (на базе универсала) кузов, со стеклянной перегородкой между водителем и пассажирами, закрытого типа,
но иногда со сдвигающейся крышей. Кузовом комплектуются автомобили
представительского класса.
2. Седан — закрытый кузов легкового автомобиля. В классическом
исполнении имеет четыре двери, центральную стойку и три чётко выраженных объёма — моторный отсек, пассажирский салон и багажник. Багажник
структурно отделён от пассажирского салона.
3. Купе (фр. coupes — укороченный, купированный) — закрытый
кузов легкового автомобиля. В классическом исполнении имеет три чётко
выраженных объёма — моторный отсек, пассажирский салон и багажник.
Багажник структурно отделён от пассажирского салона. От седана отличается меньшим объёмом пассажирского отделения (иногда, только для двух
пассажиров) и двухдверным исполнением.
4. Хэтчбэк (англ. hatchback от hatch — люк и back — сзади) — закрытый
двухобъёмный кузов с укороченным задним свесом, где пассажирский
салон объединён с багажным отсеком. Крыша салона продлена до заднего
габарита и в задней части, как правило, скошена. Имеет три или пять дверей.
Одна из дверей — задняя, служит для доступа в багажник. Багажник может
быть функционально отделен от салона специальной крышкой.
5. Универсал (лат. universalis — общий) — закрытый, двухобъёмный
кузов легкового автомобиля. Пассажирский салон объединён с багажным
отделением. Имеет, как правило, пять дверей. Пятая дверь – задняя, для
доступа в багажное отделение. Крыша салона продлена до заднего габарита.
От хэтчбэка отличается увеличенным задним свесом и отсутствием задней
кузовной панели для удобства пользования грузовым отсеком.
6. Кабриолет (фр. cabriolet) — кузов с откидывающимся верхом, на базе
седана, т.е. в классическом исполнении — трёхобъёмный, четырёхдверный,
с числом посадочных мест — от четырех, но чётких градаций не существует.
Откидывающийся верх выполняется из полотна или пластика.
К кузовам открытого типа также относятся: родстер — открытый
кузов на базе купе, фаэтон — открытый кузов на базе четырёхдверного
-381-

ГЛАВА . КУЗОВ АВТОМО ИЛЯ. ЛЕМЕНТЫ СИСТЕМЫ...

универсала, тарга — открытый кузов на базе купе с задним стеклом и дугой
безопасности.
7. Пикап (англ. pick-up — поднимать, отрывать, подвозить) — двухобъёмный кузов легкового автомобиля коммерческого назначения с открытой
грузовой платформой, которая структурно отделена от пассажирского
салона стационарной перегородкой. В случае оснащения кузова жёстким
несъёмным верхом пикап превращается в фургон.

Рис. 6.14. Кузова легковых автомобилей

6.2. КЛАССИФИКАЦИЯ АВТОМОБИЛЕЙ
Автомобильные транспортные средства (АТС) подразделяются на пассажирские, грузовые и специальные.
К пассажирскому транспорту относятся легковые автомобили и автобусы. К грузовому — грузовые бортовые автомобили, фургоны, самосвалы,
тягачи, прицепы и полуприцепы, включая специализированные АТС, предназначенные для перевозки конкретного вида специальных грузов. К специальным АТС относится подвижной состав, оборудованный и предназначенный для выполнения особых, преимущественно нетранспортных работ, не
связанных с перевозкой грузов общего характера (в том числе пожарные,
коммунальные, мастерские, краны, топливозаправщики, эвакуаторы и т.д.).
В настоящее время для автотранспорта введена новая международная
классификация и обозначения, принятые в международных правилах, разрабатываемых Комитетом по внутреннему транспорту Европейской эконо-382-

.2. Класси и а ия автомобилей

мической комиссии ООН (Сводная резолюция о конструкции транспортных
средств. Правила ЕЭК ООН и др.).
В соответствии с классификацией, основанной на рекомендациях ЕЭК
ООН, все автомобили, мотоциклы и прицепы предлагается разделить на
следующие основные группы: L, M, N, O. Подобный принцип классификации
закреплён в российском ГОСТ Р 52051-2003 «Механические транспортные
средства и прицепы. Классификация и определения».
Категория L — механические транспортные средства, имеющие менее
четырех колес, и квадрициклы.
Категория L1. Двухколесный мопед. Двухколесное транспортное
средство, максимальная конструктивная скорость которого не превышает
50 км/ч, характеризующееся:
- в случае двигателя внутреннего сгорания — рабочим объемом двигателя, не превышающим 50 см3;
- в случае электродвигателя — номинальной максимальной мощностью
в режиме длительной нагрузки, не превышающей 4 кВт.
Категория L2. Трехколесный мопед. Трехколесное транспортное средство с любым расположением колес, максимальная конструктивная скорость
которого не превышает 50 км/ч, характеризующееся:
- в случае двигателя внутреннего сгорания с принудительным зажиганием — рабочим объемом двигателя, не превышающим 50 см3;
- в случае двигателя внутреннего сгорания другого типа — максимальной эффективной мощностью, не превышающей 4 кВт;
- в случае электродвигателя — номинальной максимальной мощностью
в режиме длительной нагрузки, не превышающей 4 кВт.
Категория L3. Мотоцикл. Двухколесное транспортное средство, рабочий объем двигателя которого (в случае двигателя внутреннего сгорания)
превышает 50 см3 и (или) максимальная конструктивная скорость (при
любом двигателе) превышает 50 км/ч.
Категория L4. Мотоцикл с коляской (боковым прицепом). Трехколесное транспортное средство с колесами, асимметричными по отношению
к средней продольной плоскости, рабочий объем двигателя которого (в случае двигателя внутреннего сгорания) превышает 50 см3 и (или) максимальная конструктивная скорость (при любом двигателе) превышает 50 км/ч.
Категория L5. Трицикл. Трехколесное транспортное средство с колесами, симметричными по отношению к средней продольной плоскости
транспортного средства, рабочий объем двигателя которого (в случае
двигателя внутреннего сгорания) превышает 50 см3 и (или) максимальная
конструктивная скорость (при любом двигателе) превышает 50 км/ч.
Категория L6. Легкий квадрицикл. Четырехколесное транспортное
средство, ненагруженная масса которого не превышает 350 кг без учета
массы аккумуляторов (в случае электрического транспортного средства),
-383-

ГЛАВА . КУЗОВ АВТОМО ИЛЯ. ЛЕМЕНТЫ СИСТЕМЫ...

максимальная конструктивная скорость не превышает 50 км/ч, характеризующееся:
- в случае двигателя внутреннего сгорания с принудительным зажиганием — рабочим объемом двигателя, не превышающим 50 см3;
- в случае двигателя внутреннего сгорания другого типа — максимальной эффективной мощностью двигателя, не превышающей 4 кВт;
- в случае электродвигателя — номинальной максимальной мощностью
двигателя в режиме длительной нагрузки, не превышающей 4 кВт.
Категория L7. Квадрицикл. Четырехколесное транспортное средство
иное, чем транспортное средство категории L6, ненагруженная масса
которого не превышает 400 кг (550 кг для транспортного средства, предназначенного для перевозки грузов) без учета массы аккумуляторов (в случае
электрического транспортного средства) и максимальная эффективная
мощность двигателя не превышает 15 кВт.
Таблица 6.1
Классификация автотранспортных средств, принятая ЕЭК ООН
Категория
АТС

Тип и общее
назначение АТС

Максимальная
масса, т

Класс
и эксплуатационное
назначение АТС

1

2

3

4

М1

АТС, используемые для перевозки пассажиров и имеющие
не более 8 мест для сидения
(кроме места водителя)

Не регламентируется

Легковые автомобили,
в том числе повышенной проходимости

М2

АТС, используемые для перевозки пассажиров и имеющие
более 8 мест для сидения (кроме места водителя)

До 5,0

Автобусы: городские
(кл. I), междугородные
(кл. II), туристические
(кл. III)

М3

АТС, используемые для перевозки пассажиров и имеющие
более 8 мест (кроме места
водителя)

Свыше 5,0

Автобусы: городские,
в том числе сочлененные (кл. I), междугородные (кл. II), туристические (кл. III)

Не регламентируется

Автобусы маломестные,
в том числе повышенной проходимости,
для стоящих и сидящих
пассажиров (кл. A)
и для сидящих пассажиров (кл. B)

М2иМ3

Отдельно выделяются маломестные АТС, предназначенные
для перевозки пассажиров,
вместимостью не более
22 сидящих или стоящих пассажиров (кроме места водителя)

-384-

.2. Класси и а ия автомобилей
Окончание табл. 6.1
Категория
АТС
1

Тип и общее
назначение АТС

Максимальная
масса, т

2

Класс
и эксплуатационное
назначение АТС

3

4

N1

АТС, предназначенные
для перевозки грузов

До 3,5

Грузовые, специализированные и специальные автомобили, в т.ч.

N2

АТС, предназначенные
для перевозки грузов

Свыше 3,5
до 12,0

Грузовые автомобили,
автомобили-тягачи,
специализированные
и специальные автомобили

N3

АТС, предназначенные
для перевозки грузов

Свыше 12,0

Грузовые автомобили,
автомобили-тягачи,
специализированные
и специальные автомобили

О1

АТС, буксируемые
для перевозки

До 0,75

О2

АТС, буксируемые
для перевозки

Свыше 0,75
до 3,5

Прицепы и полуприцепы

О3

АТС, буксируемые
для перевозки

Свыше 3,5
до 10,0

Прицепы и полуприцепы

О4

АТС, буксируемые
для перевозки

Свыше 10,0

Прицепы и полуприцепы

Прицепы

Кроме официально признанных классификаций, существует неофициальная, но широко используемая так называемая Общепринятая европейская классификация, согласно которой выделяются классы: A, B, C, D, E, F,
куда автомобили входят в зависимости от размеров, мощности двигателя,
комплектации, стоимости. Эта классификация часто используется автомобильными журналистами для сравнительной оценки автомобилей.
Транспортные
средства
специального
назначения.
Согласно
ГОСТ Р 52051-2003 транспортные средства категорий М, N и О могут быть
отнесены к транспортным средствам специального назначения, которые
предназначены для пассажирских и грузовых перевозок, связанных с выполнением специальных функций, для которых требуется наличие специального
кузова и (или) специального оборудования. Обозначение категории транспортного средства специального назначения должно дополняться символом
«C». Например, транспортное средство медицинской помощи категории М2
должно иметь обозначение «М2С».
-385-

ГЛАВА . КУЗОВ АВТОМО ИЛЯ. ЛЕМЕНТЫ СИСТЕМЫ...
Таблица 6.2
Неофициальная европейская классификация легковых автомобилей

Класс А

Длина,
м
До 3,6

Ширина,
м
До 1,6

Класс В
Класс С

3,6–3,9
3,9–4,4

1,5–1,7
1,6–1,75

Класс D

4,4–4,8

1,7–1,8

Класс E

Более 4,8

Более 1,7

Класс F

Более 5,0

Более 1,7

Обозначение

Класс S
Класс M
Класс J

Название
Mini cars («особо малый класс», «городской
автомобиль»)
Small cars («малый класс»)
Medium cars («гольф-класс», «первый средний
класс», «малый средний класс»)
Larger cars («средний класс», «второй средний
класс»)
Executive cars («высший средний класс»,
«бизнес-класс»)
Luxury cars («высший класс», «представительский класс»)
Спортивные автомобили, купе, кабриолеты
Минивэны (MPV), компактвэны, универсалы
повышенной вместимости
Универсалы повышенной проходимости
(внедорожники, SUV)

