Богатырев А.В., Есеновский-Лашков Ю.К. и др. Автомобили

Подождите немного. Документ загружается.

Рис. 2.4. Компоновочные схемы автобусов:

—

двигатель впереди переднего моста; б

—

двига-

тель над передним мостом; в

—

двигатель под по-

лом в пределах базы; г, д

—

двигатель сзади

статок схемы: необходимость опро-

кидывания кабины для обеспечения

доступа к двигателю.

Третью схему (рис.2.3, в)

применяют при компоновке пол-

ноприводных многоосных автомо-

билей. Она позволяет равномерно

распределить осевые нагрузки на

дорогу и обеспечивает хорошую об-

зорность. Однако при такой схеме у

автомобиля меньше длина грузовой

платформы и затруднен доступ к

двигателю и коробке передач.

Компоновочные схемы автобусов

зависят от взаимного расположения

двигателя и трансмиссии. Основны-

ми являются следующие схемы:

двигатель расположен впереди переднего моста (рис. 2.4, а), над

передним мостом (рис. 2.4, б), под полом в пределах базы (рис.

2.4, в), сзади (рис. 2.4, гид) продольное или поперечное располо-

жение двигателя.

Наибольшие преимущества у схемы с задним расположением

двигателя: возможность понижения уровня пола и создания емких

багажных отделений, изоляция двигателя от салона и хороший до-

ступ к нему, минимальные вибрации и шум, возможность рацио-

нальной планировки пассажирского салона, создание более ком-

фортабельных условий для водителя. Однако при такой схеме

трудно управлять силовым агрегатом и сложно разместить радиа-

тор системы охлаждения.

2.3. ТИПАЖ АВТОМОБИЛЕЙ

Типаж —это экономически оптимальная по номенклатуре и

техническим параметрам совокупность машин, составляющая ти-

поразмерные ряды, в которых автомобили объединены общнос-

тью народнохозяйственного назначения.

Типаж составляют на основе классификационных параметров

раздельно по видам автомобилей и пересматривают каждые пять—

десять лет. Такими параметрами для типажа легковых автомоби-

лей являются рабочий объем двигателя и собственная масса. В ти-

паже отражены класс, группа, колесная формула, число мест, до-

пустимая масса груза, полная масса автомобиля, рабочий объем,

максимальная скорость, время разгона с места до 100 км/ч, пробег

до капитального ремонта, трудоемкость обслуживания после

1000 км пробега.

В типаже грузовых автомобилей отражены полная их масса,

осевая нагрузка, базовая модель и основные модификации, грузо-

подъемность, колесная формула, мощность и число цилиндров

двигателя.

Классификационные параметры для типажа автобусов —их

длина и вместимость. В типаже автобусов указывают также осевую

нагрузку, назначение, число мест для сидения, для проезда стоя и

общее, полную массу, мощность двигателя, максимальную ско-

рость, время и путь разгона с места до заданной скорости.

Особенность типажей: указание конкретного завода-изготови-

теля для каждого класса автомобиля. Срок действия последних

разработанных типажей закончился в 1995 г.

Разработаны и утверждены Правительством РФ (постановле-

ние №286 от 15 марта 1999 г.) «Основные направления развития

автомобильной промышленности России на период до 2005 года»,

в которых определены приоритеты развития автомобильной про-

мышленности. Одним из них является общественный транспорт.

Другой приоритет связан с необходимостью обеспечения обороно-

способности страны, особенно в период реформирования армии.

Автомобильная техника является основным средством передвиже-

ния войск. Около 65 % автомобильного парка армии составляют

шасси под вооружение и военную технику.

Основа восстановления и дальнейшего развития автомобиль-

ной промышленности

—

создание специализированных агрегат-

ных производств. Сложившееся производство агрегатов на круп-

нейших объединениях (ВАЗ, ГАЗ, ЗИЛ, КамАЗ) направлено на

выпуск автомобилей собственной ограниченной номенклатуры.

Рынка агрегатов разного типоразмера в России нет. Практика

мирового автостроения основана на принципах использования

компонентов высокого технического уровня и качества, произво-

димых специализированными фирмами. Например, фирма «Цан-

радфабрик» (Германия) выпускает механические коробки пере-

дач, рулевые управления, ведущие мосты; фирмы «Аутомотив

Продакс» (Великобритания) и «Ферадо» (Франция)

—

диафраг-

менные сцепления; «Роквел стандарт» и «Итон» (США)

—

веду-

щие мосты; «Вабко» и «Вестингаус» (Германия)

—

тормозные ап-

параты; «Фойт» (Германия) и «Аллисон» (США)

—

гидромехани-

ческие передачи.

