Сетевая библиотекаСетевая библиотека

Справочник автолюбителя

Справочник автолюбителя
Справочник автолюбителя Владимир Ярошенко Мир увлечений Собрать в одной книге всю информацию об автомобиле просто невозможно. Как и невозможно знать абсолютно все о «чуде техники на колесах». Но и входить в мир автомобиля совершенно неподготовленным тоже не стоит. Поэтому мы собрали в этой книге самую необходимую информацию, которая, без сомнения, пригодится и новичку, только-только севшему за руль, и опытному водителю. Как устроен автомобиль и как "бороться" с его неисправностями, как не попасть впросак при покупке подержанного автомобиля, как правильно выбрать масло и шины для «железного друга», как сэкономить топливо и как правильно и безопасно ездить зимой, какие есть особенности у двигателей с впрыском топлива и автоматических коробок передач, что взять с собой в дальнюю дорогу и как защитить любимую машину от угона, как вести себя в случае дорожно-транспортного происшествия (если оно, не дай Бог, все-таки случится) и правильно оказать помощь пострадавшим? Ответы на эти и многие другие вопросы вы найдете в этой книге. Итак, читайте, изучайте, совершенствуйте свое водительское мастерство. И удачи вам на дорогах!.. Владимир Ярошенко Справочник автолюбителя 1. Введение Кажется, нет в нашем современном лексиконе слов, которые не уходили бы корнями в языки Древней Греции, Римской империи и прочих стародавних государств и народов. Вот и автомобиль, которому не так давно исполнилось всего-то 120 лет, обязан своим названием слову «самодвижущийся», которое появилось в европейских языках от греческого «аутос» – «сам», и латинского «мобилис» – «подвижный», т. е. буквально «автомобильный». Этот термин относился ко всем предметам и механизмам, служащим человеку помощниками в его труде и развлечениях: часам, куклам-автоматам, фонтанам, качелям и т. п. Вспомните сказки о коврах-самолетах, сапогах-скороходах и печи, на которой ездил Емеля. В них воплотились многовековые мечты человека о средствах передвижения, который не только во вселенском, но даже в планетарном масштабе «слаб, сир и убог». Однако известно, что «сказка ложь, да в ней – намек». Следует отдать должное нашим предкам: намеки матушки-природы они понимали, учились старательно и всячески пытались придумать что-нибудь такое, что могло бы если и не полностью выполнять работу вместо них, то хотя бы облегчить ее. Научившись толкать впереди себя (а не волочить или тащить на плечах) валуны и бревна для постройки жилища, первобытные люди сделали открытие, создавшее необходимые предпосылки для изобретения колеса. Без сомнения, оно было бы изобретено раньше, если бы не наши четвероногие братья – домашние животные. Эти молчаливые помощники на протяжении многих веков безропотно тащили грузы волоком, а идея колеса ждала своего воплощения. И это вполне справедливо – ведь для колес нужны дороги, и вытоптать их должны были многие поколения людей… Зато когда колесо наконец появилось (археологи утверждают, что в Месопотамии), по всему миру покатились разнообразные повозки, телеги, арбы и колесницы. Как правило, они приводились в движение животными, однако в эпоху Возрождения были созданы и такие повозки, в которых использовалась мускульная сила человека, умножаемая хитроумными механизмами и передаваемая на колеса с помощью рычагов и шестерен. Нам более других импонирует версия, согласно которой именно эти творения великого Леонардо да Винчи и его современников в наибольшей степени соответствуют понятию «автомобиль»: они не столько средство передвижения вообще, сколько передвижения автономного, когда путешественник сам выбирает маршрут, скорость и места остановок, ни на кого при этом не оглядываясь. Таким образом, понятия «свобода» и «автомобиль» оказались удивительно созвучными. Именно эта независимость и отличает автомобиль, особенно личного пользования, от других видов транспорта. Железнодорожный локомотив – тоже самодвижущийся, однако его автомобилем не называют. Всю жизнь по рельсам – ни влево, ни вправо – какая там свобода! Мы не имеем возможности дословно цитировать формулу изобретения, патент на которое в 1886 году получил Карл Бенц, но энциклопедические определения автомобиля тех лет звучали так: «Экипаж для передвижения по обычным дорогам, приводимый в действие находящимся на нем двигателем» или «Машина для перевозки пассажиров и грузов по безрельсовым дорогам, приводится в движение установленным на ее раме двигателем внутреннего сгорания (обычно бензиновым, нефтяным или газовым), реже паровым или электрическим двигателем…» В последнем определении не все точно, многое уже устарело (скажем, «установленный на раме двигатель»; на электромобиле он может находиться и в колесе, да и рама не обязательна, на многих автомобилях ее давно заменил несущий кузов), но ни одно из определений не распространялось на тип и конструкцию двигателя. Не все ли равно, какой двигатель? Лишь бы самодвижущийся экипаж соответствовал своему назначению. Почему же «родословную» автомобиля исчисляют от первых «бензиномобилей» с двигателем внутреннего сгорания, изобретенных и построенных в 1885–1886 годах, забывая о паровых и аккумуляторных (электрических) экипажах (были и такие)? Дело в том, что двигатель внутреннего сгорания произвел подлинный переворот в транспортной технике. Именно он оказался наиболее отвечающим идее автомобиля и потому надолго сохранил свое главенствующее положение. В XX веке автомобильное «население» Земли увеличилось в 10 тысяч раз, а людское – лишь втрое, за последнюю треть века (когда в ряде стран один автомобиль приходится уже на 2–5 жителей), соответственно, в 6 раз и вдвое. Трудно представить себе отрасль народного хозяйства или вид деятельности человека, в которых не использовался бы автомобиль. Автомобили – самая мощная энергетическая база человечества: суммарная мощность их двигателей достигает 20–25 млрд кВт, а вырабатываемая ими ежегодно энергия – примерно 30 млрд кВт ч. Мировая автомобильная промышленность выпускает ежегодно до 40 млн машин. Однако распространение автомобилей несет людям не только пользу. Массовость их применения вызвала угрозу истощения энергетических ресурсов, загрязнение атмосферы городов, многочисленные случаи дорожно-транспортных происшествий. Не слишком ли дорого обходятся человечеству автомобили? Не изжили ли они сами себя, не пора ли им уступить место более безопасным средствам транспорта? Для ответа на эти и другие подобные вопросы требуется обстоятельный анализ. Важнейшее условие дальнейшего существования и развития автомобиля – это верность всех участников его создания и использования – конструкторов, эксплуатационников, бизнесменов – автомобильной идее, безошибочное прогнозирование и верное определение направлений ее развития в меняющихся условиях. Для этого придется еще не один раз обратиться к прошлому, чтобы в нем найти ключ к пониманию и решению старых и новых проблем и задач… Этот, и без того трудный, поиск осложняется еще и тем, что каждый человек – это личность, которой присущи собственные амбиции и даже капризы. Автомобиль – личный экипаж, и стандартизация (читай – обезличивание) этого экипажа вызывает у владельца внутренний протест. Не случайно сегодня столь успешно и, главное, прибыльно работают тюнинговые ателье, а самые дорогие автомобили, стоящие бешеных денег, изготовляются под заказ, и ждать исполнения этого заказа приходится едва ли не годами. К слову сказать, личных автомобилей во всех странах втрое – впятеро больше, чем всех прочих, и примерно втрое больше, чем это необходимо для обеспечения реальной потребности в транспорте. Поэтому дальнейшее развитие автомобиля будет происходить в борьбе между фантазией носителей новых идей и консерватизмом основной массы потребителей. Впрочем, такая борьба – неотъемлемая часть любой революции: социальной или технической. 2. Немного истории… Говорят, все началось с колеса. Оно известно примерно с середины IV тысячелетия до н. э. До этого человек знал, кроме пешего хождения и плавания по воде, еще два вида передвижения – верховую езду и перемещение тяжестей на волокушах из шестов, веток или шкур. Возможно, что конструкцию колеса подсказали людям покатившийся моток шерсти или веретено, но вернее всего – бревна-катки, с помощью которых перемещали каменные блоки пирамид и прочие тяжелые грузы. Но колесо, каким его иногда изображают, вряд ли отпиливали от бревна. Для этого потребовались бы инструменты, которых еще не существовало. Кроме того, даже отпилив диск, убедились бы в его непрочности, поскольку распил шел поперек волокон древесины. Все древнейшие колеса – составные, из двух-трех сегментов, соединенных планками. Позднее для облегчения колеса в сегментах стали делать вырезы или составляли диск в виде решетки из брусьев, располагая их лучеобразно или крест-накрест. Так пришли к спицам, ступице (центральной части колеса) и ободу, либо также составному из брусьев, либо гнутому из дерева в распаренном состоянии. Что общего между автомобильными колесами и находками археологов? Оказывается, общего много. Достаточно сказать, что на автомобиле дисковые колеса (конечно, не бревенчатые, а стальные) появились гораздо позже спицованных (экипажных). Колеса же со спицами крест-накрест – это прямо-таки самое архисовременное колесо, «находка» дизайнеров 80-х годов XX века! Не подскажет ли нам еще что-нибудь древний транспорт? Есть такие подсказки! Во многих городах мира автобусам и такси теперь выделена особая полоса движения, и они беспрепятственно катят мимо томящихся в уличных пробках автомобилистов. Готовится еще один логичный шаг: оградить автобусную полосу бордюром, превратить ее в некий желоб, который давал бы направление движению даже без участия водителя. Потребовались годы дискуссий о достоинствах и недостатках «независимости» автомобиля, пока не стало ясно, что общественному транспорту в городах должны быть предоставлены привилегии. И вот теперь, вкусив от этой победы разума, пассажиры туристского автобуса быстро выбираются, например, к окраине Неаполя и прибывают в Помпеи. Первое, что попадает в поле их зрения, – это улицы мертвого города. Довольно высокие тротуары образуют направляющие, предвосхитившие на два тысячелетия автоматизированную трассу автобусов! Движение уже тогда было односторонним, иначе две повозки, встретившись, попросту не разъехались бы. Но самое примечательное – это перекрестки. Там, где мы привыкли видеть переходы типа «зебра», из плит мостовой выступают камни-островки, образующие три-четыре промежутка: крайние – для колес, средние – для коней. В размерах островков и промежутков между ними соблюден определенный стандарт, из чего можно заключить, что и колея, и дорожный просвет колесниц были унифицированы и что многоконные коляски на улицы города не допускались. Помпейским возницам волей-неволей приходилось замедлять ход перед перекрестками, а пешеходы ступали по островкам, не сходя на мостовую и сохраняя чистыми сандалии. Такой переход, пожалуй, безопаснее нынешней «зебры» и как две капли воды схож с новейшим экспериментальным, опробованном в Голландии, где тоже применены «островки», но теперь уже резиновые. И впрямь, все уже было! Каковы были колесницы? Напомним, что им предшествовали запряженные быками одноосные арбы. Иногда их сцепляли по две, в результате получалась двухосная повозка, обладавшая, однако, худшей проходимостью, чем одноосная. Когда быков заменили конями, родились колесницы. Сначала они предназначались для торжественных выездов, прогулок и соревнований, затем их приспособили и для других целей: земледельцы – для вывоза урожая, кочевники – в качестве походных жилищ. Армии захватчиков не могли обойтись без обозов. А обозы – без дорог. Расширявшуюся территорию Римской империи покрыла сеть из 372 каменных магистральных дорог общей протяженностью 60 тыс. км. Магистрали соединяли Рим с его провинциями. Колесницы были весьма разнообразными: двух– и многоместными, двух– и четырехколесными, открытыми и с балдахином, простыми и роскошно отделанными… Последние подобны еще более древним колесницам времен Троянской войны, у которых, если верить Гомеру, были восьмиспицевые колеса, окованные медью, которые свободно вращались на железных осях. Ободья колес были золочеными, а ступицы покрывались серебром. Кузов подвешивался на крепких ремнях, тоже отделанных драгоценными металлами. Дальше – «силовой» агрегат, то есть быстрые кони, а «трансмиссией» служило опять-таки посеребренное дышло… Обратите внимание, уважаемый читатель: колеса независимо вращались на неподвижной оси. Это очень важный момент. На более древних повозках, да и на более поздних, вплоть до железнодорожных локомотивов и вагонов, применялись так называемые колесные пары – оба колеса жестко крепились на общей оси. При такой компоновке на крутых поворотах ближнее к центру поворота колесо совершает меньший путь, чем внешнее. Одно колесо просто проскальзывает, и в результате – раздается скрежет от трения обода о дорожное покрытие и происходит неравномерный износ ободьев. В конечном итоге принцип независимого вращения колес на одной оси стал обязательным и для конных повозок, и для автомобилей, то есть там, где колея достаточно широка, а разница в скорости колес может быть значительной. Еще одна идея, которой нынешние конструкторы автомобилей обязаны древним колесницам, – несущий кузов. Сегодня он прочно обосновался в автомобильной технике: уже не только легковые автомобили, но и солидные автобусы имеют такие кузова. Надо сказать, что древние римляне умели и любили строить дороги, но вот об удобстве путешественников пеклись гораздо меньше. Однако с транспортной тряской боролись, хотя бы в целях продления жизни экипажам: кузова колесниц были массивными и очень крепкими. Ведь рессор не было, эластичных шин – тем более. Огромный по нашим меркам диаметр колес (1,5–2 м) тоже имел целью смягчать толчки при переездах через неровности дороги. Упадок Римской империи и деление Европы на мелкие феодальные княжества затормозили развитие безрельсового колесного транспорта на целое тысячелетие. В этот период знатные люди путешествовали большей частью верхом или на носилках (ручных либо конных), а крестьяне использовали повозки, запрягая в них кто лошадей, кто быков, а кто – себя. Некий безвестный умелец тех времен изобрел поворотный шкворень, через который передняя ось крепилась к кузову. Это был прорыв, значение которого оценили не сразу… Наконец, в XV веке повозку превратили в экипаж: кузов подвесили на ремнях, как люльку, к загнутым концам рамы. В таком «салоне» уже не трясло так сильно, но зато укачивало. Тем не менее, титулованные и коронованные особы избрали карету своим основным средством передвижения. Два последующих столетия были посвящены преимущественно усовершенствованиям пассажирских салонов. Со временем в них стало возможным не только преодолевать значительные расстояния, но даже спать. Это было важно, так как проехать без сна до постоялого двора мог не каждый путник. К концу XVII столетия стальные рессоры сменили ремни, в это же время лошадь получила хомут, чуть ли не вдвое увеличивший ее тягловую силу. Однако кареты на высоких колесах и с тяжелыми кузовами, которые к тому же раскачивались на рессорах, были опасными: на поворотах кренились, иногда опрокидывались. На крутых спусках лошади не могли их удержать. Так пришло понимание необходимости тормозов. Поначалу это были просто деревянные клинья, подкладываемые под колеса перед спуском, впоследствии на карете появился рычаг с закрепленной на его конце кожаной подушкой. Нажимая на рычаг, кучер с силой прижимал подушку к ободу колеса и замедлял его вращение. Не описывая в подробностях сложный путь развития экипажного (прежде всего – каретного) ремесла, напомним, что именно каретным мастерам прошлых веков мы обязаны изящными формами современных автомобилей. Ведь трудолюбивые предшественники современных дизайнеров отделывали каждый кузов, как драгоценную шкатулку: выпиливали или гнули из дерева сложные детали, соединяли их в прочный каркас, обшивали планками и кожей. Краска и лак служили не только для красоты, они оберегали деревянные и металлические части экипажа от дождя, снега и солнца. Малейшие впадины и выпуклости заравнивали несколькими слоями шпатлевки и грунтовки, затем наносили 12–15 слоев краски и лака. Каждый слой сушили несколько дней, шлифовали (пемзой), а последний слой полировали до зеркального блеска. Кстати, автомобильная терминология во многом обязана каретному делу. Так, рессоры, амортизаторы и пружины автомобиля мы называем подвеской, обтекаемые панели над колесами – крыльями, много сходных терминов и в деталях кузовов. А названия кузовов – купе, фаэтон, кабриолет, ландо – заимствованы из каретного прошлого. Термин «седан» – еще более древний. И вообще, у автомобиля с экипажем есть то главное, что их роднит. Это отношение человека к этим средствам передвижения. Когда читаешь великих писателей прошлого, еще не знавших автомобиля, начинает казаться, что они предвидели и предсказали нынешнюю систему «человек – дорога – автомобиль». В качестве примера можно привести гениальные строки Н. В. Гоголя из «Мертвых душ»: «…В дорогу, в дорогу… Какое странное, и манящее, и несущее, и чудесное в слове: дорога!…Боже! как ты хороша подчас, далекая, далекая дорога!.. Сколько родилось в тебе чудных замыслов, поэтических грез, сколько перечувствовалось дивных впечатлений!.. И какой же русский не любит быстрой езды?.. Ее ли не любить, когда в ней слышится что-то восторженно-чудное? Кажись, неведомая сила подхватила тебя на крыло к себе, и сам летишь, и все летит…» Одно лишь коренным образом отличает потомков от предков – механический двигатель. Прошли столетия, пока он стал пригодным для транспортной машины. Но сама эта машина могла появиться значительно позже, если бы в процессе развития конных экипажей не были подготовлены кузов и многие ее механизмы. Как было бы замечательно, если бы экипаж стал самодвижущимся, безлошадным! Над этой проблемой люди ломали голову с давних пор. Какую силу, какой механизм применить к повозке? Начиная с XV века появились десятки самодвижущихся (развлекательных или военных) экипажей и их проектов. Тут и конструкции великого итальянца Леонардо да Винчи, которые приводились в действие слугами, шагающими рядом с повозкой или находящимися на ней самой; и повозка немецкого художника Альбрехта Дюрера со всеми приводными колесами – если одно попадает в грязь и скользит, то другие продолжают катить повозку (прообраз полноприводного автомобиля повышенной проходимости); и русская «самобеглая коляска» Леонтия Шамшуренкова со счетчиком пробега, успешно испытанная в Петербурге. Заслуживает внимания трехколесная «самокатка» придворного механика Екатерины II – Ивана Петровича Кулибина (1735–1818). Слуга, который приводил ее в движение, находился сзади – «на запятках». Наступая на педали, он толкал тяги, они передавали усилие на зубчатое колесо храпового механизма, насаженного на ось маховика. Хотя Кулибин создавал всего-навсего очередную «диковину», предназначенную для прогулок по аллеям парка, он поставил перед собой те же задачи, которые стоят и в наше время перед конструкторами автомобилей: сделать работу коляски плавной, обеспечить ее движение не только по ровным, но и по пересеченным дорогам и на подъемах. На ровной дороге для движения коляски с «конной» скоростью достаточна сила в 20 кг. На подъеме же в 5–6° или на булыжной мостовой при той же скорости потребуется втрое большая сила. Это увеличение можно получить, если слуга будет работать с большим напряжением или если скорость уменьшится. Кулибин выбрал последнее. От оси маховика усилие сообщается парой шестерен продольному валу, вращение маховика и вала передается к одному из трех колец штифтов на барабане оси задних колес. Для этого шестерню на продольном валу можно передвигать. Колеса вращаются вдвое или втрое медленнее, соответственно получается и выигрыш в силе. Слуга нажимает на педали равномерно, не напрягаясь. Храповой механизм давал «самокатке» свободный ход, как у велосипеда. Когда она шла под уклон или после разгона на ровной дороге, тяги скользили по зубцам храповика и слуга мог отдыхать. Рулевой привод кулибинской «самокатки» состоял из двух рычагов, тяг и обода, в котором установлено переднее колесо. При нажатии на