Категория G — транспортные средства повышенной проходимости.
К транспортным средствам повышенной проходимости относят транспортные средства категорий М и N, удовлетворяющие определённым в ГОСТ
Р 52051-2003 требованиям. К таким требованиям относятся, например,
требования к приводам колёс, дорожному просвету (клиренсу), максимальному преодолеваемому подъёму, углам въезда и съезда, наличию механизмов блокировки дифференциалов и некоторые другие. При обозначении
категории транспортного средства буквы М и N могут сочетаться с буквой
G. Например, транспортное средство категории N1, которое отвечает требованиям к транспортным средствам повышенной проходимости, может
обозначаться как «N1G».
Категория T — сельскохозяйственные и лесохозяйственные тракторы.
Сельскохозяйственный и лесохозяйственный трактор — механическое
транспортное средство на колесном или гусеничном ходу, имеющее не
менее двух осей. Назначение такого трактора зависит в основном от его тягового усилия. Тракторы предназначены главным образом для буксировки,
толкания, перевозки или приведения в действие определенных устройств,
механизмов или прицепов, предназначенных для использования в сельском или лесном хозяйстве. Такой трактор может быть приспособлен для
перевозки грузов и обслуживающего персонала.
-386-

.2. Класси и а ия автомобилей

Вместе с новой международной классификацией в нашей стране
также используется отраслевая нормаль ОН 025 270-66, регламентирующая
классификацию и систему обозначения АТС. Подвижному составу присваивались обозначения в соответствии с заводскими реестрами, включающими
как буквенные обозначения завода-изготовителя, так и порядковый номер
модели подвижного состава. Заводские обозначения подвижного состава
практикуются до настоящего времени для ряда моделей, включая АТС специализированного и специального назначения.
В соответствии с нормалью ОН 025 270-66 была принята следующая система обозначения АТС.
1-я цифра обозначает класс АТС:
Для легковых автомобилей по рабочему объему двигателя (в литрах
или куб. дм):
11 — особо малый (объем до 1,1 л);
21 — малый (от 1,1 до 1,8 л);
31 — средний (от 1,8 до 3,5 л);
41 — большой (свыше 3,5 л);
51 — высший (рабочий объем не регламентируется).
Для автобусов по габаритной длине (в метрах):
22 — особо малый (длина до 5,5);
32 — малый (6,0–7,5);
42 — средний (8,5–10,0);
52 — большой (11,0–12,0); 62 — особо большой;
(сочлененный) (16,5–24,0).
2-я цифра обозначает тип АТС:
1 — легковой автомобиль;
2 — автобус;
3 — грузовой бортовой автомобиль или пикап;
4 — седельный тягач;
5 — самосвал;
6 — цистерна;
7 — фургон;
8 — резервная цифра;
9 — специальное автотранспортное средство.
3-я и 4-я цифры индексов указывают на порядковый номер модели.
5-я цифра — модификация автомобиля.
6-я цифра — вид исполнения:
1 — для холодного климата;
6 — экспортное исполнение для умеренного климата;
7 — экспортное исполнение для тропического климата.
Некоторые автотранспортные средства имеют в своем обозначении
приставку 01, 02, 03 и др. — это указывает на то, что базовая модель имеет
модификации.
-387-

ГЛАВА . КУЗОВ АВТОМО ИЛЯ. ЛЕМЕНТЫ СИСТЕМЫ...
Таблица 6.3
Для грузовых автомобилей по полной массе
Эксплуатационное назначение автомобиля

Полная
масса, т

бортовые

тягачи

до 1,2
1,2 до 2,0
2,0 до 8,0
8,0 до 14,0
14,0 до 20,0
20,0 до 40,0
свыше 40,0

13
23
33
43
53
63
73

14
24
34
44
54
64
74

самосвалы цистерны фургоны
15
25
35
45
55
65
75

16
26
36
46
56
66
76

17
27
37
47
57
67
77

специальные
19
29
39
49
59
69
79

Примечание. Обозначения классов от 18-го до 78-го, оканчивающиеся
на цифру «8», являются резервными и в индексацию не включены.
Таблица 6.4
Классификация легковых автомобилей
Первая цифра индекса
легкового автомобиля
1
2
3
4

Класс легкового
автомобиля
Особо малый
Малый
Средний
Большой

5

Высший

Рабочий объем
двигателя, л (дм3)
до 1,2
от 1,3 до 1,8
от 1,9 до 3,5
свыше 3,5
рабочий объем
не регламентируется
Таблица 6.5

Классификация автобусов
Первая цифра
индекса автобуса
2
3
4
5
6

Класс автобуса
Особо малый
Малый
Средний
Большой
Особо большой

-388-

Длина автобуса, м
(метры)
до 5,0
от 6,0 до 7,5
от 8,0 до 9,5
от 10,5 до 12,0
16,5 и более

.2. Класси и а ия автомобилей
Таблица 6.6
Классификация грузовых автомобилей
Первая цифра индекса грузового автомобиля
(класс грузового автомобиля)
1
2
3
4
5
6
7

Полная масса,
т (тонны)
до 1,2
от 1,3 до 2,0
от 2,1 до 8,0
от 9 до 14
от 15 до 20
от 21 до 40
свыше 40

Для прицепов и полуприцепов вторая цифра является показателем
типа прицепа (полуприцепа), как правило, соответствующего типу тягача:
1 — прицеп (полуприцеп) для легкового автомобиля;
2 — прицеп (полуприцеп) для автобуса;
3 — прицеп (полуприцеп) грузовой (общего назначения);
4 — не применяется;
5 — прицеп (полуприцеп) самосвал;
6 — прицеп (полуприцеп) цистерна;
7 — прицеп (полуприцеп) фургон;
8 — резерв;
9 — специальный прицеп (полуприцеп).
Например:
1. КамАЗ-5410. Автомобиль КамАЗ — произведён Камским автомобильным заводом (г. Набережные Челны). Цифра 4 на второй позиции
индекса означает, что это автомобиль — седельный тягач, следовательно, он
классифицируется по полной массе. Цифра 5 на первой позиции индекса
означает класс автомобиля — полная масса (с учётом нагрузки на седло) от
15 т до 20 т. Номер модели 10.
2. ЛиАЗ-5256. Автомобиль ЛиАЗ — произведён Ликинским автобусным
заводом (г. Ликино-Дулёво, Московская область). Цифра 2 на второй позиции индекса означает, что это автобус, следовательно, он классифицируется
по габаритной длине. Цифра 5 на первой позиции индекса означает класс
автобуса — габаритная длина от 10,5 м до 12,0 м. Номер модели 56. (Действительная габаритная длина автобуса ЛиАЗ-5256 составляет 11,4 м).
3. ЧМЗАП-8386. Транспортное средство ЧМЗАП — произведено Челябинским машиностроительным заводом автомобильных прицепов. Цифра
3 на второй позиции индекса означает, что это транспортное средство
грузовое общего назначения, то есть имеет неопрокидываемую бортовую
-389-

ГЛАВА . КУЗОВ АВТОМО ИЛЯ. ЛЕМЕНТЫ СИСТЕМЫ...

платформу, которая может быть оборудована дугами и тентом. Цифра 8 на
первой позиции индекса означает, что это прицеп. Номер модели 86.
4. ВАЗ-21703. Автомобиль ВАЗ — произведён Волжским автомобильным заводом (г. Тольятти). Цифра 1 на второй позиции индекса означает,
что это автомобиль легковой, следовательно, он классифицируется по рабочему объёму двигателя. Цифра 2 на первой позиции индекса означает класс
автомобиля — рабочий объём двигателя от 1,3 л до 1,8 л. Номер модели 70.
Модификация 3 (двигатель ВАЗ-21126, рабочий объём 1,6 л).

6.3. АЭРОДИНАМИКА АВТОМОБИЛЯ
Измерение аэродинамики автомобиля проводится для изучения сил,
создаваемых воздушным потоком и воздействующих на транспортное
средство. И таких сил несколько — подъемные и боковые, а также лобовое
сопротивление.
Понятие «аэродинамика автомобиля» включает в себя много аспектов, важнейшими из которых являются:
- обеспечение минимальной силы сопротивления воздуха при движении автомобиля с целью уменьшения расхода топлива или повышения
скорости движения;
- уменьшение аэродинамической подъемной силы, стремящейся
оторвать автомобиль от дороги и снижающей сцепление колес с дорожным
покрытием;
- снижение загрязнения стекол, ручек дверей и других поверхностей
автомобиля;
- обеспечение оптимальных воздушных потоков для снабжения двигателя воздухом, его охлаждения, вентиляции салона;
- снижение аэродинамического шума.
Сила сопротивления воздуха рассчитывается по формуле (6.1):
1
2
F = — × Cx × p × S × V ,
2

(6.1)

где p — плотность воздуха, кг/м3;
S — площадь поперечной проекции автомобиля, м2;
Cx — коэффициент аэродинамического сопротивления;
V2 — скорость автомобиля, км/ч.
Из формулы видно, что сила сопротивления воздуха пропорциональна квадрату скорости. На больших скоростях сила сопротивления воздуха
превосходит другие силы сопротивления. Из формулы также видно, что
уменьшить силу сопротивления можно путём уменьшения коэффициента Cx
и уменьшения площади поперечной проекции. Наличие силы сопротив-390-

. . А родинами а автомобиля

ления воздуха объясняется тем, что при движении автомобиль сжимает
воздух, находящийся перед ним, и там образуется область повышенного
давления, и разрежает воздух позади себя, где образуется область пониженного давления.
Существует также сила поверхностного трения, возникающая из-за
трения между неровностями поверхности автомобиля и воздухом.
Внутренние объемы автомобиля также оказывают влияние на коэффициент сопротивления, и, следовательно, на силу сопротивления воздуха.
При движении автомобиля большая часть мощности силовой установки уходит на преодоление сопротивления, создаваемого воздухом.
И правильно созданная аэродинамика автомобиля позволяет уменьшить
это сопротивление, а значит на борьбу с противодействием находящего
воздушного потока потребуется затратить меньше мощности, и соответственно — топлива. Сила лобового сопротивления рассчитывается по
формуле (6.2):
1
2
Fл = — × Cx × p × F × V ,
(6.2)
2
где F — сила сопротивления воздуха.
Автомобиль движется и рассекает поток воздуха, при этом часть
набегающего потока уходит под автомобиль и проходит под днищем, то
есть движется практически по прямой (рис. 6.15). Верхней части набегающего потока воздуха приходится повторять форму кузова, и ей приходится
проходить большее расстояние. Из-за этого возникает разница в скорости
воздуха — верхняя часть движется быстрее нижней, проходящей под автомобилем, так как нижний поток тормозится элементами трансмиссии,
деталями подвески автомобиля. А поскольку увеличение скорости сопровождается ростом статического давления, то под днищем течение воздуха
становится вихревым (турбулентным).

Рис. 6.15. Воздушные потоки, действующие на автомобиль

За автомобилем находится зона разряжения. Когда поток воздуха,
вырывающийся из-под днища автомобиля, начинает взаимодействовать
с этой зоной, он резко замедляется. В том месте, где днище автомобиля
-391-

ГЛАВА . КУЗОВ АВТОМО ИЛЯ. ЛЕМЕНТЫ СИСТЕМЫ...

