close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

ЧТО ТАКОЕ АВТОМОБИЛЬ

код для вставкиСкачать

ЧТО ТАКОЕ ЛЕГКОВОЙ АВТОМОБИЛЬ?
Автомобиль - это самодвижущееся четырехколесное транспортное средство с двигателем, предназначенное для перевозок небольших групп людей по автодорогам. Легковой автомобиль, обычно вмещающий от одного до шести пассажиров, именно этим, в первую очередь, отличается от других автотранспортных средств с двигателем, например автобусов, грузовых автомобилей и тракторов. Легковой автомобиль (далее называемый просто автомобилем) обычно имеет обычно бензиновый двигатель внутреннего сгорания, опирается на четыре колеса с пневматическими шинами, снабжен дверями и отличается разнообразными типами кузова (седан, кабриолет, фаэтон, универсал и спортивное купе).
Основные части и агрегаты легкового автомобиля
К транспортным средствам категории "В" относятся автомобили, разрешенная максимальная масса которых не превышает 3500 кг и число сидячих мест которых, помимо сиденья водителя, не превышает восьми. Самым массовым представителем данной категории является легковой автомобиль, с устройством которого вы познакомитесь в настоящей части издания.
Легковой автомобиль состоит из узлов и механизмов, которые образуют три его основные части: двигатель, шасси и кузов. Двигатель - устройство, превращающее тепловую энергию топлива в механическую энергию, приводящую транспортное средство в движение.
Шасси состоит из следующих элементов:
- трансмиссии (элементов, передающих вращение вала двигателя к колесам);
- ходовой части (колес, а также устройств их крепления и связи с кузовом);
- механизмов управления (рулевого и тормозного).
При движении водитель использует механизмы управления (поворачивает руль, разгоняется, тормозит), электрооборудование (включает "мигалки", фары, габаритные огни, фонари, пользуется звуковым сигналом и т.д.), дополнительное оборудование (отопитель салона, омы- ватели, стеклоочистители и др.), а также кузов.
Чтобы транспортное средство поехало, что-то должно заставить вращаться его колеса. Причем у автомобиля должно быть хотя бы два ведущих колеса.
В зависимости от того, какие колеса приводят машину в движение, автомобили подразделяют на:
- заднеприводные;
- переднеприводные;
- полноприводные.
ЗАДНИЙ ПРИВОД
Рис. 1.1
Заднеприводные автомобили (рис. 1.1) - автомобили, которые движутся за счет вращения задних колес (т.е. крутящий момент от двигателя передается только на задние колеса). Задние колеса таких машин являются ведущими и толкают перед собой автомобиль. Передние колеса в этом случае нужны для опоры, изменения направления движения и снижения скорости (так как тормоза легкового автомобиля установлены на всех четырех колесах). Поскольку вращение от двигателя передается только на задние колеса (ведущие), то передние в этом случае играют роль ведомых.
ПЕРЕДНИЙ ПРИВОД
Рис. 1.2
У переднеприводных автомобилей (рис. 1.2) крутящий момент от двигателя передается на передние колеса. Широкому распространению таких машин одно время препятствовало следующее обстоятельство: передние колеса, став ведущими, в отличие от задних должны еще и поворачиваться для изменения направления движения. Куда проще было передать вращение на неуправляемые задние колеса. Эти трудности удалось преодолеть с изобретением свечеобразной подвески ("макферсон") и повышением надежности шарниров равных угловых скоростей (ШРУСов), через которые вращение передается на колеса независимо от того, повернуты они или нет. Задние (ведомые) колеса таких автомобилей выполняют опорные и тормозные функции, а передние колеса приводят машину в движение. В отличие от заднеприводного автомобиля, у которого ведущие колеса толкают автомобиль перед собой, у переднеприводного авто ведущие колеса тянут его за собой. При этом передние колеса еще и управляемые, сила тяги прикладывается в направлении поворота колеса, из-за чего транспорт с передним приводом более устойчив на дороге, чем заднеприводный.
Полноприводные автомобили (рис. 1.3) - это автомобили, у которых ведущими являются как задние, так и передние колеса, а ведомых вообще нет. У них все четыре колеса одновременно тянут и толкают машину. Некоторые полноприводные автомобили имеют отключаемый передний или задний мост (т.е. по желанию водителя ведущими у них могут быть как четыре, так и два колеса). Полноприводные легковые "вездеходы" хороши в сельской местности, при езде по плохим дорогам в распутицу. Кроме того, полный привод поможет сохранить необходимую траекторию на скользкой дороге.
Колесная формула легкового автомобиля
Определить, сколько у автомобиля ведущих колес, поможет так называемая колесная формула. Первая цифра в ней указывает общее количество колес, а вторая соответствует количеству ведущих колес.
Для легкового автомобиля с двумя ведущими колесами запишем 4x2, а для полноприводного легкового автомобиля - 4x4.
Итак, ведущие колеса, получающие вращение от двигателя, сдвигают с места транспортное средство, а потом толкают или тянут его. Вращение от двигателя передается через агрегаты трансмиссии на ведущие колеса, и машина едет.
Почему машина едет ?
Итак, двигатель работает. Синхронно с ним работают все системы его "жизнеобеспечения": система охлаждения, топливная система, система смазки, система зажигания. Но что происходит дальше с энергией вращающегося коленчатого вала автомобиля? Будем рассматривать "классику", т.е., заднеприводной тип автомобиля (в переднеприводных моделях, в общем-то, почти то же самое, за исключением некоторых нюансов). Почему же двигатель работает, но машина стоит на месте? "Секрет" кроется в сцеплении и коробке передач. Силовой агрегат автомобиля (двигатель в сборе) "заканчивается" маховиком (тем самым, который крутит стартер), который насажен на коленчатый вал двигателя. Естественно, что, когда двигатель работает, то вместе с коленвалом вращается и маховик. А вот дальше начинается самое "интересное". К силовому агрегату со стороны маховика крепится коробка передач автомобиля со сцеплением. Точнее, сначала идет сцепление, а затем коробка передач. Поскольку автомобиль, как правило, заводится на нейтральной передаче, то при работающем двигателе все "рабочие" зубья выведены из зацепления и первичный (ведущий) вал коробки передач вращается "вхолостую", т.е. крутящий момент на колеса автомобиля не передается - поэтому автомобиль стоит на месте. Для того, чтобы автомобиль тронулся и начал движение, необходимо включить первую передачу. Для этого следует выжать педаль сцепления (при этом сам механизм сцепления выключается, тем самым разъединяя работающий коленвал двигателя и первичный (ведущий) вал коробки передач) и рычагом переключения передач включить первую скорость (при этом шестерни соответствующей скорости войдут в зацепление с первичным (ведущим) валом коробки передач, но, поскольку, сцепление выключено, то крутящий момент двигателя не передается на коробку передач) и плавно отпустить педаль сцепления (для новичков это поначалу довольно трудный момент - научиться плавно трогаться с места). При этом сцепление опять включается, тем самым соединяя коленвал двигателя с первичным (ведущим) валом коробки передач, а, поскольку, первичный (ведущий) вал коробки передач уже находится в зацеплении с шестернями первой передачи, то крутящий момент от двигателя передается на колеса по цепочке:
поршень → коленвал → сцепление → коробка передач → карданный вал → главная передача заднего моста → полуось → колесо СЕРДЦЕ АВТОМОБИЛЯ - ДВИГАТЕЛЬ
Двигатели внутреннего сгорания в зависимости от их конструктивных особенностей могут работать на бензине (инжекторные и карбюраторные двигатели), на соляре (дизели) и на газе.
Бензиновые двигатели являются самыми распространенными в мировом легковом автомобилестроении.
Они работают на жидком топливе (бензине) с принудительным зажиганием от свечей. Перед подачей в цилиндры двигателя бензин смешивается с воздухом в определенной пропорции с помощью специального устройства: карбюратора или инжектора, закрепляемых на двигателе снаружи. Поэтому бензиновые двигатели называют также двигателями с внешним смесеобразованием.
Иногда вместо бензина в таких двигателях используют газ (пропан-бутан). Для перевода бензинового двигателя на газ используется специальное оборудование.
Дизели - двигатели, работающие на соляре (дизельном топливе). В отличие от бензиновых двигателей в них применяется воспламенение от сжатия (в дизелях отсутствуют свечи зажигания). Смесеобразование (смешивание соляра с воздухом) в дизельных двигателях происходит непосредственно внутри цилиндров. Это двигатели с внутренним смесеобразованием. Задача двигателя - "выдать на-гора" механическую энергию в виде вращения выходящего из него вала. По аналогии электродвигатель преобразует электроэнергию во вращение вала.
Топливо, находящееся в баке, потенциально несет тепловую энергию, которую двигатель превратит в механическую.
Итак, двигатель - это преобразователь тепловой энергии топлива в механическую
Различают следующие основные типы ДВС: * поршневой двигатель внутреннего сгорания; * роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания; * газотурбинный двигатель внутреннего сгорания. Из представленных типов двигателей самым распространенным является поршневой ДВС, поэтому устройство и принцип работы рассмотрены на его примере. Достоинствами поршневого двигателя внутреннего сгорания, обеспечившими его широкое применение, являются: * автономность; * универсальность (сочетание с различными потребителями); * невысокая стоимость; * компактность; * малая масса; * возможность быстрого запуска; * многотопливность. Вместе с тем, двигатели внутреннего сгорания имеют ряд существенных недостатков, к которым относятся: * высокий уровень шума; * большая частота вращения коленчатого вала; * токсичность отработавших газов; * невысокий ресурс; * низкий коэффициент полезного действия. В зависимости от вида применяемого топлива различают следующие поршенвые ДВС: * бензиновые двигатели; * дизельные двигатели. Альтернативными видами топлива, используемыми в двигателях внутреннего сгорания, являются природный газ, спиртовые топлива - метанол и этанол, водород. Водородный двигатель с точки зрения экологии является перспективным, т.к. не создает вредных выбросов. Наряду с ДВС водород используется для создания электрической энергии в топливных элементах автомобилей. Поршневой двигатель внутреннего сгорания имеет следующее общее устройство: * корпус; * кривошипно-шатунный механизм; * газораспределительный механизм; * впускная система; * топливная система; * система зажигания (бензиновые двигатели); * система смазки; * система охлаждения; * выпускная система; * система управления. Корпус двигателя объединяет блок цилиндров и головку блока цилиндров. Кривошипно-шатунный механизм преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Газораспределительный механизм обеспечивает своевременную подачу в цилиндры воздуха или топливно-воздушной смеси и выпуск отработавших газов. Впускная система предназначена для подачи в двигатель воздуха.
Топливная система питает двигатель топливом. Совместная работа данных систем обеспечивает образование топливно-воздушной смеси. Основу топливной системы составляет система впрыска. Система зажигания осуществляет принудительное воспламенение топливно-воздушной смеси в бензиновых двигателях. В дизельных двигателях происходит самовоспламенение смеси. Система смазки выполняет функцию снижения трения между сопряженными деталями двигателя. Охлаждение деталей двигателя, нагреваемых в результате работы, обеспечивает система охлаждения. Важные функции отвода отработавших газов от цилиндров двигателя, снижения их шума и токсичности предписаны выпускной системе. Система управления двигателем обеспечивает электронное управление работой систем двигателя внутреннего сгорания. Принцип работы двигателя внутреннего сгорания основан на эффекте теплового расширения газов, возникающего при сгорании топливно-воздушной смеси и обеспечивающего перемещение поршня в цилиндре. Работа поршневого ДВС осуществляется циклически. Каждый рабочий цикл происходит за два оборота коленчатого вала и включает четыре такта (четырехтактный двигатель): * впуск; * сжатие; * рабочий ход; * выпуск. Во время тактов впуск и рабочий ход происходит движение поршня вниз, а тактов сжатие и выпуск - вверх. Рабочие циклы в каждом из цилиндров двигателя не совпадают по фазе, чем достигается равномерность работы ДВС. В некоторых конструкциях двигателей внутреннего сгорания рабочий цикл реализуется за два такта - сжатие и рабочий ход (двухтактный двигатель). На такте впуск впускная и топливная системы обеспечивают образование топливно-воздушной смеси. В зависимости от конструкции смесь образуется во впускном коллекторе (центральный и распределенный впрыск бензиновых двигателей) или непосредственно в камере сгорания (непосредственный впрыск бензиновых двигателей, впрыск дизельных двигателей). При открытии впускных клапанов газораспределительного механизма воздух или топливно-воздушная смесь за счет разряжения, возникающего при движении поршня вниз, подается в камеру сгорания. На такте сжатия впускные клапаны закрываются, и топливно-воздушная смесь сжимается в цилиндрах двигателя. Такт рабочий ход сопровождается воспламенением топливно-воздушной смеси (принудительное или самовоспламенение). В результате возгорания образуется большое количество газов, которые давят на поршень и заставляют его двигаться вниз. Движение поршня через кривошипно-шатунный механизм преобразуется во вращательное движение коленчатого вала, которое затем используется для движения автомобиля. При такте выпуск открываются выпускные клапаны газораспределительного механизма, и отработавшие газы удаляются из цилиндров в выпускную систему, где производится их очистка, охлаждение и снижение шума. Далее газы поступают в атмосферу. Рассмотренный принцип работы двигателя внутреннего сгорания позволяет понять, почему ДВС имеет небольшой коэффициент полезного действия - порядка 40%. В конкретный момент времени как правило только в одном цилиндре совершается полезная работа, в остальных - обеспечивающие такты: впуск, сжатие, выпуск.
Дизельный двигатель
Благодаря высокой эффективности дизельный двигатель широко применяется на грузовых автомобилях. Вместе с тем, большинство легковых автомобилей имеют в линейке своих моторов дизельные двигатели. В Европе дизель постепенно вытесняет бензиновые двигатели, к примеру, свыше 50% новых легковых автомобилей там имеют дизельный двигатель. На легковых автомобилях используются быстроходные дизели, обладающие высокой эластичностью, т.е. способностью развивать номинальный крутящий момент в широком диапазоне частот вращения коленчатого вала. Принцип работы дизельного двигателя основан на самопроизвольном (компрессионном) воспламенении дизельного топлива, впрыскиваемого в камеру сгорания и смешиваемого со сжатым и нагретым до высокой температуры воздухом. В отличие от бензинового двигателя процесс работы дизеля не зависит от коэффициента избытка воздуха, а определяется гетерогенностью (неоднородностью) топливно-воздушной смеси. Дизельный двигатель имеет ряд отличительных особенностей: * имеет большую степень сжатия и как следствие более высокий коэффициент полезного действия, больший вес и габариты, низкий расход топлива; * имеет низкие обороты коленчатого вала и как следствие меньшую удельную мощность, сопровождаемые неполным сгоранием топлива, сажеобразованием; * не имеет дроссельной заслонки, поэтому развивает высокий крутящий момент на низких оборотах; * имеет сложную конструкцию топливной аппаратуры и как следствие высокую чувствительность к качеству топлива. Основными направлениями совершенствования дизельных двигателей являются: * снижение расхода топлива; * снижение токсичности отработавших газов; * повышение мощности двигателя; * снижение уровня шума; * облегчение холодного запуска. Система впрыска предполагает накопление топлива в аккумуляторе высокого давления и его впрыск электронно-управляемыми форсунками. Электроника обеспечивает впрыск строго определенных порций топлива, чем достигается высокая экономия, полное сгорание и повышение мощности. При необходимости топливо может впрыскиваться многократно в течение одного цикла. Выпускная система современного дизеля ориентирована на снижение в отработавших газах сажи, несгоревших углеводородов и оксидов азота. Для этого в системе устанавливается сажевый фильтр. Накапливаемая в фильтре сажа удаляется путем регенерации. Система рециркуляции отработавших газов предназначена для снижения содержания в отработавших газах оксида азота, для чего часть газов возвращается во впускной коллектор. Для повышения эффективности работы системы отработавшие газы принудительно охлаждаются в специальном охладителе, включенном в систему охлаждения двигателя. Впускная система дизельного двигателя может оборудоваться впускными заслонками. Применение заслонок образует два канала всасывания, обеспечивает завихрение воздушного потока и улучшенное смесеобразование на всех режимах. При запуске двигателя и работе на низких оборотах заслонки закрыты, при высокой частоте вращения коленчатого вала и высоком крутящем моменте - открыты. Закрытие заслонок приводит к снижению в отработавших газах оксида углерода и несгоревших углеводородов. Наиболее эффективной системой повышения мощности дизельного двигателя является турбонаддув. Для создания оптимального давления наддува на всех режимах работы двигателя в системе используется турбонагнетатель с изменяемой геометрией турбины. Для облегчения запуска дизельного двигателя в холодное время применяется система предпускового разогрева, представляющая собой электронно-управляемые свечи накаливания, установленные во впускном коллекторе. Дополнительно на автомобиль может устанавливаться подогреватель дизельного топлива
И так... Задача двигателя - "выдать на-гора" механическую энергию вам вроде понятна. А что же дальше? На что передаётся механическая
энергия ?
На коленчатый вал.
Коленчатый вал - один из наиболее ответственных и дорогостоящих конструктивных элементов двигателя внутреннего сгорания. Он преобразует возвратно-поступательное движение поршней в крутящий момент. Коленчатый вал воспринимает периодические переменные нагрузки от сил давления газов, а также сил инерции движущихся и вращающихся масс.