один из рычагов тяга поворачивала обод, а с ним и колесо вправо или влево. Рулевой привод современного автомобиля устроен почти так же. Однако все эти хитроумные устройства не могли превратить «самокатку» в практически действующий самодвижущийся экипаж. Для его передвижения по булыжной дороге хотя бы со скоростью 10 км/ч требуется мощность около половины лошадиной силы (примерно 0,4 кВт). Один человек способен развить такую мощность, но очень недолго. Мускульно-силовые самокаты на два и больше мест не получили распространения. Верное и оригинальное решение легкого самоката, на котором человек мог достаточно быстро передвигаться своими силами, было предложено немецким изобретателем Карлом Фридрихом Драйзом в 1816 году. Он заменил самокатом не экипаж, а верхового коня, построил машину, похожую на будущий велосипед. Машину назвали «беговой», так как ездок отталкивался от земли ногами, бежал по земле. Для сохранения обуви на ноги надевали металлические «носки». Поистине, эта машина служила «продолжением человека»! Она была легкой и надежной, катилась со скоростью до 15 км/ч и не испытывала, как экипаж, перекосов на неровной дороге. Ее детали были легкими при достаточной прочности. Во второй половине XIX века беговую машину снабдили педалями и резиновыми бандажами (шинами), заменили деревянные колеса стальными с проволочными спицами, а сплошные деревянные и железные рамы – трубчатыми. Позже появились шарикоподшипники, цепная передача, пневматические шины, механизм свободного хода. На выпускавшихся для детей и пожилых людей трехколесных велосипедах, а также на спортивных двухместных стали монтировать изобретенный в 1877 году Джемсом Старлеем и почти одновременно французом Анри Пекером дифференциал – шестеренчатый механизм передачи усилия двум колесам одной оси, вращающимся при повороте с разными скоростями. Усовершенствования велосипеда, особенно применение в его конструкции шарикоподшипников, пневматических шин и дифференциала, имели в дальнейшем большое значение и для автомобиля. Шарикоподшипники во много раз облегчали вращение колес и других деталей, уменьшая трение между подвижными и неподвижными частями. Пневматическая шина, изобретенная англичанином Уильямом Томсоном в 1845 году, а затем запатентованная Джоном Данлопом в 1888 году, смягчала удары колеса на неровностях дороги. С ее применением стало возможным делать все детали машины не такими прочными и тяжелыми – ведь вибрация машины заметно уменьшилась, меньше она и расшатывалась. Да и езда стала не такой изнурительной… Что касается ветросиловых повозок, то их строили вплоть до середины XIX века. Правда, они могли двигаться лишь по очень ровной местности и при попутном ветре. Как средство транспорта они себя не оправдали. Если автомобиль получил от экипажей, мускульных «самокаток» и велосипедов почти все, кроме двигателя, то от ветросиловых повозок – ровным счетом ничего. Двигатель для автомобиля, как и сам автомобиль, непременно должен был появиться в последней четверти XIX века. И он появился, и вот уже в течение 120 лет безраздельно господствует на автомобилях. Разговор идет о поршневом двигателе внутреннего сгорания (ДВС), работающем на бензине по четырехтактному циклу. О конструкциях ДВС других типов будет рассказано позже. Создатели первых транспортных ДВС отталкивались от конструкции паровой машины. Самые объемные ее элементы, к тому же еще и самые опасные – топка и котел. Значит, их-то и нужно заменить, считали изобретатели. Чем? Ответ на этот вопрос казался простым: нужен резервуар с горючим газом, например светильным. Газ надо смешать с воздухом, ввести в цилиндр машины и там воспламенить. Горение и расширение смеси произведут силу, которая заменит пар. И тогда топка и котел больше не понадобятся. Еще в 1860 году французский механик Этьен Ленуар (1822–1900) построил газовый двигатель, напоминавший паровую машину. Однако сама по себе смесь светильного газа и воздуха, в отличие от пара, не давит на поршень, ее нужно поджечь. Для зажигания служили две электрические свечи, ввернутые в крышки цилиндра. Двигатель Ленуара – двусторонний (или, как принято говорить, двойного действия; рабочий процесс происходит с двух сторон поршня) и двухтактный, т. е. полный цикл работы поршня длится в течение двух его ходов. При первом ходе происходят впуск, воспламенение и расширение смеси в цилиндре (рабочий ход), а при втором – выпуск отработавших газов. Впуском и выпуском управляет задвижка-золотник, а золотником – эксцентрик, смонтированный на валу двигателя. Преимущества нового двигателя перед паровой машиной не ограничивались ликвидацией котла и топки. Газовые двигатели не требовали разведения пара, обслуживать их было нетрудно. Однако масса нового двигателя оставалась почти такой же, как и у паровой машины. Единица выработанной мощности двигателя (л. с. или кВт) обходилась в 7 раз дороже, чем у паровой машины. Только четверть теплоты сгоревшего газа совершала полезную работу, т. е. коэффициент полезного действия (КПД) двигателя составлял 0,04. Остальное уходило с отработавшими газами, тратилось на нагрев корпуса и отводилось в атмосферу. Когда частота вращения вала достигала 100 об/мин, зажигание действовало ненадежно, двигатель работал с перебоями. На охлаждение расходовалось до 120 (!) м воды в час. Температура газов доходила до 800 °C. Перегрев вызывал заедание золотника. Несгоревшие частицы смеси засоряли каналы впуска-выпуска. Причина низкой производительности двигателя заключалась в самом принципе его действия. Давление воспламененной смеси не превышало 5 кг/см , а к концу рабочего хода снижалось втрое. Простой расчет показывает, что одноцилиндровый двигатель с рабочим объемом 2 литра при таком давлении, частоте вращения вала 100 об/мин и КПД 0,04 развивал мощность не более 0,1 кВт. Другими словами, ленуаровский двигатель в тысячу раз менее производителен, чем двигатель современного автомобиля. Сделать газовый двигатель более эффективным удалось в 1876 году коммерческому служащему из Кельна Николаю-Августу Отто (1832–1891) совместно с Евгением Лангеном (1833–1895). Наблюдая работу газового двигателя, похожего на конструкцию Ленуара, Отто пришел к выводу, что сможет добиться его более производительной работы, если будет зажигать смесь не на середине хода поршня, а в его начале. Тогда давление газов при сгорании смеси действовало бы на поршень в течение всего его хода. Но как наполнить цилиндр смесью до начала хода? Отто попробовал следующее: вращая маховик вручную, он наполнил цилиндр и включил зажигание в тот момент, когда поршень вернулся в исходное положение. Маховик резко «взял» обороты, а до этого сгорание смеси давало ему лишь слабый толчок. Отто не придал значения тому, что смесь была сжата перед зажиганием, он считал улучшение процесса результатом продолжительного расширения смеси в процессе сгорания. Изобретателю понадобилось 15 лет, чтобы сконструировать экономичный двигатель с КПД, достигающим 0,15. Двигатель назвали четырехтактным, так как процесс в нем совершался в течение четырех ходов поршня и, соответственно, двух оборотов коленчатого вала. Золотник в нужный момент открывал доступ в цилиндр от запальной камеры, где постоянно горел газ. Происходило зажигание смеси. Золотниковое распределение и зажигание горелкой не применяются в современных двигателях, но цикл Отто полностью сохранился до наших дней. По этому циклу работает подавляющее большинство автомобильных двигателей. Ниже приведено краткое, схематичное его описание. При первом такте поршень удаляется от исходной «мертвой точки» – головки цилиндра, – создавая в нем разрежение, при этом засасывается приготовленная особым прибором (карбюратором) горючая смесь. Выпускное отверстие закрыто. Когда поршень достигает нижней «мертвой точки», закрывается и впускное отверстие. При втором такте закрыты оба отверстия. Поршень, толкаемый шатуном, идет вверх и сжимает смесь. Частицы топлива сближаются, смесь легче поддается воспламенению. Если объем цилиндра над поршнем (т. е. в камере сгорания) равен его рабочему объему (между «мертвыми точками»), то степень сжатия равна 2, как у ранних ДВС (т. е. вдвое больше атмосферного давления), а давление газов при их взрыве вчетверо больше атмосферного (у современных двигателей оно в 40–50 раз больше, чем у двигателя Отто). Третий такт – рабочий ход. В начале его происходит зажигание сжатой смеси. Движение поршня через кривошипно-шатунный механизм преобразуется во вращение коленчатого вала. Оба отверстия закрыты. Давление в цилиндре постепенно уменьшается до атмосферного. При четвертом такте маховик, получив импульс движения, продолжает вращаться, шатун толкает поршень и вытесняет отработавшие газы в атмосферу через открывшееся выпускное отверстие, впускное при этом остается закрытым. Инерции маховика хватает на то, чтобы поршень совершил еще три хода, повторяя четвертый, первый и второй такты. После них вал и маховик снова получают импульс. При пуске двигателя первые два такта происходят под действием внешней силы. Во времена Отто и еще в течение полувека маховик проворачивали вручную, а теперь его вращает электродвигатель – стартер. После первых нескольких рабочих ходов стартер автоматически отключается и двигатель работает самостоятельно. Впускное и выпускное отверстия открывает и закрывает распределительный механизм. Своевременное воспламенение смеси обеспечивает система зажигания. Цилиндр может быть расположен горизонтально, вертикально или наклонно, процесс работы двигателя от этого не меняется. К недостаткам двигателя Отто относят его тихоходность и большую массу. Увеличение числа оборотов вала приводило к перебоям в работе и быстрому износу золотника. Большое давление в цилиндре требовало усиления прочности криво-шипно-шатунного механизма и стенок цилиндра, поэтому масса двигателя в расчете на 1 кВт ч достигала 500 кг. Для размещения всего запаса газа нужен был огромный резервуар. Все это предопределило неудачу: газовый двигатель Отто, так же как и первый его вариант, был непригоден для установки на автомобиль, хотя и получил широкое распространение в стационарных условиях. Двигатель внутреннего сгорания стал годным для применения на транспорте, после того как заработал на жидком топливе, стал быстроходным, компактным и легким. Наибольший вклад в его создание внесли инженеры-машиностроители – технический директор завода Отто в городе Дойц Г. Даймлер (1834–1900) и его ближайший сотрудник В. Майбах (1846–1929), позднее основавшие собственную фирму. Об изобретателях машин нередко пишут, что они с детства увлекались техникой, мастерили приборы, разбирали и собирали часы, что идею будущей новой машины они вынашивали чуть ли не с пеленок. И еще сообщают, что изобретатели, мол, сознавали ее вероятное социальное и экономическое значение. В действительности дело обычно обстояло иначе. Но вот у Готлиба Даймлера и Вильгельма Майбаха и впрямь биографии «образцовых» изобретателей. Даймлер с юных лет посвятил себя машинам, с успехом закончил Высшее политехническое училище в Штутгарте. Во время продолжительной службы в Эльзасе и работы на английских машиностроительных заводах Даймлер хорошо изучил передовую для того времени технику и, к тому же, владея французским и английским языками, получил доступ к обширной специальной литературе. Сначала его попросту увлекало конструирование машины. Потом, как у многих конструкторов, возникла мысль о постройке второго, третьего вариантов машины, улучшенных по опыту работы над предыдущей, и… о ее продаже. Но прежде чем конструировать и строить самодвижущуюся повозку, нужно было создать для нее двигатель. В опубликованной в 1935 году биографии одного из основателей фирмы «Даймлер – Бенц» сказано: «В 1881 году Даймлер объездил Россию, чтобы на месте познакомиться с нефтью, ему уже тогда продукты нефти представлялись топливом для транспортного двигателя… 1882 год стал поворотным в жизни Даймлера. Этот год можно считать годом рождения автомобильного двигателя, хотя сам двигатель был готов только в следующем году». Почему именно путешествие в Россию понадобилось Даймлеру для осуществления его замыслов? Дело в том, что в России уже работал завод по перегонке сырой нефти в керосин. ХимикА. А. Летний провел эксперименты и доказал, что перегонка нефти и ее остатков через раскаленные железные трубы дает различные продукты, в частности такое горючее, как бензин. Это было как раз то, что искал Даймлер для экипажного двигателя: легкое нефтяное топливо хорошо испаряется, быстро и полно сгорает, удобно в транспортировке. Первый двигатель Даймлера годился и для транспортного, и для стационарного применения, работал на газе и на бензине. Последующие конструкции Даймлера были рассчитаны исключительно на жидкое топливо. Булыиую частоту вращения вала двигателя, обеспечиваемую, в частности, интенсивным воспламенением смеси, Даймлер справедливо считал главным показателем работы двигателя на транспортной машине. Частота вращения вала двигателя Даймлера была в 4–5 раз больше, чем у газовых двигателей, и достигала 450–900 об/мин, а мощность в расчете на 1 л рабочего объема – вдвое больше. Соответственно, могла быть уменьшена масса. К этим штрихам «транспортной специфики» добавим закрытый картер (кожух) двигателя, заполненный смазочным маслом и защищавший подвижные части от пыли и грязи. Охлаждению воды в окружающей двигатель «рубашке» способствовал пластинчатый радиатор. Для пуска двигателя служила заводная рукоятка. Теперь имелось все необходимое для создания легкого самодвижущегося экипажа – автомобиля. От своих предков автомобиль унаследовал многое. «Автомобиль… нужно считать сыном паровоза, давшего ему душу, и велосипеда, снабдившего его телом», – так образно писал в 1902 году один из журналов. Механическая повозка для своей работы не требовала каких-либо наземных устройств, кроме дороги. В отличие от конных повозок, механическая не требует для своего движения приложения живой силы, кроме небольших, как это казалось, усилий водителя по управлению ею. Подчеркнем, что идея автомобиля была поначалу четко направлена на замену лишь легкого экипажа личного пользования. Возможность его использования для грузовых и массовых пассажирских перевозок была реализована намного позже. Вряд ли можно сказать, что отношения автомобиля и двигателя внутреннего сгорания с самого начала носили характер любви с первого взгляда и на всю жизнь. Желая добиться наилучших результатов, автомобильные конструкторы испробовали на своих детищах самые разнообразные двигатели, в том числе паровую машину, КПД которой еще ниже, чем у двигателей внутреннего сгорания, и электропривод от гальванических батарей, который даже в наши дни представляется весьма перспективным. Возможно, эти автомобили вызывают у сегодняшних автолюбителей лишь снисходительные улыбки, но специалисты отчетливо понимают, что без этих «гадких утят» не было бы современных лимузинов. Поиски оптимальной конструкции могли бы продолжаться еще долго, если бы не К. Бенц и Г. Даймлер, которые, испытав свои силы сначала в одиночку, затем объединили таланты и финансовые средства, создав совместную фирму по производству автомобилей «Даймлер – Бенц». За сравнительно короткий промежуток времени, совершенствуя конструкции и дизайн своих машин, им удалось сделать автомобиль необычайно популярным. Конечно, такой прорыв был бы невозможным без эффективных бензиновых двигателей. Бензиновые двигатели за короткое время были доведены до высоких кондиций. Уже в первые десятилетия XX века они дали крылья авиации, электроэнергию морякам и полярникам, создали почву для целого ряда выдающихся изобретений. Что же касается традиционного тяжелого и транспортного машиностроения, то оно пока довольствовалось, в основном, паровыми машинами, до поры лишь мечтая о мощных двигателях, способных работать на относительно недорогом топливе и имеющих приемлемые габариты. Создать подобный двигатель, названный дизелем по имени его изобретателя Рудольфа Дизеля, удалось только в начале XX столетия. Первый его дебют на автомобиле в 1908 году оказался неудачным, и автомобилисты на время забыли о дизеле, вынудив его искать «взаимности» (и, следует заметить, не безнадежно) у моряков, железнодорожников и прочих «тяжеловесов». Другими словами, дизелям отвели роль «тихоходов», в которой они и выступали вплоть до 1920-х годов минувшего столетия, когда эти двигатели появились на грузовых автомобилях. Нельзя сказать, что дизелями вообще не занимались. Вспомните хотя бы детище моторостроителей из Харькова – 500-сильный дизель В-2, первоначально предназначавшийся для тяжелого бомбардировщика и нашедший подлинное бессмертие в лучшем танке Второй мировой войны Т-34. Отметим также установленный в 1936 году на легковой «Мерседес-Бенц» дизельный двигатель, успешно прошедший все положенные испытания. И, наконец, обратим внимание на построенные в середине прошлого столетия в Советском Союзе дизельные двигатели мощных тракторов и тягачей, в названиях которых почти никогда не отображались фамилии или имена их создателей, а были только сухие цифры и непонятные буквы. Поклонимся этим скромным и гениальным труженикам, которые в самые сумеречные годы не опустили рук и в условиях закрытых КБ творили двигатели прогресса. 3. Устройство автомобиля 3.1. Общие понятия и классификации Изучению устройства автомобиля уделяется достаточно времени в любой автошколе, поэтому мы ограничимся лишь общими сведениями. Маловероятно, чтобы этот справочник стал учебником для профессиональных мастеров по ремонту автомобилей, однако для того, чтобы стать настоящим автомобилистом, то есть полностью овладеть машиной, нужны определенные знания. Итак, автомобиль состоит из трех основных частей: двигателя, шасси и кузова (рис. 3.1.1 и 3.1.2). Двигатель является источником механической энергии, приводящей автомобиль в движение. Рис. 3.1.1. Двигатель и шасси грузового автомобиля: 1 – двигатель, 2 — сцепление, 3 – коробка передач, 4 – рулевое управление, 5 – карданная передача, 6 – задний ведущий мост, 7 – рама, 8 — рессора, 9 — колесо, 10 — топливный бак, 11 – амортизатор, 12 – передний мост Шасси автомобиля представляет собой совокупность механизмов, предназначенных для передачи крутящего момента от двигателя к ведущим колесам, передвижения автомобиля и управления им. В шасси входят три группы механизмов: трансмиссия, ходовая часть и механизмы управления. Трансмиссия автомобиля служит для передачи крутящего момента от двигателя к ведущим колесам и позволяет изменить величину и направление крутящего момента. Трансмиссия двухосного автомобиля с передним расположением двигателя и приводом на задние колеса (рис. 3.1.1 и 3.1.2) включает следующие механизмы: сцепление, коробку передач, карданную передачу, главную передачу, дифференциал и полуоси. Главная передача, дифференциал и полуоси расположены в картере заднего ведущего моста. Ходовая часть автомобиля состоит из рамы, переднего и заднего мостов, подвески (рессор и амортизаторов) и колес. В легковых автомобилях (рис. 3.1.2) и автобусах рама, как правило, отсутствует. В этом случае все агрегаты автомобиля крепятся к кузову и его называют несущим. Механизмы управления включают рулевое управление, необходимое для обеспечения движения автомобиля по заданному водителем направлению, и тормозную систему. Кузов автомобиля предназначен для размещения грузов, водителя и пассажиров. Классификация автомобилей – это тема, которую вряд ли можно назвать до конца исследованной. И это несмотря на то что производителям, а вслед за ними дилерам и прочим продавцам вроде бы все абсолютно ясно. Все они делают вид, что им понятна применяемая терминология и они свободно ориентируются в хитросплетении букв, цифр и специальных обозначений, без которых не обходится ни одна автомобильная фирма при крещении своего очередного детища. Попробуем и мы разобраться в этой премудрости. Грузовики и автобусы (минивэны в том числе) трогать не будем. Речь пойдет о легковых автомобилях, да и то не всех, а преимущественно тех, которые лучше известны отечественным автолюбителям. Итак, классифицируем. По типу кузова. В этой классификации – самая большая путаница, поэтому приводим известные читателям марки и модели, присоединив к их названиям те определения классов, с которыми они пришли в автосалоны и на страницы ведущих автомобильных изданий. Рис. 