заканчивается, образуется вихревая зона. В этой области поведение потока воздуха непредсказуемо. В вихревой зоне давление резко возрастает,
а скорость падает. В результате разгоняемый под днищем поток упирается
в вихревую зону и теряет часть своей скорости, а в результате — падение
динамической составляющей давления, рост статической. Поэтому скользя
по капоту, проносясь над лобовым стеклом, поток ускоряется, а статическое давление падает. Проходя над крышей, поток движется с постоянной
скоростью, после чего замедляется в области заднего стекла и багажника.
Но, даже несмотря на замедление, скорость потока сверху все равно может
оказаться выше, чем скорость потока под автомобилем. Таким образом,
область высокого давления спереди мешает автомобилю двигаться вперед,
а область пониженного давления сзади как бы «засасывает» его назад. Сила
завихрений и величина области пониженного давления определяется формой задней части кузова.
Решающее влияние на силу лобового сопротивления оказывают два
параметра:
- коэффициент аэродинамического сопротивления Сх;
- площадь поперечного сечения автомобиля (мидель).
Уменьшить мидель можно, сделав кузов ниже и уже, но это не выход.
Поэтому основным направлением улучшения аэродинамики автомобиля
является оптимизация обтекания кузова, другими словами — уменьшение
Сх. Коэффициент аэродинамического сопротивления Сх — безразмерная
величина, которая определяется экспериментальным путем. Для современных автомобилей она лежит в пределах 0,26–0,38 (например, у Peugeot
308 коэффициент составляет 0,29, у Audi A2 он равен 0,25, а у Toyota Prius —
0,26. Но это расчетные показатели в идеальных условиях. На практике же
во время движения на автомобиль воздействуют множество разнообразных факторов, которые негативным образом сказываются на сопротивлении кузова.). В зарубежных источниках коэффициент аэродинамического
сопротивления иногда обозначают Cd (drag coefficient — коэффициент
сопротивления). Идеальной обтекаемостью обладает каплевидное тело,
Сх которого равен 0,04. При движении оно плавно рассекает воздушные
потоки, которые затем беспрепятственно, без разрывов, смыкаются в его
«хвосте».
Причем, на коэффициент аэродинамического сопротивления оказывает наибольшее влияние не передняя часть автомобиля, а его задняя часть.
Виной этому становится создание разрежения и завихрений в результате
отрыва потока от кузова. Поэтому конструкторы по большей части занимаются приданием необходимой формы именно задней части автомобиля.
Снизить коэффициент Сх позволяет также уменьшение количества
выступающих частей, причем везде на авто (бока, крыша, днище, передок),
-392-

. . А родинами а автомобиля

а тем элементам, которые не удается убрать с поверхности придается максимально возможная обтекаемая форма.
Иначе ведут себя воздушные массы при движении автомобиля. Здесь
сопротивление воздуха складывается из трех составляющих:
- внутреннего сопротивления при прохождении воздуха через подкапотное пространство и салон;
- сопротивления трения воздушных потоков о внешние поверхности
кузова (зависит от величины касательных напряжений в зоне пограничного
слоя, они должны быть небольшими, в противном случае они переходят
в турбулентное состояние, что сопровождается отрывом потока и возникновением вихрей);
- сопротивления формы (внешняя поверхность кабины и кузова автомобиля, его обтекаемость).
Третья составляющая оказывает наибольшее влияние на аэродинамику автомобиля.
Что касается боковых поверхностей автомобиля, здесь самое главное — избегать резких переходов и выступов, предотвращая тем самым
отрыв воздушного потока от поверхности кузова.
На рис. 6.16 показаны сравнение форм задней части автомобиля:
А) одна из идеальных аэродинамических форм автомобиля, где Cx равен 0,14–0,16. Возможны и другие варианты, но их Cх будет так же находится
в пределах 0,15;
Б) варианты кузова автомобиля. В случае 3 имеет место безотрывное
обтекание кузова, а в 1-ом и 2-ом — точка отрыва располагается в месте расхождения с оптимальной формой. Таким образом, 2-ой вариант с крутым
срезом задней части автомобиля оказывается предпочтительнее наклонной
формы 1, так как происходит отрывание воздушного потока воздуха.

Рис. 6.16. Формы задней части автомобиля:
1 — укороченная форма кузова автомобиля; 2 — «оптимальная» форма;
3 — идеальная форма, от кузова заметно дальше

Снизить коэффициент Сх позволяет также уменьшение количества выступающих частей, причем везде на автомобиле (боковины, крыша, днище,
передняя часть), а тем элементам, которые не удается убрать с поверхности
придается максимально возможная обтекаемая форма.
-393-

ГЛАВА . КУЗОВ АВТОМО ИЛЯ. ЛЕМЕНТЫ СИСТЕМЫ...

В результате неравномерного обтекания потоком воздуха автомобиля
с разных сторон возникает разница в скорости его движения.
Область повышенного давления воздушной массы перед автомобилем
прижимает переднюю часть к дороге, в то время как разрежение и завихрения позади наоборот – способствуют приподнятию кузова. Подъемная
сила, как и лобовое сопротивление, возрастает при увеличении скорости
движения.
Негативным фактором от воздействия такой силы является ухудшение
устойчивости авто при увеличении скорости и повышение вероятности
ухода в занос.
Но эта сила может оказывать и положительное действие. При внесении корректив в конструкцию автомобиля возможно преобразование
подъемной силы в прижимную, которая будет обеспечивать лучшее сцепление с дорогой, устойчивость автомобиля, его управляемость на высоких
скоростях.
Наименее аэродинамичными по форме кузова являются «универсалы», так как их форма меньше всего напоминает идеальный кузов. За
обширной задней частью такого автомобиля образуется довольно внушительная зона разряжения, которая не только снижает коэффициент Сх, но
и «засасывает» пыль и грязь, которые оседают на заднем стекле. Уменьшить ее воздействие можно установкой дефлектора сверху пятой двери.
Дефлектор направит часть воздушного потока вниз, снижая разряжение
и уменьшит загрязнение.
У автомобиля с формой кузова «хетчбек» (кузов со скошенной задней
частью) аэродинамика непредсказуема, хотя форма наиболее обтекаема.
Сх здесь зависит от угла наклона задней части автомобиля (при большом
угле наклона процесс обтекания практически не отличается от «универсала» — воздушный поток отрывается от верхней кромки крыши и создает
значительную зону разряжения; с уменьшением угла до 30–35° точка отрыва потока перемещается на нижнюю кромку задней части автомобиля,
вихревые потоки закручиваются по спирали, создавая еще большую зону
разряжения). Противодействовать этому можно с помощью спойлера,
который устанавливают на кромке крыши автомобиля (в этом случае
точка отрыва перемещается с нижней кромки задней части на верхнюю,
что препятствует образованию вихрей и улучшает общую аэродинамику
автомобиля). Если уменьшить угол наклона до 20–23°, воздушный поток
с крыши почти идеально будет обтекать автомобиль, отрываясь от нижней
кромки, зона разряжения будет минимальной (но такие автомобили теряют
в практичности и серийно выпускаются в небольших количествах).
Наилучшие показатели обтекаемости у автомобилей с формой кузова
«седан» и «купе» (ступенчатый задний кузов). Здесь сорвавшийся с крыши
поток воздуха тут же попадает на крышку багажника, где нормализуется
-394-

. . А родинами а автомобиля

и затем окончательно срывается с его кромки. Боковые потоки тоже попадают на багажник, который не дает возникать вихрям за автомобилем. Поэтому чем выше и длиннее крышка багажника, тем лучше аэродинамические
показатели. На больших «седанах» и «купе» иногда даже удается достичь
безотрывного обтекания кузова. Небольшое сужение задней части также
помогает снизить Сх. Кромку багажника делают острой или в виде небольшого выступа, что обеспечивает отрыв воздушного потока без завихрений.
В результате область разряжения за автомобилем получается небольшой.
Днище автомобиля также оказывает влияние на его аэродинамику.
Выступающие детали подвески и выхлопной системы увеличивают сопротивление. Для его уменьшения стараются максимально сгладить днище или
прикрыть щитками все, что выступает ниже бампера. Иногда устанавливают
небольшой передний спойлер. Спойлер снижает поток воздуха под автомобилем. Единственно, установка большого спойлера существенно увеличит
сопротивление, но зато автомобиль будет лучше «прижиматься» к дороге.

Рис. 6.17. Схемы обтекания кабин грузовых автомобилей воздухом:
а, б, в, г — низкие безкапотные и капотные автомобили;
д — кабина увеличенной высоты с наклонной крышей;
е — кабина с высокой обтекаемой крышей

Аэродинамика грузовых автомобилей и автобусов хуже, чем у легковых, что объясняется невозможностью принципиально поменять форму
кузова: для оптимального размещения грузов и пассажиров основа кузова должна приближаться к прямоугольному параллелепипеду. Влияние
аэродинамики на эксплуатационные свойства таких автомобилей меньше,
что связано с более низкими скоростями движения грузовых автомобилей
и автобусов. Тем не менее, в последние годы кабины и кузова таких транспортных средств проектируются с учетом аэродинамических требований.
-395-

ГЛАВА . КУЗОВ АВТОМО ИЛЯ. ЛЕМЕНТЫ СИСТЕМЫ...

Это проявляется в придании кабинам более округлых форм, увеличении
угла наклона ветрового стекла, установке между кабиной и кузовом аэродинамических обтекателей и закрылков и т.д.
При проектировании кузова таких автомобилей конструкторы стремятся занять как можно больше полезного пространства для размещения
пассажиров, грузов, тем самым увеличивая площадь поверхности транспортного средства, что в свою очередь приводит к увеличению сопротивления воздушному потоку. Потому важной задачей является найти методы
и способы улучшения аэродинамических свойств транспортного средства.
В случае с легковыми автомобилями их кузов делается как можно более обтекаемым и «зализанным», благодаря исследованиям, проведенным
в аэродинамической трубе. Однако, у грузовых автомобилей кабина чаще
всего более угловата. Также острые ребра имеет прицеп и полуприцеп. При
этом важным фактором является высота полуприцепа (или кузова фургона)
относительно высоты кабины тягача. Если верхняя часть кабины имеет
закругление, а крыша находится на одном уровне с крышей полуприцепа,
то в этом случае коэффициент лобового сопротивление будет достаточно
низким. Незначительная часть воздушного потока будет попадать в пространство между кабиной и полуприцепом, но большая часть воздушного
потока будет двигаться вдоль крыши полуприцепа. В случае выступа кузова
полуприцепа или фургона над кабиной будет возникать турбулентность
и коэффициент лобового сопротивления значительно увеличится. Проведенные в аэродинамической трубе исследования показали, что высота той
части кузова, которая возвышается над кабиной является одним из самых
важных факторов, увеличивающих коэффициент лобового сопротивления.
Если обозначить высоту кабины от земли до ее наивысшей дочки как C,
а высоту кузова полприцепа или фургона от земли до его наивысшей точки
как Т, то коэффициент лобового сопротивления начинает расти линейно,
начиная с соотношения Т/С = 1,2. Поэтому, для уменьшения коэффициента лобового сопротивления на крыше кабины используют специальные
обтекатели. Если предполагается, что тягач может эксплуатироваться
с полуприцепами разной высоты, то такие обтекатели имеют возможность
регулировать угол наклона. Для фургонов оптимальным, как правило,
является угол наклона в 80°. Для сцепки тягача с полуприцепом, имеющей
большее пространство между кабиной и кузовом оптимальным является
угол наклона отражателя в 50°. При увеличении этого угла коэффициент
лобового сопротивления снова начнет возрастать. Очевидно, что на дальних расстояниях перевозок низкая кабина тягача по сравнению с высотой
полуприцепа уменьшает топливную эффективность. Кроме того, в высокой
кабине в верхней ее части может быть размещено спальное место водителя.
Пожалуй, единственным преимуществом низкой кабины с обтекателем по
сравнению с высокой является возможность регулирования угла наклона.
-396-

. . А родинами а автомобиля

Но эта опция может оказаться бесполезной, если тягач эксплуатируется
с полуприцепами одинаковой высоты.

Рис. 6.18. Установка обтекателя на автомобиль

Боковой ветер также оказывает влияние на коэффициент лобового
сопротивления. Воздействие его не очень велико, но оно становится тем
больше, чем длиннее транспортное средства и большего его угол рыскания.
При этом эффект от обтекателя на крыше кабины снижется из-за бокового
ветра. Кроме того, боковой ветер проникает в пространство между кабиной
и полуприцепам, тем самым также увеличивая коэффициент сопротивления. Поэтому для предотвращения этого устанавливаются специальные
боковые панели, которые прикрывают зазор между боковой поверхностью
кабины и кузовом полуприцепа, при этом, не создавая помех при маневрировании. Также для уменьшения влияния бокового ветра применяются
специальные «юбки» для нижней части тягача и полуприцепа.

Рис. 6.19. Достигаемое снижение коэффициента Сх
при установке аэродинамических устройств на седельном
и прицепном автопоездах

-397-

ГЛАВА . КУЗОВ АВТОМО ИЛЯ. ЛЕМЕНТЫ СИСТЕМЫ...