Эти агрегаты, выпускаемые объемом десятки тысяч, применя-

ют на автомобилях различных фирм: например, «Мерседес», ДАФ,

«Рено», «Ивеко», «Вольво» и др.

Стратегия развития автомобильной промышленности предус-

матривает реформирование действующих производств с сохране-

нием на головном предприятии кузовного и сборочного производ-

ства. При этом заготовительные, вспомогательные и агрегатные

производства выделяют в самостоятельные предприятия. Страте-

гия ориентирует на постепенное создание крупных широкопро-

фильных корпоративных структур, сопоставимых с зарубежными

концернами по номенклатуре и объемам выпуска. Именно такие

корпорации доминируют в мировом автомобилестроении.

Конкурентоспособность российской автомобильной промыш-

ленности как одного из основных производителей наукоемкой

продукции может быть достигнута только на базе дальнейшего

развития собственных российских научных разработок.

Контрольные вопросы и задания

1. В чем состоит назначение автомобиля? 2. Перечислите основные части авто-

мобиля. 3. Какие признаки положены в основу классификации автомобилей?

4. По каким параметрам классифицируют автомобили? 5. Какие автомобили отно-

сятся к специализированным и специальным? 6. Какие максимальные нагрузки

на ось грузового автомобиля приняты в России? 7. Что такое колесная формула?

8. Как строится система индексации автомобилей, прицепов и полуприцепов?

9. Какие компоновочные схемы автомобилей и автобусов вы знаете и чем они оп-

ределяются? 10. Какие квалификационные признаки используют при составлении

типажа автомобилей?

Раздел II

ДВИГАТЕЛЬ

•

Глава 3

ОБЩЕЕ УСТРОЙСТВО И РАБОТА ДВИГАТЕЛЕЙ

ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

3.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Двигатель

—

машина, преобразующая какой-либо вид энергии

в механическую работу. На большинстве современных автомоби-

лей установлены тепловые поршневые двигатели внутреннего сго-

рания (ДВС). Теплота, выделяющаяся при сгорании топлива в их

цилиндрах, преобразуется в механическую работу.

Двигатель является источником механической энергии, кото-

рая необходима для движения автомобиля.

Классификация двигателей. ДВС классифицируют по следую-

щим признакам:

по назначению

—

транспортные и стационарные;

способу осуществления рабочего цикла

—

четырех- и двухтак-

тные;

способу смесеобразования

—

с внешним смесеобразованием (бен-

зиновые и газовые) и внутренним смесеобразованием (дизели);

способу воспламенения рабочей смеси

—

с принудительным вос-

пламенением от электрической искры (бензиновые, газовые и др.) и

воспламенением от сжатия, т. е. с самовоспламенением (дизели);

виду применяемого топлива

—

работающие на бензине, тяже-

лом дизельном топливе (дизели), сжатом или сжиженном газе, дру-

гих видах топлива;

числу цилиндров

—

одно- и многоцилиндровые (двух-, трех-, че-

тырех», шести-, восьмицилиндровые и т.д.);

расположению цилиндров

—

однорядные с вертикальным распо-

ложением цилиндров или с наклоном оси цилиндров к вертикали

на 20...40°; V-образные двухрядные с расположением цилиндров под

углом и оппозитные с противоположным горизонтальным распо-

ложением цилиндров под углом 180°;

способу наполнения цилиндров свежим зарядом

—

без наддува

(наполнение осуществляется за счет разрежения, создаваемого в

цилиндре при движении поршня от в.м.т. к н.м.т.) и с наддувом

(наполнение цилиндра свежим зарядом происходит под давлени-

ем, которое создается компрессором);

способу охлаждения

—-

жидкостным

воздушным

охлаждением.

Составные части двигателей. Поршневой двигатель внутреннего

сгорания состоит из механизмов кривошипно-шатунного и газо-

распределения и систем охлаждения, смазочной, питания, зажига-

ния, пуска.

Кривошипно-шатунный механизм (КШМ)

воспринимает давление газов и преобразует прямолинейное воз-

вратно-поступательное движение поршня во вращательное движе-

ние коленчатого вала.

Механизм газораспределения (ГРМ) предназ-

начен для своевременного открытия и закрытия клапанов, что не-

обходимо для впуска в цилиндр горючей смеси (карбюраторные и

газовые двигатели) или воздуха (дизели) и выпуска отработавших

газов.