Коленчатый вал двигателя, как правило, цельный конструктивный элемент, поэтому правильно его называть деталью. Вал изготавливается из стали с помощью ковки или чугуна путем литья. На дизельных и турбированных двигателях устанавливаются более прочные стальные коленчатые валы
И так. Если коленчатый вал - это деталь, то двигатель - это сложная система, о которой мы говорили выше, когда рассматривали системы двигателя. Если вы поймёте, как работает эта система в целом, вам будет легко и просто не только эксплуатировать автомобиль, но и его ремонтировать.
Прежде чем приступать к эксплуатации (а уж тем более, к ремонту) чего-либо неплохо было бы выяснить, КАК это работает. Автомобиль не является исключением. Конечно же, автомобили существенно различаются друг от друга по оснащению, компоновке, мощности и т.д. Но принцип работы у всех автомобилей одинаков - его-то мы сейчас и рассмотрим. 1.Все начинается с аккумулятора. Поворачивая ключ в замке зажигания вы замыкаете электрическую цепь: Аккумулятор - Стартер.
2.Электрическая энергия аккумулятора преобразуется в стартере во вращательную механическую энергию. 3.Зубья пусковой шестерни стартера входят в зацепление с зубьями маховика и прокручивают его. С маховиком жестко связан коленвал, на котором крепятся шатуны с поршнями (кривошипно-шатунный механизм). Вращательные движения коленвала преобразуются в возвратно-поступательные движения поршня в цилиндре двигателя. 4.С движениями поршней жестко увязаны топливная система, система смазки, система охлаждения и система зажигания автомобиля. Т.е., все эти системы с момента начала движения поршней начинают синхронно работать, выполняя каждая свою "задачу":
5.Система смазки: масляный насос под давлением подает масло из поддона картера во все трущиеся части двигателя, тем самым обеспечивая низкое трение и плавность работы двигателя;
6.Топливная система: топливный насос качает топливо из бензобака (обычно расположенного сзади автомобиля) по топливопроводу в карбюратор (или другое устройство для приготовления горючей смеси), где бензин мелко распыляется и смешивается с потоком воздуха для дальнейшей подачи в камеру сгорания цилиндров двигателя;
7.Система охлаждения: помпа (водяной насос) начинает циркуляцию охлаждающей жидкости из кожуха блока цилиндров двигателя в радиатор и обратно;
8. Система зажигания: катушка зажигания формирует высокое напряжение, которое при помощи распределителя зажигания "снимается" с катушки и распределяется в определенные периоды времени по свечам цилиндров двигателя.
Вся эта сложная система начинает одновременно работать, как только ключ в замке зажигания повернут в позицию "II". Как только двигатель "запустится" (начнет устойчиво работать) ключ в замке зажигания следует убрать с позиции "II", при этом зубья стартера и маховика уже работающего двигателя разъединяются - двигатель работает автономно. Как только вал генератора раскрутится более 1000 оборотов/минуту, генератор начнет вырабатывать ток и питать все электросистемы автомобиля (до этого питание происходит за счет аккумулятора) и подзаряжать аккумулятор. Сложно? Пока да. Но я советую Вам при изучении систем двигателя постоянно вoзвращаться к этому тексту для того, что бы изучив их все, осознать принцип работы двигателя в целом.
Раз всё начинается с аккумулятора, с него и начнём.
НАЗНАЧЕНИЕ И УСТРОЙСТВО АВТОМОБИЛЬНЫХ АККУМУЛЯТОРОВ
Что там внутри? Да все то же самое, что и раньше, поскольку принципиально конструкция аккумуляторов остается неизменной с незапамятных времен: свинцовые пластины и кислота.
Стандартный автомобильный аккумулятор состоит из шести 2-вольтовых элементов, что дает на выходе 12 вольт. Каждый элемент состоит из свинцовых решетчатых пластин, покрытых активным веществом и погруженных в кислотный электролит.
Отрицательные пластины покрыты мелкопористым свинцом, а положительные двуокисью свинца. Когда к аккумулятору подключают нагрузку, активное вещество вступает в химическую реакцию с сернокислотным электролитом, вырабатывая электрический ток.
На пластинах при этом осаждается сульфат свинца, и электролит, соответственно, истощается. При зарядке эта реакция проходит в обратном направлении, и способность аккумулятора давать ток восстанавливается.
Автомобильный аккумулятор выполняет три функции: во-первых, он запускает двигатель, во-вторых, питает некоторые электрические устройства, например, сигнализацию и телефон, когда двигатель не работает. И, наконец, он "помогает" генератору, когда тот не справляется с нагрузкой.
Аккумулятор обычно соседствует с двигателем. А как раз высокой температуры этот агрегат не переносит. Законы, ограничивающие уровень шума, заставляют производителей все тщательнее затыкать любые отверстия в отсеке двигателя, что приводит к повышению температуры в моторном отсеке. На сегодняшний день это, пожалуй, самая большая проблема для производителей аккумуляторов.
Свинцовая стартерная аккумуляторная батарея (АКБ) - вторичный источник электрической энергии. Это значит, что после глубокого разряда ее работоспособность можно полностью восстановить при помощи заряда - пропускания электрического тока в направлении, обратному тому, в котором протекал ток при разряде.
У свинцовых стартерных АКБ в зависимости от исполнения свои конструктивно-технологические особенности, однако, в их устройстве много общего. Все они содержат разноименные электроды, разделенные сепараторами, которые помещают в сосуд, заполненный электролитом.
В зависимости от применяемых при производстве материалов и используемых конструктивных, технологических и эксплутационных особенностей,современные батареи можно подразделить на два основных вида: классического исполнения и необслуживаемого исполнения.
Классическое (традиционное) исполнение
Основы традиционного исполнения батарей сформировались уже в начале 20-го века и постепенно трансформировались до современного состояния по мере появления новых конструкционных материалов, но их эксплуатационные недостатки при этом сохранились.
В России батареи традиционного исполнения выпускают как в моноблоках с отдельными крышками, герметизируемыми битумной смазкой, так и в моноблоках с общей крышкой, герметизируемой контактно-тепловой сваркой.
Аккумуляторные батареи с отдельными крышками (рис. 1) собирают в одном многоячеечном корпусе - моноблоке (2), выполненном из эбонита или другой кислотостойкой пластмассы, разделенном перегородками (16) на отдельные камеры-ячейки (банки), по числу аккумуляторов в батарее. В каждую из ячеек помещен блок, состоящий из чередующихся положительных (5) и отрицательных (3) электродов, разделенных сепараторами (4). Он представляет собой отдельный аккумулятор напряжением 2 В. Пространство между дном моноблока и верхними кромками фиксирующих электроды опорных призм (1) служит для накаливания шлама - осадка, образующегося в процессе эксплуатации вследствие оплывания частиц активной массы положительных электродов. Когда объем шламового пространства заполняется, происходит замыкание нижних кромок разноименных электродов и аккумулятор теряет работоспособность.
Рис. 1 Аккумуляторная батарея с отдельными крышками
Электроды состоят из активной массы, нанесенной на токоотвод решетчатой конструкции - решетку. Сепараторы разделяют участвующие в электрохимических превращениях реагенты, а также обеспечивают возможность диффузии электролита от одного электрода к другому. Сторона сепаратора, обращенная к положительному электроду для облегчения доступа электролита к поверхности активной массы, выполнена ребристой.
Борн (8), который служит наружным токоотводом аккумулятора, последовательно соединяет соседние аккумуляторы между собой в батарею. К выводным борнам
крайних аккумуляторов батареи привариваются полюсные выводы (9) и (14), служащие для соединения батареи с внешней электрической цепью.Положительный (9) и отрицательный (14) выводы имеют разный диаметр, что позволяет исключить возможность переполюсовки при подключении АКБ к бортовой цепи автомобиля.
В верхней части электродного блока устанавливают щиток (7), предохраняющий верхние кромки сепараторов (4) от повреждения при замерах уровня и плотности электролита.
Каждый аккумулятор после установки электродного блока в камеру-ячейку моноблока закрывают сверху отдельной пластмассовой или эбонитовой крышкой (15). В ней выполняют по два отверстия с втулками для выводных борнов электродного блока. Между ними расположено резьбовое отверстие для заливки электролита и периодического обслуживания аккумулятора в процессе эксплуатации. После заливки электролита резьбовое отверстие закрывают пробкой из полиэтилена (11), имеющей небольшое вентиляционное отверстие (13), предназначенное для выхода газов при эксплуатации.
Для герметичной укупорки новых сухозаряженных батарей в верхней части пробки над вентиляционным отверстием выполнен глухой прилив. Для обеспечения нормальной эксплуатации этот прилив, после заливки электролита в батарею, необходимо срезать.
Благодаря специфическим свойствам термопластичной пластмассы появились аккумуляторные батареи с общей крышкой в моноблоке из сополимера пропилена с этиленом, устройство которых показано на рис. 2.
В моноблоке (1) установлены электродные блоки, состоящие из разноименных электродов (2) и (3), разделенных сепараторами (4). Эти блоки соединены между собой при помощи укороченных межэлементных соединений (6) через отверстия в перегородках (5) моноблока. Крышка (7) сделана единой на все шесть аккумуляторов батареи. Свойства термопластичной пластмассы позволили применить для герметизации АКБ с общей крышкой метод контактно-тепловой сварки, обеспечивающий сохранение герметичности как по периметру, так и между отдельными аккумуляторами в широком диапазоне температур (от −50°C до 70°C).
Рис. 2 Аккумуляторная батарея с общей крышкой Необслуживаемое исполнение.
Недостатки традиционных свинцовых батарей обусловлены тем, что содержащаяся в сплаве положительных токоотводов сурьма постепенно, по мере их коррозии, через раствор переходит на поверхность отрицательного электрода. Осаждение большого количества сурьмы на поверхности отрицательной активной массы снижает напряжение на электродах батареи, при котором начинается разложение воды на водород и кислород. Поэтому, в конце зарядного процесса и при небольшом перезаряде, происходит бурное газовыделение, сопровождающееся "кипением" электролита вследствие электролитического разложения входящей в него воды.
За последние 20-25 лет, по мере развития технологии и совершенствования оборудования, появилось несколько разновидностей батарей так называемого "необслуживаемого" исполнения. Их основная отличительная особенность - использование сплавов с пониженным содержанием сурьмы или вовсе без нее для производства токоотводов.
Усовершенствование конструкции при создании необслуживаемых АКБ заключается еще и в том, что для увеличения запаса электролита без изменения высоты батареи, один из аккумуляторных электродов помещают в сепаратор-конверт, который изготовлен из микропористого полиэтиленового материала с низким электросопротивлением. В этом случае замыкание электродов различной полярности, при отсутствии сбоев в работе сборочного оборудования, практически исключено. Поэтому опорные призмы становятся ненужными, и блок электродов можно установить прямо на дно ячейки моноблока. В результате та часть электролита, которая раньше находилась в шламовом пространстве между призмами и не принимала участия в работе аккумулятора, теперь находится над электродами и пополняет его запас, расходуемый при эксплуатации батареи.
СТАРТЕР
Питание стартер при пуске получает от аккумуляторной батареи, поэтому электродвигатель, применяемый в стартере постоянного тока с последовательным или последовательно-параллельным соединением обмоток статора и якоря. Включение электродвигателя происходит через контакты замыкаемые якорем втягивающего реле в конце хода, после введения в зацепление, посредствам рычагов, шестерни обгонной муфты. Обгонная муфта (бендикс) передаёт крутящий момент от якоря стартера на маховик двигателя внутреннего сгорания. Бендикс по валу якоря перемещается по шлицам расположенным вдоль вала винтообразно навстречу вращению, что способствует отбросу шестерни при пуске двигателя, когда частота вращения маховика превышает число оборотов электродвигателя. Так же шестерня бендикса вращается в одну сторону свободно, а в другую с якорем. Это сделано для предотвращения работы стартера одновременно с двигателем. На некоторых автомобилях применяется схема для предотвращения включения стартера при работающем двигателе. Принцип работы стартера заключается в следующем: с "+" АБ на стартер подаётся питание, при включении замка зажигания в режим стартера подаётся питание на обмотку втягивающего реле. Якорь втягивающего реле перемещается внутрь катушки перемещая по валу обгонную муфту. После входа в зацепление шестерни происходит замыкание контактов соединяющих "+" АБ с двигателем который начинает вращаться приводя в движение маховик двигателя.
Электродвигатель состоит из статора, ротора (якоря), щёточного узла со щётками. После 2002 года большое распространение получили редукторные стартера. Бендикс в таких стартерах имеет свой вал, соединённый с валом якоря через редуктор. Принцип работы стартера практически такой же как у обыкновенных стартеров.
Электрооборудование автомобиля
(другое наименование - электрическая система автомобиля) предназначено для выработки электрической энергии и питания различных систем и устройств автомобиля.
Электрооборудование автомобиля имеет следующее общее устройство:
* источники тока;
* потребители тока;
* элементы управления;
* электрическая проводка.
Все конструктивные элементы электрооборудования объединены в бортовую сеть.
Источниками тока в автомобиле являются аккумуляторная батарея и генератор.
Для чего нужна АКБ мы уже говорили, а дальше?
Основным источником электрического тока является генератор. Он обеспечивает питание электрическим током всех потребителей, а также зарядку аккумуляторной батареи. Емкость аккумуляторной батареи и мощность генератора должны соответствовать мощности потребителей электроэнергии на всех режимах эксплуатации автомобиля, т.е. в системе должен поддерживаться энергетический баланс.
Потребителей энергии условно можно разделить на три группы: основные, длительные и кратковременные. Основные потребители энергии обеспечивают работоспособность автомобиля.
К ним относятся:
* топливная система;
* система впрыска;
* система зажигания;
* система управления двигателем;
* автоматическая коробка передач;
* электроусилитель рулевого управления.
Длительные потребители:
* система охлаждения;
* система освещения;
* системы активной безопасности;
* система пассивной безопасности;
* система отопления и кондиционирования;
* противоугонные системы;
* аудиосистема;
* система навигации.
К кратковременным потребителям относятся большинство
систем комфорта, система запуска, свечи накаливания, звуковой сигнал, прикуриватель.
Элементы управления обеспечивают согласованную работу источников тока и потребителей электроэнергии. В системе используются следующие элементы управления: щитки предохранителей, блоки реле, электронные блоки управления. Они расположены, как правило, децентрализованно.
На современных многие функции реле и выключателей возложены на электронные блоки управления, но полностью отказаться от этих устройств пока невозможно. Например, на блок управления бортовой сетью осуществляет следующие функции:
* контроль потребления энергии;
* контроль напряжения на клеммах аккумуляторной батареи и при необходимости повышение частоты вращения коленчатого вала двигателя на холостом ходу;
* регулирование нагрузки за счет отключения отдельных потребителей, в основном из числа систем комфорта;
* управление системой освещения, стеклоочистителями, обогревателем заднего стекла и др.
В бортовой сети автомобиля помимо традиционной электрической проводки используются мультиплексные системы - т.н. шины данных, обеспечивающие соединение электронных блоков управления между собой и передачу сигналов управления в цифровом виде.
Генератор
На первых автомобилях применяли коллекторные генераторы постоянного тока, коллекторный узел которых был малонадёжным. Но с появлением мощных выпрямительных полупроводниковых диодов от этой схемы ушли к более надёжному варианту.
В современных автомобилях применяются синхронные трёхфазные электрические машины переменного тока, а в выпрямителе применяют трёхфазный выпрямитель по схеме Ларионова.
Из-за переменной частоты вращения двигателя автомобиля и переключений электропотребителей в бортовой сети, становится необходимым поддержание уровня напряжения. Для этих целей используется регулятор напряжения, управляющий током в обмотке возбуждения генератора.
Для того, чтобы генератор после запуска двигателя начал вырабатывать электрическую энергию, необходимо подать напряжение на обмотку возбуждения. Это происходит при повороте ключа замка зажигания в положение "ON". Ток в обмотке возбуждения регулируется регулятором напряжения (в некоторых автомобилях - отдельный узел, установленный в моторном отсеке, во многих современных встроен непосредственно в генератор). Ротор генератора приводится в движение через шкив от клинового ремня. Создаваемое обмоткой возбуждения электромагнитное поле индуцирует электрический ток в силовой обмотке.
Напряжение бортовой сети при работающем генераторе и исправном регуляторе напряжения поддерживается на уровне 13,5-14,5 В. Это выше уровня напряжения аккумулятора, что вызывает небольшой выравнивающий ток осуществляющий заряд батареи.
Почему, кстати, 14 вольт? Аккумулятор ведь вроде 12-вольтовый, электрика вся тоже называется "двенадцативольтовой"? Дело в хитром устройстве аккумулятора. Если ограничить напряжение генератора 12 вольтами, аккумулятор будет постоянно стремиться отдать свой ток в сеть, естественно, постоянно разряжаясь. Слегка повышенное напряжение заставляет его ... начать, наоборот, заряжаться от генератора.
На автомобилях с дизельными двигателями напряжение бортовой сети составляет, как правило, 24 вольта. Устанавливаются соответственно 24-вольтовые генераторы. На старых автомобилях и мотоциклах напряжение в бортовой сети составляло 6 вольт, генераторы тоже были 6-вольтовые.