Боковые углы кабины имеют очень малые закругления, в результате
потоки воздуха, обтекающие кабину по бокам во время движения, образуют
завихрения и турбулентность. Одним из способов уменьшение этого сопротивления является установка специальных угловых дефлекторов. Каждый
дефлектор имеет небольшой зазор между кабиной и своей внутренней
поверхностью, куда и устремляются боковые воздушные потоки. Тем самым
завихрения вокруг боковых ребер кабины будут сведены к минимуму.
С точки зрения совершенствования аэродинамики автобус имеет
по отношению к грузовому фургону то преимущество, что кузов автобуса
во многих случаях может иметь не столь прямоугольные очертания.
Для автобусного кузова характерны следующие аэродинамические
особенности:
- обширная зона повышенного давления впереди кузова;
- существенное снижение давления в передней части крыши и боковых стенок;
- большое разрежение у задней стенки кузова;
- повышенное давление под днищем кузова;
- несколько пониженное давление практически на всей длине крыши.
Снижение коэффициента аэродинамического сопротивления автобуса
возможно за счет наклона лобовой стенки кузова, скругления переходов
от лобовой стенки к боковым и от боковых к задней, сужения задней
оконечности кузова (кормы), чтобы уменьшить площадь задней стенки
и, соответственно, сечение спутной струи. Положительное влияние оказывает также некоторый отрицательный тангаж машины, т.е. уменьшение
дорожного просвета под передней частью кузова, что снижает положительное давление под днищем и, напротив, увеличивает его на крыше. За счет
отрицательного тангажа снижается индуктивное сопротивление.
Возможности улучшения аэродинамики автобуса за счет общего изменения формы кузова тесно связаны с компоновкой автобуса, в частности,
с размещением силового агрегата. Большинство современных автобусов
имеют вагонную компоновку, но двигатель может располагаться в передней части автомобиля, под полом пассажирского салона или в задней
части. При переднем расположении двигателя водитель размещается рядом
с ним, его рабочее место смещено вбок относительно продольной плоскости
симметрии, особой свободы в компоновочных решениях нет.
При размещении двигателя (обычно горизонтального или оппозитного) под полом салона существует свобода в компоновке и в планировке
салона и, соответственно, выборе внешних очертаний кузова, однако габаритная высота автобуса увеличивается с соответствующим увеличением
миделя. Заднее расположение двигателя, особенно продольного (что бывает
довольно редко), позволяет сделать заднюю часть кузова зауженной, что
выгодно с точки зрения аэродинамики, но появляется необходимость уст-398-

. . А родинами а автомобиля

ройства выступающих воздухозаборников для охлаждения двигателя, что
ухудшает картину обтекания.
Установлено большое влияние на обтекаемость автобуса колес и колесных ниш. Применение колесных колпаков и оптимизация их формы может
заметно снизить сопротивление воздуха. Загрязнение городских автобусов
ухудшает уровень комфорта пассажиров, затрудняет их ориентирование на
маршруте, а в ряде случаев снижает безопасность движения. Загрязняемость
имеет особое значение для туристических, экскурсионных автобусов.

Рис. 6.20. Схема обтекания автобусных кузовов с различной формой:
а — прямоугольный кузов с острыми кромками;
б — кузов с закругленной верхней кромкой;
в — кузов с обтекаемой лобовой частью

Исследования показывают, что при движении по мокрому дорожному
покрытию наиболее интенсивному загрязнению подвергаются боковые
стенки и стекла салона, кормовая часть, а также левое зеркало заднего вида.
Первый источник загрязнения — крупные брызги, которые интенсивно отбрасываются в стороны колесами встречных и обгоняющих транспортных средств; второй — собственные колеса автобуса, с которых под
действием центробежных сил срываются капли, попадающие на боковые
стекла салона. Они образуют на стеклах вытянутые следы шириной 1–3 мм.
Третий источник загрязнения — мелкодисперсная водяная пыль, которая
образуется при движении автобуса по влажной дороге. Эта пыль увлекается
потоками воздуха и непрерывно оседает на нижней части боковой и задней
поверхностей кузова.
-399-

ГЛАВА . КУЗОВ АВТОМО ИЛЯ. ЛЕМЕНТЫ СИСТЕМЫ...

На левом зеркале заднего вида оседает водяная пыль от встречного
и попутного транспорта. У левого зеркала заднего вида располагается зона
разрежения, у правого — зона повышенного давления. Правое зеркало
у автобуса обычно вынесено далеко вперед. Это улучшает для водителя контроль правой стороны автобуса. Но левое зеркало часто установлено ближе
и оказывается в зоне разрежения, в которой происходит интенсивное вихреобразование. Поэтому левое зеркало целесообразно выносить вперед, на
один уровень с правым, что резко сокращает вероятность его загрязнения.
На мокрых дорогах действуют все три источника загрязнений, однако
наиболее активно два последних. Очевидно, что для снижения их действия
на колесных нишах автобусов следует устанавливать грязезащитные ободки,
которые перекрывали бы путь каплям, срывающимся с колес под действием центробежных сил, и затрудняли движение мелкодисперсной водяной
пыли вместе с потоками воздуха из зон повышенного в зоны пониженного
давления. Исследованиями установлено, что в передних колесных нишах
автобусов статическое давление повышено и способствует выбросу грязи из
них; в задних нишах оно, наоборот, понижено.
Причиной такого распределения являются конструктивные особенности автобусов. Их колеса находятся практически на одном уровне с боковой
поверхностью кузова. Поэтому ничто не препятствует каплям воды, срывающимся с колес под действием центробежных сил, попадать на боковую
поверхность кузова. В связи с этим целесообразно при проектировании
автобусов несколько уменьшить их колею. Тогда вся вода задерживалась
бы в колесных нишах и автобусы загрязнялись бы в значительно меньшей
степени.
Передний свес автобусов образует переменный дорожный просвет.
При движении сюда поступает воздух и тормозится подвеской, создавая
в области передних колесных ниш повышенное давление. Здесь следует
устанавливать широкий брызговик, полностью перекрывающий дорожный просвет. За брызговиком образуется разрежение, которое охватывает
и передние колесные ниши. В результате воздушный поток меняет направление, перемещается от наружной стенки автобуса в область колесных ниш,
увлекая грязь.
На величину статического давления в передних колесных нишах оказывают влияние также штатный брызговик и грязезащитный ободок. Они
повышают давление в колесной нише. Ободок убирать нельзя, так как он
снижает загрязнение боковины.
Установка в переднем свесе перед передней осью широкого брызговика снижает загрязнение боковин кузова, но при этом загрязнение задней
стенки автобуса возрастает в результате изменения направления потоков.
Мелкодисперсная водяная пыль начинает двигаться под автобусом и выходить сзади, из-под его кормы.
-400-

. . лементы системы пассивной безопасности автомобилей

Задняя стенка автобусного кузова, поскольку она почти вертикальна
и около нее имеется зона разрежения, загрязняется сильно, как и у всех
кузовов с похожей задней частью. В отличие от грузового фургона, это
более нежелательно, потому что на задней стенке автобуса обычно имеется
окно. Чтобы защитить его от загрязнения, следует использовать верхний
дефлектор.

6.4. ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМЫ ПАССИВНОЙ
БЕЗОПАСНОСТИ АВТОМОБИЛЕЙ
Пассивная безопасность — совокупность конструктивных и эксплуатационных свойств автомобиля, направленных на снижение тяжести
последствий дорожно-транспортного происшествия. Большинство систем
пассивной безопасности срабатывают во время столкновения, когда активные системы безопасности не смогли помочь водителю автомобиля
предотвратить или избежать столкновения.
Различают внешнюю и внутреннюю пассивную безопасность автомобиля.
Внешняя пассивная безопасность уменьшает травматизм других участников движения: пешеходов, водителей и пассажиров других транспортных
средств, вовлеченных в ДТП, а также уменьшает механические повреждения самих автомобилей. Это достигается конструктивным исключением
из внешней поверхности кузова острых углов, выступающих ручек, других
элементов.
К внутренней пассивной безопасности автомобиля предъявляются два
основных требования: создание условий, при которых водитель автомобиля и пассажиры могли бы безопасно выдержать значительные перегрузки
и исключения травмоопасных элементов в салоне (кабине).
Основа современного защиты людей — части кузова, деформируются
при ударе и поглощают его энергию, прочные дуги безопасности, усиленные передние стойки крыши, травмобезопасные (мягкие, без острых
углов, ребер, кромок и т.п.) детали интерьера автомобиля, которые создают
определенную «решетку безопасности» для водителя и пассажиров. Действующие нормативные документы устанавливают только критерии тяжести
повреждений людей при столкновениях в заданных условиях — по направлению удара, скорости, положению препятствия и тому подобное. Способы
выполнения этих требований не регламентированы. При ДТП происходит
резкое уменьшение скорости, которое приводит к значительным перегрузкам на тела людей, которые могут быть фатальными. Разработана система
пассивной безопасности SRS2 должна при столкновении автомобиля удер-401-

ГЛАВА . КУЗОВ АВТОМО ИЛЯ. ЛЕМЕНТЫ СИСТЕМЫ...

живать человека на месте, чтобы, бесконтрольно перемещаясь по салону,
водитель и пассажиры не травмировали друг друга или о детали кузова
и интерьера. Система включает следующие элементы:
- ремни безопасности, в том числе инерционные и с предварительным
натягом;
- подушки безопасности;
- гибкие или мягкие элементы передней панели;
- травмобезопасную рулевую колонку, которая сокращается по своей
длине в трех местах и предотвращает перемещение рулевого колеса вглубь
салона автомобиля;
- травмобезопасный педальный узел — при столкновении педали отделяются от мест крепления и уменьшают риск повреждения ног водителя;
- энергопоглощающие элементы передней и задней частей автомобиля, которые мнутся при ударе (бамперы);
- подголовники сидений, которые защищают шеи пассажира от серьезных травм, при ударе автомобиля сзади;
- безопасные стекла — закаленные, которые при разрушении рассыпаются на множество неострых осколков и триплекс;
- дуги безопасности, усиленные передние стойки крыши и верхняя
рамка ветрового стекла в родстерах и кабриолетах;
- поперечные брусья в дверях;
- аварийный выключатель аккумуляторной батареи.
Исполнительными устройствами элементов системы пассивной
безопасности автомобиля являются:
- пиропатрон подушки безопасности;
- пиропатрон натяжения ремня безопасности;
- пиропатрон (или реле) аварийного размыкателя аккумуляторной
батареи;
- пиропатрон механизма привода активных подголовников (при использовании подголовников с электрическим приводом);
- контрольная лампа, сигнализирующая о непристегнутых ремнях
безопасности.
Ремни безопасности предотвращают перемещение пассажира по инерции, и, соответственно, возможные его столкновения с деталями интерьера
транспортного средства или другими пассажирами (так называемые вторичные удары), а также гарантируют, что пассажир будет находиться в позе,
обеспечивающей безопасное раскрытие подушек безопасности. Кроме
этого, ремни безопасности при аварии немного растягиваются, тем самым
поглощая кинетическую энергию пассажира, чем дополнительно тормозя
его движение, и распределяют усилие торможения на большую поверхность.
Конструкция включает лямки, болты крепления, замок и втягивающее уст-402-

. . лементы системы пассивной безопасности автомобилей

ройство. Для изготовления лямок используются различные синтетические
материалы, которые влияют на прочность.
Растяжения ремней безопасности осуществляется с помощью устройств удлинение и амортизации, обеспеченных энергопоглощающими
технологиями. Возможно также использование в ремнях безопасности
устройств предварительного натяжения в момент ДТП.
В зависимости от конструкции и принципа действия различают
следующие типы натяжителей ремней безопасности:
- пиротехнический натяжитель ремня безопасности;
- тросовый натяжитель ремня безопасности;
- шариковый натяжитель;
- роторный натяжитель;
- реечный натяжитель;
- ленточный натяжитель.
Пиротехнический натяжитель ремня (рис. 6.21) срабатывает, когда
встроенный в систему датчик свидетельствует о начале столкновения. При
этом включается детонатор пиротехнического патрона. При взрыве патрона выделяется газ, давление которого действует на поршень, соединенный
с ремнем безопасности. Поршень быстро перемещается и натягивает
ремень. Время срабатывания устройства составляет не более 25 мс после
начала удара. Ремень имеет механический ограничитель усилия натяжения
для поддержания нагрузки на постоянном уровне.