Система питания служит для подачи отдельно топли-

ва и воздуха в цилиндры дизеля или приготовления горючей смеси

из мелко распыленного топлива и воздуха и подачи смеси в ци-

линдры карбюраторного или газового двигателя.

Система охлаждения обеспечивает нормальный

тепловой режим двигателя.

Смазочная система служит для подачи смазочного

материала к трущимся поверхностям с целью уменьшения трения,

снижения износа и отвода теплоты от контактирующих поверхно-

стей.

Система зажигания обеспечивает воспламенение

рабочей смеси в карбюраторных и газовых двигателях.

Система пуска служит для вращения коленчатого вала

двигателя при его пуске.

Основные понятия и определения. Основные параметры двигате-

ля: диаметр цилиндра, ход поршня и чис-

ло цилиндров.

При одном обороте коленчатого вала

двигателя (рис. 3.1) поршень делает один

ход вниз и один ход вверх. Изменение на-

правления движения поршня в цилиндре

происходит в двух крайних точках, назы-

ваемых мертвыми. Крайнее верхнее поло-

жение поршня считают верхней

мертвой точкой (в.м.т.), крайнее

нижнее его положение —н и ж н е й

мертвой точкой (н.м.т.).

Расстояние, проходимое поршнем от

в.м.т. до н.м.т., называется ходом

Рис. 3.1. Схема для определения основных парамет-

ров двигателя

поршня S, который равен удвоенному радиусу R кривошипа:

S= 2R. При перемещении поршня от одной мертвой точки до дру-

гой коленчатый вал поворачивается на угол 180

, т.е. совершает

половину оборота.

Пространство над днищем поршня при нахождении его в в.м.т.

представляет собой камеру сгорания. Ее объем обозна-

чают V

. Пространство цилиндра между двумя мертвыми точками

(н.м.т. и в.м.т.) называют рабочим объемом и обознача-

ют

Сумма объема камеры сгорания

и рабочего объема

со-

ставляет полный объем цилиндра, обозначаемый V

Рабочий объем цилиндра, см

или л,

= ntfS/4,

где D— диаметр цилиндра, см или дм.

Сумму всех рабочих объемов цилиндров многоцилиндрового

двигателя называют рабочим объемом двигателя или литра-

жом:

где /

—

число цилиндров.

Отношение полного объема цилиндра V

к объему камеры сго-

рания V

представляет собой степень сжатия:

z=VJV

или e = (V

)/V

Степень сжатия

—

это безразмерная величина, показывающая,

во сколько раз уменьшается объем рабочей смеси или воздуха, на-

ходящихся в цилиндре, при перемещении поршня от н.м.т. к

в.м.т. Чем выше степень сжатия, тем больше температура и давле-

ние рабочей смеси в конце сжатия.

С увеличением степени сжатия повышаются мощность и топ-

ливная экономичность двигателя. Однако повышение степени

сжатия карбюраторных двигателей возможно лишь до определен-

ных значений, выше которых возникают преждевременное само-

воспламенение и взрывное сгорание (детонация) рабочей смеси,

что снижает работоспособность двигателя.

Различные виды жидких и газообразных топлив имеют разные

температуры самовоспламенения, поэтому вид топлива, на кото-

ром работает двигатель, определяет пределы его степени сжатия.

Автомобильные двигатели, работающие на бензине (карбюратор-

ные двигатели), имеют степень сжатия в пределах 6...10, на газе

—

7...9, а дизели

—

15...20.

3.2. РАБОЧИЕ ЦИКЛЫ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Рабочий цикл двигателя

—

это комплекс последовательных про-

цессов внутри цилиндра, в результате которых энергия топлива

преобразуется в механическую работу.

Такт

—

это часть рабочего цикла, происходящая за время дви-

жения поршня от одной мертвой точки до другой, т. е. за один ход

поршня.

Двигатели, в которых рабочий цикл совершается за два оборота

коленчатого вала или за четыре хода поршня, называют четырех-

тактными. Двигатели, в которых рабочий цикл совершается за

один оборот коленчатого вала или за два хода поршня, называют

двухтактными.

Рабочий цикл карбюраторного четырехтактного двигателя состо-

ит из последовательно происходящих тактов впуска, сжатия, рас-

ширения и выпуска.

Такт впуска (рис. 3.2, а). Поршень 6 движется от в.м.т.