Назначение генератора
Генераторная установка предназначена для обеспечения питанием потребителей, входящих в систему электрооборудования, и зарядки аккумуляторной батареи при работающем двигателе автомобиля. Выходные параметры генератора должны быть таковы, чтобы в любых режимах движения автомобиля не происходил прогрессивный разряд аккумуляторной батареи. Кроме того, напряжение в бортовой сети автомобиля, питаемой генераторной установкой, должно быть стабильно в широком диапазоне изменения частоты вращения и нагрузок. Генераторная установка - достаточно надежное устройство, способное выдержать повышенные вибрации двигателя, высокую подкапотную температуру, воздействие влажной среды, грязи и других факторов.
Привод генератора и крепление его к двигателю
Привод генератора осуществляется от коленчатого вала ременной передачей при помощи клинового ремня. Соответственно, для этого ремня приводной шкив генератора выполняется с одним ручьём. Для охлаждения генератора с тыльной стороны шкива точечной сваркой приварены пластины. На шкиве они располагаются почти перпендикулярно и выполняют функцию вентилятора. Нижнее крепление генератора на двигателе выполнено на двух крепежных лапах, сочленяемых с кронштейном двигателя одним длинным болтом с гайкой. Верхнее - через шпильку к натяжной планке.
В основе работы генератора лежит эффект электромагнитной индукции. Если катушку, например, из медного провода, пронизывает магнитный поток, то при его изменении на выводах катушки появляется переменное электрическое напряжение. Такие катушки, помещенные в пазы магнитопровода (железного пакета), представляют собой обмотки статора - важнейшей неподвижной части генератора - именно они генерируют переменный электрический ток.
Магнитный поток в генераторе создается ротором. Он тоже представляет собой катушку (обмотка возбуждения), через которую пропускается постоянный ток (ток возбуждения). Эта обмотка уложена в пазы своего магнитопровода (полюсной системы). В состав ротора - важнейшей подвижной части генератора - входят также вал и контактные кольца. При вращении ротора напротив катушек обмотки статора появляются попеременно "северный", и "южный" полюсы ротора, т. е. направление магнитного потока, пронизывающего обмотки статора, меняется, что и вызывает появление в них переменного напряжения.
Можно было бы использовать в качестве ротора постоянный магнит, но создание магнитного потока электромагнитом позволяет легко регулировать выходное напряжение генератора в широких диапазонах скоростей вращения и тока нагрузки путем изменения тока возбуждения.
Для того, чтобы получить из переменного напряжения постоянное, используют шесть силовых полупроводниковых диодов, которые составляют между собой выпрямительный блок установленный внутри корпуса генератора.
Питание обмотки возбуждения осуществляется от самого генератора и подводится к ней через щётки и контактные кольца.
Кривошипно-шатунный механизм
Кривошипно-шатунный механизм преобразует возвратно-поступательное движение поршня в цилиндре во вращательное движение коленчатого вала двигателя.
До сих пор мы рассматривали устройство и работу одноцилиндрового двигателя. На большинстве легковых автомобилей преимущественно используют четырехцилиндровые двигатели, хотя на той же "Оке" установлен двигатель, состоящий всего из двух цилиндров. Существуют и автомобили с шести-, восьми- и двенадцатицилиндровыми двигателями. Многоцилиндровые двигатели легковых автомобилей имеют либо обычное расположение цилиндров - в один ряд, либо V-образное. В первом случае цилиндры расположены в одну линию, во втором - в два ряда с некоторым углом между ними.
Далее мы будем изучать четырехцилиндровый двигатель, пока еще самый распространенный в легковом автомобилестроении.
Устройство кривошипно-шатунного механизма четырехцилиндрового двигателя показано на рисунке.
В блоке цилиндров расположены поршни, шатуны и коленчатый вал, образующие шатунно-поршневую группу, а также другие системы двигателя. Блок цилиндров отливают либо из чугуна (двигатели ВАЗ), либо из алюминиевого сплава (двигатели АЗЛК, УАЗ, ЗМЗ). В нем предусмотрены литые и высверленные каналы и отверстия, а также места установки подшипников. На подшипниках в блоке цилиндров вращается коленчатый вал . Между двойными стенками блока циркулирует охлаждающая жидкость, а по специальным каналам - масло. Наружное оборудование двигателя также монтируется преимущественно на блоке цилиндров. Нижняя часть блока называется картером и представляет собой поддон (резервуар) для масла.
Головка блока цилиндров закрепляется на блоке через металлоасбестовую прокладку, закрывая собой цилиндры сверху. В головке блока расположены камеры сгорания, клапаны и свечи зажигания, а также на большинстве двигателей легковых автомобилей - распределительный вал. В ней, как и в блоке цилиндров, предусмотрены каналы и полости для охлаждающей жидкости и масла. Головка крепится к блоку цилиндров с помощью резьбовых соединений, а сверху через прокладку закрывается штампованной крышкой.
Рис. Устройство коленчатого вала двигателя:
1 - шатунная шейка; 2 - противовес; 3 - коренная шейка; 4 - маховик
Особенности работы шатунно-поршневой группы изложены при рассмотрении принципа работы одноцилиндрового двигателя.
Чтобы представить себе "скорострельность" работы двигателя легкового автомобиля, познакомимся с некоторыми цифрами.
Около 1000 оборотов в минуту совершает коленчатый вал двигателя на холостом ходу, т.е. за секунду он совершит около 16 полных вращений. При движении автомобиля число оборотов возрастает от 2 до 5 раз, т.е. всего лишь за одну секунду коленчатый вал совершит до 80 оборотов. А вы не забыли, что коленчатый вал связан с поршнями? Причем всего за пол-оборота вала поршень проделает весь путь в цилиндре сверху вниз или наоборот, а за полный оборот - совершит два пробега, причем с полной остановкой в верхней и нижней мертвых точках и последующим изменением направления движения на противоположное. При этом поршни перемещаются в цилиндрах в условиях очень высоких температур и давления. Например, в двигателе ВАЗ-2106 за шесть минут работы на холостых оборотах каждый из четырех поршней проделает в его цилиндрах путь в 1 км. На повышенных оборотах этот километр поршень преодолеет за минуту. И это при том, что поршень в этом двигателе перемещается всего на 8 см. Детали КШМ делят на две группы, это подвижные и неподвижные детали:
* подвижные: поршень с поршневыми кольцами, поршневой палец, шатун, коленчатый вал с подшипниками или кривошип, маховик.
* неподвижные: блок цилиндров (является базовой деталью двигателя внутреннего сгорания)и представляет собой общую отливку с картером, головка цилиндров, картер маховика и сцепления, нижний картер (поддон), гильзы цилиндров, крышки блока, крепежные детали, прокладки крышек блока, кронштейны, полукольца коленчатого вала.
И так началось движение поршней. А затем заработали все системы управления работой двигателя. Вернёмся к тексту " Попробуем?"...
Топливная система
Контур низкого давления:
1 топливный бак
2 топливный насос 3 топливный фильтр 4 перепускной клапан 5 регулятор давления топлива Контур высокого давления:
6 топливный насос высокого давления 7 трубопровод высокого давления 8 распределительный трубопровод 9 датчик высокого давления 10 предохранительный клапан 11форсунки впрыска
Прочее:
12 адсорбер
13 электромагнитный запорный клапан продувки адсорбера
Топливная система (другое наименование система питания топливом) предназначена для питания двигателя автомобиля топливом, а также его хранения и очистки.
Обычно топливная система автомобиля имеет следующее устройство:
* топливный бак;
* топливный насос;
* датчик указателя запаса топлива;
* топливный фильтр;
* топливопроводы;
* система впрыска.
Топливная система бензинового и дизельного двигателей имеет, в основном, аналогичное устройство. Принципиальные отличия имеет система впрыска.
Топливный бак предназначен для хранения запаса топлива, необходимого для работы двигателя. Топливный бак в легковом автомобиле обычно располагается в задней части на днище кузова. Емкость топливного бака обеспечивает в среднем 500 км пробега конкретного автомобиля. Топливный бак изолирован от атмосферы. Вентиляцию топливного бака производит система улавливания паров бензина.
Топливный насос подает топливо в систему впрыска и поддерживает рабочее давление в топливной системе. Топливный насос устанавливается в топливном баке и имеет электрический привод. При необходимости используется дополнительный (подкачивающий) насос (не путать с топливным насосом высокого давления системы впрыска дизельных двигателей и системы непосредственного впрыска).
В топливном баке вместе с насосом устанавливается датчик указателя запаса топлива. Конструкция датчика включает поплавок и потенциометр. Перемещение поплавка при изменении уровня топлива в баке приводит к изменению положения потенциометра. Это, в свою очередь, приводит к повышению сопротивления в цепи и уменьшению напряжения на указателе запаса топлива.
Очистка поступающего топлива осуществляется в топливном фильтре. На современных автомобилях в топливный фильтр встроен редукционный клапан, регулирующий рабочее давление в системе. Излишки топлива отводятся от клапана по сливному топливопроводу. На двигателях с непосредственным впрыском топлива редукционный клапан в топливном фильтре не устанавливается.
Топливный фильтр топливной системы дизельных двигателей имеет несколько иную конструкцию, но суть его работы остается прежней. С определенной периодичностью производится замена топливного фильтра в сборе или, только, фильтрующего элемента.
Топливо в системе циркулирует по топливопроводам. Различают подающий и сливной топливопроводы. В подающем топливопроводе поддерживается рабочее давление. По сливному топливопроводу излишки топлива удаляются в топливный бак.
Система впрыска предназначена для образования топливно-воздушной смеси за счет впрыска топлива.
Работа топливной системы осуществляется следующим образом. При включении зажигания топливный насос закачивает топливо в систему. При прохождении через топливный фильтр происходит его очистка. Далее топливо поступает в систему впрыска, где происходит распыление и образование топливно-воздушной смеси.
На некоторых автомобилях рабочее давление в топливной системе создается при открытии водительской двери (включается топливный насос).
В инжекторной системе подачи впрыск топлива в воздушный поток осуществляется специальными форсунками - инжекторами.
Классификация
По точке установки и количеству форсунок:
* Моновпрыск или центральный впрыск - одна форсунка на все цилиндры, расположенная, как правило, на месте карбюратора (на впускном коллекторе). В настоящее время непопулярна.
* Распределённый впрыск - каждый цилиндр обслуживается отдельной изолированной форсункой во впускном коллекторе. В то же время различают несколько типов распределённого впрыска:
* Одновременный - все форсунки открываются одновременно.
* Попарно-параллельный - форсунки открываются парами, причём одна форсунка открывается непосредственно перед циклом впуска, а вторая перед тактом выпуска. В связи с тем, что за попадание топливо-воздушной смеси в цилиндры отвечают клапаны, это не оказывает сильного влияния. В современных моторах используется фазированный впрыск, попарно-параллельный используется только в момент запуска двигателя и в аварийном режиме при поломке Датчика Положения Распределительного Вала ДПРВ (так называемой Фазы).
* Фазированный впрыск - каждая форсунка управляется отдельно, и открывается непосредственно перед тактом впуска.
* Прямой впрыск - форсунки расположены непосредственно возле цилиндров и впрыск топлива происходит прямо в камеру сгорания.
Я специально разместил в книге не совсем привычную схему топливной системы. Сделал это намеренно, потому что сегодня большинство автомобильных двигателей с инжекторной системой впрыска. Так что давайте осваивать новые горизонты!
Для снижения вредных выбросов в систему выпуска было предложено устанавливать каталитический нейтрализатор отработавших газов. Но катализатор эффективно работает только при сжигании в двигателе так называемой нормальной топливо-воздушной смеси (весовое соотношение воздух/бензин 14,7:1). Любое отклонение состава смеси от указанного приводило к падению эффективности его работы и ускоренному выходу из строя. Для стабильного поддержания такого соотношения рабочей смеси карбюраторные системы уже не подходили. Альтернативой могли стать только системы впрыска. Первые системы были чисто механическими с незначительным использованием электронных компонентов. Но практика использования этих систем показала, что параметры смеси, на стабильность которых рассчитывали разработчики, изменяются по мере эксплуатации автомобиля. Этот результат вполне закономерен, учитывая износ и загрязнение элементов системы и самого двигателя внутреннего сгорания в процессе его службы. Встал вопрос о системе, которая смогла бы сама себя корректировать в процессе работы, гибко сдвигая условия приготовления рабочей смеси в зависимости от внешних условий. Выход был найден следующий. В систему впрыска ввели обратную связь - в выпускную систему, непосредственно перед катализатором, поставили датчик содержания кислорода в выхлопных газах, так называемый лямбда-зонд. Данная система разрабатывалась уже с учетом наличия такого основополагающего для всех последующих систем элемента, как электронный блок управления (ЭБУ). По сигналам датчика кислорода ЭБУ корректирует подачу топлива в двигатель, точно выдерживая нужный состав смеси. На сегоднящний день инжекторый (или, говоря по-русски, впрысковый) двигатель практически полностью заменил устаревшую карбюраторную систему. Инжекторный двигатель существенно улучшает эксплуатационные и мощностные показатели автомобиля (динамика разгона, экологические характеристики, расход топлива). Инжекторные системы подачи топлива имеют перед карбюраторными следующие основные преимущества: * точное дозирование топлива и, следовательно, более экономный его расход.
* снижение токсичности выхлопных газов. Достигается за счет оптимальности топливно-воздушной смеси и применения датчиков параметров выхлопных газов. * увеличение мощности двигателя примерно на 7-10%. Происходит за счет улучшения наполнения цилиндров, оптимальной установки угла опережения зажигания, соответствующего рабочему режиму двигателя.
* улучшение динамических свойств автомобиля. Система впрыска незамедлительно реагирует на любые изменения нагрузки, корректируя параметры топливно-воздушной смеси.
* легкость пуска независимо от погодных условий.
А ЕСЛИ БЕЗ БЕНЗИНА?
Схема газо - баллонного оборудования ( ГБО) 3 поколения для карбюраторного автомобиля
1 - баллон 2 - мультиклапан 3 - газовая магистраль высокого давления 4 - выносное заправочное устройство 5 - газовый клапан 6 - редуктор-испаритель 7 - дозатор 8 - смеситель воздуха и газа 9 - бензиновый клапан 10 - переключатель видов топлива
Сжиженный нефтяной газ (пропан-бутан) под давлением поступает из баллона (1) в газовую магистраль высокого давления (3). Расход газа из баллона происходит посредством мультиклапана (2), через который также осуществляется заправка с помощью выносного заправочного устройства (4). По магистрали газ в жидкой фазе попадает в газовый клапан-фильтр (5), который очищает газ от взвесей и смолистых отложений и перекрывает подачу газа при выключении зажигания или при переходе на бензин. Далее очищенный газ по трубопроводу поступает в редуктор-испаритель (6), где давление газа понижается с шестнадцати атмосфер до одной. Интенсивно испаряясь, газ охлаждает редуктор, поэтому последний присоединяется к системе водяного охлаждения двигателя. Циркуляция тосола позволяет избежать обмерзания редуктора и его мембран. Под действием разряжения, создаваемого во впускном коллекторе работающего двигателя, газ из редуктора по шлангу низкого давления через дозатор (7) поступает в смеситель (8), установленный между воздушным фильтром и дроссельными заслонками карбюратора. Иногда вместо установки смесителя производится непосредственная врезка газовых штуцеров в карбюратор. Управление режимами работы (на газе или на бензине) осуществляется с помощью переключателя видов топлива (10), установленного на панели приборов. При выборе позиции "ГАЗ" переключатель открывает электромагнитный газовый клапан (5) и отключает электромагнитный бензиновый клапан (9). И, наоборот, при переходе с газа на бензин, переключатель закрывает газовый клапан и открывает бензиновый. С помощью светодиодов переключатель позволяет контролировать, какое топливо используется в данный момент. Переключатель может быть оснащен указателем уровня топлива в баллоне (для этого мультиклапан должен быть оснащен сенсором уровня топлива). Установка ГБО третьего поколения на инжекторные автомобили отличается тем, что вместо бензоклапана для отсечения подачи бензина используется эмулятор форсунок. Когда подается газ, этот эмулятор имитирует работу бензиновых форсунок, чтобы штатный компьютер не перешел в аварийный режим. По этой же причине нужно устанавливать эмулятор лямбда-зонда. Системы газобаллонного оборудования четвертого поколения отличаются тем, что газ подается непосредственно во впускной коллектор через специальные газовые форсунки. Они управляются собственным электронным блоком управления, который синхронизирует свою работу со штатным контроллером и одновременно выполняет функции эмулятора.
Газ или бензин?
Что меняется в конструкции автомобиля при установке газобаллонного оборудования (ГБО)? Почти ничего. Только в разрыв топливной магистрали вставляется электромагнитный клапан для отключения подачи бензина. Остальные штатные узлы и детали изменениям не подвергаются, газовая аппаратура является дополнением, которое можно в любой момент отвинтить и выбросить. После установки ГБО автомобиль сможет ездить на двух видах топлива - газе и бензине.
Какие плюсы у газового топлива по сравнению с бензином?