Рис. 6.21. Пиротехнический натяжитель ремня безопасности:
1 — ремень безопасности; 2 — пиротехнический патрон; 3 — поршень

Тросовый натяжитель ремня безопасности (рис. 6.22) включает в себя
датчики, газогенератор с пиротехническим зарядом, поршень со стальным
тросом.
При столкновении автомобиля, если замедление превышает определённое значение, то пружина датчика 13 начинает сжиматься под действием массы датчика. Масса датчика состоит из кронштейна датчика 14,
-403-

ГЛАВА . КУЗОВ АВТОМО ИЛЯ. ЛЕМЕНТЫ СИСТЕМЫ...

газогенератора 16 с пиротехническим зарядом, ударной пружины 15,
поршня 3 и трубки 2.

Рис. 6.22. Тросовый натяжитель ремня безопасности:
1 — защитная трубка; 2 — трубка; 3, 12 — поршень; 4 — ремень безопасности;
5 — отбойная пластина с ударным штифтом; 6 — зубчатое кольцо вала;
7 — зубчатый сегмент; 8 — барабан; 9, 18 — механизм смотки ремня
безопасности; 10, 15 — ударная пружина; 11 — стальной трос; 13 — пружина
датчика; 14 — кронштейн датчика; 16 — газогенератор; 17 — болт датчика;
а — воспламенение; б — натяжение

При перемещении кронштейна 14 на расстояние, превышающее
норму, газогенератор 16, удерживаемый в состоянии покоя с помощью
болта датчика 17, высвобождается в вертикальном направлении. Натянутая
ударная пружина 10 выталкивает его по направлению ударного штифта
в отбойной пластине. При столкновении газогенератора с ударным штифтом происходит воспламенение выталкивающего заряда газогенератора.
Газ выталкивается в трубку 2 и перемещает поршень 3 со стальным тросом
11 вниз. При первом движении троса, намотанного на муфту, зубчатый
сегмент 7 сдвигается под действием силы ускорения радиально с барабана
по направлению наружу и входит в зацепление с зубчатым кольцом вала 6
механизма смотки ремня безопасности 9.
Шариковый натяжитель ремня безопасности (рис. 6.23) состоит из
компактного модуля, в который вместе с распознавателем пристёгнутого
ремня безопасности входит ограничитель усилия натяжения ремня безопасности. Механическое срабатывание происходит только тогда, когда
распознаватель пристёгнутого ремня безопасности определяет, что ремень
безопасности пристёгнут.
-404-

. . лементы системы пассивной безопасности автомобилей

Рис. 6.23. Шариковый натяжитель ремня безопасности:
1, 10 — зубчатое колесо; 2, 11 — баллон для шариков; 3 — приводной механизм
(механический или электрический); 4, 6 — пиротехнический выталкивающий
заряд; 5, 7 — ремень безопасности; 8, 12 — трубка с шариками;
9 — механизм смотки ремня безопасности; а — воспламенение; б — натяжение

Шариковый натяжитель ремня приводится в действие шариками.
Шарики помещены в трубку 8. При столкновении по сигналу блока управления подушек безопасности воспламеняется выталкивающий заряд 6. На
натяжителях ремней безопасности с электроприводом активацию приводного механизма производит блок управления подушек безопасности. При
воспламенении выталкивающего заряда расширяющиеся газы приводят
в движение шарики и направляют их через зубчатое колесо 10 в баллон
для сбора шариков. Катушка ремня прочно соединена с зубчатым колесом,
вращается при помощи шариков, при этом ремень втягивается.
Роторный натяжитель ремней безопасности (рис. 6.24) работает по
принципу ротора и состоит из ротора, пиропатрона, приводного механизма 3.
Первый пиропатрон активируется с помощью механического или
электрического привода, при этом расширяющийся газ вращает ротор.
Так как ротор соединён с валом ремня, то ремень начинает втягиваться. По
достижении определённого угла вращения, ротор освобождает перепускной
канал 10 ко второму патрону. Под действием рабочего давления в камере 1
воспламеняется второй патрон, благодаря этому ротор продолжает вращаться
(рис. 6.25, б). Сгоревший газ из камеры 1 выходит через выпускной канал 9.
При достижении второго перепускного канала 8 происходит воспламенение третьего патрона под действием рабочего давления в камере 2
(рис. 6.25, в). Ротор продолжает вращаться, и сгоревший газ из камеры 2
выходит через выпускной канал 5.
-405-

ГЛАВА . КУЗОВ АВТОМО ИЛЯ. ЛЕМЕНТЫ СИСТЕМЫ...

Рис. 6.24. Роторный натяжитель ремня безопасности:
1 — пиропатрон; 2 — ротор; 3 — приводной механизм; 4 — ремень безопасности;
5, 9 — выпускной канал; 6, 8, 10 — перепускной клапан; 7 — срабатывание
первого пиропатрона; 11 — срабатывание второго пиропатрона; 12 — камера 1;
13 — срабатывание третьего пиропатрона; 14 — камера 2

Рис. 6.25. Реечный преднатяжитель ремня безопасности:
1 — демпфер; 2, 3, 4 — шестерни; 5 — ролик; 6 — торсионный вал;
7 — наружное кольцо обгонной муфты; 8 — поршень с зубчатой рейкой;
9 — пиропатрон; а — исходное положение; б — завершение натяжения ремня

Работа реечного преднатяжителя:
По сигналу блока управления подушками безопасности поджигается
заряд пиропатрона. Под давлением образующихся при этом газов поршень
с рейкой 8 перемещается вверх, вызывая вращение находящейся с ним
в зацеплении шестерни 3. Вращение шестерни 3 передается на шестерни 2
-406-

. . лементы системы пассивной безопасности автомобилей

и 4. Шестерня 2 жестко связана с наружным кольцом 7 обгонной муфты,
передающей крутящий момент на торсионный вал 6. При повороте кольца 7 ролики 5 муфты заклиниваются между ним и торсионным валом.
В результате вращения торсионного вала ремень безопасности натягивается. Натяжение ремня прекращается при достижении поршнем демпфера.
Самым простым техническим решением для ограничения усилия
натяжения ремня безопасности является петлеобразно прошитый ремень
безопасности (рис. 6.26). При слишком большом усилии натяжения ремня
швы рвутся, и ремень безопасности становится длиннее. Он позволяет
уменьшить усилие натяжения и снизить нагрузку, воздействующую на водителя и пассажиров.

Рис. 6.26. Петлеобразный прошитый ремень безопасности:
1 — прошитая зона ремня безопасности; 2 — швы; 3 — зажим ремня

В более сложных системах пассивной безопасности кроме пиротехнический преднатяжителей ремня безопасности применяются реверсивный
преднатяжитель ремня (рис. 6.27) с блоком управления и адаптивный (отключаемый) ограничитель усилия натяжения ремня.

Рис. 6.27. Ремень безопасности с реверсивным преднатяжителем:
1 — зубчатая передача; 2 — крюк; 3 — ведомый диск

Реверсивный преднатяжитель ремня безопасности контролируется
отдельным блоком управления. В зависимости от команд, передаваемых
-407-

ГЛАВА . КУЗОВ АВТОМО ИЛЯ. ЛЕМЕНТЫ СИСТЕМЫ...

по базе данных, блоки управления преднатяжителей ремней безопасности
управляют подключенными исполнительными электродвигателями.
Если блок управления подушек безопасности распознает легкое
фронтальное столкновение, при котором срабатывания пиротехнического
преднатяжителя ремня безопасности не требуется, он передает соответствующий сигнал на блоки управления преднатяжителей ремней безопасности. Они дают команду на полное натяжение ремней исполнительными
электродвигателями.
Вал электродвигателя вращаясь, через зубчатую передачу приводит во
вращение ведомый диск, который соединен с валом ремня безопасности
двумя выдвижными крюками. Ремень безопасности наматывается на вал
и натягивается.
Преднатяжители с приводом от электродвигателя срабатывают
бесшумно. К тому же в отличие от пиропатронов они многоразовые. Производители нередко совмещают эти два вида преднатяжителей в одном
механизме ремней безопасности. В этом случае решение о том, какой из
них использовать, принимается электроникой на основе данных датчиков,
которыми оборудован автомобиль.
По числу мест крепления различают следующие виды ремней безопасности:
- двухточечные ремни безопасности;
- трехточечные ремни безопасности;
- четырех-, пяти- и шеститочечные ремни безопасности.
Двухточечные ремни безопасности — самые неэффективные с точки зрения пассивной безопасности. По своей конструкции они подразделяются на
поясные и плечевые. Поясные выглядят как страховочные ремни в креслах
самолетов. Они не стесняют движений, но могут стать при ДТП причиной
тяжелых травм позвоночника и даже привести к параличу. Одна из точек
крепления находится возле порога или внизу на боковой стойке автомобиля,
вторая устанавливается между сиденьями и включает в себя замок. Грудной
вариант ремня проходит диагонально по грудной клетке водителя и пассажира. При этом одна из точек крепления располагается вверху на боковой
стойке автомобиля. Крепежная точка с замком также располагается между
сиденьями. В этом варианте верхняя часть человека удерживалась при ДТП.
Но такой вариант также ненадежен, так как при ДТП человек может выскользнуть из-под ремня. Такие ремни безопасности применяются в основном на
задних сиденьях легковых автомобилей и в автобусах.
Трехточечные ремни безопасности устанавливаются практически на
всех современных автомобилях. V-образная диагонально-поясная конструкция способствует равномерному распределению энергии инерционного движения между частями торса человека. Такие ремни — одни из самых
оптимальных вариантов для использования, так как они обеспечивают
-408-

. . лементы системы пассивной безопасности автомобилей

хорошую фиксацию тела человека и удобны в пользовании. После протяжки
лямки и фиксации ее в замке, одна часть ее располагается диагонально
и проходит по грудной клетке, а вторая — поперечно в поясничной зоне.
То есть, трехточечный тип совмещает в себе одновременно оба варианта
двухточечной конструкции.
Четырехточечными ремнями безопасности оборудуются спортивные
модели автомобилей, сидения которых имеют четыре точки крепления.
Вместе с пяти- и шеститочечными они представляют группу наиболее надежных ремней безопасности, но не могут быть установлены на обычные
автомобили из-за конструктивных особенностей.
Перспективной конструкцией является надувные ремни безопасности,
которые наполняются газом при ДТП. Они увеличивают площадь контакта
с пассажиром и соответственно уменьшают нагрузку на человека. Надувная
секция может быть плечевой и поясной. Как показывают испытания, эта
конструкция ремня безопасности обеспечивает дополнительную защиту
от бокового удара. Современные автомобили оснащаются ремнями безопасности с преднатяжителями. Натягиваемый ремень безопасности предназначен для заблаговременного предотвращения перемещения человека
вперед (относительно движения автомобиля) при ДТП. Это достигается за
счет сматывания и уменьшения свободы прилегания ремня безопасности
по сигналу датчика. Натягиваемый ремень, как правило, устанавливаются
на замке ремня безопасности. По принципу действия различают следующие
конструкции натяжителей ремней безопасности: тросовый, шариковый,
роторный, рельсовый, ленточный.
Натяжитель обеспечивает сматывания отрезке ремня безопасности
длиной до 130 мм за время 13 мс.
Пневмоподушка (airbag) безопасности дополняет ремень безопасности,
уменьшая шанс удара головы и верхней части тела пассажира о какую-либо
часть салона автомобиля. Также они снижают опасность получения тяжелых
травм, распределяя силу удара по телу пассажира. Срабатывание подушки
безопасности происходит очень быстрым развертыванием большого предмета, поэтому в некоторых ситуациях это может стать причиной ранений
или даже гибели пассажира, может убить непристегнутого ребенка, который
сидит слишком близко к подушке или, она была выброшена вперед силой
экстренного торможения, поэтому размещение ребенка должно соответствовать определенным требованиям.
Современные легковые автомобили имеют несколько подушек безопасности, которые располагаются в разных местах салона автомобиля. В зависимости от места расположения различают следующие виды подушек
безопасности:
- фронтальные подушки безопасности;
- боковые подушки безопасности;
-409-

ГЛАВА . КУЗОВ АВТОМО ИЛЯ. ЛЕМЕНТЫ СИСТЕМЫ...