3.1.2. Легковой автомобиль: 1 — двигатель, 2 – кузов, 3 – топливный бак, 4 – задняя рессора, 5 – задний ведущий мост, 6 – карданная передача, 7 – коробка передач, 8 – сцепление, 9 — амортизатор Седан — до недавних пор самый распространенный класс. Это автомобиль с трехобъемным кузовом с четко разделенными моторным отделением, салоном и багажником. Такой кузов имеют почти все «Волги», большинство моделей ВАЗ (2101, 2103, 2105, 2106, 2107, 21099, 2110, 2115), «Москвичи» (от 401 до 2140), «Запорожцы» – предшественники «Таврии», и великое множество иностранных автомобилей – от «Альфа-Ромео» до «Ягуара». Иногда седаны называют еще лимузинами. Разумеется, такое название подходит не всем, а только тем, что побогаче, то есть побольше и покомфортабельнее. А в общем, что «Мерседес-Бенц-600», что старая «копейка» – все седаны. Универсал — это кузов, который одинаково пригоден и для перевозки пассажиров, и для поездок на охоту или за покупками. Из машин производства стран СНГ в этом классе наиболее известны «Волга» ГАЗ-310221, все УАЗы (кроме микроавтобусов), ВАЗ-2102, ВАЗ-2104, ВАЗ-2111, «Нива», а также ЛуАЗ. Типичные зарубежные представители универсалов – все те машины, которые мы в просторечии неточно именуем джипами (ранее в отечественной практике их всех называли универсалами повышенной проходимости). Среди них и настоящие вседорожники – «Ленд-Ровер Дифендер» или «Тойота Лендкрузер», и так называемые «паркетные джипы» вроде «КИА Спортидж» или «Тойота RAV4». В соседстве с «проходимцами» прижились «СААБ 9–5 Вэгон», «Фольксваген Пассат Вариант», «Опель Астра Караван» и множество других моделей. Хэтчбек — тот самый класс, в который объединились в 80-х годах прошлого столетия автомобили, прозванные «зубилами» за их характерную угловатую геометрию передка и скошенную заднюю часть. Это преимущественно переднеприводные двухобъемники, у которых подкапотное пространство целиком отдано силовому агрегату и трансмиссии, а все остальное – пассажирам и их багажу. Впервые отечественные автолюбители познакомились с этим техническим чудом, когда с конвейера Волжского автозавода сошла «восьмерка», то есть ВАЗ-2108. Вскоре семейство пополнилось «Таврией», АЗЛК выпустил «Москвич-2141» – и пошло… За рубежом массово выпускались «Фольксваген Гольф», «Шкода Фаворит», «Фиат Уно» и другие представители славного класса «зубил». Сегодня хэтчбек – едва ли не самая распространенная компоновка недорогого автомобиля для народа. При выборе автомобиля покупатели отдают предпочтение хэтчбекам за хорошую аэродинамику кузова, интересный дизайн и, что немаловажно, – высокую механическую прочность. Приведенная выше «кузовная» классификация отнюдь не претендует на абсолютною полноту и завершенность, ибо не учитывает некоторых специфических видов кузовов, которые мы не стали выделять в отдельные классы, чтобы сохранить хоть какую-то стройность и системность изложения. Однако, справедливости ради, отметим, что, например, седан с открывающейся крышей или вовсе без нее – это уже кабриолет, тот же седан, но с двумя дверями – купе, а если у него многолитровый могучий мотор и ярко выраженные скоростные свойства – то уже родстер. В общем случае, читатель, представляется целесообразным, выбирая автомобиль, не зацикливаться на кузовном классе (он в любом случае условен и мало что определяет), а тщательно изучить эксплуатационные свойства машины, чтобы понять, насколько они соответствуют той сумме, которую просит за автомобиль продавец. По типу привода. В этой классификации вариантов меньше, чем с кузовами. Есть так называемые классические автомобили, у которых привод осуществляется на задний мост (такие часто называют «классическими»), и переднеприводные, у которых энергия двигателя передается на передние колеса. У переднеприводных машин нет карданной передачи, защитный короб над которой доставлял неудобства пассажирам, сидящим сзади. Салоны переднеприводных автомобилей удобнее, просторнее, а сами автомобили обычно имеют более высокий дорожный просвет. Однако не обошлось и без недостатков: имея великолепную устойчивость и неплохие скоростные качества на горизонтальных участках дороги, спусках и виражах, легкие машины не слишком уверенно берут подъемы, так как на подъеме сцепление передних ведущих колес становится в некоторые моменты несколько ослабленным. У большинства автомобилей от двигателя, расположенного впереди, крутящий момент передается на задние ведущие колеса. На некоторых автомобилях и автобусах двигатель расположен сзади и ведущими являются задние колеса. В этом случае нет продольно расположенного карданного вала, поэтому можно опустить пол кузова и снизить центр тяжести автомобиля. Увеличивается также и площадь пассажирского помещения. Однако в таких автомобилях усложнена система управления двигателем и трансмиссией с места водителя, а также трудно достичь благоприятного распределения массы между передним и задним мостами. В автомобилях повышенной проходимости (их еще называют полноприводными) крутящий момент от двигателя передается через сцепление, коробку передач и промежуточный карданный вал к раздаточной коробке. Последняя распределяет крутящий момент между ведущими мостами. Из тех вседорожников, которые доступны широкому кругу отечественных автомобилистов, полный привод имеет «Нива». Кстати, это скромное детище советского автопрома, поставленное на конвейер в 1978 году, в свое время стало фактически родоначальником целого класса небольших, но достаточно комфортабельных джипов. В зарубежных классификациях, характеризующих автомобили, можно встретить термины наподобие «коммерческий», «представительский» и другие. Но это уже подклассы, имеющие отношение не столько к техническим особенностям автомобиля, сколько к его предполагаемой роли в человеческом обществе. К тому же, все эти классы весьма условны. К примеру, в нашей глубинке на «Мерседесе» Е-класса может величаво восседать преуспевающий бизнесмен, а в Германии эти машины используются как самые обычные такси и отличаются от других лишь характерным желтым цветом. 3.2. Двигатель: устройство, узлы и системы Автомобильные двигатели внутреннего сгорания могут быть поршневыми и беспоршневыми (например, газотурбинными). В поршневом двигателе сгорание топлива и превращение тепловой энергии в механическую происходит внутри цилиндра. В газотурбинном двигателе топливо сгорает в специальной камере, а тепловая энергия превращается в механическую на лопатках газовой турбины. На подавляющем большинстве современных автомобилей устанавливают поршневые двигатели внутреннего сгорания. По способу смесеобразования и воспламенения топлива поршневые двигатели внутреннего сгорания подразделяются на две группы: а) с внешним смесеобразованием и принудительным зажиганием, от электрической искры (бензиновые и газовые); б) с внутренним смесеобразованием и воспламенением от соприкосновения с воздухом, сильно нагретым в цилиндре путем высокого сжатия (дизели). Карбюраторный бензиновый двигатель (рис. 3.2.1, а) имеет кривошипно-шатунный механизм, газораспределительный механизм и системы охлаждения, смазки, питания и зажигания. Кривошипно-шатунный механизм служит для преобразования прямолинейного возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. Он состоит из цилиндра со съемной головкой 1, поршня 3 с поршневыми кольцами, поршневого пальца 13, шатуна 12, соединенного верхней головкой с поршнем и нижней головкой с коленчатым валом 11, маховика 7, закрепленного на заднем конце коленчатого вала, и картера. Поршень 3 перемещается в цилиндре прямолинейно вниз и вверх. Коленчатый вал 11 вращается в подшипниках, установленных в картере, отлитом за одно целое с цилиндром. Снизу двигатель закрыт поддоном 9, используемым как резервуар для масла. Рис. 3.2.1. Схема устройства карбюраторного двигателя (а), мертвые точки и объемы цилиндра (б): 1 — головка цилиндров, 2 – свеча зажигания, 3 – поршень, 4 – водяной насос, 5 – толкатель, 6 — распределительный вал, 7 – маховик, 8 – масляный насос, 9 – поддон, 10 — распределительные шестерни, 11 — коленчатый вал, 12 — шатун, 13 – поршневой палец, 14 — впускной клапан, 15 – карбюратор, 16 — выпускной клапан, 17 — коромысло, 18 — штанга; S — ход поршня, V – объем камеры сгорания, V — полный объем цилиндра, В. м. т. – верхняя мертвая точка, Н. м. т. – нижняя мертвая точка Верхнее крайнее положение поршня в цилиндре (рис. 3.2.1, б) называется верхней мертвой точкой (в. м. т.), нижнее положение – нижней мертвой точкой (н. м. т.). Расстояние, проходимое поршнем от одной до другой мертвой точки, называется ходом поршня S. Перемещение поршня от одной мертвой точки до другой вызывает поворот коленчатого вала на половину оборота. Объем V над поршнем, находящимся в в. м. т., называется объемом камеры сгорания, а объем V над поршнем, находящимся в н. м. т., – полным объемом цилиндра. Объем V , освобождаемый поршнем при его перемещении от в. м. т. к н. м. т., называется рабочим объемом цилиндра. Если диаметр цилиндра и ход поршня выразить в дециметрах, то рабочий объем цилиндра получим в кубических дециметрах или литрах. Рабочий объем всех цилиндров многоцилиндрового двигателя называют литражом. Его подсчитывают умножением рабочего объема одного цилиндра на число цилиндров двигателя. Отношение полного объема цилиндра V к объему камеры сгорания V называется степенью сжатия. Степень сжатия показывает, во сколько раз уменьшается объем смеси или воздуха, находящихся в цилиндре, при перемещении поршня от н. м. т. к в. м. т. Газораспределительный механизм обеспечивает своевременное заполнение цилиндра горючей смесью (или воздухом) и удаление продуктов сгорания. Этот механизм (рис. 3.2.1) состоит из впускного 14 и выпускного 16 клапанов, пружин, направляющих втулок клапанов, толкателей 5, штанг 18, коромысел 17, распределительного вала 6, установленного в подшипниках картера, и шестерен 10, приводящих вал 6 во вращение от коленчатого вала 11. Система охлаждения, имеющая водяной насос 4, служит для отвода тепла от стенок цилиндра и головки 1, сильно нагревающихся при сгорании горючей смеси в цилиндре двигателя. Система смазки, включающая масляный насос 8 и фильтры для очистки масла, обеспечивает смазку трущихся деталей двигателя, а также частичное их охлаждение. Система питания предназначена для приготовления горючей смеси, подачи ее в цилиндр двигателя и удаления продуктов сгорания. В карбюраторном двигателе для приготовления смеси служит карбюратор 15. Кроме карбюратора в систему питания входят топливный бак, топливный насос, фильтры для очистки воздуха и топлива, впускной и выпускной трубопроводы, глушитель шума выпуска. Система зажигания необходима для воспламенения горючей смеси в цилиндре двигателя. Она включает источник электрической энергии, катушку зажигания, прерыватель тока низкого напряжения, провода и свечи зажигания, электрическая искра от которой воспламеняет горючую смесь. Рабочие циклы двигателей внутреннего сгорания Процесс, происходящий в цилиндре двигателя за один ход поршня, называется тактом. Совокупность всех процессов, происходящих в цилиндре, т. е. впуск горючей смеси, сжатие ее, расширение газов при сгорании и выпуск продуктов сгорания, называется рабочим циклом. Если рабочий цикл совершается за четыре хода поршня, т. е. за два оборота коленчатого вала, то двигатель называется четырехтактным. Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя Первый такт – впуск (рис. 3.2.2, а). Поршень 3 перемещается от в. м. т. к н. м. т., впускной клапан 1 открыт, выпускной клапан 2 закрыт. В цилиндре создается разрежение 0,07—0,09 МПа (0,7–0,9 кгс/см ) и горючая смесь, состоящая из паров бензина и воздуха, поступает в цилиндр. Горючая смесь смешивается с продуктами сгорания, оставшимися в цилиндре от предшествующего цикла, и образует рабочую смесь. Чем лучше наполнение цилиндра горючей смесью, тем выше мощность двигателя. Температура смеси в конце впуска 350–400 К (75– 125 °C). Второй такт – сжатие (рис. 3.2.2, б). Поршень перемещается от н. м. т. к в. м. т., оба клапана закрыты. Давление и температура рабочей смеси повышаются, достигая к концу такта соответственно 0,9–1,5 МПа (9—15 кгс/см ) и 500–750 К (350–500 °C). Третий такт – расширение, или рабочий ход (рис. 3.2.2, в). В конце такта сжатия рабочая смесь воспламеняется электрической искрой, происходит быстрое сгорание смеси. Максимальное давление при сгорании достигает 3–5 МПа (30–50 кгс/см ), а температура 2300–2700 К (2100–2500 °C). Рис. 3.2.2. Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя: а – впуск, б — сжатие, в – расширение, г – выпуск; 1 — впускной клапан, 2 – выпускной клапан, 3 — поршень Давление газов в процессе расширения передается на поршень, далее через поршневой палец и шатун – на коленчатый вал, создавая крутящий момент, заставляющий вал вращаться. В конце расширения начинает открываться выпускной клапан, давление в цилиндре снижается до 0,3–0,5 МПа (3–5 кгс/см ), а температура – до 1200–1500 К (1000–1200 °C). Четвертый такт – выпуск (рис. 3.2.2, г). Поршень перемещается от н. м. т. к в. м. т., выпускной клапан открыт. Отработавшие газы выпускаются из цилиндра в атмосферу. Процесс выпуска протекает при давлении выше атмосферного. К концу такта давление в цилиндре снижается до 0,11—0,12 МПа (1,1–1,2 кгс/см ), а температура – до 1000–1100 К (700–800 °C). Далее процессы, происходящие в цилиндре, повторяются в указанной последовательности. Рабочим является только один такт – расширение, впуск и сжатие являются подготовительными, а выпуск – заключительным тактами. При пуске двигателя его коленчатый вал вращается электродвигателем (стартером) или пусковой рукояткой. Когда двигатель начнет работать, впуск, сжатие и выпуск происходят за счет энергии, накопленной маховиком двигателя при рабочем такте. Рабочий цикл четырехтактного дизеля При впуске (рис. 3.2.3, а) поршень движется от в. м. т. к н. м. т., открыт впускной клапан. За счет образующегося разрежения в цилиндр поступает чистый воздух. Давление 0,085—0,095 МПа (0,85—0,95 кгс/см ), температура 310–340 К (40–70 °C). При такте сжатия (рис. 3.2.3, б) поршень движется вверх, оба клапана закрыты. Давление и температура воздуха повышаются, достигая в конце такта 3,5–5,5 МПа (35–55 кгс/см ) и 700–900 К (450–650 °C). Когда поршень подходит к в. м. т., в цилиндр через форсунку 1 впрыскивается дизельное топливо, подаваемое насосом высокого давления 2 (рис. 3.2.3, е). При рабочем ходе впрыснутое в цилиндр дизельное топливо самовоспламеняется от сильно сжатого и нагретого воздуха. С появлением первых очагов пламени начинается процесс сгорания, характеризуемый быстрым повышением давления и температуры. Рис. 3.2.3.Рабочий цикл четырехтактного дизеля: а – впуск, б – сжатие, в – расширение, г – выпуск; 1 — форсунка, 2 — топливный насос высокого давления Когда поршень от в. м. т. начинает опускаться, сгорание в течение некоторого промежутка времени протекает при почти постоянном давлении. Максимальное давление газов достигает 5–9 МПа (50–90 кгс/см ), а температура – 1800–2200 К (1600–2000 °C). В конце расширения давление снижается до 0,2–0,4 МПа (2–4 кгс/см ), а температура – до 1000–1200 К (800-1000 °C). При такте выпуска (рис. 3.2.3, г) поршень перемещается от н. м. т. к в. м. т., открыт выпускной клапан. Давление газов в цилиндре снижается до 0,11—0,12 МПа (1,1–1,2 кгс/см ). После окончания такта выпуска начинается новый рабочий цикл. Вследствие более высоких значений степени сжатия дизели более экономичны по расходу топлива, чем карбюраторные двигатели. Кроме того, они используют более дешевые сорта нефтяного топлива и менее опасны в пожарном отношении, чем бензин. С другой стороны, дизели имеют большую массу, чем карбюраторные двигатели, поэтому их устанавливают преимущественно на автомобилях большой и особо большой грузоподъемности. В то же время, на импортных легковых автомобилях часто встречаются малогабаритные дизельные двигатели, имеющие хорошие динамические показатели и просто-таки фантастическую экономичность. В одноцилиндровом четырехтактном двигателе один рабочий ход совершается за два оборота коленчатого вала, поэтому коленчатый вал вращается неравномерно, несмотря на наличие маховика. Современные автомобильные двигатели выполняют четырех-, шести– и восьмицилиндровыми и реже десяти-и двенадцатицилиндровыми. Расположение цилиндров может быть однорядным (рис. 3.2.4, а) и двухрядным V-образным (рис. 3.2.4, б). При том же литраже V-об-разное расположение цилиндров позволяет уменьшить габариты двигателя по сравнению с рядным расположением цилиндров, а следовательно, более удобно расположить место водителя и органы управления. На рис. 3.2.4, в показана нумерация цилиндров V-образного восьмицилиндрового двигателя. Рис. 3.2.4.Многоцилиндровые двигатели: а — рядное расположение цилиндров, б – V-образное расположение цилиндров, в – нумерация цилиндров V-образного восьмицилиндрового двигателя; 1–8 – номера цилиндров В многоцилиндровом четырехтактном двигателе за два оборота коленчатого вала (720°) рабочих ходов будет столько, сколько цилиндров имеет двигатель. Исходя из условия равномерности вращения коленчатого вала необходимо, чтобы чередование рабочих ходов в разных цилиндрах соответствовало 720//, где / – число цилиндров. Таким образом, в четырех-, шести и восьмицилиндровых двигателях рабочие ходы должны происходить соответственно через 180, 120 и 90° поворота коленчатого вала. Мощность, развиваемую газами внутри цилиндров двигателя, называют индикаторной, а мощность, получаемую на коленчатом валу двигателя, – эффективной. Эффективная мощность меньше индикаторной на величину мощности, затрачиваемой на трение в двигателе и приведение в действие газораспределительного механизма, вентилятора, водяного, масляного и топливного насосов, генератора тока и других вспомогательных механизмов. Величины крутящего момента и эффективной мощности тем больше, чем больше литраж двигателя (диаметр и число цилиндров, длина хода поршня), наполнение цилиндров горючей смесью и степень сжатия. Эффективная мощность карбюраторного двигателя зависит также от частоты вращения коленчатого вала, нагрузки двигателя, сорта топлива, состава горючей смеси и момента искрового разряда между электродами свечи. У дизелей эффективная мощность зависит от момента впрыска топлива, качества распыливания и продолжительности подачи топлива. Механическим коэффициентом полезного действия двигателя называют отношение эффективной мощности к индикаторной. Он тем больше, чем меньше потери на трение в двигателе и приведение в действие вспомогательных механизмов двигателя. Величина механического КПД автомобильного двигателя составляет 0,70—0,85. Эффективным КПД двигателя называют отношение теплоты, превращенной в полезную работу, к теплоте, которая могла бы выделиться при полном сгорании топлива. Величина эффективного КПД карбюраторных двигателей составляет 0,21—0,28, а дизелей 0,29—0,42. 3.2.1. Блок и головка цилиндров Кривошипно-шатунный механизм двигателя воспринимает давление газов при такте расширения и преобразует прямолинейное возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Кривошипно – шатунный механизм многоцилиндрового двигателя состоит из блока цилиндров, головок цилиндров, поршней с кольцами, поршневых пальцев, шатунов, коленчатого вала, вкладышей, маховика и поддона картера. Цилиндр с головкой образует пространство, в котором осуществляется рабочий цикл двигателя. Стенки цилиндра направляют движение поршня. Цилиндры многоцилиндровых двигателей отливают из серого чугуна или алюминиевого сплава в виде одной целой детали – блока цилиндров. За одно целое с блоком цилиндров отливают верхнюю часть картера двигателя. В отливке блока цилиндров выполнена рубашка охлаждения, окружающая цилиндры, а также постели для коренных подшипников коленчатого вала, подшипников распределительного вала и места для крепления других узлов и приборов. У V-образного восьмицилиндрового двигателя блок цилиндров 5 (рис. 3.2.5) имеет два ряда цилиндров (по четыре цилиндра в каждом), расположенных под углом 90°. Рис. 3.2.5.