Не только цена, из-за которой обычно ГБО устанавливается:
- при работе на газе не бывает детонации (октановое число больше 100),
- цилиндро-поршневая группа двигателя служит больше (газ не смывает масло со стенок цилиндров и лучше перемешивается с воздухом, что способствует более равномерному сгоранию),
- масло можно менять реже, поскольку оно медленней теряет свои свойства,
- гораздо меньше образуется нагара,
- менее вредный выхлоп. А минусы?
Их тоже хватает:
- необходимость время от времени сливать конденсат из редуктора,
- баллон в багажнике занимает место, есть тороидальные баллоны, устанавливаемые в нишу запаски, но они довольно дороги,
- ГБО утяжеляет автомобиль на 20-40 кг,
- невозможность завести двигатель в мороз на газе,
- необходимость втрое чаще менять воздушный фильтр,
- очереди на заправках. Как устроено и работает ГБО?
Гораздо проще, чем бензиновая система питания. Газ хранится в герметичном баллоне, установленном в багажнике.
Устройство, аналогичное бензонасосу отсутствует по причине ненужности, газ под давлением поступает в редуктор. Редуктор подогревается охлаждающей жидкостью из системы охлаждения, в нем газ испаряется и уже в газообразном виде (так называемая паровая фаза) идет в смеситель через дозатор. Смеситель - это такая железка хитрой формы, устанавливаемая перед дроссельными заслонками и, как следует из названия, занимается перемешиванием газа с воздухом, то есть, приготовлением рабочей смеси или смесеобразованием.
Дозатор - регулировочное устройство. Перед редуктором стоит электромагнитный клапан для отключения подачи газа. Переключатель газ-бензин выводится в салон, обычно ставится на штатное место и фиксируется в трех положениях "газ", "бензин" и "ничего", перекрывая один или два клапана. При выключенном зажигании оба клапана закрыты. Некоторые системы выключают подачу газа, если пропала искра.
Как правильно эксплуатировать автомобиль на газе?
Заводиться надо на бензине. Двигатель заведется и на газе, но мембраны редуктора выйдут из строя быстрее. Переключаться на газ проще всего на ходу по такой схеме: на участке дороги без светофоров, пробок и перебегающих дорогу собак переводите переключатель в нейтральное положение, ждете, когда выработается бензин из поплавковой камеры карбюратора и двигатель попытается заглохнуть, переключаетесь в положение "газ". Перед ночной или просто длительной стоянкой переключитесь на бензин, используя тот же алгоритм. Периодически (раз в две-три заправки, что соответствует примерно 1000 км пробега) сливайте конденсат из редуктора. Операция проста и заключается в отворачивании гайки/винта/другой какой-нибудь штучки с последующим заворачиванием ее обратно после слива. Где именно на вашем редукторе находится штучка/винт/гайка, выясните у установщиков, у них же спросите, как регулировать систему.
И так мы доставили топливо. Теперь его нужно смешать с воздухом и поджечь.
Система зажигания
Система зажигания, хотя и является составной частью электрооборудования автомобиля, заслуживает отдельного разговора.
Система зажигания обеспечивает работу двигателя. В самом конце такта сжатия рабочую смесь необходимо поджечь, за это и отвечает система зажигания, которая используется только в бензиновых и газовых ДВС. С ее помощью топливовоздушная смесь, попавшая в цилиндры двигателя, поджигается в строго определенный момент.
Воспламенение смеси внутри цилиндра происходит при образовании высоковольтной искры между электродами свечи зажигания при подаче к ней напряжения 18 000-20 000 В.
Известны три разновидности систем зажигания: контактная, бесконтактная и микропроцессорная. Контактная система зажигания на современных автомобилях не применяется, однако ранее она была широко распространена. Она состоит из следующих основных элементов:
-катушки зажигания;
-прерывателя-распределителя;
-вакуумного и центробежного регуляторов опережения зажигания;
-свечей зажигания;
-включателя (замка) зажигания.
Ненамного опередила контактную бесконтактная система зажигания. Она отличается от контактной системы отсутствием прерывателя. Здесь его заменяет специальное устройство - бесконтактный электронный датчик, посылающий импульсы тока низкого напряжения и распределяющий ток высокого напряжения в соответствии с порядком работы цилиндров двигателя. В современном автомотостроении широко применяется микропроцессорная система зажигания, входящая в систему управления инжекторными двигателями. Здесь полностью исключены механические приспособления. Такая система зажигания состоит из модуля зажигания, высоковольтных проводов и свечей зажигания. Устройство управления системой впрыска представляет собой автономный микропроцессорный блок управления
зажиганием или блок управления двигателем с подсистемой управления зажиганием. Это устройство, пользуясь обратной связью, автоматически рассчитывает момент зажигания. При этом учитываются частота вращения коленвала двигателя и его положение, положение распредвала, нагрузка двигателя, определяемая по положению дроссельной заслонки, а также температура охлаждающей жидкости и данные датчика детонации.
Регулировка опережения зажигания реализована программно в блоке управления. Коммутаторы в микропроцессорных системах зажигания также называются воспламенителями. Электронный блок управления выполняет в микропроцессорной системе зажигания функции "головного мозга". Его работа состоит в сборе информации от датчиков. Для определения необходимого момента зажигания считывается информация с датчика положения коленчатого вала, датчика положения распределительного вала, датчика детонации и датчика угла открытия дроссельной заслонки. На основании полученной информации рассчитывается оптимальный момент зажигания, время зарядки катушки и через коммутатор выдаются команды управления первичной цепью катушки. Блок управления системой зажигания часто объединяют с блоком управления впрыском топлива, устройство которого рассмотрено ранее. Датчики положения коленчатого и распределительного валов дают информацию о текущих оборотах двигателя, а также о текущем положении распредвала. Датчик детонации во время работы двигателя генерирует сигнал с частотой и амплитудой, зависящей от частоты и амплитуды вибрации двигателя. Этот датчик устанавливают на блоке двигателя. При возникновении детонации электронный блок управления корректирует угол опережения зажигания. Датчик положения дроссельной заслонки определяет нагрузку на двигатель. Коммутатор (воспламенитель) - это транзисторные ключи, которые, в зависимости от сигнала с электронного блока управления, включают или отключают питание первичной обмотки катушки зажигания. Если в системе зажигания используется несколько катушек, то и коммутаторов может быть несколько. Таким образом, ток высокого напряжения в нужный момент доставляется к конкретной свече зажигания.
Устройство свечи зажигания показано на рис.
Устройство свечи зажигания: 1 - наконечник; 2 - керамический изолятор; 3 - металлический корпус; 4 - металлическоеуплотнительное кольцо; 5 - внутреннее уплотнение; 6 - основание "пятиволнистого" изолятора (тепловой конус изолятора); 7 - технологическая фаска; 8 - боковой (заземляющий) электрод; 9 - воздушный зазор между керамическим изолятором и металлическим корпусом свечи; 10 - центральный электрод; 11 - специальное соединение из электропроводящей стекломассы; 12 - керамический корпус; 13 - токопроводящий стержень, запрессованный в токопроводящую стекломассу и связанный с центральным электродом Главными рабочими элементами свечи являются контактный стержень с центральным электродом, отделенный от "массы" изолятором, и боковой электрод, контактирующий с "массой" через металлический корпус свечи. Свечи устанавливают (вворачивают) специальным свечным ключом в головку блока цилиндров. Для надежного уплотнения свечи с головкой блока цилиндров используется уплотнительное кольцо. Изоляторы свечей выполняют из материалов, выдерживающих напряжение не менее 30 кВ (уралит, борокорунд и т. п.). Свечи изготавливаются с различной тепловой характеристикой и характеризуются калильным числом. Калильное число определяется как величина, пропорциональная среднему давлению, при котором начинает появляться калильное зажигание, то есть неуправляемый процесс воспламенения рабочей смеси не только искровым разрядом, но и раскаленными элементами свечи или только ими (после выключения зажигания). Калильное зажигание возникает при достижении температуры свечей примерно 900 °С. Чем выше калильное число, тем надежнее работает свеча в двигателе с высокой степенью сжатия. Калильные числа свечей зажигания имеют следующие значения: 8, 11, 14, 17, 20, 23, 26. Ресурс современных свечей зажигания составляет около 20 млн искр, что соответствует примерно 15 000 км пробега автомобиля. Поэтому заводы-изготовители предписывают замену свечей через 15 000-20 000 км пробега.
Мы подали смесь, воспламенили её, пошёл процесс работы двигателя.
Карбюра́тор - узел системы питания ДВС , предназначенный для создания горючей смеси оптимального состава путём смешивания жидкого топлива с воздухом и регулирования количества её подачи в цилиндры двигателя. Имеет широчайшее применение на разных двигателях, обеспечивающих работу самых разнообразных устройств. На автомобилях с 80-х годов ХХ в. карбюраторные системы подачи топлива вытесняются инжекторными. По этому о нём мы поговорим кратенько.
Принцип работы поплавкового карбюратора с постоянным сечением диффузора
Схема простейшего карбюратора с падающим потоком
Простейший карбюратор состоит из двух функциональных элементов: поплавковой камеры (10) и смесительной камеры (8).
Топливо по трубке (1) поступает в поплавковую камеру (10), в которой плавает поплавок (3), на который опирается запорная игла (2) поплавкового клапана. При расходовании топлива его уровень в поплавковой камере понижается, поплавок опускается, игла открывает подачу топлива, при достижении заданного уровня клапан закрывается. Таким образом, поплавковый клапан поддерживает постоянный уровень топлива.
Из поплавковой камеры топливо поступает через жиклёр (9) в распылитель (7). Количество топлива, подающегося из распылителя (7), по закону Бернулли зависит при прочих равных условиях от проходного сечения жиклёра и степени вакуума в диффузоре, а также от сечения диффузора. Соотношение сечений диффузора и главного топливного жиклёра является одним из основополагающих параметров карбюратора.
При впуске давление в цилиндрах двигателя понижается. Наружный воздух засасывается в цилиндр, проходя через смесительную камеру (8) карбюратора, в которой находится диффузор (трубка Вентури) (6), и впускной трубопровод, распределяющий готовую смесь по цилиндрам. Распылитель помещается в самой узкой части диффузора, где по закону Бернулли скорость потока увеличивается, а давление уменьшается.
Благодаря отверстию (4) в поплавковой камере поддерживается атмосферное давление. В практически выпускаемых карбюраторах, работающих с воздушными фильтрами, вместо этого отверстия используется балансировочный канал поплавковой камеры, ведущий не в атмосферу, а в полость воздушного фильтра или в верхнюю часть смесительной камеры. В этом случае дросселирующее влияние фильтра сказывается равномерно на всей газодинамике карбюратора, который становится балансированным. Под влиянием разности давлений происходит истечение топлива из распылителя. Топливо, вытекающее из распылителя, дробится в струе воздуха, распыляется, частично испаряясь и, перемешиваясь с воздухом, образует горючую смесь. В реальных карбюраторах используется построение топливоподающей системы, при котором в распылитель подаётся не гомогенное жидкое топливо, а эмульсия из топлива и воздуха. Такие карбюраторы называют эмульсионными. Как правило, вместо одиночного диффузора используется двойной. Дополнительный диффузор имеет небольшие размеры и расположен в главном диффузоре концентрически. Через него проходит только часть общего потока воздуха. Вследствие высокой скорости в центральной части при небольшом сопротивлении основному потоку воздуха достигается более качественное распыление. Количество смеси, поступающей в цилиндры, а следовательно, и мощность двигателя регулируется дроссельной заслонкой (5), у многих карбюраторов, особенно горизонтальных, вместо поворотной заслонки используется шибер - золотник.
Природным пороком карбюратора с постоянным сечением диффузора является противоречие между необходимостью, с одной стороны, увеличивать проходное сечение диффузора для снижения газодинамических потерь на входе в двигатель, и, с другой стороны, необходимостью уменьшать проходное сечение диффузора для обеспечения качества распыления топлива с его последующим испарением. А вот в современных впрысковых двигателях для каждого цилиндра предусмотрена индивидуальная форсунка. Все форсунки соединяются с топливной рампой, где топливо находится под давлением, которое создает электробензонасос. Количество впрыскиваемого топлива зависит от продолжительности открытия форсунки. Момент открытия регулирует электронный блок управления (контроллер) на основании обрабатываемых им данных от различных датчиков.
Если двигатель работает, то его естественно нужно охлаждать.
Система охлаждения предназначена для охлаждения деталей двигателя, нагреваемых в результате его работы. 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); * 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. На автомобилях наибольшее распространение получили система жидкостного охлаждения. Данная система обеспечивает равномерное и эффективное охлаждение, а также имеет меньший уровень шума. Поэтому, устройство и принцип действия системы охлаждения рассмотрены на примере системы жидкостного охлаждения. Конструкция системы охлаждения бензинового и дизельного двигателей подобны. Система охлаждения двигателя имеет следующее общее устройство: * радиатор системы охлаждения;
* масляный радиатор;
* теплообменник отопителя; * расширительный бачок; * центробежный насос; * термостат; * вентилятор радиатора; * элементы управления; * "рубашка охлаждения" двигателя; * патрубки.
Схема системы охлаждения Радиатор предназначен для охлаждения нагретой охлаждающей жидкости потоком воздуха. Для увеличения теплоотдачи радиатор имеет специальное трубчатое устройство. Наряду с основным радиатором в системе охлаждения могут устанавливаться масляный радиатор и радиатор системы рециркуляции отработавших газов. Масляный радиатор служит для охлаждения масла в системе смазки. Радиатор системы рециркуляции отработавших газов охлаждает отработавшие газы, чем достигается снижение температуры сгорания топливно-воздушной смеси и образования оксидов азота. Работу радиатора отработавших газов обеспечивает дополнительный насос циркуляции охлаждающей жидкости, включенный в систему охлаждения.
Теплообменник отопителя выполняет функцию, противоположную радиатору системы охлаждения. Теплообменник нагревает, проходящий через него, воздух. Для эффективной работы теплообменник отопителя устанавливается непосредственно у выхода нагретой охлаждающей жидкости из двигателя. Для компенсации изменения объема охлаждающей жидкости вследствие температуры в системе устанавливается расширительный бачок. Заполнение системы охлаждающей жидкостью обычно осуществляется через расширительный бачок. Циркуляция охлаждающей жидкости в системе обеспечивается центробежным насосом. В обиходе центробежный насос называют помпой. Центробежный насос может иметь различный привод: шестеренный, ременной и др. На некоторых двигателях, оборудованных турбонаддувом, для охлаждения наддувочного воздуха и турбокомпрессора устанавливается дополнительный насос циркуляции охлаждающей жидкости, подключаемый блоком управления двигателем.
Термостат предназначен для регулировки количества охлаждающей жидкости, проходящей через радиатор, чем обеспечивается оптимальный температурный режим в системе. Термостат устанавливается в патрубке между радиатором и "рубашкой охлаждения" двигателя. На мощных двигателях устанавливается термостат с электрическим подогревом, который обеспечивает двухступенчатое регулирование температуры охлаждающей жидкости. Для этого в конструкции термостата предусмотрено три рабочих положения: закрытое, частично открытое и полностью открытое. При полной нагрузке на двигатель с помощью электрического подогрева термостата производится его полное открытие. При этом температура охлаждающей жидкости снижается до 90°С, уменьшается склонность двигателя к детонации. В остальных случаях температура охлаждающей жидкости поддерживается в пределах 105°С. Вентилятор радиатора служит повышения интенсивности охлаждения жидкости в радиаторе. Вентилятор может иметь различный привод: * механический (постоянное соединение с коленчатым валом двигателя); * электрический (управляемый электродвигатель); * гидравлический (гидромуфта). Наибольшее распространение получил электрический привод вентилятора, обеспечивающий широкие возможности для регулирования. Типовыми элементами управления системы охлаждения являются датчик температуры охлаждающей жидкости, электронный блок управления и различные исполнительные устройства. Датчик температуры охлаждающей жидкости фиксирует значение контролируемого параметра и преобразует его в электрический сигнал. Для расширения функций системы охлаждения (охлаждения отработавших газов в системе рециркуляции отработавших газов, регулирования работы вентилятора и др.) на выходе радиатора устанавливается дополнительный датчик температуры охлаждающей жидкости. Сигналы от датчика принимает электронный блок управления и преобразует их в управляющие воздействия на исполнительные устройства. Используется, как правило, блок управления двигателем с устанавленным соответствующим программным обеспечением. В работе системы охлаждения могут использоваться следующие исполнительные устройства: * нагреватель термостата; * реле дополнительного насоса охлаждающей жидкости; * блок управления вентилятором радиатора; * реле охлаждения двигателя после остановки. Принцип работы системы охлаждения Работу системы охлаждения обеспечивает система управления двигателем. В современных двигателях алгоритм работы реализован на основе математической модели, которая учитывает различные параметры (температуру охлаждающей жидкости, температуру масла, наружную температуру и др.) и задает оптимальные условия включения и время работы конструктивных элементов. Охлаждающая жидкость в системе имеет принудительную циркуляцию, которую обеспечивает центробежный насос. Движение жидкости осуществляется через "рубашку охлаждения" двигателя. При этом происходит охлаждение двигателя и нагрев охлаждающей жидкости. Направление движения жидкости в "рубашке охлаждения" может быть продольным (от первого цилиндра к последнему) или поперечным (от выпускного коллектора к впускному). В зависимости от температуры жидкость циркулирует по малому или большому кругу. При запуске двигателя сам двигатель и охлаждающая жидкость в нем холодные. Для ускорения прогрева двигателя охлаждающая жидкость движется по малому кругу, минуя радиатор. Термостат при этом закрыт. По мере нагрева охлаждающей жидкости термостат открывается, и охлаждающая жидкость движется по большому кругу - через радиатор. Нагретая жидкость проходит через радиатор, где охлаждается встречным потоком воздуха. При необходимости жидкость охлаждается потоком воздуха от вентилятора. После охлаждения жидкость снова поступает в "рубашку охлаждения" двигателя. В ходе работы двигателя цикл движения охлаждающей жидкости многократно повторяется. Нна автомобилях c турбонаддувом может применяться двухконтурная система охлаждения, в которой один контур отвечает за охлаждение двигателя, другой - за охлаждение наддувочного воздуха. Простая система охлаждения двигателя: 1 - пробка расширительного бачка; 2 - датчик уровня охлаждающей жидкости; 3 - расширительный бачок; 4 - шланг от радиатора к расширительному бачку; 5 - выпускной патрубок головки блока цилиндров; 6 - отводящий шланг радиатора; 7 - подводящий шланг радиатора;
8 - датчик включения электродвигателя вентилятора;
9 - левый бачок радиатора; 10 - электродвигатель вентилятора; 11 - вентилятор; 12 - охлаждающие трубки
радиатора; 13 - охлаждающие пластины радиатора; 14 - правый бачок радиатора; 15 - сливная пробка радиатора; 16 - ремень привода распределительного вала и насоса охлаждающей жидкости; 17 - насос охлаждающей жидкости; 18 - шланг подвода жидкости к отопи- телю; 19 - шланг отвода жидкости от отопителя;
20 - шланг отвода жидкости к расширительному бачку;
21 - датчик указателя температуры охлаждающей жидкости;
22 - термостат
Всё железное и чугунное требует смазки. Идём дальше...