- головные подушки безопасности;
- коленные подушки безопасности;
- центральная подушка безопасности.
Различают фронтальную подушку безопасности водителя и переднего
пассажира. Для фронтальной подушки безопасности переднего пассажира
предусматривается, как правило, возможность отключения. В ряде конструкций фронтальных подушек используется двухступенчатое, а также
многоступенчатое срабатывание в зависимости от тяжести ДТП (т.е. адаптивные подушки безопасности).
Боковые подушки безопасности призваны снизить риск травмирования таза, грудной клетки и брюшной полости при ДТП. Самые качественные
боковые подушки безопасности имеют двухкамерное конструкцию.
Головные подушки безопасности (другое название — «шторки» безопасности) служат для защиты головы при боковом столкновении.
Коленная подушка безопасности защищает колени и голени водителя
от травм. В 2009 г. Toyota предложила центральную подушку безопасности,
которая призвана снизить тяжесть вторичных повреждений пассажиров
при боковом столкновении. Располагается в подлокотнике переднего ряда
сидений или центральной части спинки задних сидений.
В состав подушки безопасности входят эластичная оболочка, которая
наполняется газом, газогенератор и система управления.
Газогенератор служит для наполнения оболочки подушки газом.
В совокупности, оболочка и газогенератор образуют модуль подушки
безопасности. Конструкции газогенераторов различают по форме (куполообразные и трубчатые), по характеру работы (с одноступенчатым и двухступенчатым срабатыванием), по способу газообразование (твердотопливные
и гибридные).

Рис. 6.28. Пиропатроны с газовым баллоном:
1 — первый запал; 2 — первый заряд; 3 — шток с поршнем; 4 — защитная пленка;
5 — каналы подачи газа в подушку безопасности; 6 — газовый баллон;
7 — второй заряд; 8 — второй запал

-410-

. . лементы системы пассивной безопасности автомобилей

Твердотопливный газогенератор состоит из корпуса, пиропатрона
и заряда твердого топлива. Заряд представляет собой смесь оксида натрия,
нитрата калия и диоксида кремния. Воспламенение топлива происходит от
пиропатрона и сопровождается образованием газа азота, который раздувает
оболочку подушки.
Активация подушек безопасности происходит при ударе через 3 мс
после срабатывания датчика удара. На протяжении 20–40 мс подушка
раздувается, а через 100 мс происходит полное вздутие подушки. В зависимости от направления удара активируются только определенные подушки
безопасности. Если сила удара превышает заданный уровень, датчики удара
передают сигнал в блок управления. После обработки сигналов всех датчиков
блок управления определяет необходимость и время срабатывания определенных подушек безопасности и других компонентов системы пассивной
безопасности. Соответственно, условия срабатывания различных подушек
безопасности различны.
Например, фронтальные подушки безопасности срабатывают при следующих условиях: превышение силы лобового удара заданной величины; наезд
на твердый прочный предмет (бордюр, край тротуара, стенка ямы) жесткое
приземление после прыжка; падение автомобиля; косой удар в переднюю
часть автомобиля. Фронтальные подушки безопасности не срабатывают при
ударе автомобиля сзади, боковом ударе, опрокидывании автомобиля. Срабатывают все подушки безопасности при возгорании автомобиля.
Алгоритмы срабатывания подушек безопасности постоянно совершенствуются и становятся все более сложными. Современные алгоритмы
учитывают скорость движения транспортного средства, скорость его замедление, вес пассажира и место его расположения, использование ремня
безопасности, наличие детского кресла.
Подголовник — защитное средство, встроенный в верхнюю часть сиденья, является упором для затылочной части головы водителя или пассажира
автомобиля. Подголовники конструируются или как часть удлиненных
спинок сидений, или являются отдельными регулируемыми подушечками
над сиденьями. Подголовники устанавливаются с целью ослабить эффект
неконтролируемого движения головы, особенно назад, в результате ДТП
из-за наезда другого транспортного средства сзади. Очень большую роль
при защите шейных позвонков при аварии играет правильность установки
и регулировки подголовника. Существенным недостатком неподвижных
подголовников является необходимость их регулирования по высоте.
Активные механические подголовники (рис. 6.29) оборудованы специальным подвижным рычагом, спрятанным в спинке сиденья. При заднем
ударе автомобиля спина водителя по инерции от толчка вдавливается
в кресло и нажимает на нижний конец рычага, рычаг нажимается и подголовник начинает двигаться навстречу голове человека еще до ее опроки-411-

ГЛАВА . КУЗОВ АВТОМО ИЛЯ. ЛЕМЕНТЫ СИСТЕМЫ...

дывания, за счет чего уменьшает силу удара. Чем большее давление окажет
на кресло спина человека, тем быстрее система сработает. Активные подголовники эффективны при столкновениях на малых и средних скоростях
движения, когда чаще всего случаются травмы и только при определенном
вида наезда сзади. После столкновения подголовники возвращаются в исходное положение. Активные подголовники должны быть всегда правильно
отрегулированы.
Реализация электрического привода активного подголовника предполагает наличие электронной системы управления. В состав системы
управления входят датчики удара, блок управления и собственно механизм
привода. Основу механизма составляет пиропатрон с электрическим воспламенением. Датчики удара расположены в задней части автомобиля. Сигналы
с датчиков поступают на блок управления, который, исходя из направления
и силы удара, выполняет регулировку усилия срабатывания рычажного механизма. Системы электрического типа стоят дороже механических собратьев,
но их эффективность гораздо выше. Хотя даже наиболее простые активные
подголовники существенно повышают уровень пассивной безопасности
транспортного средства.

Рис. 6.29. Активный подголовник:
1 — опорный щиток; 2 — рычажный механизм; 3 — функциональный блок;
а — в состоянии покоя; б — в рабочем состоянии

6.5. СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ ПЕШЕХОДОВ
Системы безопасности в автомобилях применяются довольно давно
и очень успешно. В них входят как классические ремни безопасности, подушки, так и разные электронные схемы пассивной безопасности. На данный
-412-

. . Средства защиты пешеходов

момент удалось добиться практически полного сохранения от травм всех
пассажиров автомобиля. Актуально это лишь для некоторых автомобилей.
Теперь же производители решили уделить внимание и другим участникам
дорожного движения — пешеходам.
Специально для пешеходов разработано дополнительное средство защиты — фликеры. Во многих европейских странах ношение фликеров для
пешеходов обязательно Это устройство представляет собой световозвращатель, которое помогает водителю автомобиля заметить человека на дороге
в темное время суток. Согласно российскому законодательству, носить световозвращательные элементы пешеходы обязаны при движении по дороге
или ее обочине в темное время суток или при плохих условиях видимости.
За неисполнение данного требования предусмотрены штрафные санкции.
Данные правила действуют только вне населенных пунктов.
Световозвращатели сегодня выпускаются в самых разнообразных
вариантах. Это подвески, брелоки, значки, наклейки, термонаклейки для
одежды, браслеты. Некоторые производители одежды и обуви предлагают
своим покупателям готовые модели, имеющие вставки-фликеры. По мнению большинства людей, один из самых удобных вариантов — ношение
одежды со световозвращательными элементами. Идеальное место для
размещения значков — головные уборы или рюкзаки.
Специалисты советуют носить отражатели слева и справа, а также
сзади и спереди. Велосипедисты, использующие свой велосипед в ночное
время, обязаны прикрепить к своем транспортному средству светодиодный
катафот. Наиболее качественными считаются светоотражатели белого
и лимонного цвета, выполненные в простом дизайне.
Еще дин из способов защиты пешехода при наезде на него автомобиля
состоит в том, что автомобиль оснащается дополнительным (встроенным)
амортизирующим бампером, который при ДТП автоматически выдвигается из основного бампера автомобиля, в момент от начала торможения
и до столкновения автомобиля с пешеходом (велосипедистом, а также иным
препятствием). Также в конструкцию бампера помещена подушка безопасности, для того, чтобы исключить получение пешеходом серьезных травм,
а также для смягчения жесткого удара автомобиля и предотвращения серьезных разрушений транспортного средства.
Задняя часть этой конструкции соединена с лонжеронами автомобиля,
а передняя размещается в нижней части переднего основного бампера,
на уровне порогов кузова автомобиля. Для приведения этого бампера
в исходное рабочее положение, конструкция оснащена газогенератором.
При появлении опасной дорожной ситуации, предвидя неизбежное
столкновение автомобиля с препятствием (пешеходом и т.д.), особенно при
плохом сцеплении колес автомобиля с дорожным покрытием, водитель
резко и с большим усилием нажимает на педаль тормоза. При экстре-413-

ГЛАВА . КУЗОВ АВТОМО ИЛЯ. ЛЕМЕНТЫ СИСТЕМЫ...

мальном торможении, сигнал с датчика, размещенного на педали тормоза
передаётся на электронный блок управления данной системы, с которого
передается сигнал в виде электрического импульса и приводит в действие
газогенератор, который в свою очередь приводит в действие выдвигающийся бампер и он, выдвигаясь вперёд из основного бамперы, занимает свое
рабочее положение.
Далее, когда выдвинувшийся амортизирующий бампер касается
препятствия (пешехода), а автомобиль все еще продолжает своё движение,
происходит сжатие амортизаторов и в это же время происходит наполнение
подушки безопасности сжатым газом, которая соразмерна росту взрослого
человека и всей длине бампера. Подушка-матрац выполнена таким образом, что имеет три равные продольные полости. Две боковые соединены со
средней полостью через обратные клапаны.
Пешеход, которого сбил движущийся автомобиль, падает на капот,
наклоняя подушку безопасности. Средняя часть подушки приклеивается
к капоту. В ней увеличивается давление (гасится удар при столкновении
и исключается отскок тела пешехода от капота), дальше открываются обратные клапаны и газ переходит в боковые полости подушки, увеличивая
их в объёме. После наполнения газом из средней полости, боковые полости
соприкасаются своими самосклеивающимися полосками и удерживают
в себе пешехода, не позволяя тому упасть на дорожное полотно.
Системы защиты пешеходов в настоящее время нашли широкое распространение на большинстве европейских и американских автомобилях.
Все системы по своему устройству аналогичны на большинстве автомобилей и включают в себя:
- датчики безопасности;
- исполняющие устройства.
В качестве управляющего контроллера стандартно используется электронный блок управления (ЭБУ). Он выполняет контроль за множеством
систем управления.
Система защиты пешеходов включает в себя вариант использования капота (рис. 6.30). Специальные датчики устанавливаются в бампер
и следят за изменением ситуации. Также иногда для работы этой схемы
применяется отдельный блок управления. В таком случае удается достичь
более высокой скорости срабатывания системы. В роли пассивной подушки
выступает капот, с обеих сторон которого устанавливают специальные устройства, которые аккуратно «ловят» пешехода. Поднимают капот обычно
или мощные пружины, или выстреливающие пиропатроны. В результате капот отодвигается от кузова автомобиля и поднимается кверху, обеспечивая
большую площадь столкновения и более эффективную зону деформации
и снижая риск травмы от удара о жесткие элементы деталей подкапотного
пространства, принимает на себя основной вес и удар человека, а потом
-414-