к н.м.т., создавая разрежение в полости цилиндра J над поршнем.

Впускной клапан 1 открыт, и цилиндр через впускную трубу и

карбюратор сообщается с атмосферой. Под действием разности

давлений в атмосфере и цилиндре воздух, проходя через карбюра-

тор, распыляет топливо и, смешиваясь с ним, образует горючую

смесь. Цилиндр 3 заполняется горючей смесью после прихода пор-

шня в н.м.т. К этому моменту времени впускной клапан закрыва-

ется.

В начале такта впуска, когда поршень был в в.м.т., над порш-

а б в г

Рис. 3.2. Рабочий цикл одноцилиндрового четырехтактного карбюраторного

двигателя:

а —такт впуска; б— такт сжатия; в —такт расширения; г —такт выпуска;

—впускной кла-

пан; 2—искровая с веча зажигания; 3— цилиндр; 4— шатун; 5—коленчатый вал; б—пор-

шень; 7— выпускной клапан

нем в объеме камеры сжатия находились остаточные продукты

сгорания от предыдущего цикла. Горючая смесь, заполняя ци-

линдр, перемешивается с остаточными газами и образует рабочую

смесь. Давление в конце такта впуска 0,07...0,09 МПа, температура

рабочей смеси 330...390 К.

Такт сжатия (рис. 3.2, б). При дальнейшем повороте ко-

ленчатого вала 5 поршень движется от н.м.т. к в.м.т. При этом

впускной

и выпускной 7клапаны закрыты. Поршень в процессе

движения сжимает находящуюся в цилиндре рабочую смесь. В

такте сжатия составные части рабочей смеси хорошо перемешива-

ются и нагреваются. Давление в конце сжатия увеличивается до

0,9...1,2 МПа, а температура

—

до 500...700 К. В конце такта сжа-

тия на электродах свечи 2 создается электрическая искра, от кото-

рой рабочая смесь воспламеняется. В процессе сгорания топлива

выделяется большое количество теплоты, в результате чего темпе-

ратура газов повышается до 2700 К, а давление

—

до 3,0...4,5 МПа.

Такт расширения {рабочий ход) (рис. 3.2, в). Оба кла-

пана закрыты. Под давлением расширяющихся газов поршень

движется от в.м.т. к н.м.т. и через шатун 4 приводит во вращение

коленчатый вал 5, совершая полезную работу. К концу рабочего

хода давление уменьшается до 0,3...0,4 МПа, а температура

—

до

1200... 1500

К.

Такт выпуска (рис. 3.2, г). Когда поршень 6 подходит к

н.м.т., открывается выпускной клапан 7и отработавшие газы под

действием избыточного давления начинают выходить из цилиндра

в атмосферу через выпускную трубу. Далее поршень движется от

н.м.т. к в.м.т. и выталкивает из цилиндра отработавшие газы. К

концу такта выпуска давление в цилиндре составляет

0,11...0,12 МПа, а температура - 700...

1100

К.

Далее рабочий цикл повторяется.

Рабочий цикл четырехтактного дизеля. В отличие от карбюра-

торного двигателя в цилиндр дизеля воздух и топливо вводятся

раздельно.

Такт впуска (рис. 3.3, а). Поршень 5 движется от в.м.т.

к н.м.т., впускной клапан 1 открыт. В цилиндр 4 под действием

перепада давления в атмосфере и цилиндре поступает воздух, пе-

ремешиваясь с остаточными газами. Давление в конце такта

0,08...0,09 МПа, температура воздуха 320...340 К.

Такт сжатия (рис. 3.3, б). Оба клапана закрыты. Пор-

шень 5 движется от н.м.т. к в.м.т., сжимая воздух. Вследствие

большой степени сжатия (14...

18)

давление в конце этого такта

достигает 3,5...4 МПа, а температура

—

750...950 К (превышает

температуру самовоспламенения топлива). При положении порш-

ня, близком к в.м.т., в цилиндр через форсунку 2 впрыскивается

жидкое топливо, подаваемое насосом 6 высокого давления. Фор-

сунка обеспечивает тонкое распыление топлива в сжатом воздухе.

Топливо, впрыснутое в цилиндр, смешивается с нагретым возду-

а б в г

Рис. 3.3. Рабочий цикл одноцилиндрового четырехтактного дизеля:

а —такт впуска; б—такт сжатия; в —такт расширения; г —такт выпуска; /

—

впускной кла-

пан; 2— форсунка; 3— выпускной клапан; — цилиндр; 5— поршень; б—топливный насос

высокого давления

хом и остаточными газами, образуя рабочую смесь. Большая часть

топлива воспламеняется и сгорает. Температура газов достигает

1900...2400 К, а давление — 5,5...9 МПа.