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 имеет следующее устройство: * поддон картера двигателя с маслозаборником; * масляный насос; * масляный фильтр; * масляный радиатор;
* датчик давления масла;
* редукционный клапан; * масляная магистраль и каналы. Схема системы смазки
Поддон картера двигателя предназначен для хранения масла. Уровень масла в поддоне контролируется с помощью щупа, а также с помощью датчика уровня и температуры масла. Масляный насос предназначен для закачивания масла в систему. Масляный насос может приводиться в действие от коленчатого вала двигателя, распределительного вала или дополнительного приводного вала. Наибольшее применение на двигателях нашли масляные насосы шестеренного типа. Масляный фильтр служит для очистки масла от продуктов износа и нагара. Очистка масла происходит с помощью фильтрующего элемента, который заменяется вместе с заменой масла. Для охлаждения моторного масла используется масляный радиатор. Охлаждение масла в радиаторе осуществляется потоком жидкости из системы охлаждения. Давление масла в системе контролируется специальным датчиком, установленным в масляной магистрали. Электрический сигнал от датчика поступает к контрольной лампе на приборной панели. На автомобилях также может устанавливаться указатель давления масла.
Датчик давления масла может быть включен в систему управления двигателем, которая при опасном снижении давления масла отключает двигатель.
На современных двигателях устанавливается датчик контроля уровня масла и соответствующая ему сигнальная лампа на панели приборов. Наряду с этим, может устанавливаться датчик температуры масла. Для поддержания постоянного рабочего давления в системе устанавливается один или несколько редукционных (перепускных) клапанов. Клапаны устанавливаются непосредственно в элементах системы: масляном насосе, масляном фильтре. Принцип действия системы смазки В современных двигателях применяется комбинированная система смазки, в которой часть деталей смазывается под давлением, а другая часть - разбрызгиванием или самотеком. Смазка двигателя осуществляется циклически. При работе двигателя масляный насос закачивает масло в систему. Под давлением масло подается в масляный фильтр, где очищается от механических примесей. Затем по каналам масло поступает к коренным и шатунным шейкам (подшипникам) коленчатого вала, опорам распределительного вала, верхней опоре шатуна для смазки поршневого пальца. На рабочую поверхность цилиндра масло подается через отверстия в нижней опоре шатуна или с помощью специальных форсунок.
Остальные части двигателя смазываются разбрызгиванием. Масло, которое вытекает через зазоры в соединениях, разбрызгивается движущимися частями кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов. При этом образуется масляный туман, который оседает на другие детали двигателя и смазывает их.
Под действием сил тяжести масло стекает в поддон и цикл смазки повторяется. На некоторых спортивных автомобилях применяется система смазки с сухим картером. В данной конструкции масло храниться в специальном масляном баке, куда закачивается из картера двигателя насосом. Картер двигателя всегда остается без масла - "сухой картер". Применение данной конструкции обеспечивает стабильную работу системы смазки во всех режимах, независимо от положения маслозаборника и уровня масла в картере. Всё горит и дымит. Куда и как выводить отработанные газы?
Выпускная система (другое наименование - система выпуска отработавших газов, выхлопная система) предназначена для отвода отработавших газов из цилиндров двигателя, их охлаждения, а также снижения шума и токсичности. Система выпуска отработавших газов имеет следующее общее устройство: * выпускной коллектор; * приемная труба глушителя; * виброизолирующая муфта; * каталитический нейтрализатор;
* сажевый фильтр; * кислородный датчик; * предварительный глушитель; * основной глушитель; * соединительные трубы. Схема выпускной системы
Все конструктивные элементы выпускной системы расположены под днищем автомобиля. Выпускной коллектор обеспечивает непосредственный отвод отработавших газов, а также продув цилиндров двигателя. Форма и размеры выпускного коллектора определяют характер колебательного процесса отработавших газов в выпускной системе, и в итоге влияют на мощность и крутящий момент двигателя. Колебательный процесс отработавших газов в выпускной системе должен быть согласован с колебательным процессом топливно-воздушной смеси в впускной системе. На выпускной коллектор приходится самая большая температурная нагрузка, поэтому он изготавливается, как правило, из жаропрочного чугуна. К выпускному коллектору крепиться приемная труба глушителя. Для изоляции конструктивных элементов выпускной системы от вибрации двигателя используется виброизолирующая муфта (обиходное название - сильфон). Сильфон представляет собой гибкий металлический шланг, закрытый стальной оболочкой. Каталитический нейтрализатор предназначен для уменьшения концентрации вредных веществ в отработавших газах. В обиходе каталитический нейтрализатор называют катализатором. Разные модели автомобилей различаются конструкцией и расположением каталитических нейтрализаторов. На современных автомобилях применяются трехкомпонентные каталитические нейтрализаторы, защищающие от трех вредных веществ - несгоревших углеводородов, оксида углерода и оксида азота. На дизельных двигателях применяется сажевый фильтр, который обеспечивает снижение выброса сажи в атмосферу с отработавшими газами. В выпускной системе сажевый фильтр может быть объединен с каталитическим нейтрализатором. В современном автомобиле помимо выпускной системы применяются и другие экологические системы, среди которых: * система вентиляции картера; * система рециркуляции отработавших газов; * система улавливания паров бензина. Кислородный датчик служит для управления составом топливно-воздушной смеси двигателя за счет измерения кислорода в отработавших газах. Кислородный датчик хоть и устанавливается в выпускной системе, является конструктивным элементом системы управления двигателем. В современных системах управления устанавливается два кислородных датчика - один перед каталитическим нейтрализатором, другой - за ним. Помимо кислородного датчика в выпускном тракте могут устанавливаться другие входные устройства: датчик температуры отработавших газов, датчик оксидов азота. Глушитель, как следует из названия, предназначен для снижения уровня шума и преобразования энергии отработавших газов. Глушитель состоит из нескольких частей. В большинстве своем глушитель включает два элемента - предварительный глушитель (резонатор) и основной глушитель. Снижение шума в глушителе происходит за счет наложения звуковых волн, многократного изменения направления и величины потока отработавших газов, а также их поглощения. На спортивных автомобилях, а также при тюнинге автомобиля устанавливаются так называемые прямоточные глушители, обеспечивающие прирост мощности двигателя. А в самом двигателе? Это газораспределительный механизм.
Газораспределительный механизм (другое наименование - система газораспределения, сокращенное наименование - ГРМ) предназначен для обеспечения своевременной подачи в цилиндры двигателя воздуха или топливно-воздушной смеси (в зависимости от типа двигателя) и выпуска из цилиндров отработавших газов. Данные функции реализуются за счет своевременного открытия и закрытия клапанов. На самых распространенных четырехтактных поршневых двигателях внутреннего сгорания применяются клапанные газораспределительные механизмы, поэтому устройство ГРМ рассмотрено именно на его примере. Газораспределительный механизм имеет следующее общее устройство: * клапаны; * привод клапанов; * распределительный вал; * привод распределительного вала. Схема газораспределительного механизма Клапаны непосредственно осуществляют подачу в цилиндры воздуха (топливно-воздушной смеси) и выпуск отработавших газов. Клапан состоит из тарелки и стержня. На современных двигателях клапаны располагаются в головке блока цилиндров, а место соприкосновения клапана с ней называется седлом. Различают впускные и выпускные клапаны. Для лучшего наполнения цилиндров диаметр тарелки впускного клапана, как правило, больше, чем выпускного. Клапан удерживается в закрытом состоянии с помощью пружины, а открывается при нажатии на стержень. Пружина закреплена на стержне с помощью тарелки пружины и сухарей. Клапанные пружины имеют определенную жесткость, обеспечивающую закрытие клапана при работе. Для предупреждения резонансных колебаний на клапанах может устанавливаться две пружины меньшей жесткости, имеющие противоположную навивку. Клапаны изготавливаются из сплавов металлов. Рабочая кромка тарелки клапана усилена. Стержень впускного клапана, как правило, полнотелый, а выпускного - полый, с натриевым наполнением для лучшего охлаждения. Большинство современных ДВС имеют по два впускных и два выпускных клапана на каждый цилиндр. Помимо данной схемы ГРМ используется: двухклапанная схема (один впускной, один выпускной), трехклапанная схема (два впускных, один выпускной), пятиклапанная схема (три впускных, два выпускных). Использование большего числа клапанов ограничивается размером камеры сгорания и сложностью привода. Открытие клапана осуществляется с помощью привода, обеспечивающего передачу усилия от распределительного вала на клапан. В настоящее время применяются две основные схемы привода клапанов: * гидравлические толкатели;
* роликовые рычаги. Распределительный вал обеспечивает функционирование газораспределительного механизма в соответствии с принятым для данного двигателя порядком работы цилиндров и фазами газораспределения. Он представляет собой вал с расположенными кулачками. Форма кулачков определяет фазы газораспределения, а именно моменты открытия-закрытия клапанов и продолжительность их работы. Существенное повышение эффективности ГРМ, а следовательно и улучшение характеристик двигателя дают различные системы изменения фаз газораспределенияНа современных двигателях распределительный вал расположен в головке блока цилиндров. Он вращается в подшипниках скольжения, выполненных в виде опор. Используются как разъемные опоры, так и неразъемные (вал вставляется с торца). В некоторых двигателях в опорах используются тонкостенные вкладыши. От перемещения в продольном направлении распределительный вал удерживается упорным подшипником, который располагается со стороны привода вала. К опорам распределительного вала по индивидуальным каналам и под давлением подается масло из системы смазки
. . Схема системы смазки
Различают две схемы расположения распределительного вала в головке блока цилиндров: * одновальная - SOHC (Single OverHead Camshaft); * двухвальная - DOHC (Double OverHead Camshaft). В связи с широким применением четырех клапанов на один цилиндр предпочтение отдается двухвальной схеме ГРМ (один распределительный вал обеспечивает привод впускных клапанов, другой вал - выпускных). В V-образном двигателе устанавливается четыре распределительных вала - по два на каждый ряд цилиндров. Распределительный вал приводится в действие от коленчатого вала с помощью привода, который осуществляет его вращение в два раза медленнее коленчатого вала (за один цикл работы двигателя конкретный клапан открывается только один раз). В качестве привода распределительного вала используются ременная, цепная и зубчатая передачи. Ременная и цепная передачи приводят в действие распределительный вал, расположенный в головке блока цилиндров. Зубчатая передача вращает, как правило, распределительный вал в блоке цилиндров. В обиходе зубчатая передача привода распределительного вала носит название "гитара" (по форме двух соединенных шестерен). Ременная и цепная передачи имеют как достоинства, так и недостатки, поэтому в ГРМ применяются на равных. Цепной привод более надежный и, соответственно, долговечный. Но цепь тяжелее ремня, поэтому требует дополнительных устройств для натяжения (натяжные ролики,) и гашения колебаний (успокоители). Натяжные ролики обеспечивают натяжение с помощью пружины и за счет давления масла в системе смазки. В качестве цепного привода распределительного вала используются одно- и двухрядные роликовые цепи. Постепенно их вытесняют зубчатые цепи, которые взаимодействуют с зубьями звездочки щеками особой формы. Помимо распределительного вала с помощью цепи может осуществляться привод масляного насоса, балансирных валов. Ременной привод не требует смазки, поэтому на шкивы устанавливается открыто. Вместе с тем, ремень в сравнении с цепью имеет ограниченный ресурс. Правда этот ресурс не такой уж и малый. Современные ремни "пробегают" 100-150 тыс.км. В качестве ременного привода распределительного вала широко используются зубчатые ремни. Выступы на внутренней поверхности зубчатого ремня входят в зацепление с зубьями на шкивах (шестернях), тем самым обеспечивается вращение. На двигателях TDI используется эллиптическая шестерня привода зубчатого ремня, что позволяет снизить тяговые усилия и крутильные колебания распределительного вала. Наряду с распределительным валом зубчатый ремень может приводить масляный насос, насос охлаждающей жидкости, топливный насос высокого давления.
Ну а теперь ... Система управления двигателем. Зачем?
Представьте себе, сколько систем обслуживает работу двигателя?! И все эти системы должны работать слаженно и правильно. На дворе уже 21 век. Вот и придумал человек электронную систему которая и предназначена для контроля за правильной работой и синхронизации работы всех систем двигателя. Электронную систему управления двигателем.
Системой управления двигателем называется электронная система управления, которая обеспечивает работу двух и более систем двигателя. Система является одним из основных электронных компонентов электрооборудования автомобиля.
Генератором развития систем управления двигателем в мире является немецкая фирма Bosch. Технический прогресс в области электроники, жесткие нормы экологической безопасности обусловливают неуклонный рост числа подконтрольных систем двигателя.
Свою историю система управления двигателем ведет от объединенной системы впрыска и зажигания. Современная система управления двигателем объединяет значительно больше систем и устройств. Помимо традиционных систем впрыска и зажигания под управлением электронной системы находятся:
* топливная система;
* система впуска;
* выпускная система;
* система охлаждения;
* система рециркуляции отработавших газов;
* система улавливания паров бензина;
* вакуумный усилитель тормозов.
Термином "система управления двигателем" обычно называют систему управления бензиновым двигателем. В дизельном двигателе аналогичная система называется система управления дизелем.
Система управления двигателем имеет следующее общее устройство:
* входные датчики;
* электронный блок управления;
* исполнительные устройства систем двигателя.
Входные датчики измеряют конкретные параметры работы двигателя и преобразуют их в электрические сигналы. Информация, получаемая от датчиков, является основой управления двигателем. Количество и номенклатура датчиков определяется вилом и модификацией системы управления. Например, в системе управления двигателем Motronic-MED применяются следующие входные датчики. Каждый из датчиков используется в интересах одной или нескольких систем двигателя.
используется в работе топливной системы* датчик давления топлива в контуре низкого давления;используется в работе системы впрыска* датчик давления топлива;
* датчик частоты вращения коленчатого вала;
* датчик Холла;
* датчик положения педали газа;
* расходомер воздуха;
* датчик температуры охлаждающей жидкости;
* датчик температуры воздуха на впускеиспользуются в работе системы впуска* расходомер воздуха (при наличии);
* датчик температуры воздуха на впуске;
* датчик положения дроссельной заслонки;
* датчик давления во впускном коллектореиспользуются в работе системы зажигания* датчик положения педали газа;
* датчик частоты вращения коленчатого вала;
* датчик Холла;
* датчик детонации;
* расходомер воздуха;
* датчик температуры воздуха на впуске;
* датчик температуры охлаждающей жидкости;
* кислородные датчики;используются в работе выпускной системы* датчик температуры отработавших газов;
* кислородный датчик перед нейтрализатором;
* кислородный датчик после нейтрализатора;
* датчик оксидов азота;
используются в работе системы охлаждения* датчик температуры охлаждающей жидкости;
* датчик температуры масла;используются в работе вакуумного усилителя тормозов* датчик давления в магистрали вакуумного усилителя тормозов Электронный блок управления двигателем принимает информацию от датчиков и в соответствии с заложенным программным обеспечением формирует управляющие сигналы на исполнительные устройства систем двигателя. В своей работе электронный блок управления взаимодействует с блоками управления автоматической коробкой передач, системой ABS (ESP), электроусилителя руля,подушками безопасности и др.
Исполнительные устройства входят в состав конкретных систем двигателя и обеспечивают их работу.
Исполнительными устройствами топливной системы являютсяэлектрический топливный насос и перепускной клапан. В системе впрыска управляемыми элементами являются форсунки и клапан регулирования давления. Работа системы впуска управляется с помощью привода дроссельной заслонки и привода впускных заслонок.