. . Средства защиты пешеходов

уже под действием сил ложится обратно. Когда датчики улавливают изменение ситуации, они сигнализируют об этом и дальше блок управления
с мгновенной скоростью определяет, было ли это столкновение с человеком
и нужно ли откидывать капот.
Другим направлением в уменьшении травматизма пешеходов являются защитные приспособления, удерживающие пешехода после удара
и предохраняющие его от падения на дорогу. При срабатывании такого
приспособления в первой стадии наезда (через 0,2–0,3 с) пешеход забрасывается на капот автомобиля. После начала торможения автомобиля пешеход, продолжая двигаться с приобретенной скоростью, сползает вперед по
капоту и падает вниз. Защитная сетка начинает автоматически выдвигаться
примерно спустя 0,2 с после удара. Через 1 с выдвижение ее полностью
заканчивается, и сетка принимает падающего человека.
Еще одним направлением является система защиты пешеходов
«Pedestrian Airbag System», которая включает две подушки — большую, охватывающую переднюю часть автомобиля (бампер, радиаторную решетку,
фары и кромку капота) и маленькую, которая размещается у лобового стекла, защищая голову пешехода (рис. 6.30, а).
Система Pedestrian Airbag System — на сегодня самая совершенная
и технически продуманная именно для тех случаев, когда столкновение
с пешеходом угрожает его безопасности. Система предназначена для
случаев столкновения пешехода и автомобиля на скорости и может очень
существенно снизить уровень травм человека и повреждения автомобиля.
Данная система, кроме электронных датчиков, включает защитные
механизмы — подушки, надуваемые снаружи авто на уровне лобового стекла и боковых частей кузова. Электронная система обнаружения пешеходов
с большим количество датчиков и запрограммированных опций получила
название Pedestrian Detection.
Подушка безопасности, которая входит в систему Pedestrian System,
состоит из:
- блока управления для защиты пешехода;
- датчиков столкновения;
- подушки безопасности;
- механизмов освобождения шарнира на капоте.
Количество датчиков столкновения (в качестве них используются
датчики ускорения Remote Acceleration Sensor, RAS) в системе 7 штук, и все
они идут по уровню бампера. Поступающие на них сигналы в постоянном
режиме идут на модуль защиты, а в случае отслеживания столкновения,
автоматически определяется сила удара и блок управления, в соответствии
с рассчитанными данными, активизирует механизмы защиты — подушки
безопасности по переднему краю автомобиля. Механизм освобождения
имеет пиротехнический привод и крепится к капоту на шарнирах, таким
-415-

ГЛАВА . КУЗОВ АВТОМО ИЛЯ. ЛЕМЕНТЫ СИСТЕМЫ...

образом, имеется возможность действительно быстро и своевременно запускать подушки.
Механизм освобождения капота срабатывает от пиропатрона и подсоединяет твердотопливный газогенератор. Последний приводит в движение
специальный поршень, который после срабатывания выбивает шарнир
и освобождает крепление капота с боку лобового стекла.
Сама подушка вылетает из-под капота в том месте, где он переходит
в лобовое стекло. Подушка состоит из прочной ткани и запускающегося в нее
воздуха баллонного газогенератора. Подушка при надувании приподнимает
капот на 10–15 см. Такая система будет эффективна, если пешехода задело не
по прямой, а под определенным углом, как часто бывает в случае перебегания дороги пешеходом, уворачивания автомобиля от прямого столкновения
со стороны водителя или просто при ударе по касательной при отбрасывании
автомобиля в ДТП с участием второго автомобиля. В целом, уникальность
этой системы именно в том, что она очень продумана и действительно может
считаться самой совершенной на сегодня для защиты как пешехода, так
и пассажиров в автомобиле.

Рис. 6.30. Системы защиты пешеходов

В некоторые модели автомобилей автопроизводители устанавливают
или будут устанавливать (компания Volvo на моделях S60 и др.) в ближайшие время специальные радары расширенного спектра действия, которые
способны помимо крупных объектов на дороге, определять мотоциклистов,
пешеходов и велосипедистов. Электроника автомобиля так же, как и при работе традиционной системы предупреждения столкновения с автомобилем,
определив более мелкий объект, предупредит водителя об опасности наезда
на человека, а в случае необходимости сама остановит или снизит скорость
транспортного средства для того, чтобы обезопасить незащищённого участника дорожного движения.
Система предупреждения о риске наезда на пешехода с функцией автоматического торможения состоит из блоков: радара, который установлен
-416-

. . Средства защиты пешеходов

в переднем бампере машины, видеокамер, которые установлены на салонное зеркало заднего вида и блока электронного управления.
Благодаря широкому полю сканирования пространства за счет двузонного сканирования, пешеходы и велосипедисты могут быть обнаружены
задолго до возникновения опасности. Если водитель будет знать заранее
о пешеходе на дороге или тротуаре, то он сможет быть более внимательным
при приближении к пешеходу.
Компании Audi, Mercedes и BMW также предлагают современные
системы обнаружения пешеходов, но только на автомобилях, которые
оснащены системой ночного видения, основанной на технологии ночных
видеокамер. Ночное видеооборудование работает на инфракрасных технологиях, которое помогает обнаружить автомобилю людей и животных,
показывая водителю на центральной консоли ЖК-экрана светлые силуэты
объектов.
Кроме того, некоторые компании предлагают устанавливать на автомобили автомобильный радар-датчик, в котором используются радиоволны для обнаружения объектов (другие автомобили, пешеходы, препятствия)
вокруг автомобиля. Радарный датчик является важным конструктивным
элементом современных систем активной и пассивной безопасности. На
основании сигналов радара производится оценка потенциальной опасности объектов, предупреждение (оповещение) водителя об опасности
и в экстренном случае автоматическое воздействие на органы управления
автомобиля (тормозную систему, рулевое управление).

Рис. 6.31. Оснащение автомобиля радарной установкой

Основные части радарной установки: передатчик (трансмиттер),
антенна и приемник (ресивер). Передатчик является источником электромагнитного сигнала. Антенна обеспечивает фокусировку сигнала
передатчика и прием отраженного сигнала от объекта. Приемник осуществляет усиление и обработку отраженного сигнала. Автомобильный
радар выполняет несколько функций: определяет расстояние до объекта,
-417-

ГЛАВА . КУЗОВ АВТОМО ИЛЯ. ЛЕМЕНТЫ СИСТЕМЫ...

оценку положения объекта, устанавливает скорость объекта. Основные
преимущества радарной установки: хорошая работоспособность в плохих
погодных условиях (дождь, снег, туман и т.д.), дальность обнаружения,
большой угол обзора.
Радары ближнего и среднего действия используются в ряде систем активной безопасности: автоматического экстренного торможения, помощи
при перестроении, помощи движению по полосе, автоматической парковки,
режиме Stop and Go адаптивного круиз-контроля.
Для радара дальнего действия (Long Range Radar, LRR) ключевым параметром является дальность обнаружения 30–200 м и угол обзора 30°.

6.6. КРЕСЛА ДЛЯ ПЕРЕВОЗКИ ДЕТЕЙ
12 июля 2017 г. вступили в силу поправки в Правила дорожного движения (ПДД, пункт 22.9), определяющие новые правила перевозки детей
в автомобиле.
С 12.07.2017 в транспортном средстве, оснащенном ремнями безопасности, перевозка детей до 12-ти лет на переднем сиденье возможна
исключительно при использовании специального удерживающего устройства (автокресло или автолюлька). На заднем же сиденье автокресло обязательно лишь до 7 лет. В возрасте ребенка с 7 до 12 лет на заднем сиденье
могут использоваться как автокресло, так и обычный ремень безопасности.
Необходимость фиксации ребенка в автомобиле в специальном детском
удерживающем устройстве, а не на руках у взрослых обусловлена тем, что
при резком торможении (или ударе) при скорости автомобиля 50 км/ч, вес
пассажира возрастает почти в 30 раз. Перевозка ребенка на руках считается
самой опасной. При весе ребенка 10 кг в момент удара он будет иметь вес
более 300 кг, и удержать его от резкого удара о переднее кресло автомобиля
будет практически невозможно.
Все детские автомобильные удерживающие устройства должны соответствовать габаритам и возрасту ребенка. Помимо этого, такие устройства регулируются:
1. ГОСТ Р 4144-2005 (Правила ЕЭК ООН № 44) «Единообразные предписания, касающиеся удерживающих устройств для детей, находящихся
в механических транспортных средствах» (Regulation № 44 Uniform
provisions concerning the type approval of restraining devices for child occupants
of power-driven vehicles (MOD).
2. Техническим регламентом Таможенного союза ТР ТС 018/2011
«О безопасности колесных транспортных средств» в приложении № 10
(утвержден решением комиссии Таможенного союза от 09.12.2011, № 877).
-418-

. . Кресла для перевоз и детей
Таблица 6.7
Детские удерживающие устройства (пять весовых групп)

9–18 кг

Примерный
возраст
От рождения
до 6 месяцев
От рождения
до 1 года
От 9 мес. до 4 лет

Лицом по ходу движения

15–20 кг

От 3 до 7 лет

Лицом по ходу движения

22–36 кг

От 6 до 12 лет

Лицом по ходу движения

Группа

Вес ребенка

«0» — автолюлька

0–10 кг

«0+» — кресло

0–13 кг

«1» — кресло
«2» — кресло
или бустер
«3» — кресло
или бустер

Способ установки
Боком к ходу движения
Лицом против движения

Устройства для перевозки детей весом до 13 кг маркируются специальным обозначением «0» и «0+»:
- категория «0» — модель (рис. 6.32) предназначается для перевозки
грудничков возрастом до полугода (конструкция представляет собой люльку-коляску), и только в горизонтальном положении, имеет название «автолюлька», в устройстве отсутствует давление на неокрепший позвоночник
ребенка. Устанавливается люлька в автомобиле вдоль заднего пассажирского сиденья, пристегивается одновременно штатными и внутренними
автомобильными ремнями безопасности, располагается таким образом,
чтобы голова ребенка находилась как можно дальше от двери автомобиля.
В самой автолюльке ребенок крепится встроенными ремнями;

Рис. 6.32. Автолюльки для перевозки детей

- категория «0+» — модель для детей возрастом до полутора (иногда
двух) лет, предназначенная для перевозки как в горизонтальном (автолюлька), так и в полугоризонтальном (автокресло) положении, с возможностью
-419-

ГЛАВА . КУЗОВ АВТОМО ИЛЯ. ЛЕМЕНТЫ СИСТЕМЫ...

регулировать наклон спинки под углом в 30–45° (более пологий угол, больше
45°, сильно снижает безопасность автокресла при фронтальных ударах. При
слишком высоком положении, угол меньше 30°, голова ребенка будет падать
вперед, что может привести к затруднению дыхания, и, как следствие, к недостаточному насыщению крови кислородом, а в очень редких случаях —
и к остановке дыхания).
Некоторые модели называют трансформерами, когда автолюльку для
ребенка несложными действиями можно превратить в автокресло для детей. Трансформер оснащен выдвижным сидением, которое и обеспечивает
полулежачее положение ребенку до 6 месяцев.
Для дополнительной фиксации головы ребенка допускается использовать валики из ткани, которые укладывают с двух сторон ребенка. Различные
подушки, вкладыши под голову, которые идут не в комплекте с креслом,
использовать запрещено, так как это может способствовать падению головы
ребенка вперед.