Головка и блок цилиндров У-образного восьмицилиндрового двигателя: 1 – головка правого ряда цилиндров, 2 — гильза цилиндра, 3 – прокладка гильзы, 4 — направляющий поясок для гильзы, 5 – блок цилиндров, 6 – прокладка крышки распределительных шестерен, 7 – сальник переднего конца коленчатого вала, 8 – крышка распределительных шестерен, 9 — прокладка головки цилиндров Для повышения износостойкости стенок цилиндров и упрощения ремонта и сборки в блок запрессовывают сменные гильзы из кислотостойкого чугуна. Уменьшение износа верхней части гильз достигается установкой в них износостойких вставок. Уплотнение гильз в блоке достигается резиновыми кольцами или прокладками 3. Тщательно обработанная внутренняя поверхность гильз (или цилиндров) называется зеркалом. Головка 1 цилиндров закрывает цилиндры сверху и служит для размещения камеры сгорания. Головки отливают из алюминиевого сплава или чугуна. Двигатели с рядным расположением цилиндров имеют одну головку цилиндров, двигатели с V-образным расположением – две или четыре (на каждую группу цилиндров). У некоторых двигателей головки цилиндров раздельные, на каждый цилиндр. В головку цилиндров запрессовывают направляющие втулки и седла клапанов. Плоскость разъема между головками и блоком цилиндров уплотняют сталеасбестовыми прокладками 9. Между головкой цилиндров и крышкой клапанов устанавливают пробковые или резиновые прокладки. 3.2.2. Поршневая группа В поршневую группу входят поршни, поршневые кольца и поршневые пальцы. Поршень 1 (рис. 3.2.6) представляет собой металлический стакан, донышком обращенный вверх. Он воспринимает давление газов при рабочем ходе и передает его через поршневой палец 21 и шатун 23 на коленчатый вал. Отливают поршни из алюминиевого сплава. Рис. 3.2.6.Детали кривошипно-шатунного механизма У-образного двигателя: 1 – поршень, 2 — вкладыши коренных подшипников коленчатого вала, 3 – маховик, 4 – коренная шейка коленчатого вала, 5 – крышка заднего коренного подшипника, 6 – пробка, 7 – противовес, 8 — щека, 9 — крышка среднего коренного подшипника, 10 — передняя шейка коленчатого вала, 11 – крышка переднего коренного подшипника, 12 — шестерня, 13 — носок коленчатого вала, 14 — шкив, 15 — храповик, 16 – упорная шайба, 17 — биметаллические шайбы, 18 — шатунные шейки коленчатого вала, 19 — вкладыши шатунного подшипника, 20 — стопорное кольцо, 21 — поршневой палец, 22 — втулка верхней головки шатуна, 23 — шатун, 24 — крышка шатуна, 25 — сальник, 26 – маслоотгонная канавка, 27 — маслосбрасывающий гребень, 28 — дренажная канавка Поршень имеет днище, уплотняющую и направляющую (юбка) части. Днище и уплотняющая часть составляют головку поршня. Днище поршня вместе с головкой цилиндра ограничивает камеру сгорания. В головке поршня проточены канавки для поршневых колец. Поршни двигателя обычно изготовлены из высококремнистого алюминиевого сплава, имеют вставки из жаропрочного чугуна под верхнее компрессионное кольцо, в толстостенном днище поршня может быть выполнена камера сгорания. Уплотняющая часть поршня имеет диаметр, увеличивающийся к низу. Юбка поршня имеет две бобышки (приливы) с отверстиями для поршневого пальца 21. Каждая бобышка связана с днищем поршня двумя ребрами. Юбка поршня обычно имеет прорези, которые предупреждают заедание поршня при нагреве и позволяют уменьшить зазор между гильзой цилиндра и поршнем. Заклинивание поршня исключает также придание юбке овальной формы. Диаметр поршня в плоскости, перпендикулярной оси пальца, делают больше, чем в направлении оси поршневого пальца. При нагревании поршень расширяется сильнее в направлении оси поршневого пальца, где в бобышках сосредоточена наибольшая масса металла. Поэтому овальный поршень при нагреве получит цилиндрическую форму. Отверстие под поршневой палец располагается не по оси симметрии поршня, а смещено на 1,5 мм вправо по ходу автомобиля. Этим уменьшается сила удара поршня о стенки гильзы при переходе его через в. м. т. в процессе сгорания – расширения газов. Для улучшения приработки поршней к гильзам цилиндров и предохранения их от задиров юбку поршня покрывают тонким слоем олова или коллоидного графита. Поршневые кольца устанавливают в канавки, расположенные в головке поршня. Они подразделяются на компрессионные и маслосъемные. Компрессионные кольца уплотняют поршень в гильзе цилиндров и предотвращают прорыв газов через зазор между юбкой поршня и стенкой гильзы. Маслосъемные кольца, кроме того, снимают излишки масла со стенок гильз и не допускают попадания его в камеры сгорания. Поршневые кольца изготавливают из чугуна или стали. Для установки на поршень кольца имеют разрез, называемый замком. Маслосъемное кольцо 2 (рис.3.2.7, а) отличается от компрессорных колец 1 сквозными прорезями для прохода масла. В канавке поршня для маслосъемного кольца сверлят один или два ряда отверстий для отвода масла внутрь поршня. В целях повышения износостойкости поверхность верхнего поршневого кольца подвергают пористому хромированию. Остальные кольца для ускорения приработки покрывают тонким слоем олова. Нижнее компрессионное кольцо двигателя может быть покрыто молибденом. На наружной и внутренней поверхностях компрессионных колец выполняют фаски или канавки (рис. 3.2.7, б). Поршневой палец 21 (рис. 3.2.6) служит для соединения поршня с шатуном и представляет собой короткую трубку. Пальцы изготовляют из легированной цементированной стали или из углеродистой стали, закаленной токами высокой частоты. Наиболее распространены «плавающие» пальцы, свободно поворачивающиеся во втулке 22 верхней головки шатуна и в бобышках поршня. От осевого смещения поршневой палец предохраняется стопорными кольцами 20, вставляемыми в выточки обеих бобышек поршня. Рис. 3.2.7.Поршневые кольца двигателей: а — внешний вид, б — расположение колец на поршне, в — составное маслосъемное кольцо; 1 — компрессионное кольцо, 2 — маслосъемное кольцо, 3 — плоские стальные диски, 4 — осевой расширитель, 5 — радиальный расширитель 3.2.3. Шатун и коленчатый вал Шатун 23 (рис. 3.2.6) передает усилие от поршня к коленчатому валу при рабочем ходе и в обратном направлении при вспомогательных тактах. Он состоит из верхней головки, стержня двутаврового сечения и разъемной нижней головки, закрепляемой на шатунной шейке 18 коленчатого вала. Шатун 23 и его крышку 24 изготовляют из легированной или углеродистой стали. В верхнюю головку шатуна запрессовывают одну или две втулки 22 из оловянистой бронзы, а в нижнюю вставляют тонкостенные стальные вкладыши 19, залитые слоем антифрикционного сплава. Нижняя головка шатуна и крышка 24 соединяются двумя болтами, гайки которых шплинтуются или стопорятся с помощью контргаек. Вкладыши шатунных подшипников двигателей обычно выполнены из сталеалюминиевой ленты, антифрикционный слой которой представляет собой алюминиевый сплав, в котором содержится (в %): 0,8–1,3 меди, 19–24 олова, до 0,3 железа, остальное – алюминий. Вкладыши иногда изготовляют из стальной ленты, покрытой слоем свинцовистой бронзы и тонким слоем свинцовистого сплава. От провертывания в нижней головке шатуна вкладыши удерживаются выступами (усиками), которые входят в канавки, выфрезерованные в шатуне и его крышке. Коленчатый вал воспринимает усилия, передаваемые от поршней шатунами, и преобразует их в крутящий момент. Он имеет (рис. 3.2.6) коренные шейки 4 и Щ шатунные шейки 18, щеки 8, соединяющие коренные и шатунные шейки, противовесы 7, фланец для крепления маховика 3, носок 13, на котором установлены храповик 15 пусковой рукоятки, распределительная шестерня 12 и шкив 14 привода водяного насоса и вентилятора. Шатунная шейка со щеками образует колено (или кривошип) вала. Коленчатый вал штампуют из стали или отливают из магниевого чугуна. Литье позволяет выполнить все шейки вала полыми. Шейки стальных коленчатых валов закаливают токами высокой частоты. Все шейки коленчатых валов тщательно шлифуют и полируют. Переходы (галтели) от шеек к щекам выполняют плавными. Количество шатунных шеек в двигателе, имеющем рядное расположение цилиндров, равно числу цилиндров, а в V-образном двигателе – в два раза меньше числа цилиндров, так как на каждую шатунную шейку устанавливают по два шатуна. Из условия равномерного чередования рабочих ходов коленчатого вала четырехцилиндрового двигателя (если смотреть на вал с торца) располагаются под углом 180°, шестицилиндрового – 120°, восьмицилиндрового – 90°. Количество коренных шеек четырехцилиндровых двигателей с рядным расположением цилиндров – три или пять, в шестицилиндровых – четыре или семь, в V-образных восьмицилиндровых – пять. Если шатунная шейка с двух сторон имеет коренную, то такой коленчатый вал называют полноопорным. Полноопорный вал меньше прогибается, обеспечивая лучшие условия работы подшипников и больший срок их службы. В современных автомобильных двигателях частота вращения коленчатого вала достигает 3000–4000 об/мин в грузовых автомобилях и 5000–6000 об/мин – в легковых. Поэтому возникают большие центробежные силы, действующие на шатунные шейки, щеки и нижние головки шатунов. Эти силы нагружают коренные подшипники, вызывая их ускоренный износ. Для разгрузки коренных подшипников от центробежных сил служат противовесы 7, расположенные против шатунных шеек коленчатого вала. Коренные и шатунные шейки коленчатого вала соединены наклонными каналами, просверленными в щеках и служащими для подвода масла от коренных к шатунным подшипникам. Шатунные шейки выполняют полыми или высверливают в них полости-грязеуловители. В этих полостях под действием центробежных сил при работе двигателя отлагаются тяжелые частицы и продукты износа, содержащиеся в масле. Грязеуловители очищают при разборке двигателя, вывертывая пробки 6. Осевые нагрузки коленчатого вала в большинстве двигателей воспринимаются упорной стальной шайбой 16 и стальными, залитыми с одной стороны баббитом или свинцово-оловянистым сплавом шайбами 17, расположенными по обе стороны переднего коренного подшипника. Вкладыши 2 коренных подшипников обычно той же конструкции, что и вкладыши шатунных подшипников. Верхний вкладыш устанавливается в выемку (постель) верхней части картера, нижний – в крышки 5, 9 и 11 коренных подшипников. Крышки коренных подшипников растачивают совместно с блоком цилиндров и при сборке двигателя их устанавливают только на свои места. Для предотвращения утечки масла на переднем и заднем концах коленчатого вала устанавливают маслоотражатели и сальники. Маслоотражатели изготовляют как одно целое с коленчатым валом или в виде отдельной детали. Например, у двигателя, рассмотренного выше, на переднем конце коленчатого вала установлен резиновый сальник, а на заднем конце имеется дренажная канавка 28 во вкладыше заднего коренного подшипника (с отверстием для слива масла), маслосбрасывающий гребень 27, маслоотгонная спиральная канавка 26, сальник 25 из асбестовой набивки и резиновые уплотнители под крышкой 5 заднего коренного подшипника. 3.2.4. Маховик и картер Маховик представляет собой массивный диск, отливаемый из чугуна. Он повышает равномерность вращения коленчатого вала при малой частоте вращения и передает крутящий момент трансмиссии автомобиля. На обод маховика напрессован стальной зубчатый венец, предназначенный для вращения коленчатого вала стартером при пуске двигателя. На некоторых двигателях на маховик наносят метки или запрессовывают в него стальной шарик, по которому устанавливают поршень первого цилиндра в в. м. т. и проверяют установку зажигания. Поддон, или нижняя часть картера, предохраняет от попадания в картер пыли и грязи и служит резервуаром для масла. Его штампуют из листовой стали. К верхней части картера поддон крепится болтами или шпильками, уплотнение достигается пробковой прокладкой. Плоскость разъема картера обычно располагается ниже оси коленчатого вала, что повышает жесткость картера двигателя. Крепление двигателя может иметь различные исполнения. Так, например, двигатель ЗМЗ-24 автомобиля ГАЗ-24 установлен на короткой раме, приваренной к основанию кузова. Точек крепления три: две по обеим сторонам передней части двигателя, одна – под удлинителем коробки передач. Передние опоры резиновые, задняя – пружинная. Крепление двигателя на трех опорах применяется и в других автомобилях отечественного и зарубежного производства. 3.2.5. Распределительный вал и его привод Газораспределительный механизм обеспечивает своевременное поступление в цилиндры двигателя горючей смеси и выпуск отработавших газов. Двигатели могут иметь нижнее расположение клапанов, при котором клапаны размещены в блоке цилиндров, и верхнее, когда они расположены в головке цилиндров. При нижнем расположении клапанов усилие от кулачка распределительного вала 10 (рис. 3.2.8) передается клапану 2 через толкатель 9. Клапан перемещается в направляющей втулке 3, запрессованной в блок цилиндров. Закрытие клапана осуществляется пружиной 4, упирающейся в блок и шайбу 6, закрепленную двумя сухариками 5 на конце стержня клапана. При верхнем расположении клапанов усилие от кулачка распределительного вала передается толкателю 20 (рис. 3.2.9), штанге 19, коромыслу 14 и клапану 9 или 18. Преимущественно применяется верхнее расположение клапанов, так как такая конструкция позволяет получить компактную камеру сгорания, обеспечивает лучшее наполнение цилиндров, уменьшает потери тепла с охлаждающей жидкостью и упрощает регулировку клапанных зазоров. Распределительный вал обеспечивает своевременное открытие и закрытие клапанов. Изготовляют его из стали или чугуна. Рис. 3.2.8.Газораспределительный механизм с нижним расположением клапанов: 1 — седло клапана, 2 — клапан, 3 – направляющая втулка клапана, 4 – пружина, 5 – сухарики, 6 — упорная шайба пружины, 7 – регулировочный болт, 8 – контргайка, 9 – толкатель, 10 – распределительный вал Рис. 3.2.9.Газораспределительный механизм с верхним расположением клапанов: 1 – шестерня распределительного вала, 2 — упорный фланец, 3 — распорное кольцо, 4 — опорные шейки, 5 – эксцентрик привода топливного насоса, 6 – кулачки выпускных клапанов, 7 – кулачки впускных клапанов, 8 — втулки, 9 — впускной клапан, 10 – направляющая втулка, 11 – упорная шайба, 12 – пружина, 13 — ось коромысел, 14 – коромысло, 15 — регулировочный винт, 16 – стойка оси коромысел, 77– механизм поворота выпускного клапана, 18 – выпускной клапан, 19 – штанга, 20 — толкатели, 21 — шестерня привода масляного насоса и прерывателя-распределителя При сборке распределительный вал вставляют в отверстие торца картера двигателя, поэтому диаметры опорных шеек 4 последовательно уменьшаются, начиная с передней шейки. Количество опорных шеек обычно равно количеству коренных подшипников коленчатого вала. Втулки 8 опорных шеек изготовляют из стали, бронзы или из металлокерамики. Внутреннюю поверхность стальных втулок заливают слоем баббита или свинцово-оловянистого сплава. На распределительном валу расположены кулачки 6 и 7, воздействующие на толкатели 20, шестерня 21 привода масляного насоса и прерывателя-распределителя, эксцентрик 5 привода топливного насоса. Кулачков имеется по два на каждый цилиндр. Углы их взаимного расположения зависят для одноименных кулачков – от числа цилиндров и чередования рабочих ходов в разных цилиндрах, для разноименных – от фаз газораспределения (см. ниже). Кулачки и шейки стальных распределительных валов подвергают закалке токами высокой частоты, а чугунных – отбеливанию. Кулачкам при шлифовании придают небольшую конусность, что в сочетании со сферической формой торца толкателей обеспечивает поворот толкателя во время работы. Между шестерней 1 распределительного вала и передней опорной шейкой установлены распорное кольцо 3 и упорный фланец 2, который привертывается болтами к блоку цилиндров и удерживает вал от осевых перемещений. Распределительный вал получает вращение от коленчатого вала. В четырехтактных двигателях рабочий цикл происходит за два оборота коленчатого вала. За этот период впускные и выпускные клапаны каждого цилиндра должны открываться один раз, а следовательно, распределительный вал должен повернуться на один оборот. Таким образом, распределительный вал должен вращаться в два раза медленнее коленчатого вала. Поэтому шестерня 1 распределительного вала имеет в два раза больше зубьев, чем шестерня на переднем конце коленчатого вала. Зубья у шестерен косые. Распределительные шестерни некоторых двигателей расположены на заднем торце блока цилиндров. Распределительные шестерни входят в зацепление между собой при строго определенном положении коленчатого и распределительного валов. Это достигается совмещением меток на зубе одной шестерни и впадине между зубьями другой шестерни. В высокооборотных двигателях распределительный вал 7 (рис. 3.2.10, а) расположен над головкой цилиндров и его кулачки действуют на рычаги 8. Рычаг 8, поворачиваясь на сферической головке регулировочного болта 11, другим концом нажимает на стержень клапана и открывает его. Регулировочный болт ввернут во втулку 10 головки цилиндров, и крепится контргайкой. Закрывается клапан двумя пружинами. Вращение от коленчатого вала 1 к распределительному валу 7 передается втулочно-роликовой цепью 3. Этой же цепью вращается ведомая звездочка 13 привода масляного насоса и прерывателя-распределителя зажигания. Для уменьшения колебаний цепи служит успокоитель 12, закрепленный на торце двигателя. Для натяжения цепи предусмотрено натяжное устройство 5 с башмаком 4. Рис. 3.2.10.Газораспределительный механизм с верхним расположением распределительного вала («Жигули»): а — привод цепью; б — привод зубчатым ремнем; 1 — коленчатый вал, 2 — ведущая звездочка, 3 — цепь, 4 — башмак натяжного устройства, 5 – натяжное устройство, 6 — ведомая звездочка, 7 – распределительный вал, 8 — рычаг привода клапана, 9 – клапаны, 10 – втулка регулировочного болта, 11 — регулировочный болт, 12 — успокоитель цепи, 13 — звездочка привода масляного насоса и прерывателя-распределителя, 14–17 — зубчатые шкивы, 15 — зубчатый ремень При верхнем расположении распределительного вала нет толкателей и штанг, упрощается отливка блока цилиндров, снижается шум при работе. На двигателях ВАЗ-2105 цепь заменена зубчатым ремнем 15 (рис. 3.2.10, б). Иностранные производители применяют оба варианта. 3.2.6. Толкатель, штанга, коромысло и клапан Толкатели предназначены для передачи усилий от кулачков распределительного вала к штангам. Изготовляют их из стали или чугуна. Они бывают грибовидными, цилиндрическими или роликовыми. Цилиндрические толкатели имеют сферические углубления для установки штанг. Перемещаются они в направляющих, выполненных в блоке цилиндров. Стальные толкатели имеют наплавленную чугунную пятку, соприкасающуюся с кулачком. Штанги (рис. 3.2.9) передают усилие от толкателей к коромыслам. Их изготовляют полыми из стали или дюралюминия со стальными сферообразными наконечниками. Последними штанга упирается с одной стороны в толкатель, с другой – в сферическую поверхность регулировочного винта 15, ввернутого в коромысло 14. Коромысло передает усилие от штанги к клапану. Изготовляют коромысла из стали или чугуна. Плечи коромысла обычно неодинаковы – плечо со стороны клапана длиннее. Этим уменьшается высота подъема толкателя и штанги. Коромысла устанавливают на общую ось 13, укрепленную на головке цилиндров с помощью стоек 16. Ось коромысла полая, коромысла качаются на бронзовых втулках. Клапаны открывают и закрывают впускные и выпускные каналы. Клапан состоит из тарельчатой плоской головки и стержня. Диаметр головки впускного клапана делают больше, чем выпускного. Впускные клапаны изготовляют из хромистой стали; выпускные клапаны (или их головки) – из жаростойкой стали. Вставные седла клапанов, запрессовываемые в головку или блок цилиндров, изготовляют из жаростойкого чугуна. На рабочую поверхность головки выпускных клапанов двигателя иногда наплавляют жаростойкий сплав, а стержень клапана выполняют полым. Для лучшего охлаждения внутреннюю полость выпускных клапанов заполняют металлическим натрием, который имеет высокую теплопроводность и температуру плавления 371 К (98 °C). При движении клапана расплавленный натрий, перемещаясь внутри стержня, переносит тепло от головки к стержню, которое затем передается направляющей втулке. Рабочая поверхность клапана (фаска) обычно имеет угол 45°, однако у впускных клапанов некоторых двигателей этот угол равен 30°. Фаску головки клапана тщательно обрабатывают и притирают к седлу. Клапан прижимается к седлу одной или двумя пружинами. При двух пружинах направление их витков должно быть различным, чтобы при поломке одной из них ее витки не могли попасть между витками другой. Выпускные клапаны многих двигателей при работе принудительно поворачиваются, что предотвращает их заедание и обгорание. Для обеспечения плотного закрытия клапана между его стержнем и носком коромысла (верхнее расположение клапанов) или толкателем (нижнее расположение клапанов) должен быть зазор. При малом зазоре и нагреве двигателя могут произойти неплотная посадка клапана на седло, утечка газов и обгорание рабочей поверхности головки клапана, при увеличенном зазоре – неполное открытие клапанов, ухудшение наполнения и очистки цилиндров, повышение ударной нагрузки на сопряженные детали клапанного механизма, приводящие к их ускоренному износу. 