Катушки зажигания являются исполнительными устройствами системы зажигания. Система охлаждения современного автомобиля также имеет ряд компонентов, управляемых электроникой:термостат (на некоторых моделях двигателей), реле дополнительного насоса охлаждающей жидкости, блок управления вентилятора радиатора, реле охлаждения двигателя после остановки.
В выпускной системе осуществляется принудительный подогрев кислородных датчиков и датчика оксидов азота, необходимый для их эффективной работы. Исполнительными устройствами системы рециркуляции отработавших газов являются электромагнитный клапан управления подачей вторичного воздуха, а также электродвигатель насоса вторичного воздуха. Управление системой улавливания паров бензина производится с помощью электромагнитного клапан продувки адсорбера.
Принцип работы системы управления двигателем основан на комплексном управлении величиной крутящего момента двигателя. Другими словами, система управления двигателем приводит величину крутящего момента в соответствия с конкретным режимом работы двигателя. Система различает следующие режимы работы двигателя:
* запуск;
* прогрев;
* холостой ход;
* движение;
* переключение передач;
* торможение;
* работа системы кондиционирования.
Изменение величины крутящего момента производиться двумя способами - путем регулирования наполнения цилиндров воздухом и регулированием угла опережения зажигания.
ИДЁМ ДАЛЬШЕ... Если с работой двигателя и его систем Вам всё понятно. Двигатель выдал крутящий момент. И что дальше? Теперь когда мы поняли, как он это сделал, мы должны понять, как довести крутящий момент непосредственно до колёс. Иначе мы ни куда не поедем. Вот перед Вами схема, к которой мы будем обращаться ни раз и не два.
И так, двигатель передаёт крутящий момент на сцепление.
Схема сцепления автомобиля
Главной задачей сцепления является кратковременное отключение двигателя от коробки переключения передач, а также плавное соединение этих агрегатов при работающем двигателе. Сцепление предотвращает резкое изменение нагрузки, обеспечивает ровное трогание автомобиля с места, а также предохраняет детали трансмиссии от перегрузок инерционным моментом, который создается вращающимися деталями мотора при резком замедлении вращения коленчатого вала.
Водитель включает и выключает сцепление с помощью гидравлического привода, который состоит из следующих элементов:
* педаль сцепления;
* главный цилиндр сцепления;
* рабочий цилиндр сцепления;
* вилка выключения (называется также приводная вилка сцепления);
* выжимной подшипник;
* шланги, по которым течет жидкость сцепления (трубопроводы).
Когда вы нажимаете на педаль сцепления, усилие через специальный шток и поршень передается жидкости (в качестве жидкости сцепления можно использовать обычную тормозную жидкость), которая направляет давление дальше - от поршня главного цилиндра на поршень рабочего цилиндра сцепления. Затем шток рабочего цилиндра передает это усилие приводной вилке сцепления и выжимному подшипнику. Они, в свою очередь, проводят его непосредственно на механизм сцепления.
Все детали сцепления возвращаются в первоначальное положение после того, как водитель отпускает педаль сцепления. Это происходит под воздействием специальных возвратных пружин.
В некоторых автомобилях (в частности, переднеприводных) используется не гидравлический, а механический привод сцепления. В данном случае педаль сцепления связана с приводной вилкой с помощью металлического троса.
Механизм сцепления - устройство, осуществляющее посредством силы трения передачу крутящего момента. Данный механизм позволяет кратковременно отсоединять двигатель от коробки передач и плавно их соединять. Составные части механизма сцепления находятся в металлическом картере, который связан с картером двигателя.
Основными элементами механизма сцепления являются:
* картер сцепления;
* кожух;
* ведущий диск (маховик коленчатого вала двигателя, от которого передается крутящий момент);
* нажимной диск с пружинами;
* ведомый диск с износостойкими фрикционными накладками.
Ведомый диск связан с первичным валом коробки передач и постоянно прижат к маховику нажимным диском под силой мощных пружин. Между маховиком, нажимным и ведомым дисками возникает большая сила трения, благодаря чему эти детали при работе двигателя вращаются одновременно, представляя собой единое целое. Происходит это только при отжатой педали сцепления.
Чтобы автомобиль начал движение, нужно прижать ведомый диск, который связан с ведущими колесами, к вращающемуся маховику (то есть включить сцепление). Маховик вращается с угловой скоростью 20-25 об./с, колеса же не вращаются. Поэтому данный процесс выполняется в три этапа (педаль сцепления нажата, передача включена).
Вначале необходимо немного отпустить педаль сцепления: это позволит пружинам нажимного диска подвести к маховику двигателя ведомый диск сцепления так, чтобы они слегка соприкоснулись. Между диском и маховиком возникнет легкое трение, и диск начинает вращаться (а автомобиль, кстати, понемногу двигаться).
Далее следует отпустить педаль сцепления примерно до середины и несколько секунд подержать ее в таком положении. Это нужно, чтобы скорость вращения диска пришла в соответствие со скоростью вращения маховика. Автомобиль при этом ускоряет ход.
Затем педаль сцепления полностью отпускают. В результате оба диска (нажимной и ведомый), а также маховик двигателя вращаются с одинаковой скоростью, представляя собой единое целое. При этом крутящий момент целиком передается на колеса автомобиля через коробку переключения передач, и автомобиль двигается со скоростью, соответствующей включенной передаче.
ВНИМАНИЕ Все перечисленные действия необходимо выполнять плавно и постепенно. Многие начинающие водители по неопытности (а отработка движений происходит в процессе тренировок) бросают педаль сцепления слишком резко, в результате чего автомобиль резко дергается, а двигатель вообще может заглохнуть. Это чревато поломкой сцепления, а также других узлов и агрегатов автомобиля. Кстати, по этой причине сцепление на учебных машинах автошкол является механизмом, который чаще всего выходит из строя.
При необходимости выключения сцепления (например, при переключении передач, движении автомобиля по инерции) водитель нажимает педаль сцепления. В результате нажимной диск отдаляется от маховика, освобождая ведомый диск. Нетрудно догадаться, что передача крутящего момента от двигателя к ведущим колесам (точнее, к коробке переключения передач) прекращается, и двигатель работает вхолостую (отсюда выражение: "мотор работает на холостых оборотах"). Учтите, что выключать сцепление (нажимать на педаль) также следует плавно.
Если автомобиль необходимо пустить накатом (например, при движении по наклонной дороге или после разгона), то для этого следует установить рычаг переключения передач в нейтральное положение. Порядок действий при этом следующий: нажать педаль сцепления, выключить передачу, отпустить педаль сцепления.
ВНИМАНИЕ Не допускается ехать накатом при включенной передаче и нажатой педали сцепления: это верный способ быстро вывести из строя сцепление.
В зависимости от конструкции различают следующие типы сцепления:
* фрикционное сцепление;
* гидравлическое сцепление;
* электромагнитное сцепление.
Фрикционное сцепление передает крутящий момент за счет сил трения. В гидравлическом сцеплении связь обеспечивается за счет потока жидкости. Электромагнитное сцепление управляется магнитным полем.
Самым распространенным типом сцепления является фрикционное сцепление. Различает следующие виды фрикционного сцепления:
* однодисковое сцепление;
* двухдисковое сцепление;
* многодисковое сцепление.
В зависимости от состояния поверхности трения сцепление может быть сухое и мокрое. В сухом сцеплении используется сухое трение между дисками. Мокрое сцепление предполагает работы дисков в жидкости.
На современных автомобилях устанавливается в основном сухое однодисковое сцепление. А ЗА СЦЕПЛЕНИЕМ ИДЁТ КОРОБКА ПЕРЕДАЧ
Коробка передач
Необходимость в наличии коробки передач проистекает из одного из главных недостатков двигателя внутреннего сгорания. Диапазон скоростей вращения ДВС в большинстве случаев (обычно от 500 до нескольких тысяч об/мин) не совпадает со скоростями вращения колёс автомобиля (обычно от 0 до 1800 об/мин). Другая особенность ДВС в том, что максимальные значения крутящего момента достигаются в сравнительно небольшом интервале, расположенном приблизительно посередине между максимальными и минимальными оборотами. Максимальная же мощность развивается на максимальных оборотах.
Например, двигатель распространённого автомобиля ВАЗ-2106 имеет рабочие обороты от 800 до 5400 об./мин., при этом максимальное значение крутящего момента достигается при 3000 об./мин.
Трансмиссия, таким образом, служит для обеспечения оптимального режима работы двигателя в различных условиях движения. В механической трансмиссии это осуществляется за счёт того, что водитель вручную переключается между несколькими ступенями (передачами) МКП, имеющими различное передаточное число. Выделяют высшие и низшие ступени (передачи).
* При трогании с места, разгоне, движении на небольшой скорости и по бездорожью необходим высокий крутящий момент, максимум которого достигается при средне-высоких оборотах, но отсутствует необходимость развивать большую максимальную скорость. Поэтому для движения в этом режиме служат низшие ступени коробки передач, имеющие наибольшее передаточное отношение, при этом даже при больших оборотах двигателя автомобиль будет ехать медленно.
* С другой стороны, при равномерном движении на достаточно высокой скорости необходимо обеспечить бо́льшую частоту обращения колёс, при этом удерживая обороты двигателя в приемлемых рамках. Для этого служат высшие передачи, имеющие значительно меньшие передаточные числа по сравнению с низшими, при этом автомобиль будет при тех же оборотах двигателя ехать достаточно быстро, пока не будут достигнуты максимальные рабочие обороты двигателя. Однако при включённых высших передачах автомобиль не может двигаться с небольшой скоростью (конкретный минимум скорости для каждой ступени коробки передач зависит от особенностей конструкции трансмиссии и моментной характеристики конкретного двигателя), и, тем более, трогаться с места, так как двигатель не сможет развить крутящего момента, достаточного для того, чтобы сдвинуть автомобиль с места, и остановится (заглохнет).
Схема работы коробки передач.
1 - первичный вал; 2 - рычаг переключения передач; 3 - механизм переключения передач; 4 - вторичный вал; 5 - сливная пробка; 6 - промежуточный вал; 7 - картер коробки передач
Коробка передач является важным конструктивным элементом трансмиссии автомобиля. Коробка передач предназначена для изменения крутящего момента, скорости и направления движения автомобиля, а также длительного разъединения двигателя от трансмиссии.
В зависимости от принципа действия различают следующие типы коробок передач:
* ступенчатые;
* бесступенчатые;
* комбинированные.
Тип коробки передач во многом определяет тип трансмиссии автомобиля.
В ступенчатых коробках передач крутящий момент изменяется ступенчато. К ним относятся:
* механическая коробка переключения передач;
* роботизированная коробка передач .
Механическая коробка передач (сокращенное наименование - МКПП, обиходное название - механика) представляет собой многоступенчатый цилиндрический редуктор, в котором предусмотрено ручное переключение передач. В зависимости от числа ступеней различают четырехступенчатую, пятиступенчатую, шестиступенчатую, семиступенчатую и более коробки передач. Основными преимуществами механической коробки передач являются простота конструкции, надежность, возможность ручного управления во всех режимах движения. Благодаря этим качествам МКПП является самым распространенным типом коробки передач. Вместе с тем, все больше потребителей в последние годы выбирают коробки с автоматическим управлением.
Роботизированная коробка передач (другое наименование - автоматизированная коробка передач, обиходное название - робот) представляет собой механическую коробку передач, в которой автоматизированы функции выключения сцепления и переключения передач. Современные роботы имеют двойное сцепление, которое обеспечивает передачу крутящего момента без разрыва потока мощности.
Применение роботизированной коробки передач с двойным сцеплением обеспечивает снижение расхода топлива, высокую разгонную динамику. Благодаря данным качествам, популярность роботов стремительно растет.
К бесступенчатым коробкам передач относится вариатор (обиходное название вариаторная коробка передач). В отличие от ступенчатых коробок, передаточное число в вариаторах изменяется плавно. Это достигается за счет гидравлического или механического преобразования крутящего момента.
Благодаря своей конструкции вариатор обеспечивает оптимальные динамические характеристики автомобиля. С другой стороны вариаторная коробка передач имеет ограничения по величине передающего крутящего момента. Комбинированный принцип действия используется в автоматической коробке переключения передач (сокращенное наименование - АКПП, обиходное название - коробка-автомат). Классическая автоматическая коробка передач включает гидротрансформатор (заменяющий сцепление и обеспечивающий безступенчатое регулирование крутящего момента) и механическую коробку передач (обычно планетарный редуктор). Современные автоматы имеют семь (7G-Tronic) и даже восемь ступеней передач.
Коробка-автомат обеспечивает плавное переключение передач и высокую надежность работы. При этом АКПП имеет повышенный расход топлива и низкую разгонную динамику. В ряде конструкций автоматической коробки передач предусмотрена имитация ручного переключения передач Типтроник, Стептроник.
В настоящее время термином "автоматическая коробка передач" обозначаются не только классическая гидротрансформаторная коробка, а также роботизированная коробка передач и вариатор. Все они имеют электронное управление.
Разновидностью автоматической коробки передач является т.н.адаптивная коробка передач, учитывающая стиль вождения конкретного человека.
Преимущества АКПП:
Комфортность управления - водитель может полностью сосредоточиться на управлении автомобилем, а не на переключении передач. Особенно это положительно сказывается на начинающих водителях, которые то и дело смотрят, какую передачу они включают. А это, во-первых, отвлекает, а во-вторых, утомляет. Выходит, АКПП может повысить безопасность движения
Комфортность движения - автомобиль плавно трогается с места и так же плавно останавливается - ведь все контролирует электроника:. Поначалу, пока не привыкнете к педали тормоза, ваш автомобиль будет "клевать носом", а за ним "махать" вперед головой и сидящие в нем пассажиры будут валиться. Но со временем эта болячка пройдет, и вы научитесь плавно останавливаться.
Меньший износ двигателя - АКПП предотвращает перегрузки двигателя и ходовой части из-за ошибок водителя, поэтому срок службы двигателя может значительно увеличиться (конечно, если вы не будете лить в двигатель отечественное масло).
Пассивная безопасность - автомобиль с АКПП не заведется в положениях, отличных от "Р" и "N", что предотвратит прыжок автомобиля вперед или назад, если вы оставите селектор АКПП в положении "D" или "R". Согласитесь, у каждого водителя в жизни был хоть раз, когда он забыл, что автомобиль стоит "на скорости", и запустил двигатель. В результате случился "прыжок" автомобиля вперед, что могло стать причиной небольшого ДТП. К тому же в автомобиле с АКПП вы не вытащите ключ из замка зажигания, пока не поставите селектор коробки в положение "Р" (парковка). А в автомобиле с "механикой" вы могли забыть об этом и оставить автомобиль на нейтральной передаче с выключенным стояночным тормозом. В результате автомобиль мог укатиться. Лучшая проходимость - благодаря специальным программам улучшается проходимость автомобиля по песку, снегу и другим не вполне прочным поверхностям. Ведь АКПП плавно передает крутящий момент двигателя к колесам, нередко также активизируется функция "антибукс", которая исключает пробуксовку ведущих колес. Также исключается возможность самопроизвольной остановки двигателя.
Но недостатки тоже есть:
Увеличивается расход топлива.
Несколько ухудшаются динамические показатели и максимальная скорость автомобиля, хотя тут все зависит от водителя. Например, если за рулем автомобиля с автоматом опытный водитель, а за рулем автомобиля с механикой - "средний", то еще неизвестно, кто будет первым - автомобиль с АКПП в режиме Sport или автомобиль с "механикой".
Из-за незнания правил использования АКПП наблюдаются сложности при движении по снегу или грязи.
Невозможность выполнить некоторые приемы контр аварийного вождения (управляемый занос, силовое скольжение, прием "газ-тормоз" и другие). Дороговизна ремонта и обслуживания.
Идём дальше....
Карданная передача предназначена для передачи крутящего момента между валами, расположенными под углом друг к другу. В автомобиле карданная передача применяется, как правило, в трансмиссии и рулевом управлении.
Посредством карданной передачи могут соединяться следующие элементы трансмиссии:
* двигатель и коробка передач;
* коробка передач и раздаточная коробка;
* коробка передач и главная передача;
* раздаточная коробка и главная передача;
* дифференциал и ведущие колеса.
Основным элементом карданной передачи является карданный шарнир. В зависимости от конструкции шарнира различают следующие типы карданных передач:
* карданная передача с шарниром неравных угловых скоростей;
* карданная передача с шарниром равных угловых скоростей;
* карданная передача с полукарданным упругим шарниром;
* карданная передача с полукарданным жестким шарниром.
Карданная передача с полукарданным жестким шарниром на автомобилях не применяется, т.к. не отвечает требованиям надежности и технологичности.
Карданная передача с шарниром неравных угловых скоростей
Карданная передача с шарниром неравных угловых скоростей имеет устоявшееся название - карданная передача, обиходное название - кардан. Данный тип передачи применяется в основном на заднеприводных автомобилях и автомобилях с полным приводом.
Карданная передача имеет следующее устройство:
* шарниры неравных угловых скоростей;
* карданные валы;
* промежуточная опора;
* соединительные устройства.