Рис. 6.33. Углы наклона спинки сиденья:
а — угол наклона сидения слишком маленький (< 30°),
голова младенца падает на подбородок, что затрудняет его дыхание;
б — угол наклона спинки от 30° до 4°, ребенок находится
в максимальной безопасности при достаточном комфорте

Обычно рекомендуется производить установку детского кресла на
заднем сиденье автомобиля. В случае установки автокресла на переднем
сиденье легкового автомобиля следует или отключить, или убрать воздушную
подушку безопасности (так как ее срабатывание в аварийной ситуации может
навредить ребенку). При таком размещении специальные детские ремни
автомобильного кресла надежно фиксируют его внутри сиденья, а крепкие
бортики корпуса защитят ребенка от ударов и осколков с боковых сторон.
Допускается перевозка ребенка в салоне грузового автомобиля, но
только с использованием автокресла при установке конструкции на середине переднего сиденья.
Автомобильные кресла в зависимости от возраста ребенка устанавливают или противоположно ходу движения, или по ходу движения автомо-420-

. . Кресла для перевоз и детей

биля (рис. 6.34). Автокресло лучше располагать по центру заднего сиденья.
Данная позиция минимизирует риск повреждений для ребенка при ударе
в боковую часть автомобиля (во время ДТП). Хотя стенки детских кресел
в большинстве случаев крайне прочны, полной гарантии защиты от любых
травм это не дает. Также относительно безопасной позицией на заднем
сидении считается место справа. Риск поражения осколками минимален,
остается лишь одна уязвимость — близость к дверям (корпусу) автомобиля.
При этом здесь прослеживается и ряд плюсов:
- удобно следить за ребенком, когда он находится по правую руку;
- можно легко отодвинуть переднее пассажирское сиденье для обеспечения дополнительного пространства.
Само кресло крепится либо штатными ремнями автомобиля, либо
к специальным скобам Isofix. В основе конструкции Isofix (International
Standards Organisation FIX) лежат две стальные петли, которые своим очертанием напоминают букву «П». Они расположены друг от друга на расстоянии
в 280 мм. Необходимая жесткость достигается благодаря силовому каркасу,
который их скрепляет. Ребенок в автокресле удерживается внутренними
ремнями. Детское кресло с системой Isofix практически невозможно установить неправильно. В любом современном легковом автомобиле в заднем
сиденье встроены специальные скобы, которые и соединяются с кронштейнами, расположенными в нижней части удерживающих устройств. Причем
соединение производится легко, а кресло надежно и жестко скрепляется.
Некоторые модели имеют электронные индикаторы, которые меняют цвет,
если кресло установлено правильно.
Isofix фиксирует кресло в двух точках. Но для групп «0» и «1» предусматривается еще 3-я точка, позволяющая снизить нагрузку на крепления
удерживающего устройства. Это может быть:
- телескопический упор в пол. Представляет собой две соединенные
трубки, расположенные у основания платформы детского автокресла, которые
регулируются по высоте и жестко фиксируются. Не каждая модель платформы
включает в себя упорную «ногу». При ее отсутствии используется якорный
ремень;
- якорный ремень (Top Tether). Отвечает за дополнительную фиксацию
верхней части автокресла. В случае ДТП защищает ребенка от повреждений
шеи в результате резкого «кивка». В верхней части спинки детского сиденья
имеется ремень, который фиксируется за специальную скобу на тыльной
стороне заднего сиденья, в багажнике автомобиля или др. месте (в зависимости от модели).
В автокреслах-переносках гр. 0+ и в креслах гр. 0+/1 в положении против
хода движения внутренние ремни кресла должны начинаться чуть ниже уровня плеча ребенка. Голова ребенка ни в коем случае не должна быть выше края
кресла.
-421-

ГЛАВА . КУЗОВ АВТОМО ИЛЯ. ЛЕМЕНТЫ СИСТЕМЫ...

Рис. 6.34. Расположение автомобильного кресла:
а — положение «против хода» движения автомобиля;
б и в — положение «по ходу»

Голова у ребенка такого возраста очень тяжелая, почти четверть массы
всего тела, — а мышцы пока очень слабые. Не только ДТП, но даже резкое
торможение может вызвать смертельный кивок головы, если младенец
сидит лицом вперед.
Автомобильный бустер (рис. 6.35) — это детское удерживающее устройство, предназначенное для перевозки ребенка в возрасте от 3 до 12 лет.
Он представляет собой небольшое сиденье с подлокотниками без спинки
и внутренних ремней безопасности. Ребенок пристегивается штатным
ремнем по аналоги со взрослым человеком. Задача бустера — приподнять
тело ребенка, чтобы штатный ремень безопасности проходил по груди, а не
по шее, что опасно для жизни. По размеру бустер достаточно компактный
и легкий.
Все бустеры разделяются на две группы: «2/3» и «3». Первая группа
предназначается для детей весом 15–36 кг. Ее особенность заключается
в наличии специального ремешка-адаптера, который позволяет правильно
расположить штатный автомобильный ремень на теле ребенка и надежно
пристегнуть его. Группа «3» используется для детей весом 22–36 кг и не
предусматривает дополнительных аксессуаров для фиксации.
В зависимости от материала изготовления бустеры могут быть
изготовлены:
- из пенопласта (достаточно хрупкие и при ДТП не обеспечивают полноценную защиту ребенка);
- из пластмассы (более практичные, универсальные, надежные, легкие,
безопасные);
- с металлическим каркасом (самый прочный и безопасный). Железный
каркас прячется в толстых слоях промежуточного материала. Сверху бустер
обтягивается мягкой тканью, что обеспечивает ребенку комфорт во время
поездки.
-422-

. . Кресла для перевоз и детей

Бустер рекомендован для детей, чей рост не ниже 120–130 см. Если
ребенок еще недостаточно высок, то перевозить его необходимо в обычном
автокресле, в противном случае, спина ребенка не будет иметь достаточной
опоры и фиксации.
Что касается веса ребенка, то здесь начальный порог — это 15 кг. Рассматривать эти два параметра нужно в совокупности. Весить 15 кг ребенок
может и в три года, при этом его рост будет еще далек от положенного.

Рис. 6.35. Автомобильный бустер

-423-

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Варис, В. С. Автомобильные двигатели : учебное пособие для СПО /
В. С. Варис, Ю. В. Спиридонова. — Саратов : Профобразование, 2019. — 181 c. —
ISBN 978-5-4488-0257-7. — Текст : электронный // Цифровой образовательный ресурс IPR SMART : [сайт]. — URL: https://www.iprbookshop.ru/83328.
html (дата обращения: 10.07.2023). — Режим доступа: для авторизир. пользователей.
2. Вихерт, М. М. Конструкция и расчет автотракторных двигателей :
учебник для студентов машиностроительных специальностей высших учебных заведений / М. М. Вихерт [и др.]. — 2-е изд. — Москва : Машиностроение,
1964. — 552 с.
3. Голубков, Л. Н. Топливные насосы высокого давления распределительного типа : учебно-практическое пособие / Л. Н. Голубков, А. А. Савастенко, М. В. Эммиль. — Москва : Легион, 2000. — 172 с.
4. Морев, А. И. Газобалонные автомобили / А. И. Морев [и др.]. — Москва : Транспорт, 1992. — 175 с.
5. Орлин, А. С. Двигатели внутреннего сгорания. В 4 книгах. Кн. 4.
Системы поршневых и комбинированных двигателей : учебник по специальности «Двигатели внутреннего сгорания» / А. С. Орлин [и др.] ; под
редакцией А. С. Орлина, М. Г. Круглова. — 4-е изд., перераб. и доп. — Москва :
Машиностроение, 1985. — 456 с.
6. Вырубов, Д. Н. Двигатели внутреннего сгорания. В 4 книгах. Кн. 2.
Конструирование и расчет на прочность поршневых и комбинированных
двигателей : учебник по специальности «Двигатели внутреннего сгорания» /
Д. Н. Вырубов [и др.] ; под редакцией А. С. Орлина, М. Г. Круглова. — 4-е изд.,
перераб. и доп. — Москва : Машиностроение, 1984. — 384 с.
7. Дмитриевский, А. В. Карбюраторы автомобильных двигателей /
А. В. Дмитриевский, В. Ф. Каменев. — Москва : Машиностроение, 1990. — 224 с.
8. Иващенко, Н. А. Дизельные топливные системы с электронным управлением : учебно-практическое пособие / Н. А. Иващенко, В. А. Вагнер,
Л. В. Грехов. — Барнаул : Изд-во АлтГТУ, 2000. — 111 с.
9. Попык, К. Г. Конструирование и расчет автомобильных и тракторных
двигателей / К. Г. Попык. — Москва : Высшая школа, 1986. — 386 с.
-424-

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

10. Кругов, В. И. Автоматическое регулирование и управление ДВС /
В. И. Кругов. — Москва : Машиностроение, 1989. — 416 с.
11. Кругов, В. И. Двигатель внутреннего сгорания как регулируемый
объект / В. И. Кругов. — Москва : Машиностроение, 1978. — 472 с.
12. Райков, И. Я. Конструкция автомобильных и тракторных двигателей : учебник для вузов по специальности «Двигатели внутреннего сгорания» / И. Я. Райков, Г. Н. Рытвинский. — Москва : Высшая школа, 1986. —
352 с.
13. Покровской, Г. П. Электронное управление автомобильными двигателями / Г. П. Покровской [и др.] ; под общей редакцией Г. П. Покровского. — Москва : Машиностроение, 1994. — 336 с.
14. Ефимов, С. И. Энергетические установки: системы поршневых
и комбинированных двигателей : учебник для вузов по специальности
«Двигатели внутреннего сгорания» / С. И. Ефимов [и др.] ; общей редакцией
А. С. Орлина, М. Г. Круглова. — 3-е изд., перераб. и доп. — Москва : Высшая
школа, 1986. — 352 с.

-425-

ДЛЯ ЗАМЕТОК

Издавайте книги вместе с нами!

«А
Ай Пи Ар Медиа» и «Профобразование» - ведущие
издательства, более 20 лет выпускающие
высококачественную учебную и практическую литературу
для высшего и среднего профессионального образования,
а также практико-ориентированные издания по
актуальным востребованным темам для широкого круга лиц

Преимущества работы для авторов:

J) индивидуальный подход
� профессиональная редакционно-издательская подготовка
и оперативное издание
публикация изданий в электронном и печатном виде
качественное полиграфическое исполнение изданий
выплата вознаграждения
бесплатные авторские экземпляры
рост публикационной активности и цитируемости
присвоение изданиям ISBN и D01,
передача данных в РИНЦ
защита изданий от незаконного использования
и распространения
�

продвижение авторов и их изданий,
в том числе через маркетплейсы, конкурсы, мероприятия

Хотите издать книгу?
Свяжитесь с нами,
чтобы обуࡵить условия

� 8 800 555 22 35
доб. 208, 227, 229

@

izdat@iprmedia.ru

Рекомендуемые новинки

АННА КоеАЛЕНКО.
ЕКАТЕРИНА КА.ЗАКОВЦЕВА

Искусственнь •
интеллект
в бизнесе
[анализируем и приме

Купить книгу

S) 8 800 511 14 70 (доб. 115)
@

izdat@profobr.pro

[!]

Учебное издание
Варис Виктор Степанович
УСТРОЙСТВО АВТОМОБИЛЯ
Главный редактор Ю.Б. Захарова
Выпускающий редактор Н.Г. Шиндина
Технический редактор Ю.Ю. Желтова
Корректор А.С. Полева
Компьютерная верстка В.В. Калинин
Обложка Я.А. Кирсанов, С.С. Сизиумова

По вопросам приобретения экземпляров издания:
ООО «Профобразование»
8-800-511-14-70 (бесплатный звонок по России)
доб. 115, 208
E-mail: izdat@profobr.pro

Наши книги также представлены:
Читай-город (chitai-gorod.ru)
Ozon (ozon.ru)
Wildberries (wildberries.ru)
Яндекс Маркет (market.yandex.ru)

Подписано в печать 18.02.2026. Бумага офсетная.
Формат 60х90/16. Гарнитура «PT Serif».
Печать цифровая. Печ. л. 26,9.
Тираж 1000 экз. (1-й з-д 1–100 экз.).
Общество с ограниченной ответственностью «Профобразование»,
410012, г. Саратов, а/я 917
Акционерное Общество «Т 8 Издательские Технологии» (АО «Т 8»),
109316, г. Москва, Волгоградский пр-т, д. 42, корп. 5