Такт расширения {рабочий ход) (рис. 3.3, в). Оба кла-

пана закрыты. Поршень 5 под давлением расширяющихся газов

движется от в.м.т. к н.м.т. и через шатун вращает коленчатый вал,

совершая полезную работу. В начале такта сгорает остальная часть

топлива. К концу рабочего хода давление газов уменьшается до

0,2...0,3 МПа, температура

—

до 900..Л200 К.

Такт выпуска (рис. 3.3, г). Выпускной клапан 3 откры-

вается. Поршень 5 движется от н.м.т. к в.м.т. и через открытый

клапан выталкивает отработавшие газы из цилиндра в атмосферу.

К концу такта давление газов 0,11...0,12 МПа, температура

650...900 К.

Далее рабочий цикл повторяется.

В течение рабочего цикла описанных двигателей только при

рабочем ходе поршень перемещается под давлением газов и по-

средством шатуна приводит во вращательное движение коленча-

тый вал. При выполнении остальных тактов (выпуска, впуска и

сжатия) поршень нужно перемещать, вращая коленчатый вал. Это

вспомогательные такты, которые осуществляются за счет кинети-

ческой энергии, накопленной маховиком во время рабочего хода.

Маховик, обладающий значительной массой, крепят на конце ко-

ленчатого вала.

Рабочий цикл двухтактного карбюраторного двигателя. Наиболее

часто применяют двухтактные карбюраторные двигатели с криво-

шипно-камерной продувкой. В стенке цилиндра двигателей этого

типа выполнены три окна: впускное, продувочное и выпускное.

Картер (кривошипная камера) двигателя непосредственно с ат-

мосферой не сообщен. Впускное окно соединено с карбюратором,

а продувочное

—

через канал с кривошипной камерой двигателя.

Рабочий цикл двухтактного карбюраторного двигателя проис-

ходит следующим образом. Поршень движется от н.м.т. к в.м.т.,

перекрывая в начале хода продувочное окно, а затем выпускное.

После этого в цилиндре начинается сжатие находящейся в нем ра-

бочей смеси. В то же время в кривошипной камере создается раз-

режение, и как только нижняя кромка поршня откроет впускное

окно, через него из карбюратора в кривошипную камеру будет за-

сасываться горючая смесь.

При положении поршня, близком к в.м.т., сжатая рабочая

смесь воспламеняется электрической искрой от свечи. При сгора-

нии смеси давление газов резко возрастает. Под давлением газов

поршень перемещается к н.м.т. Как только он закроет впускное

окно, в кривошипной камере начинается сжатие ранее поступив-

шей сюда горючей смеси.

В конце хода поршень открывает выпускное, а затем и проду-

вочное окно. Через открытое выпускное окно отработавшие газы с

большой скоростью выходят в атмосферу. Давление газов в ци-

линдре падает. К моменту открытия продувочного окна давление

сжатой горючей смеси в кривошипной камере становится выше,

чем давление отработавших газов в цилиндре. Поэтому горючая

смесь из кривошипной камеры по каналу поступает в цилиндр и,

заполняя его, выталкивает остатки отработавших газов через вы-

пускное окно наружу. В дальнейшем все процессы повторяются в

той же последовательности.

Рабочий цикл двухтактного дизеля аналогичен рабочему циклу

двухтактного карбюраторного двигателя, отличаясь лишь тем, что

в цилиндр поступает не горючая смесь, а чистый воздух от специ-

ального нагнетателя и в конце процесса сжатия впрыскивается

топливо, которое воспламеняется от соприкосновения с воздухом,

имеющим высокую температуру.

Сравнение показателей дизелей и карбюраторных двигателей. Ди-

зель по сравнению с карбюраторным двигателем имеет следующие

преимущества: для выполнения единицы работы расходуется в

среднем на 25...30% (по массе) меньше топлива; используемое

топливо дешевле и менее огнеопасно. Хорошие экономические

показатели дизелей обеспечили им широкое применение.

Однако вследствие более высокого давления газов в цилиндре

дизеля некоторые детали его должны быть повышенной прочнос-

ти, что приводит к увеличению размеров и массы дизеля. Пуск его

затруднен, особенно в зимнее время.