Схема карданной передачи
Шарнир неравных угловых скоростей объединяет две вилки, расположенные под углом 90° друг к другу, крестовину и фиксирующие элементы. Крестовина вращается в игольчатых подшипниках, установленных в проушинах вилок. Подшипники необслуживаемые, пластичная смазка закладывается в них при сборке и в процессе эксплуатации не меняется.
Особенностью шарнира неравных угловых скоростей является неравномерная (циклическая) передача крутящего момента, т.е. за один оборот ведомый вал дважды отстает и дважды обгоняет ведущий вал. Для компенсации неравномерности вращения в карданной передаче применяется не менее двух шарниров, по одному с каждой стороны карданного вала. При этом вилки противоположных шарниров располагаются в одной плоскости.
В карданной передаче в зависимости от расстояния, на которое передается крутящий момент, применяется один или двакарданных вала. При двухвальной схеме первый вал носит название промежуточного, второй - заднего карданного вала. Место соединения валов фиксируется с помощью промежуточной опоры. Промежуточная опора крепится к кузову (раме) автомобиля. Для компенсации, возникающих в результате работы, изменений длины карданной передачи в одном из валов выполняется шлицевое соединение.
Соединение карданной передачи с другими элементами трансмиссии производится с помощью соединительных элементов: фланцев, муфт и др.
Карданная передача с шарниром равных угловых скоростей
Карданная передача с шарниром равных угловых скоростей нашла широкое применение в переднеприводных автомобилях для соединения дифференциала и ступицы ведущего колеса.
Карданная передача данного типа включает два шарнира равных угловых скоростей, соединенных приводным валом. Ближайший к коробке передач (дифференциалу) шарнир носит название внутреннего, противоположный ему - внешний шарнир.
С целью снижения уровня шума карданная передача с шарниром равных угловых скоростей также применяется в трансмиссиях автомоблей с задним и полным приводом. В данном случае шарнир неравных угловых скоростей уступает более соершенной конструкции ШРУС.
Карданный шарнир равных угловых скоростей обеспечивает передачу крутящего момента от ведущего к ведомому валу с постоянной угловой скорость, независимо от угла наклона валов. Самым распространенным в конструкции трансмиссии переднеприводного автомобиля является шариковый шарнир равных угловых скоростей.
Шарнир равных угловых скоростей (сокращенное название - ШРУС, обиходное название - граната) имеет следующее устройство:
* корпус;
* обойма;
* шарики;
* сепаратор;
* грязезащитный чехол.
Схема шарнира равных угловых скоростей
Корпус имеет внутреннюю сферическую форму. Внутри корпуса располагается обойма. В корпусе и обойме выполнены канавки, по которым движутся шарики. Такая конструкция обеспечивает равномерную передачу крутящего момента от ведомого вала к ведущему под изменяющимся углом. Сепаратор удерживает шарики в определенном положении. Для защиты шарнира от негативных факторов внешней среды (кислорода, воды, грязи) на ШРУС устанавливается грязезащитный чехол - "пыльник".
При изготовлении в шарнир равных угловых скоростей закладывается смазка, приготовленная на основе дисульфида молибдена.
Карданная передача с полукарданным упругим шарниром
Полукарданный упругий шарнир обеспечивает передачу крутящего момента между двумя валами, расположенными под небольшим углом, за счет деформации упругого звена.
Раздаточная коробка является неотъемлемым атрибутом автомобиля, оборудованного системой полного привода. Раздаточная коробка имеет следующее предназначение:
* распределяет крутящий момент по осям автомобиля;
* увеличивает крутящий момент при движении по плохим дорогам и бездорожью.
Конструкция раздаточной коробки различается в зависимости от вида системы полного привода. Вместе с тем, можно выделить следующее общее устройство раздаточной коробки:
* ведущий вал;
* межосевой дифференциал;
* механизм блокировки межосевого дифференциала;
* вал привода задней оси;
* цепная (зубчатая) передача;
* понижающая передача;
* вал привода передней оси.
Схема раздаточной коробки (без понижающей передачи)
Ведущий вал передает крутящий момент от коробки передач к раздаточной коробке.
Межосевой дифференциалпредназначен для распределения крутящего момента между осями и позволяет им вращаться с разными угловыми скоростями. Межосевой дифференциал может быть симметричным и несимметричным. Симметричный дифференциал распределяет крутящий момент между осями поровну, несимметричный - в определенном соотношении. В раздаточных коробках, используемых в системах полного привода подключаемого автоматически и полного привода подключаемого вручную межосевой дифференциал, как правило, не применяется.
Для полной реализации полноприводных возможностей предусматривается блокировка межосевого дифференциала. Под блокировкой межосевого дифференциала понимается полное или частичное выключение дифференциала, обеспечивающее жесткое соединение передней и задней осей между собой. Блокировка может осуществляться автоматически или вручную.
Современными механизмами автоматической блокировки межосевого дифференциала является:
* вискомуфта;
* самоблокирующийся дифференциал Torsen;
* многодисковая фрикционная муфта.
Вязкостная муфта (вискомуфта) является наиболее простым и недорогим устройством автоматической блокировки дифференциала. Работа муфты основана на возникновении блокирующего момента при разности угловых скоростей осей. Конструктивно муфта состоит из набора перфорированных дисков, половина из которых соединена со ступицей, другая - с корпусом муфты. Диски помещены в силиконовую жидкость. При проскальзывании одной из осей увеличивается частота вращения определенных дисков, силиконовая жидкость становиться более вязкой (густеет) и муфта блокируется - образуется связь ступицы с корпусом муфты. К недостаткам вискомуфты можно отнести срабатывание с запаздыванием, неполная блокировка межосевого дифференциала, перегрев при длительном использовании, несовместимость с системой ABS.
Схема вязкостной муфты
Самоблокирующийся дифференциал Torsen представляет собой конструкцию, состоящую из червячных шестерен: ведущих (сателлиты) и ведомых (солнечные шестерни приводов осей). Блокировка в дифференциале происходит за счет сил трения в червячной передаче. При движении по твердому покрытию устройство работает как обычный межосевой дифференциал и распределяет крутящий момент по осям в равных отношениях. При проскальзывании одной из осей крутящий момент перебрасывается на ось с лучшими сцепными свойствами, при этом соотношение крутящих моментов может достигать 20:80. Ввиду ограничений по прочности конструкции дифференциал Torsen не применяется на внедорожных автомобилях.
Схема дифференциала Torsen
Многодисковая фрикционная муфта представляет собой набор фрикционных дисков с контролируемой степенью сжатия (блокировки). Муфта обеспечивает распределение крутящего момента между осями в зависимости от дорожных условий. В нормальных условиях крутящий момент распределяется по осям в равных отношениях. При проскальзывании одной из осей фрикционные диски сжимаются, чем достигается частичная или полная блокировка межосевого дифференциала. Крутящий момент перераспределяется на ось, имеющую лучшее сцепление с дорогой. Для выполнения своих функций муфта может иметь электрический (электродвигатель) или гидравлический (гидроцилиндр) привод и электронную систему управления.
Ручная (принудительная) блокировка дифференциала производится водителем с помощью механического, пневматического, электрического или гидравлического привода. На некоторых конструкциях предусмотрены функции как автоматической, так и ручной блокировки межосевого дифференциала.
Вал привода задней оси выполнен, как правило, соосно с ведущим валом.
Цепная передача обеспечивает передачу крутящего момента на переднюю ось. Она включает ведущее и ведомое зубчатые колеса и приводную цепь. Вместо цепной передачи в раздаточной коробке может использоваться цилиндрическая зубчатая передача. Раздаточная коробка в системе автоматически подключаемого полного привода представляет собой, как правило, конический редуктор.
Понижающая передача служит для увеличения крутящего момента при движении по плохим дорогам и бездорожью. Она присутствует в отдельных конструкциях раздаточных коробок внедорожных автомобилей. На современных автомобилях понижающая передача выполнена в виде планетарного редуктора.
В раздаточной коробке, устанавливаемой на автомобили с системой полного привода подключаемого вручную, предусмотрена возможность подключения переднего моста (в данном контексте мост и ось синонимы) в раздаточной коробке. Отдельные конструкции раздаточных коробок системы постоянного полного привода имеют функцию отключения передней оси.
Режимы работы раздаточной коробки определяются ее конструкцией. В совокупности раздаточная коробка может иметь следующие режимы работы:
* включен задний мост;
* включены оба моста;
* включены оба моста при блокировке межосевого дифференциала;
* включены оба моста на понижающей передаче при блокировке дифференциала;
* включены оба моста при автоматической блокировке дифференциала.
Переключение режимов осуществляется с помощью рычага управления, копок на панели приборов или поворотного переключателя.
ГЛАВНАЯ ПЕРЕДАЧА
Адаптация коробки передач к конкретному двигателю и автомобилю осуществляется с помощью главной передачи, имеющей определенное передаточное число. В этом основное предназначение главной передачи автомобиля.
Конструктивно главная передача представляет собой зубчатый редуктор, который обеспечивает увеличение крутящего момента двигателя и уменьшение частоты вращения ведущих колес автомобиля.
На преднеприводных автомобиля главная передача расположена вместе с дифференциалом в коробке передач. В автомобиле с задним приводом ведущих колес главная передача помещена в картер ведущего моста, где кроме нее находится и дифференциал. Положение главной передачи в автомобилях с полным приводом зависит от типа привода, поэтому может быть как в коробке передач, так и в ведущем мосту.
В зависимости от числа ступеней редуктора главная передача может быть одинарной или двойной. Одинарная главная передачасостоит из ведущей и ведомой шестерен. Двойная главная передача состоит из двух пара шестерен и применяется в основном на грузовых автомобилях, где требуется увеличение передаточного числа. Конструктивно двойная главная передача может выполняться центральной или разделенной. Центральная главная передача компонуется в общем картере ведущего моста. В разделенной передаче ступени редуктора разнесены: одна располагается в едущем мосту, другая - в ступице ведущих колес.
Вид зубчатого соединения определяет следующие типы главной передачи:
* цилиндрическая;
* коническая;
* гипоидная;
* червячная.
Цилиндрическая главная передача применяется на переднеприводных автомобилях, где двигатель и коробка передач расположены поперечно. В передаче используются шестерни с косыми и шевронными зубьями. Передаточное число цилиндрической главной передачи находится в пределах 3,5-4,2. Дальнейшее увеличение передаточного числа приводит к увеличению габаритов и уровня шума.
В современных конструкциях механической коробки передач применяется несколько вторичных валов (два и даже три), на каждом из которых устанавливается своя ведущая шестерня главной передачи. Все ведущие шестерни имеют зацепление с одной ведомой шестерней. В таких коробках главная передача имеет несколько значений передаточных чисел. По такой же схеме устроена главная передача роботизированной коробки передач DSG.
На пререднеприводных автомобилях может производиться замена главной передачи, являющаяся составной частью тюнинга трансмиссии. Это приводит к улучшению разгонной динамики автомобиля и снижению нагрузки на сцепление и коробку передач.
Коническая, гипоидная и червячная главные передачи применяются на заднеприводных автомобилях, где двигатель и коробка передач расположены параллельно движению, а крутящий момент на ведущую ось необходимо передать под прямым углом.
Из всех типов главной передачи заднеприводных автомобилей самой востребованной является гипоидная главная передача, которую отличает меньшая нагрузка на зуб и низкий уровень шума. Вместе с тем, наличие смещения в зацеплении зубчатых колес приводит к повышению трения скольжения и, соответственно, снижению КПД. Передаточное число гипоидной главной передачи составляет: для легковых автомобилей 3,5-4,5, для грузовых автомобилей 5-7.
Коническая главная передача применяется там, где не важны габаритные размеры и не ограничен уровень шума. Червячная главная передача ввиду трудоемкости изготовления и дороговизне материалов в конструкции трансмиссии автомобиля практически не применяется.
Дифференциал предназначен для передачи, изменения и распределения крутящего момента между двумя потребителями и обеспечения, при необходимости, их вращения с разными угловыми скоростями.
Дифференциал является одним из основных конструктивных элементов трансмиссии. Расположение дифференциала в трансмиссии автомобиля:
* в заднеприводном автомобиле для привода ведущих колес - в картере заднего моста;
* в переднеприводном автомобиле для привода ведущих колес - вкоробке передач;
* в полноприводном автомобиле для привода ведущих колес - в картере переднего и заднего мостов;
* в полноприводном автомобиле для привода ведущих мостов - враздаточной коробке.
Дифференциалы, используемые для привода ведущих колес, называются межколесными. Межосевой дифференциалустанавливается между ведущими мостами полноприводного автомобиля.
Конструктивно дифференциал построен на основе планетарного редуктора. В зависимости от вида зубчатой передач, используемой в редукторе, различают следующие виды дифференциалов:
* конический;
* цилиндрический;
* червячный.
Конический дифференциал применяется в основном в качестве межколесного дифференциала. Цилиндрический дифференциалустанавливается чаще между осями полноприводных автомобилей.Червячный дифференциал, ввиду своей универсальности, может устанавливаться как между колесами, так и между осями.
Устройство дифференциала рассмотрено на примере самого распространенного конического дифференциала. Составные части дифференциала являются характерными и для других видов дифференциалов. Конический дифференциал имеет следующее общее устройство:
* корпус;
* сателлиты;
* полуосевые шестерни.
Схема дифференциала
Корпус (другое наименование - чашка дифференциала) воспринимает крутящий момент от главной передачи и передает его через сателлиты на полуосевые шестерни. На корпусе жестко закреплена ведомая шестерня главной передачи. Внутри корпуса установлены оси, на которых вращаются сателлиты.
Сателлиты, играющие роль планетарной шестерни, обеспечивают соединение корпуса и полуосевых шестерен. В зависимости от величины передаваемого крутящего момента в конструкции дифференциала используется два или четыре сателлита. В легковых автомобилях применяется, как правило, два сателлита.
Полуосевые шестерни (солнечные шестерни) передают крутящий момент на ведущие колеса через полуоси, с которыми имеют шлицевое соединение. Правая и левая полуосевые шестерни могут иметь равное или различное число зубьев. Шестерни с равным числом зубьев образуют симметричный дифференциал, тогда как неравное количество зубьев характерно для несимметричного дифференциала.
Симметричный дифференциал распределяет крутящий момент по осям в равных соотношениях, независимо от величины угловых скоростей ведущих колес. Благодаря этим свойствам симметричный дифференциал используется в качестве межколесного дифференциала.
Несимметричный дифференциал делит крутящий момент в определенном соотношении, поэтому устанавливается между ведущими осями автомобиля.
Работа дифференциала
В работе симметричного межколесного дифференциала можно выделить три характерных режима:
* прямолинейное движение;
* движение в повороте;
* движение по скользкой дороге.
При прямолинейном движении колеса встречают равное сопротивление дороги. Крутящий момент от главной передачи передается на корпус дифференциала, вместе с которым перемещаются сателлиты. Сателлиты, обегая полуосевые шестерни, передают крутящий момент на ведущие колеса в равном соотношении. Так как сателлиты на осях не вращаются, полуосевые шестерни движутся с равной угловой скоростью. При этом частота вращения каждой из шестерен равна частоте вращения ведомой шестерни главной передачи.
При движении в повороте внутреннее ведущее колесо (расположенное ближе к центру поворота) встречает большее сопротивление, чем наружное колесо. Внутренняя полуосевая шестерня замедляется и заставляет сателлиты вращаться вокруг своей оси, которые в свою очередь увеличивают частоту вращения наружной полуосевой шестерни. Движение ведущих колес с разными угловыми скоростями позволяет проходить поворот без пробуксовки. При этом, в сумме частоты вращения внутренней и наружной полуосевых шестерен всегда равна удвоенной частоте вращения ведомой шестерни главной передачи. Крутящий момент, независимо от разных угловых скоростей, распределяется на ведущие колеса в равном соотношении.
При движении по скользкой дороге одно из колес встречает большее сопротивление, тогда как другое проскальзывает - буксует. Дифференциал, в силу своей конструкции, заставляет вращаться буксующее колесо с увеличивающейся скоростью. Другое колесо при этом останавливается. Сила тяги на буксующем колесе, по причине низкой силы сцепления, мала, поэтому и крутящий момент на этом колесе тоже мал. А так как дифференциал у нас симметричный, то на другом колесе крутящий момент тоже будет небольшим. Тупиковая ситуация - автомобиль не может сдвинуться с места.
Для продолжения движения необходимо увеличить крутящий момент на свободном колесе. Это осуществляется с помощью блокировки дифференциала.
А теперь посмотрим на что всё это крепится?
Несущая система автомобиля предназначена для размещения всех узлов, агрегатов и систем автомобиля и соединения их в единую конструкцию, по сути, и являющуюся автомобилем. В качестве несущей системы могут выступать:
* рама автомобиля;
* кузов автомобиля.
Автомобильная рама выполняет функцию каркаса автомобиля. Дополнительно рама придает жесткость и прочность всей конструкции, что позволяет воспринимать различные нагрузки при движении. Для размещения водителя, пассажиров и грузов на раму дополнительно устанавливается кузов или (и) кабина.
Кузов автомобиля служит для непосредственного размещения водителя, пассажиров и груза, защиты их от воздействия плохих погодных условий (дождь, снег, ветер), неблагоприятных факторов в движении (шум, вибрация, пыль), защиты при аварии.