3.2.7. Фазы газораспределения Под фазами газораспределения понимают моменты начала открытия и конца закрытия клапанов, выраженные в градусах угла поворота коленчатого вала относительно мертвых точек. Фазы подбирают опытным путем в зависимости от быстроходности двигателя и конструкции его впускной и выпускной систем. Для лучшей очистки цилиндров от отработавших газов выпускной клапан начинает открываться до достижения поршнем н. м. т., а закрывается после в. м. т. С целью лучшего наполнения цилиндров впускной клапан начинает открываться до достижения поршнем в. м. т., а закрывается после прохождения н. м. т. Правильность установки газораспределительного механизма определяется зацеплением распределительных шестерен в соответствии с имеющимися на них метками. Постоянство фаз газораспределения сохраняется при соблюдении температурного зазора между стержнем клапана и носком коромысла. При увеличении зазора продолжительность открытия клапана уменьшается, а при уменьшении зазора – увеличивается. Последовательность чередования одноименных тактов в различных цилиндрах называют порядком работы цилиндров двигателя. Порядок работы зависит от расположения цилиндров, расположения шеек коленчатого и кулачков распределительного валов. У четырехтактного четырехцилиндрового рядного двигателя такты чередуются через 180° и порядок работы может быть 1–3—4—2 (ВАЗ-2106) или 1-2-4-3 (ГАЗ-24). При порядке работы цилиндров 1–2—4—3 рабочий ход в первом цилиндре происходит за первый полуоборот коленчатого вала, во втором – за второй полуоборот, в четвертом – за третий полуоборот, в третьем – за четвертый полуоборот коленчатого вала. 3.2.8. Система охлаждения Температура газов в камере сгорания в момент воспламенения смеси превышает 2500 °C. Такая температура при отсутствии искусственного охлаждения привела бы к сильному нагреву деталей двигателя и их разрушению. Поэтому необходимо воздушное или жидкостное охлаждение двигателя. При воздушном охлаждении не требуются радиатор, водяной насос и трубопроводы, отпадает опасность «размораживания» двигателя зимой при заправке системы охлаждения водой. Поэтому, несмотря на повышенную затрату мощности на приведение в действие вентилятора и затрудненный пуск при низкой температуре, воздушное охлаждение применяют на ряде отечественных и зарубежных автомобилей. Однако подавляющее число автомобилей оснащены жидкостной системой охлаждения. Жидкостная система охлаждения заполняется водой или антифризом (смесью воды с этиленгликолем), не замерзающим при температуре до 233 К (—40 °C). При чрезмерном охлаждении двигателя увеличиваются потери тепла с охлаждающей жидкостью, не полностью испаряется и сгорает топливо, которое в жидком виде проникает в поддон картера и разжижает масло. Это приводит к снижению мощности и экономичности двигателя и быстрому износу деталей. При перегреве двигателя происходит разложение и коксование масла, ускоряющие отложение нагара, вследствие чего ухудшается отвод тепла. Из-за расширения деталей уменьшаются температурные зазоры, увеличиваются трение и износ деталей, ухудшается наполнение цилиндров. Температура охлаждающей жидкости при работе двигателя должна быть 360–375 К (85-100 °C). В автомобильных двигателях применяют принудительную (насосную) систему жидкостного охлаждения. Такая система включает рубашки охлаждения цилиндров и головок цилиндров, радиатор 13 (рис. 3.2.11), водяной насос 2, вентилятор 1, жалюзи 14, термостат 5, сливные краны 77 и 12, датчик температуры охлаждающей жидкости 10. Жидкость, циркулирующая в системе охлаждения, воспринимает тепло от стенок цилиндров и их головок и передает его через радиатор окружающей среде. Иногда предусматривается направление потока циркулирующей жидкости через водораспределительную трубу или продольный канал с отверстиями в первую очередь к наиболее нагретым деталям (выпускные клапаны, свечи зажигания, стенки камеры сгорания). Система охлаждения двигателя обычно используется для подогрева впускного трубопровода, охлаждения компрессора 3 и отопления кабины или пассажирского помещения кузова. Отопительная система состоит из радиатора 9, вентилятора, воздухораспределительных труб и рукояток управления. В современных автомобильных двигателях применяют закрытые системы жидкостного охлаждения, сообщающиеся с атмосферой через клапаны в пробке радиатора. В такой системе повышается температура кипения воды, закипает вода реже и меньше испаряется. Радиатор 13 предназначен для охлаждения горячей жидкости, выходящей из рубашки охлаждения двигателя. Располагается он впереди двигателя. Трубчатый радиатор состоит из верхнего и нижнего бачков, соединенных между собой тремя-четырьмя рядами латунных трубок. Поперечно расположенные горизонтальные пластины придают радиатору жесткость и увеличивают поверхность охлаждения. На автомобилях устанавливают расширительный бачок, предназначенный для компенсации изменений объема жидкости, происходящих при работе двигателя. Впускной и выпускной клапаны размещаются в пробке этого бачка. На бачке имеются метки для контроля уровня антифриза, которым заправляется система охлаждения. В связи с использованием антифриза вместо сливных краников установлены резьбовые конические пробки. Рис. 3.2.11.Система жидкостного охлаждения двигателя: 1 — вентилятор, 2 – водяной насос, 3 — компрессор, 4 – перепускной шланг, 5 – термостат, 6 – кран отопителя, 7,8 — подводящий и отводящий трубопроводы, 9 — радиатор отопителя, 10 — датчик указателя температуры охлаждающей жидкости, 11,12 — сливные краны, 13 — радиатор, 14 — жалюзи В поршневых двигателях внутреннего сгорания с жидкостным охлаждением нормальный топливный режим обеспечивается при помощи охлаждающей жидкости, отводящей тепло от стенок и головки цилиндров и отдающей тепло воздуху, который прогоняется вентилятором через жидкостный радиатор. Охлаждающая жидкость должна иметь высокие теплоемкость и теплопроводность, чтобы эффективно отводить тепло; она не должна замерзать или кипеть при всех рабочих температурах двигателя; не воспламеняться, не вспениваться, не вызывать коррозии металлов и сплавов; не разъедать резиновых шлангов и соединений системы охлаждения. Такой жидкости, которая бы полностью отвечала всем перечисленным требованиям, пока создать не удалось. Наиболее распространенная охлаждающая жидкость – это обычная вода. Она широко доступна, пожаробезопасна, безвредна для человека и имеет высокую удельную теплоемкость – 4,19 кДж/(кг К), превосходящую все другие охлаждающие жидкости. К недостаткам воды как охлаждающей жидкости относятся: – высокая температура замерзания (замерзает со значительным увеличением объема, вызывающим разрушение системы охлаждения); – способность образовывать в системе охлаждения накипь и шлам – илистые отложения минерального или органического происхождения, скапливающиеся в застойных полостях рубашки охлаждения двигателя и в нижнем бачке радиатора. Образование накипи в системе охлаждения связано с выпадением из водного раствора солей кальция и магния, которые вместе с частичками примесей и продуктов коррозии сцепляются с поверхностями нагретого металла. Это приводит к сужению трубопроводов, ухудшению теплоотвода и, в конечном счете – к увеличению расхода топлива. Соли кальция и магния, растворенные в воде, придают ей так называемую жесткость, за единицу которой принимают миллиграмм-эквивалент солей на 1 литр воды. Различают жесткость временную, постоянную и общую. Временная жесткость может быть устранена кипячением воды, при котором бикарбонаты кальция Са(НС0 ) и магния Mg(HC0 ) удаляются из воды. Постоянная жесткость обусловлена находящимися в воде более стойкими солями CaS0 , СаС1 , MgS0 , MgCl , CaSi0 , MgSi0 и др. Они при кипячении не разлагаются и не выпадают в осадок. Жесткую воду перед использованием в системах охлаждения рекомендуется смягчать кипячением или смешивать со специальными добавками – антинакипинами. Если в воду добавить соды и гашеной извести, кальций и магний выпадут в осадок, а вода станет мягче. Однако так или иначе, а при температуре наружного воздуха чуть ниже нуля вода все равно замерзает. Поэтому при наступлении холодов необходимо заливать в системы охлаждения двигателей специальные низкозамерзающие жидкости – антифризы. Это смеси воды со спиртом или с глицерином, с добавками углеводородов и ряда других веществ. Наибольшее распространение в качестве охлаждающих жидкостей получили водные растворы этиленгликоля. Этиленгликоль – двухатомный спирт СН ОН – СН ОН – представляет собой прозрачную бесцветную вязкую жидкость без запаха слегка желтоватого цвета. Кипит этиленгликоль при температуре 197 °C, а застывает при —11,5 °C. Поскольку смеси этиленгликоля с водой кристаллизуются при более низких температурах, то изменением их соотношения можно получить смеси с температурой застывания от 0 до —70 °C. Вода и этиленгликоль имеют разную плотность, поэтому по измеренной плотности с учетом аддитивного характера изменения плотности антифриза можно прогнозировать его температуру застывания. Водные растворы этиленгликоля при испарении теряют лишь воду; при нагревании до рабочей температуры их объем увеличивается на 6–8 %. При застывании этиленгликолевых антифризов объем кашицеобразной массы увеличивается очень незначительно и размораживания двигателя или системы охлаждения не происходит. Этиленгликоль оказывает коррозионное действие на металлы, поэтому в состав антифризов вводят специальные антикоррозионные присадки. В охлаждающую жидкость не должны попадать топлива и масла, поскольку в этом случае происходит интенсивное вспенивание и выброс охлаждающей жидкости из системы. Для предотвращения вспенивания в антифризы часто добавляют антипенные присадки. Отечественная промышленность выпускает несколько марок этиленгликолевых антифризов, из которых наиболее известны тосол А, тосол А-40 и тосол А-65. В тех случаях, когда в антифризы, кроме обычных присадок, введен молибденовокислый натрий, что улучшает их антикоррозионные свойства в отношении цинковых и хромовых покрытий, в обозначении антифриза присутствует буква М, например 40М, 60М. Тосол А представляет собой концентрированный этиленгликоль с присадками. Его разводят дистиллированной водой. Если соотношение смеси 1:1, то температура начала ее кристаллизации —35 °C. Водный раствор тосола А с температурой застывания не выше —40 °C маркируют как тосол А-40, тосол с температурой застывания – 65 °C маркируют как тосол А-65. Тосол А имеет плотность 1120–1140 кг/м , тосол А-40 – 1075–1085 кг/м , а тосол А-65 – 1085–1095 кг/м . Кроме отечественных антифризов на рынке имеется довольно значительное количество импортных веществ аналогичного назначения. Особый интерес представляют этилен-гликолевые концентраты, содержащие эффективные присадки, которые позволяют в случае отсутствия дистиллированной воды использовать чистую водопроводную (которую, правда, перед использованием желательно прокипятить). Канистра антифриза-концентрата займет немного места в багажнике, однако всегда пригодится – и зимой, и летом. Характерной особенностью импортных концентрированных антифризов является их полная безвредность для резиновых уплотнений, а также различных деталей из эластомеров. Концентраты обеспечивают вам приготовление антифризов, температуру застывания которых можно задавать в процессе разбавления в зависимости от суровости зимы. Водяной насос служит для создания циркуляции воды в системе охлаждения. Располагается насос обычно в передней части блока цилиндров и имеет привод клиновидным ремнем от коленчатого вала двигателя. Вентилятор предназначен для усиления потока воздуха, проходящего через радиатор. Вентилятор имеет обычно четы-ре-шесть лопастей. Для снижения шума лопасти располагают Х-образно, попарно под углом 70 и 110°. Изготовляют лопасти из листовой стали или пластмассы. Лопасти имеют отогнутые концы, что улучшает вентиляцию подкапотного пространства и повышает производительность вентиляторов. Иногда вентилятор располагают в кожухе, который способствует повышению скорости воздуха, просасываемого через радиатор. Для уменьшения мощности, необходимой для привода вентилятора, и улучшения работы системы охлаждения применяют вентиляторы с электромагнитной муфтой. Эта муфта автоматически отключает вентилятор, когда температура воды в верхнем бачке радиатора ниже 350–358 К (78–85 °C). В привод вентилятора двигателя может быть включена гидромуфта, обеспечивающая плавную передачу вращения от коленчатого вала к вентилятору. Гидромуфта включается автоматически: по мере увеличения температуры жидкости в системе охлаждения активная масса, находящаяся в баллоне включателя, плавится и объем ее увеличивается, а это вызывает перемещение золотника, открывающего доступ масла из системы смазки в гидромуфту. Частота вращения вентилятора зависит от количества масла, поступающего в гидромуфту. При прекращении подачи масла вентилятор отключается. Термостат автоматически поддерживает устойчивый тепловой режим двигателя. Как правило, термостат устанавливают на выходе охлаждающей жидкости из рубашек охлаждения головок цилиндров или впускного трубопровода двигателя. Термостаты могут быть жидкостные и с твердым наполнителем. В жидкостном термостате имеется гофрированный баллон, заполненный легко испаряющейся жидкостью. Нижний конец баллона закреплен в корпусе термостата, а к штоку верхнего конца припаян клапан. При температуре охлаждающей жидкости ниже 351 К (78 °C) клапан термостата закрыт и вся жидкость через перепускной шланг (байпас) направляется обратно в водяной насос, минуя радиатор. Вследствие этого ускоряется прогрев двигателя и впускного трубопровода. Когда температура превысит 351 К (78 °C), давление в баллоне увеличивается, он удлиняется и приподнимает клапан. Горячая жидкость направляется в верхний бачок радиатора. Клапан полностью открывается при температуре 364 К (91 °C). Термостат (рис. 3.2.12) с твердым наполнителем имеет баллон 7, заполненный церезином (нефтяным воском) 8 и закрытый резиновой диафрагмой 9. При температуре 343 К (70 °C) церезин плавится и, расширяясь, перемещает вверх диафрагму 9, буфер 12 и шток 5. При этом открывается клапан 4 и охлаждающая жидкость начинает циркулировать через радиатор. При снижении температуры церезин затвердевает и уменьшается в объеме. Под действием возвратной пружины 11 клапан 4 закрывается, а диафрагма 9 опускается вниз. В двигателях автомобилей ВАЗ термостат выполнен двухклапанным и устанавливается перед водяным насосом. При холодном двигателе большая часть охлаждающей жидкости будет циркулировать по кругу: водяной насос – блок цилиндров – головка цилиндров – термостат – водяной насос. Параллельно жидкость циркулирует через рубашку впускного трубопровода и смесительной камеры карбюратора, а при открытом кране отопителя пассажирского помещения – через его радиатор. Рис. 3.2.12. Термостаты: а — в закрытом положении, б – в открытом положении, с твердым наполнителем, в — в закрытом положении, г – в открытом положении; 1 – впускной трубопровод, 2 – перепускной шланг, 3 – патрубок, 4 — клапан термостата, 5 – шток, 6 – корпус термостата, 7 – баллон, 8 – церезин, 9 – диафрагма, 10 — направляющая втулка, 11 – возвратная пружина, 12 — буфер Когда температура жидкости ниже 363 К (90 °C), оба клапана термостата частично открыты. Часть жидкости поступает к радиатору. При полностью прогретом двигателе основной поток жидкости из головки цилиндров направляется в радиатор системы охлаждения. На двигателях автомобилей «Москвич», как и на автомобилях ВАЗ, термостат расположен в нижней части системы охлаждения между радиатором и водяным насосом. Клапан термостата в данном случае более герметичен, радиатор при прогреве полностью отключается, двигатель прогревается быстрее. Для контроля за температурой охлаждающей жидкости служат сигнальные лампы и указатели на щитке приборов. Датчики контрольно-измерительных приборов размещаются в головках цилиндров, верхнем бачке радиатора и рубашке охлаждения впускного трубопровода. 3.2.9. Система пуска Система пуска состоит из стартера, аккумуляторной батареи, цепи стартера и средств облегчения пуска. Особенностью системы пуска автомобильных двигателей является то, что мощности аккумуляторной батареи и стартера близки между собой. Поэтому при пуске двигателя напряжение аккумуляторной батареи значительно изменяется в зависимости от тока, потребляемого стартером. В таких условиях на пуск двигателя большое влияние оказывают состояние аккумуляторной батареи (ее температура, степень заряженности, износ) и состояние цепи стартера. В качестве стартера применяют электродвигатели постоянного тока последовательного возбуждения. Реже применяют стартеры со смешанным возбуждением (для двигателей некоторых легковых автомобилей). Это делается с целью снизить частоту вращения якоря стартера на холостом ходу. С ростом тока, потребляемого стартером, его крутящий момент растет, а частота вращения якоря уменьшается. Кривая мощности стартера имеет вид параболы. Максимум КПД стартера и максимум мощности не совпадают. Якорь стартера при холостом ходе будет иметь максимальную частоту вращения. Крутящий момент стартера в этот момент будет равен нулю. При снижении напряжения аккумуляторной батареи снижается частота вращения якоря стартера и его мощность. Чтобы пустить двигатель, стартер должен преодолеть его момент сопротивления, который представляет собой сумму моментов: момента сил трения, момента от сжатия, момента для привода вспомогательных механизмов, установленных на двигателе (воздушный компрессор, масляный насос, топливный насос на дизелях и т. д.), а также момента на преодоление сил инерции вращающихся и поступательно движущихся масс двигателя. Для всех двигателей характерно увеличение минимальной пусковой частоты вращения с понижением температуры пуска. Чем больше число цилиндров, тем ниже пусковая частота вращения двигателя. У дизельных двигателей пусковая частота вращения значительно выше, чем у карбюраторных двигателей. Применение пусковых жидкостей (вводимых во всасывающий коллектор) значительно снижает минимальную пусковую частоту вращения и облегчает пуск холодных двигателей. Для пуска двигателя необходимо не только сообщить коленчатому валу скорость, превышающую минимальную пусковую, но и повернуть вал определенное число раз (2–3), чтобы в цилиндрах двигателя образовалась рабочая смесь, которую может воспламенить искра. Если совместить механическую характеристику двигателя (зависимость момента сопротивления от частоты прокручивания) и механическую характеристику стартера, то точка их пересечения определит частоту, с которой будет прокручиваться вал двигателя при пуске. Чем ниже температура двигателя, тем больше момент сопротивления двигателя прокручиванию и хуже механическая характеристика стартера за счет снижения температуры аккумуляторной батареи, а следовательно, и меньше частота прокручивания вала двигателя при его пуске. Стартер (рис. 3.2.13) состоит из корпуса 15, якоря 16, крышек 9 (со стороны привода) и 19 (со стороны коллектора), привода стартера, включающего муфту свободного хода 12, шестерню 77 и поводковую муфту 14. На корпусе стартера укреплено тяговое реле. Корпус стартера изготовляют из стали. Он может быть сварным или выполненным из цельнотянутой трубы. Полюсы 21 получают горячей штамповкой из стали. Крышка 9 отливается из чугуна или алюминиевого сплава. Крышка 19 отливается из алюминиевого сплава. На задней крышке укреплены щеткодержатели 23 коробчатого типа. На стартерах большой мощности применяют щеткодержатели, в которых устанавливают по две щетки в один ряд. Обмотка возбуждения 20 изготовляется из медной шины с небольшим числом витков. В небольших стартерах обмотки возбуждения включаются последовательно, в стартерах средней и большой мощности – параллельно-последовательно. Рис. 3.2.13.Стартер и его электрическая схема: 1 – контакты тягового реле, 2 – контакт замыкания добавочного резистора катушки зажигания, 3 – обмотки тягового реле, 4 – якорь тягового реле, 5 – регулировочный винт-тяга, 6 – защитный кожух рычага, 7 – рычаг, 8 – винт регулировки хода шестерни, 9 – крышка стартера со стороны привода, 10 – упорное кольцо, 11 – шестерня привода, 12 – муфта свободного хода, 13 – пружина, 14 — поводковая муфта привода, 15 – корпус стартера, 16 – якорь стартера, 77– стяжная шпилька, 18 – коллектор, 19 — крышка стартера со стороны коллектора, 20 – обмотка возбуждения, 21 – полюс, 22 – щетки, 23 – щеткодержатель, 24 – пружина щеткодержателя, 25 – привод щетки; выводы тягового реле стартера: КЗ — к катушке зажигания, АБ — к аккумуляторной батарее, PC — к реле стартера В этом случае сопротивление четырех катушек (на четырех полюсах) будет равно сопротивлению одной катушки. Якорь стартера набран из пластин электротехнической стали с целью снижения его нагрева вихревыми токами. При пуске двигателя якорь 4 тягового реле, втягиваясь магнитным полем обмоток 3, перемещает рычаг 7 и связанную с ним муфту 14 привода. При этом шестерня 11 привода стартера входит в зацепление с венцом маховика двигателя. Подвижный контакт 2 тягового реле замыкает цепь аккумуляторная батарея – стартер, и якорь стартера начинает вращаться. Если шестерня 77 не вошла в зацепление с венцом маховика (так называемое «утыкание» шестерни стартера в зубцы венца маховика), то рычаг 7 все равно будет перемещаться, сжимая пружину 13. Как только якорь начнет вращаться, шестерня 77 повернется и под действием пружины 13 ее зубья войдут во впадины между зубьями венца. В случае, если двигатель завелся, а шестерня привода не вышла из зацепления с венцом маховика, срабатывает муфта свободного хода 12, и вращение от маховика двигателя не передается на якорь, что предохраняет его от «разноса». Муфта свободного хода (рис. 3.2.14, а) роликового типа может перемещаться по спиральным шлицам вала стартера. На втулке 7, имеющей внутренние шлицы, укреплена обойма 8. В ней имеются четыре клиновидных паза, в которых установлены ролики 10, ролики отжимаются в сторону узкой части паза плунжером 13 с пружиной 14. Шестерня 12 выполнена заодно со ступицей 77. При включении стартера крутящий момент от втулки 7 передается роликами 10 на ступицу 77 шестерни. В этом случае ролики заклинены (рис. 3.2.14, б) между ступицей 77 шестерни и обоймой 8. Как только двигатель будет запущен, ступица 77 шестерни станет ведомой (ведущим будет зубчатый венец маховика), ролики 10 расклиниваются и муфта начинает пробуксовывать. На рис. 3.2.14, г показана конструкция бесплунжерной муфты свободного хода, применяемой на некоторых типах стартеров. Бесплунжерная конструкция обеспечивает более надежную работу муфты. В стартерах большой мощности муфты свободного хода не применяют, так как в этих условиях они работают ненадежно. На рис. 3.2.15 изображены механизмы привода стартеров дизельных двигателей. Рис. 3.2.14. Муфта свободного хода: а, г – конструкция муфты, б — ролик заклинен, муфта передает момент, в – ролик вращается, муфта пробуксовывает; 1 — втулка привода, 2, 6 – замочные кольца, 3 – опорное кольцо, 4 – пружина, 5 – поводковая муфта, 7 – буферная пружина, 8 – обойма, 9 – кожух, 10 – ролик, 11 — ступица, 12 – шестерня, 13 – плунжер, 14 — пружина плунжера, 15 — толкатель, 16 — пружина толкателя, 17 — держатель пружин На стартере СТ-142 применен храповичный механизм привода (рис. 3.2.15, а). Детали привода расположены на направляющей втулке 1, имеющей прямые внутренние шлицы и многозаходную ленточную наружную резьбу. Втулка вместе с приводом может перемещаться по шлицам вала стартера. На наружной резьбе втулки 1 расположена ведущая полумуфта 8. Ведомая полумуфта 13 выполнена как одно целое с шестерней и может свободно вращаться на втулке 1 в бронзовых графитированных подшипниках. Торцы полумуфт снабжены зубцами и прижимаются один к другому пружиной 7. Ведомая полумуфта 13 заперта в корпусе 5 замковым кольцом 10. Замковое кольцо 2 удерживает корпус 5 от перемещения на втулке 1. Для амортизации ударов при включении стартера под пружиной 7 размещены стальная шайба 6 и кольцо 4. Рис. 3.2.15. Типы приводов стартеров для дизельных двигателей: а – разрез, б – общий вид привода с храповой муфтой стартера СТ-142, в – привод стартера СТ-103; 1 – направляющая втулка, 2, 10 — замковые кольца, 3 – втулка отводки (выполнена за одно целое с корпусом), 4 — резиновое кольцо, 5 – корпус, 6 — стальная шайба, 7 – пружина, 8 — ведущая полумуфта, 9 – конусное кольцо, 11 — штифт, 12 – сухарь, 13 — ведомая полумуфта, 14 — вал якоря, 15 – стакан, 16 — рычаг, 17 — буферная пружина, 18 – гайка, 19 — шестерня, 20 – упорное кольцо, 21 – спиральный паз Для предотвращения износа зубьев храповой муфты и снижения шума в момент, когда двигатель пущен и стартер еще не выключен, предусмотрен механизм блокировки. Внутри ведомой полумуфты 13 находятся три пластмассовых сухаря 12 с радиальными отверстиями, в которые входят направляющие штифты 77. Наружная поверхность сухарей имеет коническую фаску, прилегающую к выточке стального кольца 9, установленного в ведущей полумуфте 8. Кольцо 9 прижимает сухари 12 к направляющей втулке 1. При передаче крутящего момента к венцу маховика двигателя возникает осевое усилие, прижимающее ведущую полумуфту к ведомой. Как только двигатель будет пущен, произойдет пробуксовка храповой муфты. Во время пробуксовки ведущая полумуфта 8 отодвигается от ведомой полумуфты 13, сжимая пружину 7. Вместе с ведущей полумуфтой 8 отодвигается кольцо 9, освобождая сухари 12, которые под действием центробежных сил перемещаются вдоль штифтов 77 и блокируют муфту в расцепленном состоянии. После выключения стартера ведущая полумуфта 8 под действием пружины 7 прижмется к ведомой полумуфте 13 и кольцо 9 установит сухари 12 в исходное положение. При упоре шестерни стартера в зубья венца маховика корпус 5 привода вместе с направляющей втулкой 7 продолжает перемещаться вдоль шлицев вала стартера, сжимая пружину 7. При этом ленточная резьба втулки 7 заставляет поворачиваться ведущую полумуфту 8 и шестерню стартера (до 30°), что обеспечивает ее зацепление с венцом маховика. Храповичный привод допускает до 5 % упоров шестерни стартера в венец маховика от общего числа включений. Достоинством описанного привода является то, что при отдельных вспышках в цилиндрах двигателя муфта не выходит из зацепления, тем самым обеспечивая надежность пуска холодного двигателя. Стартер СТ-103 для дизельных двигателей имеет конструкцию приводного механизма, изображенную на рис. 3.2.15, б. На спиральных шлицах вала 14 якоря стартера установлены гайка 18 и шестерня 19. Между гайкой и хвостовиком шестерни помещена пружина 7. На вал якоря свободно надет стакан, имеющий спиральный паз 21. На опорной втулке стакана размещены буферная пружина 7 7 и шайба 6. Ход шестерни на валу ограничивает упорное кольцо 20. При включении стартера тяговое реле, действуя на рычаг, перемещает ведущую гайку 18 вместе с шестерней до упорного кольца 20. Если происходит упор зубьев шестерни в венец маховика, то ведущая гайка 18 сжимает пружину 7 и поворачивает шестерню 19, так как шлицевые пазы в шестерне шире шлицев вала. В первый момент пуска двигателя стакан 75 повертывается благодаря трению и по спиральному пазу 21 отводится назад в исходное положение, освобождая место для отхода шестерни. Как только двигатель будет пущен, венец маховика начнет вращать шестерню стартера, и она по спиральным шлицам отойдет в первоначальное положение. При наличии на стартере тягового реле он включается подключением обмоток тягового реле к аккумуляторной батарее. Это подключение на автомобилях с дизельными двигателями осуществляют с помощью выключателя стартера, контакты которого рассчитаны на ток, потребляемый тяговым реле. На автомобилях с карбюраторными двигателями, у которых мощность стартера значительно ниже, тяговое реле включается через выключатель зажигания. Однако контакты выключателя зажигания не рассчитаны на силу тока, потребляемую тяговым реле в момент включения (30–40 А), поэтому приходится ставить реле стартера, контакты которого включают обмотки тягового реле, а обмотки реле стартера включаются через выключатель зажигания. В системах электрооборудования с генератором переменного тока блокировка стартера может быть осуществлена с помощью специального реле блокировки или применением сложной электронной схемы. При повороте вправо ключа в выключателе зажигания появляется ток в обмотке реле стартера и замыкаются его контакты, включая ток в обмотки тягового реле. Сердечник тягового реле перемещается и замыкает его, главные контакты, включая стартер. Одновременно замыкаются дополнительные контакты тягового реле, шунтирующие добавочное сопротивление катушки зажигания. Главные контакты тягового реле, замыкаясь, шунтируют втягивающую обмотку реле, чем значительно снижается ток, потребляемый тяговым реле, так как якорь реле удерживается только удерживающей обмоткой. Если в схеме с генератором переменного тока отсутствует блокировка стартера, необходимо сразу после запуска двигателя отпустить ключ выключателя зажигания, чтобы быстрее вывести шестерню стартера из зацепления с венцом маховика. Автомобили, выпускаемые в настоящее время отечественными и зарубежными производителями, оснащены сложной современной системой электрооборудования, которая включает в себя источники электроэнергии, соединительные провода и коммутационную аппаратуру. Электрооборудование выполнено по однопроводной схеме, то есть отрицательные выводы источников и потребителей электрической энергии соединены с «массой» (кузовом автомобиля). «Масса» выполняет роль второго провода. Большинство электрических цепей включается через замок зажигания. Постоянно включены, независимо от положения ключа в замке зажигания, цепи питания звуковых сигналов, сигнала торможения, света фар, плафона освещения салона и штепсельной розетки. Электрооборудование автомобиля защищено плавкими предохранителями, установленными, как правило, в нижней части панели приборов с левой стороны в специальном монтажном отсеке. Для того чтобы облегчить поиск перегоревшего предохранителя, рекомендуем ознакомиться с электросхемой автомобиля. На крышке отсека с предохранителями обычно приведены их номинальное напряжение и схема расположения. Ни в коем случае не следует заменять низкоамперные предохранители более мощными или проволочками, так как при этом возможен перегрев проводов и выход из строя коммутирующих элементов. Основной источник электрической энергии при неработающем двигателе – аккумуляторная батарея, которая служит для пуска двигателя при помощи стартера, а также для питания всех электрических цепей в подготовительном и аварийном режимах. На современных автомобилях, сходящих с конвейера завода, установлены аккумуляторные батареи нового типа – необслуживаемые, готовые к использованию, т. е. залитые электролитом и заряженные. В таком же виде эти батареи поступают в запасные части. Корпус (моноблок) батареи изготовлен из белой или цветной термопластичной пластмассы с общей крышей и межэлементными соединениями сквозь перегородку моноблока. В связи с тем, что на батарее блоки электродов (пластины) опущены до самого дна, над пластинами более чем в 2 раза увеличился объем электролита, что позволило уменьшить периодичность доливки дистиллированной воды. При нормальном зарядном токе батарея нуждается в доливке дистиллированной воды не более 1 раза за четыре месяца эксплуатации. Батареи имеют меньший саморазряд и могут храниться залитыми электролитом и заряженными в течение 12 месяцев без подзарядки. Готовность батареи к эксплуатации при установке на автомобиль проверяется путем измерения статического напряжения и плотности электролита. При напряжении менее 12,5 В батарею необходимо подзарядить. Не реже 1 раза в месяц следует: – проверить надежность крепления батареи в гнезде и контактов наконечников проводов с выводами батареи; – при необходимости очистить батарею от грязи и пыли; – проверить, нет ли видимых повреждений, таких как трещины и разрушения моноблока, крышки, вызывающие утечку электролита; при обнаружении течи снять батарею с автомобиля и устранить повреждение. Периодически через каждые четыре месяца следует проверить уровень электролита. При значительном снижении уровня электролита необходимо проверить исправность электрооборудования. Регулируемое (зарядное) напряжение реле-регулятора должно быть в пределах 14,1+0,2 В. Для доливки дистиллированной воды нужно снять планку и вывернуть пробку. Не допускается эксплуатация батарей с уровнем электролита ниже нижней линии на моноблоке. Доливать в аккумуляторы электролит воспрещается, за исключением тех случаев, когда точно известно, что понижение уровня электролита произошло за счет его выплескивания. При этом плотность доливаемого электролита должна быть такой же, какую имел электролит в аккумуляторе до выплескивания. Батарею, не установленную на автомобиль или снятую с автомобиля после небольшого периода работы, необходимо полностью зарядить и довести плотность электролита до нормативных значений, а затем плотно ввернуть пробки и вставить планку. Такую батарею по возможности нужно хранить в неотапливаемом сухом помещении, защитив ее от прямого попадания солнечных лучей. При отказе батареи в процессе эксплуатации, а также периодически через каждые 4 месяца необходимо проверять ее заряженность измерением плотности электролита аккумуляторным ареометром. После определения плотности электролита в аккумуляторах следует установить степень заряженности батареи. Батарею, разряженную более чем на 25 % зимой и более чем на 50 % летом, необходимо снять с автомобиля и подзарядить с помощью зарядного устройства. Срок хранения новой батареи без подзарядки составляет 12 месяцев. После 12 месяцев бездействия аккумуляторную батарею следует подзарядить и установить на автомобиль или на следующий период хранения (таких периодов может быть не более трех). Для подзарядки аккумуляторной батареи необходимо снять ее с автомобиля, присоединить положительный вывод батареи к положительному полюсу источника постоянного тока, а отрицательный – к отрицательному, снять с батареи планку и отвернуть пробки, установить зарядный ток 2,2 А. В процессе заряда необходимо следить за температурой электролита. Она должна быть в пределах 15–45 °C. Заряд следует проводить до постоянства напряжения и плотности электролита в течение трех часов. Если уровень электролита окажется ниже нормы, нужно в аккумуляторную батарею долить электролит либо дистиллированную воду до уровня, соответствующего метке. Свеча зажигания искровая служит для образования искрового разряда и зажигания рабочей смеси в камере сгорания двигателя. Искровая свеча (рис. 3.2.16, а) состоит из изолятора 1, корпуса 4, центрального 7 и бокового 8 электродов. Для герметизации свечи по центральному электроду применен токопроводящий стеклогерметик 3. Герметичность между изолятором и корпусом свечи осуществляется прокладкой 5 и термоосадкой корпуса свечи по верхнему бортику изолятора. В процессе работы на двигателе на части свечи, расположенные в камере сгорания, попадает масло, которое, сгорая, образует нагар, шунтирующий искровой зазор в свече. Это приводит к утечке энергии и снижению вторичного напряжения. Энергия может также утекать по наружной поверхности изолятора, если она загрязнена или покрыта влагой. Нагар на тепловом конусе 9 изолятора исчезает при нагреве его до температуры 400–500 °C. Эта температура называется температурой самоочищения свечи. Если температура теплового конуса изолятора превышала 850–900 °C, может возникнуть калильное зажигание. Рис. 3.2.16.«Горячая» (а), «холодная» (б)свечи зажигания искровые, тепловой баланс и температура различных мест изолятора (в) свечи: 1 — изолятор, 2 – контактная головка, 3 — токопроводящий стекло-герметик, 4 – корпус, 5, 6 — уплотнительные прокладки, 7 – центральный электрод, 8 — боковой электрод, 9 – тепловой конус (юбочка) Температура теплового конуса изолятора 400–900 °C называется тепловым пределом работоспособности свечи. Так как тепловой предел для всех свечей практически одинаков, а тепловые условия работы свечи на различных двигателях существенно отличаются, то свечи изготовляют с различной тепловой характеристикой (калильным числом). Калильное число характеризует способность свечи работать на двигателе без калильного зажигания. Чем выше это число, тем надежнее свеча будет работать на двигателе с высокой степенью сжатия. Калильные числа могут иметь следующие значения: 8, 11, 14, 17, 20, 23 и 26. В условном обозначении свечей зажигания (например, А17ДВР) цифры и буквы обозначают: первая А – резьба на корпусе М14х1,25 или М – резьба на корпусе М18х1,65; вторые одна или две цифры – калильное число; далее буквы Н (длина резьбовой части корпуса 11 мм) или Д (длина резьбовой части корпуса 19 мм); В – выступание теплового конуса изолятора за торец корпуса; Р – герметизация по соединению изолятор – центральный электрод термоцементом. 3.2.1 °Cистема смазки Бесперебойный подвод масла к трущимся поверхностям в ДВС обеспечивает система смазки. Система смазки автомобильного двигателя должна обеспечивать подачу достаточного количества масла к трущимся деталям при работе на различных скоростных и нагрузочных режимах, при подъемах и спусках до 35 %, кренах до 25 %, при отрицательных и положительных температурах окружающего воздуха, положительных и отрицательных горизонтальных и вертикальных ускорениях. Кроме того, она должна обеспечивать возможность длительной работы двигателя без перегрева масла с минимальным его расходом, а также обеспечивать достаточную очистку масла от механических примесей, не требовать больших трудозатрат на обслуживание. Подвод масла к трущимся поверхностям осуществляется с помощью циркуляционных систем смазки или путем добавления масла в состав топлива (3–6 % по объему). Последний вариант смазки используется в маломощных двухтактных двигателях с кривошипно-камерной продувкой. В остальных двигателях применяются циркуляционные системы смазки, в которых масло, подводимое к трущимся поверхностям, собирается, очищается от продуктов износа и повторно подается для смазки деталей. В зависимости от способа подвода масла в циркуляционных системах различают подачу смазки под давлением и путем разбрызгивания. В современных системах смазки двигателей используются оба варианта подвода масла, поэтому их называют комбинированными. Под давлением смазываются коренные и шатунные подшипники коленчатого вала, подшипники распределительного вала, вала турбокомпрессора, оси коромысел привода клапанов, сопряжения шатунов с поршневыми пальцами и др. В некоторых конструкциях для улучшения смазки организуется принудительный впрыск масла на зеркало цилиндра, а также на внутреннюю поверхность днища поршня с целью его охлаждения. Подвод масла под давлением организуется также в охлаждаемых циркулирующим маслом поршнях, к поршням с изменяемой степенью сжатия, гидравлическим толкателям клапанов, механизмам изменения фаз газораспределения и к другим исполнительным механизмам. Остальные подвижные детали двигателя смазываются путем разбрызгивания – каплями, образующимися при вытекании масла из подшипников коленчатого вала и других сопряжений. При этом распределение разбрызгиваемого масла в значительной степени связано с компоновкой двигателя. В зависимости от места размещения основного запаса масла различают системы смазки с мокрым (рис. 3.2.17, а) и сухим (рис. 3.2.17, б) картером. В автомобильных двигателях наиболее распространены системы смазки с мокрым картером, которые имеют более простую конструкцию. В этом случае основной запас масла находится в поддоне картера и при работе двигателя масло подается к трущимся деталям масляным насосом. В системах с сухим картером основной запас масла содержится в автономном масляном баке и масло подается к трущимся деталям нагнетающим масляным насосом. Стекающее в поддон масло полностью удаляется из него откачивающим насосом и вновь подается в масляный бак. Система смазки с сухим картером обеспечивает длительную работу на крутых подъемах, спусках и при кренах без утечки масла через сальники коленчатого вала, а также дает возможность снизить высоту двигателя. Отсутствие запаса масла в зоне вращения коленчатого вала исключает возможность его забрасывания на стенки цилиндров, что положительно влияет на снижение эксплуатационного расхода смазки. Кроме того, при сухом картере масло в меньшей степени нагревается от горячих деталей и подвергается воздействию картерных газов, благодаря чему сохраняет свои физико-химические свойства в течение более длительного времени, чем в системах с мокрым картером. В основу большинства систем смазки положен один и тот же принцип. Масло из картера 11 (или бака 14) нагнетающим насосом 2 через полнопоточный фильтр 3 подается в масляную магистраль. Давление в ней контролируется манометром 5. Из масляной магистрали масло подается к шейкам коленчатого вала 16 (в некоторых вариантах к одной шейке, а к остальным по внутренним каналам коленвала), распределительного вала 8 и к другим парам трения. Слив избытка масла из магистрали осуществляется через фильтр 9. Контроль температуры масла осуществляется термометром 12, охлаждение – с помощью радиатора 13. Уровень масла контролируется мерным щупом 10. Для откачки масла в системах с сухим картером используются насосы 75. В качестве насосов в системах смазки, как правило, используются шестеренчатые насосы (прямозубые или косозубые) с шестернями внешнего или внутреннего зацепления. Рис. 3.2.17.Схемы систем смазки: а – с мокрым картером; б – с сухим картером; 1 — маслоприемник, 2 – нагнетающий насос, 3, 9 — фильтры, 4 — редукционный клапан, 5 – манометр, 6 — подвод масла к коленчатому валу, 7 – поршень, 8 – распределительный вал, 10 – щуп, 11 – картер, 12 — указатель температуры, 13 — радиатор, 14 – бак, 15 — откачивающий насос, 16 – коленчатый вал Производительность масляного насоса и создаваемое давление в значительной мере зависят от вязкости масла и частоты вращения вала двигателя, которая изменяется в широких пределах. Кроме того, в процессе эксплуатации сопряженные детали двигателя изнашиваются, что приводит к увеличению зазоров между ними и к повышению количества прокачиваемого масла. Чтобы обеспечить бесперебойную подачу масла ко всем трущимся деталям при неблагоприятном сочетании указанных факторов, расчетную производительность масляного насоса увеличивают, а для поддержания требуемого давления в магистрали вводят регулятор, называемый редукционным клапаном. Редукционные клапаны могут устанавливаться в корпусе насоса на входе в главную масляную магистраль или в конце масляной магистрали. Установка редукционного клапана в корпусе насоса исключает возможность резкого повышения давления на входе в магистраль. Однако в этом случае давление в конце магистрали, под которым смазываются подшипники, может значительно колебаться при изменении гидравлического сопротивления системы и расхода масла. В связи с этим в некоторых системах устанавливают два редукционных клапана – в начале и в конце магистрали. Кроме редукционных в системах смазки могут устанавливаться нагнетательные, впускные, обратные и перепускные клапаны. Давление масла в системах смазки ДВС различных типов и назначения находится в пределах от 0,2 до 1,5 мПа. Большие значения относятся к быстроходным форсированным двигателям. Производительность используемого в системе смазки насоса должна обеспечивать расход масла 13–68 л/кВт-ч. Наибольшие значения используются для форсированных быстроходных двигателей с масляным охлаждением поршней. Объем масла в системах смазки с мокрым картером для двигателей различных типов составляет 0,03—0,48 л/кВт. Очистка масла от механических примесей в системах смазки осуществляется фильтрами. Наибольшее распространение в двигателях современных автомобилей получили бумажные полнопоточные поглощающие фильтры, улавливающие частицы размером до 0,5 мкм. Для исключения перегрева масла и сохранения нормального теплового режима трущихся пар масло в системе смазки двигателя, особенно в летний период, нуждается в охлаждении. Чаще всего для этого используются воздушно-масляные радиаторы, устанавливаемые перед радиатором системы охлаждения двигателя. С целью снижения вредного воздействия на масло прорывающихся из камеры сгорания газов (картерных газов), а также снижения давления в картере для предотвращения утечек масла из двигателя картер снабжают системой вентиляции. В настоящее время для минимизации вредных выбросов автомобильными двигателями в атмосферу используют закрытые системы вентиляции картера. Для отвода картерных газов в этих системах картер соединяется с впускным трубопроводом и (или) с воздушным фильтром. 3.3. Трансмиссия Группа агрегатов, входящих в трансмиссию автомобиля, предназначена для передачи крутящего момента от двигателя к ведущим колесам, изменения его по величине и направлению и распределения между ведущими мостами и колесами. В нашей стране, а также в ряде других государств предельная нагрузка на ось автомобиля ограничена, что необходимо для сохранности автомобильных дорог. В связи с этим автомобили большой грузоподъемности выпускаются многоосными. Увеличение числа осей, а следовательно, и числа колес, уменьшает давление на полотно дороги и обусловливает меньший его износ. Увеличение числа ведущих осей улучшает проходимость автомобиля, для характеристики которой большое значение имеет так называемая колесная формула, состоящая из двух цифр: первая из них обозначает общее число колес, вторая – число ведущих колес, например 6x4 для трехосного автомобиля, имеющего всего 6 колес и из них 4 ведущих. Каждая пара ведущих колес имеет свой ведущий мост. Схема трансмиссии определяется числом и расположением ведущих мостов автомобиля. В двухосном автомобиле с одним задним ведущим мостом в трансмиссию входят сцепление, коробка передач, карданная передача, главная передача с дифференциалом и полуоси. Если ведущими являются передний и задний мосты автомобиля («Нива»), то в его трансмиссию входит еще раздаточная коробка. Раздаточная коробка позволяет распределить крутящий момент между ведущими мостами автомобиля. 3.3.1. Сцепление Сцепление представляет собой фрикционную муфту, в которой передача крутящего момента происходит за счет силы трения. Оно позволяет отключить двигатель от коробки передач в момент переключения передач и для получения свободного хода. По конструкции автомобильные сцепления делятся на одно– и двухдисковые. На большинстве автомобилей применяется однодисковое сухое сцепление. Размеры сцепления определяются наружным диаметром ведомого диска, который выбирают, исходя из требований передачи максимального крутящего момента, развиваемого двигателем, и рассеивания тепла, появляющегося при буксовании сцепления в момент переключения передач. На рис. 3.3.1 показано устройство однодискового сцепления с периферийными пружинами. Рис. 3.3.1.Однодисковое сцепление с периферийными нажимными пружинами: 1 — картер маховика, 2 – кожух сцепления, 3 – нажимные пружины, 4 — маховик, 5 – ведущий вал коробки передач, 6 — пружина гасителя, 7 – ведомый диск, 8 – рычаги выключения сцепления, 9 — нажимный диск, 10 — диски гасителя с маслоотражателем, 11 – муфта выключения сцепления К маховику 4 привернут кожух 2 с гнездами для нажимных пружин 3. Когда сцепление включено, нажимный диск 9 под действием пружин прижимает к торцовой поверхности маховика ведомый диск 7, сидящий на шлицах ведущего вала 5 коробки передач. Выключают сцепление отводом муфты 11, действующей на нажимный диск посредством рычагов 8. Рычаги отводят нажимный диск вправо, и давление на ведомый диск 7 прекращается. К ведомому диску приклепаны фрикционные накладки из материала, обладающего большим коэффициентом трения. Для быстрого гашения крутильных колебаний, передаваемых сцеплением от коленчатого вала двигателя, в ведомом диске сцепления устанавливают гаситель крутильных колебаний (демпфер), который устроен следующим образом. К ступице ведомого диска приклепаны с двух сторон диски 10 гасителя с маслоотражателями. Между дисками гасителя установлена опорная пластина. В ведомом диске и в опорной пластине выполнены окна с отбортовками, в которых расположены цилиндрические пружины 6. При резком изменении крутящего момента, вызываемом крутильными колебаниями, ведомый диск поворачивается на некоторый угол относительно ступицы и пружины 6 сжимаются. При этом происходит трение между ведомым диском и фрикционными накладками гасителя, поглощающее энергию крутильных колебаний и приводящее к их затуханию. На некоторых моделях отечественных автомобилей («Москвич», «Жигули») устанавливалось сцепление с одной центральной диафрагменной нажимной пружиной (рис. 3.3.2). Пружине придана форма усеченного конуса. Она отштампована из листовой пружинной стали толщиной 0,9 мм. Радиально расположенные 18 лепестков пружины служат не только упругими элементами, но одновременно являются выжимными рычагами. Существенным преимуществом диафрагменной пружины является ее нелинейная характеристика. При изменении нажатия на такую пружину усилие сначала возрастает, а затем, дойдя до определенного значения, начинает падать, в то время как у цилиндрических пружин усилие всегда пропорционально их сжатию. В случае износа фрикционных накладок сцепления предварительное сжатие цилиндрических нажимных пружин уменьшается, давление на диски уменьшается и сцепление начинает пробуксовывать. При установке же диафрагменной пружины износ накладок практически не отражается на давлении, создаваемом пружиной, и опасность пробуксовки сцепления в этом случае исключена. Применение диафрагменной нажимной пружины позволяет уменьшить габаритные размеры, массу и значительно упростить конструкцию сцепления. Рис. 3.3.2.Диафрагменное сцепление автомобиля ВАЗ: а — в сборе, б — детали; 1 – пластина крепления нажимного диска к кожуху сцепления, 2 — болт крепления кожуха к маховику, 3 – соединительная пластина крепления упорного фланца к кожуху, 4 – пружина крепления муфты подшипника к вилке, 5 – вилка включения сцепления, 6 – муфта подшипника выключения сцепления, 7 – картер сцепления, 8 – зубчатый венец маховика, 9 – пружинная шайба, 10 – кожух сцепления, 11 – нажимный диск, 12 – ведомый диск в сборе, 13 – пружина гасителя колебаний ведомого диска, 14 — фрикционное кольцо гасителя колебаний ведомого диска, 15 – пружина фрикционного элемента гасителя колебаний, 16 — ступица ведомого диска, 77– ведущий вал коробки передач, 18 — крышка подшипника ведущего вала коробки передач, 19 – болт, 20 – фиксатор нажимной пружины, 21 – маховик, 22 – подшипник выключения сцепления, 23, 24 – фрикционная накладка, 25 – заклепка крепления фрикционных накладок к ведомому диску Отсутствие отдельных деталей, расположенных на периферии сцепления, облегчает его балансировку и исключает появление центробежных сил, которые могли бы уменьшить давление на диски при работе с большим числом оборотов. Таким образом, на ведомый диск сцепления передается равномерная нагрузка при всех режимах работы. Особенности устройства сцепления с диафрагменной пружиной заключаются в наличии двух неразборных сборочных единиц (узлов). В один из них входит нажимный диск 11 в сборе с диафрагменной пружиной и кожухом 10. Другой сборочной единицей (узлом) является ведомый диск 12 с гасителем крутильных колебаний. Сцепление заключено в картер 7, отлитый из алюминиевого сплава, крепящийся к картеру маховика. Для выключения сцепления служит скользящая муфта с шариковым подшипником 22, усилие на которую передается от педали управления через гидравлический привод. Сцепление с диафрагменной пружиной требует минимального технического обслуживания. Для его нормальной работы необходимо лишь обеспечить правильный свободный ход педали сцепления и поддержание в заполненном состоянии системы гидравлического привода. Сцепление выключается с помощью механического или гидравлического привода. Устройство его показано на рис. 3.3.3. Педаль 1 выключения сцепления установлена на оси, вращающейся в пластмассовых сферических подшипниках. При нажатии на педаль ось поворачивается и приводит в движение систему 5 тяг и рычагов, действующих на вилку выключения сцепления 8. Поворачивание вилки 8 вызывает перемещение муфты 3 выключения сцепления, которая посредством выжимного подшипника действует на рычаг сцепления, оттягивающий нажимный диск от ведомого, и тем самым выключает сцепление. При отпускании педали сцепления оттяжные пружины 2 и 7 возвращают все части привода в исходное положение, и сцепление включается. На многих отечественных легковых автомобилях применяется гидравлический привод выключения сцепления, состоящий из главного и рабочего цилиндров, соединенных между собой трубопроводом. Полости цилиндров и трубопровод заполнены тормозной жидкостью. Рис. 3.3.3.Механический привод выключения сцепления: 1 — педаль сцепления, 2, 7 — оттяжные пружины, 3 – муфта, 4 — подшипник выключения сцепления, 5 — тяги, 6 — валик выключения сцепления, 8 – вилка выключения сцепления Рис. 3.3.4.Гидравлический привод выключения сцепления: 1 — бачок, 2 – главный цилиндр, 3 – плунжер, 4 — толкатель главного цилиндра, 5 – шаровая опора вилки, 6 – вилка выключения сцепления, 7 – оттяжная пружина, 8 — педаль, 9 – толкатель рабочего цилиндра, 10 – рабочий цилиндр Устройство такого привода показано на рис. 3.3.4. Педаль 8 выключения сцепления соединена с толкателем главного цилиндра, действующим на его плунжер 3. Перемещение плунжера оказывает давление на жидкость, передаваемое по трубопроводу в рабочий цилиндр 10. Под давлением жидкости плунжер рабочего цилиндра перемещается вправо и через толкатель 9 действует на вилку 6, которая отводит выжимной подшипник и выключает сцепление. Нарушение работы гидравлического привода может быть вызвано попаданием в него воздуха. Для удаления воздуха (путем прокачки системы) на корпусе рабочего цилиндра установлен перепускной клапан. 3.3.2. Коробка передач Применение коробки передач вызвано необходимостью изменения величины тягового усилия на ведущих колесах автомобиля. Кроме того, она позволяет включать задний ход и дает возможность на длительное время разобщать ведущие колеса с работающим двигателем при стоянке автомобиля на месте. На рис. 3.3.5 показан силовой агрегат современного легкового автомобиля с передним приводом («Самара», «Дэу Сенс», «Славута» и др.), где видно, что коробка передач постоянно связана с двигателем через сцепление. На современных отечественных автомобилях применяют в основном механические шестеренчатые пятиступенчатые коробки передач. Принципиальная схема таких коробок передач предусматривает наличие трех валов с установленными на них шестернями. Ведущий вал, передающий крутящий момент от сцепления, соединен парой шестерен постоянного зацепления с промежуточным валом. На ведомом валу, постоянно соединенном с карданной передачей, имеются шестерни, установленные на шлицах или на гладких втулках. В последнем случае они соединяются с валом синхронизаторами. Промежуточный вал имеет жестко закрепленные на нем шестерни, находящиеся в зацеплении с соответствующими шестернями ведомого вала. Шестерни всех передач, кроме первой передачи и заднего хода, выполнены с косыми зубьями и включаются с помощью синхронизаторов инерционного типа. Рис. 3.3.5.Силовой агрегат и его крепление: 1 – гайка крепления подушки к кронштейну, 2 — кронштейн, 3 – болт крепления верхней подушки, 4 – верхняя подушка, 5 – двигатель, 6 – коробка передач и главная передача, 7 – поперечина, 8 – нижняя подушка, 9 — балка, 10 – болт крепления балки Включая ту или иную передачу, перемещают муфту синхронизатора по направлению к включаемой шестерне. При этом корпус перемещается как одно целое с кареткой, скользящей по шлицам ведомого вала до тех пор, когда войдут в соприкосновение конические поверхности бронзового кольца и включаемой шестерни. Трение между коническими поверхностями бронзового кольца корпуса синхронизатора и шестерни вызывает поворачивание корпуса на небольшой угол, вследствие чего выступы каретки входят в боковые углубления вырезов на корпусе и дальнейшее осевое перемещение каретки прекращается. После выравнивания скоростей вращения включаемой шестерни и корпуса синхронизатора (благодаря трению между коническими поверхностями) каретка сходит с фиксаторов, а ее выступы выходят из боковых углублений и перемещаются в сторону шестерни до того момента, когда зубчатый венец синхронизатора войдет в зацепление с соответствующим зубчатым венцом шестерни. Шестерни первой передачи и заднего хода прямозубые и включаются при их осевом перемещении. Зубья шестерен смазываются маслом, захватываемым ими со дна картера коробки передач. В нижней части картера имеется невысокая перегородка, обеспечивающая необходимое распределение масла при движении автомобиля на уклонах. У переднеприводных и полноприводных автомобилей для передачи крутящего момента к ведущим колесам применяются карданные шарниры равных угловых скоростей (ШРУС), обеспечивающие равномерность вращения колес. Не описывая подробно устройство такого шарнира, скажем, что он состоит из ведомого и ведущего валов, на концах которых имеются специальные вилки, при помощи которых валы сочленяются друг с другом. Обе вилки имеют делительные канавки, в которые заложены четыре ведущих шарика. Пятый центральный шарик при сборке центрирует обе вилки, располагаясь в сферических углублениях на их торцевых поверхностях. На центральном шарике выполнена лыска, позволяющая установить ведущие шарики на свое место при сборке карданного шарнира. Для фиксации карданного шарнира в собранном положении центральный шарик и ведомая вилка имеют отверстия, в которые вставляется опорная шпилька, удерживаемая от осевого смещения запорной шпилькой. Форма делительных канавок позволяет ведущим шарикам при различных угловых перемещениях вилок всегда находиться в плоскости, которая делит пополам угол между осями ведущей и ведомой вилок. Таким образом, расстояние от осей ведущих шариков до осей обеих вилок будет одинаковым, что и обеспечивает равномерное вращение обеих вилок и связанных с ними валов. 3.3.3. Главная передача Главная передача служит для повышения крутящего момента в постоянное число раз и представляет собой одинарный или двойной шестеренчатый редуктор. Кроме того, она дает возможность передавать вращение под углом 90° от карданного вала к полуосям ведущих колес. В некоторых конструкциях главную передачу выполняют в виде двух отдельных механизмов: шестеренчатой конической передачи, устанавливаемой в заднем мосту, и планетарных редукторов, устанавливаемых по концам полуосей и передающих крутящий момент ведущим колесам. При небольшом передаточном числе главную передачу выполняют одинарной – с одной парой конических шестерен. Более высокое передаточное число вызывает необходимость применения двойной главной передачи. Обычно передаточное число главной передачи современных автомобилей находится в пределах от 4 до 8. Одинарная главная передача состоит из ведущей конической шестерни, выполненной как одно целое со своим валом, и ведомой шестерни, установленной на коробке дифференциала и вместе с ней вращающейся в конических роликовых подшипниках. Гнезда подшипников расточены в картере главной передачи. Опорами вала ведущей шестерни служат один цилиндрический и два конических роликовых подшипника. Конические подшипники расположены в стакане, жестко соединенном с картером главной передачи. На большинстве легковых автомобилей главная передача имеет шестерни с гипоидным зацеплением. Гипоидная передача отличается тем, что оси ведущей и ведомой шестерен не пересекаются между собой, а проходят на некотором расстоянии одна от другой. При этом угол наклона винтовой линии зубьев ведущей шестерни значительно больше, чем ведомой шестерни. Вследствие этого размер ведущей шестерни при том же размере ведомой шестерни (по сравнению с другими передачами) значительно возрастает. Шестерни гипоидных передач имеют большую толщину и рабочую высоту зубьев, а при работе среднее число зубьев, одновременно находящихся в зацеплении, у них больше. Благодаря этому повышается срок службы шестерен, а их работа протекает более плавно и бесшумно. Следует, однако, иметь в виду, что при работе гипоидных шестерен происходит продольное проскальзывание зубьев, что требует особо тщательной защиты их поверхности от заеданий, нагрева и повышенного износа. С этой целью на зубьях шестерен должна быть создана весьма прочная масляная пленка, для чего требуется применение специального трансмиссионного масла с противоизносной присадкой. Рис. 3.3.6.Двойная главная передача: 1 — фланец ведущей шестерни, 2 — сальник, 3 — крышка, 4 — шайба ведущей шестерни, 5 – прокладка, 6 – передний подшипник вала ведущей конической шестерни, 7 – стакан картера, 8 – регулировочные шайбы подшипников вала ведущей конической шестерни, 9 – задний подшипник вала ведущей конической шестерни, 10 – прокладки для регулировки зацепления конических шестерен, 11 – ведущая коническая шестерня, 12 — ведомая коническая шестерня, 13 – регулировочные прокладки, 14, 29 — подшипники вала ведущей цилиндрической шестерни, 15, 28 – крышки подшипников, 16 — ведущая цилиндрическая шестерня, 77– картер главной передачи, 18 — крышка подшипников дифференциала, 19 – опорная шайба полуосевой шестерни, 20 – правая чашка коробки дифференциала, 21 — ведомая цилиндрическая шестерня, 22 – полуосевая шестерня, 23 — левая чашка коробки дифференциала, 24 — подшипник коробки дифференциала, 25 — регулировочная гайка подшипника дифференциала, 26 — полуось, 27 — балка заднего моста, 30 – масляный карман Двойная главная передача применяется на всех автомобилях большой грузоподъемности. Она состоит из пары цилиндрических и пары конических шестерен. Пример такой передачи показан на рис. 3.3.6. Картер 7 7 главной передачи крепится к балке 27 заднего моста болтами. Вал ведущей конической шестерни 77 установлен в стакане 7 картера главной передачи на двух конических роликовых подшипниках 6 и 9. Между фланцами стакана и картера установлены прокладки 10 для регулировки зацепления зубьев ведущей 11 ж ведомой 12 конических шестерен. Вал ведущей конической шестерни удерживается от осевого смещения гайкой, установленной на его хвостовой части, которая одновременно крепит фланец 1, соединяющий главную передачу с карданным валом. Ведомая коническая шестерня 12 жестко крепится к валу ведущей цилиндрической шестерни 16, вращающемуся на двух конических роликовых подшипниках 14 и 29. Эти подшипники установлены в крышках, привернутых болтами к картеру главной передачи. Для регулировки подшипников установлены прокладки 13, зажатые между крышками и фланцами картера. Ведомая цилиндрическая шестерня 21 жестко соединена с коробкой дифференциала и вращается вместе с ней на двух конических роликовых подшипниках. От осевого смещения подшипники удерживаются гайками. Например, левый подшипник 24 фиксируется гайкой 25. Гайки также позволяют регулировать затяжку подшипников. Подшипники валов ведущей и ведомой конических шестерен смазываются маслом, подаваемым по каналам. Для накапливания масла, стекающего по стенкам картера в стакане 7 предусмотрен специальный карман 30. 3.3.4. Дифференциал При движении по прямой все колеса автомобиля проходят за одно и то же время одинаковый путь. На криволинейных участках дороги внешние колеса проходят больший отрезок пути, чем внутренние. Более медленное вращение внутреннего ведущего колеса приводит к его пробуксовыванию, что вызывает повышенный износ шин, увеличивает затрату мощности, затрудняет поворот автомобиля. Чтобы избежать пробуксовывания, вместе с главной передачей устанавливается дифференциал, а передача крутящего момента к колесам осуществляется полуосями. При этом правое и левое ведущие колеса могут вращаться с различным числом оборотов. На современных автомобилях применяются шестеренчатые дифференциалы с коническими шестернями или кулачковые дифференциалы повышенного трения. Конический шестеренчатый дифференциал представляет собой планетарный механизм. Ведомая шестерня главной передачи жестко соединена с коробкой дифференциала, которая состоит из двух чашек. В коробке на крестовине свободно вращаются шестерни-сателлиты, находящиеся в зацеплении с полуосевыми шестернями 22 левого и правого колес (рис. 3.3.6). Полуоси 26 свободно проходят через отверстия в коробке дифференциала. При вращении ведомой шестерни главной передачи вместе с ней вращается коробка дифференциала, а следовательно, и крестовина с сателлитами. При прямолинейном движении автомобиля по ровной дороге оба колеса встречают одинаковое сопротивление, вследствие чего будут одинаковыми и усилия на зубьях обеих полуосевых шестерен. Сателлиты не поворачиваются вокруг собственной оси, находясь в состоянии равновесия. Таким образом, все детали дифференциала вращаются как одно целое и скорость вращения обеих полуосевых шестерен, а следовательно, и полуосей с колесами будет одинаковой. При повороте автомобиля внутреннее колесо испытывает большее сопротивление, чем наружное, и усилие на полуосевой шестерне, связанной с внутренним колесом, становится больше. Вследствие этого равновесие сателлитов нарушается, и они начинают перекатываться по полуосевой шестерне, связанной с внутренним колесом, вращаясь относительно собственной оси и вращая вторую полуосевую шестерню с увеличенной скоростью. В результате этого скорость вращения внутреннего колеса автомобиля уменьшается, а наружного колеса возрастает, и поворот автомобиля совершается без юза и пробуксовки. Дифференциал всегда поровну распределяет получаемый им крутящий момент на оба ведущих колеса одной оси. Однако в некоторых случаях эта особенность дифференциала оказывает отрицательное влияние на преодоление автомобилем трудных участков дороги. Если одно из ведущих колес попадает на участок дороги с малым коэффициентом сцепления, то другое колесо не может передавать крутящий момент более или менее значительной величины. При повышении крутящего момента, передаваемого от двигателя, ведущее колесо, находящееся на скользком участке, начнет пробуксовывать, а другое колесо окажется не в состоянии сдвинуть с места застрявший автомобиль. Рис. 3.3.7.Кулачковый дифференциал повышенного трения: 1 — левая чашка коробки дифференциала, 2 — сухари, 3 – внутренняя обойма, 4 – внешняя обойма, 5 – правая чашка коробки дифференциала, 6 – сепаратор Если же одно из колес начнет пробуксовывать во время движения, то создадутся условия, вызывающие боковой занос автомобиля. Для устранения указанных недостатков на некоторых автомобилях повышенной проходимости применяют кулачковый дифференциал повышенного трения. Устройство такого дифференциала показано на рис. 3.3.7. В него входит сепаратор 6, жестко соединенный с ведомой шестерней главной передачи. В отверстия сепаратора свободно вставлены сухари 2, расположенные в два ряда в шахматном порядке. Своими торцами сухари упираются во внутреннюю 3 и внешнюю 4 обоймы. Поверхности этих обойм, соприкасающиеся с сухарями, имеют выступы-кулачки. Снаружи дифференциал закрыт левой 1 и правой 5 чашками. В центральные отверстия чашек входят полуоси, одна из которых с помощью шлицев соединяется с внутренней, а другая с внешней обоймами. Когда ведомая шестерня главной передачи вместе с сепаратором приводится во вращение, сухари оказывают одинаковое давление на кулачки обеих обойм и заставляют их вращаться. Если одно из колес автомобиля испытывает большее сопротивление, то связанная с ним обойма будет вращаться медленнее сепаратора, и сухари, оказывая большее давление на другую обойму, будут как бы подталкивать ее, соответственно ускоряя ее вращение. Однако повышенное трение между сухарями и обоймами требует значительного усилия для изменения скорости вращения одной обоймы по отношению к другой и может произойти лишь при достаточно большой разнице сопротивлений, испытываемых правым и левым колесами. Это обеспечивает передачу достаточного крутящего момента на оба колеса и, как правило, исключает возможность остановки одного колеса при пробуксовке другого. Полуоси служат для передачи крутящего момента от дифференциала к ведущим колесам. Кроме того, полуось может воспринимать изгибающую нагрузку от сил, действующих на колесо. Такую нагрузку создают передаваемая на полуось часть массы автомобиля, а также усилия, появляющиеся вследствие реакции дороги, толчков, вызываемых неровностями дороги, центробежных сил при поворотах и бокового уклона дорожного полотна. В зависимости от способа установки различают полу-разгруженные и разгруженные полуоси. На всех легковых автомобилях применяют полуразгруженные, а на грузовых автомобилях и автобусах разгруженные полуоси. Полуразгру-женной полуосью называют полуось, у которой ступица ведущего колеса установлена на ее наружном конце, а подшипник расположен внутри картера ведущего моста. Разгруженной полуосью называют полуось, у которой ступица ведущего колеса установлена на двух подшипниках, расположенных на картере ведущего моста. У автомобилей со всеми ведущими колесами передний мост имеет главную передачу и дифференциал такие же, как в заднем мосту. Кроме того, в нем установлены карданные шарниры равной угловой скорости. В отличие от заднего моста картер главной передачи находится не посередине балки переднего моста, а смещен влево относительно продольной оси автомобиля. По обоим концам коробчатой балки встык приварены фланцы для крепления шаровых опор поворотных цапф. Внутри этих опор расположены карданные шарниры равной угловой скорости. К шаровой опоре приварены шкворни, относительно которых вращается поворотная цапфа, установленная на конических роликовых подшипниках. Цапфа несет на себе ступицу переднего колеса. 3.4. Подвеска 3.4.1. Углы установки передних колес Автомобиль должен устойчиво сохранять прямолинейное движение и возвращаться к нему после поворота. Нельзя допускать скольжения шин по дороге, так как это приводит к их быстрому изнашиванию. Для выполнения этих требований передние колеса управляемых мостов устанавливают под определенными углами. Конструкция переднего моста предусматривает возможность регулировки развала и схождения передних колес. Угол развала колес (рис. 3.4.1, а) определяется углом а, образуемым плоскостью вращения колеса с вертикальной плоскостью. Он обеспечивается наклоном цапфы поворотных кулаков вниз и считается положительным, если верхняя часть колеса отклонена наружу от вертикальной плоскости. Угол развала отличается у разных моделей автомобилей и составляет 0–2°. Угол развала необходим для обеспечения перпендикулярного расположения колес к поверхности дороги при движении автомобиля, несмотря на возможную деформацию деталей переднего моста и наличие зазоров в подшипниках ступицы колес. Кроме того, при установке колес с углом развала реакция дороги от силы тяжести автомобиля в основном передается на внутренний подшипник ступицы колеса, выполняемый обычно большего размера, чем внутренний. Схождение колес (рис. 3.4.1, б) характеризуется разностью расстояний между горизонтальными диаметрами колес спереди и сзади, при этом расстояние В между колесами впереди несколько меньше, чем расстояние Г между колесами сзади. Рис. 3.4.1. Углы установки управляемых колес Так как колеса устанавливаются с развалом, то они стремятся катиться по расходящимся дугам. Однако вследствие схождения колес они катятся строго в продольной плоскости автомобиля, что устраняет боковое скольжение колес по дороге и уменьшает изнашивание шин. Угол схождения колес не превышает 1°, и измерение его в условиях эксплуатации затруднительно. Поэтому на практике схождение колес определяется как разность расстояний В и Г, которые измеряют между ободьями колес или боковинами шин на высоте их осей. Схождение колес зависит от угла развала и составляет обычно 2—12 мм. В принципе регулировку углов установки передних колес автолюбитель может выполнить своими силами. Однако работа эта достаточно сложная и ответственная, поэтому мы рекомендуем в данном случае обращаться на СТО или в специализированные мастерские. 3.4.2. Устройство передней подвески Подвеска автомобилей служит для смягчения ударов и толчков, воспринимаемых колесами от неровностей дороги, гашения колебаний рамы или кузова и снижения динамических нагрузок на несущую систему. Подвеска включает в себя три основные части: упругий элемент, амортизатор – гасящий элемент и направляющее устройство. Кроме того, в подвеску легковых автомобилей в виде дополнительного устройства вводятся стабилизаторы поперечной устойчивости. Упругий элемент связывает раму с передним и задним мостами или с колесами и поглощает удары, возникающие при движении автомобиля, обеспечивая необходимую плавность хода. В качестве упругого элемента применяются листовые рессоры, пружины и скручивающиеся упругие стержни (тор-сионы). Амортизатор служит для быстрого гашения вертикально-угловых колебаний рамы или кузова автомобиля. Наибольшее распространение получили телескопические амортизаторы двустороннего действия, которые гасят колебания как при сжатии, так и при растяжении упругого элемента. Направляющее устройство обеспечивает вертикальные перемещения колес, а также передачу толкающих и тормозных усилий от колес к раме или несущему кузову. По типу направляющего устройства подвески делятся на зависимые и независимые. При зависимой подвеске (рис. 3.4.2, а) оба колеса жестко связаны между собой мостом, подвешенным к раме. При этом перемещение одного из колес в поперечной плоскости вызывает перемещение другого колеса. При независимой подвеске колес (рис. 3.4.2, б) каждое колесо непосредственно подвешено к раме или несущему кузову, и перемещение одного колеса практически не зависит от перемещения другого. Рис. 3.4.2.Схемы подвесок: а — зависимой, б – независимой. Конструкция переднего управляемого моста определяется типом применяемой подвески. Базовой деталью моста является балка. Если она связана с колесами жестко, то мост называется неразрезным (рис. 3.4.2, а), а если через упругие элементы, то он называется разрезным (рис. 3.4.2, б). На легковых автомобилях применяют разрезные передние мосты с независимой подвеской колес. Все грузовые автомобили имеют обычно неразрезные передние мосты и зависимую подвеску. Современные легковые автомобили имеют независимую подвеску передних колес. Особенность такой подвески заключается в том, что оба передних колеса не связаны между собой жесткой балкой, а с помощью рычагов на пружинах подвешены независимо одно от другого к раме автомобиля или к подрамнику несущего кузова. Таким образом, толчки, получаемые одним колесом от неровностей дороги, не передаются на другое колесо. Независимая подвеска обладает рядом преимуществ: снижение массы неподрессоренных частей благодаря отсутствию балки переднего моста; предотвращение появления синхронизированных колебаний передних колес; снижение крена кузова при наезде колеса на препятствие; уменьшение опасности бокового заноса. Существует несколько разновидностей конструкции независимых подвесок. Естественно, что рассказ об устройстве всех типов подвесок, которых насчитывается более десятка, займет слишком много времени и места. Поэтому для примера остановимся на подвеске типа «Мак-Ферсон». Эта конструкция благодаря невысокой стоимости, нетрудоемкости изготовления, компактности, ремонтопригодности получила широкое распространение в автомобилестроении. В частности, подвеска типа «Мак-Ферсон» устанавливалась на автомобили семейства ВАЗ-2108, ВАЗ-2110, A3JIK-2141, а также на множество автомобилей иностранного производства. Основным элементом подвески является телескопическая гидравлическая стойка 9 (рис. 3.4.3), которая совмещает в себе функции направляющего аппарата и гасящего элемента. Нижняя часть телескопической стойки соединяется через кронштейн 12 с поворотным кулаком 13 двумя болтами. При этом верхний болт 11 имеет у шестигранной головки эксцентриковый поясок, а на резьбовом конце – лыску, на которую надевается эксцентриковая шайба 10. Эксцентриковые поясок и шайба упираются в отбортовку кронштейна стойки, а стержень болта проходит через овальные отверстия поворотного кулака. Такое соединение позволяет регулировать развал передних колес, так как при повороте верхнего болта изменяется положение поворотного кулака относительно стойки. К нижней части поворотного кулака крепится тремя болтами корпус 21 шарового шарнира, в котором расположена шаровая головка соединительного пальца 33. Его головка охватывается низкофрикционной тефлоновой тканью, залитой в корпусе шарнира смолой. Эта ткань служит подшипником для шарового пальца. Палец своей конической частью входит в отверстие нижнего рычага подвески и крепится самоконтрящейся гайкой. К приливам поворотного кулака крепится болтами защитный кожух 14 тормозного диска 75. В полости поворотного кулака устанавливается двухрядный шариковый подшипник 20 закрытого типа. Он фиксируется в поворотном кулаке двумя стопорными кольцами 16. На этом подшипнике вращается ступица переднего колеса, крепящаяся на шлицевом хвостовике 18 корпуса шарнира равных угловых скоростей гайкой, под которую устанавливается упорная шайба. Полость ступицы колеса снаружи закрывается колпаком 7 7. Для защиты подшипника от загрязнения к поворотному кулаку и корпусу шарнира приварены грязеотражательные кольца, создающие лабиринтное уплотнение. К ступице колеса крепится двумя направляющими штифтами 19 тормозной диск 75. Нижний рычаг 22 подвески крепится к кронштейну 28 кузова болтом с гайкой и пружинной шайбой. В головку рычага запрессован резинометаллический шарнир, состоящий из резиновой и металлической втулок. Для стабилизации положения рычагов подвески они с одной стороны распираются растяжками 29, с другой – штангой 25 стабилизатора поперечной устойчивости. Один конец растяжки соединяется с нижним рычагом 22подвески через резинометаллический шарнир, другой – с кронштейном 30. Рис. 3.4.3. Передняя подвеска в сборе: 1– верхняя опора телескопической стойки, 2 – верхняя опорная чашка, 3– буфер хода сжатия в сборе с защитным кожухом, 4 – опора буфера сжатия, 5– пружина подвески, 6– нижняя опорная чашка пружины, 7 – шаровой шарнир рулевой тяги, 8 – поворотный рычаг, 9 – телескопическая стойка, 10 – эксцентриковая шайба, 11 – регулировочный болт, 12 – кронштейн стойки, 13 – поворотный кулак, 14 – защитный кожух тормозного диска, 15 – диск тормозного механизма, 16 – стопорное кольцо, 17– колпак ступицы колеса, 18– шлицевой хвостовик корпуса шарнира привода колеса, 19 – направляющий штифт, 20 – подшипник ступицы колеса, 21 — шаровой шарнир рычага подвески, 22 – рычаг подвески, 23– регулировочные шайбы, 24 – стойка стабилизатора поперечной устойчивости, 25– штанга стабилизатора, 26– подушка штанги стабилизатора, 27– кронштейн крепления штанги стабилизатора, 28– кронштейн кузова для крепления рычага подвески, 29 – растяжка рычага подвески, 30– кронштейн крепления растяжки, 31 – защитный чехол шарового пальца, 32– подшипник шарового пальца, 33– шаровой палец, 34– корпус шарового пальца, 35 – шток стойки подвески, 36– наружный корпус верхней опоры, 37– внутренний корпус верхней опоры, 38 – подшипник верхней опоры, 39 – резиновый элемент верхней опоры, 40 – ограничитель хода верхней опоры, 41 – защитный колпак верхней опоры Этот кронштейн крепится к кузову тремя болтами. С обеих сторон растяжки установлены регулировочные шайбы 23, которыми регулируется продольный угол наклона оси поворота. Резинометаллический шарнир растяжки состоит из двух резиновых и двух металлических втулок, запрессованных с обеих сторон в отверстие нижнего рычага 22. Этот шарнир зажат на конце растяжки самоконтрящейся гайкой между двумя опорными шайбами. Резинометаллический шарнир кронштейна 30 растяжки состоит из резиновой и металлической втулок, зажатых между двумя шайбами самоконтрящейся гайкой. Штанга 25 стабилизатора поперечной устойчивости соединяется с нижним рычагом подвески при помощи короткой стойки 24, имеющей две головки. Нижняя головка стойки через резинометаллический шарнир соединяется болтом с гайкой и пружинной шайбой с нижним рычагом подвески. Другая головка стойки, в которую запрессована резиновая втулка, надевается на штангу стабилизатора. Средняя (торсионная) часть штанги крепится к лонжеронам кузова двумя кронштейнами 27 Конец ознакомительного фрагмента. Текст предоставлен ООО «ЛитРес». Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию (https://www.litres.ru/vladimir-yaroshenko/spravochnik-avtolubitelya/?lfrom=334617187) на ЛитРес. Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.
КУПИТЬ И СКАЧАТЬ ЗА: 68.75 руб.