Назначение кузова определяет область применения автомобиля. Кузов может быть несущей системой или конструктивным элементом этой системы.
Кузов, воспринимающий все нагрузки и усилия, действующие на автомобиль при движении, называется несущим. Все современные легковые автомобили оборудуются, как правило, несущим кузовом.
Полунесущий кузов жестко соединен с рамой, за счет чего воспринимает часть нагрузок, приходящихся на раму.
Разгруженный кузов имеет упругую связь с рамой и воспринимает нагрузки только от веса пассажиров и перевозимого груза.
И наконец( почти) последнее..
Подвеска автомобиля предназначена для обеспечения упругой связи между колесами и кузовом автомобиля за счет восприятия действующих сил и гашения колебаний. Подвеска входит в составходовой части автомобиля.
Подвеска автомобиля имеет следующее общее устройство:
* направляющий элемент;
* упругий элемент;
* гасящее устройство;
* стабилизатор поперечной устойчивости;
* опора колеса;
* элементы крепления.
Направляющие элементы обеспечивают соединения и передачу сил на кузов автомобиля. Направляющие элементы определяют характер перемещения колес относительно кузова автомобиля. В качестве направляющих элементов используются всевозможные рычаги: продольные, поперечные, сдвоенные и др.
Упругий элемент воспринимает нагрузки от неровности дороги, накапливает полученную энергию и передает ее кузову автомобиля. различают металлические и неметаллические упругие элементы. Металлические упругие элементы представлены пружиной, рессорой и торсионом.
В подвесках легковых автомобилей широко используются витые пружины, изготовленные из стального стержня круглого сечения. Пружина может иметь постоянную и переменную жесткость. Цилиндрическая пружина, как правило, постоянной жесткости. Изменение формы пружины (применение металлического прутка переменного сечения) позволяет достичь переменной жесткости.
Листовая рессора применяется на грузовых автомобилях.
Торсион представляет собой металлический упругий элемент, работающий на скручивание.
К неметаллическим относятся резиновые, пневматические и гидропневматические упругие элементы. Резиновые упругие элементы (буферы, отбойники) используются дополнительно к металлическим упругим элементам.
Работа пневматических упругих элементов основана на упругих свойствах сжатого воздуха. Они обеспечивают высокую плавность хода и возможность поддержания определенной величины дорожного просвета.
Гидропневматический упругий элемент представлен специальной камерой, заполненной газом и рабочей жидкостью, разделенных эластичной перегородкой.
Схема однотрубного газонаполненного амортизатора
Гасящее устройство (амортизатор) предназначено для уменьшения амплитуды колебаний кузова автомобиля, вызванных работой упругого элемента. работа амортизатора основана на гидравлическом сопротивлении, возникающем при протекании жидкости из одной полости цилиндра в другую через калибровочные отверстия (клапаны).
Различают следующие конструкции амортизаторов: однотрубные (один цилиндр) идвухтрубные (два цилиндра). Двухтрубные амортизаторы короче однотрубных, имеют большую область применения, поэтому шире используются на автомобиле.
Схема двухтрубного газонаполненного амортизатора
У однотрубных амортизаторов рабочая и компенсационная полости расположены в одном цилиндре. Изменение объема рабочей жидкости, вызванные температурными колебаниями, компенсируются за счет объема газовой полости.
Двухтрубный амортизатор включает две, расположенные одна в другой, трубы. Внутренняя труба образует рабочий цилиндр, а внешняя - компенсационную полость.
В ряде конструкций амортизаторов предусмотрена возможность изменения демпфирующих свойств:
* ручная регулировка клапанов перед установкой амортизатора на автомобиль;
* применение электромагнитных клапанов с изменяемой площадью калибровочных отверстий;
* изменение вязкости рабочей жидкости за счет воздействия электромагнитного поля.
Стабилизатор поперечной устойчивости противодействует увеличению крена при повороте за счет перераспределения веса по колесам автомобиля. Стабилизатор представляет собой упругую штангу, соединенную через стойки с элементами подвески. Стабилизатор может устанавливаться на переднюю и заднюю ось.
Опора колеса (для передней оси - поворотный кулак) воспринимает усилия от колеса и распределяет их на другие элементы подвески (рычаги, амортизатор).
Элементы подвески соединяются между собой и с кузовом автомобиля с помощью элементов крепления. В подвеске используются, в основном, три вида креплений:
* жесткое болтовое соединение;
* соединение с помощью эластичных элементов (резино-металлические втулки, сайлент-блоки);
* шаровой шарнир (шаровая опора).
Эластичные элементы используются для присоединения элементов подвески к кузову и в отдельных случаях к опоре колеса. Соединение с кузовом осуществляется через подрамник. Эластичные элементы гасят вибрации определенной частоты и, тем самым, снижают уровень шума в подвеске.
Шаровой опорой называется вид шарнирного соединения, который за счет степени свободы обеспечивает правильную геометрию поворота ведущих колес. Шаровая опора устанавливается на нижнем рычаге передней подвески, а также на конце тяги рулевого механизма. Для удобства эксплуатации шаровые опоры делают съемными.
В зависимости от конструкции направляющих элементов различаютдва типа подвески - независимая и зависимая.
Зависимая подвеска объединяет колеса жесткой балкой, и образует так называемый мост автомобиля. Перемещение одного из колес в поперечной плоскости передается другому колесу. Зависимая подвеска вследствие своей простоты имеет высокую надежность.
В независимой подвеске связь между колесами отсутствует. Колеса перемещаются в поперечной плоскости независимо друг от друга, чем достигается значительное снижение неподрессоренных масс и повышение плавности хода. На современных легковых автомобилях независимая подвеска используется в качестве основной конструкции передней и задней подвесок.
Виды подвесок
Различают следующие виды независимых подвесок:
* подвеска на двойных поперечных рычагах;
* подвеска МакФерсон;
* многорычажная подвеска;
* подвеска на продольных рычагах;
* торсионная подвеска.
В качестве задней подвески автомобиля используется подвеска на продольных рычагах. Остальные виды подвесок могут использоваться как на передней, так и на задней оси автомобиля. Наибольшее распространение на легковых автомобилях получили следующие виды подвесок:
* на передней оси - подвеска МакФерсон;
* на задней оси - многорычажная подвеска.
На некоторых внедорожных автомобилях и автомобилях премиум-класса устанавливается пневматическая подвеска, в которой используются пневматические упругие элементы. Особое место в конструкции подвесок занимает гидропневматическая подвеска, разработанная фирмой Citroen. Конструкция пневматической и гидропневматической подвески построена на известных типах подвесок.
В настоящее время многие автопроизводители оборудуют свои автомобили активной подвеской. Разновидностью активной подвески является т.н. адаптивная подвеска, в которой предусмотрено автоматическое регулирование демпфирующей способности амортизаторов.
Колесо, являясь элементом ходовой части, связывает автомобиль с дорогой. С помощью колес осуществляется движение, передаются вертикальные нагрузки от автомобиля, воспринимаются удары и колебания от дороги. Кроме того, ведущие колеса создают при контакте с дорогой тяговое усилие, управляемые колеса обеспечивают маневрирование. Таким образом, от колеса, в конечном счете, зависит управляемость и устойчивость автомобиля.
Автомобильное колесо состоит из двух составных частей - колесного диска и шины.
Колесный диск
Колесный диск служит основой для установки шины и передачи на нее вращения от оси. Конструктивно объединяет собственно диск и обод. Различают два типа колесных дисков - стальные и легкосплавные. В стальном диске обод и диск соединены между собой сваркой. Легкосплавный диск представляет единое целое.
Колесный диск закрепляется на оси колеса с помощью ступицы. Крепление может быть болтовое (легковые автомобили) или шпилечное (грузовые автомобили). Для соединения в диске выполнение несколько (4-6 у легковых автомобилей) крепежных отверстий. Объем внутренней части диска определяет конструкцию применяемого тормозного механизма.
Обод служит для соединения шины с диском. Обод имеет сложную поперечную форму, которая обеспечивает установку шины соответствующего размера. Обод легковых автомобилей имеет утопленный центр, слева и справа от которого последовательно располагаются кольцевой выступ (hump, хамп), полка и борт (закраина).
Кольцевой выступ фиксирует шину на ободе. На полке располагается борт шины. Посадка шины осуществляется в основном на внешнюю полку, но есть конструкции колес с внутренней полкой (шина охватывает обод). Полка может иметь три размера: стандартный, плоский и расширенный (используется всистеме Run Flat). Полка плавно переходит в борт, который в профиле имеет различную форму. Наиболее распространены J-образные борта.
Колесный диск характеризуется следующими основными параметрами:
* ширина обода (расстояние между полками);
* диаметр диска (измеряется по уровню полок);
* вылет (выступ) колеса (расстояние от воображаемого центра диска до плоскости контакта со ступицей).
* Автомобильная шина
Автомобильная шина выполняет самые ответственные функции, обеспечивая сцепление автомобиля с дорогой и во многом, определяя управляемость и устойчивость автомобиля. Помимо этого шина выдерживает вес автомобиля. На легковые автомобили устанавливают в основном бескамерные шины, т.е. шины которые имеет только покрышку. Герметичность бескамерной шины достигается за счет конструкции покрышки. Бескамерная шина (покрышка) состоит из нескольких связанных элементов: каркаса, брекера, протектора, боковины и борта.
Устройство бескамерной шины
Каркас является силовой частью шины. Он воспринимает внутреннее давление воздуха, а также передает давление от внешних сил. Каркас состоит из нескольких (от 1 до 10) слоев прорезиненного корда. Нити корда изготавливаются из синтетического волокна, стекловолокна или стали (металлокорд). Корд натянут от одного края шины до другого, т.е. радиально. Такое расположение корда снижает напряжение в нитях и обеспечивает низкое сопротивление качению. Абсолютное большинство современных автомобилей комплектуется радиальными шинами.
Брекер представляет собой слои корда, расположенные между каркасом и протектором. Он предотвращает отслоение протектора, амортизирует ударные нагрузки и повышает прочность каркаса.
Наружная часть покрышки называется протектор. Он обеспечивает сцепление шины с дорогой и защищает ее от повреждения. Протектор состоит из массивного слоя резины и снаружи имеет рельефный рисунок. Рисунок протектора определяет способность шины к работе в определенных условиях. Протектор плавно переходит в боковины. Место соединения протектора с боковиной носит название плечо протектора. Плечо увеличивает боковую жесткость шины, определяет способность воспринимать боковые нагрузки. Боковина имеет небольшую толщину. На боковину нанесена маркировка шины. Боковина шины заканчивается бортом, который служит для ее крепления и герметизации на ободе колеса. Основу борта составляет нерастяжимое кольцо, придающее соединению жесткость и прочность.
В зависимости от условий эксплуатации (по характеру рисунка протектора) различают следующие типы шин: летние (дорожные), повышенной проходимости (внедорожные), универсальные (дорожно-внедорожные), зимние (шипованные и нешипуемые), всесезонные.
Рисунок протектора шины может быть симметричный (ненаправленный), направленный и асимметричный.
Шины с симметричным рисунком протектора самые распространенные. Их параметры наиболее сбалансированы. Шины в большей степени приспособлены к эксплуатации на сухой дороге.Шины с направленным рисунком протектора имеют наивысшие эксплуатационные свойства. Направленный рисунок протектора обеспечивает улучшенный отвод воды (снега) от пятна контакта.Шина с асимметричным протектором позволяет реализовать в одной покрышке противоположные свойства - достойную управляемость на сухой дороге (ненаправленная часть) и надежность на влажной дороге (направленная часть). Протектор шины подвергается постоянному износу. Степень износа во многом определяет длину тормозного пути. Это утверждение особенно актуально для движения по мокрой дороге. Установлено, что 1 мм износа протектора шины увеличивает тормозной путь в среднем на 10-15%. Поведение шины на дороге определяется рядом других параметров, таких как скорость, нагрузка на колесо, характеристики шины (ширина, рисунок протектора, состав резины), состояние дорожного полотна. Во избежание аквапланирования на мокрой дороге помимо указанных
параметров необходимо учитывать толщину водяного слоя. На скользкой дороге большое значение имеют температура наружного воздуха и характер льда (снега).
И последнее...
Рулевое управление
Рулевое управление предназначено для обеспечения движения автомобиля в заданном водителем направлении и наряду с тормозной системой является важнейшей системой управления автомобилем. 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.
Рулевое управление современного автомобиля имеет следующее устройство:
* рулевое колесо с рулевой колонкой;
* рулевой механизм;
* рулевой привод.
Схема рулевого управления
Рулевое колесо (штурвал, руль) - устройство для управления движением автомобиля, в заданном направлении
Руль используется в большинстве современных наземных транспортных средствах, включая все автомобили массового производства, лёгкие и тяжёлые грузовики. Рулевое колесо - часть системы управления, на которую непосредственно воздействует водитель; вся остальная часть системы реагирует на подобные водителю входные воздействия. Это может быть прямой механический контакт как в механизме с шариковой гайкой или с шестернями реечной передачи, без или с помощью гидроусилителя или как в автомобилях современного производства с помощью компьютерных приводов, известных как рулевое управление с электроусилителем Рулевое колесо воспринимает от водителя усилия, необходимые для изменения направления движения, и передает их через рулевую колонку рулевому механизму. Рулевое колесо выполняет также и информационную функцию. По величине усилий, характеру вибраций происходит передача водителю информации о характере движения. Диаметр рулевого колеса легковых автомобилей находится в пределе 380 - 425 мм, грузовых автомобилей - 440 - 550 мм. Рулевая колонка обеспечивает соединение рулевого колеса с рулевым механизмом. Рулевая колонка представлена рулевым валом, имеющим несколько шарнирных соединений. В конструкции рулевой колонки предусмотрена возможность складывания при сильном фронтальном ударе, что позволяет снизить тяжесть травмирования водителя. На современных автомобилях предусмотрено механическое или электрическое регулирование положения рулевой колонки. Регулировка может производиться по вертикали, по длине или в обоих направлениях. В целях защиты от угона осуществляется механическая или электрическая блокировка рулевой колонки.
Ряд автопроизводителей (BMW, Honda, Mazda, Mitsubishi, Nissan, Renault, Toyota,) предлагают на некоторых легковых автомобилях рулевые механизмы с четырьмя управляемыми колесами. Данное техническое решение обеспечивает лучшую управляемость и устойчивость при движении автомобиля на высокой скорости (при этом передние и задние колеса повернуты в одну сторону), а также высокую маневренность при движении с небольшой скоростью (передние и задние колеса повернуты в разные стороны).
Необходимо отметить, что эффект "подруливания" задних колес при движении автомобиля на высокой скорости достигается и пассивными средствами. При повороте автомобиля резинометаллические упругие элементы задней подвески деформируются за счет крена кузова и воздействия боковых сил, тем самым обеспечивают незначительные углы поворота колес.
Рулевой привод предназначен для передачи усилия, необходимого для поворота, от рулевого механизма к колесам. Он обеспечивает оптимальное соотношение углов поворота управляемых колес, а также препятствует их повороту при работе подвески. Конструкция рулевого привода зависит от типа применяемой подвески.
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.
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, т.к. вынуждена объединять противоречащие друг другу устойчивость движения и легкость управления.
Для уменьшения усилий, необходимых для поворота рулевого колеса, в рулевом приводе применяется усилитель рулевого управления. Применение усилителя обеспечивает точность и быстродействие рулевого управления, снижает общую физическую нагрузку на водителя, а также позволяет устанавливать рулевые механизмы с меньшим передаточным числом. В зависимости от типа привода различают следующие виды усилителей рулевого управления: гидравлический, электрический и пневматический.
Большинство современных автомобилей имеют гидравлический усилитель рулевого управления (другое название - гидроусилитель руля). Разновидностью гидроусилителя является электрогидравлический усилитель рулевого управления, в котором гидронасос имеет привод от электродвигателя.
В последние годы на автомобилях все шире применяется электрический усилитель рулевого управления (другое название - электроусилитель руля). Крутящий момент от электродвигателя может передаваться непосредственно на вал рулевого колеса или на зубчатую рейку. Электроника позволяет использовать электроусилитель руля для автоматического управления автомобилем, например в системе автоматической парковки, системе помощи движению по полосе.
Усилитель рулевого управления, в котором поворотное усилие изменяется в зависимости от скорости автомобиля, называется адаптивным усилителем рулевого управления. Известной конструкцией адаптивного усилителя рулевого управления является электрогидравлический усилитель Servotronic.
Инновационными являются система активного рулевого управленияот BMW, система динамического рулевого управления от Audi, в которых передаточное число рулевого механизма изменяется в зависимости от скорости движения автомобиля. Компания BMW добавила в рулевой вал сдвоенный планетарный редуктор, корпус которого может поворачиваться с помощью электродвигателя и в зависимости от скорости движения автомобиля менять передаточное отношение рулевого механизма.
Перспективной является конструкция рулевого управления, в которой отсутствует механическая связь рулевого колеса и ведущих колес, т.н. рулевое управление по проводам. Система обеспечивает независимое воздействие на каждое колесо с помощью электропривода. Серийное применение рулевого управления по проводам сдерживает скорее психологический фактор, связанный с высоким риском аварии в случае отказа системы.
1
Автор
profobrazovanie
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
2 708
Размер файла
2 781 Кб
Теги
такое, автомобиля
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа