Tags: техника средств транспорта автодорожный транспорт
ISBN: 978-985-895-047-7
Text
A. M. Тихонович
К. В. Буйкус
УСТРОЙСТВО АВТОМОБИПЕЙ
Утверждено Министерством образования Республики Беларусь
в качестве учебника для учащихся учреждений
образования, реализующих образовательные программы
профессионально-технического образования по специальности
«Эксплуатация и ремонт автомобилей»
2-е издание, стереотипное
учебной книаи
и средств обучения!
РИНО,
Минск
РИПО
2022
УДК 629.1(075.32)
ББК 39.33-04я722
Т46
Авторы:
заместитель директора по УПР УО «Могилевский
государственный машиностроительный профессионально-
технический колледж» А. М. Тихонович;
доцент кафедры «Техническая эксплуатация автомобилей»
Белорусского национального технического университета
кандидат технических наук, доцент К. В. Буйкус.
Рецензенты:
цикловая комиссия «Техническая эксплуатация автомобилей
и автосервис» филиала «Минский государственный автомеханический
колледж имени академика М. С. Высоцкого» УО РИПО (И. Н. Лущиц);
заведующий кафедрой «Техническая эксплуатация автомобилей»
УО «Брестский государственный технический университет»
кандидат технических наук, доцент С. В. Монтик.
Все права на данное издание защищены. Воспроизведение всей книги или любой
ее части не может быть осуществлено без разрешения издательства.
Выпуск издания осуществлен при финансовой поддержке Министерства образо-
вания Республики Беларусь.
Тихонович А. М.
Т46 Устройство автомобилей : учеб. / А. М. Тихонович, К. В. Буй-
кус. — 2-е изд., стер. - Минск : РИПО, 2022. - 303 с. : ил.
ISBN 978-985-895-047-7.
Представлены основные сведения об устройстве автомобилей. Рассмо-
трены механизмы и системы двигателей внутреннего сгорания, электро-
оборудование, элементы трансмиссии, ходовой части, системы управле-
ния, несущей системы, системы отопления, вентиляции и кондициониро-
вания. Подробно описаны конструктивные особенности автоматической
коробки передач, антиблокировочной системы тормозов, разновидности
подвески, рулевых механизмов.
Предназначено для учащихся учреждений профессионально-техниче-
ского образования, получающих специальность «Эксплуатация и ремонт
автомобилей».
УДК 629.1(075.32)
ББК 39.33-04я722
ISBN 978-985-895-047-7
© Тихонович А. М., Буйкус К. В., 2019
© Оформление. Республиканский институт
профессионального образования, 2019
1. ОБЩЕЕ УСТРОЙСТВО И КЛАССИФИКАЦИЯ
АВТОМОБИЛЕЙ
Автомобиль — сложная машина, состоящая из совокупности
механизмов и систем. Конструкции их могут быть различными.
Однако у большинства автомобилей принципы устройства и дей-
ствия основных механизмов одинаковы. Много общего имеют
также компоновки автомобилей, зависящие от их назначения и
взаимного расположения механизмов.
Автомобильный завод обычно выпускает семейство автомо-
билей. собираемых из одинаковых агрегатов и механизмов. Мо-
дель, принимаемая за основную, является базовой. Другие моде-
ли, отличающиеся от базовой специализированным назначением
или агрегатами, называются модификациями.
Общее устройство автомобилей. Каждый автомобиль имеет
типовую конструкцию и состоит из агрегатов, механизмов и си-
стем, которые образуют три его основные части: шасси, кузов,
двигатель (см. рис.).
Шасси объединяет такие группы деталей, механизмов и си-
стем, как трансмиссия, несущая система, мосты, подвеска, коле-
са, рулевое управление и тормозная система.
Трансмиссия служит для передачи крутящего момента от
двигателя к колесам ведущих мостов; кроме того, трансмиссия
изменяет крутящий момент по величине и направлению. Транс-
миссия состоит из сцепления, коробки передач, карданной пере-
дачи, а также одного или нескольких ведущих мостов.
Ходовая часть включает в себя раму, рессоры, амортизаторы,
заднюю и переднюю передачи, колеса и шины.
Механизмы управления дают возможность изменять скорость
и направление движения, а также останавливать автомобиль и
удерживать его на месте. Механизмы управления включают в
себя тормозную систему и рулевое управление.
3
1. Общее устройство и классификация автомобилей
А 4 й 4
Двигатель
Шасси Электрооборудование Кузов
♦
Кабина
Грузовая
платформа
*
Оперение
Трансмиссия Ходовая часть
Сцепление
Коробка передач
Раздаточная
коробка
Карданная
передача
Главная передача
Дифференциал
Полуоси
Рама
Балки мостов
Подвеска
Колеса
и шины
Механизмы
управления
♦
Рулевое
управление
Тормозное
управление
Дополнительное
оборудование
I
Система
регулирования
давления
внутри шин
Лебедка
т *
Тягово-сцепное
устройство
Отопитель
Коробка отбора мощности
Подъемник запасного колеса
Стеклоочистители
Стеклоомыватель
Рис. Общее устройство автомобиля
Кузов является одной из самых дорогостоящих частей авто-
мобиля. Кузов грузового автомобиля состоит из кабины водителя
и платформы для размещения груза. К кузову также относятся
крылья, облицовка, капот и брызговики.
Легковые автомобили имеют несущий кузов, к которому кре-
пятся все агрегаты и механизмы.
Кузов автобуса представляет собой салон, который служит
для размещения пассажиров.
Классификация автомобилей. Все автомобили классифици-
руют:
по назначению'.
— на пассажирские (легковые — от 2 до 8 человек, автобу-
сы — более 8 человек);
— грузовые:
общего назначения (имеют неопрокидывающийся кузов
и применяются для перевозки грузов всех видов, кроме
жидких и без тары;
специализированные (самосвалы, цистерны; имеют ку-
зов, приспособленный для перевозки грузов опреде-
ленных видов);
4
1. Общее устройство и классификация автомобилей
тягачи (предназначены для постоянной работы с при-
цепами или полуприцепами: автомобиль-тягач в соеди-
нении с прицепом называют автопоездом);
— специальные;
проходимости'.
— ограниченной (обычной) проходимости (используются в
основном для движения по дорогам и шоссе, имеют колесную
формулу 4x2, 6x4 и т. д.);
— повышенной проходимости (полноприводные, со всеми
ведущими колесами, оборудованные системой регулирования
воздуха в шинах, лебедкой, шинами специального профиля; име-
ют колесную формулу 4x4. 6x6, 8x8 и т. д.);
- высокой проходимости (обычно обладают плавучестью
или выполнены сочлененно либо оборудованы специальными
шинами);
типу двигателя’.
— бензиновые;
— дизельные;
— газогенераторные;
— газобаллонные;
— гибридные;
— электрические (электромобили).
Классы легковых автомобилей. Класс автомобилей — это тер-
мин, используемый для отличия типов транспортных средств.
Согласно европейской классификации легковые автомобили под-
разделяются на следующие классы:
А, или особо малый класс; автомобили класса А обычно име-
ют длину не более 3,6 м и все без исключения — кузов хэтчбек
(Smart, Ford Ка и др.);
В, или малый класс, — с габаритными размерами автомо-
билей 3,6...3,9 м и кузовами хэтчбек, седан или универсал (Fiat
Punto, Opel Corsa);
С, или малый средний класс (компакт-класс, гольф-класс), —
с габаритными размерами 3,9...4,4 м и кузовом хэтчбек (VW Golf,
Opel Astra);
D. или средний класс, — с габаритными размерами автомо-
билей 4.4...4,7 м и кузовами хэтчбек, седан или универсал (VW
Passat, Audi А4);
Е, или бизнес-класс, — отличается высоким уровнем ком-
форта, просторным салоном и большим списком опций уже в
5
1. Общее устройство и классификация автомобилей
базовой комплектации; основной кузов — седан (Mercedes Benz
Е-класса, BMW 5 серии);
Е или представительский класс, — обладает длиной кузова
свыше 5 м; двигатели этого класса имеют шесть и более цилин-
дров (BMW 7 серии, Mercedes Benz S-класса);
S — купе, кабриолеты и родстеры;
М — минивэны;
Р - пикапы;
J - внедорожники.
Классификация легковых автомобилей по типу кузова. Типы
кузовов легковых автомобилей делятся на три группы: однообъ-
емные, двухобъемные, трехобъемные. Под объемностью кузова
понимают совмещенность (раздельность) моторного отсека, пас-
сажирского салона и багажника.
К однообъемным кузовам относятся модели микроавтобусов
различных размеров:
минивэн — это закрытый 4—5-дверный кузов с коротким ка-
потом (полукапотная компоновка) или без него, обычно с тремя
рядами сидений;
компактвэн — уменьшенная модель минивэна. Длина такого
кузова варьируется от 4,2 до 4,5 м. Некоторые компактвэны име-
ют третий ряд сидений;
микровэн - однообъемный кузов с колесной базой до 2630 мм.
Он меньше минивэна.
Двухобъемный кузов отличается общим объемом салона и ба-
гажника, дверца которого открывается вместе со стеклом и счи-
тается еще одной дверью. В эту группу входят:
хэтчбек — грузопассажирский кузов, оборудованный грузо-
вой дверью в задней части кузова с наклонной задней стенкой и
багажником (общее число дверей три или пять);
универсал — имеет постоянный грузовой отсек, который вы-
полнен заодно с пассажирским салоном. Задняя дверь грузовая,
расположена почти перпендикулярно крыше автомобиля и зем-
ной поверхности;
фургон — имеет цельнометаллический грузопассажирский
кузов позади пассажирской кабины;
пикап — закрытая кабина и открытая платформа для грузов
с откидным задним бортом. Платформа может иметь жесткий
или мягкий верх. Кузов с жестким верхом платформы называется
фургоном;
6
1. Общее устройство и классификация автомобилей
фастбек — кузов, у которого крыша плавно спускается к
заднему бамперу, а сама задняя дверь отсутствует (вместо нее
крышка багажника, такая же, как у седана).
Трехобъемные кузова отличаются выступающим багажником
и капотом. К этой группе относятся:
купе — тип закрытого кузова легкового автомобиля с одним
или двумя рядами сидений и двумя или (реже) тремя дверями
(третья располагается сзади и объединена с багажником). Второй
ряд сидений часто имеет стесненные посадочные места;
седан — классический пассажирский кузов с двумя или тремя
рядами сидений, с двумя (такой седан называется тудор) или че-
тырьмя дверями. Седан может быть исполнен без центральных стоек
либо с боковыми стеклами без наружных рамок (седан-хардтоп);
кабриолет — кузов автомобиля, у которого складная мягкая
или металлическая (купе-кабриолет) крыша и подъемные боко-
вые стекла;
родстер — тот же кабриолет, но без задних сидений. Это двух-
местный кузов с мягкой складной крышей, боковые подъемные
стекла отсутствуют;
комби — кузов автомобиля, имеющий заднюю дверь, пред-
назначенную для погрузки грузов, т. е. комбинированный кузов
седана и универсала;
лимузин — кузов на базе легкового автомобиля высшего клас-
са с удлиненной базой. Отличительная черта лимузинов - нали-
чие перегородки между задними сиденьями и водителем;
внедорожник — кузов легкового автомобиля повышенной про-
ходимости. По сути, это автомобиль с кузовом универсал уве-
личенной высоты на полноприводном шасси с увеличенным до-
рожным просветом;
кроссовер — хэтчбек с большими колесами и большим кли-
ренсом. Кроссовер отличается от внедорожника меньшим кли-
ренсом.
й Вопросы для самоконтроля
1. Назовите основные элементы автомобиля.
2. Изложите классификацию автомобилей.
3. Охарактеризуйте классы автомобилей.
4. Дайте сравнительную характеристику кузовам легковых автомо-
билей.
7
2. ОБЩЕЕ УСТРОЙСТВО И МЕХАНИЗМЫ ДВИГАТЕЛЕЙ
Основным видом автомобильного двигателя в настоящее
время является двигатель внутреннего сгорания (ДВС). Двигате-
лем внутреннего сгорания называется тепловая машина, преоб-
разующая химическую энергию топлива в механическую работу.
Различают следующие основные типы ДВС: поршневой, ро-
торно-поршневой и газотурбинный.
Наибольшее распространение получил поршневой ДВС, об-
ладающий такими достоинствами, как автономность, универ-
сальность (сочетание с различными потребителями), невысокая
стоимость, компактность, малая масса, возможность быстрого
запуска, многотопливность.
Вместе с тем двигатели внутреннего сгорания имеют ряд су-
щественных недостатков: высокий уровень шума, большая часто-
та вращения коленчатого вала, токсичность отработавших газов,
невысокий ресурс, низкий коэффициент полезного действия.
2.1. Классификация двигателей внутреннего сгорания
Двигатели внутреннего сгорания классифицируют:
по применяемому топливу:
— бензиновый (с воспламенением от электрической ис-
кры);
- дизельный (с воспламенением от высокой температуры
сжатого воздуха);
— газовый (работающий на газе);
— комбинированный (газодизельный);
системе охлаждения:
— жидкостная;
— воздушная;
— комбинированная;
8
2.1. Классификация двигателей внутреннего сгорания
количеству рабочих тактов'.
— двухтактные,
— четырехтактные;
расположению клапанного механизма’.
— над головкой блока (Overhead Camshaft (ОНС)):
- над головкой устанавливаются только клапаны, в то вре-
мя как распределительный вал монтируется в корпусе блока ци-
линдров (Overhead Valve (OHV));
количеству цилиндров: 2, 3, 4. 5, б, 8 и более;
характеру движения рабочих частей:
— двигатели с возвратно-поступательным движением пор-
шней;
— роторно-поршневые двигатели (двигатели Ванкеля);
способу смесеобразования:
— с внешним смесеобразованием (вне камеры сгорания,
преимущественно бензиновые двигатели);
— с внутренним смесеобразованием (в камере сгорания,
преимущественно дизельные двигатели);
способу наполнения цилиндров:
— двигатели без наддува;
— двигатели с наддувом;
конструктивному расположению цилиндров (рис. 2.1):
— рядный;
- V-образный;
— оппозитный;
— звездообразный.
Рис. 2.1. Виды двигателей по конструктивному
расположению цилиндров:
а — рядный; б — V-образный; в — оппозитный;
г - звездообразный
9
2. Общее устройство и механизмы двигателей
В рядном двигателе цилиндры расположены в линию. Ряд-
ные двигатели имеют довольно легкий и компактный блок ци-
линдров, а также общую головку блока.
В V-образном двигателе цилиндры расположены под углом
друг к другу. Такие двигатели имеют 6, 8, 10, 12 цилиндров.
В оппозитном двигателе цилиндры расположены напротив
друг друга; поршни движутся навстречу друг другу или в прямо
противоположных направлениях.
Двигатели с звездообразным расположением цилиндров при-
меняются в самолетостроении.
Двигатель в автомобиле может конструктивно устанавли-
ваться вдоль направления движения (продольное расположение)
и поперек (поперечное расположение). Поперечное расположение
двигателя позволяет уменьшать размеры моторного отсека авто-
мобиля. Кроме того, двигатель может располагаться во фронталь-
ной части, посередине и в задней части кузова автомобиля. Рас-
положение двигателя в середине кузова применяется в основном
в автомобилях спортивного класса.
Ё Вопросы лля самоконтроля
1 . Классифицируйте двигатели внутреннего сгорания по основным
типам.
2 . Перечислите достоинства поршневых ДВС.
3 . Опишите расположение цилиндров в двигателях различных
типов.
2.2. Основные параметры двигателей
Двигатель состоит из цилиндра и картера, который снизу за-
крыт поддоном (рис. 2.2). Внутри цилиндра перемещается пор-
шень с компрессионными (уплотнительными) кольцами, имею-
щий форму стакана с днищем в верхней части. Поршень через
поршневой палец и шатун связан с коленчатым валом, который
вращается в коренных подшипниках, расположенных в карте-
ре. Коленчатый вал состоит из коренных шеек, шек и шатунной
шейки. Цилиндр, поршень, шатун и коленчатый вал составляют
так называемый кривошипно-шатунный механизм, преобразую-
щий возвратно-поступательное движение поршня во вращатель-
ное движение коленчатого вала.
10
22. Основные параметры двигателей
Сверху цилиндр накрыт головкой с клапанами, открытие и
закрытие которых строго согласовано с вращением коленчатого
вала, а следовательно, и с перемещением поршня.
11 10 9
Рис. 2.2. Схема поршневого двигателя внутреннего сгорания
(продольный вид):
1 — головка цилиндра; 2 — кольцо; 3 — палец; 4 - поршень;
5— цилиндр; 6- картер; 7— маховик; 8 — коленчатый вал;
9 - поддон; 10 - щека; 11 - шатунная шейка; 12 - коренной
подшипник; 13 — коренная шейка; 14 — шатун;
15, 17- клапаны; 16- форсунка
Преобразование химической энергии топлива, сжигаемого в
цилиндре двигателя, в механическую работу совершается с по-
мощью газообразного тела — продуктов сгорания жидкого или
газообразного топлива. Под действием давления газов поршень
совершает возвратно-поступательное движение, которое преоб-
разуется во вращательное движение коленчатого вала с помощью
кри воши пно-шатунного механизма.
11
2. Общее устройство и механизмы двигателей
Безостановочное движение поршня через мертвые точки обе-
спечивается маховиком, имеющим форму диска.
За один оборот коленчатого вала поршень дважды будет на-
ходиться в крайних положениях, где изменяется направление его
движения (рис. 2.3). Эти положения поршня принято называть
мертвыми точками, так как усилие, приложенное к поршню в
этот момент, не может вызвать вращательного движения колен-
чатого вала.
Рис. 2.3. Схема поршневого двигателя внутреннего
сгорания (поперечный вид)
Перемещение поршня ограничивается двумя крайними поло-
жениями, при которых его скорость равна нулю: верхней мертвой
точкой (ВМТ), соответствующей наибольшему удалению поршня
от вала, и нижней мертвой точкой (НМТ). соответствующей наи-
меньшему удалению его от вала.
Расстояние, проходимое поршнем между мертвыми точками,
называется ходом поршня 5, а расстояние между осями коренных
и шатунных шеек - радиусом кривошипа R. Ход поршня равен
двум радиусам кривошипа: 5 = 2R.
Каждому ходу поршня соответствует поворот коленчатого
вала на 180°.
12
2.3. Рабочий цикл четырехтактного двигателя внутреннего сгорания
Перемещение поршня в цилиндре вызывает изменение объ-
ема надпоршневого пространства. Объем внутренней полости
цилиндра при положении поршня в ВМТ называют объемом ка-
меры сгорания К
Объем цилиндра, образуемый поршнем при его перемеще-
нии между мертвыми точками, называется рабочим объемом ци-
линдра Vh,
Vh = —S, (2.1)
h 4
где D — диаметр цилиндра, мм; 5*— ход поршня, мм.
Объем надпоршневого пространства при положении поршня
в НМТ называют полным объемом цилиндра И.
= + (2.2)
Рабочий объем двигателя представляет собой произведение
рабочего объема цилиндра на число цилиндров.
Отношение полного объема цилиндра И к объему камеры
сгорания И называют степенью сжатия.
При перемещении поршня в цилиндре, кроме изменения
объема рабочего тела, изменяются его давление, температура, те-
плоемкость, внутренняя энергия.
В Вопросы лая самоконтроля
1. Перечислите основные конструктивные элементы двигателя.
2. Какие положения поршня называют мертвыми точками?
3. Сформулируйте определения основных параметров двигателя.
2.3. Рабочий цикл четырехтактного двигателя внутреннего
сгорания
Рабочий цикл — это комплекс последовательных рабочих
процессов, периодически повторяющихся в каждом цилиндре
при работе двигателя.
13
2. Общее устройство и механизмы двигателей
Рабочий процесс, происходящий в цилиндре за один ход
поршня, называется тактом.
За каждый такт работы двигателя коленчатый вал поворачи-
вается на пол-оборота.
Рабочий цикл четырехтактного бензинового двигателя с карбю-
раторной системой питания и системой впрыска топлива во впуск-
ной коллектор состоит из следующих тактов.
Первый такт — впуск горючей смеси (рис. 2.4).
Впуск Сжатие Рабочий ход Выпуск
Рис. 2.4. Рабочий пикт четырехтактного бензинового ДВС
Горючей смесью называется смесь топлива с воздухом в опре-
деленной пропорции.
При такте впуска поршень от ВМТ перемешается к НМТ.
Объем над поршнем увеличивается. Цилиндр заполняется горю-
чей смесью через открытый впускной клапан. Впуск смеси про-
должается до тех пор, пока поршень не дойдет до нижней мерт-
вой точки.
В процессе заполнения цилиндра горючая смесь перемеши-
вается с остатками отработавших газов и меняет свое название,
теперь эта смесь называется рабочей.
Второй такт — сжатие рабочей смеси. При такте сжатия
поршень от НМТ перемещается к ВМТ. Оба клапана плотно за-
крыты, поэтому рабочая смесь сжимается.
Третий такт — рабочий ход. Во время третьего такта
происходит принудительное воспламенение рабочей смеси, при
этом происходит преобразование выделяемой при сгорании ра-
бочей смеси энергии в механическую работу. Давление от рас-
14
2.4. Устройство двигателя внутреннего сгорания
ширяющихся газов передается на поршень и затем через шатун
на коленчатый вал.
Четвертый такт - выпуск отработавших газов. При
движении поршня от НМТ к ВМТ открывается выпускной кла-
пан (впускной все еще закрыт) и отработавшие газы выбрасыва-
ются из цилиндра двигателя.
Рабочий цикл двигателя с впрыском топлива в цилиндры отли-
чается тем, что при такте впуска в цилиндр двигателя поступает
воздух, а не горючая смесь.
Первый такт — впуск. Поршень перемешается от ВМТ
к НМТ. а через открытый впускной клапан в цилиндр поступает
очищенный воздух.
Второй такт - сжатие. Поршень движется от НМТ
к ВМТ, впускной и выпускной клапаны закрыты. Давление и
температура воздуха увеличиваются. В конце такта сжатия через
форсунку в цилиндр под высоким давлением в мелкораспылен-
ном виде впрыскивается порция топлива.
Третий такт — рабочий ход. Впрыснутое топливо от со-
прикосновения с нагретым воздухом испаряется, его пары пере-
мешиваются с нагретым воздухом и либо самовоспламеняются
(дизельное топливо), либо принудительно поджигаются (бензин).
Под действием давления поршень перемешается от ВМТ к НМТ,
совершая полезную работу.
Четвертый такт — выпуск. Поршень перемещается от
НМТ к ВМТ. Через открытый выпускной клапан отработавшие
газы выталкиваются через выпускной трубопровод в окружаю-
щую среду. После этого рабочий цикл двигателя повторяется.
Ё Вопросы лая самоконтроля
1. Опишите рабочий цикл четырехтактного бензинового двигателя с
карбюраторной системой питания и системой впрыска топлива во впуск-
ной коллектор.
2. Чем отличается рабочий цикл двигателя с впрыском топлива в ци-
линдры?
2.4. Устройство двигателя внутреннего сгорания
Поршневой двигатель внутреннего сгорания состоит из двух
механизмов (кривошипно-шатунный и газораспределительный)
и ряда систем (охлаждения, смазки, питания, выпускная и др.).
15
2. Общее устройство и механизмы двигателей
Кривошипно-шатунный механизм служит для преобразова-
ния поступательного движения поршня под действием энергии
расширения продуктов сгорания топлива во вращательное дви-
жение коленчатого вала.
Газораспределительный механизм предназначен для обеспе-
чения своевременной подачи в цилиндры двигателя воздуха или
топливно-воздушной смеси (в зависимости от типа двигателя) и
выпуска из цилиндров отработавших газов.
Основные системы двигателя будут подробно рассмотрены в
главе 3.
2.4.1. Устройство кривошипно-шатунного механизма
Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) преобразует воз-
вратно-поступательное движение поршня во вращательные дви-
жения коленчатого вала (рис. 2.5).
Рис. 2.5. Кривошипно-шатунный механизм:
1 - вкладыш шатунного подшипника; 2 — втулка верхней головки
шатуна; 3 - поршневые кольца; 4 - поршень; 5 - поршневой палец;
6— стопорное кольцо; 7— шатун; 8- коленчатый вал;
9 — крышка шатунного подшипника
16
2.4. Устройство двигателя внутреннего сгорания
Состав поршневой группы представлен на рисунке 2.6.
Рис. 2.6. Детали поршневой группы:
1 — маслосъемное кольцо; 2, 3 — компрессионные кольца;
4 — поршень; 5 - стопорное кольцо; 6 - поршневой палец
Поршень предназначен для превращения изменения давле-
ния газа в механическую работу, или наоборот — повышения
давления за счет возвратно-поступательного движения. Поршень
имеет днише, головку и юбку. Днище поршня — плоской, вогну-
той или выпуклой формы, содержит камеру сгорания. Головка
имеет канавки для поршневых колец (компрессионных и мас-
лосъемных). Компрессионные кольца исключают прорыв газов в
картер двигателя, а маслосъемные — способствуют удалению из-
лишков масла на внутренних стенках цилиндра. В юбке располо-
жены две бобышки, обеспечивающие размещение соединяющего
поршень с шатуном поршневого пальца.
Шатун передает поршневое усилие к коленчатому валу. Ша-
тун имеет два шарнирных соединения в верхней и нижней голов-
ке. В верхней головке и бобышках находится поршневой палец, а
нижняя головка — разборная, для соединения с шатунной шей-
кой коленчатого вала.
Коленчатый вал (рис. 2.7) состоит из шатунных и корен-
ных шеек, соединенных щеками и вращающихся в подшипни-
ках скольжения. Шеки создают противовес шатунным шейкам.
Основная функция коленчатого вала состоит в восприятии уси-
лия от шатуна для преобразования его в крутящий момент. Вну-
три щек и шеек вала предусмотрены отверстия для подачи к шей-
кам под давлением масла системой смазки двигателя.
17
2. Общее устройство и механизмы двигателей
Рис. 2.7. Коленчатый вал:
1 - носок (передний конец вала); 2 - посадочное место звездочки
(шестерни) привода распределительного вала; 3 — отверстие подвода
масла к коренной шейке; 4, 9— противовесы; 5 — шека; 6 — шатунные
шейки; 7~ фланец маховика; 8- отверстие подвода масла к шатунной
шейке; 10, 11 — коренные шейки
Рис. 2.8. Маховик
Рис. 2.9. Блок
цилиндров
Маховик (рис. 2.8) устанавливается на
конце коленчатого вала. На сегодняшний
день находят широкое применение двухмас-
совые маховики, имеющие вид двух упруго
соединенных между собой дисков. Зубчатый
венец маховика принимает непосредственное
участие в запуске двигателя от ведущей ше-
стерни стартера.
Блок цилиндров (рис. 2.9) отливается из
чугуна или сплавов алюминия. В блоке ци-
линдров предусмотрены рубашки охлажде-
ния, постели для подшипников коленчатого
и распределительного валов (для двигателей с
нижним расположением распредвала), а так-
же точки крепления приборов и узлов. Сам
цилиндр выполняет функцию направляющей
для поршней.
Головка блока цилиндров (рис. 2.10) содержит камеру сгорания,
впускные/выпускные каналы, специальные резьбовые отверстия
для свечей системы зажигания, втулки и запрессованные седла.
Герметичность соединения блока цилиндров с головкой обеспе-
чена прокладкой. Кроме того, головка цилиндра закрыта штам-
18
2.4. Устройство двигателя внутреннего сгорания
пованной крышкой, а между ними, как правило, устанавливается
прокладка из маслостойкой резины.
Рис. 2.10. Головка блока цилиндров
2.4.2. Устройство газораспределительного механизма
Газораспределительный механизм (ГРМ) предназначен для
впуска горючей смеси и выпуска отработавших газов.
Процесс газораспределения сводится к синхронному вра-
щению коленчатого вала и распределительного вала, а также к
открыванию впускных и выпускных клапанов в определенном
месте положения поршней.
Общее устройство ГРМ. Конструкции ГРМ с различными
типами привода приведены на рисунке 2.11.
Рис. 2.11. Устройство газораспределительного механизма
с ременным (а), цепным (б) и зубчатым (в) приводом:
1 — шестерня коленчатого вала; 2 — ремень привода; 3 — натяжной
ролик; 4 - шестерня распределительного вала; 5 — цепь привода;
6 — успокоитель цепи; 7— звездочка привода масляного насоса;
8 — башмак; 9 — натяжитель; 10 — шестерня вакуумного насоса;
И — шестерня топливного насоса высокого давления;
12 - шестерня масляного насоса
19
2. Общее устройство и механизмы двигателей
В современных ДВС используется верхнеклапанный меха-
низм (рис. 2.12), который может иметь два варианта конструк-
тивного исполнения:
— с нижним расположением распределительного вала;
- с верхним расположением распределительного вала.
Рис. 2.12. Схемы механизма газораспределения с верхним
расположением клапанов:
а - с нижним расположением распределительного вала; б — с верхним
расположением распределительного вала; 1 - седло; 2 — стержень
клапана; 3 — направляющая втулка; 4 — головка блока цилиндров;
5- пружина: 6- коромысло; 7- ось; 8- контргайка;
9 — регулировочный болт; 10 — стопорное кольцо; 11 — штанга;
12 - сухари; 13 — втулка; 14 — тарелка; 15 — сальник клапана;
16— толкатель; 17 — кулачок
В верхней части блока цилиндров находится головка блока
цилиндров (ГВЦ) с распределительным валом (для двигателя с
20
2.4. Устройство двигателя внутреннего сгорания
его верхним расположением), клапанами, толкателями или ко-
ромыслами. Шкив привода распределительного вала вынесен за
пределы головки.
Распределительный вал (рис. 2.13) представляет собой сту-
пенчатый вал с кулачками. Распределительный вал состоит из
кулачков 3 управления клапанами, опорных шеек 2. На шейке 1
устанавливается приводная шестерня.
Рис. 2.13. Распределительный вал
Кулачки расположены так, что в процессе вращения, сопри-
касаясь с толкателями клапанов, нажимают на них точно в соот-
ветствии с рабочими тактами двигателя.
Распределительный вал дизельных двигателей с насосами-
форсунками имеет по три кулачка на каждый цилиндр: два
крайних для управления клапанами и средний для управления
насосом-форсункой.
В двигателях с двумя распределительными валами (DOHC)
на ряд цилиндров каждый распределительный вал управляет од-
ним типом клапанов: впускными или выпускными.
Клапан открывается под действием коромысла (см. рис. 2.12, а)
или толкателя (рис. 2.12, б). Различают два вида толкателей: толка-
тели, где зазор регулируется калибровочными шайбами, и гидро-
толкатели.
Гидротолкатель — устройство, использующее давление мас-
ла для автоматической регулировки зазоров между клапанами и
распределительными валами (или валом), а также благодаря мас-
лу амортизирующее удар по клапану. Устройство гидротолкателя
показано на рисунке 2.14.
Гидрокомпенсатор является промежуточным звеном между
клапаном и распределительным валом газораспределительного
механизма. Когда кулачок вала не давит на гидравлический ком-
пенсатор. клапан 12 находится в закрытом состоянии под воз-
действием пружины 6.
Пружина плунжера давит на плунжерную пару 3 и 4, и за
счет этого корпус гидрокомпенсатора перемешается к валу, пока
не упрется в него, тем самым делая зазор минимальным.
21
2. Общее устройство и механизмы двигателей
Рис. 2.14. Устройство гидротолкателя:
1 — кулачок распределительного вала; 2 — проточка в теле
гидрокомпенсатора; 3 — втулка плунжера; 4 — плунжер; 5 - пружина
клапана плунжера; 6- пружина ГРМ; 7 - зазор между
гидрокомпенсатором и кулачком распределительного вала;
8 — шарик (клапан); 9 — масляный канал в теле гидрокомпенсатора;
10 — масляный канал в головке блока цилиндров; И — пружина
плунжера; 12 — клапан ГРМ
Давление внутри плунжера осуществляется за счет давления
масла: от двигателя масло движется по каналу 10, затем в канал
самого компенсатора 9, далее через канавку 2 заходит внутрь, где
отгибает клапан 8 и создает давление.
Затем кулачок распределительного вала идет вниз, создавая
давление на гидравлический компенсатор. Масло, которое зашло
внутрь плунжерной пары, создает давление на клапан 8, фактиче-
ски запаковывая его. После запирания компенсатор выступает как
жесткий элемент, который давит на клапан ГРМ. открывая его.
Таким образом, несмотря на тепловое расширение деталей
ГРМ. всегда будет устанавливаться максимально возможный зазор.
Фазы газораспределения двигателя внутреннего сгорания. Ра-
бота ДВС зависит от фаз газораспределения, т. е. от своевремен-
ности открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов.
Задача механизма газораспределения — обеспечить макси-
мальную эффективность наполнения и очистки цилиндра во вре-
мя работы двигателя. От того, насколько точно подобраны фазы
газораспределения, зависят экономичность двигателя, мощность
и крутящий момент.
Горючая смесь (или воздух), поступающая в цилиндры дви-
гателя, и отработавшие газы обладают инерционностью. Поэтому
22
2.4. Устройство двигателя внутреннего сгорания
воздух (горючая смесь) будет продолжать поступать в цилиндр
через открытый впускной клапан в процессе впуска даже тогда,
когда поршень, достигнув НМТ, начнет двигаться вверх в начале
такта сжатия. Это улучшает наполняемость.
Необходимо заранее в конце рабочего хода открыть выпуск-
ной клапан, поскольку поршень уже получил основную энергию
от сгоревшего топлива, а закрыть выпускной клапан лучше после
того, как поршень пройдет ВМТ, в конце такта выпуска.
Моменты открытия и закрытия клапанов, выраженные в
градусах поворота коленчатого вала, называют фазами газорас-
пределения, а их графическое изображение — диаграммой фаз га-
зораспределения (рис. 2.15).
Рис. 2.15. Диаграмма фаз газораспределения
двигателя внутреннего сгорания
Угол на диаграмме, соответствующий периоду одновремен-
ного частичного открытия впускных и выпускных клапанов, на-
зывают углом перекрытия клапанов.
Постоянные фазы не обеспечивают изменения скорости, и
эффективность наполнения цилиндров при различных режимах
работы двигателя неодинакова.
Для работы на холостом ходу необходимы узкие фазы с позд-
ним открытием и ранним закрытием клапанов без перекрытия.
Это дает возможность исключить заброс выхлопных газов во
впускной коллектор и выброс части горючей смеси в выхлопную
трубу.
23
2. Общее устройство и механизмы двигателей
Для работы на максимальной мощности, чтобы прогнать
больший объем газов, необходимы фазы максимально широкие,
так как при повышении частоты вращения коленчатого вала вре-
мя открытия клапанов сокращается.
Изменение фаз газораспределения в процессе работы ЛВС
можно осуществить следующими тремя способами:
1) поворот распределительного вала;
2) применение кулачков разной формы;
3) изменение высоты подъема клапанов.
Система автоматического изменения фаз газораспределения с
помощью поворота распределительного вала. Система автомати-
ческого изменения фаз газораспределения с помощью поворота
распределительного вала (рис. 2.16) работает следующим обра-
зом: на впускном (аналогично и на выпускном) распределитель-
ном валу расположена гидромуфта, которая под контролем блока
управления поворачивает его на заданный угол, тем самым из-
меняя фазу газораспределения.
Рис. 2.16. Устройство системы автоматического изменения фаз
газораспределения с помощью поворота распределительного вала:
1 - электрогидравлические распределители; 2 — корпус
механизма газораспределения; 3 — гидроуправляемая муфта
Гидравлическая муфта (рис. 2.17) состоит из ротора, жестко
закрепленного на распределительном валу, и корпуса муфты, в
качестве которой выступает шкив газораспределения. В роторе
расположены масляные каналы, по которым масло заполняет ка-
меры, образованные между ротором и корпусом. Заполнение той
или иной части камеры приводит к повороту ротора относитель-
но корпуса, что в итоге обеспечивает поворот распределительно-
го вала на необходимый в данный момент угол.
24
2.4. Устройство двигателя внутреннего сгорания
В блок управления (рис. 2.18) по-
ступают основные сигналы параметров
двигателя: частота вращения двигателя,
расход воздуха и его температура, тем-
пература охлаждающей жидкости, дан-
ные с датчиков Холла, установленных
на механизме газораспределения. На
основании этих данных блок управле-
ния посылает сигналы электрогидрав-
лическим распределителям, которые, в
свою очередь, управляют самой гидро-
муфтой под действием давления масла
в системе смазки автомобиля.
Рис. 2.17. Гидравлическая
муфта: 1 — масляные
каналы; 2 - корпус
муфты; 3 — ротор
Рис. 2.18. Схема работы системы автоматического изменения фаз
газораспределения с помощью поворота распределительного вала:
1 — электронный блок управления; 2 — датчик Холла № 1;
3 — датчик Хохла № 2; 4 — впускной распределительный вал;
5 — выпускной распределительный вал; 6 — электрогидравлический
распределитель № 1; 7- электрогидравлический распределитель № 2;
8 - масляный насос; 9 - данные о частоте вращения коленчатого
вала двигателя; 10 — данные о расходе воздуха и его температуре;
11 - данные о температуре охлаждающей жидкости
25
2. Общее устройство и механизмы двигателей
Система автоматического изменения фаз газораспределения
с разной формой кулачков. Система устроена следующим образом:
на каждый цилиндр имеется два впускных клапана /, три коро-
мысла 2 и три кулачка на распределительном валу — два край-
них Годного размера, а третий 5— большего размера, посередине
(рис. 2.19).
Рис. 2.19. Система автоматического изменения фаз
газораспределения с разной формой кулачков
На малой частоте вращения коленчатого вала (рис. 2.19, а)
под воздействием малых кулачков усилие на впускные клапаны
передается через крайние коромысла, обеспечивая их открытие в
данном режиме. Среднее коромысло в этом режиме работы дви-
гателя не участвует, что в итоге обеспечивает короткие фазы га-
зораспределения.
При переходе двигателя на режим высокой частоты враще-
ния коленчатого вала (рис. 2.19, 6) автоматически срабатывает
гидравлический блокирующий механизм < который соединяет
все коромысла между собой. Теперь на коромысла воздействует
только средний кулачок большего размера, что приводит к удли-
нению фаз газораспределения (рис. 2.19. в).
Система автоматического изменения фаз газораспределения
изменением высоты подъема клапанов. В системе изменения вы-
соты подъема клапанов (рис. 2.20), помимо классической связки
распределительный вал — коромысло — клапан, присутствуют
еще эксцентриковый вал и промежуточный рычаг.
Так же, как и в предыдущих системах, всем управляет блок
управления, получающий сигналы с датчиков, установленных на
двигателе. Сопоставляя все поступившие сигналы, он посылает
26
2.4. Устройство двигателя внутреннего сгорания
сигнал управления сервоприводу, который через червячный вал
вращает эксцентриковый вал.
Рис. 2.20. Система изменения высоты подъема клапанов:
1 — электродвигатель (сервопривод); 2 — червячный вал; 3 - пружина
возвратная; 4 - впускной распределительный вал; 5 - выпускной
распределительный вал; 6 — червячная шестерня; 7—эксцентриковый
вал; 8 — промежуточный рычаг; 9 — коромысло впускного клапана;
10 - гидрокомпенсатор выпускного клапана; 11 - коромысло
выпускного клапана; 12 - выпускной клапан; 13 — гидрокомпенсатор
впускного клапана; 14 — впускной клапан
Эксцентриковый вал, в свою очередь, изменяет положение
промежуточного рычага, а промежуточный рычаг через коро-
мысло // — высоту подъема впускного клапана, регулируя фазы
27
2. Общее устройство и механизмы двигателей
газораспределения. Таким образом, данная система может очень
точно подобрать необходимую фазу газораспределения на любых
оборотах.
Й Вопросы лля самоконтроля
1. Укажите функции крпвопишно-шатунного механизма.
2. Назовите основные детали кривошипно-шатунного механизма.
3. Какие детали входят в поршневую группу?
4. Поясните функции газораспределительного механизма.
5. Из каких основных деталей состоит ГРМ?
6. Перечислите виды приводов ГРМ, назовите их основные отличия.
7. Объясните принцип работы ГРМ.
8. Дайте определение термину «фазы газораспределения».
9. Опишите системы, позволяющие изменить фазы газораспределения.
28
3. СИСТЕМЫ ДВИГАТЕЛЯ
Система охлаждения поршневого ДВС представляет собой
совокупность устройств, обеспечивающих подвод охлаждающей
среды к нагретым деталям двигателя и отвод от них в атмосферу
лишней теплоты.
Функции смазочной системы — смазка трущихся поверхно-
стей деталей, отвод теплоты от деталей, вынос продуктов износа
из пар трения.
Система питания служит для хранения топлива, очистки воз-
духа и топлива, приготовления горючей смеси, подвода ее в ци-
линдры двигателя и отвода из цилиндров отработавших газов.
Выпускная система двигателя выполняет функции отвода от-
работавших газов от цилиндров двигателя, снижения их шума и
токсичности.
3.1. Система охлаждения
Система охлаждения должна обеспечивать оптимальную сте-
пень охлаждения и возможность поддержания в требуемых пре-
делах теплового состояния двигателя при различных режимах и
условиях его работы. Кроме того, система выполняет ряд других
функций:
— нагрев воздуха в системе отопления, вентиляции и конди-
ционирования;
— охлаждение масла в системе смазки;
— охлаждение отработавших газов в системе рециркуляции
отработавших газов;
— охлаждение воздуха в системе турбонаддува;
— охлаждение рабочей жидкости в автоматической коробке
передач.
В зависимости от способа охлаждения различают следующие
виды систем охлаждения: жидкостная (закрытого типа), воздуш-
29
3. Системы двигателя
ная (открытого типа) и комбинированная. В системе жидкостного
охлаждения тепло от нагретых частей двигателя отводится по-
током жидкости. Воздушная система использует для охлаждения
поток воздуха. Комбинированная система объединяет жидкост-
ную и воздушную системы.
Устройство жидкостной системы охлаждения. Жидкостная
система охлаждения обеспечивает равномерное и эффективное
охлаждение, а также имеет меньший уровень шума. Устрой-
ство такой системы (на примере системы охлаждения двигателя
ВАЗ-2110 с карбюратором) показано на рисунке 3.1.
Рис. 3.1. Общая схема жидкостной системы охлаждения:
1 - радиатор отопителя; 2 — пароотводяший шланг радиатора
отопителя; 3 — шланг отводящий; 4 — шланг подводящий; 5 — датчик
температуры охлаждающей жидкости (в головке блока); 6 — шланг
подводящей трубы насоса; 7 - термостат; 8- заправочный шланг;
9 — пробка расширительного бачка; 10 — датчик указателя уровня
охлаждающей жидкости; 11 — расширительный бачок; 12 - выпускной
патрубок; 13 — жидкостная камера пускового устройства карбюратора;
14 - отводящий шланг радиатора; 15 - подводяший шланг радиатора;
16- пароотводяший шланг радиатора; 17— левый бачок радиатора;
18 — датчик включения электровентилятора; 19 — электродвигатель
вентилятора; 20 — крыльчатка электровентилятора; 21 — правый бачок
радиатора; 22 — сливная пробка; 23 — кожух электровентилятора;
24 — зубчатый ремень привода механизма газораспределения;
25 — крыльчатка насоса охлаждающей жидкости; 26 — подводящая труба
насоса охлаждающей жидкости; 27- подводяший шланг к жидкостной
камере пускового устройства карбюратора; 28 — отводящий шланг
30
3.1 Система охлаждения
Радиатор (рис. 3.2) предназначен для охлаждения нагретой
охлаждающей жидкости потоком воздуха. Для увеличения те-
плоотдачи радиатор имеет специ-
альное трубчатое устройство.
Наряду с основным радиатором
в системе охлаждения могут уста-
навливаться масляный радиатор и
радиатор системы рециркуляции
отработавших газов.
Масляный радиатор служит для
охлаждения масла в системе смазки.
Радиатор системы рециркуля-
ции отработавших газов охлажда-
ет рециркулируемые отработавшие
газы, чем достигается снижение
температуры сгорания топливно-
воздушной смеси и образования ок-
сидов азота. Работу радиатора отра-
Рис. 3.2. Радиатор охлаждения:
1 — алюминиевая лента;
2 - алюминиевая трубка;
3 - бачки радиатора;
4 - донья (опорные пластины);
5 — ребра жесткости
ботавших газов обеспечивает дополнительный насос циркуляции
охлаждающей жидкости, включенный в систему охлаждения.
Теплообменник отопителя нагревает проходящий через него
воздух.
Для компенсации изменения объема охлаждающей жидкости
под действием температуры в системе устанавливается расшири-
тельный бачок.
Циркуляция охлаждающей жидкости в системе обеспечива-
ется центробежным насосом (рис. 3.3).
Рис. 3.3. Центробежный насос:
1 — корпус; 2 — крыльчатка; 3 — подшипник; 4 — ступица;
5 - вал; 6 — сальник
31
3. Системы двигателя
Термостат (рис. 3.4) предназначен для регулирования коли-
чества охлаждающей жидкости, проходящей через радиатор, чем
обеспечивается оптимальный температурный режим в системе.
Термостат устанавливается в патрубке между радиатором и ру-
башкой охлаждения двигателя.
Рис. 3.4. Термостат (а) и принцип его работы (6):
1 — основной клапан; 2 - поршень; 3 — пружина основного клапана;
4 - пружина перепускного клапана; 5 - перепускной клапан;
6 - твердый термочувствительный наполнитель; 7 — резиновая вставка
На мощных двигателях устанавливается термостат с электри-
ческим подогревом, который обеспечивает двухступенчатое ре-
гулирование температуры охлаждающей жидкости. Для этого в
конструкции термостата предусмотрено три рабочих положения:
закрытое, частично открытое и полностью открытое. При полной
нагрузке на двигатель с помощью электрического подогрева тер-
мостата производится его полное открывание. При этом темпе-
ратура охлаждающей жидкости снижается до 90 °C, уменьшается
склонность двигателя к детонации. В остальных случаях темпера-
тура охлаждающей жидкости поддерживается в пределах 105 °C.
Вентилятор радиатора необходим для повышения интен-
сивности охлаждения жидкости в радиаторе. Вентилятор может
иметь различный привод:
— механический (постоянное соединение с коленчатым ва-
лом двигателя);
— электрический (управляемый электродвигатель);
— гидравлический (гидромуфта).
32
3.1 Система охлаждения
Наибольшее распространение получил электрический при-
вод вентилятора, обеспечивающий широкие возможности для
регулирования.
Типовыми элементами управления системы охлаждения яв-
ляются датчик температуры охлаждающей жидкости, электрон-
ный блок управления и различные исполнительные устройства.
Датчик температуры охлаждающей жидкости фиксирует зна-
чение контролируемого параметра и преобразует его в электри-
ческий сигнал. Для расширения функций системы охлаждения
(охлаждения отработавших газов в системе рециркуляции отра-
ботавших газов, регулирования работы вентилятора и др.) на вы-
ходе радиатора устанавливается дополнительный датчик темпе-
ратуры охлаждающей жидкости.
Сигналы от датчика принимает электронный блок управления,
который преобразует их в управляющие воздействия на исполни-
тельные устройства.
В работе системы управления могут использоваться следующие
исполнительные устройства', нагреватель термостата, реле дополни-
тельного насоса охлаждающей жидкости, блок управления венти-
лятором радиатора, реле охлаждения двигателя после остановки.
Принцип работы системы охлаждения показан на рисунке 3.5.
Рис. 3.5. Принцип работы системы охлаждения:
1 — сливной кран блока цилиндров; 2 — радиатор отопителя;
3 — клапан (кран) отопителя; 4 — блок цилиндров; 5 — дроссельный
патрубок; 6 — термостат; 7 - датчик температуры охлаждающей
жидкости; 8 — датчик сигнальной лампы перегрева охлаждающей
жидкости; 9 — вентилятор; 10 — датчик включения вентилятора;
11 — радиатор; 12 — пробка расширительного бачка; 13 — расширительный
бачок; 14 — сливная пробка радиатора; 15 — водяной насос
33
3. Системы двигателя
После запуска двигателя водяной насос заставляет циркули-
ровать охлаждающую жидкость.
Для быстрого выхода двигателя на рабочую температуру в
системе охлаждения предусмотрен малый контур, т. е. жидкость
циркулирует только внутри рубашки охлаждения блока цилин-
дров и головки блока цилиндров, термостат закрыт, охлаждаю-
щая жидкость в радиатор не подается.
Как только двигатель прогреется до определенной темпера-
туры, термостат открывается, пуская охлаждающую жидкость по
большому контуру системы охлаждения: жидкость проходит че-
рез радиатор, который охлаждается проходящим через него по-
током воздуха.
В радиаторе установлен датчик включения вентилятора,
который при достижении определенной температуры включает
принудительный обдув радиатора с помощью вентилятора. При
снижении температуры жидкости в радиаторе ниже порогового
значения вентилятор выключается.
Если охлаждающая жидкость становится холоднее значения
срабатывания термостата, большой контур перекрывается - цир-
куляция снова осуществляется по малому контуру.
В некоторых системах охлаждения применяются несколь-
ко датчиков температуры: на радиаторе системы охлаждения,
на головке блока цилиндров, непосредственно на корпусе тер-
мостата. При отсутствии датчика включения вентилятора по-
следний управляется сигналом с блока управления двигателя
в зависимости от показаний датчика температуры. В свою оче-
редь, термостаты также могут управляться блоком управления
двигателя, открывая и переключая контуры по управляющему
сигналу.
На патрубках, ведущих к отопителю, установлены электро-
магнитные клапаны отопителя.
К Вопросы лля самоконтроля
1. Перечислите функции системы охлаждения ДВС.
2. Опишите основные элементы системы охлаждения.
3. Объясните принцип работы системы охлаждения.
4. С какой целью в системе охлаждения устанавливают дополнитель-
ный насос циркуляции охлаждающей жидкости?
5. Укажите, для чего служит термостат.
34
3.2. Система смазки
3.2. Система смазки
Система смазки предназначена для снижения трения между
сопряженными деталями двигателя. Кроме выполнения основ-
ной функции, система смазки обеспечивает охлаждение деталей
двигателя, удаление продуктов нагара и износа, защиту деталей
двигателя от коррозии.
Система смазки двигателя включает поддон картера двигате-
ля с маслозаборником, масляный насос, масляный фильтр, мас-
ляный радиатор, которые соединены между собой магистралями
и каналами (рис. 3.6).
Рис. 3.6. Система смазки двигателя:
1 — датчик указателя давления; 2 - датчик лампы
аварийного давления; 3 — кран масляного радиатора; 4 — масляный
радиатор; 5— масляный фильтр; 6 — масляный насос; 7— сливная
пробка; 8 - маслоприемник; 9 — редукционный клапан
35
3. Системы двигателя
Поддон картера двигателя предназначен для хранения масла.
Уровень масла в поддоне контролируется с помощью щупа, а так-
же с помощью датчика уровня масла.
Масляный насос предназначен для закачивания масла в систе-
му. Масляный насос может приводиться в действие от коленчато-
го вала двигателя, распределительного вала или дополнительного
приводного вала. Наибольшее применение в ДВС нашли масля-
ные насосы шестеренного типа.
Масляный фильтр служит для очистки масла от продук-
тов износа и нагара. Очистка масла происходит с помощью
фильтрующего элемента, который заменяется вместе с заменой
масла.
Для охлаждения моторного масла используется масляный ра-
диатор. Охлаждение масла в радиаторе осуществляется потоком
жидкости из системы охлаждения.
Давление масла в системе контролируется специальным дат-
чиком, установленным в масляной магистрали. Электрический
сигнал от датчика поступает к сигнальной лампе на приборной
панели. На автомобилях также может устанавливаться указатель
давления масла.
Датчик давления масла может быть включен в систему управ-
ления двигателем, которая при опасном снижении давления мас-
ла отключает двигатель.
На современных двигателях устанавливается датчик уровня
масла и соответствующая ему сигнальная лампа на панели при-
боров. Наряду с этим может устанавливаться датчик температуры
масла.
Для поддержания постоянного рабочего давления в системе
устанавливается один или несколько редукционных (перепуск-
ных) клапанов. Клапаны устанавливаются непосредственно в
элементах системы: масляном насосе, масляном фильтре.
В современных двигателях применяется комбинированная
система смазки, в которой одна часть деталей смазывается под
давлением, а другая — разбрызгиванием или самотеком.
Смазка двигателя осуществляется циклически. При рабо-
те двигателя масляный насос закачивает масло в систему. Под
давлением масло подается в масляный фильтр, где очищается
от механических примесей. Затем по каналам масло поступает
36
3.3. Система питания
к коренным и шатунным шейкам (подшипникам) коленчатого
вала, опорам распределительного вала, верхней головке шатуна
для смазки поршневого пальца.
На рабочую поверхность цилиндра масло подается через от-
верстия в нижней опоре шатуна или с помощью специальных
форсунок.
Остальные части двигателя смазываются разбрызгиванием.
Масло, которое вытекает через зазоры в соединениях, разбрызги-
вается движущимися частями кривошипно-шатунного и газорас-
пределительного механизмов. При этом образуется масляный ту-
ман. который оседает на другие детали двигателя и смазывает их.
Под действием силы тяжести масло стекает в поддон, и цикл
смазки повторяется.
На некоторых спортивных автомобилях применяется система
смазки с сухим картером. В данной конструкции масло хранит-
ся в специальном масляном баке, куда закачивается из картера
двигателя насосом. Картер двигателя всегда остается без масла.
Применение данной конструкции обеспечивает стабильную ра-
боту системы смазки во всех режимах, независимо от положения
маслозаборника и уровня масла в картере.
й Вопросы лля самоконтроля
1. Укажите функции системы смазки.
2. Перечислите основные элементы, входящие в систему смазки ДВС.
3. Какая система смазки применяется в современных двигателях?
4. Объясните принцип действия системы смазки.
3.3. Система питания
Система питания предназначена для подачи, очистки и хра-
нения топлива, очистки воздуха, приготовления горючей смеси
и подачи ее в цилиндры двигателя.
Система питания двигателя состоит из системы питания то-
пливом (топливная система) и системы питания воздухом (впуск-
ная система).
В зависимости от устройства для подготовки топливно-воз-
душной смеси ДВС оборудуются следующими видами топливных
систем:
— карбюраторные системы;
37
3. Системы двигателя
— системы впрыска во впускной трубопровод;
— системы впрыска в цилиндры двигателя (непосредствен-
ный впрыск).
В общем виде конструкция топливной системы включает то-
пливный бак, топливный насос, топливный фильтр, устройство
для подготовки топливно-воздушной смеси, которые последова-
тельно соединены топливопроводами (рис. 3.7).
Рис. 3.7. Общая схема топливной системы автомобиля:
1 - топливный бак; 2 - топливопровод; 3 - топливный насос;
4 — фильтр очистки топлива; 5 — устройство для подготовки
топливно-воздушной смеси; 6 — впускной кохтектор
Топливный бак (рис. 3.8) предназначен для хранения запаса
топлива, необходимого для работы двигателя. Топливный бак
в легковом автомобиле обычно располагается в задней части на
днище кузова. Емкость топливного бака обеспечивает в среднем
38
3.3. Система питания
500 км пробега конкретного автомобиля. Топливный бак изоли-
рован от атмосферы. Вентиляцию топливного бака производит
система улавливания паров бензина.
В топливном баке устанавливается датчик уровня топлива.
Конструкция датчика включает поплавок и потенциометр. Пере-
мещение поплавка при изменении уровня топлива в баке при-
водит к изменению положения потенциометра. Это. в свою оче-
редь. приводит к изменению сопротивления в цепи и изменению
напряжения на указателе запаса топлива.
Рис. 3.8. Устройство топливного бака:
1 — кронштейн; 2 — клапан отключения топлива; 3 — крышка
клапана отключения топлива; 4 — двухходовой клапан; 5 — шланги
двухходового клапана; 6- топливный насос; 7— резьбовая
крышка; 8 — верхний напорный шланг; 9, 10— крышки
39
3. Системы двигателя
Очистка поступающего топлива осуществляется в топливном
фильтре (рис. 3.9).
Рис. 3.9. Топливный фильтр:
1 — фильтрующая вкладка; 2 — стержень;
3 - крышка; 4 — корпус; 5 - клапан слива воды
Топливо в системе циркулирует по топливопроводам. Раз-
личают подающий и сливной топливопроводы. В подающем то-
пливопроводе поддерживается рабочее давление. По сливному
топливопроводу излишки топлива стекают в топливный бак.
3.3.1. Система питания бензинового двигателя
Устройство карбюратора, В карбюраторе (рис. 3.10) из лег-
коиспаряюшегося жидкого топлива и воздуха приготавливается
горючая смесь для работы ДВС. Карбюрация заключается в том,
что жидкое топливо распыляется на мельчайшие капли, интен-
сивно перемешивается с воздухом и испаряется.
Распыление топлива в карбюраторе происходит в результате
столкновения тонкой струи топлива, вытекающего из распылите-
ля под действием разрежения в диффузоре, с быстродвижушимся
воздушным потоком. Распыленное топливо смешивается с воз-
душным потоком и увлекается им по впускному трубопроводу в
цилиндры ДВС.
Системы впрыска топлива во впускной трубопровод. Системы
впрыска во впускной трубопровод бензиновых двигателей под-
разделяются:
— на механические системы непрерывного впрыска без элек-
тронного блока управления (типа К-Джетроник);
40
3.3. Система питания
— механические системы непрерывного впрыска с электрон-
ным блоком управления (типа КЕ-Джетроник);
- электронные системы многоточечного впрыска, у которых
управление системами питания и зажигания осуществляется от-
дельными блоками управления (типа Л-Джетроник);
— электронные системы одноточечного впрыска с управле-
нием от электронного блока управления (типа Моно);
— электронные системы многоточечного впрыска, у которых
управление системами питания и зажигания осуществляется од-
ним блоком управления (типа Мотроник).
Рис. 3.10. Устройство простейшего карбюратора:
1 — топливопровод; 2 — игольчатый клапан; 3 — отверстие в крышке
поплавковой камеры; 4 - распылитель; 5 - воздушная заслонка;
6— диффузор; 7— дроссельная заслонка; 8 — смесительная камера;
9 — топливный жиклер; 10 - поплавок; 11 — поплавковая камера
Системы К-Джетроник, КЕ-Джетроник, Л-Джетроник, Моно-
Джетроник в настоящее время не выпускаются.
Система впрыска Мотроник. В системе впрыска Мотроник
управление функциями впрыска топлива и зажигания осущест-
вляется посредством электронного блока управления (ЭБУ). ЭБУ
обрабатывает данные, поступившие отдатчиков сигналов, харак-
теризующих режимные параметры, определяет рабочий режим
двигателя и производит расчет параметров управляющих сигна-
лов, которые поступают к исполнительным устройствам. Испол-
нительные устройства изменяют режимы работы узлов систем
питания и зажигания, обеспечивая точное дозирование топлива
и оптимальный момент зажигания.
41
3. Системы двигателя
Схема системы Мотроник представлена на рисунке 3.11.
Рис. 3.11. Схема системы Мотроник с встроенной
системой диагностики:
1 — адсорбер; 2 — клапан впуска воздуха; 3 — клапан регенерации
продувки; 4 — регулятор давления топлива; 5 — форсунка; 6 — регулятор
давления; 7 - катушка-свеча зажигания; 8 — датчик фазы;
9 — вспомогательный воздушный насос для подачи дополнительных
порций воздуха; 10 - вспомогательный воздушный клапан;
11 — расходомер воздуха; 12 — блок управления: 13 — датчик
положения дроссельной заслонки; 14 — регулятор холостого хода;
75 — датчик температуры воздуха; 16 — клапан системы рециркуляции
отработавших газов; 17— топливный фильтр; 18 — датчик детонации;
19 - датчик частоты вращения коленчатого вала; 20 - датчик
температуры охлаждающей жидкости; 21 — лямбда-зонд (кислородный
датчик); 22 - аккумуляторная батарея; 23 - диагностический разъем;
24 — диагностическая лампочка; 25 — датчик дифференциального
давления; 26 — электрический топливный насос в топливном баке
Топливный насос в системе впрыска - электрический, ши-
берного типа, с рабочими органами в виде роликов, состоит из
герметично закрытого корпуса, внутри которого установлены на-
42
3.3. Система питания
сос и электродвигатель (рис. 3.12). Предохранительный клапан
защищает систему от чрезмерного повышения давления, а об-
ратный клапан препятствует стеканию топлива в бак после оста-
новки насоса.
4 5
Рис. 3.12. Электрический насос бензиновой системы впрыска топлива:
1 — вход бензина; 2 — предохранительный клапан; 3 — насос;
4 — электродвигатель; 5 - обратный клапан; 6 - выход бензина
Корпус, в котором установлены насос и электродвигатель,
погружается в топливо. Электродвигатель охлаждается топливом,
при этом опасность взрыва исключена ввиду отсутствия здесь
горючей смеси. Реле топливного насоса прерывает цепь напря-
жения питания топливного насоса в режиме, когда двигатель не
работает, а зажигание включено. Принцип работы насоса пояс-
няет рисунок 3.13.
Рис. 3.13. Схема работы насоса:
а — всасывание топлива; б — нагнетание топлива; 1 — вход бензина;
2 — ротор насоса; 3 - ролики; 4 — статор; 5 — выход бензина
Ротор насоса расположен эксцентрично относительно кор-
пуса. являющегося статором (опорная поверхность роликов), и
вращается вместе с якорем электродвигателя. Ролики перемеща-
ются в канавках ротора, постоянно прижимаясь к опорной по-
верхности статора.
При вращении ротора увеличивается объем серповидной по-
лости, ограниченной поверхностью статора, ротором и двумя ро-
ликами, расположенными выше и ниже впускного отверстия 1
43
3. Системы двигателя
(рис. 3.13, а). При этом указанная полость заполняется топливом.
Когда ротор, а вместе с ним и ролики займут положение, по-
казанное на рисунке 3.13, о, объем серповидной полости между
роликами будет уменьшаться, что обеспечивает подачу топлива в
нагнетательную магистраль.
Регулятор давления топлива (рис. 3.14) поддерживает давле-
ние в топливопроводе к форсунке работающего двигателя в пре-
делах 0,28...0,33 МПа.
Рис. 3.14. Регулятор давления топлива:
а — клапан закрыт; б — клапан открыт;
1 - корпус; 2 - клапан; 3 - крышка; 4 — диафрагма
Регулятор давления состоит из корпуса и крышки, между ко-
торыми закреплена диафрагма с клапаном. Внутренняя полость
регулятора делится диафрагмой на две полости: вакуумную (спра-
ва) и топливную (слева). Вакуумная полость находится в крышке
регулятора и связана с ресивером, а топливная полость — в кор-
пусе регулятора и связана с топливным баком.
При открытии воздушной дроссельной заслонки (рис. 3.14. а)
вакуум в ресивере уменьшается, клапан регулятора открывается
уже при большем давлении топлива. В результате давление то-
плива в топливопроводе к форсунке повышается.
При закрытии воздушной дроссельной заслонки (рис. 3.14. б)
вакуум в ресивере увеличивается, клапан регулятора открывает-
ся при меньшем давлении топлива и перепускает избыточное то-
пливо по сливному топливопроводу в топливный бак. При этом
давление топлива в топливопроводе понижается.
Форсунка предназначена для впрыска дозированного коли-
чества топлива, необходимого для приготовления горючей смеси
при различных режимах работы двигателя.
Дозирование топлива осуществляется через открытую фор-
сунку. Длительность открытого состояния форсунки регулирует-
44
3.3. Система питания
ся электрическим импульсом, поступающим на обмотку катуш-
ки электромагнита форсунки.
Форсунка представляет собой электромагнитный клапан и
состоит из корпуса, крышки, обмотки катушки электромагнита,
сердечника электромагнита, иглы запорного клапана, корпуса
распылителя, насадки распылителя и фильтра (рис. 3.15). При
работе двигателя топливо под давлением поступает в форсунку
через фильтр и проходит к запорному клапану, который находит-
ся в закрытом положении под действием пружины.
Рис. 3.15. Форсунка электронной
системы впрыска:
1 — насадка распылителя; 2 — игла запорного
клапана; 3 - корпус
форсунки; 4 — обмотка катушки;
5 - фильтр; 6 - крышка; 7 — пружина;
8 — сердечник; 9 — корпус распылителя
При подаче электрического напряжения на обмотку катуш-
ки появляется магнитное поле, которое притягивает сердечник
и вместе с ним иглу запорного клапана. При этом отверстие в
корпусе распылителя открывается, и топливо впрыскивается во
впускной трубопровод.
После снятия электрического напряжения с обмотки катуш-
ки магнитное поле исчезает, и под действием пружины сердеч-
ник и игла запорного клапана возвращаются в исходное положе-
ние. При этом отверстие в корпусе распылителя закрывается, и
впрыск топлива прекращается.
45
3. Системы двигателя
Расходомер воздуха располагается между воздухоочистителем
и корпусом дроссельной заслонки. Функция расходомера — изме-
рение количества (расхода) воздуха, который всасывается топлив-
ной системой автомобиля. Расходомер может измерять как массу
воздуха, который расходуется, так и его объем. Определяются эти
показатели двумя путями: механическим или тепловым.
Расходомер воздуха с поворотными заслонками показан на ри-
сунке 3.16.
Рис. 3.16. Расходомер воздуха с поворотными заслонками:
1 - подача напряжения от электронного блока управления; 2 — датчик
температуры поступающего воздуха; 3 - подвод воздуха от воздушного
фильтра; 4 — спиральная пружина; 5 - демпфирующая камера;
6 — заслонка демпфирующей камеры; 7 — подача воздуха
к дроссельной заслонке; 8 — заслонка напора воздуха;
9 — обводной канал; 10 — потенциометр
Принцип действия расходомера заключается в измерении
усилия, действующего на заслонку которую поток воздуха,
поступающего в двигатель, заставляет поворачиваться на опре-
деленный угол, преодолевая усилие спиральной пружины. Для
предотвращения колебаний напорной заслонки под действием
потока воздуха, проходящего по впускному трубопроводу, осо-
бенно на режиме холостого хода, предусмотрена демпфирующая
камера, в которой расположена заслонка 6, имеющая такую же
рабочую поверхность, как и заслонка напора воздуха. Объем
демпфирующей камеры, а также зазор между заслонкой 6 и кор-
пусом подобраны так, чтобы напорная заслонка «Убыла способна
отслеживать быстрые изменения расхода воздуха при разгоне.
46
3.3. Система питания
Соединенный с осью напорной заслонки потенциометр (пе-
ременный резистор) преобразует механическое перемещение на-
порной заслонки в изменение электрического напряжения, кото-
рое передается в блок управления.
Напряжение аккумулятора через главное реле системы по-
дается на резистор, расположенный внутри корпуса датчика.
Балластный резистор понижает напряжение до 5...10 В. Это на-
пряжение подводится к разъему блока управления и к крайнему
выводу реостата потенциометра.
Для исключения влияния напряжения аккумуляторной ба-
тареи ЭБУ высчитывает разность между напряжением аккумуля-
торной батареи и выходным напряжением расходомера воздуха.
Параллельно с электрической цепью расходомера воздуха
включен датчик температуры всасываемого воздуха, который
представляет собой резистор с отрицательным температурным
коэффициентом, т. е. его сопротивление уменьшается при увели-
чении температуры. Сигналы, поступающие от датчика, изменя-
ют выходной сигнал расходомера в зависимости от температуры
поступающего воздуха.
Обводной канал под напорной заслонкой служит для прохода
воздуха на холостом ходу.
Расходомер воздуха с нагреваемой нитью отличается отсутстви-
ем подвижных деталей, что положительно сказывается на долго-
вечности этого узла, и является термическим датчиком нагрузки
двигателя (рис. 3.17).
Рис. 3.17. Расходомер воздуха
с проволочным нагревательным элементом (нитью):
1 — температурный датчик; 2 - кольцо датчика с проволочным
нагревательным элементом; 3 - прецизионный реостат;
— массовый расход воздуха за единит’ времени
Нагревательный элемент (платиновая нить или токопроводя-
щая полимерная пленка) представляет собой электрическое со-
47
3. Системы двигателя
противление, которое нагревается проходящим через него элек-
трическим током и охлаждается обтекающим его потоком всасы-
ваемого воздуха.
Температура нагрева поддерживается постоянной. Если нить
охлаждается, то проходящий через нее ток увеличивается до тех
пор. пока температура нити не восстановится до первоначальной
величины. Изменение силы тока регистрируется блоком управле-
ния и является измеряемым параметром для определения расхода
всасываемого воздуха. Встроенный датчик температуры служит
для того, чтобы температура всасываемого воздуха не искажала
результаты измерений.
Загрязнение нагреваемой нити может привести к искажению
результатов измерений. Поэтому после каждой остановки двига-
теля нить раскаляется, что приводит к ее самоочищению.
Расходомер воздуха с пленочным термоанемометром представ-
лен на рисунке 3.18.
Рис. 3.18. Принцип измерения массового расхода воздуха
пленочным термоанемометром:
1 — температурная характеристика при отсутствии потока воздуха;
2 — температурная характеристика при наличии потока воздуха;
3 - чувствительный элемент датчика; 4 - зона нагрева; 5 - диафрагма
датчика; 6 — датчик с измерительным патрубком; 7 — поток воздуха;
Л/, — точки измерения; Тр Г, — значения температуры в точках
измерения и Мд Т- перепад температур
48
3.3. Система питания
Диафрагма датчика на чувствительном элементе нагревается
резистором в зоне нагрева.
Распределение температуры по диафрагме регистрируется
двумя терморезисторами, которые устанавливаются симметрично
до и после нагревающего резистора (точки измерения Мх и ЛЛ).
При отсутствии потока воздуха температура в точках измере-
ния Мх и Л/, одинакова: Т\ = Т2 (график 1).
При наличии потока воздуха температура в точке Мх резко
падает (график 2) и появляется перепад температур Т = Т2~ Тг
между точками измерения .Ц и Му
Чем больше поток проходящего воздуха, тем больше перепад
температур Т Таким образом, перепад температур на чувствитель-
ном элементе датчика является функцией массового расхода воздуха,
причем она не зависит от абсолютной температуры потока воздуха.
Разность сопротивлений в точках измерения Мг и Л/, преобразу-
ется встроенным в датчик вычислительным контуром в аналоговый
сигнал напряжением 0...5 В. Используя характеристику датчика, за-
программированную в ЭБУ, измеренное напряжение преобразуется
в величину, представляющую массовый расход воздуха.
Расходомер воздуха с пленочной диафрагмой состоит из толсто-
пленочной диафрагмы, расположенной на керамической основе
(рис. 3.19). Датчик измеряет разрежение во впускном коллекторе
по величине деформации пленочной диафрагмы.
Рис. 3.19. Пленочный расходомер воздуха:
1 — измерительная цепь; 2 — диафрагма; 3 — камера эталонного
давления; 4 — измерительный элемент; 5 - керамическая подложка
49
3. Системы двигателя
Диафрагмой и подложкой сформирована камера 3 высотой
примерно 100 мкм и диаметром 3...5 мм. Измерительные пьезо-
электрические элементы 4, расположенные внутри пленки, пре-
образуют перемещения диафрагмы в электрический сигнал.
Датчик давления воздуха во впускном коллекторе (рис. 3.20)
определяет нагрузку двигателя и количество перепускаемых га-
зов при рециркуляции. Кроме того, по сигналу этого датчика
определяется нагрузка двигателя при пуске, так как измеритель
расхода воздуха работает на данном режиме недостаточно точно
(из-за сильных пульсаций во впускной системе).
Рис. 3.20. Датчик давления воздуха во впускном коллекторе:
а — положение мембраны при малом разрежении; б - положение
мембраны при большом разрежении; 1 — полость разрежения;
2 — полупроводниковые элементы; 3 — мембрана
Датчик соединен вакуумным шлангом с впускным кол-
лектором. Разрежение в коллекторе действует на мембрану. На
мембране находятся тензорезисторы, сопротивление которых из-
меняется при деформации мембраны. При этом изменяется на-
пряжение на выходе датчика. Это напряжение используется ЭБУ
для определения величины давления во впускном трубопроводе:
на холостом ходу напряжение составляет примерно 1.0 В. а при
полной нагрузке повышается до 4,5 В.
Абсолютное давление в коллекторе вычисляется как раз-
ность между атмосферным давлением и разрежением в коллек-
торе. Питание датчика осуществляется эталонным напряжением
5,0 В.
Массовый расход воздуха, поступающего в двигатель, ЭБУ
вычисляет с учетом плотности, определяемой по значению абсо-
лютного давления и температуры воздуха в коллекторе, а также
частоты вращения коленчатого вала.
50
3.3. Система питания
Датчик частоты вращения состоит из корпуса, постоянного
магнита, магнитомягкого сердечника и обмотки (рис. 3.21).
Рис. 3.21. Индуктивный датчик частоты вращения:
1 — постоянный магнит; 2 - корпус; 3 — картер двигателя;
4 - магнитомягкий сердечник; 5 - обмотка; 6 - воздушный зазор;
7 - магнитное поле; 8 — задатчик угловых импульсов (зубчатый диск)
с отметчиком (пропуском зубьев)
Датчик устанавливается с воздушным зазором 0,8... 1,5 мм на-
против задатчика угловых импульсов. Магнитное поле магнита
проходит через сердечник и задатчик импульсов. Интенсивность
магнитного потока, проходящего через обмотку, зависит от поло-
жения датчика относительно зуба задатчика угловых импульсов:
при приближении датчика к зубу магнитный поток через обмот-
ку увеличивается, а при удалении — ослабевает. Следовательно,
при вращении зубчатого диска возникают колебания магнитно-
го потока, которые, в свою очередь, генерируют синусоидальные
колебания напряжения в электромагнитной обмотке, пропорци-
ональные скорости изменения магнитного потока.
Количество зубьев на задатчике угловых импульсов зависит
от конкретного применения. Большой пропуск зубьев устанав-
ливается для определения положения коленчатого вала и служит
для синхронизации в ЭБУ.
51
3. Системы двигателя
Переменное напряжение в аналого-цифровом преобразо-
вателе (АЦП) преобразуется в цифровой сигнал (включено/вы-
ключено).
Лямбда-зонд. Для поддержания состава смеси вблизи стехио-
метрического соотношения необходима регулировка коэффици-
ента избытка воздуха. Специальный датчик в выпускной систе-
ме (лямбда-зонд, или датчик кислорода) определяет содержание
кислорода в отработавших газах.
Датчик кислорода (рис. 3.22) представляет собой элемент в
форме пробирки, выполненный из двуокиси циркония; наруж-
ная и внутренняя поверхности элемента покрыты пористой пла-
тиной (или ее сплавом), к ним припаяны электроды. Внешняя
поверхность датчика соприкасается с отработавшими газами и
дополнительно покрыта защитным слоем пористой керамики, а
внутренняя — с атмосферным воздухом. Двуокись циркония при
температурах выше 350 °C становится гальваническим элементом
при разности концентрации кислорода на наружной и внутрен-
ней поверхностях.
Рис. 3.22. Датчик кислорода:
1 - двуокись циркония; 2 - платиновый наружный электрод;
3 — платиновый внутренний электрод; 4 — контакты; 5 — корпусной
контакт; 6 — выпуск отработавших газов
Для расширения диапазона действия датчика и ускорения
скорости его прогрева, особенно на режимах холостого хода и
в условиях низких температур, применяют электрический подо-
грев датчиков или их установку в непосредственной близости от
двигателя.
52
3.3. Система питания
При появлении в отработавших газах кислорода (коэффици-
ент избытка воздуха к больше единицы — бедная смесь) на кон-
тактах датчика падает напряжение.
Выходное напряжение датчика меняется от 0 до 1 В несколь-
ко раз за 1 с. Увеличение напряжения говорит о том, что состав
горючей смеси меняется в сторону обогащения, и ЭБУ уменьша-
ет длительность впрыска топлива форсункой.
Весь цикл непрерывно повторяется, и состав смеси изменя-
ется от к = 0,97 до X = 1.03. Исключение составляют следующие
режимы: режим максимальной мощности (X = 0,86...0,88), режим
торможения двигателем (отключение подачи топлива, при этом
смесь очень обедненная и к значительно больше единицы), ре-
жим ускорения (обогащение смеси, адекватное скорости откры-
тия дроссельной заслонки).
Согласно европейскому законодательству ЭБУ должен кон-
тролировать состояние нейтрализатора и при неисправности
включать сигнальную лампу на панели приборов. Для выполне-
ния этого условия на выходе из нейтрализатора устанавливают
второй датчик кислорода.
В кислородном датчике с титановым элементом изменение
содержания кислорода в выхлопных газах вызывает скачкообраз-
ное изменение сопротивления и, как следствие, скачкообразное
изменение протекающего через него тока. Соответственно этому
изменяется напряжение на включенном последовательно с датчи-
ком сопротивлении. Таким образом, вместо постепенного изме-
нения выходного напряжения, как в циркониевом датчике, этот
датчик изменяет свое сопротивление скачкообразно — от малого
(менее 1 кОм) при богатой смеси к большому (более 20 кОм) при
обедненной смеси.
Принцип работы системы впрыска Мотроник. Пуск дви-
гателя. Для первых командных импульсов на впрыскивание
устанавливается режим «синхронного впрыска». Повышенное
количество впрыскиваемого топлива обусловлено необходимо-
стью компенсации оседания топлива на внутренних стенках
впускного коллектора и повышенной потребностью в топливе
при работе двигателя с низкой частотой вращения коленчато-
го вала.
Система Мотроник осуществляет также регулирование угла
опережения зажигания для обеспечения легкого пуска и быстро-
53
3. Системы двигателя
го прогрева двигателя в зависимости от температуры охлаждаю-
щей жидкости и частоты вращения коленчатого вала.
В течение послепускового периода осуществляется постепен-
ное снижение количества впрыскиваемого топлива с повышени-
ем температуры охлаждающей жидкости и промежутка времени,
прошедшего с момента завершения стадии пуска.
Прогрев двигателя. Сочетание бедной рабочей смеси с более
поздним зажиганием повышает температуру отработавших газов,
что необходимо для приведения каталитического нейтрализатора
в рабочее состояние.
Также для ускорения разогрева нейтрализатора может быть
использована повышенная частота вращения коленчатого вала на
холостом ходу.
Корректировка впрыска топлива при ускорении и замедлении
движения автомобиля. Во избежание обеднения горючей смеси,
обусловленного оседанием части топлива на стенках впускной
системы, во время разгона автомобиля должен быть обеспечен
впрыск дополнительного количества топлива. При снижении на-
грузки происходит высвобождение осевшего на стенках впуск-
ного трубопровода топлива, и время впрыска должно быть соот-
ветственно сокращено. Во время движения в режиме торможения
двигателем впрыск топлива прекращается полностью.
Управление частотой вращения коленчатого вала на холостом
ходу должно обеспечивать соответствие между крутящим момен-
том и текущей нагрузкой на двигатель.
Регулирование фаз газораспределения воздействием на распреде-
лительный вал. Гидравлические или электрические исполнитель-
ные механизмы, управляемые системой Мотроник, поворачива-
ют впускной и выпускной распределительные валы относительно
коленчатого вала на угол, определяемый частотой вращения ко-
ленчатого вала или наполнением цилиндров.
Регулирование угла опережения зажигания по детонации. В си-
стемах Мотроник для регулирования угла опережения зажигания
по началу детонации применяется датчик детонации, подробное
описание которого дается в разделе «Система зажигания».
Улавливание топливных испарений. Согласно экологическим
требованиям системы впрыска оснащены системой улавлива-
ния паров бензина из топливного бака, состоящей из угольно-
го адсорбера, электромагнитного клапана продувки адсорбера
и шлангов. С помощью этой системы происходят улавливание,
54
3.3. Система питания
адсорбирование и управляемая подача во впускной коллектор
паров бензина на режимах прогретого двигателя и больших на-
грузок.
Рециркуляция отработавших газов. В целях снижения выбро-
сов оксидов азота, количество которых зависит главным образом
от температуры сгорания топливно-воздушной смеси, в систему
выпуска двигателя устанавливают клапаны перепуска (рецирку-
ляции) отработавших газов, работающие по сигналам ЭБУ. Пе-
репуск части отработавших газов во впускной трубопровод на
определенных режимах работы двигателя позволяет снизить тем-
пературу цикла, а значит, и выброс оксидов азота.
Система непосредственного впрыска. Топливный насос с
электрическим приводом подает топливо при начальном давле-
нии 0,3...0,5 МПа к насосу высокого давления (рис. 3.23), кото-
рый создает давление в системе в зависимости от рабочего режи-
ма двигателя (требуемый крутящий момент и частота вращения
коленчатого вала). Топливо под высоким давлением поступает в
топливную рейку и там накапливается.
Рис. 3.23. Схема подачи топлива в системе
непосредственного впрыска топлива:
1 — топливный насос высокого давления; 2 — датчик давления топлива;
3 — топливная рейка; 4 — клапан регулировки давления; 5 — катушка
зажигания; 6 — свеча зажигания; 7 - форсунки; 8 — топливный насос
с электрическим приводом
55
3. Системы двигателя
Давление топлива измеряется датчиком высокого давления 2
и устанавливается клапаном регулировки давления в пределах
от 5 до 12 МПа.
В топливной рейке расположены форсунки высокого давле-
ния 7. работа которых регулируется ЭБУ. Форсунки впрыскивают
топливо в камеру сгорания цилиндра. Горючая смесь образуется
непосредственно в камере сгорания.
В зависимости от режима работы двигателя топливо впры-
скивается так, что создается смесь, равномерно распределенная
по всей камере сгорания, или образуется облако с послойным
зарядом в области свечи зажигания. Остальное пространство ка-
меры сгорания при послойном распределении заряда наполнено
либо всасываемым свежим воздухом с газом, поступившим из
системы рециркуляции отработавших газов, либо очень обеднен-
ной горючей смесью. За счет этого в целом получается обеднен-
ная горючая смесь.
Выбор режима работы осуществляется, с одной стороны, на
базе частоты вращения коленчатого вала и потребного крутяще-
го момента, а с другой — за счет функциональных требований,
таких, например, как восстановление каталитического нейтрали-
затора накопительного типа.
Топливная рейка (рис. 3.24) накапливает поступающее от на-
соса высокого давления топливо и распределяет его по форсун-
кам. Объем рейки достаточно велик для того, чтобы сглаживать
пульсацию давления в топливоподаюшем контуре.
rm*
Рис. 3.24. Топливная рейка
Топливный насос высокого давления должен повышать давле-
ние топлива, подаваемого в достаточном количестве топливным
насосом с электрическим приводом, от начального 0,3...0,5 МПа
до давления впрыскивания 5...12 МПа.
56
3.3. Система питания
В настоящее время на двигателях применяются трехцилин-
дровые и одноцилиндровые насосы.
Трехцилиндровый насос высокого давления представляет собой
насос радиально-поршневого типа с тремя поршнями, располо-
женными относительно друг друга под углом 120° по окружности.
Конструкция такого насоса показана на рисунке 3.25.
Рис. 3.25. Трехцилиндровый насос высокого давления:
а - продольный разрез; б - поперечный разрез;
7 - эксцентрик; 2 — контактный башмак; 3 - цилиндр насоса;
4 — поршень насоса; 5 — запорный шарик; 6 — выпускной клапан;
7— впускной клапан; 8 — подача топлива под высоким давлением;
9 - поступление топлива под низким давлением; 10 - кулачковая
шайба; 77 - осевое уплотнение; 12 - неподвижная прокладка;
13 — приводной вал
Привод насоса осуществляется от распределительного вала.
На входном валу 13 имеется эксцентрик, который при вращении
обеспечивает возвратно-поступательное движение поршней 4 в
цилиндрах насоса.
При ходе поршня вниз (рис. 3.26) топливо поступает при на-
чальном давлении из подающего трубопровода через полый пор-
шень насоса и впускной клапан в нагнетательную камеру.
57
3. Системы двигателя
Рис. 3.26. Схема работы насоса при ходе всасывания:
1 — выпускной клапан (закрыт); 2 — нагнетательная камера;
3 — впускной клапан (открыт); 4 — поршень
При движении поршня вверх (рис. 3.27) этот объем топлива
сжимается, и через выпускной клапан топливо течет в топлив-
ную рейку.
Рис. 3.27. Схема работы насоса при ходе нагнетания:
1 — выпускной клапан (открыт); 2 - нагнетательная камера;
3 - впускной клапан (закрыт)
Трехцилиндровая конструкция позволяет попеременно пере-
крывать подачу топлива, следствием чего является незначитель-
58
3.3. Система питания
ная пульсация подачи и, следовательно, низкая пульсация давле-
ния топлива в топливной рейке.
На режиме работы с постоянным давлением в топливной
рейке или при частичной нагрузке давление топлива, поданного
в избыточном количестве, сбрасывается клапаном регулировки
давления до уровня давления на входе, и топливо возвращается
на сторону входа насоса.
Форсунка высокого давления обеспечивает дозирование то-
плива и контролируемое смешивание топлива и воздуха в опре-
деленной зоне камеры сгорания. В зависимости от режима рабо-
ты двигателя топливо концентрируется в зоне свечи зажигания
(послойное распределение заряда) или равномерно распыляется
по всей камере сгорания (гомогенное распределение заряда).
Чтобы получить наилучшее распределение топлива при по-
слойном смесеобразовании, угол конуса факела топлива принят
равным 70°, а ось конуса наклонена на 20°.
Форсунка высокого давления состоит из следующих элемен-
тов: корпус, седло, игла распылителя с якорем электромагнита,
пружина, обмотка электромагнита (рис. 3.28).
Рис. 3.28. Форсунка высокого давления:
1 — электрический разъем; 2 — впускной канал с сетчатым
фильтром; 3 — обмотка электромагнита; 4 — тефлоновое
уплотнение; 5 - сопловое отверстие; 6 - седло; 7 — игла
распылителя с якорем электромагнита; 8 — пружина
59
3. Систе.мы двигателя
Когда электрический ток проходит через обмотку электро-
магнита. создается магнитное поле. За счет этого игла распыли-
теля. противодействуя давлению пружины, поднимается над сед-
лом и открывает сопловое отверстие форсунки. За счет разницы
давления между топливной рейкой и камерой сгорания топливо
впрыскивается в камеру сгорания.
При отключении электрического тока игла распылителя под
действием усилия пружины опускается на седло клапана и пре-
рывает поток топлива.
Количество впрыснутого топлива (при данной площади по-
перечного сечения отверстия) зависит от давления в топливной
рейке, противодавления в камере сгорания и продолжительности
открытия форсунки.
Принцип работы системы непосредственного впрыска топли-
ва. Система непосредственного впрыска топлива может работать
на одном следующих режимов:
— послойное распределение смеси;
— гомогенная смесь;
— гомогенно-обедненная смесь;
— гомогенно-послойное распределение смеси;
— двойной впрыск для защиты двигателя от детонации;
— двойной впрыск для разогрева нейтрализатора.
1. Работа двигателя при послойном распределении смеси
(рис. 3.29) происходит в нижнем диапазоне крутящего момента
при частоте вращения коленчатого вала примерно 3000 мин-1.
Впуск (рис. 3.29, а). Дроссельную заслонку открывают по
возможности больше, чтобы максимально снизить потери на
дросселирование. При этом установленная во впускном канале
вспомогательная заслонка (впускная заслонка) перекрывает его
нижнюю часть. В результате повышается скорость проходящего
через верхнюю часть канала потока воздуха, который закру-
чивается затем в цилиндре. Дроссельная заслонка не должна
открываться полностью, так как для нормального функциони-
рования адсорбера и системы рециркуляции отработавших га-
зов всегда необходимо определенное разрежение во впускной
системе.
Движение воздуха в цилиндре двигателя (рис. 3.29, б). Специ-
альная форма выемки в днище поршня способствует образова-
нию и усилению вихря в цилиндре двигателя.
60
3.3. Система питания
в
Рис. 3.29. Работа двигателя при послойном распределении смеси:
а — процесс впуска при послойном распределении смеси;
б — процесс завихрения потоков воздуха при послойном распределении
смеси; в — впрыск топлива при послойном распределении смеси;
г — процесс смесеобразования при послойном распределении смеси;
д — процесс сгорания при послойном распределении смеси
61
3. Системы двигателя
Впрыск топлива (рис. 3.29, в). Топливо впрыскивается в по-
следней трети такта сжатия: впрыск начинается приблизительно
за 60° и заканчивается приблизительно за 45° до ВМТ. Начало
впрыска оказывает значительное влияние на расположение об-
лачка смеси относительно свечи зажигания.
Топливо впрыскивается в направлении топливной выемки в
поршне. Желаемые размеры облачка смеси достигаются подбо-
ром геометрических параметров форсунки.
Специальная форма топливной выемки и движение поршня
к ВМТ способствуют отклонению движения капель топлива к
свече зажигания. Это движение топлива поддерживается вихре-
вым движением воздуха. В процессе движения к свече зажигания
топливо смешивается с поступившим в цилиндр воздухом.
Процесс смесеобразования (рис. 3.29, г). Для образования по-
слойной смеси предоставляется время, соответствующее поворо-
ту коленчатого вала на 40...50°. От продолжительности этого про-
цесса зависит способность смеси к воспламенению. Если время
между впрыском и моментом подачи искры слишком мало, смесь
оказывается неподготовленной к воспламенению. При слишком
большом промежутке времени между этими процессами смесь
распределяется по всему объему камеры сгорания.
При выполнении указанных выше условий в центре каме-
ры сгорания, т. е. вблизи свечи, образуется легковоспламеняемая
смесь. Эта смесь окружена оболочкой, состоящей из свежего воз-
духа и перепущенных отработавших газов.
Обший коэффициент избытка воздуха в камере сгорания мо-
жет быть в пределах от 1,6 до 3.
Процесс сгорания (рис. 3.29, d). После подачи горючей смеси
к свече зажигания она поджигается искрой. При этом воспла-
меняется только облако смеси, в то время как остальные газы
образуют его оболочку. Благодаря изолирующему действию этой
оболочки снижаются потери тепла в стенки камеры сгорания и
соответственно увеличивается термический КПД двигателя.
Поджиг смеси должен производиться в конце такта сжатия
в пределах достаточно узкого угла поворота коленчатого вала,
ограниченного моментом окончания впрыска топлива и проме-
жутком времени, необходимого для образования смеси.
2. Работа двигателя при гомогенном распределении смеси
(рис. 3.30) происходит при высоком крутящем моменте и высокой
частоте вращения коленчатого вала.
62
3.3. Система питания
Рис. 3.30. Работа двигателя при гомогенном распределении смеси:
а — процесс впуска при гомогенном распределении смеси;
б - процесс впрыска топлива при гомогенном распределении смеси;
в — процесс смесеобразования при гомогенном распределении смеси;
г — процесс сгорания смеси при гомогенном распределении смеси
Работу двигателя на гомогенной смеси стехиометрического
состава можно сравнить с работой двигателя с впрыском бензина
во впускной трубопровод.
Крутящий момент двигателя может быть изменен как сме-
шением угла опережения зажигания (кратковременно), так и
изменением поступающей в цилиндры массы воздуха (долго-
временно). При этом впрыскивается такое количество топли-
ва, которое необходимо для образования стехиометрической
смеси.
Процесс впуска (рис. 3.30, а\ Дроссельная заслонка открыва-
ется соответственно перемещению педали акселератора. Впуск-
ная заслонка может быть открыта или закрыта в зависимости от
режима работы двигателя.
63
3. Системы двигателя
При частичных нагрузках и в среднем диапазоне частот вра-
щения эта заслонка закрыта, в результате чего входящий в ци-
линдр поток воздуха закручивается, улучшая смесеобразование.
По мере увеличения нагрузки и частоты вращения колен-
чатого вала поступление воздуха только через верхнюю часть
впускного канала оказывается недостаточным. Поэтому заслонку
поворачивают, открывая нижнюю часть впускного канала.
Впрыск топлива (рис. 3.30, 6) производится на такте впуска
приблизительно за 300° до ВМТ такта сжатия.
Необходимое для испарения топлива тепло отбирается у посту-
пившего в цилиндр воздуха, в результате чего этот воздух охлаж-
дается. Благодаря этому можно поднять степень сжатия против ее
значения у двигателя с впрыском топлива во впускные каналы.
Процесс смесеобразования (рис. 3.30, в). Так как впрыск топли-
ва производится на такте впуска, на процесс смесеобразования
отводится относительно много времени. Благодаря этому впрыс-
нутое в цилиндр топливо равномерно распределяется по всему
объему поступившего в него воздуха. Коэффициент избытка воз-
духа смеси в камере сгорания равен единице.
Процесс сгорания (рис. 3.30, г). Крутящий момент двигателя,
расход топлива и выброс вредных веществ при работе на гомо-
генной смеси зависят от угла опережения зажигания.
3. Работа двигателя при гомогенно-обедненном распределе-
нии смеси используется на режимах, которые находятся в поле
многопараметровой характеристики между режимами работы
двигателя при послойном смесеобразовании и режимами его ра-
боты на гомогенной смеси стехиометрического состава. Коэффи-
циент избытка воздуха этой смеси равен 1,55. Двигатель может
эффективно работать на этой смеси при тех же условиях, которые
предписаны для послойной смеси (рис. 3.31).
Процесс впуска (рис. 3.31, а). Как и при послойном смесе-
образовании, работа двигателя на бедной гомогенной смеси осу-
ществляется с максимально открытой дроссельной заслонкой
при закрытых впускных заслонках. При этом снижаются потери
на дросселирование и создается интенсивное движение воздуха в
цилиндре двигателя.
Процесс впрыска топлива (рис. 3.31, 6) осуществляется в про-
цессе впуска. Он начинается приблизительно за 300° до ВМТ
такта сжатия. При этом блок управления двигателем регулиру-
64
3.3. Система питания
ет подачу топлива таким образом, чтобы коэффициент избытка
воздуха был равен приблизительно 1,55.
Рис. 3.31. Работа двигателя при гомогенно-обедненном
распределении смеси:
а — процесс впуска; б — процесс впрыска топлива; в — процесс
смесеобразования; г - процесс сгорания
Процесс смесеобразования (рис. 3.31, в). Благодаря раннему
моменту впрыска предоставляется достаточно большое время до
момента зажигания для образования гомогенной смеси во всем
объеме камеры сгорания.
Процесс сгорания (рис. 3.31, г). Как и при работе на любой
гомогенной смеси, момент зажигания не зависит от процесса
смесеобразования. Смесь горит при этом во всем объеме камеры
сгорания.
3.3.2. Система питания дизельного двигателя
Система питания дизельного двигателя включает топливный
бак, фильтры грубой и тонкой очистки топлива, топливоподка-
65
3. Системы двигателя
чиваюший насос, топливный насос высокого давления с регу-
лятором частоты вращения, форсунки, трубопроводы низкого и
высокого давления.
Топливоподкачивающий насос подает топливо из бака через
фильтры грубой и тонкой очистки по топливопроводам низкого
давления к топливному насосу высокого давления.
Топливный насос высокого давления (ТНВД) выполняет две
основные функции: нагнетание под давлением определенного ко-
личества топлива и регулирование необходимого момента начала
впрыскивания. С появлением аккумуляторных систем впрыска
функция регулирования момента впрыска возложена на управ-
ляемые электроникой форсунки.
Основу ТНВД составляет плунжерная пара, которая объеди-
няет поршень (он же плунжер) и цилиндр (он же втулка). Между
плунжером и втулкой обеспечивается минимальный зазор — пре-
цизионное сопряжение.
Конструктивно различают следующие виды ТНВД: рядный,
распределительный и магистральный.
Магистральные насосы осуществляют только нагнетание то-
плива в гидроаккумулятор.
Распределительный насос имеет один или несколько плунже-
ров. которые обеспечивают нагнетание и распределение топлива
по всем цилиндрам.
В рядном насосе (рис. 3.32) нагнетание топлива в каждый ци-
линдр производится отдельной плунжерной парой. Количество
плунжерных пар соответствует числу цилиндров. Плунжерные
пары установлены в корпусе насоса, в котором выполнены ка-
налы для подвода и отвода топлива. Движение плунжера осу-
ществляется от кулачкового вала, который, в свою очередь, име-
ет привод от коленчатого вала двигателя. Плунжеры постоянно
прижимаются к кулачкам с помощью пружин.
При вращении кулачкового вала кулачок набегает на тол-
катель плунжера. Плунжер двигается вверх по втулке, при этом
последовательно закрываются выпускное и впускное отверстия.
Создается давление, при котором открывается нагнетательный
клапан, и топливо по топливопроводу поступает к соответствую-
щей форсунке.
Регулирование количества подаваемого топлива и момента
его подачи может осуществляться механическим путем или с по-
мощью электроники.
66
3.3. Система питания
Рис. 3.32. Устройство рядного ТНВД:
1 - магистраль высокого давления; 2 - нагнетательный клапан;
3 — втулка плунжера; 4 - плунжер; 5 - управляющий стержень;
6- поворотная втулка плунжера; 7 — поводок плунжера; 8— пружина
втулки плунжера; 9 - тарелка пружины; 10 — толкатель; 11 — рас-
пределительный вал; 12 — эксцентрик; 13 — топливоподаюший насос
Механическое регулирование момента подачи топлива про-
изводится с помощью центробежной муфты, расположенной на
кулачковом валу. Внутри муфты находятся грузики, которые при
увеличении оборотов двигателя расходятся под действием цен-
тробежных сил и поворачивают кулачковый вал относительно
привода. При увеличении оборотов двигателя обеспечивается
ранний впрыск топлива, а при уменьшении — поздний.
Конструкция и принцип действия плунжерной нары. Плун-
жерная пара (рис. 3.33) состоит из плунжера и гильзы. Гильза
67
3. Системы двигателя
имеет один или два подводящих канала (при двух каналах один
из них выполняет функции подводящего и перепускного), кото-
рые соединяют полость всасывания с камерой высокого давления
плунжерной пары. Над плунжерной парой находится штуцер с
посадочным конусом нагнетательного клапана. Двигающаяся в
корпусе ТНВД рейка вращает зубчатый сектор, управляя тем са-
мым регулирующей втулкой плунжера. Перемещение самой рейки
определяется регулятором частоты вращения коленчатого вала.
Это позволяет точно дозировать величину цикловой подачи.
Рис. 3.33. Устройство плунжерной пары в ТНВД:
1 - полость всасывания; 2 - зубчатый сектор; 3 - регулирующая
втулка плунжера; 4 — боковая крышка; 5 - штуцер нагнетательного
клапана; 6— корпус нагнетательного клапана; 7— конус нагнетательного
клапана; 8 — гильза плунжера; 9— плунжер; 10— рейка ТНВД;
11 - поводок плунжера; 12 - возвратная пружина плунжера;
13 — нижняя тарелка возвратной пружины; 14 — регулировочный винт;
15 - роликовый толкатель; 16 — кулачковый вал ТНВД
68
3.3. Система питания
Полный ход плунжера неизменен. Активный ход и связан-
ная с ним величина цикловой подачи могут изменяться поворо-
том плунжера, который совершается при помощи регулирующей
втулки.
Плунжер имеет наряду с продольной канавкой еще и спи-
ральную канавку. Получаемая таким образом косая кромка на
поверхности плунжера называется регулирующей кромкой. Если
величина давления впрыскивания не превышает 60 МПа, то до-
статочно одной регулирующей кромки, для больших значений
давления впрыскивания необходим плунжер с двумя регулирую-
щими кромками, отфрезерованными с противоположных сто-
рон плунжера. Их наличие снижает износ плунжерной пары,
поскольку плунжер с одной регулирующей кромкой под давле-
нием прижимается к одной стороне гильзы, увеличивая ее вы-
работку.
В гильзе плунжера размешены одно или два отверстия для
подвода и обратного слива топлива.
Вращение кулачкового вала ТНВД преобразуется в возвратно-
поступательное движение роликового толкателя, приводящего
в действие плунжер. Движение плунжера в направлении к его
ВМТ называется ходом нагнетания. Возвратная пружина возвра-
щает плунжер к его НМТ. Пружина рассчитана так, что даже при
максимальных частотах вращения кулачкового вала ТНВД ролик
не отходит от кулачка; отскок и вместе с ним удар ролика по ку-
лачку при длительной эксплуатации привели бы к разрушению
поверхностей кулачка или ролика.
Величина возможной подачи топлива зависит от рабочего
объема пары. Максимальное значение давления впрыскивания
у форсунки может составлять в зависимости от конструкции
40...135 МПа. Угловой сдвиг кулачков на кулачковом валу га-
рантирует точное совмещение впрыскивания с фазовым сдвигом
процессов по цилиндрам двигателя в соответствии с порядком
его работы.
Плунжерная пара работает по принципу перетока топлива с
управлением регулирующей кромкой (рис. 3.34).
В НМТ плунжера (рис. 3.34, а) подводящий канал гильзы
и канал слива топлива открыты, благодаря чему топливо может
69
3. Системы двигателя
перетекать под давлением подкачки из полости впуска в камеру
высокого давления.
4— t t t t
а б в г d e
Рис. 3.34. Последовательность работы плунжерной пары:
а — НМТ плунжера; б — предварительный ход; в — втягивающий ход;
г — активный ход; д — остаточный ход; е — ВМТ плунжера;
1 — камера высокого давления; 2 — подводящий канал; 3 — гильза
плунжера; 4 — плунжер; 5 — регулирующая кромка; 6 — перепускной
канал; А — полный ход плунжера
При движении вверх (рис. 3.34, б) плунжер закрывает отвер-
стие подводящего канала своим верхним торцом. Этот ход плун-
жера называется предварительным.
При дальнейшем движении плунжера вверх (рис. 3.34, в) дав-
ление растет, что приводит к открытию нагнетательного клапана
над плунжерной парой. При применении нагнетательного клапа-
на постоянного объема плунжер дополнительно совершает втя-
гивающий ход.
После открытия нагнетательного клапана топливо во время
активного хода (рис. 3.34, г) через магистраль высокого давле-
ния направляется к форсунке, которая впрыскивает точно дози-
руемое количество топлива в камеру сгорания двигателя. Когда
регулирующая кромка плунжера открывает перепускной канал,
активный ход плунжера завершается. С этого момента топливо
в форсунку не нагнетается, поскольку во время остаточного хода
(рис. 3.34, д) оно через продольную и спиральную канавки из
камеры высокого давления направляется в перепускной канал.
Давление в плунжерной паре при этом падает.
По достижении ВМТ (рис. 3.34, е) плунжер меняет на-
правление своего движения на противоположное, топливо
при этом через спиральную и продольную канавки поступает
70
3.3. Система питания
из перепускного канала обратно в камеру высокого давления.
Это происходит до тех пор, пока регулирующая кромка вновь
не перекроет перепускной канал. При продолжении обратного
хода плунжера над ним возникает область низкого давления.
С освобождением подводящего канала верхним торцом плунже-
ра топливо вновь поступает в камеру высокого давления. Цикл
начинается снова.
Величину цикловой подачи топлива можно регулировать из-
менением активного хода кромки (рис. 3.35). Для этого рейка
через регулирующую втулку плунжера поворачивает сам плун-
жер таким образом, что регулирующая кромка может изменять
момент конца нагнетания и вместе с тем величину цикловой по-
дачи (регулирование по концу впрыскивания).
Рис. 3.35. Регулирование цикловой подачи:
а — нулевая подача; б — средняя подача; в - полная подача;
7 - гильза плунжера; 2 — подводящий канал; 3 — плунжер;
4 — рейка ТНВД; 5 — регулирующая кромка плунжера
В крайнем положении, соответствующем нулевой подаче
(рис. 3.35, а), продольная канавка находится непосредственно
перед перепускным каналом, вследствие чего давление в камере
высокого давления плунжерной пары во время всего хода плун-
жера равняется давлению в полости всасывания и нагнетания
топлива не происходит. В это положение плунжер приводится,
если двигатель должен быть остановлен.
При средней подаче (рис. 3.35, б) плунжер устанавливается в
промежуточное положение (по регулирующей кромке).
Полная подача (рис. 3.35, в) становится возможной только
при установке максимального активного хода плунжера. Пере-
71
3. Системы двигателя
дача движения от рейки на плунжер может производиться либо
через зубчатую рейку на зубчатый сектор, закрепленный на регу-
лирующей втулке плунжера, либо через рейку с направляющими
шлицами на штифт или сферическую головку на регулирующей
втулке плунжера.
Распределительный топливный насос высокого давления. Осо-
бенность этого вида ТНВД заключается том, что в конструкции
используется только одна топливная секция, которая обеспечи-
вает подачу на все форсунки. Примечательно, что секция только
одна, но в ней может использоваться разное количество плун-
жерных пар - от одной до четырех.
Основные функциональные блоки ТНВД: роторно-лопа-
стной топливный насос низкого давления с регулирующим
перепускным клапаном; блок высокого давления с распреде-
лительной головкой и дозирующей муфтой; автоматический
регулятор частоты вращения с системой рычагов и пружин;
электромагнитный запирающий клапан, отключающий пода-
чу топлива; автоматическое устройство (автомат) изменения
угла опережения впрыскивания топлива. Распределительный
ТНВД может также быть оснащен различными дополнитель-
ными устройствами, например, корректорами топливоподачи
или ускорителем холодного пуска, которые позволяют инди-
видуально адаптировать ТНВД к особенностям данного дви-
гателя.
Существует несколько типов распределительных ТНВД, от-
личающихся особенностями работы прецизионных пар и их при-
водом:
— торцевые (аксиальные);
— роторные;
- с внешним (кулачковым) приводом.
Последний тип из-за низких показателей надежности рас-
пространения не получил.
Устройство ТНВД торцевого типа подразумевает наличие
только одной плунжерной пары, которая одновременно выпол-
няет и роль распределителя, т. е. направляет сжатое топливо к
требуемой форсунке.
Схема распределительного ТНВД торцевого типа представле-
на на рисунке 3.36, а его общий вид — на рисунке 3.37.
72
3.3. Система питания
Рис. 3.36. Схема распределительного ТНВД торцевого типа:
1 — вал привода насоса; 2 — перепускной клапан регулирования
внутреннего давления; 3 — рычаг управления подачей топлива;
4 — грузы регулятора; 5 — жиклер слива топлива; 6 — винт
регулировки полной нагрузки; 7 - передаточный рычаг регулятора;
8 — электромагнитный клапан остановки двигателя; 9 - плунжер;
10 — центральная пробка; 11 — нагнетательный клапан; 12 — дозирующая
муфта; 13 — кулачковый диск; 14 — автомат опережения впрыска
топлива; 15 - ролик; 16 — муфта; 17— топливоподкачивающий
насос низкого давления
Вал привода топливного насоса расположен внутри корпуса
ТНВД, на валу установлены ротор топливного насоса низкого
давления и шестерня привода вала регулятора с грузами. За ва-
лом в корпусе насоса неподвижно установлено кольцо с роликами
и штоком привода автомата опережения впрыскивания топлива.
Привод вала ТНВД осуществляется от коленчатого вала двига-
теля шестеренчатой или ременной передачей. В четырехтактных
двигателях частота вращения вала ТНВД составляет 1/2 частоты
вращения коленчатого вала, и работа распределительного ТНВД
осуществляется таким образом, что поступательное движение
плунжера синхронизировано с движением поршней в цилиндрах
двигателя, а вращательное обеспечивает распределение топлива
73
3. Системы двигателя
по цилиндрам. Поступательное движение обеспечивается кулач-
ковой шайбой, а вращательное — валом топливного насоса.
Рис. 3.37. Общий вид распределительного ТНВД торцевого типа:
1 - устройство опережения впрыска; 2 - роликовое кольцо;
3 - рычаг управления; 4 - регулятор цикловой подачи;
5 - плунжер-распределитель; 6 - канал распределителя
Автоматический регулятор частоты вращения включает цен-
тробежные грузы, которые через муфту регулятора и систему ры-
чагов воздействуют на дозирующую муфту, изменяя таким об-
разом величину топливоподачи в зависимости от скоростного и
нагрузочного режимов двигателя. Корпус ТНВД закрыт сверху
крышкой, в которой установлена ось рычага управления, связан-
ного с педалью акселератора.
74
3.3. Система питания
Автомат опережения впрыскивания топлива является ги-
дравлическим устройством, работа которого определяется дав-
лением топлива во внутренней полости ТНВД. создаваемым то-
пливным насосом низкого давления с регулирующим перепуск-
ным клапаном.
Топливный насос низкого давления (подкачивающий насос)
расположен в корпусе ТНВД на приводном валу и служит для за-
бора топлива из бака и подачи его во внутреннюю полость корпу-
са насоса. Схема устройства подкачивающего насоса с клапаном
низкого давления показана на рисунке 3.38.
Рис. 3.38. Топливный подкачивающий насос:
1 — кольцо; 2 — ротор; 3 — лопасти; 4 — вал;
5 — перепускной регулирующий клапан; 6 — корпус клапана;
7- резьбовая пробка; 8 — пружина; 9 — поршень
Насос состоит из ротора с четырьмя лопастями и кольца в
корпусе ТНВД, расположенного эксцентрично по внешней сто-
роне ротора. При вращении последнего лопасти под действием
центробежной силы прижимаются к внутренней поверхности
кольца, создавая таким образом камеры между ними, из которых
топливо под давлением по каналу поступает во внутреннюю по-
лость корпуса ТНВД. Одновременно часть топлива поступает на
вход перепускного регулирующего клапана и в случае его откры-
тия перепускается на вход насоса.
Корпус перепускного регулирующего клапана завернут по
резьбе в корпусе ТНВД. внутри корпуса имеется поршень, на-
75
3. Системы двигателя
груженный тарированной на определенное давление пружиной,
второй конец которой упирается в резьбовую пробку. Если дав-
ление топлива оказывается выше установленного значения, пор-
шень клапана открывает канал для перепуска части топлива на
всасывающую сторону насоса. Давление начала открытия пере-
пускного клапана регулируется изменением положения резьбо-
вой пробки, т. е. величиной предварительной затяжки пружины.
Важную роль в обеспечении нормальной работы двигателя
играет сливной жиклер диаметром порядка 0,6 мм, установленный
в штуцере в крышке ТНВД (см. рис. 3.37). Жиклер, через кото-
рый топливо идет на слив, обеспечивает поддержание требуемого
давления топлива во внутренней полости корпуса ТНВД. Размер
жиклера скоординирован с работой перепускного клапана.
Перепускной клапан в сочетании со сливным жиклером
обеспечивает заданную зависимость разности давлений топли-
ва в корпусе ТНВД и на выходе насоса низкого давления от
частоты вращения вала ТНВД. Количество топлива, подаваемо-
го насосом низкого давления, в несколько раз больше подавае-
мого в цилиндры двигателя. Давление топлива во внутренней
полости корпуса ТНВД влияет на положение поршня автомата
опережения впрыскивания, изменяя угол опережения впрыски-
вания пропорционально частоте вращения коленчатого вала
двигателя.
Основным элементом, создающим высокое давление топлива
в ТНВД и распределяющим топливо по цилиндрам двигателя,
является плунжер, который совершает возвратно-поступательное
и вращательное движение.
Принцип действия насоса поясняет рисунок 3.39.
Выступы-кулачки кулачкового диска находятся в постоян-
ном контакте с роликами, установленными на осях в неподвиж-
ном кольце. При вращении кулачковой шайбы каждый кулачок,
набегая на ролик, толкает плунжер вправо, а возвращение его
в прежнее положение осуществляется двумя пружинами блока
ТНВД.
Количество кулачков на кулачковой шайбе, как и число
штуцеров линии высокого давления с нагнетательными кла-
панами. соответствует числу цилиндров двигателя (обычно че-
тыре или шесть). Возвратные пружины плунжера, кроме того,
препятствуют разрыву кинематической связи кулачок — ролик
76
3.3. Система питания
толкателя при больших ускорениях. Обеспечивая возвратно-
поступательное движение плунжера, кулачковая шайба формой
выступов-кулачков определяет также ход плунжера и скорость
его перемещения и. следовательно, характеристику, давление и
продолжительность впрыскивания. Все эти параметры, в свою
очередь, определяются формой камеры сгорания и особенностя-
ми рабочего процесса данного двигателя и должны быть, таким
образом, скоординированы. По этой причине для каждого типа
двигателя рассчитывается лента профиля кулачков, которая «на-
кладывается» на фронтальную поверхность кулачковой шайбы,
установленной в ТНВД. Поэтому кулачковая шайба данного на-
соса является деталью невзаимозаменяемой, индивидуально со-
ответствующей данному типу двигателя.
Рис. 3.39. Схема движения топлива в ТНВД:
1 - неподвижное кольцо; 2 - ролик; 3 - кулачковый диск; 4 - плунжер;
5 - втулка подачи топлива; 6 - камера; 7 - канал подачи топлива
к форсунке; 8 — распределительный паз
Плунжер ТНВД создает высокое давление топлива и распре-
деляет его по цилиндрам при осуществлении следующих функ-
циональных этапов процесса топливоподачи:
1) впуск топлива;
77
3. Системы двигателя
2) активный ход плунжера и впрыскивание топлива (нагне-
тание);
3) отсечка подачи;
4) процесс закрытия нагнетательного клапана и разгрузка
линии высокого давления.
Процессы топливоподачи в распределительной головке по-
казаны на рисунке 3.40.
Рис. 3.40. Процесс работы плунжера ТНВД:
1 - плунжер; 2 — впускной канал; 3 - впускной шлиц; 4 - полость
высокого давления; 5 — распределительный шлиц; 6 — нагнетательный
канал и клапан; 7— радиальные каналы; 8 — дозирующая муфта
При крайнем левом положении плунжера (НМТ) (рис. 3.40, а)
впускной шлиц находится напротив впускного канала, и топли-
во из внутренней полости ТНВД поступает в полость высокого
давления.
Плунжер, вращаясь, под действием диска начинает переме-
щаться вправо (рис. 3.40, б). При этом впускной канал оказы-
вается закрытым боковой поверхностью плунжера. Начинает-
ся активный ход плунжера. Топливо через центральный канал
плунжера и распределительный шлиц плунжера, через нагне-
тательный канал и клапан подается по топливопроводу к фор-
сунке.
Активный ход плунжера заканчивается отсечкой топлива
через радиальные каналы, ранее закрытые дозирующей муфтой
78
3.3. Система питания
(рис. 3.40, в). Топливо при этом выходит во внутреннюю полость
ТНВД, и нагнетание прекращается.
При дальнейшем повороте плунжера и его движении к НМТ
(рис. 3.40, г) впускное отверстие совмещается со следующим по
ходу вращения плунжера впускным шлицем, и процесс впуска
повторяется.
Процесс впуска и последующего впрыска топлива происхо-
дит в течение поворота плунжера на 90° в четырехцилиндровом
дизельном двигателе, 72° — в пятицилиндровом и на 60° - в ше-
стицилиндровом.
Более раннее зажигание при увеличении частоты вращения
коленчатого вала способствует увеличению мощности дизельно-
го двигателя. При увеличении частоты вращения коленчатого
вала впрыск начинается раньше, что обеспечивается автоматом
(муфтой) опережения впрыскивания (рис. 3.41).
Рис. 3.41. Автомат опережения впрыскивания:
а — исходное положение; б — рабочее положение;
1 — корпус ТНВД; 2 — кольцо с роликами; 3 — несущий ролик;
4— стержень; 5— канал; 6— крышка; 7— поршень; 8 — шарнир;
9 — пружина сжатия; а — угол поворота стержня
Автомат опережения впрыскивания расположен в ниж-
ней части корпуса ТНВД перпендикулярно оси вала ТНВД.
Поршень автомата закрыт с обеих сторон крышками, с одной
стороны в поршне просверлен канал для прохода топлива под
79
3. Системы двигателя
давлением из внутренней полости корпуса насоса, с другой сто-
роны установлена пружина сжатия. Поршень автомата посред-
ством шарнира и стержня (цапфы) связан с кольцом несущего
ролика.
Работа автомата опережения впрыскивания топлива проис-
ходит следующим образом. В исходном положении поршень ав-
томата находится под действием пружины сжатия (рис. 3.41, а).
Давление топлива во внутренней полости корпуса насоса воз-
растает пропорционально скоростному режиму двигателя и
определяется регулировкой перепускного клапана низкого дав-
ления (см. рис. 3.36, поз. 2) и работой жиклера на выходе из
насоса (см. рис. 3.36, поз. 5). Это давление по каналу (рис. 3.41)
передается в рабочий цилиндр автомата с одной стороны порш-
ня, который под действием силы давления топлива в определен-
ный момент начинает перемешаться влево, преодолевая сопро-
тивление пружины. Осевое перемещение поршня посредством
шарнира и стержня передается кольцу с роликами, которое по-
ворачивается и меняет свое положение относительно кулачко-
вой шайбы таким образом, что кулачки набегают на несущие
ролики раньше, обеспечивая фазовое смещение на величину до
12° по углу поворота кулачковой шайбы (до 24° по углу поворота
коленчатого вала (рис. 3.41, о)).
Корректирование угла опережения впрыскивания при хо-
лодном пуске двигателя осуществляется вручную водителем из
кабины посредством троса или автоматически посредством
устройства, устанавливающего угол опережения впрыскивания в
зависимости от температуры охлаждающей жидкости.
Привод устройства монтируется на корпусе ТНВД (рис. 3.42).
Рычаг устройства крепится на валу (ось устройства), на другом
конце которого эксцентрично расположена поворотная цапфа,
взаимодействующая при повороте с кольцом, несущим ролики,
т. е. с автоматом опережения впрыскивания топлива.
Исходное положение рычага определяется упором и пружи-
ной (рис. 3.43). К верхней части рычага устройства крепится трос
управления с места водителя или корпус автомата привода.
80
3.3. Система питания
Рис. 3.42. Устройство для установки угла опережения
впрыскивания в зависимости от температуры двигателя:
1 - рычаг; 2 - окно; 3 — поворотная цапфа; 4 — продольная прорезь;
5 — корте насоса; 6 — кольцо с роликами; 7— ролик; 8 — поршень;
9 - поворотный стержень; 10 — шарнир; 11 — пружина автомата
опережения впрыскивания; 12 — вал; 13 — пружина шпилечная
Рис. 3.43. Схема автоматического привода устройства для установки
угла опережения впрыскивания в зависимости от температуры двигателя:
1 — тяга; 2 — трос; 3 — упор; 4 — пружина;
5 — рычаг; 6 - корпус автомата привода
81
3. Системы двигателя
При ручном приводе перед пуском двигателя посредством
троса поворачивают рычаг (рис. 3.42). При этом поворачивается
вал с цапфой, и за счет сжатия пружины автомата и соответ-
ствующих перемещений поршня, поворотного стержня и шар-
нира кольцо с роликами изменяет свое положение, устанавливая
необходимый угол опережения впрыскивания топлива.
При автоматическом приводе автомат, внутри которого на-
ходится легко расширяющийся специальный состав, на холод-
ном двигателе обеспечивает нужное опережение впрыскивания
за счет уменьшения объема состава. По мере увеличения темпе-
ратуры охлаждающей жидкости расширительный элемент в кор-
пусе автомата (рис. 3.43) прекращает свое воздействие на кольцо
с роликами за счет увеличения объема состава.
Автоматический регулятор частоты вращения включает меха-
нический регулятор с центробежными грузами и систему управ-
ляющих рычагов. Схемы работы всережимного регулятора часто-
ты вращения ТНВД показаны на рисунке 3.44.
Грузы регулятора установлены в держателе, получающем вра-
щение от приводной шестерни. Радиальное перемещение грузов
трансформируется в осевое перемещение муфты регулятора, что
изменяет положение нажимного и силового рычагов регулятора,
которые, поворачиваясь относительно оси Л/,, перемещают дози-
рующую муфту, определяя тем самым активный ход плунжера.
В верхней части силового рычага установлена пружина ми-
нимального режима холостого хода, а между силовым и нажим-
ным рычагами — пластинчатая пружина пусковой подачи. Рычаг
управления воздействует на рабочую пружину регулятора, вто-
рой конец которой закреплен в силовом рычаге на фиксаторе.
Таким образом, положение системы рычагов и, следовательно,
дозирующей муфты определяется взаимодействием двух сил —
силы предварительной затяжки рабочей пружины регулятора,
определяемой положением рычага управления, и центробежной
силы грузов, приведенной к муфте.
Работа регулятора при пуске двигателя. Перед
пуском двигателя грузы регулятора находятся в состоянии покоя
на минимальном радиусе, а нажимной рычаг (рычаг пуска) под
действием пружины пусковой подачи смешен влево (рис. 3.44. а).
Соответственно нижний шарнирный конец рычага обеспечива-
ет крайнее правое положение дозирующей муфты относительно
плунжера, что соответствует пусковой подаче за счет увеличен-
ного активного хода плунжера
82
3.3. Система питания
Рис. 3.44. Схема работы всережимного регулятора: а — пуск двигателя;
б — холостой ход; в — режим уменьшения нагрузки; г — режим
увеличения нагрузки; 1 — грузы; 2 — ось скользящей муфты;
3 — регулировочный винт максимального режима; 4 — силовой рычаг;
5 — рычаг регулировки подачи топлива; 6 — нажимной рычаг; 7— упор
силового рычага; 8 — пластинчатая пружина пусковой подачи;
9 — дозирующая муфта; 10 — отсечное отверстие плунжера;
11 - плунжер; 12 — скользящая муфта регулятора; 13 - рычаг
натяжения пружины; 14 — рычаг управления; 15 — регулировочный
винт холостого хода минимального режима; 16 - ось рычага управления;
17— рабочая пружина регулятора; 18 — фиксатор пружины;
19 — пружина минимального режима холостого хода;
20 - регулировочный винт холостого хода максимального режима
83
3. Системы двигателя
Как только двигатель запустится, грузы регулятора расходят-
ся. и муфта перемешается вправо на величину хода 5, преодо-
левая сопротивление достаточно слабой пусковой пружины. Ры-
чаг 6 при этом поворачивается на оси Л/, по часовой стрелке,
перемещая дозирующую муфту в сторону уменьшения подачи
(влево) (рис. 3.44. б).
Работа регулятора на минимальной частоте
вращения холостого хода. При отсутствии нагруз-
ки и положении рычага управления на упоре в регулировочный
винт 15 двигатель должен устойчиво работать на минимальной
частоте вращения холостого хода (рис. 3.44, б). Регулирование
этого режима обеспечивается пружиной холостого хода /9. уси-
лие которой находится в равновесии с центробежной силой гру-
зов; в результате этого равновесия поддерживается подача топли-
ва, соответствующая активному ходу плунжера й,. Как только
скоростной режим двигателя выходит за пределы минимальной
частоты вращения холостого хода, реализуется ход «с» силового
рычага при сжатии пружины /9 под действием увеличивающейся
центробежной силы грузов.
Работа регулятора на нагрузочных режимах. Ско-
ростной режим устанавливается водителем путем воздействия
через педаль акселератора на рычаг управления. На рабочих ре-
жимах пружина пусковой подачи и пружина /9 холостого хода
не работают, и работа регулятора определяется предваритель-
ной деформацией рабочей пружины 17. При повороте рычага
управления до упора в регулировочный винт холостого хода
максимального режима (рис. 3.44, в, г) в сторону увеличения
скоростного режима и соответствующем растяжении рабочей
пружины ее усилие передается на силовой рычаг и затем через
рычаг 6 на муфту регулятора, заставляя грузы сходиться. Си-
стема рычагов при этом поворачивается относительно оси Л/,
против часовой стрелки, перемещая дозирующую муфту в сто-
рону увеличения подачи до режимов внешней скоростной ха-
рактеристики. Частота вращения коленчатого вала двигателя
и соответственно грузов регулятора при этом увеличивается,
центробежная сила грузов и сопротивление последней усилию
рабочей пружины также увеличиваются, и в какой-то момент
наступает равновесие сил и равновесие положения всех элемен-
тов регулятора. При отсутствии изменения нагрузки двигатель
84
3.3. Система питания
работает на установившемся режиме при постоянной частоте
вращения.
При уменьшении нагрузки частота вращения увеличивается,
грузы регулятора расходятся и, преодолевая сопротивление рабо-
чей пружины, перемешают муфту регулятора вправо (рис. 3.44. в).
Система рычагов при этом поворачивается относительно оси М,
по часовой стрелке, перемещая дозирующую муфту влево, в сто-
рону уменьшения подачи.
При увеличении нагрузки частота вращения вала двигате-
ля уменьшается, грузы регулятора сходятся, центробежная сила
грузов уменьшается, и под действием усилия рабочей пружины
муфта регулятора перемешается влево, а система рычагов 4 и 6
перемещает дозирующую муфту вправо, в сторону увеличения
подачи (рис. 3.44, г).
Корректор по давлению наддува двигателя. Автоматический
противодымный корректор, или корректор по давлению надду-
ва дизельного двигателя, служит для приведения в соответствие
количества топлива, подаваемого в цилиндры двигателя, количе-
ству воздуха с целью исключения дымления двигателя. Необхо-
димость установки указанного автоматического устройства опре-
деляется изменением плотности воздуха в цилиндрах двигателя с
турбонаддувом в зависимости от режима работы турбокомпрес-
сора. Особенно необходима работа корректора на режимах раз-
гона двигателя, когда скорость роста количества подаваемого то-
плива больше скорости роста количества нагнетаемого воздуха:
при этом коэффициент избытка воздуха уменьшается и работа
двигателя сопровождается дымлением.
Конструктивное исполнение корректора по давлению надду-
ва, установленного на верхней крышке корпуса насоса, показано
на рисунке 3.45.
Внутренняя полость корректора разделена мембраной на
две камеры: верхнюю, соединенную с впускным коллектором и
находящуюся под давлением наддува, и нижнюю, содержащую
пружину, которая действует на мембрану, оказывая сопротивле-
ние ее перемещению вниз. Нижняя камера корректора находится
под атмосферным давлением. Мембрана соединена со штоком,
имеющим управляющий конус, в который упирается подвижный
стержень, передающий движение штока и, следовательно, мем-
браны рычагу-упору корректора. Шток взаимодействует с сило-
вым рычагом регулятора.
85
3. Системы двигателя
Рис. 3.45. Схема работы корректора с турбонаддувом:
а — положение мембраны при увеличенном давлении наддува;
б — положение мембраны при недостаточном давлении наддува;
1 — рычаг-упор; 2 - шток; 3 — мембрана; 4 — подвод разрежения
от впускного коллектора; 5 - пружина; 6 — жиклер слива
топлива; 7— стержень; 8- регулировочный винт максимальной
подачи; 9 — увеличенный ход подачи; 10 — дозирующая муфта;
11 — плунжер; 12 — пусковой рычаг; 13 — силовой рычаг
Работа корректора происходит следующим образом. Если ве-
личина давления наддува недостаточна для преодоления усилия
затяжки пружины, то мембрана и шток находятся в исходном
положении (рис. 3.45, б).
При увеличении давления воздуха (рис. 3.45, а), подаваемо-
го компрессором, мембрана, преодолевая сопротивление пру-
жины, перемешается вниз, соответственно перемещая шток с
управляющим конусом, в результате чего стержень изменяет свое
положение, и рычаг-упор поворачивается относительно оси по
часовой стрелке под действием рабочей пружины регулятора.
Силовой рычаг, следуя перемещению рычага-упора, также пово-
рачивается вместе с пусковым рычагом относительно их общей
оси, перемещая дозирующую муфту в направлении увеличения
подачи. Таким образом, величина топливоподачи оказывается в
соответствии с количеством воздуха, подаваемого в цилиндры
двигателя, поскольку это количество пропорционально давлению
наддува. Если скоростной и нагрузочный режимы уменьшаются,
86
3.3. Система питания
снижается и давление наддува, пружина корректора перемешает
мембрану со штоком вертикально вверх, и механизм регулятора
работает в направлении, обратном описанному выше, уменьшая
подачу топлива в функции давления наддува (рис. 3.45, о).
Если работа турбокомпрессора нарушается, корректор по
давлению наддува оказывается в исходном положении на верх-
нем упоре, обеспечивая работу двигателя без дымления. Величи-
на максимальной подачи топлива для данного двигателя регули-
руется винтом 5, установленным на крышке ТНВД.
Вакуумные насосы. В дизельных двигателях отсутствует
дроссельная заслонка, поэтому для создания достаточного раз-
режения, например в вакуумном усилителе тормозной системы,
используется вакуумный насос (рис. 3.46).
Рис. 3.46. Вакуумный насос дизельного двигателя:
а — горизонтальное положение лопасти; 6 — вертикальное
положение лопасти; 1 - сторона всасывания; 2 — лопасть;
3 - вакуумный трубопровод; 4 - вакуум; 5 - ротор; 6 - сжимаемый
воздух; 7 — отвод воздуха; 8 — сторона сжатия; 9 — канал для
подвода масла
Вакуумный насос содержит эксцентрично установленный
ротор с перемешаюшейся в нем пластмассовой лопастью, которая
разделяет рабочую полость насоса на две части.
При вращении ротора и перемещении в нем лопасти объем
одной части рабочей полости увеличивается, а объем другой ее
части уменьшается.
На стороне всасывания производится забор воздуха из ваку-
умной системы, который затем вытесняется через специальный
87
3. Системы двигателя
канал 7, Вытесняемый воздух может использоваться для охлажде-
ния деталей двигателя. Через специальный канал 9от головки ци-
линдров к насосу подается масло, которое используется не только
для смазки, но и для уплотнения лопасти в рабочей полости.
Привод вакуумного насоса осуществляется от коленчатого
или распределительного вала, в последнем случае вакуумный
насос может совмещаться с топливоподкачивающим насосом си-
стемы питания.
Распределительный топливный насос высокого давления ро-
торного типа имеет роторный привод (или внутренний кулачко-
вый). В этом насосе, как и ТНВД торцевого типа, имеется только
одна топливная секция, в которой могут использоваться две, три
или четыре плунжерные пары.
Общий вид ТНВД роторного типа показан на рисунке 3.47.
Область низкого давления
Область высокого давления
Рис. 3.47. ТНВД роторного типа:
1 — датчик положения ротора (приводного вала); 2 - электронный
модуль управления насосом; 3 - плунжеры; 4 - электромагнитный
клапан дозирования топлива; 5 — дроссель нагнетательного
клапана; 6 — электромагнитный клапан управления опережения
впрыска; 7— кулачковая обойма; 8~ автомат опережения
момента впрыска топлива; 9 — ротор с полостями
88
3.3. Система питания
Принцип действия насоса поясняет рисунок 3.48.
Рис. 3.48. Схема движения топлива в ТНВД:
1 — регулировка момента впрыскивания сдвигом кулачковой шайбы;
2 - кулачковый диск; 3 — подвижное кольцо; 4 - радиальный
плунжер; 5 - ролик; 6 - распределительный паз; 7 - камера
высокого давления; 8 — подача топлива к форсунке;
9 — электромагнитный клапан высокого давления
Выступы-кулачки кулачкового диска находятся в постоян-
ном контакте с роликами, установленными на осях в подвижном
кольце. При вращении кольца каждый кулачок, набегая на ро-
лик, толкает плунжер к оси вращения кольца.
Контур низкого давления. Топливоподкачивающий насос
(рис. 3.49) в ТНВД — шиберного типа, аналогичен рассмотрен-
ным выше. Давление топлива, создаваемое топливоподкачиваю-
щим насосом на стороне нагнетания, зависит от частоты враще-
ния колеса насоса. В то же время это давление при возрастании
частоты вращения увеличивается непропорционально. Клапан
регулирования давления располагается в непосредственной бли-
зости от топливоподкачивающего насоса. Клапан изменяет дав-
ление нагнетания, создаваемое топливоподкачиваюшим насо-
сом, в зависимости от требуемого расхода топлива.
Топливо от топливоподкачиваюшего насоса поступает к
насосной секции ТНВД и устройству опережения впрыски-
вания.
89
3. Системы двигателя
Рис. 3.49. Гидравлическая схема ТНВД роторного типа:
1 — блок управления работой дизельного двигателя; 2 — клапан
регулирования давления; 3 - поршень клапана регулирования
давления; 4 — клапан дросселирования перепуска; 5 — отводной канал;
6 — дроссель; 7 - блок управления ТНВД; 8 — поршневой демпфер;
9 — электромагнитный клапан управления подачей; 10 — нагнетательный
клапан; 11 — форсунка; 12 — электромагнитный клапан установки
момента начала впрыскивания; 13 — ротор-распределитель;
14 — насосная секция ТНВД с радиальным движением плунжеров;
15 — датчик угла поворота приводного вала ТНВД ; 16 — устройство
опережения впрыскивания; 17— топливоподкачиваюший насос
Если создаваемое давление топлива превышает определен-
ную величину, торцевая кромка поршня открывает отверстия,
расположенные радиально, и через них поток топлива слива-
ется по каналам насоса к подводящему пазу. Если давление
топлива слишком мало, эти радиальные отверстия закрыты
вследствие преобладания сил пружины. Предварительный на-
тяг пружины определяет, таким образом, величину давления
открытия клапана.
90
3.3. Система питания
Для охлаждения топливоподкачиваюшего насоса и удаления
из него воздуха топливо проходит через клапан дросселирования
перепуска. Этот клапан осуществляет отвод топлива через от-
водной канал. В корпусе клапана находится нагруженный пру-
жиной шарик, который позволяет вытекать топливу только по
достижении определенной величины давления в канале.
Дроссель очень малого диаметра, связанный с линией от-
вода, расположен в корпусе клапана параллельно основному
каналу отвода топлива. Он обеспечивает автоматическое уда-
ление воздуха из насоса. Весь контур низкого давления ТНВД
рассчитан на то, что в топливный бак через клапан дроссе-
лирования перепуска всегда перетекает некоторое количество
топлива.
Контур высокого давления. В контур высокого давления входят
ТНВД, а также узел распределения и регулирования величины и
момента начала подачи с использованием только одного элемен-
та — электромагнитного клапана высокого давления.
Насосная секция ТНВД с радиальным движением плунже-
ров (рис. 3.50) создает требуемое для впрыскивания давление ве-
личиной до 100 МПа.
Рис. 3.50. Примеры расположения плунжеров:
а - для шести цилиндров; б - для четырех цилиндров;
в - для четырех или шести цилиндров;
1 — кулачковая шайба; 2 — ролик; 3 — направляющие пазы
приводного вала; 4 - башмак ролика; 5 - нагнетающий плунжер:
6 - вал-распределитель; 7 - камера высокого давления
Крутящий момент от приводного вала передается через со-
единительную шайбу и шлицевое соединение непосредствен-
ен
3. Системы двигателя
но на вал-распределитель. Направляющие пазы служат для
того, чтобы через башмаки и сидяшие в них ролики обеспе-
чить работу нагнетающих плунжеров сообразно внутреннему
профилю кулачковой шайбы. Количество кулачков на шайбе
соответствует числу цилиндров двигателя. В корпусе вала-
распределителя нагнетающие плунжеры расположены ради-
ально, что и дало название этому типу ТНВД. На восходящем
профиле кулачка плунжеры совместно выдавливают топливо в
центральную камеру высокого давления. В зависимости от чис-
ла цилиндров двигателя и условий его применения существуют
варианты ТНВД с двумя, тремя или четырьмя нагнетающими
плунжерами.
Корпус-распределитель (рис. 3.51) состоит из фланца, плотно
вставленной в фланец распределительной втулки, расположенной
в распределительной втулке задней части вала-распределителя,
запирающей иглы электромагнитного клапана высокого давле-
ния, аккумулирующей мембраны, разделяющей полости подкач-
ки и слива, штуцера магистрали высокого давления с нагнета-
тельным клапаном.
В фазе наполнения на нисходящем профиле кулачков ра-
диально движущиеся плунжеры перемешаются наружу, к по-
верхности кулачковой шайбы. Запирающая игла при этом
находится в свободном состоянии, открывая канал впуска
топлива. Через камеру низкого давления, кольцевой канал и
канал иглы топливо направляется от топливоподкачиваюшего
насоса по каналу 8 вала-распределителя и заполняет камеру
высокого давления. Излишек топлива вытекает через канал
обратного слива.
В фазе нагнетания плунжеры при закрытой игле перемешают-
ся на восходящем профиле кулачков к оси вала-распределителя,
повышая давление в камере высокого давления. Благодаря это-
му топливо под высоким давлением движется по каналу каме-
ры высокого давления. Затем топливо через распределительную
канавку, которая в этой фазе соединяет вал-распределитель с
выпускным каналом, штуцер 16 с нагнетательным клапаном,
магистраль высокого давления и форсунку поступает в камеру
сгорания двигателя.
92
3.3. Система питания
Рис. 3.51. Корпус-распределитель:
а — фаза наполнения; б - фаза нагнетания:
1 — плунжер; 2 — вал-распределитель; 3 — распределительная втулка;
4 - запирающая игла электромагнитного клапана высокого давления;
5 - канал обратного слива топлива: 6 — фланец;
7 — электромагнитный клапан высокого давления; 8 — канал камеры
высокого давления; 9 - кольцевой канал впуска топлива;
10 — аккумулирующая мембрана, разделяющая полости подкачки и
слива; 11 — полость за мембраной; 12 — камера низкого давления;
13 — распределительная канавка; 14 — выпускной канал;
15 - нагнетательный клапан; 16 - штуцер магистрали высокого давления
Для дозирования цикловой подачи в контур высокого давления
ТНВД встроен электромагнитный клапан высокого давления.
К электромагнитному клапану высокого давления по сигналу бло-
ка управления ТНВД в катушку электромагнита подается напря-
жение, и якорь перемещает иглу, прижимая ее к седлу. Если игла
прижата к седлу, топливо поступает только в выпускной канал
93
3. Системы двигателя
высокого давления, соединенный с нагнетательным клапаном,
где давление резко повышается, а от него — к форсунке. Дозиро-
вание подачи топлива определяется интервалом между моментом
начала подачи и моментом открытия электромагнитного клапана
и называется продолжительностью подачи. Таким образом, ве-
личина цикловой подачи топлива регулируется продолжительно-
стью закрытия электромагнитного клапана, которая определяет-
ся блоком управления. После окончания впрыска электромагнит
клапана обесточивается, при этом электромагнитный клапан вы-
сокого давления открывается и давление в контуре снижается,
подача топлива к форсунке соответственно прекращается.
Избыточное топливо, которое нагнетается вплоть до про-
хождения роликом плунжера верхней точки профиля кулачка,
направляется через специальный канал в пространство за акку-
мулирующей мембраной. Скачки высокого давления, которые
при этом возникают в контуре низкого давления, демпфируют-
ся аккумулирующей мембраной. Кроме того, это пространство
сохраняет аккумулированное топливо для процесса наполнения
перед последующим впрыскиванием.
Для остановки двигателя с помощью электромагнитного кла-
пана полностью прекращается нагнетание под высоким давлени-
ем. Следовательно, не требуется дополнительный остановочный
клапан, как в распределительных ТНВД с управлением регули-
рующей кромкой.
Демпфирование волн давления с помощью нагнетательного кла-
пана с дросселированием обратного потока. Нагнетательный кла-
пан с дросселированием обратного потока в конце очередного
впрыскивания топлива предотвращает новое открытие распы-
лителя форсунки, что исключает появление подвпрыскивания,
которое возможно в результате появления волн давления или их
отражений. Подвпрыскивание отрицательно сказывается на ток-
сичности отработавших газов.
С началом подачи конус клапана открывает клапан. Теперь
топливо нагнетается через штуцер и магистраль высокого дав-
ления к форсунке. По окончании нагнетания давление топлива
резко падает, и возвратная пружина прижимает конус клапана к
его седлу. Обратные волны давления, возникающие при закры-
тии форсунки, гасятся дросселем нагнетательного клапана, что
предотвращает подвпрыскивание топлива в камеру сгорания.
Устройство опережения впрыскивания топлива. Наиболее бла-
гоприятно процесс сгорания, равно как и лучшая отдача двига-
94
3.3. Система питания
теля по мощности, протекает только в том случае, когда момент
начала сгорания соответствует определенному положению колен-
чатого вала или поршня в цилиндре. Задачей устройства опере-
жения впрыскивания является увеличение угла начала подачи
топлива при повышении частоты вращения коленчатого вала.
Это устройство, состоящее из датчика угла поворота приводно-
го вала ТНВД, блока управления и электромагнитного клапана
установки момента начала впрыскивания, обеспечивает опти-
мальный момент начала впрыскивания соответственно услови-
ям эксплуатации двигателя, чем компенсирует временной сдвиг,
определяемый сокращением периода впрыскивания и воспламе-
нения при увеличении частоты вращения.
Устройство опережения впрыскивания, оснащенное гидрав-
лическим приводом, встроено в нижнюю часть корпуса ТНВД —
поперек его продольной оси (рис. 3.52).
Рис. 3.52. Устройство опережения впрыскивания:
1 — кулачковая шайба; 2 — шаровая цапфа; 3 — плунжер установки
угла опережения впрыскивания; 4 - подводной/отводной канал;
5 — регулировочный клапан; 6 — шиберный топливоподкачиваюший
насос; 7— выход топлива; 8 — вход топлива; 9 - подвод от топливного
бака; 10 — пружина управляющего поршня; 11 — возвратная пружина;
12 — управляющий поршень; 13 — кольцеобразная камера
гидравлического упора; 14 - дроссель; 15 - электромагнитный клапан
установки момента начала впрыскивания (в закрытом положении)
95
3. Системы двигателя
Кулачковая шайба входит своей шаровой цапфой в попе-
речное отверстие плунжера так, что поступательное движение
последнего превращается в поворот кулачковой шайбы. В се-
редине плунжера находится регулировочный клапан, который
открывает и закрывает управляющие отверстия в плунжере.
По оси плунжера расположен нагруженный пружиной управ-
ляющий поршень, который задает положение регулировочного
клапана.
Поперек оси плунжера находится электромагнитный клапан
установки момента начала впрыскивания (рис. 3.53). Блок управ-
ления ТНВД воздействует на плунжер устройства опережения
впрыскивания с помощью этого клапана, на который непрерыв-
но подаются импульсы тока постоянной частоты и переменной
скважности. Клапан изменяет давление, действующее на управ-
ляющий поршень.
Рис. 3.53. Электромагнитный клапан установки момента
начала впрыскивания:
1 — седло клапана; 2 - направление закрытия; 3 - игла клапана;
4 — якорь электромагнита; 5 — катушка; 6 — электромагнит
Регулирование начала впрыскивания. В зависимости от условий
эксплуатации двигателя (нагрузка, частота вращения коленчато-
го вала, температура охлаждающей жидкости) блок управления
работой двигателя устанавливает необходимый угол опережения
впрыскивания, который определяется соответствующим полем
характеристик. Для обеспечения необходимого угла опережения
96
3.3. Система питания
впрыскивания кулачковая шайба поворачивается на определен-
ный угол.
Регулятор начала впрыскивания в блоке управления ТНВД
постоянно сравнивает действительное значение момента начала
впрыскивания с заданным. Если различие этих сигналов выше
допустимого, регулятор изменяет момент начала впрыскивания с
помощью электромагнитного клапана установки момента начала
впрыскивания. Информацию о действительном моменте начала
впрыскивания передает сигнал датчика угла поворота привод-
ного вала ТНВД или, в качестве альтернативы, сигнал датчика
подъема иглы распылителя форсунки.
Установка раннего опережения впрыскивания. На неработаю-
щем двигателе плунжер (см. рис. 3.52) установки угла опережения
впрыскивания благодаря возвратной пружине устанавливается
на позднее впрыскивание. При работающем двигателе давление
топлива внутри ТНВД изменяется клапаном регулирования дав-
ления в зависимости от частоты вращения коленчатого вала. Дав-
ление топлива, проходящего через дроссель в кольцеобразную
камеру гидравлического упора, сдвигает при закрытом электро-
магнитном клапане управляющий поршень в направлении поло-
жения «раньше», преодолевая силу пружины поршня. Благодаря
этому на более ранний угол опережения впрыскивания сдвигается
и регулировочный клапан, связанный с управляющим поршнем,
открывая канал 4, ведущий к камере за плунжером. Топливо,
поступая через этот канал, оказывает давление на плунжер, пере-
мещая его в направлении положения «раньше». Осевое переме-
щение плунжера преобразуется через шаровую цапфу в поворот
кулачковой шайбы относительно вала привода ТНВД, что ведет к
более раннему набеганию роликов на кулачки и обеспечивает бо-
лее раннее начало впрыскивания. Возможность установки более
раннего угла опережения впрыскивания составляет до 20° угла
поворота кулачковой шайбы (соответственно 40° угла поворота
коленчатого вала).
Установка позднего опережения впрыскивания. Электромагнит-
ный клапан установки момента начала впрыскивания открыва-
ется, если он воспринимает сигнал от блока управления ТНВД.
При его открытии снижается управляющее давление в кольце-
образной камере гидравлического упора.
Управляющий поршень перемешается силой пружины 10 в
направлении положения «позже». Когда регулировочный клапан
97
3. Системы двигателя
открывает управляющее отверстие, соединенное с каналом 4. то-
пливо начинает вытекать из полости за плунжером. Сила пружи-
ны 11 и реактивный момент на кулачковой шайбе давят теперь
на плунжер в направлении положения «позже», т. е. к исходному
положению.
Регулирование управляющего давления. Так как электромаг-
нитный клапан способен быстро открываться и закрываться,
он работает как регулируемый дроссель и постоянно влияет на
управляющее давление так, что плунжер может занимать любое
положение в рабочем диапазоне «раньше - позже». При этом от-
ношение времени открытия электромагнитного клапана к обшей
продолжительности рабочего цикла перемещения иглы электро-
магнитного клапана определяется блоком управления ТНВД.
Например, если управляющий плунжер должен быть установлен
в положение «раньше», это отношение изменяется блоком управ-
ления так. чтобы уменьшался период открытого положения кла-
пана. В этом случае через электромагнитный клапан проходит
некоторое количество топлива, и плунжер двигается в сторону
положения «раньше».
Система впрыска Common Rail. Работа современной системы
впрыска топлива дизельного ДВС Common Rail, разработанной
специалистами компании Bosch, основана на подаче топлива к
форсункам от общего аккумулятора высокого давления — то-
пливной рампы (Common Rail в переводе — общая рампа). При-
менение данной системы позволяет достигнуть снижения расхода
топлива, токсичности отработавших газов, уровня шума дизеля.
Главным преимуществом системы Common Rail является широ-
кий диапазон регулирования давления топлива и момента начала
впрыска, что достигается за счет разделения процессов создания
давления и впрыска.
Конструктивно система впрыска Common Rail составляет
контур высокого давления топливной системы дизельного дви-
гателя. В системе используется непосредственный впрыск то-
плива, т. е. дизельное топливо впрыскивается непосредственно
в камеру сгорания. Система Common Rail включает топливный
насос высокого давления, клапан дозирования топлива, регуля-
тор давления топлива (контрольный клапан), топливную рампу
и форсунки (рис. 3.54). Все элементы соединяются между собой
топ л и воп роводам и.
98
3.3. Система питания
Рис. 3.54. Устройство системы впрыска Common Rail:
1 — топливный бак; 2 — топливный фильтр; 3 — топливный насос
высокого давления; 4 - топливопроводы; 5 - датчик давления топлива;
6— топливная рампа; 7— регулятор давления топлива; 8— форсунки;
9 - электронный блок управления; 10 - сигналы от датчиков;
И — усилительный блок (на некоторых моделях автомобилей)
Топливный насос высокого давления (ТНВД) служит для по-
вышения давления топлива в топливной рампе до необходимых
значений.
Клапан дозирования топлива регулирует количество то-
плива, подаваемого к топливному насосу высокого давления в
зависимости от потребности двигателя. Клапан конструктивно
объединен с ТНВД.
Регулятор давления топлива предназначен для управления
давлением топлива в системе в зависимости от нагрузки на дви-
гатель. Он устанавливается в топливной рампе.
Топливная рампа выполняет несколько функций: накопле-
ние топлива и содержание его под высоким давлением, смяг-
чение колебаний давления, возникающих вследствие пульсации
подачи от ТНВД, распределение топлива по форсункам.
99
3. Системы двигателя
Форсунка — важнейший элемент системы, непосредственно
осуществляющий впрыск топлива в камеру сгорания двигателя.
Форсунки связаны с топливной рампой топливопроводами вы-
сокого давления.
Управление работой системы впрыска Common Rail обеспе-
чивает система управления двигателем, которая объединяет дат-
чики (оборотов двигателя, положения педали акселератора, рас-
ходомер воздуха, температуры охлаждающей жидкости, давления
воздуха, температуры воздуха, давления топлива, кислородный
датчик и др.), блок управления двигателем и исполнительные ме-
ханизмы систем двигателя (форсунки, клапан дозирования то-
плива, а также регулятор давления топлива).
Принцип действия системы впрыска Common Rail. На основа-
нии сигналов, поступающих от датчиков, блок управления дви-
гателем определяет необходимое количество топлива, которое
топливный насос высокого давления подает через клапан дози-
рования топлива. Насос накачивает топливо в топливную рампу.
Там оно находится под определенным давлением, обеспечивае-
мым регулятором давления топлива.
В нужный момент блок управления двигателем дает команду
соответствующим форсункам на начало впрыска и обеспечивает
определенную продолжительность открытия клапана форсунки.
С целью повышения эффективной работы двигателя в си-
стеме Common Rail реализуется многократный впрыск топлива
в течение одного цикла работы двигателя. Различают предвари-
тельный впрыск, основной впрыск и дополнительный впрыск.
Предварительный впрыск небольшого количества топлива
производится перед основным впрыском для повышения темпе-
ратуры и давления в камере сгорания, чем достигается ускорение
самовоспламенения основного заряда, снижение шума и токсич-
ности отработавших газов. В зависимости от режима работы дви-
гателя производится два предварительных впрыска (на холостом
ходу) или один предварительный впрыск (при повышении на-
грузки). При полной нагрузке предварительный впрыск не про-
изводится.
Основной впрыск обеспечивает работу двигателя.
Дополнительный впрыск производится для повышения темпе-
ратуры отработавших газов и сгорания частиц сажи в сажевом
фильтре (регенерация сажевого фильтра).
Топливный насос высокого давления. Конструкция радиально-
плунжерного ТНВД показана на рисунке 3.55.
100
3.3. Система питания
Рис. 3.55. Радиально-плунжерный ТНВД:
а - продольный разрез; б - поперечный разрез;
1 — эксцентриковый вал; 2 — кулачок; 3 — плунжер с втулкой;
4 - камера над плунжером; 5 - впускной клапан;
6 — электромагнитный клапан отключения плунжерной секции;
7— выпускной клапан; 8— уплотнения; 9 — штуцер магистрали,
ведущей к аккумулятору высокого давления; 10 - клапан регулирования
давления; 11 — шариковый клапан; 12 — магистраль обратного
слива топлива; 13 - магистраль подачи топлива к ТНВД;
14 — предохранительный клапан с дроссельным отверстием;
75 — перепускной канал низкого давления
Насос имеет звездообразную компоновку и состоит из экс-
центрикового приводного вала, трех плунжеров, расположенных
под углом 120°, впускного трубопровода с предохранительным
клапаном !4 и противодренажным отверстием, впускного кла-
пана с электромагнитом, выпускного шарикового клапана 7 и
регулятора давления с клапаном 10. Применение насоса с тремя
плунжерами позволяет произвести три рабочих хода за один обо-
рот при небольших затратах мощности на привод и обеспечивает
равномерную подачу топлива.
При вращении вала / эксцентрик вала, набегая или сбегая,
передвигает толкатель вместе с плунжером. При движении плун-
жера вниз в надплунжерном пространстве создается разрежение,
и топливо через впускной топливопровод и открытый при этом
впускной клапан поступает в надплунжерное пространство. При
движении плунжера вверх над ним создается высокое давление
за счет относительно короткого хода плунжера и подбора его
диаметра, впускной клапан при этом закрывается, а шариковый
выпускной клапан открывается, и топливо поступает в гидро-
101
3. Системы двигателя
аккумулятор. Давление, производимое насосом, не зависит от
количества топлива, подаваемого в цилиндры. Насос крепится
на двигателе и приводится в действие с помощью зубчатой пере-
дачи, цепью или ременной передачей с максимальной частотой
вращения 3000 об/мин. Смазка внутренних движущихся деталей
насоса производится от поступающего топлива.
При превышении давления в системе в электромагнит регу-
лятора давления поступает от блока управления соответствую-
щий сигнал, и якорь электромагнита в зависимости от величины
сигнала перемещается на определенную величину и передвигает
клапан регулирования давления, открывая необходимое сечение
канала слива топлива.
Для обеспечения необходимой производительности насоса
на различных режимах работы двигателя одна из секций может
выключаться с помощью электромагнитного клапана 6. Шток
клапана по сигналу блока управления выдвигается и блокирует
впускной клапан, поэтому при движении плунжера вверх давле-
ние над плунжером не возрастает и топливо в гидроаккумулятор
не подается. Электромагнитный клапан может также дросселиро-
вать (изменять проходное сечение) прохождение топлива на вхо-
де. Дросселирование и выключение секций насоса необходимы
для снижения затрат мощности, так как применение стравлива-
ния топлива с использованием регулятора давления приводит к
непроизводительным потерям мощности. Фирма Siemens исполь-
зует аналогичные насосы, но с электромагнитным клапаном,
позволяющим дросселировать прохождение топлива на входе в
каждую секцию.
Назначение гидроаккумуляпюра — накапливать необходимое
количество топлива для обеспечения его потребления форсунками
на всех режимах работы двигателя. Чтобы нагнетательные топли-
вопроводы, идущие к форсункам, не были длинными, аккумуля-
тор закрепляют на голове блока. Аккумулятор изготавливается в
виде толстостенного трубопровода с внутренним диаметром 10 мм,
наружным — 18 мм, длиной 280...600 мм, объемом 22...47 мл.
В качестве топливоподкачивающих насосов в системах Common
Rail и насосах-форсунках применяются шестеренчатые насосы с
механическим приводом (внешнего зацепления), роторные (ро-
ликовые) насосы с автономным электроприводом и насосы ло-
пастного типа с отдельно расположенными лопатками. Шесте-
ренчатые насосы действуют по тому же принципу, что и насосы,
102
3.3. Система питания
устанавливаемые в системе смазки, роторные аналогичны насосам,
устанавливаемым в системах впрыска бензиновых двигателей.
Топливоподкачиваюшие насосы могут быть объединены с
ТНВД или устанавливаться отдельно, в том числе погруженными
в топливный бак. Давление топлива, подаваемого топливоподка-
чиваюшими насосами, составляет 0,5...0,8 МПа.
Регулятор давления топлива. В системах Common Rail при-
меняется электроуправляемый клапанный регулятор давления
(рис. 3.56), который должен обеспечивать точное поддержание за-
данного для данного режима давления в аккумуляторе. Клапан
может устанавливаться как в ТНВД, так и на гидроаккумуляторе
(топливной рампе). Давление в гидроаккумуляторе поддержива-
ется усилием пружины, которая через шток воздействует на ша-
риковый клапан. Электромагнитом создается дополнительное за-
пирающее усилие.
Рис. 3.56. Электроуправляемый редукционный клапан:
1 — шариковый клапан; 2 — шток; 3 — электромагнит; 4 — пружина
Изменением продолжительности периодического обесточи-
вания клапана регулируется средний по времени расход топлива
на слив и, следовательно, давление в гидроаккумуляторе. Регу-
лятор давления в системах Common Rail фирм Bosch и Siemens
является вторым каналом регулирования давления в гидроакку-
муляторе после блокирования впускного клапана ТНВД.
Предохранительный (редукционный) клапан /0(см. рис. 3.55)
предназначен для стравливания топлива из гидроаккумулятора
при превышении давления выше допустимого. Он срабатывает
при неисправном регуляторе давления. При превышении дав-
ления в аккумуляторе свыше допустимого клапан (рис. 3.57),
103
3. Системы двигателя
преодолевая усилие пружины, открывает сливную магистраль, и
давление в аккумуляторе уменьшается. Давление срабатывания
клапана регулируется поворотом винта.
Рис. 3.58. Датчик давления
в гидроаккумуляторе:
1 — электронная
плата; 2 — мембрана
Рис. 3.57. Предохранительный клапан в сборе:
1 — корпус; 2 — игла; 3 — пружина; 4 — винт
Датчик давления топлива в гидроаккумуляторе служит для
передачи сигнала давления топлива в ЭБУ. Он состоит из мем-
браны и электронной платы (рис. 3.58).
Мембрана приварена к корпусу
и снабжена полупроводниковым пер-
вичным преобразователем. Она может
прогибаться до 1 мм при давлении
150 МПа. Перемещение мембраны, за-
висящее от давления топлива, вызыва-
ет изменение сигнала, регистрируемого
в электронной плате и передаваемого в
блок управления.
Форсунки. Назначение форсунки —
подача дозированной порции топлива
в мелкораспыленном виде и обеспече-
ние четкой отсечки подачи топлива в
конце впрыска. Впрыск топлива фор-
сункой производится непосредственно
в камеру сгорания двигателя.
Форсунки дизельных ДВС бывают:
• гидравлические, в которых количество подаваемого топлива
управляется гидравлическим давлением топлива;
• электрогидравлические — количество подаваемого топлива
управляется электрическим соленоидом;
• пьезоэлектрические — количество подаваемого топлива
управляется пьезоэлементом.
Гидравлическая форсунка. Гидравлические форсунки при-
меняются в дизельных ДВС, не требующих быстрого изменения
104
3.3. Система питания
частоты вращения коленчатого вала. Изначально на всех ди
зельных двигателях применялись именно гидравлические фор
сунки. Устройство гидравлической
сунке 3.59.
Все детали форсунки смонтиро-
ваны в стальном корпусе. Основной
частью форсунки является распы-
литель, в его состав входят корпус
и игла. Игла и корпус притираются
друг к другу для получения мини-
мального зазора между ними, вслед-
ствие чего эти детали не взаимоза-
меняемы. Игла прижимается к сед-
лу корпуса пружиной при помощи
штанги. Давление пружины регули-
руется винтом, сверху винт закрыва-
ется колпаком, в колпаке находится
отверстие для присоединения слив-
ной трубки, отводящей топливо,
просочившееся в полость пружины.
Во время работы двигателя то-
пливо подается от топливного насо-
са высокого давления через канал в
камеру. Как только давление топли-
ва в камере превысит усилие пру-
жины, игла начинает подниматься,
топливо в этот момент поступает к
распыливаюшим отверстиям, через
которые происходит впрыск в каме-
ру сгорания двигателя. После впры-
ска давление в камере резко сни-
жается, игла закрывает отверстие
форсунки под действием пружины,
и происходит отсечка.
Электрогидравлическая форсун-
ка. В электрогидравлических фор-
сунках давление топлива использу-
ется для открытия и закрытия фор-
сунки, а также для удержания иглы
в состоянии покоя (рис. 3.60).
форсунки показано на ри-
Рис. 3.59. Устройство
гидравлической форсунки:
1 — корпус распылителя;
2 — гайка распылителя;
3 — проставка распылителя;
4 - установочные штифты;
5 — штанга форсунки;
6 — корпус форсунки;
7 - уплотнительное кольцо;
8 - штуцер;
9, 10- регулировочные
шайбы; 11 — пружина
форсунки; 12 — игла
распылителя
105
3. Системы двигателя
Рис. 3.60. Устройство электрогидравлической форсунки:
а — форсунка в состоянии покоя; б - форсунка открыта;
в — форсунка закрыта; 1 — магистраль обратного слива топлива;
2 - катушка электромагнита; 3 — якорь электромагнита; 4 - шарик
клапана; 5 — камера управляющего клапана; 6 — конус иглы
распылителя; 7 - отверстия распылителя; 8 - дроссельное отверстие
отвода топлива; 9 — магистраль высокого давления; 10 — дроссельное
отверстие отвода топлива; 11 — поршень управляющего клапана
Топливо подается по магистрали высокого давления через
подводящий канал к распылителю форсунки, а через дроссель-
ное отверстие подачи топлива — в камеру управляющего клапана.
Дроссельное отверстие отвода топлива открывается электромаг-
нитным клапаном, соединяя камеру с магистралью 7, по которой
происходит обратный слив топлива. Снизу на конус иглы рас-
пылителя воздействует давление топлива. Когда дроссельное от-
верстие закрыто, на поршень управляющего клапана воздейству-
ет гидравлическое давление, превышающее давление топлива на
конус 6. Вследствие такой разницы давлений игла прижимается
к седлу распылителя 7, форсунка закрыта.
Как только на электромагнитный клапан подается электри-
ческий импульс, якорь электромагнита сдвигается вверх, шарик
106
3.3. Система питания
клапана открывает дроссельное отверстие, через которое топли-
во из управляющей камеры перетекает в магистраль обратного
слива, вследствие чего давление топлива в камере управления
снижается. Игла распылителя поднимается вверх под воздей-
ствием давления топлива, находящегося внизу, топливо через
отверстия 7 поступает в камеру сгорания. При снятии напряже-
ния якорь под воздействием пружины смещается вниз, шарик
клапана закрывает дроссельное отверстие, после чего давление в
камере управляющего клапана возрастает, игла распылителя за-
крывается, происходит отсечка.
Использование непрямого принципа управления иглой фор-
сунки позволяет обеспечить быстрый подъем иглы, что невоз-
можно при прямом воздействии электромагнитного клапана.
Пьезоэлектрогидравлическая форсунка. Пьезоэффект (рис. 3.61)
заключается в том, что при подаче электрического напряжения на
пьезокерамическую пластинку она на несколько микрон изменяет
свою толщину.
Рис. 3.61. Принцип действия пьезоэлемента:
а — состояние кристалла пьезоэлемента при отсутствии напряжения;
б - состояние кристалла пьезоэлемента при подаче напряжения;
1 - металлические обкладки для подвода напряжения;
2 — упрошенная структура кристалла
Приращение длины пьезоэлемента прямо пропорционально
прилагаемому напряжению.
Пьезоэлемент, являющийся исполнительным элементом фор-
сунки, представляет собой параллелепипед длиной 30...40 мм, со-
стоящий из спеченных между собой 300 керамических пластинок
(кристаллов) и расширяющийся на 80 мкм всего за 0,1 мс, чего
достаточно, чтобы воздействовать на иглу форсунки с усилием
6300 Н.
Электрогидравлическая форсунка с пьезоэлементом показа-
на на рисунке 3.62, принцип ее действия — на рисунке 3.63.
107
3. Системы двигателя
Рис. 3.62.
Пьезоэлектрогидравлическая
форсунка Bosch:
1 — патрубок рециркуляции;
2 — электрический разъем;
3 — стержневой фильтр;
4 — корпус форсунки;
5 — пьезоэлектричесий
элемент; 6 — сопряженный
поршень; 7- поршень клапана;
8 — клапан переключения;
9 - шла форсунки;
10 — амортизатор давления
Топливо под давлением про-
текает через впускной дроссель в
пластине дросселя к игле форсун-
ки и в камеру над иглой форсун-
ки. Благодаря этому происходит
выравнивание давления над и под
иглой форсунки. Игла форсунки
удерживается в закрытом поло-
жении силой пружины форсунки.
При нажиме плунжера клапана
открывается канал выпускного
дросселя, и топливо под давле-
нием вытекает через выпускной
дроссель большего размера, рас-
положенный над иглой форсунки.
Топливо под давлением поднимает
иглу форсунки, в результате чего
происходит впрыск. Благодаря бы-
стрым командам на переключе-
ние пьезоэлектрического элемен-
та за один рабочий такт друг за
другом производится несколько
впрысков.
Из-за особенностей процесса
сгорания, присущих дизельным
двигателям с турбонаддувом, для
уменьшения шума и снижения вы-
броса оксидов азота в цилиндры
двигателя перед впрыском основ-
ной дозы топлива подается неболь-
шая капля топлива (1...2 мм3) — так
называемый «пилотный впрыск»,
которая плавно перетекает в рас-
пыление остальной части топлива.
Предварительный впрыск позво-
ляет топливу воспламеняться бы-
стрее. Давление и температура при этом возрастают медленнее,
чем при обычном впрыске, что уменьшает «жесткость» работы
двигателя и его шум с одновременным снижением выбросов
окислов азота.
108
3.3. Система питания
Рис. 3.63. Принцип работы пьезофорсунки:
а — форсунка закрыта; б — форсунка открыта;
1 — игла форсунки; 2 — пружина форсунки; 3 — пластина дросселя;
4 - впускной дроссель; 5 - плунжер клапана; 6 - линия высокого
давления; 7— соединительный элемент; 8 — выпускной дроссель
Топливные системы с насосами-форсунками. Использование
насоса-форсунки исключает применение топливопроводов высо-
кого давления, благодаря чему снижаются потери давления при
подаче топлива из-за периодических расширений топливопрово-
дов в начале подачи и разгрузке в конце подачи. Максимальное
давление, развиваемое насосами-форсунками с электрическим
клапаном управления, составляет 205 МПа.
Основные компоненты системы питания дизельного двигате-
ля с насосами-форсунками показаны на рисунке 3.64.
Расположенный в баке электрический топливоподкачиваю-
ший насос /5 подкачивает топливо к фильтру. Обратный клапан
предотвращает слив топлива из распределителя и трубопровода
низкого давления в бак после остановки двигателя.
Топливоподкачивающий насос /Услужит для забора топлива
из фильтра и подачи его под повышенным давлением к насосам-
форсункам. Редукционный клапан поддерживает давление по-
даваемого к насосам-форсункам топлива в пределах 0,85 МПа.
Ограничительный клапан удерживает давление топлива в слив-
ном трубопроводе на уровне 0,1 МПа, благодаря ему снижаются
пульсации давления в системе.
109
3. Системы двигателя
Рис. 3.64. Система питания дизельного двигателя
с насосами форсунками:
1 — топливный бак; 2 — топливопровод к дополнительному отопителю;
3 — охладитель топлива; 4 — датчик температуры топлива;
5 — ограничительный клапан в сливном трубопроводе; 6 — сливной
трубопровод; 7 - распределитель топлива; 8 — трубопровод высокого
давления; 9 - насос-форсунка; 10 - топливоподкачиваюший
насос; 11 — редукционный клапан в трубопроводе подачи топлива;
12 - обратный клапан; 13 — топливный фильтр; 14 - трубопровод
низкого давления; 15 — топливоподкачиваюший насос
Топливо, возвращающееся от форсунок в бак, проходит через
охладитель, отдавая тепло в контуре охлаждения. Датчик тем-
пературы топлива вырабатывает сигнал, поступающий в блок
управления двигателем.
От фильтра топливо подается в питающую магистраль в
головке блока. В питающей магистрали топливо течет по вну-
тренним стенкам распределителя топлива в направлении пер-
вого цилиндра. Через отверстия в стенках топливо подается в
кольцевую полость между распределителем и стенками головки
блока, где смешивается с нагретым топливом, которое выдав-
лено от насосов-форсунок в питающую магистраль (рис. 3.65).
Благодаря этому достигается одинаковая температура, а зна-
чит, и одинаковое количество топлива, поступающего ко всем
насосам-форсункам, что обеспечивает равномерную работу
двигателя.
ПО
3.3. Система питания
Рис. 3.65. Смешивание топлива в распределителе
Насосы-форсунки могут иметь электрический (соленоидный)
или пьезоэлектрический клапан управления.
Насос-форсунка с электрическим клапаном управления пред-
ставляет собой одноцилиндровый насос высокого давления,
индивидуальный для каждого цилиндра двигателя (рис. З.бб).
В приводе насоса-форсунки в отличие от привода механизма га-
зораспределения отсутствуют тепловые зазоры, так как здесь с
помощью возвратной пружины осуществляется постоянный кон-
такт между толкателем плунжера, коромыслом и кулачком при-
водного вала.
Быстродействующий соленоидный клапан в соответствии с
параметрами, определяемыми блоком управления, обеспечивает
регулировку времени начала впрыска топлива и его конец. В от-
ключенном положении соленоидный клапан открыт и обеспе-
чивает полное прохождение топлива от топливоподкачивающего
насоса к подплунжерному пространству насоса. Во время хода
плунжера насоса-форсунки соленоидный клапан перекрыва-
ет подачу топлива, герметизируя плунжерную пару, и при ходе
плунжера вниз происходит впрыск топлива через форсунку в ка-
меру сгорания. Момент закрытия соленоидного клапана регули-
рует начало впрыска и его продолжительность.
111
3. Системы двигателя
Рис. 3.66. Насос-форсунка:
1 — упор сферический; 2 — пружина возвратная; 3 — плунжер насоса;
4 — корпус; 5 — штекер для подачи управляющего сигнала; 6 — сердечник
электромагнита; 7 - пружина выравнивающая; 8 - игла соленоидного
клапана; 9 - якорь электромагнита; 10 - катушка электромагнита;
11 - канал обратного слива топлива; 12 - уплотнение; 13 - отверстия-
фильтры подвода топлива (350 шт.); 14 - гидроупор; 15 — седло иглы;
16 — шайба уплотнительная; 17- камера сгорания; 18 — игла
распылителя; 19 — гайка распылителя; 20 — распылитель; 21 — головка
блока; 22 — пружина распылителя; 23 — уравнивающий поршень;
24 - полость аккумулирования топлива; 25 - полость высокого
давления; 26- пружина электромагнитного клапана; 27 - вал привода
насоса-форсунки; 28 — коромысло
112
3.3. Система питания
Соленоидный клапан можно разделить на две группы — со-
леноидную и клапанную. Клапанная группа состоит из иголь-
чатого клапана, корпуса клапана, составляющего одно целое с
корпусом насоса, и пружины клапана (рис. 3.67).
Рис. 3.67. Соленоидный клапан:
1 — пружина клапана; 2 — игольчатый клапан; 3 — камера высокого
давления; 4 - камера низкого давления; 5 - компенсационная шайба;
6 — катушка; 7 — упор; 8 — штекер; 9 — шель для прохода топлива;
10 - уплотнительная плоскость корпуса клапана; 11 — уплотнительная
плоскость клапана; 12 — корпус; 13 — накидная гайка; 14 — магнитный
диск; 15— магнитный сердечник; 16 — якорь; 17— уравнительная пружина
Уплотнительная плоскость корпуса клапана имеет конусо-
образную форму. Посадочная поверхность клапана 11 имеет
точно такую форму, однако угол конуса клапана немного боль-
ше угла конуса его корпуса. Когда клапан закрыт и прижат к
корпусу, корпус и клапан соприкасаются только по линии седла
клапана, благодаря чему достигается очень хорошее уплотнение
клапана. Клапан и его корпус составляют прецизионную пару и
очень плотно подогнаны друг к другу.
Магнит состоит из ярма магнитопровода и подвижного яко-
ря 16. Ярмо состоит из магнитного сердечника, катушки и ште-
керов S выводных контактов. Якорь соединен с клапаном. Между
магнитным ярмом и якорем в исходном положении имеется зазор.
Принцип действия насоса-форсунки. Работу насоса-форсунки
можно разделить на четыре хода плунжера (рис. 3.68).
113
3. Системы двигателя
Ход иглы электромагнитного клапана
Ход иглы распылителя форсунки
Рис. 3.68. Принцип действия насоса-форсунки:
а - ход наполнения; б - предварительный ход; в - ход нагнетания
и процесс впрыска топлива; г - окончание процесса впрыска;
1 - кулачок приводного вала; 2 - плунжер; 3 - возвратная пружина;
4 - полость высокого давления; 5 - клапан соленоида; 6 — полость
соленоидного клапана; 7 - впускной канал; 8 - выпускной канал;
9 — обмотка соленоида; 10 - седло клапана; 11 — игла форсунки;
I — ток в обмотке электромагнита; h4— ход электромагнитного
клапана; д — давление впрыска; Л\г— ход иглы форсунки
114
3.3. Система питания
Ход наполнения. При движения плунжера вверх под воздей-
ствием возвратной пружины топливо при постоянном давлении
поступает по каналу 7от подкачивающего насоса в полость соле-
ноидного клапана, который открыт, так как на него не подается
напряжение. По каналам топливо попадает в полость высокого
давления.
Предварительный ход. Кулачок приводного вала, поворачива-
ясь, начинает оказывать давление на плунжер, который движет-
ся вниз. Соленоидный клапан открыт, и топливо под давлением
движущегося вниз плунжера вытесняется через выпускной канал
в систему низкого давления.
Ход нагнетания и процесс впрыска топлива. От блока управ-
ления на катушку 9 соленоидного клапана подается напряже-
ние, и якорь соленоидного клапана под воздействием созданно-
го электромагнитного поля закрывает клапан, преодолевая при
этом сопротивление пружины клапана. Сила магнитного потока
при этом должна быть достаточно большой, чтобы обеспечить
достаточное уплотнение между плоскостями 10 и //. Чем ближе
якорь расположен к ярму, тем больше сила прижатия клапана к
седлу, что позволяет снизить ток управления соленоидным кла-
паном, уменьшая расход электроэнергии, и сохранить при этом
закрытое положение клапана. Сообщение между полостями вы-
сокого и низкого давления при этом перекрывается. Закрытие
соленоидного клапана приводит к изменению тока катушки, что
определяется блоком управления как начало подачи топлива.
Давление топлива в полости высокого давления при движе-
нии плунжера возрастает. Одновременно возрастает давление и
в полости распылителя форсунки. При достижении давления
начала подъема иглы распылителя около 30 МПа игла распы-
лителя слегка приподнимается и начинается впрыск топлива в
камеру сгорания (фактическое начало впрыска, или начало по-
дачи). Давление впрыска постоянно увеличивается по мере хода
плунжера насоса.
Окончание процесса впрыска. При прекращении подачи тока
на обмотку соленоида клапан приоткрывается, и сообщение меж-
ду полостями высокого и низкого давления снова восстанавли-
вается. В момент переходной фазы между ходом нагнетания и
окончанием процесса впрыска достигается наибольшее давление
нагнетания. В зависимости от типа насоса-форсунки оно состав-
ляет 180...205 МПа. После полного открытия электромагнитного
115
3. Системы двигателя
клапана давление резко падает, игла форсунки при этом закрыва-
ет отверстие распылителя, усилием пружины клапан устанавли-
вается в исходное положение, и процесс впрыска заканчивается.
Насос-форсунка с пьзоэлектрическим клапаном управления
отличается от насоса-форсунки с соленоидным клапаном приво-
дом клапана управлением моментами начала и окончания подачи
топлива. В таких форсунках устанавливается пьезоэлектрический
клапан, который обладает значительно большим быстродействи-
ем, чем соленоидный.
Пьезоэлектрический клапан состоит из пьезопривода в
корпусе с штекерным разъемом, рычажного мультипликатора
и иглы клапана, перемещающейся в корпусе насоса-форсунки
(рис. 3.69).
Рис. 3.69. Схема и принцип работы пьезоэлектрической форсунки
в режиме впрыска запальной дозы топлива:
а — процесс наполнения полости под плунжером; б — начало впрыска
запальной дозы топлива; в — завершение впрыска запальной дозы
топлива; 1 - кулачок привода насоса-форсунки; 2 — роликовое
коромысло; 3 — пружина плунжера; 4 — рычажный мультипликатор;
5 — пьезоэлектрический клапан; 6 - полость высокого давления;
7 - магистраль слива топлива; 8 — магистраль подвода топлива;
9 — игла распылителя; 10 — запорный поршень; 11 — пружина форсунки:
12 - обратный клапан; 13 — игла клапана; 14 — плунжер;
15 — демпфирующий объем над иглой; 16 — дроссель в канале
подвода топлива
116
3.3. Система питания
Ход пьезопривода равен приблизительно 0,04 мм. Однако
полный ход иглы клапана должен быть порядка 0,1 мм. Чтобы
решить эту задачу, между пьезоприводом и иглой клапана уста-
навливают рычажный мультипликатор с соответствующим пере-
даточным отношением.
При отсутствии управляющего напряжения пьезопривод на-
ходится в исходном положении. При этом клапан открыт, так как
его игла поднимается с седла под действием возвратной пружи-
ны. При подаче напряжения нажимная пластина приводит в дей-
стве мультипликатор, который обеспечивает перемещение иглы
клапана практически на 0,1 мм. При этом клапан закрывается, а
в полости под плунжером начинает подниматься давление.
3.3.3. Газобаллонное оборудование
В качестве сырья для производства газового топлива для ав-
томобилей используются продукты переработки нефти и природ-
ные газы.
Побочным продуктом переработки нефти являются пропан-
бутановые фракции. Их смесь — это и есть нефтяной сжижен-
ный газ.
Для заправки автомобилей сжиженным нефтяным газом
применяют две марки жидкого топлива: ПБА (летнее, в состав
которого входит 50±10 % пропана, остальная часть — бутан и
до 1 % ненасыщенных углеводородов, иногда могут содержаться
примеси этана и метана) и ПА (зимнее топливо — автомобиль-
ный пропан, содержание которого в общем объеме составляет
90± 10 %).
Сжатый природный газ представляет собой метан практиче-
ски в чистом виде. Метан на специальных компрессорных газо-
наполнительных станциях сжимается, и его закачивают в баллон.
Давление сжатого природного газа достигает 20 МПа. Показатель
уменьшается по мере расходования газа.
Основным недостатком газовых топлив является то, что мощ-
ность двигателя в сравнении с другими видами топлива умень-
шается при использовании сжатого природного газа на 20 %, а
сжиженного нефтяного газа — на 57 %.
В зависимости от применяемого топлива газобаллонное обо-
рудование делят на две группы:
- работающее на сжиженном газе;
— работающее на сжатом газе.
117
3. Системы двигателя
Газобаллонное оборудование, работающее на сжиженном газе.
Газобаллонное оборудование классифицируют по поколениям:
— оборудование 1-го поколения имеет механические систе-
мы с вакуумным управлением; устанавливается на автомобили с
бензиновыми карбюраторными ДВС;
— оборудование 2-го поколения имеет механические системы,
дополненные электронным дозирующим устройством, работаю-
щим по принципу обратной связи с датчиком содержания кисло-
рода; устанавливается на автомобили, оснащенные бензиновым
двигателем с впрыском топлива в коллектор и катализатором;
— оборудование 3-го поколения — это системы, обеспечи-
вающие распределенный синхронный впрыск газа с дозатором-
распределителем, который управляется электронным блоком. Газ
подается во впускной коллектор механическими форсунками,
открывающимися за счет избыточного давления в магистрали
подачи газа. В этой системе вместо клапана для отсечения по-
дачи бензина используются эмулятор форсунок (при подаче газа
имитирует работу бензиновых форсунок) и эмулятор лямбда-
зонда (предотвращающий переход штатного ЭБУ в аварийный
режим);
— оборудование 4-го поколения - это системы распределен-
ного последовательного впрыска газа с электромагнитными фор-
сунками, управляемыми собственным ЭБУ, который синхрони-
зирует свою работу со штатным контроллером и одновременно
выполняет функции эмулятора;
— оборудование 5-го поколения отличается тем, что газ по-
ступает в коллектор не в испаренном состоянии, а в жидком.
Система впрыска сжиженного газа включает газовый баллон,
газовый насос, регулятор давления, газовые форсунки и систему
управления (рис. 3.70). Газовый насос — мембранного типа, раз-
мещается в газовом баллоне, обеспечивает повышение давления
в системе на 5 бар, при котором газ остается всегда в жидком
состоянии.
Регулятор давления контролирует давление в системе, он
оснащен электромагнитным запорным клапаном, который от-
крывается при переходе с бензина на газ. Газ в жидком состоя-
нии подается в газовые форсунки и по сигналу системы управ-
ления впрыскивается во впускной коллектор. Избыток сжижен-
ного газа возвращается по обратному трубопроводу в газовый
баллон.
118
3.3. Система питания
Рис. 3.70. Основные компоненты газобаллонного оборудования
5-го поколения:
1 — блок управления двигателем; 2 — переключатель режимов работы;
3 — газовый блок управления; 4 — катализатор; 5 — кислородный
датчик (лямбда-зонд); 6 — свеча зажигания; 7 - бензиновая
форсунка; 8 — газовая форсунка; 9 — газовый насос; 10 — блок
управления насосом; 11 — трубопровод подачи газа; 12 - обратный
трубопровод; 13 — регулятор давления; 14 - газовый баллон
Система управления впрыском газа синхронизирована со
штатной системой управления двигателем. В работе используется
оригинальный сигнал блока управления двигателем для бензи-
новых форсунок, который адаптируется для впрыска газа.
Газовые баллоны бывают цилиндрические и тороидальные.
По правилам техники безопасности они заполняются газом не
более чем на 80 % полного объема. Различают баллоны 1-го по-
коления — полностью стальные, 2-го — из легированной стали с
композитной обмоткой, 3-го — алюминиевые с композитной об-
моткой и 4-го — из композитных материалов, самые современные
и долговечные.
Газобаллонное оборудование, работающее на сжатом газе.
Данная установка отличается от описанной выше тем. что при-
родный газ (метан) изменяет рабочее давление в баллонах по
119
3. Системы двигателя
мере его расходования от 20 МПа до давления, близкого к атмо-
сферному.
Система питания двигателя, работающего на сжатом природ-
ном газе, состоит из следующих основных узлов (рис. 3.71):
- контур высокого давления (заправочный штуцер, трубо-
проводы, баллоны);
— область перехода от контура высокого давления к стороне
низкого давления (редуктор давления газа с клапаном высокого
давления для работы на газе и датчиком давления газа);
— контур низкого давления (гибкий шланг, газовая распреде-
лительная магистраль, датчик газовой распределительной маги-
страли, форсунка).
13
Рис. 3.71. Система впрыска сжатого природного газа:
1 - газовый баллон I с запорным и обратным клапанами; 2 - газовый
баллон II с запорным клапаном; 3 — газовый баллон III с запорным
клапаном; 4 — газовый баллон IV с запорным клапаном; 5 — заправочная
горловина со встроенным фильтром и обратным клапаном; 6 - запорный
клапан с клапаном отключения подачи газа, ограничителем потока
газа, термическим предохранителем и запорным краном; 7— трубопровод
высокого давления; 8 — гибкий шланг; 9 — газовая распределительная
магистраль; 10 — датчик газовой распределительной магистрали;
11 - форсунка подачи газа; 12 - двигатель; 13 — двойное зажимное
кольцо; 14 — клапан высокого давления; 15 — датчик давления газа;
16 — редуктор давления газа с клапаном высокого
давления для работы на газе
Заправочная газовая горловина оснашена обратным клапа-
ном и металлическим фильтром. Газовые трубопроводы высокого
120
16
3.3. Система питания
давления изготавливаются из нержавеющей стали и рассчитаны
на давление до 100 МПа. Они соединяют приемный патрубок с
первым запорным клапаном, все четыре запорных клапана между
собой, а также последний запорный клапан с регулятором давле-
ния газа. Чтобы обеспечить достаточную герметичность газовых
магистралей, отдельные детали на обеих сторонах соединяются
при помощи двойного зажимного кольца. При заправке при-
родный газ подается в заправочную горловину со встроенным
фильтром и обратным клапаном, далее по газовым магистралям
к запорному клапану первого газового баллона. Одновременно с
этим газ идет по газовым магистралям к запорному клапану вто-
рого газового баллона, оттуда — к запорным клапанам остальных
баллонов. Из баллонов газ под высоким давлением поступает в
редуктор давления газа. Если блок управления двигателя подает
сигнал управления, открывается клапан высокого давления ре-
дуктора для работы на газе.
Редуктор давления газа (рис. 3.72) должен обеспечивать сни-
жение давления газа от 20 до 0,6 МПа. Снижение давления в
редукторе происходит в одной ступени.
Рис. 3.72. Редуктор давления газа:
1 - ступень понижения давления; 2 — клапан избыточного давления;
3 — выход газа при низком давлении к двигателю; 4 — датчик давления
в баллоне; 5 — вход газа при высоком давлении из газовых баллонов;
6 — фильтр; 7 - клапан высокого давления для режима эксплуатации
на газе; 8 - камера высокого давления; 9 — камера низкого
давления; 10— поршень редуктора; 11 — мембрана; 12 - пружина
121
3. Системы двигателя
Клапан высокого давления для работы на газе представляет
собой соленоид и при подаче на него напряжения или отсут-
ствии такового открывает/закрывает доступ к ступени пониже-
ния давления газа регулятора давления газа. В обесточенном
состоянии клапан высокого давления для работы на газе за-
крыт.
Датчик давления в газовом баллоне измеряет текущее дав-
ление газа в системе на стороне высокого давления. Благодаря
этим показаниям блок управления двигателя распознает уровень
наполненности баллона.
В камере низкого давления происходит переход давления
газа от высокого давления к низкому. Если клапан высокого
давления для работы на газе открыт блоком управления двига-
теля, газ под высоким давлением поступает к поршню редукто-
ра в камере высокого давления. Поршень редуктора соединен с
камерой низкого давления посредством подпружиненной мем-
браны.
Если давление газа в камере низкого давления меньше
0,6 МПа, то мембрана и поршень силой пружины поднимаются
по направлению вверх. Поршень открывает соединение с каме-
рой высокого давления. Газ, таким образом, поступает из камеры
высокого давления в камеру низкого давления. Благодаря посту-
пающему газу повышается давление в камере низкого давления.
Как только давление достигает 0,6 МПа. мембрана под действием
давления возвращается в нижнее положение, преодолевая усилие
пружины. Поршень, соединенный с мембраной, закрывает со-
единение с камерой высокого давления. Если происходит потре-
бление газа двигателем, то давление в камере низкого давления
падает. Пружина выталкивает мембрану опять по направлению
вверх, поршень вновь открывается, и газ снова поступает в каме-
ру низкого давления.
Газовая распределительная магистраль оснащена электриче-
скими форсунками подачи газа, расположенными во впускных
каналах цилиндров, а также датчиком газовой распределительной
магистрали (см. рис. 3.71). В режиме работы на газе они получают
управление от ЭБУ двигателя при помощи сигнала с широтно-
импульсной модуляцией. Время открытия форсунок зависит от
частоты вращения коленчатого вала двигателя, нагрузки на дви-
гатель, качества природного газа, давления газа в газовой рас-
пределительной магистрали.
122
3.3. Система питания
Смесеобразование в режимах работы на газе и на бензине
регулируется блоком управления двигателя по сигналам лямбда-
зонда. В зависимости от качества газа блок управления двигателя
проводит адаптацию смесеобразования. Лямбда-зонд измеряет
состав отработавших газов и посылает полученные результаты на
блок управления двигателя. На основании полученного сигнала
блок управления двигателя рассчитывает требуемые пропорции
смеси (воздух/газ). Для управления процессом смесеобразования
блок управления двигателя изменяет время открытия клапанов
подачи газа.
Электромагнитные клапаны отключения подачи газа полу-
чают управление с блока управления двигателя. Они являются
составной частью запорных клапанов и перекрывают доступ к
газовым баллонам. При эксплуатации автомобиля на газе они
открываются блоком управления двигателя, а в процессе заправ-
ки — от заправочного давления природного газа.
Запуск двигателя при температуре охлаждающей жидкости
ниже 15 °C осуществляется на бензине, выше 15 °C — на газе.
Баллоны для сжатых газов изготовлены из цельнотянутых
стальных труб. В горловине баллона имеется отверстие с кони-
ческой резьбой, в которое вворачивается переходник для при-
соединения трубопроводов, вентилей или манометров высокого
давления.
Баллон вместимостью 50 л имеет трехкратный запас прочно-
сти и рассчитан на хранение газа под давлением до 20 МПа.
3.3.4. Турбокомпрессор
Турбонаддув — один из способов агрегатного наддува, осно-
ванный на использовании энергии отработавших газов для при-
нудительной подачи воздуха в цилиндры под давлением. В настоя-
щее время турбонаддув является наиболее эффективной системой
повышения мощности двигателя без увеличения частоты враще-
ния коленчатого вала и объема цилиндров. Кроме того, турбонад-
дув обеспечивает экономию топлива в расчете на единицу мощ-
ности и снижение токсичности отработавших газов за счет более
полного сгорания топлива.
Основной элемент системы турбонаддува — турбокомпрессор.
Использование наддува для бензиновых двигателей ограни-
чено вероятностью наступления детонации, обусловленной зна-
чительным увеличением оборотов двигателя, а также перегревом
123
3. Системы двигателя
турбонагнетателя из-за повышенной температуры отработавших
газов — около 1000 °C, в то время как у дизелей она составляет
порядка 600 °C.
Конструкции системы турбонаддува присущи отрицатель-
ные особенности при работе: турбояма (задержка увеличения
давления наддува при резком нажатии на педаль акселератора по
причине инерционности системы) и турбоподхват (резкое увели-
чение давления в наддуве сразу после турбоямы).
Решается проблема применением:
— турбины с изменяемой геометрией;
— двух турбокомпрессоров, работающих параллельно (в ре-
зультате инерция одной большой турбины раскладывается на две
маленькие);
— двух турбокомпрессоров, работающих последовательно (в
результате турбокомпрессоры работают на разных оборотах дви-
гателя);
— комбинированного наддува — турбонаддув и механиче-
ский наддув (нагнетание воздуха при низкой частоте вращения
коленчатого вала происходит механическим нагнетателем, с уве-
личением частоты вращения в работу включается турбокомпрес-
сор. и при достижении определенной частоты работа механиче-
ского нагнетателя прекращается).
Турбокомпрессор состоит из центробежного компрессора,
газовой турбины, колес 2 и 5, которые жестко закреплены на
общем валу (рис. 3.73).
Отработавшие газы по выпускному трубопроводу попадают
в камеру газовой турбины и направляются на лопатки рабочего
колеса турбины, заставляя его вращаться вместе с валом. Далее
отработавшие газы выбрасываются в атмосферу через выхлопную
трубу. Закрепленное на валу колесо компрессора засасывает воз-
дух из атмосферы через воздухоочиститель и нагнетает по впуск-
ному трубопроводу в цилиндры двигателя, увеличивая наполне-
ние их воздухом.
Колеса турбины и компрессора вращаются с большой ча-
стотой вращения (около 250 000 мин-1), незначительная их не-
сбалансированность может вызвать сильную вибрацию. Поэтому
опорой валу служит бронзовый подшипник 4 типа «качающейся»
втулки.
124
3.3. Система питания
Рис. 3.73. Турбокомпрессор:
1 - впускной патрубок для свежего воздуха; 2 — колесо компрессора;
3 — выходной патрубок для свежего воздуха; 4 — центральный
подшипник; 5 — турбинное колесо; 6 — выходной патрубок для
отработавшего газа; 7— входной патрубок для отработавшего газа
Через специальный щелевой ленточный фильтр масло нагне-
тается к втулке и по сверлению в ней поступает во внутреннюю
полость для смазывания трущейся поверхности вала. По наруж-
ной проточке втулки масло нагнетается в зазор между втулкой и
корпусом, образуя масляную подушку, которая гасит вибрацию,
возникающую при вращении вала. Из турбокомпрессора масло
сливается в картер. Для контроля давления масла, поступающего
в турбокомпрессор, на среднем корпусе установлен штуцер для
манометра.
Детали турбокомпрессора охлаждаются жидкостью, посту-
пающей из системы охлаждения двигателя в водяную рубашку
среднего корпуса.
Перепускной клапан устанавливается в корпус турбины для
управления уровнем давления наддува. Регулировка клапана
производится при помощи системы управления двигателем. Кла-
пан оснащен пневматическим приводом.
В основе работы системы турбонаддува (рис. 3.74), как было
сказано выше, лежит использование энергии отработавших газов.
125
3. Системы двигателя
Их поток заставляет вращаться турбинное колесо, передающее
вращение через роторный вал компрессорному колесу. С помо-
щью последнего происходит сжатие воздуха и его нагнетание в
систему.
Рис. 3.74. Принцип работы системы турбонаддува:
1 — цилиндр двигателя; 2 — охладитель наддувочного воздуха
(интеркулер); 3 - входной масляный канал; 4 — колесо
турбины; 5 — клапан ограничения наддува; 6 — сливной
масляный канал; 7— колесо компрессора; <?—компрессор
Интеркулер охлаждает воздух, нагретый при сжатии, после
чего тот подается в цилиндры двигателя.
Хотя система турбонаддува и не связана жестко с коленча-
тым валом, ее эффективность напрямую зависит от частоты обо-
ротов двигателя. Увеличение оборотов коленчатого вала ведет к
повышению энергии отработавших газов и соответственно ча-
стоты вращения турбины, что влечет за собой более интенсивное
поступление воздуха в цилиндры двигателя.
Конструкция раздельного турбокомпрессора (Twin Scroll).
Для отработавших газов в раздельном турбокомпрессоре есть два
входных отверстия (рис. 3.75, а). Также в нем имеются два сопла,
предусмотренные для каждой пары цилиндров. Первое (малое)
сопло обеспечивает быстрое реагирование (на низких оборотах),
а второе (большое) — максимальную производительность (на вы-
соких оборотах).
Принцип работы турбины Twin Scroll иллюстрирует рису-
нок 3.75, б. Выпуск из 1-го и 4-го цилиндров идет на малое соп-
ло, а из 2-го и 3-го цилиндров выходит на большое. На малой
части проходной канал и угол наклона крыльчатки поменьше,
на большой - соответственно наоборот. Так как в рядном че-
126
3.3. Система питания
тырехцилиндровом двигателе воспламенение смеси в цилиндрах
происходит в порядке 1-3—4—2, именно турбина Twin Scroll обе-
спечивает ровный разгон практически с холостых оборотов и ис-
ключает перекрытие последующего цилиндра предыдущим, как
это бывает в случае с одним соплом.
Twin Scroll
Цилиндр 1 Цилиндр 2 Цилиндр 3 Цилиндр 4
б
Рис. 3.75. Турбокомпрессор Twin Scroll:
а - внешний вид; б — принцип действия;
1 — корпус турбины; 2 — крыльчатка, которую вращают отработавшие
газы; 3 — крыльчатка нагнетания воздуха; 4 — выпускной коллектор
Конструкция турбины с изменяемой геометрией. Принцип рабо-
ты турбокомпрессора с изменяемой геометрией (турбина с перемен-
ным соплом) состоит в изменении сечения на входе колеса турбины
с целью оптимизировать ее мощность для заданной нагрузки.
При низкой частоте вращения коленчатого вала поток отра-
ботавших газов является небольшим, и нагнетание воздуха для
резкого ускорения недостаточно. В этот момент по сигналу блока
управления направляющие лопатки при помощи привода, со-
стоящего из рычага, тяги и кольца (рис. 3.76), поворачиваются, и
зазор между ними уменьшается. Несмотря на то что объем отра-
ботавших газов не увеличился, ему теперь приходится проходить
через канал меньшего поперечного сечения, что заставляет от-
работавшие газы двигаться быстрее. В результате частота враще-
ния турбинного колеса возрастает, а объем воздуха, нагнетаемого
компрессорным колесом, увеличивается.
127
3. Системы двигателя
Рис. 3.76. Устройство
турбины
с изменяемой геометрией:
1 - направляющие лопатки;
2 — кольцо; 3 — рычаг;
4 — тяга вакуумного привода;
5 - турбинное колесо
При высокой частоте вращения
коленчатого вала двигателя и вы-
сокой скорости потока отработав-
ших газов привод поворачивает на-
правляющие лопатки так, что зазор
между ними увеличивается. При
этом скорость отработавших газов,
проходящих через канал большего
поперечного сечения, уменьшается.
В результате частота вращения тур-
бинного колеса падает. Тем самым
турбокомпрессор «защищает» себя
от превышения предельной частоты
вращения и поддерживает давление
наддува на уровне, необходимом
двигателю.
Изменение площади сечения (расстояния между направляю-
щими элементами) может управляться непосредственно давле-
нием турбины с помощью привода, вакуумного регулятора или
шагового электромотора.
Ц Вопросы лля самоконтроля
1. Перечислите основные конструктивные элементы системы пита-
ния ДВС.
2. Из каких элементов состоит карбюратор бензинового двигателя?
3. Объясните принцип работы системы питания карбюраторных бен-
зиновых двигателей.
4. Проведите сравнительный анализ системы впрыска топлива Мо-
tronic и системы непосредственного впрыска топлива.
5. Назовите основные конструктивные элементы системы питания
дизельных двигателей.
6. Объясните принцип действия плунжерной пары.
7. Укажите назначение и объясните устройство топливного насоса
высокого давления.
8. Изложите классификацию форсунок дизельных двигателей.
9. Опишите устройство и принцип работы гидравлической форсунки.
10. Проведите сравнительный анализ устройства и принципа работы
газобаллонного оборудования, работающего на сжиженном / на сжатом
газе.
11. Поясните назначение системы турбонаддува.
128
3.4. Выпускная система
12. Какие проблемы решаются путем установки турбины Twin Scroll
п турбины с изменяемой геометрией?
3.4. Выпускная система
Выпускная (выхлопная) система предназначена для отвода
отработавших газов из цилиндров двигателя, их охлаждения, а
также снижения шума и токсичности.
Все конструктивные элементы выпускной системы (рис. 3.77)
расположены под днишем автомобиля.
Рис. 3.77. Схема выпускной системы:
1 - турбонагнетатель; 2 - кислородный датчик перед нейтрализатором;
3 — каталитический нейтрализатор; 4 - кислородный датчик
за нейтрализатором; 5 — выпускная труба с виброизолируюшей
муфтой; 6— выпускная труба; 7— предварительный глушитель;
8 — основной глушитель; 9 — подвеска выпускной системы
Каталитический нейтрализатор (рис. 3.78) предназначен для
уменьшения концентрации вредных веществ в отработавших
газах.
129
3. Системы двигателя
Рис. 3.78. Устройство каталитического нейтрализатора:
1 - датчик кислорода; 2 - керамическая подложка с катализатором
из благородных металлов; 3 — мягкий изолятор;
4 — нержавеющая оболочка
На современных автомобилях применяются трехкомпонент-
ные каталитические нейтрализаторы, защищающие от трех вред-
ных веществ — несгоревших углеводородов, оксида углерода и
оксида азота.
На дизельных двигателях используется сажевый фильтр, ко-
торый обеспечивает снижение выброса сажи с отработавшими
газами в атмосферу. В выпускной системе сажевый фильтр может
быть объединен с каталитическим нейтрализатором.
Кислородный датчик служит для управления составом топ-
ливно-воздушной смеси двигателя за счет измерения кислорода
в отработавших газах. Кислородный датчик хоть и устанавлива-
ется в выпускной системе, является конструктивным элементом
системы управления двигателем. В современных системах управ-
ления устанавливается два кислородных датчика — один перед
каталитическим нейтрализатором, другой — за ним.
Для изоляции конструктивных элементов выпускной си-
стемы от вибрации двигателя используется виброизолирующая
муфта (обиходное название — сильфон). Сильфон представляет
собой гибкий металлический шланг, закрытый стальной обо-
лочкой.
Глушитель выполняет следующие основные функции:
— снижение уровня шума отработавших газов;
— преобразование энергии отработавших газов в тепловую,
снижение их скорости, температуры, пульсации.
В большинстве своем глушитель включает два элемента —
предварительный глушитель (резонатор) и основной глушитель
(рис. 3.79).
В глушителе используется несколько технологий снижения
уровня шума:
— расширение (сужение) потока;
— изменение направления потока;
- интерференция звуковых волн;
— поглощение звуковых волн.
Резонатор служит для предварительного снижения уровня
шума и уравновешивания пульсаций потока отработавших газов.
130
3.4. Выпускная система
Конструктивно резонатор представляет собой перфорированную
трубу, помешенную в металлический корпус. Для повышения
эффективности гашения колебаний в трубе выполняется дрос-
сельное отверстие.
Рис. 3.79. Устройство глушителя:
1 — впускающая труба; 2 — всасывающий резонатор;
3 — интерференционные элементы; 4 — конец трубы;
5- поглотитель; 6- насос; 7- отражающая камера
Основной глушитель обеспечивает окончательное шумопо-
давление. Он имеет более сложную конструкцию. В металличе-
ском корпусе размешается несколько перфорированных трубок.
Корпус разделен перегородками на две—четыре камеры. Некото-
рые камеры могут заполняться звукопоглощающим материалом.
В основном глушителе поток отработавших газов многократно
меняет свое направление.
Ё Вопросы лля самоконтроля
1. Укажите функции выпускной системы автомобиля.
2. Проанализируйте путь отработавших газов в атмосферу с помо-
щью схемы выпускной системы.
3. Поясните назначение каталитического нейтрализатора.
4. Опишите устройство глушителя.
131
4. ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ
Электрооборудование — комплекс электрических машин,
приборов, аппаратов, различного рода выключателей, переклю-
чателей, соединенных между собой проводами в электрическую
систему.
В электрических цепях автомобилей используется постоян-
ный ток. Напряжение в бортовой сети большегрузных автомо-
билей и автобусов с дизельными двигателями устанавливается
24 В, автомобилей с бензиновыми двигателями и легковых авто-
мобилях — 12 В. Более высокое напряжение бортовой сети у ав-
томобилей с дизельными двигателями объясняется тем, что для
надежного пуска двигателей требуется повышенная мощность
устройств, обеспечивающих пуск этих двигателей.
Электрические системы автомобилей выполняются по одно-
проводной схеме соединения источников и потребителей энер-
гии. Второй провод (минусовой) заменяют рама и другие метал-
лические части, по которым может проходить электрический ток.
Такая схема упрощает всю систему электропроводки, уменьшает
длину и количество проводов. Однако в случае нарушения изо-
ляции провода могут касаться металлических частей автомобиля,
что вызывает короткое замыкание, а при неисправности предо-
хранителей вероятно возникновение пожара.
Электрооборудование состоит из приборов, образующих са-
мостоятельные системы, имеющие свое функциональное назна-
чение:
— система электроснабжения;
— система зажигания для бензиновых двигателей;
— система пуска двигателя;
— система контрольно-измерительных приборов;
— система освещения и сигнализации.
132
4.1. Система зажигания
Выключатели, переключатели, реле, предохранители, соеди-
нительные панели и штекеры относятся к коммутационной ап-
паратуре и входят во все системы.
Система электроснабжения предназначена для обеспечения
электроэнергией потребителей. Источниками электроэнергии
являются аккумуляторная батарея и генераторная установка.
Система зажигания обеспечивает воспламенение рабочей
смеси в цилиндрах бензинового двигателя. Она включает в себя
приборы, позволяющие в каждом цилиндре в нужный момент
получить электрический разряд высокого напряжения, способ-
ный воспламенить рабочую смесь в конце такта сжатия.
Система пуска двигателя обеспечивает его надежный запуск
во всех условиях эксплуатации, для которых предназначен авто-
мобиль. В эту систему входят стартер, аккумуляторные батареи,
средства облегчения пуска.
Система контрольно-измерительных приборов обеспечивает
водителю возможность следить за работой и состоянием меха-
низмов и систем автомобиля, определять скорость его движения
и пройденный путь.
Система освещения и сигнализации обеспечивает безопас-
ность движения автомобиля. В эту систему входят приборы на-
ружного и внутреннего освещения, а также приборы, предупре-
ждающие других участников движения об опасном приближении
автомобиля, совершения им маневра или торможения, об ава-
рийной остановке на дороге.
4.1. Система зажигания
Система зажигания двигателя присутствует в устройстве
бензиновых ДВС и предназначена для воспламенения горю-
чей смеси в камере сгорания ценообразованием. Образова-
ние искры происходит путем подачи высоковольтного разряда
на свечу зажигания в строго определенный момент времени,
который соответствует тактам работы ДВС и меняется в за-
висимости от частоты вращения коленчатого вала и нагрузки
на двигатель.
Классификация систем зажигания. По наличию подвижных
частей системы зажигания можно подразделить:
— на динамические:
контактные;
133
4. Электрооборудование
контактно-транзисторные;
бесконтактные с датчиком Холла;
бесконтактные с индуктивным датчиком;
— статические (отсутствуют подвижные части);
— частично статические (отсутствует прерыватель).
В настоящее время все бензиновые ДВС выпускаются только
со статической системой зажигания.
Статические системы зажигания подразделяют на электрон-
но-вычислительные (аналоговые) и микропроцессорные (циф-
ровые).
В электронно-вычислительных системах основной сигнал за-
жигания формируется с применением времяимпульсного способа
преобразования информации от входных датчиков. Это значит,
что контролируемый процесс задается временем его протекания с
последующим преобразованием времени в длительность электри-
ческого импульса. Таким образом, в электронно-вычислительных
системах контроллер содержит электронный хронометр и управ-
ляется аналоговыми сигналами.
В микропроцессорной системе для формирования сигнала за-
жигания применяется числоимпульсное преобразование, при
котором параметр процесса задается не временем протекания,
а непосредственно числом электрических импульсов. Функции
электронного вычислителя здесь выполняет числоимпульсный
микропроцессор, который работает от электрических импульсов,
стабилизированных по амплитуде и длительности (от цифровых
сигналов). Поэтому между микропроцессором и входными датчи-
ками в электронный блок управления микропроцессорной систе-
мы устанавливаются числоимпульсные преобразователи (ЧИП)
аналоговых сигналов в цифровые.
Микропроцессорная система зажигания. Компонентный со-
став современной микропроцессорной системы зажигания пока-
зан на рисунке 4.1.
Механическое распределение тока высокого напряжения оста-
лось только в некоторых системах с распределителем зажигания
(рис. 4.2). В таких системах сохранилась одна катушка зажигания
на все цилиндры.
134
4.1. Система зажигания
Рис. 4.1. Микропроцессорная система зажигания Bosch:
1 — свеча зажигания; 2 — катушка зажигания; 3 — датчик положения
дроссельной заслонки; 4 - блок управления; 5 - датчик температуры
охлаждающей жидкости; 6 — датчик детонации; 7 — индуктивный
датчик; 8 — зубчатый диск; 9 - аккумуляторная батарея;
10 — замок зажигания
Рис. 4.2. Статическая система зажигания Bosch с распределителем:
1 - катушка зажигания; 2 - распределитель высокого напряжения;
3 — свеча зажигания; 4 — блок управления; 5 — датчик температуры
охлаждающей жидкости; 6 — датчик положения дроссельной заслонки;
7 — индуктивный датчик; 8 — зубчатый диск; 9 — аккумуляторная
батарея; 10 — замок зажигания
135
4. Электрооборудование
Свеча зажигания необходима для образования искрового
разряда в камере сгорания двигателя. Свеча устанавливается в
головке блока цилиндров.
Свеча зажигания состоит из контактного стержня и цен-
трального электрода, помешенных в изолятор (рис. 4.3). Контакт-
ный стержень обеспечивает соединение свечи зажигания с эле-
ментами системы зажигания — высоковольтным проводом или
зажигания.
Центральный электрод выпол-
няет в свече зажигания роль като-
да. Для увеличения срока службы
свечи его изготавливают из сплавов
стали с редкоземельными и благо-
родными металлами (платина, ири-
дий, вольфрам, иттрий, палладий).
Центральный электрод со-
единяется с контактным стержнем
через резистор, который защищает
электронное оборудование двигате-
ля от помех, возникающих при ис-
кр ообра зова н и и.
Изолятор изготовляется из ту-
гоплавкой керамики. Различают
наружную и внутреннюю (разме-
шенную в камере сгорания) части
изолятора. Для улучшения элек-
индивидуальной катушкой
Рис. 4.3. Свеча зажигания:
1 — контактная гайка;
2 - изолятор; 3 - корпус;
4 - уплотнительное кольцо;
5 - центральный электрод;
6 — боковой электрод
трической изоляции и предотвращения утечки электроэнергии
наружная часть изолятора выполняется ребристой.
Внутренняя часть изолятора (другое название — тепловой ко-
нус) определяет температурный (тепловой) режим свечи зажига-
ния. Тепловой режим свечи зажигания характеризуется нижней и
верхней границами. Нижняя граница начинается с температуры,
при которой на тепловом конусе начинают сгорать скопившиеся
частицы сажи, и называется температурой самоочищения. Ве-
личина температуры самоочищения составляет 450 °C. Верхняя
граница теплового режима - 850 °C. При данной температуре
тепловой конус изолятора нагревается так сильно, что сам вы-
ступает источником воспламенения топливно-воздушной смеси.
Такое неконтролируемое воспламенение смеси носит название
«калильное зажигание».
136
4.1. Система зажигания
«Холодные» свечи зажигания имеют короткий тепловой ко-
нус и значительную поверхность соприкосновения изолятора с
корпусом. Они медленно нагреваются и быстро отводят тепло,
поэтому применяются на двигателях с высокой степенью сжатия,
работающих на высокооктановых топливах.
В нижней части корпуса приварен боковой электрод, кото-
рый изготавливается из никелевого сплава или из сплавов редко-
земельных металлов.
Применение нескольких боковых электродов значительно
увеличивает срок службы свечи зажигания. При работе такой
свечи задействован только один боковой электрод. Когда зазор
между электродами вследствие электрохимического износа уве-
личивается, искра автоматически переходит на другой боковой
электрод.
Между центральным и боковым электродами устанавлива-
ется определенное расстояние — зазор (искровой промежуток).
Величина зазора должна быть оптимальна для конкретной свечи
зажигания. При большом зазоре искра больше, лучше воспламе-
нение топливно-воздушной смеси, но требуется большее пробив-
ное напряжение, соответственно велика вероятность пропусков
зажигания, снижения топливной экономичности, увеличения
вредных выбросов. При малом зазоре наблюдается малая искра и
соответственно низкая эффективность воспламенения топливно-
воздушной смеси.
К техническим характеристикам свечи зажигания относят-
ся диаметр резьбы, размер головки ключа, длина резьбы, зазор
между электродами, а также калильное число.
Диаметр автомобильных свечей зажигания составляет, как
правило, 14 мм. Длина резьбы бывает 12 мм (короткая). 19...20 мм
(средняя) и > 25 мм (длинная). Чем мощнее двигатель, тем больше
должна быть длина резьбы. Величина зазора между электродами
у разных свечей зажигания находится в пределах 0,5...2,0 мм.
Тепловая характеристика свечи зажигания выражается
калильным числом. Калильное число — это отвлеченная ве-
личина, при достижении которой появляется калильное за-
жигание. Шкала калильных чисел у разных производителей
различается.
Характеристики свечи зажигания отражаются в типовом обо-
значении - буквенно-цифровом коде, который может наноситься
на свечу и обязательно отражается на упаковке.
137
4. Электрооборудование
Рис. 4.4. Высоковольтный
провод:
1 — защитные колпачки;
2 — металлический
контакт (наконечник);
3 — изоляция;
4 — токопроводящая жила
Высоковольтные провода служат для подачи тока высокого
напряжения от катушки зажигания к распределителю и от него
на свечи зажигания.
Провод состоит из токопроводящей жилы, изоляции (за-
щитного слоя), металлических контактов и защитных колпачков
(рис. 4.4).
Изоляция (однослойное или мно-
гослойное защитное диэлектрическое
покрытие токопроводящей жилы)
предназначена:
— для предотвращения утечек элек-
трического тока;
- предохранения жилы от воздей-
ствия влаги, горюче-смазочных мате-
риалов, вредных паров и высоких тем-
ператур в моторном отсеке, а также от
механических повреждений.
Металлические контакты (нако-
нечники) обеспечивают электрическое
соединение токопроводящей жилы с
соответствующими контактами (гнездами, высоковольтными вы-
водами) свечи и катушки зажигания или с крышкой распреде-
лителя.
Колпачки защищают места соединений контактов прово-
да с соответствующими выводами катушки, распределителя и
свечей зажигания от агрессивных воздействий внешней среды
и предотвращают утечку электрического тока. Колпачки имеют
различную форму, изготавливаются из резины, силикона. В не-
которые колпачки встраивают дополнительный помехоподави-
тельный резистор или металлический экран для уменьшения
помех.
Принцип работы микропроцессорной системы. Микропро-
цессорная система зажигания работает по заранее заданной для
конкретного двигателя управляющей программе, хранящейся
в электронной памяти. Управление зажиганием двигателя осу-
ществляется с помощью микропроцессора (блока управления)
(рис. 4.5). В его память заложены карты углов опережения зажи-
гания в зависимости от различных режимов работы двигателя, а
также программы для их обработки.
138
4.1. Система зажигания
Рис. 4.5. Структурная схема Ашкропроцессорной системы зажигания:
1-4 — входные датчики неэлектрических величин (датчик давления
и температуры во впускном коллекторе, датчик детонации, датчик
температуры двигателя, напряжение аккумуляторной батареи);
5-8 — преобразователи не электрических величин в аналоговые
электрические сигналы; 9 — датчики крайнего положения дроссельной
заслонки; 10 - аналого-цифровой преобразователь;
11 — микропроцессор; 12 - оперативная память запоминающего
устройства; 13 — постоянная память запоминающего устройства;
14, 15 — коммутаторы; 16, 17— двухвыводные катушки зажигания;
18 — свечи зажигания
В микропроцессорной системе зажигания все функции
управления объединены в центральный бортовой компьютер
автомобиля (персональный блок управления для системы за-
жигания может отсутствовать). Функции входных сигналов
выполняют универсальные датчики, определяющие работу не
только системы зажигания, но и других систем, например, си-
стемы питания. Сигнал прерывания цепи низкого напряжения
при этом подается на электронный коммутатор выходного ка-
скада непосредственно от центрального бортового компьютера.
В блоке управления установлен кварцевый резонатор, с помо-
щью которого прерывается цепь низкого напряжения при опре-
139
4. Электрооборудование
деленном угле опережения зажигания для каждого конкретного
цилиндра.
В процессе работы двигателя в блок управления подается
следующая информация: нагрузка, детонация, температура, на-
пряжение аккумулятора, частота вращения и положение колен-
чатого вала, положение дроссельной заслонки. Некоторые сиг-
налы, такие как частота вращения коленчатого вала, поступают
в блок управления уже в виде импульсов, однако большинство
параметров (температура, напряжение аккумулятора и пр.) име-
ют постоянную полярность, хоть и меняют со временем свои
значения. Такие сигналы называются аналоговыми и должны
быть преобразованы перед входом в блок управления в цифровую
форму (т. е. в серию импульсов типа 0—1) с помощью аналого-
цифрового преобразователя (АЦП).
На основании данных, поступающих в микропроцессор, вы-
числяется угол опережения зажигания в соответствии с картой
углов опережения зажигания, которая хранится в памяти про-
цессора.
Функции отдельных систем управления. Входное устройство.
Сигналы, стекающиеся на входное устройство от датчиков, пре-
образуются в форму, понятную компьютеру, т. е. в серию импуль-
сов ДА — НЕТ. которые представляют собой цифры в двоичной
системе: ДА = 1, НЕТ = 0.
Аналоговые сигналы, например напряжение аккумулятора,
преобразуются в двоичный код с помощью АЦП.
Часы. Компьютер оперирует данными как функциями вре-
мени. Для определения времени и временных интервалов в ком-
пьютере установлен точный кварцевый генератор импульсов.
Шины. Отдельные блоки компьютера связаны между собой
плоскими кабелями, так называемыми шинами. По шинам пере-
даются данные (шина данных), адреса памяти (адресная шина), а
также сигналы управления (управляющая шина).
Центральный микропроцессор. Микропроцессор производит
в компьютере все вычисления. Все, что он умеет делать, — это
складывать, вычитать, делить и умножать, поэтому все програм-
мы, которые выполняет процессор, должны состоять из этих
операций. Кроме того, процессор умеет выполнять логические
операции.
Постоянная память. Эта память может только выдавать хра-
нящуюся в ней информацию, записанную изготовителем: карта
140
4.1. Система зажигания
значений управляемых параметров двигателя в табличной форме,
коды, управляющие программы и пр.
Оперативная память. Текущие данные — сигналы датчиков,
команды управления и промежуточные результаты вычислений
хранятся в оперативной памяти, пока не будут заменены новой
информацией. Оперативная память при выключении питания
теряет всю хранящуюся в ней информацию.
Работа бортового компьютера. Информация о характеристи-
ках двигателя хранится в памяти компьютера в форме таблиц,
называемых рабочими. Эти таблицы образуются из трехмерных
карт опережения зажигания и таких же карт для периода замкну-
того состояния. Рабочие таблицы могут быть составлены ком-
пьютером для различных сочетаний параметров; прежде всего
такими параметрами являются частота вращения коленчатого
вала, нагрузка, температура и напряжение аккумулятора. Каждая
из таблиц дает свое значение угла опережения, и для определения
истинно требуемого угла все результаты сопоставляются.
При включении питания микропроцессор посылает закоди-
рованный двоичный адрес, который указывает, к какой части
памяти он обращается. Затем посылается управляющий сигнал,
указывающий направление и последовательность движения ин-
формации в процессор или из процессора. Работа самого процес-
сора представляет собой серию двоичных импульсов, с помощью
которых информация считывается из памяти, декодируется и
выполняется. Программы выполнения операций - арифметиче-
ских, логических и транспортных — также записаны в памяти.
Основные сигналы, поступающие в блок управления. На-
грузка. Информацию о нагрузке двигателя дает разрежение во
впускном коллекторе. Для измерения давления может быть ис-
пользован барометрический датчик, основой которого является
пьезоэлектрический преобразователь.
Величиной, связанной с нагрузкой двигателя, является и рас-
ход воздуха через коллектор. Дополнительную информацию о рас-
ходе воздуха можно получить, измерив его температуру, что позво-
ляет внести поправки на его плотность. Эти данные используются
в основном для блока управления впрыском топлива, который, как
правило, объединен с блоком управления системой зажигания.
Как вариант, может быть измерен сразу массовый расход воз-
духа (с помощью датчика с нагреваемой проволокой).
141
4. Электрооборудование
Все указанные параметры измеряются в аналоговой форме и
перед вводом в блок управления должны быть преобразованы в
цифровую форму с помощью АЦП.
Детонация является акустическим сигналом неконтролируе-
мой формы сгорания и проявляется в виде частого и резкого сту-
ка высокого тона на больших нагрузках и ускорениях.
Практически весь заряд в камере сгорания должен сгореть
прежде, чем откроется выпускной клапан, а от того, как соот-
носится этот процесс с углом поворота коленчатого вала, зави-
сят мощность, крутящий момент, экономичность двигателя, поле
температур и т. д. Поэтому искра между электродами свечи долж-
на появиться несколько раньше, чем поршень достигнет ВМТ,
это называют углом опережения зажигания. Угол опережения за-
жигания неодинаков для различных режимов работы двигателя
и изменяется в широких пределах.
При нормальном процессе сгорания давление на поршень из-
меняется плавно. Пламя от искры распространяется, постепенно
захватывая весь объем камеры сгорания. Скорость движения фрон-
та пламени достигает 50...80 м/с. По мере приближения фронта
пламени к дальнему углу камеры сгорания давление и температура
в ней становятся выше, что ускоряет ход окислительных реакций.
Если топливо не обладает достаточной детонационной стойкостью,
в сжатой смеси образуются неустойчивые химические соединения,
способные самовоспламениться от малейшего дополнительного
импульса. Но концентрация этих соединений по объему дальней
зоны неодинакова: в точке, где они наименее устойчивы, проис-
ходит первый локальный взрыв, от которого с огромной скоростью
(до 2500 м/с) разбегается ударная волна, скачком поднимающая
давление и температуру. Пробегая через другие части заряда, близ-
кие к самовоспламенению, ударная волна легко «поджигает» их,
рождая новые волны. За фронтом каждой ударной волны движется
детонационная волна, но процесс сгорания не мгновенен — после
прохождения волны смесь какое-то время догорает.
Контроль детонации сводится к управлению, обеспечиваю-
щему угол опережения зажигания, очень близкий к предельному,
за которым происходит детонация. При этом повышаются КПД,
мощность и экономичность двигателя: возможно использование
бензина с разным октановым числом.
При детонации в специфическом спектре частот появляет-
ся составляющая с необычайно высокой амплитудой. Выделяя
142
4.1. Система зажигания
эту частотную область с помощью полосового фильтра, можно
получить сигнал для распознавания детонации. Распознавание
детонации производится путем сравнения (вычитания) текущего
сигнала при отсутствии детонации, регистрируемого в течение
определенного времени после поступления сигнала зажигания.
Степень детонации определяется подсчетом числа амплитуд в
сигнале датчика, величина которых превышает стандартную ве-
личину, характерную для начала детонации. После распознавания
детонации в зависимости от ее степени производится уменьше-
ние угла опережения зажигания. Если после этого детонация от-
сутствует, угол опережения зажигания постепенно увеличивается
до значения, близкого к детонационному пределу. Оптимальным
углом опережения зажигания считается так называемый угол
преддетонационного сгорания, когда сгорание начинается на
границе появления детонации.
Детонация обнаруживается с помощью датчиков ускорения,
основой которых чаще всего служит пьезоэлектрический преоб-
разователь (рис. 4.6).
Рис. 4.6. Датчик детонации на пьезокристалле:
1 — пьезокристалл; 2 — сейсмический диск; 3 — болт крепления;
4 — электрические провода
При отсутствии давления на элемент электрические заряды
распределены в пьезоэлектрическом преобразователе равномерно
(рис. 4.7, а). При появлении давления электрические заряды раз-
деляются, и между обкладками элемента возникает напряжение
143
4. Электрооборудование
(рис. 4.7, б): чем выше давление, тем сильнее разделение зарядов
и тем больше напряжение. Это явление называется пьезоэлек-
трическим эффектом. Напряжение усиливается и используется в
качестве сигнала от каждого цилиндра, направляемого в ЭБУ.
Рис. 4.7. Принцип работы датчика детонации:
а — давление на элемент не воздействует;
б - давление на элемент воздействует
Поскольку каждый цилиндр имеет свою шумовую харак-
теристику, для четырехцилиндрового двигателя оказывается
достаточно одного датчика, который различает каждый из ци-
линдров. На шестицилиндровых двигателях устанавливают два
таких датчика.
Температура. Для измерения температуры в диапазоне до
200 °C применяют термисторы. Термистор имеет высокую чув-
ствительность, так что значение температуры может быть изме-
рено с точностью до 0,05 °C.
Напряжение аккумулятора. Это дополнительный параметр.
Если напряжение аккумулятора отличается от эталонного, то
момент включения катушки сдвигается вперед или назад для до-
стижения постоянной мощности разряда.
Положение дроссельной заслонки. Датчики крайних положе-
ний дроссельной заслонки посылают в блок управления сигнал
о том. что дроссельная заслонка достигла одного из крайних по-
ложений — полной нагрузки или частоты вращения вала на холо-
стом ходу. Сигналы крайних положений заслонки нужны блоку
управления для перехода на специальные программы регулиро-
вания зажигания в этих ситуациях.
Системы зажигания с индивидуальными катушками. В со-
временных электронных и микропроцессорных системах зажи-
гания широко используются выходные каскады с индивидуаль-
ными катушками зажигания для каждой свечи в отдельности
(рис. 4.8).
144
4.2. Система запуска двигателя
Рис. 4.8. Индивидуальная катушка
зажигания:
1 - высоковольтный наконечник
(присоединение свечи зажигания);
2 - литая изолирующая смесь;
3 — первичная обмотка; 4 — сердечник;
5 — клеммы; 6 — вторичная обмотка
Конструктивно индивидуальные катушки зажигания могут
быть выполнены как отдельными элементами, так и объединен-
ными в модули по две. три или четыре катушки зажигания.
Ё Вопросы лая самоконтроля
1. Объясните функции системы зажигания.
2. Перечислите основные компоненты в составе современной микро-
процессорной системы зажигания.
3. Опишите устройство свеч зажигания.
4. Объясните принцип действия статической системы зажигания.
5. Назовите функции бортового компьютера.
6. Какие сигналы поступают в блок управления?
4.2. Система запуска двигателя
Система запуска двигателя обеспечивает вращение коленчато-
го вала двигателя с частотой, достаточной для запуска двигателя.
145
4. Электрооборудование
Система запуска, устанавливаемая на бензиновые и дизель-
ные двигатели, имеет аналогичную конструкцию. Наибольшее
распространение получила стартерная система запуска, которая
включает стартер, аккумуляторную батарею, замок зажигания
и комплект соединительных проводов. Для облегчения запуска
дизельных двигателей в холодное время система запуска может
оборудоваться свечами накаливания, которые подогревают воз-
дух во впускном коллекторе. С этой же целью на автомобилях
применяются системы предпускового подогрева.
Дальнейшим развитием системы запуска двигателя являют-
ся автоматический запуск двигателя, интеллектуальный доступ в
автомобиль и запуск двигателя без ключа, система Стоп-Старт.
4.2.1. Аккумуляторная батарея
Аккумуляторная батарея (АКБ) выполняет в автомобиле не-
сколько функций:
- питание стартера при запуске двигателя;
— питание потребителей при выключенном двигателе;
— питание потребителей в дополнение к генератору при
включенном двигателе.
По исполнению и эксплуатационным характеристикам АКБ
делятся на группы (табл. 4.1).
Таблица 4.1
Виды аккумуляторных батарей
АКБ Характеристика Достоинства Недостатки
Свинцово- кислотные Электроды выполнены из свинца с содержани- ем сурьмы более 5 % Высокая ремонто- пригодность
Малосурь- мянистые Положительные и от- рицательные электроды выполнены из свинцо- вых сплавов с пони- женным (до 2,5...3,0 %) содержанием сурьмы Относительная устойчивость к глубоким разря- дам, низкая цена Большой расход воды и са- моразряд
Гибридные системы Са+ В положительном электроде содержание сурьмы до 1,5...1,8 %, кадмия — 1,4...1,6 %; от- рицательный токоотвод свинцово -кальциевый Характеристики по расход}7 воды и саморазряду вдвое лучше, чем у малосурьмяни- стых батарей
146
4.2. Система запуска двигателя
Окончание табл. 4. /
АКБ Характеристика Достоинства Недостатки
Кальциевые Са/Са Созданы на базе свинцово-кальциевого сплава (0,07...0,1 % Са) Значительно снижено газовы- деление Неустой- чивость к глубоким разрядам
Серебряно- кальпиевые Ca/Ag Кальциевые с дополни- тельным легированием серебром Устойчивость к глубоким разря- дам при сохране- нии параметров кальциевых бата- рей по саморазря- ду и расходу воды Высокая цена и невозмож- ность обслу- живания
Конструкция АКБ. Свинцовые стартерные аккумуляторы
(рис. 4.9) содержат разноименные электроды, разделенные сепара-
торами, которые помешают в сосуд, заполненный электролитом.
Рис. 4.9. Конструкция аккумуляторной батареи:
1 — корпус; 2 — крышка; 3 — положительный вывод; 4 - межэлементное
соединение; 5 — отрицательный вывод; 6- пробка; 7— заливная
горловина; 8 — сепаратор; 9 — положительная пластина;
10 - отрицательная пластина
147
4. Электрооборудование
Работает аккумулятор по принципу превращения химиче-
ской энергии в электрическую (при разряде) и обратного превра-
щения электрической энергии в химическую (при заряде).
В моноблоке установлены гальванические элементы, состо-
ящие из разноименных электродов, разделенных сепараторами
(рис. 4.10). Гальванический элемент представляет собой отдель-
ный аккумулятор напряжением до 13 В. Элементы соединены
между собой через отверстия в перегородках моноблока. Крышка
сделана обшей на все шесть аккумуляторов батареи.
Рис. 4.10. Общее устройство АКБ:
1 — решетка пластины; 2 — положительная пластина;
3 — отрицательная пластина; 4 — пакет положительных пластин;
5 — положительный мост; 6 — межэлементное уплотнительное
кольцо; 7 - клапан избыточного давления; 8 - вывод; 9 — пакет
отрицательных пластин; 10 — микропористый сепаратор
Характеристики АКБ. Напряжение — разность потенциалов
между выводами АКБ.
Внутреннее сопротивление зависит от конструктивных осо-
бенностей АКБ, емкости, степени ее разряженности, наличия
сульфатации пластин, внутренних обрывов, концентрации элек-
тролита и его количества и температуры.
Ток утечки присутствует в аккумуляторе любого типа и бы-
вает внутренним и внешним. Внешний ток утечки определяется
прежде всего качеством цепей, подключенных к батарее, и чисто-
той поверхности батареи.
Электрическая емкость характеризует количество электри-
чества, которое способна отдать АКБ при длительном режиме
разряда.
Номинальная электрическая емкость Сп — емкость 20-часового
разряда АКБ.
148
4.2. Система запуска двигателя
Резервная емкость Рс — измеряется в минутах и соответству-
ет времени движения автомобиля при выходе из строя его гене-
ратора.
Ток холодной прокрутки (/.) определяет пусковые свойства
батареи. Чем этот параметр выше, тем лучше АКБ будет запу-
скать двигатель зимой, но одновременно увеличится нагрузка на
шеточно-коллекторный узел стартера.
Типовая маркировка АКБ показана на рисунке 4.11.
Рис. 4.11. Маркировка АКБ:
1 — условное обозначение; 2, 3 - ток холодной прокрутки по DIN и EN;
4 — масса; 5 — резервная емкость; 6 — номинальная емкость;
7 — номинальное напряжение
Условное обозначение содержит информацию об исполнении
батареи:
б - количество аккумуляторов (банок);
СТ — стартерная;
55 — емкость 55 А/ч;
А — с общей крышкой;
3 — залитая и заряженная.
4.2.2. Стартер
Стартер создает необходимый крутящий момент для враще-
ния коленчатого вала двигателя. Он представляет собой электро-
двигатель постоянного тока.
Конструкция стартера без редуктора представлена на рисун-
ке 4.12.
149
4. Электрооборудование
9 1011 12 13 14 15
26 25 24 23 22 21 20
Рис. 4.12. Схема стартера:
1 — крышка со стороны привода; 2 — стопорное кольцо;
3 - ограничительное кольцо; 4 — шестерня привода; 5 - обгонная
муфта; 6— поводковое кольцо; 7 — резиновая заглушка; 8 — рычаг
привода; 9 — якорь реле; 10 - удерживающая обмотка тягового реле;
11 - втягивающая обмотка тягового реле; 12 - стяжной болт реле;
13 — контактная пластина; 14 — крышка реле; 15 — контактные болты;
16 - коллектор; 17- шетка; 18 - втулка вала якоря;
19 — крышка со стороны коллектора; 20 — кожух; 21 — шунтовая
катушка обмотки статора; 22 - корпус; 23 — винт крепления полюса
статора; 24 — якорь; 25 — обмотка якоря; 26 — промежуточное кольцо
Принцип работы стартера показан на рисунке 4.13. При по-
вороте ключа в замке зажигания в положение START реле стар-
тера подает напряжение на тяговое реле, которое вводит шестер-
ню привода с обгонной муфтой в зацепление с зубчатым венцом
маховика, а затем включает вращение ротора.
150
4.2. Система запуска двигателя
Рис. 4.13. Схема системы пуска двигателя:
а — стартер выключен; б — стартер включен;
в — схема электрической цепи стартера;
1 — корпус; 2 — вал якоря; 3 — шестерня привода с обгонной муфтой;
4 — рычаг привода; 5 - обмотки тягового реле; 6 — якорь тягового реле;
7- контактная пластина; 8 - контактные болты; 9 - обмотки
статора; 10 — ротор (якорь); 11 — зубчатый венец маховика;
12 - аккумуляторная батарея; 13 - предохранитель;
14 — замок зажигания; 15 — реле стартера
Замок зажигания (рис. 4.14) при включении обеспечивает по-
дачу постоянного тока от аккумуляторной батареи к тяговому
реле стартера. Как только происходит запуск двигателя, обороты
коленчатого вала резко возрастают. Для предотвращения полом-
ки стартера срабатывает обгонная муфта, которая отсоединяет
стартер от двигателя. При этом стартер может продолжать вра-
щаться.
151
4. Электрооборудование
заведенного
двигателя (по
генератору)
Рис. 4.14. Замок зажигания
При повороте ключа зажигания из положения START в лю-
бое другое реле стартера отключает питание от втягивающего
реле, и возвратная пружина сердечника выводит шестерню при-
вода с обгонной муфтой из зацепления с венцом маховика и от-
ключает питание.
Стартер с планетарным редуктором. Работы в области со-
вершенствования электродвигателей позволили создать простую
и достаточно легкую конструкцию стартера с возбуждением по-
стоянными магнитами и с понижающей передачей (рис. 4.15).
Понижающая передача (редуктор) представляет собой планетар-
ный ряд, солнечная (центральная) шестерня которого закрепле-
на на валу якоря, а выходной крутящий момент снимается с
водила, на осях которого установлены свободно вращающиеся
сателлиты. Центральное зубчатое колесо выполняется как одно
целое с валом якоря или может быть съемным. Передаточное
отношение редуктора обычно составляет 3...5. Такой стартер на
40 % легче обычного.
152
4.2. Система запуска двигателя
Рис. 4.15. Схема стартера с постоянными магнитами
и понижающей передачей:
1 — шестерня; 2 — венец маховика; 3 — обгонная муфта;
4 - управляющий рычаг; 5 - планетарная передача; 6 — постоянный
магнит (статор); 7- якорь (ротор); 8 — коллектор с графитовыми
щетками; 9 — электромагнитный привод с втягивающей
и удерживающими обмотками; 10 — включатель стартера;
11 — аккумулятор
4.2.3. Генератор
Генератор — это устройство, преобразующее механическую
энергию, получаемую от двигателя, в электрическую. На совре-
менные автомобили устанавливаются генераторы переменного
тока.
Генератор с регулятором напряжения называется генератор-
ной установкой (рис. 4.16).
Принцип работы и конструктивное устройство генератора
одинаковы для всех автомобилей. Вращение коленчатого вала
передается через шкив на ротор, который вращается внутри
статора. Ротор установлен так, что между ним и статором есть
определенный зазор (с целью предотвращения их касания при
вращении с большой скоростью). Для создания магнитного поля
в возбуждающей обмотке на валу ротора установлены контакт-
ные кольца, к которым подключена роторная обмотка; через эти
153
4. Электрооборудование
кольца и шетки к обмотке подводится ток. Клювообразные по-
люсные наконечники на чашках ротора чередуются в шахматном
порядке так, что «северный» и «южный» полюсы сменяют друг
друга, поочередно располагаясь вокруг роторной обмотки. Такая
конструкция способствует созданию переменного магнитного
поля, которое, в свою очередь, индуцирует переменный ток в
катушках статора.
Рис. 4.16. Генераторная установка:
1 — статор; 2 — ротор; 3 — подшипник; 4 — ролики подшипника;
5 - вал ротора; 6~ шкив; 7— крыльчатка; 8— передняя
крышка; 9 — чип регулятора напряжения; 10 — регулятор
напряжения; 11 - терминал; 12 — щеточный узел;
13 — выпрямитель; 14 — диоды; 75 - токосъемное кольцо
Корпус генератора состоит из двух крышек (передняя со сто-
роны шкива и задняя со стороны контактных колец), предназна-
154
4.2. Система запуска двигателя
ценных для крепления статора, установки генератора на двигате-
ле и размещения подшипников (опор) ротора. На задней крышке
размещаются выпрямитель, щеточный узел, регулятор напряже-
ния (если он встроенный) и внешние выводы для подключения к
системе электрооборудования.
Ротор — стальной вал с расположенными на нем двумя сталь-
ными втулками клювообразной формы. Между ними находится
обмотка возбуждения, выводы которой соединены с контактны-
ми кольцами. Генераторы оборудованы преимущественно ци-
линдрическими медными контактными кольцами.
Статор — пакет, набранный из стальных листов, имеющий
форму трубы. В его пазах расположена трехфазная обмотка, в
которой вырабатывается мощность генератора.
Выпрямитель объединяет шесть мощных диодов, запрессо-
ванных по три в положительный и отрицательный теплоотводы.
Регулятор напряжения — устройство, поддерживающее на-
пряжение бортовой сети автомобиля в заданных пределах при
изменении электрической нагрузки, частоты вращения ротора
генератора и температуры окружающей среды.
Щеточный узел — съемная пластмассовая конструкция. В ней
установлены подпружиненные щетки, контактирующие с кольца-
ми ротора.
Шкив служит для передачи механической энергии от двига-
теля к валу генератора посредством ремня.
В основе работы генератора лежит эффект электромагнит-
ной индукции. Если катушку, например из медного провода,
пронизывает магнитный поток, то при его изменении на выво-
дах катушки появляется электрическое напряжение, пропорци-
ональное скорости изменения магнитного потока. И наоборот,
для образования магнитного потока достаточно пропустить че-
рез катушку электрический ток. Таким образом, для получения
переменного электрического тока требуются источник перемен-
ного магнитного поля и катушка, с которой непосредственно бу-
дет сниматься переменное напряжение. Обмотка возбуждения с
полюсной системой, валом и контактными кольцами образуют
ротор, его важнейшую вращающуюся часть, которая и является
источником переменного магнитного поля.
Полюсная система ротора имеет остаточный магнитный по-
ток, который присутствует даже при отсутствии тока в обмотке
возбуждения. Однако его значение невелико и способно обеспе-
155
4. Электрооборудование
чить самовозбуждение генератора только на слишком высоких
частотах вращения. Поэтому для первоначального намагничи-
вания ротора через его обмотку пропускают небольшой ток от
АКБ. обычно через лампу контроля работоспособности генера-
тора. Сила этого тока не должна быть слишком большой, чтобы
не разряжать АКБ. но и не слишком малой, чтобы генератор мог
возбудиться уже на холостых оборотах двигателя.
Выходное напряжение снимается с обмоток статора. При
вращении ротора напротив катушек обмотки статора появля-
ются попеременно «северный» и «южный» полюсы ротора, т. е.
направление магнитного потока, пронизывающего катушку ста-
тора, меняется, что и вызывает появление в ней переменного на-
пряжения. Частота этого напряжения зависит от частоты враще-
ния ротора генератора и числа его пар полюсов.
Обмотка статора трехфазная. Она состоит из трех отдельных
обмоток, называемых обмотками фаз или просто фазами, намо-
танных по определенной технологии на магнитопровод. Напря-
жение и токи в обмотках смешены друг относительно друга на
треть периода, т. е. на 120 электрических градусов.
Для того чтобы магнитный поток обмотки возбуждения под-
водился непосредственно к обмотке статора и не рассеивался в
пространстве, катушки помещены в пазы стальной конструк-
ции — магнитопроводы. Так как переменное магнитное поле на-
водится не только в катушках, но и в магнитопроводе статора,
это приводит к возникновению паразитных вихревых токов, ко-
торые ведут к потере мощности и нагревают статор. Для умень-
шения проявления этого эффекта магнитопровод изготавливают
из набора стальных пластин.
Бортовая сеть автомобиля требует подведения к ней посто-
янного напряжения. Поэтому обмотка статора питает бортовую
сеть автомобиля через выпрямитель, встроенный в генератор.
Выпрямитель (рис. 4.17) для трехфазной системы содержит
шесть силовых полупроводниковых диодов, три из которых со-
единены с выводом «+» генератора, а другие три — с выводом
«—» («массой»). Полупроводниковые диоды находятся в откры-
том состоянии и не оказывают существенного сопротивления
прохождению тока при приложении к ним напряжения в прямом
направлении и практически не пропускают ток при обратном
направлении.
156
4.2. Система запуска двигателя
Рис. 4.17. Выпрямитель:
1 — силовые диоды;
2 — дополнительные диоды;
3 — теплоотвод
Многие производители в целях зашиты электронных узлов
автомобиля от всплесков напряжения заменяют диоды силового
моста стабилитронами. Отличие стабилитрона от выпрямитель-
ного диода состоит в том, что при воздействии на него напря-
жения в обратном направлении он не пропускает ток лишь до
определенной величины этого напряжения, называемого напря-
жением стабилизации.
Обычно в силовых стабилитронах напряжение стабилизации
составляет 25...30 В. При достижении этого напряжения стабили-
троны «пробиваются», т. е. начинают пропускать ток в обратном
направлении, причем в определенных пределах изменения силы
этого тока напряжение на стабилитроне, а следовательно, и на
выводе «+» генератора остается неизменным, не достигающим
опасных для электронных узлов значений. Свойство стабилитро-
на поддерживать на своих выводах постоянство напряжения по-
сле «пробоя» используется и в регуляторах напряжения.
Напряжения на обмотках изменяются по кривым, близким
к синусоиде, и в одни моменты времени они положительны, в
другие - отрицательны. Направление токов в обмотках и выпря-
мителе генератора показано на рисунке 4.18.
Если положительное направление напряжения в фазе при-
нять по стрелке, направленной к нулевой точке обмотки статора,
а отрицательное — от нее, то, например, для момента времени г,
когда напряжение второй фазы отсутствует, напряжение первой
фазы положительно, а третьей - отрицательно (направление на-
пряжений фаз соответствует стрелкам, показанным на рисунке).
Ток через обмотки, диоды и нагрузку будет протекать в направ-
лении этих стрелок. Рассмотрев любые другие моменты времени,
легко убедиться, что в трехфазной системе напряжения, возника-
157
4. Электрооборудование
юшего в обмотках фаз генератора, диоды силового выпрямителя
переходят из открытого состояния в закрытое и обратно таким
образом, что ток в нагрузке имеет только одно направление - от
вывода «+» генераторной установки к ее выводу «—», т. е. в на-
грузке протекает постоянный (выпрямленный) ток.
Рис. 4.18. Схема работы выпрямителя:
1 — первая фаза; 2 — вторая
фаза; 3 — третья фаза
Функцией регулятора напряжения является стабилизация
напряжения при изменении частоты вращения и нагрузки за счет
воздействия на ток возбуждения. Все регуляторы напряжения ра-
ботают по единому принципу. Напряжение генератора определя-
ется тремя факторами: частотой вращения ротора, силой тока,
отдаваемого генератором в нагрузку, и величиной магнитного
потока, создаваемого током обмотки возбуждения. Чем выше
частота вращения ротора и меньше нагрузка на генератор, тем
выше напряжение генератора. Увеличение силы тока в обмотке
возбуждения увеличивает магнитный поток и с ним напряжение
генератора, снижение тока возбуждения уменьшает напряжение.
Регуляторы напряжения стабилизируют напряжение измене-
нием тока возбуждения. Если напряжение возрастает или умень-
шается, регулятор соответственно уменьшает или увеличивает
ток возбуждения и вводит напряже-
ние в нужные пределы.
Блок-схема регулятора напря-
жения представлена на рисунке 4.19.
Регулятор содержит измери-
тельный элемент, элемент сравне-
ния и регулирующий элемент. Из-
мерительный элемент воспринимает
напряжение генератора Ud и преоб-
разует его в сигнал {/зм, который в
элементе сравнения сравнивается с
эталонным значением £/т.
Рис. 4.19. Блок-схема
регулятора напряжения:
1 — регулятор; 2 — генератор;
3 — элемент сравнения;
4 — регулирующий элемент;
5 - измерительный элемент
158
4.2. Система запуска двигателя
Если величина {/и,м отличается от эталонной величины С/т,
на выходе измерительного элемента появляется сигнал 6/0, кото-
рый активизирует регулирующий элемент, изменяющий ток в об-
мотке возбуждения так, чтобы напряжение генератора вернулось
в заданные пределы.
Таким образом, к регулятору напряжения обязательно долж-
но быть подведено напряжение генератора или напряжение из
другого места бортовой сети, где необходима его стабилизация,
например от АКБ, а также подсоединена обмотка возбуждения
генератора.
Чувствительным элементом электронных регуляторов на-
пряжения является входной делитель напряжения. С входного
делителя напряжение поступает на элемент сравнения, где роль
эталонной величины играет обычно напряжение стабилизации
стабилитрона. Стабилитрон не пропускает через себя ток при на-
пряжении ниже напряжения стабилизации и пробивается, т. е.
начинает пропускать через себя ток, если напряжение на нем
превысит напряжение стабилизации. Напряжение на стабили-
троне остается при этом практически неизменным.
Ток через стабилитрон включает электронное реле, которое
коммутирует цепь возбуждения таким образом, что ток в обмотке
возбуждения изменяется в нужную сторону.
Принцип работы регулятора напряжения показан на рисун-
ке 4.20.
Рис. 4.20. Схема электронного регулятора напряжения:
1 — генератор; 2 — регулятор
159
4. Электрооборудование
Напряжение к стабилитрону VD1 подводится от вывода Д
генератора через делитель напряжения на резисторах Rl, R2.
Пока напряжение генератора невелико и на стабилитроне
оно ниже напряжения стабилизации, стабилитрон закрыт, ток
через него, а следовательно, и в базовой цепи транзистора VT1 не
протекает, транзистор VT1 закрыт. В этом случае ток через рези-
стор R6 от вывода Д поступает в базовую цепь транзистора VT2,
он открывается, через его переход эмиттер—коллектор начинает
протекать ток в базе транзистора VT3, который тоже открывает-
ся. При этом обмотка возбуждения генератора оказывается под-
ключена к цепи питания через переход эмиттер—коллектор VT3.
Если напряжение генератора возросло, возрастает и напряже-
ние на стабилитроне VD1. При достижении напряжения стаби-
лизации стабилитрон VD1 пробивается, ток через него начинает
поступать в базовую цепь транзистора VT1, который открывается
и своим переходом эмиттер—коллектор закорачивает вывод базы
составного транзистора VT2. VT3 на корпус. Составной транзи-
стор закрывается, разрывая цепь питания обмотки возбуждения.
Ток возбуждения спадает, уменьшается напряжение генерато-
ра, закрываются стабилитрон VD2, транзистор VTI, открывает-
ся составной транзистор VT2, VT3, обмотка возбуждения вновь
включается в цепь питания, напряжение генератора возрастает
и т. д. — процесс повторяется.
Таким образом, регулировка напряжения генератора регуля-
тором осуществляется дискретно через изменение относительно-
го времени включения обмотки возбуждения цепи питания. Если
частота вращения генератора возросла или нагрузка его умень-
шилась, время включения обмотки уменьшается, если частота
вращения уменьшилась или нагрузка возросла — увеличивается.
Диод VD2 при закрытии составного транзистора VT2, VT3
предотвращает опасные всплески напряжения, возникающие из-
за обрыва цепи обмотки возбуждения со значительной индук-
тивностью. В этом случае ток обмотки возбуждения может за-
мыкаться через этот диод, и опасных всплесков напряжения не
происходит. Поэтому диод VD2 называется гасящим.
Сопротивление R3 является сопротивлением жесткой обрат-
ной связи. При открытии составного транзистора VT2, VT3 оно
оказывается подключенным параллельно сопротивлению R2 де-
лителя напряжения. При этом напряжение на стабилитроне VD2
резко уменьшается, что ускоряет переключение схемы регулятора
160
4.2. Система запуска двигателя
и повышает частоту этого переключения. Это благотворно ска-
зывается на качестве напряжения генераторной установки.
Конденсатор С1 является фильтром, защищающим регулятор
от влияния импульсов напряжения на его входе. Вообще кон-
денсаторы в схеме регулятора либо предотвращают переход этой
схемы в колебательный режим и возможность влияния посторон-
них высокочастотных помех на работу регулятора, либо ускоря-
ют переключения транзисторов. В последнем случае конденса-
тор, заряжаясь в один момент времени, разряжается на базовую
цепь транзистора в другой момент, ускоряя броском разрядного
тока переключение транзистора и, следовательно, снижая потери
мощности в нем и его нагрев.
При неработающем ДВС замыкание контактов выключате-
ля зажигания SA позволяет току от аккумуляторной батареи GA
через лампу HL поступать в обмотку возбуждения генератора.
Этим обеспечивается первоначальное возбуждение генератора.
Лампа при этом горит, сигнализируя, что в цепи обмотки воз-
буждения нет обрыва.
После запуска двигателя на выводах генератора Д и «+» по-
является практически одинаковое напряжение, и лампа гаснет.
Если генераторная установка при работающем ДВС не разви-
вает напряжения, то лампа HL продолжает гореть, что является
сигналом об отказе генераторной установки или обрыве привод-
ного ремня.
Введение резистора R в генераторную установку способству-
ет расширению диагностических способностей лампы HL. При
наличии этого резистора, если при работающем двигателе авто-
мобиля произойдет обрыв цепи обмотки возбуждения, лампа HL
загорится.
В рассмотренной схеме регулятора напряжения частота пере-
ключений в цепи обмотки возбуждения изменяется по мере из-
менения режима работы генератора. Нижний предел этой часто-
ты составляет 25...50 Гц. Однако имеется и другая разновидность
схем электронных регуляторов, в которых частота переключения
строго задана. Регуляторы такого типа оборудованы широтно-
импульсным модулятором (ШИМ), который и обеспечивает
заданную частоту переключения. Применение ШИМ снижает
влияние на работу регулятора внешних воздействий, например,
уровня пульсаций выпрямленного напряжения и т. п.
161
4. Электрооборудование
Ё Вопросы лая самоконтроля
1. Назовите функции аккумуляторной батареи в автомобиле.
2. Перечислите основные элементы АКБ.
3. Данте сравнительную характеристику типам АКБ.
4. Поясните типовую маркировку АКБ.
5. Опишите устройство генератора.
6. Объясните принцип работы стартера.
4.3. Система контрольно-измерительных приборов
Обычно сигнализаторы контрольно-измерительных приборов
(световые и стрелочные индикаторы) объединяют в блок, располо-
женный в салоне автомобиля перед водителем на так называемом
приборном щитке, или комбинации приборов (рис. 4.21). Сами же
датчики и выключатели располагаются непосредственно в местах за-
мера, контроля и включения. Комбинация приборов позволяет лег-
ко контролировать работу важнейших узлов и систем автомобиля.
Рис. 4.21. Панель контрольно-измерительных приборов
С помощью контрольно-измерительных приборов водитель
оценивает готовность автомобиля к поездке и его состояние в
процессе движения, получает информацию о запасе топлива в
баке и других параметрах, необходимых для безопасного и эко-
номичного вождения.
4.3.1. Спидометр и одометр
Спидометр показывает скорость движения автомобиля, одо-
метр — пробег (общий и суточный). Обе шкалы расположены на
162
4.3. Система контрольно-измерительных приборов
спидометре (рис 4.22). Функционал приборов не взаимосвязан —
совмещение шкал на приборной панели обусловливается всего
лишь удобством для восприятия водителем.
Спидометры бывают механические
(снабжены механическим индикатором) и
электронные (имеют цифры на дисплее).
Одометры подразделяются:
— на механические (представляют со-
бой набор барабанов, на которые нанесе-
ны цифры; счетчик под действием меха-
нических сил осуществляет считывание
оборотов и производит их конвертацию в
километраж);
— электронно-механические (информация о пройденном
пути конвертируется в сигналы, после чего данные поступают на
приборную панель);
— цифровые (все необходимые показатели считываются и
конвертируются в видимые параметры в цифровом виде; обычно
такое устройство является компонентом бортового компьютера).
С помощью одометра можно также определить расход топлива.
Водитель может обнулить одометр, всего лишь нажав опреде-
ленную кнопку.
\ Х ИО 160 180 //
•~) 200 7 ✓
------230 X
240*1
жг
280
юо,
320
120
х 100
Г 80
60
40 _
’ 20 S' '
тжо
Рис. 4.22. Спидометр
с одометром
4.3.2. Тахометр
С помощью тахометра водитель может контролировать ча-
стоту вращения коленчатого вала двигателя. Шкала тахометра
обычно градуируется в тысячах или сотнях оборотов в минуту.
Шкала тахометра разделена на три части (рис. 4.23): первая —
зона нормальной работы двигателя, вторая — зона повышенной
частоты вращения коленчатого вала двига-
теля. третья - зона опасной частоты вра-
щения коленчатого вала двигателя. Вторая
зона, как правило, выделена желтым цве-
том, третья — красным.
Если стрелка тахометра находится во
второй зоне, это означает, что частота вра-
щения коленчатого вала приближается к
предельно допустимому значению. В та-
ком режиме двигатель долго работать не
Рис. 4.23. Тахометр
автомобиля
может.
163
4. Электрооборудование
Продолжительная работа двигателя при показаниях тахоме-
тра, соответствующих красной зоне опасной частоты вращения
коленчатого вала двигателя, приведет к его поломке.
4.33. Сигнализаторы, индикаторы и указатели
Сигнализаторы и стрелочные указатели своевременно дают
информацию даже о сравнительно небольших отклонениях от
нормальной работы агрегатов и систем автомобиля, предотвра-
щая тем самым серьезные отказы. Индикаторы просто подтверж-
дают, что какая-либо система или устройство автомобиля нахо-
дится во включенном состоянии.
Сигнализатор неисправности тормозной системы включается
при работающем двигателе в случае снижения уровня тормозной
жидкости ниже допустимого значения.
Сигнализатор разряда аккумуляторной батареи загорается на
короткое время при включении зажигания перед пуском двигате-
ля (контроль исправности сигнализатора). После пуска двигателя
сигнализатор должен выключиться. Если он не выключился или
загорелся во время движения автомобиля, это значит, что систе-
ма заряда аккумуляторной батареи вышла из строя.
Индикатор включения стояночного тормоза загорается крас-
ным светом, если автомобиль заторможен стояночным тормозом.
На ряде автомобилей такой индикатор отсутствует, и при вклю-
чении стояночного тормоза загорается индикатор неисправности
тормозной системы.
Сигнализатор недостаточного давления масла загорается крас-
ным светом при недостаточном давлении масла в системе смазки.
Индикатор включения габаритного света загорается зеленым
светом при включении наружного освещения.
Индикатор включения дальнего света фар загорается синим
светом при включении дальнего света.
Индикатор указателей поворота загорается зеленым мигаю-
щим светом при включении указателей поворота.
Индикатор CHECK ENGINE (ПРОВЕРЬТЕ ДВИГАТЕЛЬ)
в виде пиктограммы с изображением двигателя кратковременно
загорается желтым светом при включении зажигания, а при об-
наружении неисправности горит постоянно или мигает.
Стрелочный указатель температуры охлаждающей жидкости
двигателя позволяет контролировать температуру охлаждающей
жидкости двигателя.
164
4.3. Система контрольно-измерительных приборов
Стрелочный указатель уровня топлива показывает уровень
топлива в баке.
Предусмотрен также световой индикатор желтого цвета, ука-
зывающий на то, что в баке лишь небольшой запас топлива и
срочно необходима заправка.
Основные сигнализаторы панели приборов приведены в та-
блице 4.2.
Сигнализаторы панели приборов
Таблица 4.2
Вид сигнализа- тора на панели приборов Описание сигнализатора
14» | Включен левый указатель поворота
Включен правый указатель поворота
[15] Включены фары дальнего света
ИЗ Включены противотуманные фары
zis Включена аварийная сигнализация
Открыта дверь (двери)
Включена стояночная тормозная система
Низкий уровень топлива в баке
1^1 Низкий уровень моторного масла
ш Повышенная температура двигателя, низкий уровень охлаждающей жидкости
~ф] Пониженный уровень жидкости в бачке омывателя
н Включены свечи накала, предпусковой подогрев ди- зельного двигателя
Нет зарядки аккумуляторной батареи
Неисправности системы контроля токсичности отра- ботавших газов
|~м~1 Включен обогреватель заднего стекла
и Не пристегнут ремень безопасности
165
4. Электрооборудование
Ё Вопросы лля самоконтроля
1. Раскройте значение контрольно-измерительных приборов для во-
дителя.
2. Поясните различие спидометра и одометра. Почему шкалы этих
приборов совмещены?
3. Назовите функции тахометра.
4. С какой целью шкала тахометра разделена на три части?
5. Опишите сигнализаторы панели управления.
4.4. Система освещения
Совокупность приборов освещения и сигнальных устройств,
расположенных снаружи и внутри автомобиля, образует систему
освещения. Система освещения выполняет ряд функций:
— освещение дорожного полотна, обочины и расположенных
на них объектов в условиях ограниченной видимости;
— предоставление информации другим участникам движения
о наличии на дороге транспортного средства, его размерах, харак-
тере движения, совершаемых маневрах, а также принадлежности:
— освещение салона автомобиля, а также других его частей
(багажного отсека, подкапотного пространства и др.) в темное
время суток.
Конструктивные элементы. Система освещения автомобиля
включает передние фары, передние противотуманные фары, за-
дние фонари, задний противотуманный фонарь, фонарь освеще-
ния номерного знака, приборы внутреннего освещения и аппа-
ратуру управления.
Передние фары (головные фары, блок-фары) освещают до-
рогу впереди автомобиля, а также предоставляют информацию
другим участникам движения, находящимся впереди. Передние
фары устанавливаются попарно симметрично с правой и левой
стороны автомобиля. На современных автомобилях в дополне-
ние к передним фарам может устанавливаться система ночного
видения.
Передняя фара представляет собой корпус, в котором объеди-
нены следующие световые приборы: ближний свет, дальний свет,
габаритный огонь, указатель поворотов и дневные ходовые огни.
Ближний свет фары служит для освещения дороги при на-
личии впереди других участников движения. Ближний свет
166
4.4. Система освещения
асимметричный, при правостороннем движении лучше освещена
правая часть дороги и обочины. Дальний сеет используется при
отсутствии впереди других участников движения. Он представ-
ляет собой симметричный световой луч высокой интенсивности.
Габаритный огонь используется для обозначения размеров транс-
портного средства. Габаритный огонь устанавливается также в
заднем фонаре.
Указатель поворота может устанавливаться как в блок-фаре,
так и вне ее в передней части автомобиля. Помимо этого, с бо-
ковой стороны автомобиля предусматривается повторитель ука-
зателя поворота. В последнее время повторитель указателя пово-
рота часто размешают в наружном зеркале заднего вида.
Указатель поворота работает совместно с системами активной
безопасности: помощи при перестроении, помощи движению по
полосе. Указатели поворота также используются в качестве сиг-
нала аварийной остановки.
В некоторых странах предусмотрено использование дневных
ходовых огней, которые предназначаются для повышения види-
мости транспортного средства в дневное время. Дневные ходовые
огни представляют собой автоматически или вручную управляе-
мый ближний свет фар полной или пониженной интенсивности,
а также блоки светодиодных элементов.
Устройство передней фары показано на рисунке 4.24.
Рис. 4.24. Устройство передней фары:
1 - задняя крышка; 2 - лампа ближнего света; 3 - лампа поворота;
4 - лампа дальнего света; 5 - двигатель корректора света фар;
6 — габаритная лампа; 7 - корпус фары; 8 — рассеиватель
167
4. Электрооборудование
Корпус служит основой для размещения и крепления осталь-
ных элементов фары. Он выполняется, как правило, из пластмас-
сы. В качестве источников света используются лампы.
Рассеиватель пропускает световой поток и в зависимости от
конструкции преломляет его. Другая функция рассеивателя — за-
щита фары от внешних воздействий. Рассеиватели изготавлива-
ются из прозрачного пластика, реже из стекла.
За формирование пучка света в конструкции фары отвечает
отражатель. Отражатель изготавливается из пластмассы; для соз-
дания зеркальной поверхности на пластмассу наносится тонкая
пленка алюминия, которая покрывается лаком.
Основные типы отражателей: параболический, свободной
формы и эллипсоидный.
Параболический отражатель (рис. 4.25, а) используется в
классических фарах, в которых уровень освещенности пропорци-
онален размеру отражателя (больше отражатель — больше света).
Отражатель свободной формы (рис. 4.25, о) разделен на от-
дельные участки (вертикальные, радиальные), которые имеют
свое фокусное расстояние и оптимизированы на определенный
характер отражения света.
Эллипсоидный отражатель (рис. 4.25, в) является частью по-
лиэллипсоидной системы освещения. Эллипсоидный отражатель
совместно с оптической линзой позволяет значительно сократить
размеры фары при сохранении уровня освещения и направлен-
ности светового пучка. Эллипсоидный отражатель имеют про-
екционные (прожекторные) фары, в обиходе их называют лин-
зованными.
Рис. 4.25. Фары:
а — с параболическим отражателем; б — с отражателем
свободной формы; в - с эллипсоидным отражателем
Передняя противотуманная фара предназначена для улучше-
ния освещения дорожного полотна и обочины в условиях плохой
видимости (дождь, туман, пыль, снег). Противотуманные фары
168
4.4. Система освещения
Рис. 4.26. Вид заднего
фонаря автомобиля
используются попарно, устанавливаются в качестве опции и мо-
гут иметь белый или желтый цвет.
Противотуманные фары обеспечивают широкий луч света с
отсеченной верхней частью. Эффект от применения фар заклю-
чается в уменьшении обратных бликов и тем самым улучшении
видимости при атмосферных осадках.
Задний фонарь (рис. 4.26) предназначен для информирования
участников движения, находящихся сзади автомобиля. Фонарь объ-
единяет следующие световые приборы: задний габаритный огонь,
стоп-сигнал, задний указатель поворота, фонарь заднего хода.
Задние фонари устанавливаются
попарно симметрично. Фонарь может
быть выполнен в виде единого бло-
ка или в виде связанных двух блоков,
установленных в кузове и крышке ба-
гажника (пятой двери).
Задний габаритный огонь работает
совместно с передним габаритным ог-
нем. Конструктивно может быть объединен со стоп-сигналом.
Стоп-сигнал включается при нажатии педали тормоза. За-
дний габаритный огонь и стоп-сигнал имеют красный цвет, но
стоп-сигнал горит ярче. На некоторых автомобилях реализован
адаптивный стоп-сигнал, в котором световая интенсивность на-
ходится в зависимости от интенсивности торможения. Возможна
функция аварийного стоп-сигнала, реализованная в виде вспы-
шек стоп-сигнала при экстренном нажатии на педаль тормоза.
Фонарь заднего хода обеспечивает освещение при движении
автомобиля задним ходом. Зажигается при включении задней
передачи (режима заднего хода) и имеет белый цвет.
Задние противотуманные фонари используются для преду-
преждения следующих сзади автомобилей в условиях плохой ви-
димости. Конструктивно могут быть выполнены в составе задне-
го фонаря или отдельно — ниже фонаря в бампере автомобиля.
На автомобиле устанавливается один (в левой части автомобиля)
или два (симметрично) задних противотуманных фонаря. Фона-
ри имеют большую световую интенсивность, чем задние габарит-
ные огни.
Источники света. В качестве источников света в системе осве-
щения автомобиля используются различные лампы (табл. 4.3).
169
4. Электрооборудование
Таблица 4.3
Источники света в системе освещения
Вид Характеристика Преимущества / недостатки
Лампа накаливания V я Представляет собой герметично запаянную стеклянную колбу, в которой в вакууме или инертном газе нахо- дится вольфрамовая спираль. Принцип работы осно- ван на преобразовании электрической энер- гии, которая проходит через нити вольфрамо- вой спирали, в тепло- вое и световое излу- чение Низкая эффективность, так как в свет преобразуется ме- нее 10 % энергии. Сильный нагрев лампы во время работы значительно со- кращает срок эксплуатации. Желтизна светового спектра утомляет глаза
Галогенная лампа Также являются лам- пами накаливания, но в них используется еще один наполнитель - галогенид (йод или бром) Яркость на 25...30 % больше, чем у обычных ламп накали- вания
Ксеноновая лампа J ... L Подразделяются на ксенон-наполненные (лампа накаливания) и газоразрядные (без нити накаливания) Преимущества: — малое потребление энергии; - более длительный срок службы; - чистый и яркий свет ксеноновых фар улучшает ви- димость, особенно в ночное время. Недостатка: — пиковая яркость света достигается только через 15...20 с прогрева;
170
4.4. Система освещения
Окончание табл. 4.3
Вид Характеристика Преимущества / недостатки
— чрезмерно яркий свет газоразрядных ламп (требу- ют правильной настройки оптики); — свет газоразрядных ламп может потускнеть после 200 ч работы
Светодиодная лампа 11 Электроразрядные лю- минесцентные лампы Преимущества. — практически не выделяют посторонних излучений не- светового характера и тепла; - имеют низкий уровень на- грева; — вырабатывают большое количество света, тем самым усиливая дальнюю види- мость; — длительный срок службы; — рабочее свечение осущест- вляется быстрее, чем у обыч- ных ламп накаливания. Недостаток светодиодов — деградация кристалла
Управление приборами освещения. Управление приборами ос-
вещения, входящими в состав системы освещения автомобиля,
осуществляется соответствующими переключателями из салона.
Блок подрулевых переключателей, или подрулевой модуль ком-
мутации. считается моноблоком (рис. 4.27).
Рис. 4.27. Блок подрулевых переключателей:
1 — переключатель света; 2 — гнездо переключателя; 3 — вращающийся
контактор; 4 — переключатель стеклоочистителей; 5 — управление
аудиосистемой; 6 — переключатель регулятора скорости
171
4. Электрооборудование
Для освещения салона, вещевого ящика, багажного отсека,
косметического зеркала, пространства для ног. внутренней ручки
двери, предупреждающего света используются плафоны (фона-
ри) различной конструкции. Типовой плафон освещения состоит
из источника света, корпуса, линзы и соединительного разъема.
В качестве источника света применяется обычная лампа накали-
вания или светодиод.
Кроме светильников, на потолочную консоль выносятся
кнопки управления освещением салона, светом для чтения, лю-
ком, панорамной крышей, датчики объема автомобильной сиг-
нализации. микрофон системы голосового управления, бокс для
солнцезащитных очков.
Ц Вопросы лля самоконтроля
1. Перечислите функции системы освещения.
2. Назовите конструктивные элементы системы освещения.
3. Опишите устройство передних фар.
4. Сравните источники света, используемые в системе освещения ав-
томобиля.
5. Как осуществляется управление приборами освещения, входящи-
ми в состав системы освещения автомобиля?
4.5. Система звуковой сигнализации
Система звуковой сигнализации предназначена для обеспече-
ния безопасности движения автомобиля в транспортном потоке.
Состоит она из звуковых сигналов (одного или нескольких), вы-
ключателя и реле звуковых сигналов, соединительных проводов.
Звуковые сигналы используются для оповещения пешеходов
и водителей других транспортных средств о наличии и прибли-
жении автомобиля, оповещения о состоянии рабочих агрегатов
автомобиля, а также включаются в противоугонные устройства.
Звуковые сигналы подразделяют:
— по характеру звучания — на шумовые и тональные;
— роду тока — на сигналы постоянного и переменного тока;
— принципу действия — на электрические вибрационные и
электропневматические;
— устройству — на рупорные и безрупорные (рис. 4.28).
Звуковое давление должно быть в пределах от 85 до 125 дБ.
172
4.5. Система звуковой сигнализации
Рис. 4.28. Электрические звуковые сигналы автомобиля:
а — безрупорный; б — рупорный
й Вопросы аля самоконтроля
1. Назовите функции системы звуковой сигнализации н перечислите
ее основные элементы.
2. По каким признакам различают звуковые сигналы?
173
5. ТРАНСМИССИЯ
Трансмиссия предназначена для передачи крутящего мо-
мента от двигателя к ведущим колесам, а также для изменения
крутящего момента в зависимости от текущих условий движе-
ния автомобиля. Составными частями трансмиссии являются
коробка передач, раздаточная коробка, сцепление, карданная
передача, главная передача, дифференциал и полуоси (рис. 5.1).
Рис. 5.1. Схема трансмиссии автомобиля:
1 — двигатель; 2 — сцепление; 3 — коробка передач; 4 — карданная
передача; 5 — главная передача; 6 — ведущие колеса
5.1. Сцепление
Сцепление предназначено для кратковременного разъедине-
ния двигателя и трансмиссии и последующего их плавного со-
единения в начале движения при работающем двигателе и при
переключении передач во время движения автомобиля. Сцепле-
ние предохраняет детали агрегатов трансмиссии автомобиля от
перегрузок инерционным моментом, который создается при рез-
ком замедлении вращения коленчатого вала.
Сцепление используют совместно с механической коробкой
передач.
Различают следующие типы сцепления:
174
5.1. Сцепление
— в зависимости от характера связи между ведущей и ведо-
мой частями:
фрикционное (передает крутящий момент за счет сил
трения);
гидравлическое (передает крутящий момент потоком
жидкости);
электромагнитное (управляется магнитным полем);
— по способу управления:
неавтоматическое (воздействие водителя на педаль);
полуавтоматическое (сигнал на выключение или включе-
ние от перемещения педали подачи топлива или рычага
переключения передач);
автоматическое (управление от угловой скорости вала
двигателя — центробежное сцепление, либо от системы
автоматического управления).
Фрикционные сцепления, получившие подавляющее приме-
нение на автомобилях, подразделяют:
— по числу дисков (деталей, имеющих поверхности трения):
однодисковые, двухдисковые и многодисковые;
— состоянию поверхности трения: сцепление сухое (сухое
трение между дисками); мокрое (работа дисков в жидкости);
— способу создания усилия включения сцепления: с пружи-
нами (с периферийными пружинами или с центральной витой
либо диафрагменной пружиной); крайне редко применяемые по-
луцентробежные (с пружинами и центробежными грузиками),
центробежные, с электромагнитом;
— типу привода выключения сцепления: с механическим
(тягами и рычагами либо тросами), гидравлическим, электриче-
ским (электромагнитным), комбинированным приводом, а также
с усилителем или без него.
Сцепление состоит из механизма и привода выключения.
Механизм сцепления. Большинство современных автомоби-
лей оснащены фрикционным однодисковым сухим сцеплением.
Однодисковым сцеплением называется фрикционная муфта, в
которой для передачи крутящего момента применяется один ве-
домый диск.
Принципиальная схема однодискового фрикционного сце-
пления показана на рисунке 5.2. Сцепление состоит из ведущих
и ведомых деталей, а также из деталей включения и выключения
175
5. Трансмиссия
сцепления. Ведущими деталями являются маховик двигателя,
кожух и нажимной диск, ведомыми — ведомый диск, деталями
включения - пружины, деталями выключения - рычаги и муфта
с выжимным подшипником.
Рис. 5.2. Однодисковое фрикционное сцепление:
а - включено; б — выключено;
1 — кожух; 2 - нажимной диск; 3 — маховик; 4 — ведомый диск;
5 - пластина; 6 - пружина; 7- выжимной подшипник;
8 - педаль; 9 — ведущий вал; 10 — тяга; 11 — вилка; 12 — рычаг
Кожух прикреплен болтами к маховику. Нажимной диск
соединен с кожухом упругими пластинами, которые обеспечива-
ют передачу крутящего момента от кожуха на нажимной диск и
осевое перемещение нажимного диска при включении и выклю-
чении сцепления. Ведомый диск установлен на шлицах ведущего
вала коробки передач.
При отпущенной педали сцепление включено, так как ведо-
мый диск прижат к маховику нажимным диском усилием пру-
жин. Сцепление передает крутящий момент от ведущих деталей к
ведомым через поверхности трения ведомого диска с маховиком
и нажимным диском. При нажатии на педаль сцепление выклю-
чается, так как муфта с выжимным подшипником перемешается
к маховику и поворачивает рычаги, которые отодвигают нажим-
ной диск от ведомого диска. В этом случае ведущие и ведомые
детали сцепления разъединены, и сцепление не передает крутя-
щий момент.
176
5.1. Сцепление
В однодисковых сцеплениях сжатие ведущих и ведомых де-
талей может производиться несколькими цилиндрическими пру-
жинами. равномерно расположенными по периферии нажимного
диска, одной диафрагменной пружиной или конусной пружиной,
установленной в центре нажимного диска.
Сцепление с периферийными пружинами несколько сложнее
по конструкции (большое число пружин). Кроме того, поломка
одной из пружин в эксплуатации может быть не замечена, что
приведет к повышенному износу сцепления.
Сцепление с одной центральной пружиной проше по кон-
струкции и надежнее в эксплуатации. При центральной диафраг-
менной пружине сцепление имеет меньшую массу и размеры, а
также меньшее число деталей, так как пружина, помимо своей
функции, выполняет еще и функцию рычагов выключения сце-
пления. Кроме того, она обеспечивает равномерное распределе-
ние усилия на нажимной диск. Сцепления с центральной диа-
фрагменной пружиной применяются на легковых автомобилях
из-за трудности изготовления пружин с большим нажимным
усилием при малых размерах сцепления.
Преимуществом сцепления с центральной конической пру-
жиной является то, что нажимная пружина не соприкасается с
нажимным диском и поэтому при работе сцепления меньше на-
гревается и дольше сохраняет свои упругие свойства. Кроме того,
благодаря конструкции нажимного механизма сцепление может
передавать большой крутящий момент при сравнительно неболь-
шой силе пружины. Такие сцепления применяются на больше-
грузных автомобилях.
Двухдисковое сухое сцепление. Двухдисковым называется
сцепление, в котором для передачи крутящего момента применя-
ются два ведомых диска.
Двухдисковое сцепление при сравнительно небольших раз-
мерах позволяет передавать значительный крутящий момент.
Поэтому двухдисковые сцепления применяются на грузовых ав-
томобилях большой грузоподъемности и автобусах большой вме-
стимости.
В двухдисковом сцеплении (рис. 5.3) ведущими деталями яв-
ляются маховик двигателя, кожух, нажимной диск и ведущий
диск, ведомыми — ведомые диски, деталями включения — пру-
жины 6, деталями выключения — рычаги и муфта выключения с
выжимным подшипником.
177
5. Трансмиссия
Рис. 5.3. Двухдисковое фрикционное сцепление:
1, 6 - пружины; 2 — болт; 3, 10 - пальцы; 4 - рычаг;
5 — муфта выключения; 7- кожух; 8 — нажимной диск;
9, 12 — ведомые диски; 11 — ведущий диск; 13 - маховик
Кожух прикреплен к маховику и связан с нажимным и ве-
дущим дисками направляющими пальцами 10. которые входят в
пазы дисков. Вследствие этого нажимной и ведущий диски могут
свободно перемещаться в осевом направлении и передавать кру-
тящий момент от маховика на ведомые диски, установленные на
шлицах первичного вала коробки передач.
При включенном сцеплении пружины 6 действуют на на-
жимной диск, зажимая между ним и маховиком двигателя веду-
щий и ведомые диски. При выключении сцепления муфта давит
на рычаги, которые через оттяжные пальцы 3 отводят нажимной
диск от маховика двигателя. При этом между маховиком, ведо-
мыми, ведущим и нажимным дисками создаются необходимые
зазоры, чему способствуют отжимные пружины 1 и регулировоч-
ные болты 2.
В двухдисковых сцеплениях сжатие ведущих и ведомых де-
талей может производиться несколькими цилиндрическими
пружинами, равномерно расположенными в один или два ряда
по периферии нажимного диска. Сжатие также может осушест-
178
5.1. Сцепление
вляться одной центральной конической пружиной. Двухдиско-
вые сцепления сложнее по конструкции, чем однодисковые сце-
пления, и имеют большую массу.
Привод сцепления. На большинстве легковых автомобилей с
механической коробкой передач установлен механический или
гидравлический привод сцепления.
Механический привод состоит из следующих конструктивных
элементов: педаль привода сцепления; трос; устройство регули-
рования; рычажный привод; выжимной подшипник (рис. 5.4).
Рис. 5.4. Механический привод сцепления:
1 — педаль привода сцепления; 2 — гибкий трос; 3 — устройство
регулирования; 4 - рычажный механизм; 5 - выжимной подшипник
Основным элементом механического привода является гиб-
кий трос, заключенный в оболочку. Педаль привода расположе-
на в салоне автомобиля и посредством гибкого троса связана с
рычажным механизмом (вилка сцепления). В соединении троса
и вилки сцепления имеется регулировочное устройство, предна-
значенное для выставления свободного хода педали.
Работа механического привода предельно проста: водитель,
воздействуя на педаль, приводит в движение рычажное устрой-
179
5. Трансмиссия
ство, которое, в свою очередь, перемещает по направляющей вы-
жимной подшипник, тем самым выключая сцепление.
Гидравлический привод выключения сцепления обеспечивает
более свободное расположение педали привода по отношению к
механизму сцепления.
Гидравлический привод имеет более сложное устройство в
сравнении с механическим. В его конструкции также присут-
ствуют педаль и вилка сцепления, однако гибкий трос заменен
следующими элементами: главный цилиндр; бачок для жидко-
сти; рабочий цилиндр; гидравлическая магистраль (рис. 5.5).
Рис. 5.5. Гидравлический привод сцепления:
1 — педаль привода сцепления; 2 - главный цилиндр сцепления;
3 — бачок для жидкости; 4 — рабочий цилиндр; 5 — гидравлическая
магистраль; 6 - рычажный механизм; 7 - выжимной подшипник
180
5.1. Сцепление
Несмотря на большее количество конструктивных элементов
и более сложное устройство, гидравлический привод более со-
вершенен, нежели механический. Главная особенность гидравли-
ческого привода — отсутствие троса, который является механиче-
ским элементом, подверженным износу и поломкам.
Главный цилиндр сцепления соединен при помощи штока с
педалью. Соединительный шток имеет регулируемую конструк-
цию, при помощи которой обеспечивается регулировка свобод-
ного хода педали.
Перемещение поршня в главном цилиндре при нажатии на
педаль вызывает перетекание жидкости по гидравлической маги-
страли и повышение давления в рабочем цилиндре. В результа-
те поршень рабочего цилиндра тоже начинает двигаться и через
толкатель действует на рычажный механизм, который перемеща-
ет выжимной подшипник и выключает сцепление. Возврат пе-
дали в исходное положение после ее отпускания происходит под
действием оттяжной пружины.
Основными конструктивными элементами главного цилин-
дра являются корпус, шток (толкатель), поршень, уплотнитель-
ные манжеты.
Рабочий цилиндр имеет аналогичное устройство, но допол-
нительно оснащен клапаном для удаления воздуха из системы.
Бачок для жидкости может располагаться непосредственно на
главном цилиндре сцепления или в любом другом более удобном
месте. При раздельном расположении бачок соединяется с глав-
ным цилиндром при помощи гибкого резинового патрубка или
жесткой металлической магистрали. На некоторых автомобилях
гидропривод сцепления и гидравлическая тормозная система
имеют общий бачок для жидкости.
Пневматический усилитель привода сцепления служит для
уменьшения усилия на педаль сцепления при выключении. Усили-
тель состоит из трех основных частей: источника пневматической
энергии (компрессор и баллон со сжатым воздухом), распредели-
тельного устройства А и исполнительного механизма Б (рис. 5.6).
Корпус усилителя состоит из двух частей 5, между которыми за-
жата мембрана. В корпусе усилителя расположены гидравличе-
ский, пневматический и следящий поршни. Рабочая жидкость
от главного цилиндра через трубку 3 и отверстие 14 подводится
одновременно в цилиндр исполнительного механизма Бик торцу
следящего поршня распределительного устройства А.
181
5. Трансмиссия
Рис. 5.6. Пневматический усилитель привода сцепления:
1 — педаль сцепления; 2 — главный цилиндр; 3, 4 — трубки
соответственно для жидкости и сжатого воздуха; 5 - части корпуса
пневматического усилителя; 6-толкатель; 7- возвратная пружина;
8 - рычаг (вилка) выключения сцепления; 9 - отводка; 10 - канал
сжатого воздуха от впускного клапана; 11 — пневматический поршень;
12 — гидравлический поршень; 13 — рабочий цилиндр; 14 — отверстие;
А - распределительное устройство; Б - исполнительный механизм
При нажатии на педаль сцепления давление жидкости пере-
дается на гидравлический поршень исполнительного механизма и
следящий поршень в распределительном устройстве А, который,
182
5.2. Коробка передач
перемещаясь, открывает впускной клапан. Через открывшийся
впускной клапан сжатый воздух от баллона поступает по кана-
лу 10 под пневматический поршень исполнительного механиз-
ма. Суммарное усилие от действия обоих поршней передается на
толкатель 6 вилки выключения сцепления. Давление жидкости и
воздуха устанавливается пропорционально усилию, действующе-
му на педаль сцепления.
При отпускании педали сцепления впускной клапан закры-
вается. Поршни под действием пружин отходят в исходное по-
ложение, и воздух из пневмоцилиндра выпускается в атмосферу.
Е Вопросы для самоконтроля
1. Укажите назначение сцепления автомобиля.
2. Сравните устройство и принцип работы однодискового механизма
сцепления с центральной диафрагменной нажимной пружиной и двухдп-
скового механизма сцепления.
3. Опишите устройство и принцип работы механического и гидрав-
лического приводов выключения сцепления.
4. Назовите достоинства и недостатки механического и гидравличе-
ского приводов.
5.2. Коробка передач
Коробка передач предназначена для изменения крутящего
момента по величине и направлению, передачи его от двигателя
к ведущим колесам, а также для разъединения двигателя и веду-
щих колес.
В зависимости от принципа действия различают ступенча-
тые, бесступенчатые и комбинированные коробки передач.
Тип коробки передач во многом определяет тип трансмис-
сии. К ступенчатым коробкам передач относятся:
— механическая коробка передач (сокращенное наименова-
ние - МКП);
— роботизированная коробка передач (другое наименова-
ние — автоматизированная коробка передач).
Механическая коробка передач имеет ручное переключение.
В зависимости от числа ступеней различают четырех-, пяти-, ше-
сти-, семиступенчатые и более коробки передач.
183
5. Трансмиссия
Роботизированная коробка передач имеет автоматизирован-
ное управление. Известными конструкциями роботизированных
коробок передач являются DSG (Direct Shift Gearbox), SMG (Se-
quential Manual Gearbox), Изитроник.
В бесступенчатых коробках передач (вариаторах) передаточ-
ное число изменяется плавно. Это достигается за счет гидравли-
ческого или механического преобразования крутящего момента.
Известными конструкциями вариаторов являются Мультитро-
ник, Экстроид.
Комбинированный принцип действия используется в автома-
тической коробке передач (АКП). Автоматическая коробка пере-
дач включает гидротрансформатор, заменяющий сцепление, и
механическую коробку передач (обычно планетарный редуктор).
На ряде конструкций автоматической коробки передач предус-
мотрена имитация ручного переключения передач: Типтроник,
Стептроник.
5.2.1. Механическая коробка передач
Механическая коробка передач (МКП) изменяет крутящий
момент ступенями. Ступенью (или передачей) называется пара
зубчатых колес. Каждая из ступеней обеспечивает вращение с
определенной угловой скоростью, т. е. имеет свое передаточное
число.
Передаточным числом называется отношение числа зубьев
ведомой шестерни к числу зубьев ведущей шестерни. Разные сту-
пени коробки передач имеют разные передаточные числа. Низ-
шая ступень имеет наибольшее передаточное число, высшая сту-
пень — наименьшее.
Из всего многообразия конструкций МКП можно выделить
трехвальные и двухвальные. Трехвальная коробка передач уста-
навливается. как правило, на заднеприводные автомобили. Двух-
вальная механическая коробка передач применяется на передне-
приводных легковых автомобилях.
Трехвальная коробка передач. Трехвальная МКП состоит из
ведущего (первичного), промежуточного, ведомого (вторично-
го) валов, на которых размешены шестерни с синхронизаторами
(рис. 5.7). В конструкцию коробки также входит механизм пере-
ключения передач. Все элементы размешены в картере (корпусе)
коробки передач.
184
5.2. Коробка передач
Рис. 5.7. Схема трехвальной коробки передач:
1 — ведущий вал; 2 — крышка подшипника; 3 — выключатель света
заднего хода; 4 — манжета ведущего вала; 5 — задний подшипник
ведущего вала; 6 — шестерня привода промежуточного вала; 7 - сапун;
8 - шестерня III передачи; 9 - передний картер; 10 - шестерня
I передачи; 11 — шестерня заднего хода; 12 — штоки переключения
передач; 13 — шарик фиксатора; 14 - пружина; 15 — рычаг переключения;
16 — защитный уплотнитель; 17- колпак рычага; 18 - корпус рычага
переключения; 19 — задний картер; 20 — ведомый вал; 21 — манжеты
уплотнителя заднего картера; 22 — втулка; 23 — шестерня привода
спидометра; 24 — привод спидометра; 25 — задний подшипник
промежуточного вала; 26- шестерня V передачи; 27 - болты
крепления оси промежуточной шестерни заднего хода;
28 — промежуточная шестерня заднего хода; 29 — промежуточный вал;
30 — маслоналивная пробка
Ведущий вал обеспечивает соединение со сцеплением. На
валу имеются шлицы для ведомого диска сцепления. Крутящий
185
5. Трансмиссия
момент от ведущего вала передается через соответствующую ше-
стерню, находящуюся с ним в жестком зацеплении.
Промежуточный вал расположен параллельно первичному
валу. На валу располагается блок шестерен, находящийся с ним
в жестком зацеплении.
Ведомый вал расположен на одной оси с ведущим. Технически
это осуществляется за счет торцевого подшипника на ведущем
валу, в который входит ведомый вал. Блок шестерен ведомого
вала не имеет закрепления с валом и поэтому свободно вращает-
ся на нем. Блок шестерен промежуточного и ведомого вала, а так-
же шестерня ведущего вала находятся в постоянном зацеплении.
Между шестернями ведомого вала располагаются синхро-
низаторы (другое название — муфты синхронизаторов). Работа
синхронизаторов основана на выравнивании (синхронизации)
угловых скоростей шестерен ведомого вала с угловой скоростью
самого вала за счет сил трения. Синхронизаторы имеют жесткое
зацепление с ведомым валом и могут двигаться по нему в про-
дольном направлении за счет шлицевого соединения. На совре-
менных коробках передач синхронизаторы устанавливаются на
всех передачах.
Механизм переключения трехвальной коробки передач
обычно располагается непосредственно на корпусе коробки.
Конструктивно он состоит из рычага управления и ползунов с
вилками. Для предотвращения одновременного включения двух
передач механизм оснащен блокирующим устройством. Меха-
низм переключения передач может также иметь дистанционное
управление.
Картер коробки передач служит для размещения конструк-
тивных частей и механизмов, а также для хранения масла. Кар-
тер изготавливается из алюминиевого или магниевого сплава.
Принцип работы трехвальной МКП. При нейтральном поло-
жении рычага управления крутящий момент от двигателя на ве-
дущие колеса не передается. При перемещении рычага управле-
ния соответствующая вилка перемещает муфту синхронизатора.
Муфта обеспечивает синхронизацию угловых скоростей соответ-
ствующей шестерни и ведомого вала (рис. 5.8). После этого зуб-
чатый венец муфты заходит в зацепление с зубчатым венцом ше-
стерни и обеспечивается блокировка шестерни на ведомом валу.
Коробка передач осуществляет передачу крутящего момента от
двигателя на ведущие колеса с заданным передаточным числом.
186
5.2. Коробка передач
Третья
передача
Передачи
от сцеп-
ления
жуточ-
шее
_ „ терня
Б а“ а§ и заднего
ведущий вал и шестерни 50
ведомый
вал
Задний
ход
от сцеп-
ления
хода
вал и шестерни
проме-
ЖУТОЧ-
шес
терня
заднего
вал
Рис. 5.8. Принцип работы трехвальной коробки передач
Движение задним ходом обеспечивается соответствующей
передачей коробки. Изменение направления вращения осущест-
вляется за счет промежуточной шестерни заднего хода, устанав-
ливаемой на отдельной оси.
Двухвальная коробка передач. Двухвальная МКП состоит из
ведущего (первичного) и ведомого (вторичного) валов с блоками
шестерен и синхронизаторами (рис. 5.9). Помимо этого, в картере
коробки передач размещены главная передача и дифференциал.
187
15
16
17
19
20
21
29
22
23
24
Рис. 5.9. Схема двухвальной коробки передач:
/ — задняя крышка картера коробки передач; 2 — ведущая
шестерня V передачи; 3~ шариковый подшипник ведущего
вала; 4 — ведущая шестерня IV передачи; 5— ведущий вал;
6 — ведущая шестерня III передачи; 7 — картер коробки
передач; 8 — ведущая шестерня II передачи; 9- шестерня
заднего хода; 10 — промежуточная шестерня заднего хода;
11 — ведущая шестерня I передачи; 12 - роликовый
подшипник ведущего вала; 13 — сальник ведущего вала;
14 — сапун; 15- фланец муфты; 16 — подшипник
включения сцепления; 17 — направляющая втулка муфты
подшипника включения сцепления; 18 - роликовый
подшипник ведомого вала; 19- ведомый вал; 20- ось
сателлитов; 21 — ведущая шестерня привода спидометра;
22— шестерня полуоси; 23- коробка дифференциала;
24 - сателлит; 25 — картер сцепления; 26 — пробка для
слива масла; 27- ведомая шестерня главной передачи;
28— регулировочное кольцо; 29 — роликовый конический
подшипник дифференциала; 30— сальник полуоси;
31 — ведомая шестерня I передачи ведомого вала;
32 ~ синхронизатор lull передач; 33 - ведомая шестерня
II передачи ведомого вала; 34 — стопорное кольцо;
35— упорное полукольцо; 36 — ведомая шестерня
III передачи ведомого вала; 37 — синхронизатор III и IV
передач; 38- ведомая шестерня IV передачи ведомого вала;
39— шариковый подшипник ведомого вала; 40- ведомая
шестерня V передачи ведомого вала; 41 - синхронизатор
V передачи; 42 — игольчатый подшипник; 43 — вилка
। iepe к л юч е и и я i ie ре/ да»1
5.2. Коробка передач
Ведущий вал, как и в трехвальной коробке, обеспечивает сое-
динение со сцеплением. На валу жестко закреплен блок шестерен.
Параллельно ведущему валу расположен ведомый вал с бло-
ком шестерен. Шестерни ведомого вала находятся в постоянном
зацеплении с шестернями ведущего вала и свободно вращаются
на валу. На ведомом валу жестко закреплена ведущая шестерня
главной передачи. Между шестернями ведомого вала установле-
ны муфты синхронизаторов.
Главная передача и дифференциал передают крутящий мо-
мент от вторичного вала коробки к ведущим колесам автомо-
биля. Дифференциал при необходимости обеспечивает вращение
колес с разной угловой скоростью.
Механизм переключения передач двухвальной коробки, как
правило, дистанционного действия, т. е. расположен отдельно от
корпуса коробки. Связь между коробкой и механизмом может
осуществляться с помощью тяг или тросов. Наиболее простым
является тросовое соединение, поэтому оно чаше используется в
механизмах переключения.
Механизм переключения передач двухвальной коробки со-
стоит из рычага управления, соединенного тросами с рычагами
выбора и включения передач. Рычаги, в свою очередь, соединены
с центральным штоком переключения передач с вилками.
Под выбором передачи понимается поперечное движение
рычага управления относительно оси автомобиля (движение к
паре передач), под включением передачи — продольное движение
рычага (движение к конкретной передаче).
Принцип работы двухвалъной МКП аналогичен трехвальной
коробке. Основное отличие заключается в особенностях работы
механизма переключения передач.
Движение рычага управления при включении конкретной
передачи разделяется на поперечное и продольное (рис. 5.10).
При поперечном движении рычага управления усилие передает-
ся на трос выбора передач. Тот, в свою очередь, воздействует на
рычаг выбора передач. Рычаг осуществляет поворот центрально-
го штока вокруг оси и тем самым обеспечивает выбор передач.
При дальнейшем продольном движении рычага усилие пере-
дается на трос переключения передач и далее на рычаг переклю-
чения передач. Рычаг производит горизонтальное перемещение
штока с вилками. Соответствующая вилка на штоке перемешает
189
5. Трансмиссия
муфту синхронизатора и осуществляет блокирование шестерни
ведомого вала. Крутящий момент от двигателя передается на ве-
дущие колеса.
II передача
III передача
Рис. 5.10. Принцип работы двухвальной коробки передач
Синхронизатор. Все механические и роботизированные ко-
робки передач являются синхронизированными — перед вклю-
чением передачи производится выравнивание частоты вращения
соединяемых вала и шестерни. Синхронизацию обеспечивает
синхронизатор, который также снижает износ механического со-
единения, шум при переключении и обеспечивает легкость пере-
ключения.
Принцип действия синхронизатора основан на использова-
нии сил трения: чем выше разница в частотах вращения вала и
шестерни, тем больше должна быть величина силы трения для
их синхронизации. Выполнение данного условия достигается пу-
тем увеличения площади поверхности соприкосновения — уста-
новкой дополнительных фрикционных колец.
Синхронизатор состоит из ступицы с сухарями, муфты
включения, блокирующего кольца и шестерни с фрикционным
конусом (рис. 5.11). В конструкции коробки передач один син-
хронизатор обслуживает две передачи (шестерни).
190
5.2. Коробка передач
Рис. 5.11. Конструкция одноконусного синхронизатора
коробки передач:
1 — блокирующее кольцо; 2 — ступица; 3 — сухарь;
4 - кольцевая пружина; 5 — фрикционный конус шестерни;
б—шестерня; 7—блокирующее кольцо;
8 — муфта синхронизатора; 9 - сухарь; 10 - шестерня
Конструктивной основой синхронизатора является ступица.
Она имеет внутренние и наружные шлицы. С помощью внутрен-
них шлицев ступица соединяется с вторичным валом коробки
передач и имеет возможность осевого перемещения по нему. На-
ружные шлицы соединяют ступицу с муфтой включения.
По окружности ступицы под углом 120° выполнены три паза,
в которые установлены подпружиненные сухари. В синхрониза-
торе сухари нажимают на блокирующее кольцо при включении
передачи и способствуют блокировке муфты на этапе синхрони-
зации.
Муфта включения (муфта синхронизатора) обеспечивает
жесткое соединение вала и шестерни. Муфта насажена на ступи-
цу и имеет внутренние шлицы. На шлицах выполнена кольцевая
проточка, в которой размещаются выступы сухарей. Снаружи
муфта синхронизатора соединяется с вилкой коробки передач.
Блокирующее кольцо обеспечивает синхронизацию и пре-
пятствует замыканию муфты до момента выравнивания ско-
ростей вала и шестерни. С внутренней стороны блокирующее
кольцо имеет коническую поверхность, которая взаимодейству-
ет с фрикционным конусом шестерни. Снаружи блокирующее
191
5. Трансмиссия
кольцо имеет шлицы — с их помощью производится блокировка
муфты включения.
На торцевой поверхности блокирующего кольца со стороны
ступицы выполнено три паза, в которые входят сухари ступицы.
Пазы препятствуют прокручиванию кольца при соприкоснове-
нии с фрикционным конусом (в них упираются сухари). Размер
пазов в 1,5 раза превышает размер сухарей. В некоторых кон-
струкциях синхронизаторов, наоборот, на блокирующем кольце
выполнены выступы, а пазы - в ступице.
Для увеличения поверхности соприкосновения, снижения уси-
лия при переключении передач применяются многоконусные син-
хронизаторы (двухконусный, трехконусный). Например, в трехко-
нусном синхронизаторе помимо блокирующего (наружного) кольца
устанавливаются еще внутреннее и промежуточное кольца. Для
предотвращения проворачивания на кольцах выполнены выступы,
которые фиксируются в пазах шестерни и блокирующего кольца.
Работа синхронизатора. В нейтральном положении рычага
коробки передач (рис. 5.12, о) муфты синхронизаторов находятся
в среднем положении, шестерни на ведомом валу вращаются сво-
бодно, поток мощности не передается.
Рис. 5.12. Схема работы синхронизатора:
а — исходное положение синхронизатора; б — включение передачи;
в - синхронизация; 7 - сухарь; 2 — включаемая шестерня;
3 - блокирующее кольцо; 4 - муфта синхронизатора; 5 - ступица;
6 - зубчатый венец шестерни; 7 - торец шлица муфты
синхронизатора; 8 — торец шлица блокирующей муфты;
9 — паз в ступице; 10 — выступ блокирующего кольца
При включении передачи (рис. 5.12, б) вилка перемешает
муфту синхронизатора из среднего положения в направлении
шестерни. Вместе с муфтой сдвигаются сухари, которые воздей-
ствуют на блокирующее кольцо. Кольцо прижимается к конусу
шестерни. На поверхности возникает сила трения, которая по-
ворачивает кольцо до упора сухарей в пазах кольца (кольцо сто-
192
5.2. Коробка передач
порится от проворачивания). В этом положении блокирующее
кольцо препятствует дальнейшему продвижению муфты синхро-
низатора по оси вала, так как торцы шлицев блокирующего коль-
ца располагаются напротив торцов шлицев муфты.
Далее под действием сил трения происходит синхронизация
скоростей шестерни и ведомого вала (рис. 5.12, в). Когда скорости
выровнены, под нажимом шлицев муфты блокирующее кольцо
поворачивается в противоположную сторону, блокировка муфты
снимается, шлицы муфты свободно проходят для зацепления с
венцом шестерни. Происходит жесткое соединение вторичного
вала коробки передач и шестерни.
Механизм переключения передач состоит из механизма управ-
ления переключением передач, расположенного в салоне на тонне-
ле, и исполнительного механизма, расположенного в КП. Оба эти
механизма соединены штангой переключения передач (рис. 5.13).
Рис. 5.13. Механизм переключения передач:
1 - вилка включения V передачи; 2 - зубчатое колесо заднего хода;
3 — вилка включения III и IV передач; 4 — вилка включения
I и II передач; 5 — ось переключения передач; 6 — шаровой шарнир;
7- штанга переключения передач; 8 — фиксированный шарнир;
9 — рычаг выбора передач; 10 — шток переключения передач;
11 — выключатель света заднего хода; 12 — блокирующая рукоятка;
13 — оттяжная пружина; 14 — шаровой шарнир; 13 - кулиса;
16 — корпус переключения передач;
17— нейлоновые подшипники; 18 — механизм регулировки
193
5. Трансмиссия
Механизм управления переключением передач представляет
собой кулису, установленную в корпусе на двух осях, обеспечи-
вающих ей четыре степени свободы (т. е. движение вправо-влево
и вперед-назад). Нижний конец кулисы соединен осью со штан-
гой переключения передач, связывающей кулису с исполнитель-
ным механизмом КП.
Механизм переключения передач работает следующим об-
разом. Кулиса передает на штангу вращательное и возвратно-
поступательное движение. Вращательное движение штанги пре-
образуется в возвратно-поступательное движение рычага 9 выбора
передач, т. е. поднимает его или опускает, тем самым определяет
выбор штока 10.
Возвратно-поступательное движение штанги преобразуется
во вращательное движение рычага выбора передач, которое сме-
шает выбранный шток в одну или другую сторону (возвратно-
поступательно), перемещая посредством закрепленной на што-
ке вилки синхронизированную муфту и включая выбранную
передачу.
Во избежание случайного включения заднего хода в механиз-
ме кулисы установлен блокиратор, который отключается движе-
нием вверх блокирующей рукоятки.
На штанге переключения передач имеется механизм регу-
лировки, позволяющий откорректировать установку кулисы и
положение штанги относительно исполнительного механизма в
коробке передач.
Исполнительный механизм состоит из четырех штоков /О
и механизма выбора передач. На трех штоках закреплены вил-
ки 7, 3 и 4 включения передач с первой по пятую. Вилки на-
ходятся в постоянном зацеплении с соответствующими син-
хронизированными муфтами включения передач. На четвертом
штоке находится шестерня заднего хода. Механизм выбора пе-
редач передает движение от штанги переключения передач на
один из штоков 10.
Дополнительные коробки передач. Дополнительные коробки
передач (делитель, демультипликатор) обычно двухступенча-
тые, их часто применяют на автомобилях-тягачах, присоединяя
к основной коробке передач. На автомобилях повышенной про-
ходимости используют демультипликаторы, совмещенные с раз-
даточной коробкой.
194
5.2. Коробка передач
Делитель (рис. 5.14, а) имеет прямую и повышающую пере-
дачи, что позволяет получать дополнительные передачи, которые
располагаются между двумя соседними передачами основной ко-
робки передач автомобиля. Картер 9 делителя присоединен спе-
реди к картеру основной коробки передач. На ведущем валу 8
делителя имеется зубчатая муфта 2 и свободно вращается ше-
стерня /, находящаяся в зацеплении с колесом 6. Вал колеса 6
имеет шлицевое соединение 7с промежуточным валом основной
коробки передач.
10 11 12 13 14 п н
11 5
а
Рис. 5.14. Схемы двухступенчатых дополнительных коробок передач:
а - делитель; б - демультипликатор
При разгоне сначала используются все передачи основной ко-
робки передач при понижающей передаче в демультипликаторе,
затем производится переключение на прямую передачу в демуль-
типликаторе и на низшую передачу в основной коробке передач.
Затем продолжается разгон с переключением передач только в
основной коробке передач автомобиля. У автомобилей повышен-
ной проходимости низшую передачу демультипликатора обычно
используют для движения по бездорожью, а высшую — по доро-
гам с твердым покрытием.
195
5. Трансмиссия
Для включения низшей передачи Н делителя зубчатую муф-
ту 2 перемешают вправо, соединяя ее с зубчатым венцом 3 веду-
щего вала основной коробки передач. При этом крутящий момент
передается от вала 8 на ведущий вал основной коробки передач
без изменения. Для включения высшей передачи В делителя зуб-
чатую муфту 2 перемещают влево, соединяя ее с зубчатым вен-
цом шестерни 1. При этом крутящий момент передается от вала 8
через зубчатую пару / и 6 делителя и шлицевое соединение 7
на промежуточный вал основной коробки передач. Передаточное
число зубчатой пары 1 и 6 делителя меньше, чем передаточное
число зубчатой пары 4 и 5 постоянного зацепления основной ко-
робки передач.
Демультипликатор (рис. 5.14, б) автомобилей-тягачей име-
ет прямую и понижающую (с очень большим передаточным
числом) передачи, что позволяет существенно увеличить диа-
пазон передаточных чисел. Соотношение передаточных чисел 3
и более и обычно равно силовому диапазону (отношению пере-
даточных чисел низшей и высшей передач) основной коробки
передач. Картер 13 демультипликатора присоединен сзади к
картеру основной коробки передач. На ведомом валу 10 основ-
ной коробки передач установлена солнечная шестерня // пла-
нетарного механизма демультипликатора. Водило 14 соединено
с ведомым валом 15 демультипликатора, на котором имеется
зубчатый венец 16. Коронное колесо 12 соединено с зубчатым
венцом 17.
Для включения низшей передачи Н демультипликато-
ра его зубчатую муфту перемешают влево, соединяя зубчатый
венец 17 с зубчатым венцом /<?, закрепленным на картере 13.
При этом коронное колесо /Постановлено, и крутящий момент
передается от солнечной шестерни //на ведомый вал 15 че-
рез сателлиты и водило 14. Для включения высшей передачи В
демультипликатора его зубчатую муфту перемешают вправо,
соединяя зубчатые венцы 16 и 17. При этом планетарный ме-
ханизм заблокирован, передаточное число демультипликатора
равно единице.
5.2.2. Автоматическая коробка передач
Автоматическая коробка передач состоит из гидротрансфор-
матора, механической коробки передач и системы управления
(рис. 5.15).
196
5.2. Коробка передач
Рис. 5.15. Схема автоматической коробки передач:
1 — вал турбинного колеса; 2 — солнечная шестерня одинарного
планетарного ряда; 3 — сателлиты одинарного планетарного ряда;
4 - водило одинарного планетарного ряда; 5 - шестеренный насос;
6— фрикционная муфта; 7- фрикционный тормоз; 8- коронная
шестерня одинарного планетарного ряда; 9 — обгонная муфта;
10 — коронная шестерня сдвоенного планетарного ряда; 11 - водило
сдвоенного планетарного ряда; 12 - длинные сателлиты сдвоенного
планетарного ряда; 13 — короткие сателлиты сдвоенного планетарного
ряда; 14 — большая солнечная шестерня сдвоенного планетарного
ряда; 75 — малая солнечная шестерня сдвоенного планетарного
ряда; А - подводимый крутящий момент; Б - отбор мощности
197
5. Трансмиссия
Гидротрансформатор (рис. 5.16) предназначен для передачи
и изменения крутящего момента от двигателя к механической
коробке передач, а также уменьшения вибраций. Конструкция
гидротрансформатора включает насосное, турбинное и реактор-
ное колеса, блокировочную муфту, муфту свободного хода. Ги-
дротрансформатор помешен в собственный корпус.
Рис. 5.16. Устройство гидротрансформатора:
1 — турбина; 2 — маховик; 3 — корпус; 4 — выходной вал
турбины; 5— выходной вал реактора; 6- насос; 7— реактор
Маховик соединен с двигателем, корпус гидротрансформа-
тора — с маховиком; выходной вал турбины — с трансмиссией;
выходной вал реактора - с фиксированным валом в трансмис-
сии. насос — с корпусом. Насосное колесо соединено с колен-
чатым валом двигателя. Турбинное колесо связано с механиче-
ской коробкой передач. Между насосным и турбинным колесами
располагается неподвижное реакторное колесо. Все колеса ги-
дротрансформатора оснашены лопастями определенной формы,
между которыми предусмотрены каналы для прохода рабочей
жидкости.
Блокировочная муфта служит для блокировки гидротранс-
форматора в определенных режимах работы автомобиля. Муфта
свободного хода обеспечивает вращение жестко закрепленного
реакторного колеса в противоположную сторону.
198
5.2. Коробка передач
Все конструктивные элементы гидротрансформатора распо-
ложены в корпусе, который заполнен специальной рабочей жид-
костью ATF (Automatic Transmissions Fluid).
Работа гидротрансформатора осуществляется по замкнутому
циклу. От насосного колеса поток жидкости передается на тур-
бинное колесо, далее на реакторное колесо. За счет конструкции
лопастей реактора скорость потока усиливается. Поток направ-
ляется на насосное колесо и заставляет его вращаться быстрее,
тем самым увеличивается величина крутящего момента. Макси-
мальную величину крутящего момента гидротрансформатор раз-
вивает на минимальной скорости.
С увеличением частоты вращения коленчатого вала двигате-
ля угловые скорости насосного и турбинного колес выравнива-
ются, а поток жидкости меняет свое направление. При этом сра-
батывает муфта свободного хода, и реакторное колесо начинает
вращаться. Гидротрансформатор работает в режиме гидромуфты
(передает только крутящий момент).
С дальнейшим ростом скорости происходит блокировка ги-
дротрансформатора, при которой замыкается блокирующая муф-
та, и передача крутящего момента от двигателя к механической
коробке передач происходит напрямую. Гидротрансформатор
блокируется практически на всех передачах.
Механическая коробка передач в составе АКП служит для
ступенчатого изменения крутящего момента, а также обеспечи-
вает движение автомобиля задним ходом. В АКП применяются
планетарные редукторы, отличающиеся компактностью и воз-
можностью соосной работы валов.
Механическая коробка передач состоит из нескольких (обыч-
но двух) планетарных редукторов, соединенных последовательно
для совместной работы. Объединение планетарных редукторов
позволяет обеспечить необходимое число ступеней работы.
Планетарный редуктор включает в себя планетарные пере-
дачи. В простейшей планетарной передаче (рис. 5.17) солнечная
шестерня, закрепленная на ведущем валу, находится в заце-
плении с шестернями-сателлитами, свободно установленными
на своих осях. Оси сателлитов закреплены на водиле, жестко
соединенном с ведомым валом, а сами сателлиты находятся
и зацеплении с коронной шестерней, имеющей внутренние
зубья.
199
5. Трансмиссия
Рис. 5.17. Планетарная передача:
1 — ведущий вал; 2 — коронная
шестерня; 3 — сателлиты; 4 — водило;
5 - ведомый вал; 6 — солнечная
шестерня; 7 - ленточный тормоз
Передача крутящего момента с ведущего вала на ведомый вал
возможна только при заторможенной коронной шестерне при по-
мощи ленточного тормоза или многодискового «мокрого» сцепле-
ния. В этом случае при вращении шестерни 6 сателлиты, пере-
катываясь по зубьям неподвижной шестерни 2, начнут вращаться
вокруг своих осей и одновременно через водило будут вращать
ведомый вал. При растормаживании шестерни 2 сателлиты, сво-
бодно перекатываясь по шестерне 6, будут вращать шестерню 2,
а вал 5 будет оставаться неподвижным.
В АКП применяются фрикционные муфты сцепления.
Фрикционная муфта сцепления состоит из комплекта покрытых
слоем фрикционного материала дисков, прижатых друг к другу
через прокладки в виде тонких пластин (рис. 5.18). При этом
часть фрикционных дисков оснащена внутренними шлицами,
часть — наружными. Прижатие дисков друг к другу обеспечи-
вается гидравлическим поршнем 2, для выключения сцепления
применяется возвратная пружина. При подаче к поршню давле-
ния рабочей жидкости диски плотно прижимаются друг к другу,
образуя одно целое (рис. 5.18, а). Как только давление снимается,
возвратная пружина отводит поршень назад и диски выводятся
из зацепления (рис. 5.18, б).
Рис. 5.18. Фрикционная муфта сцепления:
а — включенное состояние; б — выключенное состояние;
1 — канал подачи рабочей жидкости; 2 — поршень; 3 — кожух муфты
200
5.2. Коробка передач
Электрогидравлическая система управления. Система управ-
ления автоматической коробкой передач состоит из электроги-
дравлического модуля, электронного блока управления, много-
функционального датчика, селектора (рис. 5.19).
Рис. 5.19. Электрогидравлическая система управления
автоматической коробкой передач:
1 — электромагнитные клапаны, регулирующие давление;
2 — электромагнитные клапаны переключения передач;
3 — электронный блок управления автоматической коробкой
передач; 4 — многофункциональный датчик; 5 — селектор; 6 — валик
переключения передач; 7 - место подключения датчика рабочей
жидкости; 8 — золотник-распределитель выбора диапазонов
Муфты и тормоза (механизмы переключения передач) приво-
дятся в действие гидроцилиндрами, управляемыми посредством
золотников-распределителей и электромагнитных клапанов, раз-
мешенных в распределительном модуле. Электромагнитные кла-
паны включаются блоком управления коробкой передач и управ-
ляют механизмами переключения передач и муфтой блокировки
гидротрансформатора. Они также регулируют давление рабочей
жидкости.
201
5. Трансмиссия
В системе управления применяются электромагнитные кла-
паны двух типов:
— клапаны управления переключением передач (могут нахо-
диться только в двух состояниях - открыт или закрыт), через них
жидкость ATF поступает к золотникам-распределителям, кото-
рые открывают или закрывают каналы подвода рабочей жидко-
сти к исполнительным устройствам механизмов переключения
передач);
— регулирующие давление клапаны (открываются в соответ-
ствии с проходящим через их обмотки током, изменяя давление
рабочей жидкости в магистрали).
Многофункциональный датчик соединен с рычагом селекто-
ра посредством троса. Он вырабатывает электрические сигналы
в соответствии с перемещениями рычага селектора и передает их
на блок управления автоматической коробкой передач.
В датчике имеется шесть скользящих контактов, а именно:
— четыре контакта для определения позиции рычага селек-
тора;
— один контакт для разрешения пуска двигателя при положе-
ниях рычага селектора в позициях «Р» и «N»;
— один контакт для активизации выключателя ламп заднего
хода.
Для управления автоматическими коробками передач ис-
пользуются различные датчики. Основными из них являются:
— датчик частоты вращения на входе коробки передач;
— датчик частоты вращения на выходе коробки передач;
— датчик температуры рабочей жидкости;
— датчик перехода на режим «кикдаун» - временное по-
вышение давления в управляющем контуре соответствующего
клапана переключения передач, что приводит к увеличению
значения скорости переключения на понижающую очередную
передачу. Активация функционирования данного датчика про-
исходит только при полностью выжатой педали газа;
— датчик или микровыключатель системы Типтроник.
Система Типтроник служит для переключения передач ру-
кой с помощью специальных лепестков, расположенных на руле-
вом колесе.
Циркуляцию рабочей жидкости в автоматической короб-
ке передач осуществляет шестеренный насос с внутренним за-
цеплением шестерен или лопастной насос. Насос приводится в
действие от ступицы гидротрансформатора.
202
5.3. Карданная передача
Насос составляет основу гидравлической системы коробки
передач, в которую кроме него входят гидравлический блок, ги-
дроцилиндры привода муфт и тормозов, трубопроводы.
Охлаждение рабочей жидкости в АКП может производиться
в охладителе (теплообменнике), включенном в систему охлажде-
ния двигателя, но возможен и отдельный радиатор.
Непосредственное управление АКП осуществляется рычагом
селектора. Выбор нужного режима работы коробки производится
перемещением рычага в определенное положение:
Р — режим парковки;
R — режим заднего хода;
N — нейтральный режим;
D — движение вперед в режиме автоматического переключе-
ния передач;
S — спортивный режим (блок управления сдвигает режимы
переключения всех передач в сторону большей частоты вращения
коленчатого вала — увеличивается интенсивность разгона авто-
мобиля).
Ё Вопросы для самоконтроля
1. Назовите функции коробки передач.
2. Изложите классификацию коробок передач.
3. Объясните принцип работы трехвальной п двухвальной механиче-
ской коробки передач.
4. Укажите, из каких узлов состоит механизм переключения передач.
5. Для чего предназначен синхронизатор?
6. Объясните принцип работы автоматической коробки передач.
7. Перечислите датчики, используемые для управления автоматиче-
скими коробками передач.
5.3. Карданная передача
Карданная передача предназначена для передачи крутяще-
го момента между агрегатами, оси валов которых не совпадают
и могут изменять свое положение относительно друг друга при
движении автомобиля.
Карданная передача представляет собой ведущий и ведомый
валы, соединеннные гибким шарниром. Гибкое шарнирное со-
единение позволяет беспрепятственно передавать вращение при
некотором изменении угла между двумя валами.
203
5. Трансмиссия
По типу шарнирного соединения существуют две разновид-
ности карданных передач: шарниры неравных угловых скоростей
и шарниры равных угловых скоростей.
Карданная передача, основанная на шарнирах неравных
угловых скоростей, применяется для соединения выходного вала
и ведущего моста в заднеприводных легковых и грузовых авто-
мобилях.
Шарниры равных угловых скоростей используются в перед-
не- и полноприводных автомобилях.
Карданная передача имеет в конструкции следующие элемен-
ты: ведущие, ведомые и промежуточные карданные валы; кресто-
вины (шарниры); подвесные и промежуточные опоры (рис. 5.20).
Рис. 5.20. Устройство карданной передачи:
1 — эластичная муфта: 2 — болт крепления эластичной муфты
к фланцу; 3 — крестовина; 4 — сальник; 5 — стопорное кольцо;
6- подшипник крестовины; 7— гайка; 8 — фланец эластичной
муфты; 9 - сальник; 10 - обойма сальника; 11 - кронштейн
безопасности; 12 — болт крепления кронштейна к промежуточной
опоре; 13 - передний карданный вал; 14 - кронштейн
промежуточной опоры; 15 - промежуточная опора; 16 — вилка
переднего карданного вала; 17— задний карданный вал;
18 — вилка заднего карданного вала; 19 — фланец ведущей шестерни
главной передачи; 20 — гайка; 21 — болт крепления вилки
Шарнир состоит из двух вилок, расположенных на валах, и
крестовины — соединительного элемента вилок. В собранном со-
стоянии вилки валов расположены под углом 90° относительно
204
5.3. Карданная передача
друг друга. Крестовина имеет на концах четыре чашки с иголь-
чатыми подшипниками. Наличие игольчатых подшипников обе-
спечивает нормальное функционирование шарнира при различ-
ных углах отклонения валов. Однако наибольший угол между
валами для шарнира неравных угловых скоростей обычно со-
ставляет не более 20°.
За один оборот шарнира неравных угловых скоростей ведо-
мый вал дважды запаздывает и дважды обгоняет ведущий вал.
Кроме того, неравномерность вращения напрямую зависит от угла
между валами: чем он больше, тем больше выражена неравномер-
ность. Для устранения данного недостатка устанавливаются вто-
рой аналогичный шарнир и промежуточный вал с опорой. Второй
шарнир компенсирует и выравнивает скорости обоих валов.
Карданная передача с шарнирами равных угловых скоростей
(ШРУС) (рис. 5.21) обеспечивает вращение валов с постоянной
скоростью относительно друг друга независимо от изменяющего-
ся угла между осями вращения.
Рис. 5.21. Шарнир равных угловых скоростей:
1 — корпус с наружной обоймой; 2 - стопорное кольцо;
3 — внутренняя обойма; 4 — сепаратор; 5 - шарики;
6- приводной вал; 7 - гофрированный чехол; 8— хомут чехла
Корпус ШРУСа имеет внутреннюю полость сферической
формы, в которой имеются проточки для шариков. Корпус отлит
заодно с хвостовиком, который предназначен для подсоединения
к ступице колеса или к коробке передач. Обойма ШРУСа так-
же имеет проточки для шариков и отверстие для крепления на
промежуточном валу. Сепаратор, как и в обычном подшипнике,
удерживает шарики в требуемом положении. За счет проточек в
корпусе и обойме шарнир способен равномерно передавать вра-
щение при углах отклонения валов до 35°.
205
5. Трансмиссия
Ё Вопросы лля самоконтроля
1. Поясните назначение карданной передачи.
2. Опишите устройство и порядок работы карданной передачи.
3. Назовите основные отличия двух разновидностей карданных пе-
редач.
4. Приведите примеры использования шарниров равных угловых ско-
ростей на автомобилях.
5.4. Главная передача
Главная передача служит для увеличения крутящего момента
и изменения его направления под прямым углом к продольной
оси автомобиля. С этой целью главную передачу выполняют из
конических шестерен.
В зависимости от числа шестерен главные передачи подраз-
деляют:
— на одинарные конические, состоящие из одной пары ше-
стерен;
— двойные, состоящие из пары конических и пары цилин-
дрических шестерен.
Одинарные конические главные передачи бывают простые и
гипоидные.
Типы главных передач показаны на рисунке 5.22.
Рис. 5.22. Типы главных передач:
а - коническая; б - гипоидная; в - цилиндрическая;
1 — ведущая коническая шестерня; 2 — ведомая коническая
шестерня; 3 - ведущая цилиндрическая шестерня;
4 — ведомая цилиндрическая шестерня
Одинарные конические простые передачи применяют пре-
имущественно на легковых автомобилях и грузовых автомобилях
малой и средней грузоподъемности. В этих передачах ведущая
206
5.4. Главная передача
коническая шестерня соединена с карданной передачей, а ведо-
мая — с коробкой дифференциала и через механизм дифферен-
циала с полуосями.
Для большинства автомобилей одинарные конические пере-
дачи имеют зубчатые колеса с гипоидным зацеплением. Гипоид-
ные передачи по сравнению с простыми обладают рядом преиму-
ществ. Так, ось ведущего колеса расположена ниже оси ведомого,
что позволяет опустить ниже карданную передачу и понизить пол
кузова легкового автомобиля. Вследствие этого смещается центр
тяжести и повышается устойчивость автомобиля. Кроме того,
гипоидная передача имеет утолщенную форму основания зубьев
шестерен, что существенно повышает их нагрузочную способ-
ность и износостойкость. Но это обстоятельство обусловливает
применение для смазки шестерен специального масла (гипоид-
ного), рассчитанного для работы в условиях передачи больших
усилий, возникающих в контакте между зубьями шестерен.
Дифференциал. Для распределения крутящего момента меж-
ду полуосями (а значит, между колесами) при выполнении по-
воротов. а также при движении по неровным дорогам в главной
передаче используется специальное устройство — дифференциал.
Иначе говоря, с помощью дифференциала колеса крутятся с раз-
ной угловой скоростью и проходят разное расстояние, не про-
скальзывая при этом по поверхности дороги.
Дифференциал состоит из двух шестерен полуосей и двух
шестерен сателлитов и установлен вместе с главной передачей,
образуя с ней единый механизм (рис. 5.23).
Рис. 5.23. Устройство дифференциала:
1 — шестерни полуосей; 2 — ведомая шестерня главной передачи;
3 — ведущая вал-шестерня главной передачи; 4 — корпус; 5 - сателлиты
207
5. Трансмиссия
Прямолинейное движение характеризуется равномерным
распределением нагрузки между колесами автомобиля — они
имеют одинаковую угловую скорость. Сателлиты, размешенные
в корпусе, не вращаются вокруг своих осей, а передают крутящий
момент от ведомой шестерни главной передачи к полуосям через
неподвижное зубчатое зацепление (рис. 5.24).
Рис. 5.24. Работа дифференциала при прямолинейном движении
Когда автомобиль поворачивает, силы сопротивления и на-
грузки распределяются следующим образом:
— внутреннее колесо, имеющее меньший радиус от центра
поворота, испытывает сопротивление большей силы, чем наруж-
ное. Увеличенная нагрузка заставляет его снизить скорость вра-
щения;
— наружное колесо, двигаясь по большему радиусу (большей
траектории), наоборот, должно увеличить угловую скорость, что-
бы автомобиль мог повернуть плавно, без пробуксовки.
Таким образом, колеса должны иметь разные угловые скоро-
сти. Замедление вращения полуоси внутреннего колеса приводит
сателлиты в движение (рис. 5.25). Они. в свою очередь, посред-
ством конической зубчатой передачи увеличивают скорость вра-
щения полуоси наружного колеса. Крутящий момент, получае-
мый от главной передачи, остается неизменным.
Рис. 5.25. Работа дифференциала при повороте
208
5.4. Главная передача
Колеса автомобиля, движущегося прямолинейно, но по
скользкой дороге, могут испытывать различную нагрузку: одно
из них пробуксовывает, теряя сцепление с дорогой, а другое,
становясь более нагруженным, замедляется. Повторяется схема
поворота. Только теперь она приносит вред: буксующее колесо
может получить 100 % принятого дифференциалом крутящего
момента, а нагруженное вообще перестанет вращаться - движе-
ние автомобиля прекратится. Чтобы крутящий момент полуосей
снова стал одинаковым, нужно блокировать действие сателлитов
или обеспечить его передачу от чашки на нагруженную полуось.
Это решается следующими способами:
— ручная или автоматическая блокировка дифференциала;
— использование системы курсовой устойчивости.
Двойные главные передачи устанавливают на автомобилях
большой грузоподъемности для увеличения общего передаточ-
ного числа трансмиссии и повышения передаваемого крутящего
момента.
Двойная главная передача автомобиля является частью меха-
низмов ведущего заднего моста, которые размещены в его балке
(рис. 5.26).
Рис. 5.26. Механизмы заднего ведущего моста:
1, 2, 5, 10, 12— шестерни; 3, 6 - чашки дифференциала;
4 — крестовина; 7 - полуось; 8 - балка; 9 — картер; 11 — сателлиты
209
5. Трансмиссия
Ведущий вал главной передачи выполнен за одно целое с ве-
дущей конической шестерней /. Он установлен на конических
роликовых подшипниках в стакане, закрепленном на картере
главной передачи. Здесь же в картере установлен на роликовых
конических подшипниках промежуточный вал с ведущей ци-
линдрической шестерней 12. На фланце вала жестко закрепле-
на ведомая коническая шестерня 2, находящаяся в зацеплении с
шестерней /. Ведомая цилиндрическая шестерня 5 соединена с
левой 3 и правой 6 чашками дифференциала, образующими его
коробку. В коробке установлены детали дифференциала: кресто-
вина с сателлитами и полуосевыми шестернями 10. Шестерни 10
соединены с полуосями 7 посредством шлицев.
Ц Вопросы лля самоконтроля
1. Укажите функции главной передачи.
2. Опишите устройство главной передачи.
3. Объясните назначение и принцип работы дифференциала.
5.5. Раздаточная коробка
Раздаточная коробка является неотъемлемым атрибутом ав-
томобиля, оборудованного системой полного привода. Раздаточ-
ная коробка распределяет крутящий момент по осям автомобиля
(вплоть до отключения одной из осей), а также увеличивает кру-
тящий момент при движении по бездорожью.
Конструкция раздаточной коробки различается в зависимо-
сти от вида системы полного привода. Вместе с тем можно выде-
лить общие конструктивные элементы раздаточной коробки: ве-
дущий вал, межосевой дифференциал с механизмом блокировки,
цепная (зубчатая) и понижающая передачи, а также валы приво-
да передней и задней оси (рис. 5.27).
Ведущий вал передает крутящий момент от коробки передач
к раздаточной коробке.
Вал привода задней оси выполнен, как правило, соосно с ве-
дущим валом. Цепная передача обеспечивает передачу крутящего
момента на переднюю ось 6. Она включает ведущее и ведомое
зубчатые колеса и приводную цепь. Вместо цепной передачи в
раздаточной коробке может использоваться цилиндрическая зуб-
чатая передача.
210
5.5. Раздаточная коробка
Рис. 5.27. Раздаточная коробка передач:
1 — цепная передача; 2 — вал привода задней оси;
3 - межосевой дифференциал; 4 - маслосборник;
5 — ведущий вал; 6 — вал привода передней оси
Раздаточная коробка в системе автоматически подключаемо-
го полного привода представляет собой, как правило, кониче-
ский редуктор.
Понижающая передача служит для увеличения крутящего
момента при движении по плохим дорогам и бездорожью и часто
выполнена в виде планетарного редуктора.
В раздаточной коробке, устанавливаемой на автомобили с
системой полного привода, подключаемого вручную, предусмо-
трена возможность подключения переднего моста в раздаточной
коробке.
Раздаточная коробка может иметь следующие режимы работы:
— включен задний мост;
— включены оба моста;
— включены оба моста при блокировке межосевого диффе-
ренциала;
— включены оба моста на понижающей передаче при блоки-
ровке дифференциала;
211
5. Трансмиссия
— включены оба моста при автоматической блокировке диф-
ференциала.
Переключение режимов осуществляется с помощью рычага
управления, кнопок на панели приборов или поворотного пере-
ключателя.
Межосевой дифференциал предназначен для распределения
крутящего момента между осями и позволяет им вращаться с
разными угловыми скоростями. Межосевой дифференциал мо-
жет быть симметричным и несимметричным. Симметричный
дифференциал распределяет крутящий момент между осями по-
ровну, несимметричный — в определенном соотношении. В раз-
даточных коробках, используемых в системах полного привода,
подключаемого автоматически, и полного привода, подключае-
мого вручную, межосевой дифференциал, как правило, не при-
меняется.
Для полной реализации полноприводных возможностей
предусматривается блокировка межосевого дифференциала. Под
блокировкой межосевого дифференциала понимается полное или
частичное выключение дифференциала, обеспечивающее жест-
кое соединение передней и задней осей между собой. Блокировка
может осуществляться автоматически или вручную.
Современными механизмами автоматической блокировки
межосевого дифференциала являются вязкостная муфта (виско-
муфта), самоблокируюшийся дифференциал Torsen, многодиско-
вая фрикционная муфта.
Вязкостная муфта является наиболее простым и недорогим
устройством автоматической блокировки дифференциала. Рабо-
Рис. 5.28. Вязкостная муфта:
1 - силиконовая жидкость;
2 — пакет дисков ведомого вала;
3 — корпус; 4 - зазор;
5 - пакет дисков ведущего вала
та муфты основана на возник-
новении блокирующего момента
при разности угловых скоростей
осей. Конструктивно муфта со-
стоит из набора перфорирован-
ных дисков. половина из которых
соединена со ступицей, другая -
с корпусом муфты (рис. 5.28).
Диски помещены в силиконовую
жидкость. При проскальзывании
одной из осей увеличивается ча-
стота вращения определенных
212
5.5. Раздаточная коробка
дисков, силиконовая жидкость становится более вязкой (густе-
ет). и муфта блокируется — образуется связь ступицы с корпусом
муфты. К недостаткам вискомуфты можно отнести срабатывание
с запаздыванием, неполную блокировку межосевого дифферен-
циала, перегрев при длительном использовании, несовмести-
мость с системой ABS.
Самоблокирукмцийся дифференциал Torsen представляет со-
бой конструкцию, состоящую из червячных шестерен: ведущих
(сателлиты) и ведомых (солнечные шестерни приводов осей)
(рис. 5.29). Блокировка в дифференциале происходит за счет сил
трения в червячной передаче. При движении по твердому покры-
тию устройство работает как обычный межосевой дифференциал
и распределяет крутящий момент по осям в равных отношениях.
При проскальзывании одной из осей крутящий момент пере-
брасывается на ось с лучшими сцепными свойствами, при этом
соотношение крутящих моментов может достигать 20:80. Ввиду
ограничений по прочности конструкции дифференциал Torsen
не применяется на внедорожных автомобилях.
Рис. 5.29. Самоблокируюшийся дифференциал Torsen:
1 — полый вал; 2 — ведущая шестерня; 3 — корпус дифференциала;
4 — солнечная шестерня привода передней оси; 5 — червячные
шестерни; 6 — солнечная шестерня привода задней оси; 7— фланец
вала привода задней оси; 8 - ось червячной шестерни; 9 - сателлиты
Многодисковая фрикционная муфта представляет собой набор
фрикционных дисков с контролируемой степенью сжатия (блоки-
213
5. Трансмиссия
ровки) (рис. 5.30). Муфта обеспечивает распределение крутящего
момента между осями в зависимости от дорожных условий.
Рис.. 5.30. Устройство многодисковой фрикционной муфты:
1 — выходной вал; 2 - ступица; 3 — корпус; 4 — нажимной диск;
5— входной вал; 6 — ведущий диск (стальной); 7 — ведомый
диск (фрикционный); 8 — возвратная пружина
В нормальных условиях крутящий момент распределяется
по осям в равных отношениях. При проскальзывании одной из
осей / или 5 ведущие диски прижимаются к ведомым дискам
нажимным диском, который перемещается посредством элек-
трического или гидравлического привода. При этом достигается
частичная или полная блокировка межосевого дифференциала.
Крутящий момент перераспределяется на ось, имеющую лучшее
сцепление с дорогой.
Ручная (принудительная) блокировка дифференциала про-
изводится водителем с помощью механического, пневматическо-
го, электрического или гидравлического привода. На некоторых
конструкциях предусмотрены функции как автоматической, так
и ручной блокировки межосевого дифференциала.
Ц Вопросы лля самоконтроля
1. Назовите функции раздаточной коробки.
2. Опишите конструкцию раздаточной коробки.
3. Укажите, для чего служит понижающая передача.
4. Поясните, что понимается под блокировкой межосевого дифферен-
циала.
5. Опишите современные механизмы автоматической блокировки
межосевого дифференциала.
214
5.6. Коробка отбора мощности
5.6. Коробка отбора мощности
Коробкой отбора мощности называется устройство, с помо-
щью которого часть мощности ДВС передается на исполнитель-
ные механизмы, устанавливаемые на шасси автомобиля. Коробку
отбора мощности монтируют либо к коробке передач, либо к раз-
даточной коробке.
Коробки отбора мощности различаются по числу ступеней
и значению передаточных чисел, числу и взаимному располо-
жению валов, наличию или отсутствию реверса и типу привода
управления.
Реверсивная коробка отбора мощности (рис. 5.31) предназна-
чена для установки в боковой части картера коробки скоростей.
Отбор полезной мощности происходит с промежуточного вала ко-
робки передач. Шестерни находятся в непрерывном зацеплении.
Рис. 5.31. Реверсивная коробка отбора мощности с редуктором:
1 — рычаг включения коробки отбора мощности; 2 — шток вилки
переключения; 3 — вилка переключения; 4 — шариковый фиксатор;
5 - каретка с зубчатым колесом; 6 — шарикоподшипник; 7 - ведомый
вал; 8 — ось промежуточной шестерни; 9 — промежуточная шестерня;
10 - ось блока шестерен; 11 - блок шестерен; 12 — фланец ведомого вала
215
5. Трансмиссия
Рычаг управления имеет три фиксированных положения вы-
бора режима работы коробки отбора мощности. В правом по-
ложении осуществляется прямая передача. При этом каретка с
зубчатым колесом постоянно находится в зацеплении с проме-
жуточным валом коробки передач. При переводе в крайнее левое
положение включается реверс. Для обеспечения обратного хода
зубчатое колесо соединяется с шестерней, установленной внутри
редуктора коробки отбора мощности. При переходе в среднее по-
ложение ведомый вал перестает вращаться, и коробка дополни-
тельного отбора мощности переходит в выключенное положение.
Бсзредуигорная коробка отбора мощности (рис. 5.32) отлича-
ется простотой конструкции и единичным передаточным числом.
Монтаж ее производится к торцу раздаточной коробки, позволяя
получать крутящий момент от ведущего вала через подвижную
муфту. Отбор мощности происходит от ведущего вала.
Рис. 5.32. Коробка отбора мощности без редуктора:
1 — ведущий вал раздаточной коробки; 2 — вал коробки отбора
мощности; 3 — каретка; 4 — вилка включения; 5 - фиксатор
с пружиной; 6 — шток вилки включения; 7 — фланец; 8 — эксцентрик;
9 — плунжер; 10 - нагнетательный клапан; 11 — обратный клапан;
12 — всасывающий клапан; 13 — крышка коробки отбора мощности;
14 - магистраль подачи масла к насосу
216
5.6. Коробка отбора мощности
Управление механизмом происходит при помощи специаль-
ной вилки. Включение коробки отбора мощности реализовано
путем блокировки ведущего вала раздаточной коробки и вала
отбора мощности при помощи каретки. Рычаг имеет два фик-
сированных положения: левое соответствует передаче усилия, а
правое — выключенному состоянию. Коробка отбора мощности
не обеспечивает реверса. Для включения обратного направления
требуется при помощи селектора коробки передач выбрать за-
днюю передачу.
Е Вопросы лля самоконтроля
1. Поясните, для чего служит коробка отбора мощности.
2. Опишите принцип работы реверсивной коробки отбора мощности
с редуктором и коробки отбора мощности без редуктора.
217
6. ХОДОВАЯ ЧАСТЬ
Ходовая часть - это специальный комплекс узлов автомоби-
ля. включающий подвеску, амортизаторы и колеса. Каждый из
перечисленных элементов выполняет свою функцию, а результа-
том их взаимодействия является снижение вибрации, механиче-
ских колебаний и тряски от дороги.
6.1. Подвеска
Подвеска автомобиля предназначена для обеспечения упру-
гой связи между колесами и кузовом автомобиля за счет воспри-
ятия действующих сил и гашения колебаний.
Подвеска автомобиля включает направляющий и упругий
элементы, гасящее устройство, стабилизатор поперечной устой-
чивости, опору колеса, а также элементы крепления.
Направляющие элементы обеспечивают соединения и пере-
дачу сил на кузов и определяют характер перемещения колес
относительно кузова. В качестве направляющих элементов ис-
пользуются всевозможные рычаги: продольные, поперечные,
сдвоенные и др.
Упругий элемент воспринимает нагрузки от неровности до-
роги, накапливает полученную энергию и передает ее кузову.
Различают металлические (пружина, рессора и торсион) и не-
металлические упругие элементы (резиновые, пневматические и
гидропневматические).
Пружина может иметь постоянную (у цилиндрической пру-
жины) или переменную жесткость (у пружины нецилиндриче-
ской формы или из прутка переменного сечения).
Торсион представляет собой металлический упругий эле-
мент. работающий на скручивание.
218
61 Подвеска
Резиновые упругие элементы (буферы, отбойники) использу-
ются дополнительно к металлическим упругим элементам.
Работа пневматических упругих элементов основана на упру-
гих свойствах сжатого воздуха. Эти элементы позволяют регули-
ровать величину дорожного просвета.
Гидропневматический упругий элемент представлен специ-
альной камерой, заполненной газом и рабочей жидкостью, раз-
деленными эластичной перегородкой.
Автомобильная подвеска может быть независимой и зави-
симой. В зависимой подвеске два колеса расположены на одной
оси (балке), которая жестко их соединяет (так называемый мост
автомобиля). Наиболее существенным преимуществом такой
подвески является возможность держать постоянный дорожный
просвет.
В независимой подвеске колеса перемешаются в поперечной
плоскости независимо друг от друга, чем достигается значитель-
ное снижение неподрессоренных масс и повышение плавности
хода.
Независимая подвеска может быть:
— на двойных поперечных рычагах;
- на продольных рычагах;
— многорычажная;
— торсионная.
На сегодняшний день существует несколько разновидностей
подвески:
— подвеска McPherson (МакФерсон);
— адаптивная подвеска;
— торсионная;
— пневматическая;
— рессорная.
Подвеска McPherson. Подвеска данного типа использует-
ся преимущественно для передних колес и устанавливается на
многих легковых автомобилях и малых грузовиках; представляет
собой несколько видоизмененную систему на двух рычагах, в ко-
торой верхний поперечный рычаг заменен на шарнирную опору
стойки амортизатора (рис. 6.1).
219
6. Ходовая часть
Рис. 6.1. Схема подвески McPherson:
1 — шаровая опора; 2 — ступица;
3 — тормозной диск; 4 — защитный кожух;
5 - поворотный рычаг; 6 - нижняя
опорная чашка; 7 - пружина подвески;
8 — защитный чехол телескопической
стойки; 9 — буфер сжатия; 10 — верхняя
опорная чашка; 11 — подшипник верхней
опоры; 12 — верхняя опора стойки;
13 — гайка штока; 14 — шток; 15 — опора
буфера сжатия; 16 — телескопическая
стойка; 17— гайка; 18- эксцентриковый
болт; 19 - поворотный кулак; 20 - вал
привода переднего колеса; 21 — защитный
чехол; 22 - наружный шарнир
вала; 23 — нижний рычаг
Основной элемент подвески — подрамник, который крепится
непосредственно к кузову автомобиля при помощи сайлентбло-
ков или жестким креплением.
Подрамник как отдельный конструктивный элемент может
отсутствовать. Нижние поперечные рычаги крепятся к подрам-
нику или непосредственно к кузову автомобиля при помощи
сайлентблоков. Каждый из рычагов имеет по две точки опоры на
кузове. На противоположном конце рычага закреплена шаровая
опора поворотного кулака, которая обеспечивает подвижность во
всех плоскостях последнего.
Ступица и поворотный кулак предназначены для крепления
колеса. За счет специального шарнирного соединения через ша-
ровую опору с нижним рычагом и рулевой тягой поворотный
кулак обеспечивает поворот управляемых колес. Верхней точкой
крепления поворотного кулака является нижняя часть аморти-
220
61 Подвеска
заторной стойки. Амортизаторная стойка — связующий элемент
между кузовом и поворотным кулаком. Нижняя часть стойки
при помощи клеммового соединения закреплена в поворотном
кулаке, а верхняя часть соединена с кузовом при помощи опор-
ного подшипника.
Опорный подшипник чаще всего представляет собой втулку
из толстой резины, в которой закреплен шариковый подшипник.
Шток амортизаторной стойки крепится в шариковом подшип-
нике, а резиновая втулка компенсирует отклонения стойки при
работе подвески. Помимо этого на стойке крепится пружина
подвески.
Подвеска может содержать дополнительные узлы: стабилиза-
торы поперечной устойчивости, стойки стабилизатора и пр.
Стабилизатор крепится в двух точках к подрамнику или к
кузову и соединен со стойками при помощи соединительных тяг
с шарнирами либо резинометаллическими втулками. Основное
назначение стабилизатора — снижение боковых кренов автомо-
биля и противостояние продольным перемещениям поворотного
кулака или ступицы.
Основные преимущества подвески McPherson — простота и
компактность конструкции, низкая стоимость, оптимальные экс-
плуатационные характеристики, надежность; недостатки - невы-
сокие показатели управляемости автомобиля и характеристики
плавности хода.
Адаптивная подвеска. Адаптивной называют такую подвеску,
которая автоматически изменяет свои характеристики (адаптиру-
ется) во время движения. Адаптивная подвеска обычно включает
в себя следующие элементы:
— электронный блок управления подвеской;
— регулируемые стабилизаторы поперечной устойчивости:
— активные (регулируемые) стойки амортизаторов;
— датчики (ускорения кузова, неровной дороги, дорожного
просвета и др.).
Электронный блок управления управляет режимами работы
подвески. Данный элемент анализирует информацию с датчи-
ков либо получает сигнал от блока ручного управления, которым
управляет водитель. Соответственно в первом случае корректиров-
ка происходит автоматически, а во втором — в ручном режиме.
Регулируемый стабилизатор поперечной устойчивости меняет
степень своей жесткости по сигналу от блока управления. Стаби-
221
6. Ходовая часть
лизаторы поперечной устойчивости включаются в работу при ма-
неврировании автомобиля. Адаптивная подвеска использует этот
компонент для уменьшения крена кузова автомобиля. Современ-
ные системы управления подвеской получают, анализируют и от-
правляют сигналы к исполняющим механизмам за миллисекун-
ды. Это позволяет мгновенно менять настройки подвески.
Активные (регулируемые) стойки амортизаторов оперативно ре-
агируют на тип дорожного покрытия и режим движения автомоби-
ля, изменяя степень жесткости системы подрессоривания. Различа-
ют два вида активных стоек амортизаторов - с электромагнитным
клапаном и с магнитно-реологической жидкостью. Стойки первого
вида изменяют жесткость подвески с помощью электромагнитного
клапана, который имеет переменное сечение. Само сечение меняет-
ся в зависимости от напряжения, которое подает электронный блок
управления. Стойки второго вида заполнены специальной жидко-
стью, которая изменяет вязкость за счет воздействия электромаг-
нитного поля. Сопротивление прохождению жидкости через кла-
паны амортизатора увеличивает жесткость подвески.
Датчики адаптивной подвески предназначены для измере-
ния различных величин и отправки информации в электронный
блок управления. Датчик ускорения кузова постоянно оценивает
качество дороги и срабатывает при раскачке кузова автомоби-
ля. Датчик неровной дороги реагирует на неровности дорожной
поверхности, отправляя сигнал при вертикальных колебаниях.
Благодаря этому сенсору электронный блок управления свое-
временно «узнает» о прохождении неровности. Датчик положе-
ния кузова связывается с системой управления при различных
маневрах автомобиля (ускорении, торможении), когда задняя
часть автомобиля становится ниже передней и наоборот.
Преимущества адаптивной подвески: лучшие ходовые каче-
ства автомобиля, комфорт и безопасность водителя и пассажиров
при движении. Главный недостаток адаптивной системы - высо-
кая стоимость.
Торсионная подвеска. Торсионная подвеска отличается от
классической пружинной тем, что вместо пружин в ее конструк-
ции используются торсионы. Торсион — упругий вал, который
одной стороной жестко закреплен на раме или усиленном эле-
менте кузова, а другая сторона связана со ступицей колеса.
В автомобилях с передним приводом и поперечным распо-
ложением рычагов подвески торсионы закреплены вдоль кузова
222
61 Подвеска
(рис. 6.2). В случае с продольными рычагами торсионы соответ-
ственно закрепляются поперек кузова автомобиля.
Рис. 6.2. Торсионная подвеска:
1 — ступица; 2 — приводной вал; 3 — нижний поперечный
рычаг; 4 — верхний поперечный рычаг; 5 — амортизатор;
6 - стабилизатор поперечной устойчивости; 7 - передний
дифференциал; 8 — продольный торсион; 9 — подрамник
Наиболее распространенный пример торсионной подвески —
задняя полунезависимая подвеска легковых автомобилей с перед-
ним приводом (рис. 6.3). Данная подвеска представляет собой два
продольных рычага, которые соединены между собой U-образной
балкой. Соединительная балка в силу своей конструкции имеет
возможность работать на скручивание и позволяет колесам от-
рабатывать неровности независимо друг от друга.
Рис. 6.3. Торсионная задняя полунезависимая подвеска:
1 — резинометаллический шарнир (сайлентблок);
2 — амортизатор; 3 — поперечная балка (торсионная балка);
4 — витая пружина; 5 - ступица колеса; 6 — продольный рычаг
223
6. Ходовая часть
Пневматическая подвеска. В пневматической подвеске в каче-
стве упругих элементов применяются пневмоэлементы (рис. 6.4).
Она не является отдельным видом подвески автомобиля. Пнев-
моэлементы могут быть смонтированы на стойках McPherson,
многорычажной подвеске, упругой балке и пр.
Рис. 6.4. Устройство пневматической подвески:
1 - блок управления подвеской; 2 — блок управления двигателем;
3, 6— задняя стойка с пневмоэлементом; 4 — правый задний датчик
положения кузова; 5— компрессор пневмоподвески; 7— датчик
ускорения кузова; 8, 13 — датчик ускорения колеса; 9 — левый задний
датчик положения кузова; 10 - ресивер; И — левый передний датчик
положения кузова; 12, 16 - передняя стойка с пневмоэлементом;
14 — правый передний датчик положения кузова;
15 — блок управления ABS
Выделяют три основных типа пневмоподвески:
— одноконтурная система (устанавливается только на одну
ось автомобиля);
— двухконтурная система (может быть установлена как на
одну ось, так и на две. В случае с установкой на одну ось осущест-
вляется независимое регулирование колес. Если двухконтурная
система осуществляет управление двумя осями, это аналогично
двум одноконтурным системам);
— четырехконтурная система (управляет пневмоэлементами
каждого колеса. Упругие пневмоэлементы являются исполни-
тельными механизмами подвески, в задачи которых входят регу-
лировка и поддержание клиренса. Регулировка может осущест-
вляться как в ручном, так и в автоматическом режиме. Изменение
224
61 Подвеска
высоты кузова относительно дороги осуществляется за счет из-
менения давления воздуха в пневмоэлементах).
Пневмоэлемент может иметь разные исполнения — самосто-
ятельный узел или совмещенный с амортизатором. Во втором
случае упругий пневмоэлемент наиболее часто называется пнев-
матической амортизаторной стойкой.
Конструктивно пневмоэлемент состоит из корпуса, штока с
поршнем и манжеты.
Компрессор предназначен для подачи сжатого воздуха в ре-
сивер и далее в исполнительные механизмы.
Ресивер осуществляет регулировки клиренса в малых преде-
лах без участия компрессора.
Воздушные магистрали соединяют все элементы пневмати-
ческой подвески в единую систему.
Электронные датчики позволяют отслеживать такие параме-
тры, как положение кузова относительно дороги, наклон кузова,
ускорение автомобиля и пр.
Блок управления предназначен для обработки сигналов дат-
чиков и осуществления автоматической или ручной регулировки
подвески.
В ручном режиме водитель может самостоятельно увеличи-
вать или уменьшать дорожный просвет автомобиля. Если же в
конструкции подвески предусмотрены пневматические аморти-
заторные стойки, имеется возможность регулировки жесткости
подвески.
В автоматическом режиме работают адаптивные подвески,
в обязанности которых входит поддержание определенного кли-
ренса и жесткости амортизаторов в зависимости от различных
условий.
В зависимости от скорости движения, интенсивности уско-
рения система подстраивает значение клиренса для наилучшей
аэродинамики автомобиля. При прохождении поворотов на боль-
шой скорости оцениваются крены автомобиля, и за счет сжатого
воздуха увеличивается жесткость нагружаемых амортизаторных
стоек. Адаптивная пневмоподвеска позволяет максимально сни-
жать центр тяжести автомобиля, за счет чего достигаются лучшая
управляемость и аэродинамика.
Рессорная подвеска. Рессорная подвеска (рис. 6.5) — один из
видов механической подвески. В качестве упругих элементов в
ней выступают листовые рессоры.
225
6. Ходовая часть
Рис. 6.5. Рессорная подвеска:
а - общий вид; б - схема; 1 - кронштейн амортизатора; 2 — рессора;
3 — амортизатор; 4— рама; 5— накладка; 6— стремянка;
7 — подкладка; 8 — кронштейн серьги; 9 — кронштейн амортизатора;
10 — гайка стремянки; 11 — ось; 12 — втулка резиновая; 13 — буфер;
14 — шека серьги внутренняя; 15 - палец;
16- шека серьги наружная; 17— гайка пальца
Рессорная подвеска состоит из стальных листов различной
длины, соединенных между собой специальными хомутами. По-
середине листовая рессора крепится к мосту, на котором ось с
колесами. Концы рессоры соединяются с кузовом автомобиля
серьгами или шарнирами.
Рессоры имеют свойство незначительно смешать продольно
мост автомобиля, к которому они прикреплены, что ухудшает
управляемость автомобиля на высокой скорости.
Простая конструкция рессорной подвески обусловливает ее
высокую надежность и небольшую стоимость. Кроме того, рес-
соры легко переносят значительные перегрузки и езду по плохо-
му покрытию. К недостаткам рессорной подвески относят малый
срок службы: из-за частых перегрузок рессоры со временем на-
чинают проседать.
226
62. Амортизаторы
6.2. Амортизаторы
Передние и задние амортизаторы являются демпфирующи-
ми элементами подвески автомобиля. Работая в паре с упругими
элементами подвески (пружинами или торсионами), амортизато-
ры выполняют следующие основные функции:
— гашение колебаний кузова и колес автомобиля;
— сохранение контакта колеса с опорной поверхностью;
— обеспечение плавности хода автомобиля.
Амортизаторы подразделяют на масляные и газовые. Кроме
того, амортизаторы бывают одно- и двухтрубные. Гидравлический
двухтрубный амортизатор показан на рисунке 6.6, а.
а
Рис. 6.6. Устройство амортизатора:
а - двухтрубного; б — однотрубного;
1 — верхняя проушина; 2 — сальник; 3 — направляющая
штока; 4 — воздух; 5— шток поршня; 6 ~ корпус; 7— корпус
резервуара; 8- рабочий цилиндр; 9, И — рабочая полость;
10 - поршень; 12 — донный клапан; 13 — нижняя проушина:
14 — сальник штока; 15 — плавающий поршень; 16 — газ
227
6. Ходовая часть
Рабочий цилиндр расположен в корпусе амортизатора, кото-
рый служит одновременно резервуаром и наполнен определен-
ным количеством масла. Поршень соединен со штоком и рас-
полагается в рабочем цилиндре.
При работе на сжатие поршень со штоком движется вниз и
вытесняет масло через клапан прямого хода из рабочего цилин-
дра в корпус амортизатора. При этом воздух, который находится
в верхней части резервуара, немного сжимается. При работе на
отбой поршень движется в обратном направлении и через клапан
обратного хода перепускает масло из корпуса в рабочий цилиндр.
Двухтрубный газовый амортизатор (газомасляный) никаких
конструктивных отличий от гидравлического не имеет. Разница
состоит лишь в том. что в полость корпуса амортизатора вместо
воздуха закачивается газ (чаще азот). Газ является своеобразным
аккумулятором давления и препятствует вспениванию масла.
Однотрубный газовый амортизатор (рис. 6.6, б) делится на две
камеры при помоши поршня-поплавка. В нижнюю камеру за-
качан азот под большим давлением, а верхняя камера заполнена
маслом, в котором и перемешается основной поршень со штоком.
Рабочая камера отсутствует, поэтому клапан прямого хода рас-
положен на поршне рядом с клапаном отбоя.
Однотрубная конструкция позволила значительно увеличить
объем масла и газа, не меняя размеров самого амортизатора, и,
как следствие, исключить перегрев и вспенивание масла.
Ё Вопросы лля самоконтроля
1. Назовите функции подвески.
2. Дайте сравнительную характеристику типов подвески.
3. Опишите устройство одно- и двухтрубного амортизатора.
6.3. Колесные диски и шины
Колесо преобразует крутящий момент, передаваемый от ДВС
посредством трансмиссии, в поступательное движение транс-
портного средства. Благодаря эластичности колесо частично по-
глощает мелкие неровности дорожного покрытия.
Автомобильное колесо состоит из следующих элементов
(рис. 6.7):
— шина;
— камера из тонкой резины (для камерной шины);
228
6.3. Колесные диски и шины
— воздушный вентиль;
— колесный диск (диск колеса и обод).
Рис. 6.7. Устройство колеса:
а — колесо; б — уплотняющий буртик на ободе бескамерной шины;
1 — диск колеса; 2 — cfovir, 3 — борт; 4 — камера; 5 — боковина;
6 — корд; 7 — протектор
Колесный диск является связующим звеном между шиной
и ступицей. Диск с надетой шиной — это и есть колесо в сборе,
которое при помощи болтов или гаек крепится к ступице.
Диски могут быть стальными штампованными, отлитыми и
коваными из легких сплавов (алюминия, магния).
Шина имеет следующие составные части:
— каркас — главный силовой элемент, состоящий из одного
или нескольких слоев обрезиненного корда, закрепленных, как
правило, на бортовых кольцах. Корд представляет собой ткань,
изготавливаемую на основе натуральных или синтетических во-
локон и тонких стальных нитей (металлокорд);
— брекер — внутренняя деталь покрышки, расположенная
между каркасом и протектором и состоящая из нескольких слоев
обрезиненного металлического или другого корда; предназначен
для смягчения ударных нагрузок на шину, возникающих при
движении автомобиля по дороге;
— протектор — наружная резиновая часть покрышки шины,
как правило, с рельефным рисунком, обеспечивающая сцепление
с дорогой и предохраняющая каркас от повреждений;
— боковина — слой покровной резины, расположенный на
боковой стенке покрышки, предохраняющий каркас от наруж-
ных повреждений;
229
6. Ходовая часть
— борт покрышки — жесткая часть пневматической шины,
обеспечивающая ее крепление на ободе колеса.
Строение автомобильной бескамерной шины показано на
рисунке 6.8.
Рис. 6.8. Строение автомобильной шины:
1 — бортовое проволочное кольцо; 2 — боковина; 3 — продольная
канавка протектора; 4 — плечевая часть протектора; 5 — центральное
ребро протектора; 6 — протектор; 7 - нейлоновый слой брекера;
8 - второй слой стального брекера; 9 - первый слой стального
брекера; 10 - второй слой текстильного каркаса; 11 — первый слой
текстильного каркаса; 12 - бортовая лента; 13 — пятка борта;
14 - основание борта; 15 - носок борта; 16 - наполнительный шнур;
17— герметизирующий слой; 18 — полканавочный слой протектора
По типу каркаса шины делятся на радиальные и диагональ-
ные (рис. 6.9).
Рис. 6.9. Виды шин по типу каркаса:
а — радиальная; б — диагональная
230
6.3. Колесные диски и шины
Преимущества радиальных шин: износостойкость, способ-
ность выдерживать самые высокие нагрузки, обеспечение хоро-
шей устойчивости автомобиля, пониженное сопротивление каче-
нию, легкость; основной недостаток — уязвимость боковой части
шины к механическому воздействию.
Рисунок протектора шин может быть направленным, нена-
правленным и асимметричным (рис. 0.10).
Рис. 6.10. Рисунки протектора шин:
а - ненаправленный; б - направленный; в - асимметричный
Ненаправленный рисунок — симметричный относительно
радиальной плоскости колеса, проходящей через его ось враще-
ния; является наиболее универсальным, поэтому большая часть
шин выпускается с таким рисунком.
Направленный рисунок — симметричный относительно пло-
скости, проходящей через середину протектора; обладает улуч-
шенной способностью отвода воды из пятна контакта с дорогой
и пониженной шумностью.
Асимметричный рисунок — не симметричный относитель-
но центральной плоскости вращения колеса. Его используют для
реализации разных свойств в одной шине (например, наружная
сторона шины лучше работает на сухой дороге, а внутренняя —
на мокрой).
Независимо от конфигурации рисунка все шины делятся на
летние, зимние и так называемые всесезонные. Протектор зим-
них шин имеет более глубокий и рельефный рисунок, нежели
летних. Кроме того, верхний слой зимней покрышки выполнен
из более мягкой резины. Всесезонные покрышки являются свое-
образным маркетинговым ходом и по качеству сцепления с до-
рогой сопоставимы с летними экземплярами.
Обозначение шины содержит информацию о размерах,
конструкции шины, индексах скорости и грузоподъемности
(рис. 6.11). В соответствии с действующими стандартами обо-
231
6. Ходовая часть
значение размеров может быть миллиметровым, дюймовым или
смешанным.
6 7 8 9
Рис. 6.11. Обозначения шин:
1 — обозначение внутренней стороны шины при асимметричном
рисунке протектора; 2 — максимальная нагрузка и давление;
3 - количество слоев и тип корда каркаса и брекера; 4 — товарный
знак завода-изготовителя; 5 - ширина профиля; 6 — серия;
7, 15 — обозначение радиальной шины; 8 — обозначение бескамерной
шины; 9 — посадочный диаметр; 10 - индекс грузоподъемности;
11 - индекс скорости; 12 - обозначение направления вращения
шины на автомобиле (при направленном рисунке протектора);
13 - дата изготовления; 14 - знак официального утверждения
шины на соответствие Правилам № 30 ЕЭК ООН, условный
номер страны, выдавшей сертификат, и номер сертификата;
16 — наименование модели
Цифры 2801 (поз. 13) означают, что дата изготовления дан-
ной шины - 28-я неделя 2001 года (до 2000 года использовались
трехзначные числа).
Основные размеры шин:
— посадочный диаметр (d) на обод колеса, обозначается в
дюймах;
— ширина профиля (5) смонтированной на обод и накачанной
шины без нагрузки, обозначается в миллиметрах или дюймах.
Этот размер должен соответствовать посадочной ширине обода;
- серия (й) - отношение высоты профиля к его ширине в
процентах. Если серия отсутствует в маркировке, значит, это от-
ношение составляет 80 % или более;
232
6.3. Колесные диски и шины
— наружный диаметр (D) — диаметр смонтированной на обод
и накачанной шины без нагрузки;
— высота профиля (//) — разница между наружным и поса-
дочным диаметрами. В обозначении шин не приводится.
Примеры обозначения
шин по ГОСТ 4754-97:
Расшифровка:
1) 185/70R14:
2) 215/90-15С:
3) 5,90-13С.
185, 215, 5,90 — ширина профиля в миллиме-
трах или дюймах;
70, 90 — серия (отношение высоты профиля к
его ширине в процентах);
R — обозначение радиальной шины (в обозна-
чении диагональной шины булеву D не указы-
вают);
14, 15, 13 - посадочный диаметр обода в дюймах;
С — индекс, обозначающий, что покрышка
предназначена для легких грузовых автомоби-
лей и автобусов особо малой вместимости.
й Вопросы лая самоконтроля
1. Назовите основные части автомобильного колеса.
2. В чем отличие между диагональными и радиальными шинами?
3. По каким параметрам производится маркировка шин?
233
7. СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
Под системой управления понимается совокупность
устройств и (или) механизмов, предназначенных для изменения
скорости автомобиля и изменения направления движения.
Система изменения скорости движения, или тормозная си-
стема, является главным узлом безопасности водителя и пасса-
жиров. Служит также для экстренного торможения в случае не-
обходимости.
Система изменения направления движения (рулевое управ-
ление) применяется для управления автомобилем.
Современные транспортные средства в зависимости от целевого
назначения снабжены множеством систем управления, значитель-
но облегчающих труд водителя. Широко применяются усилите-
ли, способствующие уменьшению физической и нервной нагрузок
при управлении автомобилем. В настоящее время на транспорт-
ных средствах получают распространение и электронные автома-
тизированные системы управления в виде микропроцессоров, ми-
кроЭВМ или аналоговых вычислительных устройств, на которые
возлагается часть операций по управлению машиной, контролю
за работой различных узлов и агрегатов. В первую очередь авто-
матизируются операции, связанные с повышением безопасности
движения, зашитой водителя и пассажиров, поддержанием ком-
фортабельных условий работы водителя, а также монотонные опе-
рации по управлению, существенно утомляющие водителя. Одна-
ко полная автоматизация процессов движения машин на практике
невозможна — автоматическая система управления не сможет оце-
нить дорожную ситуацию и среагировать правильно.
7.1. Рулевое управление
Рулевое управление предназначено для обеспечения движе-
ния автомобиля в заданном направлении и является одной из
важнейших систем управления автомобилем.
234
7.1. Рулевое управление
Основа рулевого управления — рулевой механизм, выполня-
ющий следующие функции:
— увеличение усилия, приложенного к рулевому колесу;
— передача усилия рулевому приводу;
— самопроизвольный возврат рулевого колеса в нейтральное
положение при снятии нагрузки.
По своей сути рулевой механизм — это механическая переда-
ча (редуктор), поэтому основным его параметром является пере-
даточное число. В зависимости от вида механической передачи
различают следующие типы рулевых механизмов:
— реечный (наиболее часто используется в легковых автомо-
билях);
— червячный;
— винтовой.
7.1.1. Реечный рулевой механизм
Реечный рулевой механизм включает шестерню и рулевую
рейку (рис. 7.1). Шестерня устанавливается на валу рулевого ко-
леса и находится в постоянном зацеплении с рулевой (зубчатой)
рейкой.
Рис. 7.1. Схема реечного рулевого механизма:
1 — подшипник скольжения; 2 — манжеты высокого давления;
3 — корпус золотников; 4 — насос; 5 - компенсационный бачок;
6 — рулевая тяга; 7 — рулевой вал; 8 — рейка;
9 — компрессионный уплотнитель; 10 - защитный чехол
235
7. Системы управления
При вращении рулевого колеса рейка перемешается вправо
или влево. При движении рейки присоединенные к ней тяги руле-
вого привода перемешаются и поворачивают управляемые колеса.
Реечный рулевой механизм отличается простотой конструк-
ции, высоким КПД, а также высокой жесткостью. Вместе с тем
данный тип рулевого механизма чувствителен к ударным на-
грузкам от дорожных неровностей, склонен к вибрациям. В силу
своих конструктивных особенностей реечный рулевой механизм
устанавливается на переднеприводных автомобилях с независи-
мой подвеской управляемых колес.
7.1.2. Червячный рулевой механизм
Червячный рулевой механизм состоит из глобоидного червя-
ка (червяка с переменным диаметром), соединенного с рулевым
валом, и ролика (рис. 7.2). На валу ролика вне корпуса рулевого
механизма установлен рычаг (сошка), связанный с тягами руле-
вого привода.
Рис. 7.2. Устройство червячного рулевого механизма:
1 — картер рулевого механизма; 2 — червяк; 3 — ролик;
4 — сошка; 5 — гайка винта регулировки зацепления
червяк-ролик; 6 — пробка маслоналивного отверстия
236
71 Рулевое управление
Вращение рулевого колеса обеспечивает обкатывание ролика
по червяку, качание сошки и перемещение тяг рулевого привода,
чем достигается поворот управляемых колес.
Червячный рулевой механизм обладает меньшей чувствитель-
ностью к ударным нагрузкам, обеспечивает большие углы пово-
рота управляемых колес и соответственно лучшую маневренность
автомобиля. С другой стороны, червячный механизм сложен в
изготовлении, поэтому отличается высокой стоимостью. Рулевое
управление с таким механизмом имеет большое число соедине-
ний и соответственно требует периодической регулировки.
Червячный рулевой механизм применяется на легковых ав-
томобилях повышенной проходимости с зависимой подвеской
управляемых колес, легких грузовых автомобилях и автобусах.
7.1.3. Винтовой рулевой механизм
Винтовой рулевой механизм объединяет следующие кон-
структивные элементы: винт на валу рулевого колеса; гайка,
перемещаемая по винту; зубчатая рейка, нарезанная на гайке;
зубчатый сектор, соединенный с рейкой; рулевая сошка, распо-
ложенная на валу сектора (рис. 7.3).
Рис. 7.3. Схема винтового рулевого механизма:
1 — картер рулевого управления; 2 — вал-сектор; 3 — гайка-рейка;
4 — шарики; 5 — стопорное кольцо; 6, 9 - защитные крышки;
7— карданный шарнир; 8 — втулка; 10- манжета; И — подшипники
винта; 12 — регулировочные прокладки; 13 — винт; 14 — сошка;
15 — крышка нижняя картера; 16 — уплотнительное кольцо
Отличительной особеностью устройства винтового рулевого
механизма является соединение винта и гайки с помощью шари-
ков. чем достигается меньшее трение и износ рабочей пары.
237
7. Системы управления
Поворот рулевого колеса сопровождается вращением винта,
который перемешает надетую на него гайку. При этом проис-
ходит циркуляция шариков. Гайка посредством зубчатой рейки
перемешает зубчатый сектор и с ним рулевую сошку.
Винтовой рулевой механизм в сравнении с червячным меха-
низмом имеет больший КПД и реализует большие усилия.
7.1.4. Усилитель рулевого управления
Гидроусилителем рулевого управления называется конструк-
тивный элемент рулевого управления автомобиля, в котором до-
полнительное усилие при повороте рулевого колеса создается с
помощью дополнительного силового привода.
Различают следующие виды усилителя рулевого управления:
— гидравлический без электронного управления;
- гидравлический с электронным управлением;
- электроусилитель.
Устройство гидроусилителя включает в себя несколько основ-
ных составных элементов:
— насос;
— распределитель;
— силовой цилиндр;
— соединительные трубопроводы.
В автомобилях используются два типа гидроусилителей:
— комбинированный (интегрированный);
— раздельный.
У комбинированного гидроусилителя распределитель и ци-
линдр интегрированы в рулевой механизм, что позволяет сделать
конструкцию более компактной.
Механизм рулевого управления с комбинированным гидро-
усилителем представлен на рисунке 7.4.
Трехзубый сектор, установленный на валу сошки и взаимо-
действующий с зубчатой рейкой поршня-рейки, расположен в
картере рулевого механизма на двух подшипниках.
Вал-золотник распределителя с рабочими гидравлическими
элементами размешен одним концом в осевом отверстии винта
рулевого механизма, а другим опирается на подшипник в кор-
пусе распределителя. Вал-золотник и винт связаны между со-
бой посредством сегментных поперечно расположенных упо-
ров: упоры ограничивают их взаимный относительный поворот
и обеспечивают механическую связь при передаче вращения от
238
7.1. Рулевое управление
вал а-зол от ника винту рулевого механизма при выходе из строя
гидроусилителя.
Рис. 7.4. Схема гидроусилителя рулевого управления:
1 - вал-золотник; 2 - торсион; 3 - гильза; 4 — винт;
5— поршень-рейка; 6 — вал сошки; 7— масляный бачок; 8 — сетчатый
фильтр; 9 — насос; А — полость силового цилиндра, находящаяся
под давлением рабочей жидкости при повороте налево; Б - полость
силового цилиндра, из которой рабочая жидкость уходит
на слив при повороте налево
Рассмотрим на схеме работу механизма при левом повороте.
Водитель через рулевое колесо и вал поворачивает вал-золотник,
соединенный с винтом посредством торсиона. Вращение вала-
золотника относительно гильзы винта приводит к перекрытию
каналов гидрораспределителя, отвечающих за слив рабочей жид-
кости из полости А, и открытию каналов, обеспечивающих слив
из полости Б. Одновременно происходит отсоединение полости Б
от напорной магистрали, и рабочая жидкость под давлением по-
ступает в полость А. Поршень-рейка под воздействием давления
рабочей жидкости перемещается в направлении корпуса распре-
делителя. Зубчатая рейка, взаимодействуя с зубчатым сектором,
вызывает поворот последнего, а через него — поворот сошки и
управляемых колес автомобиля. При снятии усилия с рулевого
239
7. Системы управления
колеса скрученный торсион возвращает вал-золотник в среднее
положение, при этом в полостях А и Б устанавливается давление
слива. Управляемые колеса под действием стабилизирующего мо-
мента занимают положение для движения по прямой, поворачи-
вая сошку и связанный с ней вал-сектор. Вращение вала-сектора
вызывает перемещение поршня-рейки до занятия ею среднего
положения в механизме.
Для улучшения управляемости автомобиля необходимо сни-
жать гидравлическое усиление при высоких скоростях и повы-
шать его при малых скоростях движения и вращении рулевого
колеса при неподвижном автомобиле. Для выполнения этих тре-
бований автомобили оснащаются гидроусилителями с электрон-
ным управлением и регулированием типа Servotronic.
Электронный блок управления системы Servotronic обраба-
тывает сигнал скорости автомобиля и изменяет в соответствии
с ним ток управления электромагнитным клапаном (рис. 7.5).
При повышении скорости автомобиля блок управления системы
уменьшает ток управления электромагнитным клапаном. В ре-
зультате этот клапан частично открывается и перепускает ограни-
ченное количество рабочей жидкости из приточного кольцевого
паза в полость над реактивным поршнем. При этом жиклер пре-
пятствует сильному оттоку рабочей жидкости на слив, благодаря
чему в полости над реактивным поршнем создается достаточно
высокое давление. В зависимости от величины этого давления
изменяется усилие, передаваемое поршнем на шарики и далее на
втулку распределителя. Чем выше давление рабочей жидкости,
тем большие усилия создаются усилителем и тем большие усилия
должен прилагать водитель к рулевому колесу.
Действующее на реактивный поршень давление передается на
шарики, которые установлены между ним и скошенными поверх-
ностями центрирующей втулки, жестко соединенной с распреде-
лительной втулкой. Точное центрирование клапана управления
особенно благоприятно при движении автомобиля по прямой.
При вращении клапана управления находящиеся под нагрузкой
шарики противодействуют повороту золотника относительно
распределительной втулки. Таким образом, гидравлический спо-
соб создания реактивных усилий используется для повышения
момента на рулевом колесе до уровня, подбираемого индивиду-
ально для каждой модели автомобиля.
240
71 Рулевое управление
Рис. 7.5. Блок клапана управления:
1 — распределительная втулка; 2 - сливная полость;
3 — ограничительный клапан; 4 — электромагнитный
клапан; 5 - приточный кольцевой паз; 6 — жиклер;
7— шарик; 8 — реактивный поршень; 9 - полость над
реактивным поршнем; 10 — центрирующая втулка
При высоких скоростях движения ток управления снижается
до нуля, и электромагнитный клапан открывается полностью. В ре-
зультате на реактивный поршень действует максимальное давление,
соответствующее его величине в приточном кольцевом пазу. Как
следствие, при повороте рулевого колеса на реактивный поршень
действует повышенное давление рабочей жидкости. Если действу-
ющее на реактивный поршень давление достигло установленного
для данного автомобиля предела, открывается ограничительный
клапан, через который рабочая жидкость перетекает в сливную по-
лость. При этом дальнейший рост давления прекращается.
При небольшой или нулевой скорости движения сила проте-
кающего через электромагнитный клапан тока достигает макси-
мальной величины, в результате чего электромагнитный клапан
закрывается и предотвращает поступление рабочей жидкости
в полость над реактивным поршнем. При этом в полости над
реактивным поршнем поддерживается такое же давление, как
и в сливной полости, так как они соединены между собой по-
средством жиклера. Таким образом, клапан управления системы
Servotronic действует аналогично обычному клапану с поворот-
ным золотником. Так как действие реактивного поршня отсут-
ствует, для поворота колес автомобиля требуются относительно
небольшие усилия на рулевом колесе.
241
7. Системы управления
На привод насоса гидроусилителя затрачивается значитель-
ная мощность (57 л. с.), поэтому в целях экономии топлива при-
меняют гидравлические насосы с приводом не от коленчатого
вала, а от электродвигателя, который включается в работу по
сигналу блока управления.
Й Вопросы лля самоконтроля
1. Укажите функции рулевого управления.
2. Какой признак лежит в основе классификации рулевых механизмов?
3. Опишите устройство реечного, червячного и винтового рулевых ме-
ханизмов. проведите сравнительный анализ их достоинств и недостатков.
4. Объясните принцип действия гидроусилителя рулевого управления.
7.2. Тормозная система
Тормозная система предназначена для управляемого измене-
ния скорости автомобиля, его остановки, а также удержания на
месте длительное время за счет использования тормозной силы
между колесом и дорогой. Тормозная сила может создаваться ко-
лесным тормозным механизмом, гидравлическим или электриче-
ским тормозом-замедлителем в трансмиссии.
Для реализации указанных функций на автомобиле устанав-
ливаются рабочая, запасная, стояночная и вспомогательная си-
стемы.
Рабочая тормозная система обеспечивает управляемое умень-
шение скорости и остановку автомобиля.
Запасная тормозная система используется при отказе и неис-
правности рабочей системы. Она выполняет те же функции, что и
рабочая система. Запасная тормозная система может быть реали-
зована в виде специальной автономной системы или части рабо-
чей тормозной системы (один из контуров тормозного привода).
Стояночная тормозная система предназначена для удержания
автомобиля на месте длительное время.
Вспомогательная тормозная система применяется на затяж-
ных спусках при движении автомобиля с постоянной скоростью
и выполняется независимой от других тормозных систем.
7.2.1. Устройство и принцип действия
Тормозная система состоит из привода и тормозного меха-
низма (рис. 7.6).
242
72. Тормозная система
Рис. 7.6. Схема тормозной системы:
1 - тормозной диск; 2 - скоба тормоза в сборе с цилиндром
и направляющей колодок; 3, 10 - соответственно передний и задний
тормозные шланги; 4 — главный тормозной цилиндр; 5 — бачок
главного цилиндра; 6 — вакуумный усилитель; 7, 9, 19 — соответственно
рычаг привода, трос и тяга стояночного тормоза; 8 — кронштейн
рычага привода стояночного тормоза; 11 - тормозной барабан;
12 — кронштейн крепления регулятора давления; 13, 17— рычаги
привода регулятора давления; 14, 15 - рабочий тормозной цилиндр и
тормозные колодки заднего тормоза; 16 — регулятор давления задних
тормозов; 18 — уравнитель троса; 20 — тормозная педаль;
А - трубопроводы контура «правый передний - левый задний тормоза»;
Б - трубопроводы контура «левый передний — правый задний тормоза»
Принцип действия тормозной системы с гидравлическим
приводом представлен на рисунке 7.7.
Рис. 7.7. Принцип действия тормозной системы
с гидравлическим приводом:
1 - тормозные цилиндры передних колес; 2 — трубопровод передних
тормозов; 3 — трубопровод задних тормозов; 4 — тормозные цилиндры
задних колес; 5 - бачок главного тормозного цилиндра; 6 - главный
тормозной цилиндр; 7— поршень главного тормозного цилиндра:
8 — шток; 9 — педаль тормоза
243
7. Системы управления
При нажатии на педаль тормоза нагрузка через шток передает-
ся на поршень главного тормозного цилиндра. Поршень главного
тормозного цилиндра нагнетает жидкость через трубопроводы 2
и 3 к колесным цилиндрам. При этом увеличивается давление
жидкости в тормозном приводе. Поршни колесных цилиндров 1
и 4 перемещают тормозные колодки к дискам (барабанам).
При дальнейшем нажатии на педаль увеличивается давление
жидкости и происходит срабатывание тормозных механизмов,
которое приводит к замедлению вращения колес и появлению
тормозных сил в точке контакта шин с дорогой. Чем большая
сила приложена к тормозной педали, тем быстрее и эффективнее
осуществляется торможение колес. Давление жидкости при тор-
можении может достигать 10...15 МПа.
При окончании торможения (отпускании тормозной педа-
ли) педаль под воздействием возвратной пружины перемещает-
ся в исходное положение. В исходное положение перемешается и
поршень главного тормозного цилиндра. Пружинные элементы
отводят колодки от дисков (барабанов). Тормозная жидкость из
колесных цилиндров по трубопроводам вытесняется в главный
тормозной цилиндр. Давление в системе падает.
Для реализации тормозных функций работа элементов ги-
дропривода организована по независимым контурам. При выходе
из строя одного контура его функции выполняет другой. Рабочие
контуры могут дублировать друг друга, выполнять часть функ-
ций друг друга или только свои функции (осуществлять работу
определенных тормозных механизмов). Наиболее востребованной
является схема, в которой два контура функционируют диаго-
нально.
В состав гидравлического тормозного привода могут быть
включены различные электронные системы: антиблокировочная
система тормозов, усилитель экстренного торможения, система
распределения тормозных усилий, электронная блокировка диф-
ференциала.
Тормозной механизм предназначен для создания тормозного
момента, необходимого для замедления и остановки автомобиля.
На автомобилях используются фрикционные тормозные механиз-
мы, работа которых основана на использовании сил трения. Тор-
мозные механизмы рабочей системы устанавливаются непосред-
ственно в колесе. Тормозной механизм стояночной системы может
располагаться за коробкой передач или раздаточной коробкой.
244
72. Тормозная система
В зависимости от конструкции фрикционной части различа-
ют барабанные и дисковые тормозные механизмы.
Тормозной механизм состоит из вращающейся и неподвиж-
ной частей. В качестве вращающейся части барабанного механизма
используется тормозной барабан, неподвижной части - тормоз-
ные колодки или ленты (рис. 7.8).
Рис. 7.8. Барабанный тормозной механизм:
1 - гайка крепления ступицы; 2 — ступица колеса; 3 - нижняя
стяжная пружина колодок; 4 — тормозная колодка; 5 — направляющая
пружина; 6 — колесный цилиндр; 7 - верхняя стяжная пружина;
8 - разжимная планка; 9 — палец рычага привода стояночного тормоза;
10 — рычаг привода стояночного тормоза; 11 — шит тормозного механизма
При торможении давление жидкости в колесном цилиндре
раздвигает поршни в противоположном направлении. Поршни
воздействуют на верхние концы тормозных колодок, которые
преодолевают усилие пружин 3 и 7 и прижимаются к барабану.
При растормаживании давление в цилиндре уменьшается, и бла-
годаря возвратным пружинам 3 и 7 колодки сводятся в первона-
чальное положение.
В механизме имеется специальный приводной рычаг 10. со-
единенный верхним концом с одной тормозной колодкой, а через
планку S — с другой. К нижнему концу рычага присоединяется
трос стояночного привода. При вытягивании троса рычаг 10 по-
ворачивается и прижимает к барабану сначала одну колодку 4, а
затем через планку - другую.
Дисковый тормозной механизм с плавающей скобой состоит из
вращающегося тормозного диска, двух колодок, установленных
внутри суппорта с обеих сторон (рис. 7.9).
245
7. Системы управления
Рис. 7.9. Дисковый тормозной механизм:
1 — тормозной диск; 2 — скоба;
3 — суппорт: 4 — тормозные колодки;
5 — цилиндр; 6 — поршень;
7 - сигнализатор износа колодок;
8 — уплотнительное кольцо;
9 - защитный чехол;
10 — направляющий палец; 11 — шит
При торможении поршень перемешается и давит на внутрен-
нюю колодку 4: после того как колодка упрется в диск, а давле-
ние в гидроприводе продолжит возрастать, уже суппорт начнет
перемешаться и прижимать наружную колодку к диску.
Отвод колодок при оттормаживании обеспечивается, во-
первых, упругостью уплотнительных колец, во-вторых, осевым
биением диска. Таким образом, в дисковых тормозах зазор между
контртелами в нерабочем положении весьма мал (порядка сотых
долей миллиметра), что повышает быстродействие тормоза. Тор-
мозные колодки удерживаются и направляются в скобе пазами.
Тормозной привод обеспечивает управление тормозными ме-
ханизмами. В тормозных системах автомобилей применяются
следующие типы тормозных приводов: механический, гидравли-
ческий, пневматический, электрический и комбинированный.
Механический привод используется в стояночной тормоз-
ной системе и представляет собой систему тяг, рычагов и тросов,
соединяющую рычаг стояночного тормоза с тормозными меха-
низмами задних колес. В его конструкцию входят рычаг приво-
да, тросы с регулируемыми наконечниками, уравнитель тросов и
рычаги привода колодок.
На некоторых моделях автомобилей стояночная система при-
водится в действие от ножной педали (стояночный тормоз с нож-
ным приводом). В последнее время в стояночной системе ши-
роко используется электропривод, а само устройство называется
электромеханическим стояночным тормозом.
246
72. Тормозная система
Гидравлический привод является основным типом привода в
рабочей тормозной системе. Его конструкция включает тормоз-
ную педаль, усилитель тормозов, главный тормозной цилиндр,
колесные цилиндры, соединительные шланги и трубопроводы.
Тормозная педаль передает усилие от ноги водителя на глав-
ный тормозной цилиндр.
Вакуумный усилитель тормозов создает дополнительное уси-
лие на педаль тормоза за счет разрежения.
Конструктивно вакуумный усилитель образует единый блок
с главным тормозным цилиндром и включает корпус, диафрагму,
следящий клапан, толкатель, шток поршня главного тормозного
цилиндра, возвратную пружину (рис. 7.10).
Рис. 7.10. Вакуумный усилитель тормозов:
1 — фланец крепления наконечника; 2 — шток; 3 — возвратная
пружина диафрагмы; 4 — уплотнительное кольцо фланца главного
цилиндра; 5 - главный тормозной цилиндр; 6 — шпилька усилителя;
7— корпус усилителя; 8 - диафрагма; 9 — крышка корпуса усилителя;
10 — поршень; 11 — защитный чехол корпуса клапана; 12 — толкатель;
13 — возвратная пружина толкателя; 14 — пружина клапана;
15- следящий клапан; 16- буфер штока; 17- корпус клапана;
А — вакуумная камера; Б — атмосферная камера; В. Г — каналы
247
7. Системы управления
Корпус усилителя разделен диафрагмой на две камеры. Ка-
мера, обращенная к главному тормозному цилиндру, называется
вакуумной, противоположная (со стороны педали тормоза) — ат-
мосферной.
Вакуумная камера через обратный клапан соединена с ис-
точником разрежения. В качестве источника разрежения обычно
используется область во впускном коллекторе двигателя после
дроссельной заслонки. Для обеспечения бесперебойной работы
вакуумного усилителя на всех режимах работы автомобиля в
качестве источника разрежения может применяться вакуумный
электронасос. На дизельных двигателях, где разрежение во впуск-
ном коллекторе незначительное, применение вакуумного насоса
является обязательным. Обратный клапан разъединяет вакуум-
ный усилитель и источник разрежения при остановке двигателя,
а также отказе вакуумного насоса.
Атмосферная камера с помощью следящего клапана имеет
соединение в исходном положении с вакуумной камерой, при на-
жатой педали тормоза — с атмосферой.
Толкатель обеспечивает перемещение следящего клапана. Он
связан с педалью тормоза.
Со стороны вакуумной камеры диафрагма соединена со што-
ком поршня главного тормозного цилиндра. Движение диафраг-
мы обеспечивает перемещение поршня и нагнетание тормозной
жидкости к колесным цилиндрам.
Возвратная пружина по окончании торможения перемешает
диафрагму в исходное положение.
Принцип действия вакуумного усилителя тормозов основан
на создании разности давлений в вакуумной и атмосферной ка-
мерах. В исходном положении давление в обеих камерах одина-
ково и равно давлению, создаваемому источником разрежения.
При нажатии педали тормоза усилие через толкатель пере-
дается к следящему клапану. Клапан перекрывает канал, соеди-
няющий атмосферную камеру с вакуумной. При дальнейшем
движении клапана атмосферная камера через соответствующий
канал соединяется с атмосферой. Разрежение в атмосферной ка-
мере снижается. Разница давлений действует на диафрагму, ко-
торая, преодолевая усилие пружины, перемешает шток поршня
главного тормозного цилиндра.
Конструкция вакуумного усилителя обеспечивает дополни-
тельное усилие на штоке поршня главного тормозного цилиндра,
248
72. Тормозная система
пропорциональное силе нажатия на педаль тормоза. Иными сло-
вами, чем сильнее водитель нажимает на педаль, тем эффектив-
нее будет работать усилитель.
При окончании торможения атмосферная камера вновь со-
единяется с вакуумной камерой, давление в камерах выравнива-
ется. Диафрагма под действием возвратной пружины перемеща-
ется в исходное положение.
Максимальное дополнительное усилие, реализуемое с помо-
щью вакуумного усилителя тормозов, обычно в 3...5 раз превы-
шает усилие от ноги водителя. Дальнейшее повышение величины
дополнительного усилия достигается увеличением числа камер
вакуумного усилителя, а также увеличением размера диафрагмы.
Главный тормозной цилиндр — центральный конструктивный
элемент рабочей тормозной системы. Он преобразует усилие,
прикладываемое к педали тормоза, в гидравлическое давление в
тормозной системе. Работа главного тормозного цилиндра осно-
вана на свойстве тормозной жидкости не сжиматься под действи-
ем внешних сил.
На современных автомобилях устанавливается двухсекцион-
ный главный тормозной цилиндр (рис. 7.11). Каждая из секций
обслуживает свой гидравлический контур. Для переднепривод-
ных автомобилей один контур объединяет, как правило, тор-
мозные механизмы правого переднего и левого заднего колес,
другой - левого переднего и правого заднего колес. В заднепри-
водных автомобилях рабочая тормозная система построена не-
сколько иначе: первый контур обслуживает тормоза передних
колес, второй — задних колес.
Рис. 7.11. Главный тормозной цилиндр:
1 - корпус цилиндра; 2, 3 - поршни привода контуров
тормозов; 4 — распорная шайба; 5 — толкатель
249
7. Системы управления
Главный тормозной цилиндр закреплен на крышке вакуум-
ного усилителя тормозов. Над цилиндром расположен двухсек-
ционный бачок с запасом тормозной жидкости, соединенный с
секциями главного цилиндра через компенсационные и пере-
пускные отверстия. Бачок служит для пополнения жидкости в
тормозной системе в случае небольших ее потерь (утечка, испаре-
ние). Стенки бачка прозрачные, на них выполнены контрольные
метки, что позволяет визуально отслеживать уровень тормозной
жидкости. В бачке также находится датчик уровня тормозной
жидкости. При падении уровня тормозной жидкости ниже уста-
новленного на панели приборов загорается сигнальная лампа.
В корпусе главного тормозного цилиндра расположены друг
за другом (тандемом) два поршня. В первый поршень упирается
шток вакуумного усилителя тормозов, второй поршень установлен
свободно. Уплотнение поршней в корпусе цилиндра выполнено с
помощью резиновых манжет. Возвращение и удержание поршней
в исходном положении обеспечивают две возвратные пружины.
При торможении шток вакуумного усилителя тормозов тол-
кает первый поршень. При движении по цилиндру поршень
перекрывает компенсационное отверстие. Давление в первом
контуре начинает расти. Под действием этого давления переме-
шается второй контур, давление во втором контуре также на-
чинает расти. Образовавшиеся при движении поршней пустоты
заполняются через перепускное отверстие тормозной жидкостью.
Перемещение каждого из поршней происходит до тех пор. пока
позволяет возвратная пружина. При этом в контурах создается
максимальное давление, обеспечивающее срабатывание тормоз-
ных механизмов.
По окончании торможения поршни под действием возврат-
ных пружин возвращаются в исходное положение. Когда поршень
проходит через компенсационное отверстие, давление в контуре
выравнивается с атмосферным. Даже если тормозная педаль отпу-
скается резко, разрежения в рабочих контурах не создается. Этому
препятствует тормозная жидкость, заполнившая полости за порш-
нями. При движении поршня тормозная жидкость плавно возвра-
щается (перепускается) в бачок через перепускное отверстие.
Если в одном из контуров произойдет утечка тормозной жид-
кости. другой контур будет продолжать работать. Например, при
утечке в первом контуре первый поршень беспрепятственно пере-
местится по цилиндру до соприкосновения со вторым поршнем.
250
72. Тормозная система
Второй поршень начинает перемешаться, обеспечивая срабаты-
вание тормозных механизмов во втором контуре.
При утечке во втором контуре работа главного тормозного
цилиндра происходит несколько иначе. Движение первого порш-
ня вовлекает в движение второй поршень, который не встречает
препятствий на своем пути. Он двигается до достижения упором
торца корпуса цилиндра, после чего давление в первом контуре
начинает расти, обеспечивая торможение автомобиля.
Колесный цилиндр обеспечивает срабатывание тормозного ме-
ханизма, т. е. прижатие тормозных колодок к тормозному диску
(барабану).
7.2.2. Антиблокировочная система тормозов
При экстренном торможении значительное усилие на педаль
тормоза может вызвать блокировку колес. Сила сцепления шин
с дорожным покрытием при этом резко ослабевает, и водитель
теряет управление автомобилем.
Антиблокировочные системы тормозов (ABS) призваны обе-
спечить постоянный контроль за силой сцепления колес с до-
рогой и соответственно регулировать в каждый данный момент
тормозное усилие, прилагаемое к каждому колесу. ABS произво-
дит перераспределение давления в ветвях гидропривода колесных
тормозов так, чтобы не допустить блокирования колес и вместе с
тем достичь максимальной силы торможения без потери управ-
ляемости автомобиля.
Антиблокировочная система включает следующие элементы:
— датчики, функцией которых является выдача информации
об угловой скорости колеса, о давлении рабочего тела в тормоз-
ном приводе, замедлении автомобиля и т. д. (в зависимости от
принятой системы регулирования);
— блок управления (обычно электронный), который после
логической обработки информации, поступившей от датчиков,
дает команду исполнительным механизмам;
— исполнительные механизмы (модуляторы давления), кото-
рые в зависимости от поступившей из блока управления коман-
ды снижают, повышают или удерживают на постоянном уровне
давление в тормозном приводе колес.
Наиболее распространены ABS, работающие по трехфазному
циклу (рис. 7.12). Такая система встраивается в качестве допол-
нительной в обычную тормозную систему.
251
7. Системы управления
Рис. 7.12. Функциональная схема ABS:
1 — блок управления; 2 — модулятор; 3 — главный тормозной цилиндр;
4 — бачок; 5 — электрогидронасос; 6 — колесный цилиндр;
7 - ротор колесного датчика; 8 - колесный индуктивный датчик;
9 — сигнальная лампа; 10 - регулятор тормозных сил;
Н/Р - нагнетательный и разгрузочный электромагнитные клапаны
Между главным тормозным цилиндром и колесными цилин-
драми устанавливаются нагнетательные (Н) и разгрузочные (Р)
электромагнитные клапаны, которые либо поддерживают на по-
стоянном уровне, либо снижают давление в приводах колес или
в контурах. Электромагнитные клапаны приводятся в действие
блоком управления, обрабатывающим информацию, поступаю-
щую от четырех колесных датчиков.
Блок управления, куда непрерывно поступают данные о ско-
рости вращения каждого колеса и ее изменениях, определяет
момент возникновения блокировки, затем при необходимости
производит сброс давления и включает гидронасос, который воз-
вращает часть тормозной жидкости обратно в питательный бачок
главного цилиндра.
В модуляторе ABS скомпонованы электромагнитные кла-
паны, гидронасос с аккумуляторами давления жидкости, реле
электромагнитных клапанов и реле гидронасоса (рис. 7.13).
Датчик скорости устанавливается на каждое колесо. Он фик-
сирует текущее значение частоты вращения колеса и преобразует
его в электрический сигнал.
252
72. Тормозная система
Рис. 7.13. Электрогидравлический модулятор:
1 - электромагнитные клапаны; 2 — реле гидронасоса;
3 - реле электромагнитных клапанов; 4 - электрический разъем;
5 — электродвигатель гидронасоса; 6 — радиальный поршневой
элемент насоса; 7- аккумулятор давления; 8- глушитель
Индуктивный колесный датчик состоит из обмотки и сердеч-
ника (рис. 7.14). Зубчатое колесо имеет частоту вращения, равную
частоте вращения колеса. При вращении колеса, выполненного
из ферромагнитного железа, изменяется магнитный поток (в за-
висимости от прохождения зубьев ротора), что приводит к изме-
нению переменного напряжения в катушке. Частота изменения
напряжения зависит от частоты вращения зубчатого колеса, т. е.
частоты вращения колеса автомобиля. Воздушный зазор и разме-
ры зубца оказывают большое влияние на амплитуду сигнала. Это
позволяет определить положение колеса по интервалам между
зубцами в пределах половины или трети. Сигнал от индуктивно-
го датчика передается в электронный блок управления.
12 3
Рис. 7.14. Индуктивный датчик:
1 — постоянный магнит; 2 — корпус; 3 - крепление датчика;
4 — сердечник; 5 — обмотка; 6 — зубчатое колесо
253
7. Системы управления
Индуктивные датчики могут крепиться на ваду привода ко-
леса, на валу привода конических шестерен (для заднеприводных
автомобилей), на поворотных цапфах и внутри ступицы колеса.
На основании сигналов датчиков блок управления выявляет
ситуацию блокирования колеса. В соответствии с установлен-
ным программным обеспечением блок формирует управляющие
воздействия на исполнительные устройства — электромагнитные
клапаны и электродвигатель гидронасоса.
Аккумулятор давления предназначен для приема тормозной
жидкости при сбросе давления в тормозном контуре. Насос об-
ратной подачи подключается, когда емкости аккумуляторов дав-
ления недостаточно. Он увеличивает скорость сброса давления.
Демпфирующие камеры принимают тормозную жидкость от на-
соса обратной подачи и гасят ее колебания.
В гидравлическом блоке устанавливаются два аккумулятора
давления и две демпфирующие камеры — по числу контуров ги-
дропривода тормозов.
На приборной панели находится сигнальная лампочка ABS,
которая должна гаснуть при работающем двигателе или при дви-
жении со скоростью более 5 км/ч. Лампочка загорается, если
одно из колес пробуксовывает более 20 с или напряжение в бор-
товой сети менее 10 В, и тем самым предупреждает об отключе-
нии ABS.
Работа ABS происходит по программе, подразделяющейся на
три фазы: 1 — нормальное или обычное торможение; 2 — удержа-
ние давления на постоянном уровне; 3 — сброс давления.
Фаза нормального торможения (рис. 7.15, а). При обычном
торможении напряжение на электромагнитных клапанах отсут-
ствует. из главного цилиндра тормозная жидкость под давлением
свободно проходит через открытые электромагнитные клапаны
и приводит в действие тормозные механизмы колес. Гидронасос
не работает.
Фаза удержания давления на постоянном уровне (рис. 7.15, б).
При появлении признаков блокировки одного из колес блок
управления, получив соответствующий сигнал от колесного дат-
чика. переходит к выполнению программы цикла удержания
давления на постоянном уровне путем разъединения главного и
соответствующего колесного цилиндра. На обмотку электромаг-
нитного клапана подается ток силой 2 А. Поршень клапана пе-
ремешается и перекрывает поступление тормозной жидкости из
254
72. Тормозная система
главного цилиндра. Давление в рабочем цилиндре колеса оста-
ется неизменным, даже если водитель продолжает нажимать на
педаль тормоза.
Рис. 7.15. Фазы торможения:
а — фаза нормального торможения; б — фаза удержания давления
на постоянном уровне; в - фаза сброса давления;
1 — ротор колесного датчика; 2 — колесный датчик; 3 — колесный
(рабочий) цилиндр; 4 — электрогидравлический модулятор;
5 — электромагнитный клапан; 6 — аккумулятор давления;
7 — нагнетательный насос; 8 — главный тормозной цилиндр;
9 — блок управления
255
7. Системы управления
Фаза сброса давления (рис. 7.15, в). Если опасность блокировки
колеса сохраняется, блок управления подает на обмотку электро-
магнитного клапана ток силой 5 А. В результате дополнительного
перемещения поршня клапана открывается канал, через кото-
рый тормозная жидкость сбрасывается в аккумулятор давления
жидкости. Давление в колесном цилиндре падает. Блок управле-
ния выдает команду на включение гидронасоса, который отводит
часть жидкости из аккумулятора давления. Педаль тормоза при-
поднимается, что ощущается по биению тормозной педали.
Антиблокировочная система 5-й серии фирмы Bosch пред-
ставляет собой замкнутую гидравлическую систему, не имеющую
канала для возврата тормозной жидкости в бачок (рис. 7.16).
Рис. 7.16. Схема ABS 5-й серии фирмы Bosch:
1 — обратные клапаны; 2 — клапан плунжерного насоса;
3 — гидроаккумулятор; 4 — камера подавления пульсации
в системе; 5 - электродвигатель с эксцентриковым плунжерным
насосом; 6 — бачок для тормозной жидкости; 7 — педаль рабочего
тормоза; 8 — вакуумный усилитель; 9 — главный
тормозной цилиндр; 10 — блок ABS; 11 — выпускные
управляемые клапаны; 12 - впускные управляемые клапаны;
13 — дросселирующий клапан; 14—17— тормозные механизмы
Электронные и гидравлические компоненты смонтированы
как единый узел. В их число входят (кроме указанных в схеме)
256
72. Тормозная система
реле для включения электродвигателя плунжерного насоса и реле
включения впускных и выпускных клапанов. Внешними компо-
нентами являются сигнальная лампа работы ABS в приборной
панели, которая загорается в случае возникновения неисправно-
сти в системе, а также при включении зажигания в течение 4 с,
выключатель стоп-сигнала и датчики скорости вращения колес.
Блок имеет вывод на диагностический разъем.
Дросселирующий клапан устанавливается для снижения тор-
мозного усилия на задних колесах с целью избегания их блоки-
ровки. В связи с тем, что тормозная система имеет настройку по
более «слабому» заднему колесу (это означает, что давление тор-
мозов задних колес одинаковое, а его величина устанавливается
по наиболее близкому к блокированию колесу), дросселирующий
клапан устанавливается один на контур.
Тормозные механизмы включают тормозные диски и одно-
поршневые суппорты с плавающей скобой и тормозными колод-
ками. оборудованными скобами контроля износа фрикционных
накладок. Тормозные механизмы задних колес аналогичны пе-
редним. но имеют сплошные тормозные диски (на передних —
вентилируемые) и исполнительный механизм стояночного тор-
моза, вмонтированный в суппорт.
При нажатии педали рабочего тормоза ее рычаг освобождает
кнопку выключателя стоп-сигнала, который, срабатывая, вклю-
чает лампочки стоп-сигналов и приводит ABS в дежурное со-
стояние. Движение педали через шток и вакуумный усилитель
передается на поршни главного тормозного цилиндра. Централь-
ный клапан во вторичном поршне и манжета первичного порш-
ня перекрывают сообщение контуров с бачком для тормозной
жидкости. Это приводит к росту давления в тормозных контурах.
Оно действует на поршни тормозных цилиндров в тормозных
суппортах. В результате этого тормозные колодки прижимаются
к дискам. При отпускании педали все детали возвращаются в ис-
ходное положение.
Если при торможении одно из колес близко к блокировке (о
чем сообщает датчик частоты вращения), блок управления пере-
крывает впускной клапан соответствующего контура, что пре-
пятствует дальнейшему росту давления в контуре независимо
от роста давления в главном цилиндре. В то же время начинает
работать гидравлический плунжерный насос 5. Если вращение
колеса продолжает замедляться, блок управления открывает вы-
257
7. Системы управления
пускной клапан, позволяя тормозной жидкости возвратиться в
гидроаккумуляторы. Это приводит к уменьшению давления в
контуре и позволяет колесу вращаться быстрее. Если вращение
колеса чрезмерно ускоряется по сравнению с другими колесами,
для повышения давления в контуре блок управления перекрыва-
ет выпускной клапан и открывает впускной. Тормозная жидкость
подается из главного тормозного цилиндра и с помощью плун-
жерного насоса из гидроаккумуляторов. Демпферные камеры 4
сглаживают (подавляют) пульсации, возникающие в системе при
работе плунжерного насоса.
Выключатель стоп-сигнала информирует модуль управления
о торможении. Это позволяет модулю управления более точно
контролировать параметры вращения колес.
При включении зажигания система проверяет электрическое
сопротивление всех компонентов. Во время этой проверки горит
сигнальная лампа. После завершения проверки лампа должна
погаснуть.
7.2.3. Пневматический привод тормозов
Пневматическая тормозная система — это тормозная систе-
ма, привод которой осуществляется посредством использования
энергии сжатого воздуха.
Привод подразделяется на две функциональные части:
— привод управления;
— энергетический привод.
В качестве примера рассмотрим пневматическую тормозную
систему с ABS WABCO (рис. 7.17).
Система питания сжатым воздухом. Нагнетаемый компрес-
сором сжатый воздух через регулятор давления попадает в воз-
духоосушитель. Регулятор давления служит для автоматического
регулирования давления воздуха в пневмосистеме в определен-
ных пределах, например, в диапазоне от 0,72 до 0.81 МПа. В воз-
духоосушителе из сжатого воздуха удаляется влага, которая через
вентиляционный канал воздухоосушителя выбрасывается нару-
жу. Сухой сжатый воздух подводится затем к четырехконтурному
защитному пневмоклапану 4. Этот клапан обеспечивает исправ-
ную работу тормозной системы при выходе из строя одного или
нескольких тормозных контуров, предотвращая падение давле-
ния в системе.
258
72. Тормозная система
Рис. 7.17. Схема пневматической тормозной системы
с ABS WABCO грузового автомобиля с прицепом:
а — автомобиль-тягач; б — прицеп; 1 — компрессор: 2 — регулятор давления;
3 — воздухоосушитель; 4 — многоконтурный защитный пневмоклапан;
5 — ресивер второго (переднего контура); 6 — ресивер первого (заднего)
контура; 7 — ресивер стояночной тормозной системы; 8 — ресивер
регенерации; 9 — клапан управления моторным тормозом; 10 — манометр;
11 — соединительная головка (питание); 12 — соединительная головка
(управление); 13 — обратный клапан; 14 — тормозная камера передней осп;
15 — тормозной кран; 16 — кран включения стояночной тормозной системы;
7 7 — кран управления тормозом прицепа; 18 — автоматический регулятор
тормозных сил; 19 — пружинный энергоаккумулятор; 20 — ускорительный
клапан; 21 — соединительная розетка электропитания стоп-стпналов
прицепа; 22, 23 — соединительные головки прицепа; 24 — розетка ABS;
25, 26- воздушные фильтры: 27 — тормозной кран прицепа (полуприцепа);
28 — ресивер прицепа (полуприцепа); 29—31 — тормозные камеры прицепа
(полуприцепа); 32 — разветвитель; 33 — пневмоклапан;
34, 35 — пневморегуляторы; 36, 41 — электронные блоки управления ABS;
37, 38— ускорительные клапаны ABS; 39, 40— магнитные клапаны ABS
259
7. Системы управления
В пределах контуров I и II тормозной системы воздух про-
ходит через ресиверы для сжатого воздуха 6 и 7 в направлении
тормозного крана 15 грузового автомобиля. В контуре 111 сжа-
тый воздух подается от ресивера для сжатого воздуха 5 к авто-
матической соединительной головке 11 через встроенный в кран
управления тормозом прицепа //двухходовой двухпозиционный
клапан, а также через обратный клапан /5, кран включения сто-
яночной тормозной системы 16 и ускорительный клапан 20 в ка-
меру пружинного энергоаккумулятора пневмоцилиндра 19.
По контуру IV обеспечивается питание сжатым воздухом
вспомогательных потребителей, например, моторного тормоза.
В пневматическую тормозную систему прицепа сжатый воз-
дух поступает через соединительную головку // и шланг, подклю-
ченный к ресиверу. Затем сжатый воздух через магистральный
воздушный фильтр 25 и тормозной кран прицепа 27 попадает в
ресивер 2S и проходит к подключениям ускорительных клапанов
ABS 5s.
Рабочая тормозная система. При срабатывании тормозно-
го крана 15 сжатый воздух проходит через магнитный клапан
ABS 39 в тормозную камеру 14 передней оси грузового автомо-
биля, а также к автоматическому регулятору тормозных сил 18.
Последний срабатывает и направляет сжатый воздух в рабочую
камеру пневмоцилиндров 19 через магнитный клапан ABS 40.
Давление в тормозных камерах, развивающих необходимое для
колесного тормоза усилие, зависит от усилия, действующего на
педаль тормозного крана грузового автомобиля, а также от степе-
ни загрузки автомобиля. Давление, зависящее от нагрузки на ав-
томобиль. регулируется автоматическим регулятором тормозной
силы, связанным с задней осью через шарнирное соединение.
При загрузке и разгрузке автомобиля постоянно изменяющееся
расстояние между рамой автомобиля и осью соответствующим
образом осуществляет плавное изменение давления в системе
тормозного привода. Одновременно автоматическим регулято-
ром тормозных сил через магистраль управления приводится в
действие встроенный в тормозной кран грузового автомобиля
клапан нулевой / полной нагрузки. Таким образом, и давление в
системе тормозного привода колес передней оси подрегулируется
в зависимости от загрузки автомобиля.
Управляемый обоими рабочими контурами тормозной систе-
мы кран управления тормозами прицепа //подает сжатый воздух
260
72. Тормозная система
через соединительную головку 12 и соединительный шланг на
управляющий вывод тормозного крана прицепа. Таким образом,
открывается доступ сжатого воздуха из ресивера 28 через тормоз-
ной кран прицепа, кран растормаживания прицепа 32, пневмо-
клапан соотношения давлений 33 к автоматическому регулятору
тормозных сил 34, а также к ускорительному клапану ABS 37
Ускорительный клапан ^/управляется от регулятора тормоз-
ных сил 34. Сжатый воздух поступает в тормозные пневмати-
ческие камеры 29 передней оси прицепа (полуприцепа). Через
регулятор тормозных сил 35 происходит срабатывание ускори-
тельных клапанов ABS 38 и освобождается путь сжатому воздуху
к тормозным камерам 31. Давление в тормозной системе прицепа
(полуприцепа), соответствующее давлению управления тормоз-
ной системы грузового автомобиля, с помощью автоматических
пневморегуляторов 34 и 35 тормозных сил устанавливается та-
ким, какое требуется для данной степени загрузки прицепа (по-
луприцепа).
Чтобы избежать блокирования колес передней оси колесны-
ми тормозными механизмами в режиме притормаживания, пнев-
моклапан 33 соотношения давлений снижает величину давления,
создающего усилия на тормозных колодках.
Ускорительные клапаны ABS (в прицепе, полуприцепе), маг-
нитные клапаны ABS (в автомобиле) служат для управления
(создания, поддержания или сброса давления) тормозными каме-
рами. Как только клапаны включаются с помощью электронного
блока ABS 36 или 4/, это управление осуществляется независимо
от давления, задаваемого тормозными кранами грузового авто-
мобиля или прицепа (полуприцепа).
В нерабочем состоянии (магниты обесточены) краны выпол-
няют функцию ускорительного клапана и служат для быстрой
подачи и сброса давления в тормозной камере.
Стояночная тормозная система. При перемещении рычага
тормозного крана с ручным управлением 16 в фиксированное
положение полностью сбрасывается давление воздуха в пружин-
ном энергоаккумуляторе пневмоцилиндра 19. Теперь усилие, ко-
торое должно прикладываться к колесным тормозным механиз-
мам, развивается за счет сил упругости пружин пневмоцилиндра.
Одновременно сбрасывается давление воздуха в магистрали на
участке от тормозного крана 16 с ручным управлением до крана
управления тормозом прицепа 17. Затормаживание прицепа при
261
7. Системы управления
остановке выполняется за счет подачи давления в управляющую
магистраль.
Вспомогательная тормозная система. Благодаря очень вы-
сокой чувствительности тормозного крана с ручным управлени-
ем 16 при регулировании ступеней давления грузовой автопоезд
при отказе рабочих тормозных контуров I и II можно затормо-
зить с помощью пружинных энергоаккумуляторов пневмоци-
линдров 19. Усилие торможения, необходимое для тормозных
механизмов колес, развивается за счет силы упругости предвари-
тельно сжатых пружин энергоаккумуляторов пневмоцилиндров.
Однако в данном случае давление в пневмоцилиндрах сбрасыва-
ется не полностью, а только до уровня, необходимого для созда-
ния требуемого усилия торможения.
Торможение прицепа в автоматическом режиме. В случае
разрыва питающей магистрали давление мгновенно падает до ат-
мосферного, в результате чего срабатывает тормозной кран 27 и
начинается процесс экстренного торможения прицепа. В случае
обрыва управляющей магистрали и срабатывания рабочей тор-
мозной системы двухходовой двухпозиционный клапан, встро-
енный в клапан управления тормозом прицепа 77, перекрывает
проходное сечение в направлении соединительной головки 11
магистрали снабжения сжатым воздухом. Давление в магистра-
ли снабжения сжатым воздухом быстро падает, и в течение за-
конодательно регламентированного времени (не более 2 с) сра-
батывает тормозной кран прицепа 27 — начинается процесс его
автоматического торможения. Обратный клапан 75 предохраняет
стояночную тормозную систему от случайного срабатывания при
падении давления в магистрали подачи сжатого воздуха к тор-
мозной системе прицепа.
Воздушные фильтры предназначены для предотвращения
проникновения грязи, содержащейся в воздухе, в компрессоры и
гашения шумов при всасывании и сбросе. Воздушные фильтры,
применяемые в тормозных системах, подразделяются на сухие и
масляно-воздушные (для особо загрязненного воздуха).
Компрессор служит для производства сжатого воздуха. При-
вод компрессора может осуществляться ременной или зубчатой
передачей. В зависимости от типа они бывают одно- или двух-
цилиндровые.
Осушители воздуха предназначены для осушки сжатого воз-
духа, подаваемого компрессором, путем выведения водяных па-
262
72. Тормозная система
ров, содержащихся в нем. Осуществляется с помощью адсорбци-
онной сушки холодной регенерации, когда сжатый компрессором
воздух продувается через гранулят (адсорбент), который в состо-
янии впитывать содержащиеся в воздухе водяные пары.
Регулятор давления с фильтром и клапаном накачки шин
(рис. 7.18) предназначен для регулировки рабочего давления в
пневматической системе и зашиты трубопроводов и клапанов от
загрязнения.
Рис. 7.18. Регулятор давления:
а — схема подключения; б — общая схема;
1 - компрессор; 2 — регулятор давления; 3 — воздухоочиститель;
4— винт; 5, 11 — пружины сжатия; 6 — мембрана; 7— впуск;
8 — обратный клапан; 9 — толкатель; 10 — фильтр; 12, 14 — выпуск;
13, 15 — поршни; 16-20 — камеры; 21 — впуск воздуха от компрессора;
22 — выпускное отверстие; 23 — соединение с осушителем;
24 - подсоединение дополнительного насоса; 25 — защитная крышка
263
7. Системы управления
Принцип действия. Регулятор давления. Сжатый
воздух, подаваемый компрессором через впуск 21 и фильтр 10,
стремится в камеру 17. После открытия обратного клапана <?он
через трубопровод, отходящий от впуска 25, попадает в ресиверы,
а также в камеру 20. Впуск 24 предназначен для подсоединения
дополнительного насоса в целях предохранения от замерзания.
В камере 20 создается усилие, которое воздействует на мем-
брану. Как только это усилие становится больше, чем усилие
пружины сжатия 5, установленное с помощью винта, мембрана
прогибается вверх, увлекая за собой поршень 15. Выпуск 12 за-
крывается, а впуск открывается. Находящийся в камере 20 сжа-
тый воздух попадает в камеру /<?, а поршень 13 перемешается
вниз под действием усилия пружины сжатия. Выпуск 12 откры-
вается, и нагнетаемый компрессором сжатый воздух выходит в
атмосферу через выпускное отверстие 22. В результате снижения
давления в камере 77 закрывается обратный клапан, и давление
в устройстве остается фиксированным.
Компрессор работает в режиме холостого хода до тех пор,
пока давление в устройстве не опустится ниже давления включе-
ния регулятора. При этом давление в камере 20 на мембрану тоже
снижается. Вследствие этого она вместе с поршнем 15 прогибает-
ся вниз под воздействием пружины сжатия 5. Впуск закрывается,
выпуск 14открывается, и воздух из камеры 1S выходит в атмосфе-
ру через выпускное отверстие 22. Пружина сжатия 11 перемешает
поршень 13 вверх, и выпуск 12 закрывается. Теперь нагнетаемый
компрессором сжатый воздух снова стремится через фильтр в ка-
меру /7, открывает обратный клапан, и система наполняется до
достижения давления отключения регулятора давления.
Клапан накачки шин. После снятия защитной крыш-
ки и навинчивания накидной гайки шланга для накачки шин
толкатель перемещается влево. Соединение между камерой 17 и
осушителем 23 прерывается. Теперь нагнетаемый компрессором
сжатый воздух стремится из камеры 17 мимо толкателя в шланг
для накачки шин. Если при этом давление в устройстве превыша-
ет значение 1,2+0,2 МПа, то поршень 13, исполняющий функцию
предохранительного клапана, открывает выпуск 72, и давление
сбрасывается в атмосферу через выпускное отверстие 22.
Многоконтурный защитный пневмоклапан (рис. 7.19) служит
для поддержания давления в исправных тормозных контурах при
264
72. Тормозная система
выходе из строя одного из контуров в многоконтурных пневма-
тических тормозных системах.
б
Рис. 7.19. Многоконтурный (четырехконтурный)
защитный пневмоклапан:
а — схема подключения; б — общая схема;
1 — компрессор; 2 - регулятор давления; 3 — воздухоочиститель;
4 — многоконтурный (четырехконтурный) защитный пневмоклапан;
5 — ресивер регенерации; 6 — клапан управления моторным тормозом;
7- ресивер первого (заднего) контура;
8 — ресивер второго (переднего контура); 9 - ресивер стояночной
тормозной системы; 10-13 - обводные отверстия;
14-17— обратные клапаны; 18—21 — клапаны; 22-23 - мембраны;
26—29 — пружины сжатия; 30-34 - впускные отверстия
Принцип действия. В зависимости от типа исполнения четыре
контура включаются параллельно и осуществляется равнозначное
наполнение всех контуров или контуры 32 и 33 подключаются
265
7. Системы управления
дополнительно к контурам 30 и 31. Четырехконтурный предохра-
нительный клапан в зависимости от исполнения либо не имеет
ни одного дроссельного отверстия, либо по одному дроссельно-
му отверстию в каждом контуре, которые при выходе из строя
одного контура обеспечивают давление в тормозной системе от
О МПа и выше.
Сжатый воздух, проходящий от регулятора давления через
впускное отверстие 34 в предохранительном клапане, через об-
водные отверстия 10-13 попадает через обратные клапаны 14—17
в четыре контура пневматической тормозной системы. Одно-
временно под клапанами 18—21 создается давление, которое при
достижении установленной величины открытия открывает их.
Мембраны 22—25 приподнимаются, преодолевая сопротивление
пружин сжатия 26—29. Сжатый воздух через впускные отвер-
стия 30 и 31 проходит к воздушным баллонам рабочей тормозной
системы, а также через впускные отверстия 32 и 33 к контуру, от
которого осуществляется снабжение сжатым воздухом вспомога-
тельной и стояночной тормозных систем грузового автомобиля
(прицепа), и к контуру, от которого осуществляется снабжение
сжатым воздухом прочих дополнительных потребителей.
Если один контур выходит из строя, то воздух из остальных
трех контуров стремится в неисправный контур до достижения
динамической величины давления закрытия клапанов. Под воз-
действием усилия пружин сжатия 26—29 клапаны 18—21 закрыва-
ются. При заборе воздуха из контуров, следствием чего является
падение давления, они снова наполняются до достижения уста-
новленной величины открытия неисправного контура.
Поддержание давления в исправных контурах при выходе из
строя других контуров происходит аналогичным образом. При
выходе из строя одного контура и падении давления внутри ис-
правных контуров до 0 МПа (при продолжительном простое ав-
томобиля) при заполнении тормозной системы сжатый воздух
сначала проходит через отводные отверстия 10—13 во все кон-
туры. В исправных контурах под мембранами 22—25 создается
давление, которое снижает давление открытия клапанов 18—21.
При дальнейшем росте давления на впуске 34 эти клапаны от-
крываются. Контуры наполняются до достижения установленной
величины давления открытия неисправного контура, и давление
в них фиксируется на этом уровне.
266
72. Тормозная система
Тормозной кран (рис. 7.20) предназначен для регулирования
подачи и сброса сжатого воздуха в рабочей тормозной системе
грузовых автомобилей, а также для автоматической регулиров-
ки давления в тормозном контуре передней оси в зависимости
от давления, создаваемого регулятором тормозных сил в контуре
задней оси.
Рис. 7.20. Тормозной кран:
1 - педаль; 2 — толкатель; 3 - упругий элемент; 4 - клапан;
5, 6 — поршни; 7, 9 — выпускные отверстия; 8, 10 — впускные
отверстия; 11 - выход воздуха; 12 - соединение с автоматическим
регулятором тормозных сил и магнитным клапаном ABS;
13 — соединение с ресивером стояночной тормозной системы;
14 — соединение с ресивером первого (заднего) контура;
15 — соединение с краном управления тормозом прицепа
и автоматическим регулятором тормозных сил; 16 — соединение
с магнитным клапаном ABS; 17, 18— поверхности; 19—23— камеры
Принцип действия. При срабатывании толкателя, располо-
женного в тарельчатой пружине, поршень 5 перемешается вниз,
267
7. Системы управления
закрывает выпускное отверстие 7 и открывает впускное отвер-
стие 8. Сжатый воздух от вывода 3 проходит через камеру 22 и
вывод 21 к подключенным далее тормозным приборам рабочего
тормозного контура I. Одновременно сжатый воздух проходит че-
рез отверстие 19 в камере 20 и воздействует на поверхность 17
поршня 6. Последний перемещается вниз, закрывает выпускное
отверстие 15 и открывает вход 10. Сжатый воздух от вывода 14
проходит через камеру 23 и вывод 16 к подключенным далее тор-
мозным приборам рабочего тормозного контура II и крану управ-
ления тормозом прицепа.
Уровень давления в контуре II зависит от величины давле-
ния, определяемого на выходе регулятора тормозных сил. Это
давление через вывод 12 попадает в камеру 2/, воздействует на
поверхность 18поршня би суммируется с усилием, воздействую-
щим на поршень 6.
Возникающее в камере 22 давление воздействует на нижнюю
сторону поршня 5. Последний перемещается вверх, преодолевая
усилие упругого элемента 3 до тех пор, пока на поршне 5 не уста-
новится равновесие сил. В этом положении впускное отверстие 8
и выпускное отверстие /закрыты. При этом достигается положе-
ние равновесия. Нарастающее давление в камере 23 перемешает
вверх поршень 6 до тех пор. пока здесь тоже не установится по-
ложение равновесия. Впускное отверстие 10 и выпускное отвер-
стие 21 закрыты.
При полном торможении поршень 5 перемешается в крайнее
нижнее положение, и впускное отверстие 8 остается открытым.
Сжатый воздух, воздействующий через отверстие 19 в камере 20
на поверхность /7, суммируясь с полным тормозным давлением
контура задней оси, действующим в камере 21 на поверхность 18.
перемешает поршень 6 в крайнее нижнее положение. Впускное
отверстие 10 открыто, и подаваемый сжатый воздух, не снижая
своего давления, проходит в оба рабочих тормозных контура.
Сброс воздуха из обоих рабочих тормозных контуров осу-
ществляется в обратной последовательности и при необходимо-
сти может быть проведен ступенчато. Тормозное давление в каме-
рах 22 и 23 перемешает поршни 5 и 6 вверх. Через открывшиеся
выпускные отверстия 7 и 9 и выход 11 в соответствии с положе-
нием толкателя осуществляется частичный или полный сброс
воздуха из обоих контуров рабочей тормозной системы. Давление
в камере 21 сбрасывается с помощью подключенного регулятора
тормозных сил.
268
72. Тормозная система
При выходе из строя одного контура второй контур продол-
жает работать дальше в соответствии с вышеуказанным принци-
пом. Если выходит из строя первый контур, то при торможении
поршень 6 перемешается вниз под воздействием клапана 4. Вы-
пускное отверстие 9закрывается, впуск 10открывается. При этом
достигается положение равновесия, как было описано выше.
Диафрагменная тормозная камера служит приводом тормоз-
ного механизма (рис. 7.21).
Рис. 7.21. Тормозная камера:
а — привод разжимного кулачка; б — барабанный тормозной механизм;
1 — диск; 2 — крышка; 3 — диафрагма; 4 — корпус; 5 - шток;
6— рычаг; 7- вал червяка; 8 — вал разжимного кулака; 9 — корпус
регулировочного механизма; 10 — червячная шестерня; 11 — фиксатор;
12 - пружина фиксатора; 13 - S-кулачок вала привода; 14 — тормозная
колодка; 15 - тормозной барабан; 16- палец; 17- стяжная пружина
При срабатывании рабочей тормозной системы сжатый воз-
дух, управляемый тормозным краном, нагружает диафрагму и пе-
ремещает ее вместе с диском вправо, сжимая пружину. При этом
нажимной шток, перемещаясь, передает усилие на рычаг вала
разжимного кулака. Тормозные колодки при повороте S-кулачка
прижимаются к барабану /5, затормаживая колеса.
После окончания торможения сжатый воздух сбрасывается
из камеры через тормозной кран. Одновременно пружина сжатия
перемешает диск и диафрагму обратно в исходное положение. Вал
разжимного кулачка также возвращается в нерабочее положение,
тормозные колодки освобождают тормозной барабан, и колеса
269
7. Системы управления
растормаживаются. Возврат колодок в исходное положение при
оттормаживании происходит под действием стяжной пружины.
Нижние концы колодок закреплены на пальцах, которые в
некоторых конструкциях обеспечивают регулировку зазора меж-
ду нижними частями колодок и барабаном. Верхние части коло-
док у таких автомобилей подводятся к барабану при регулировке
зазора с помощью червячного механизма.
Тормозная камера с пружинным энергоаккумулятором состоит
из диафрагменной части для рабочей тормозной системы и части
пружинного энергоаккумулятора для вспомогательных и стоя-
ночных тормозных систем (рис. 7.22).
Рис. 7.22. Тормозная камера (пневмоцилиндр) с энергоаккумулятором:
1, 2 — камеры; 3 — диск; 4 - шток диска; 5 — пружина сжатия;
6- диафрагма; 7— поршень; разжимающаяся пружина;
9 - шестигранный винт; 10 - подача воздуха в камеру;
11 — вывод частичного или полного сброса давления в камере 2
При срабатывании рабочей тормозной системы сжатый воз-
дух проходит через вывод 10 в камеру /, нагружает диафрагму и,
воздействуя на пружину сжатия, перемещает диск вправо. Про-
изведенное усилие через шток диска воздействует на тормозной
рычаг и через него на колесный тормоз. При сбросе давления в
камере 1 пружина сжатия перемещает диск и диафрагму обратно
в исходное положение. Тормозная камера пневмоцилиндра рабо-
тает независимо от пружинного энергоаккумулятора.
При срабатывании стояночной тормозной системы через вы-
вод 11 осуществляется частичный или полный сброс давления в
камере 2. Сила разжимающейся пружины через поршень и шток
диска воздействует на колесный тормоз.
Максимальная сила торможения пружинного энергоаккуму-
лятора достигается при полном сбросе давления в камере 2. Так
270
72. Тормозная система
как в этом случае тормозная сила пружинного энергоаккумуля-
тора передается через пружину сжатия S исключительно механи-
ческим способом, пружинный энергоаккумулятор можно приме-
нять для стояночной тормозной системы. Для растормаживания
через вывод // снова осуществляется подача воздуха в камеру 2.
Для аварийных ситуаций тормозная камера с энергоаккуму-
лятором снабжена механизмом растормаживания энергоаккуму-
лятора. При полном падении давления на выводе // можно снова
растормозить стояночную тормозную систему путем вывинчива-
ния шестигранного винта.
Ручной тормозной кран включения стояночной тормозной
системы предназначен для ступенчатого срабатывания вспомога-
тельной и стояночной тормозных систем, связанных тормозными
камерами с энергоаккумуляторами.
Ручной тормозной кран состоит из главного крана для вспо-
могательной и стояночной тормозных систем, который в зависи-
мости от исполнения дополняется предохранительным клапаном
(краном аварийного растормаживания) и/или контрольным кла-
паном (рис. 7.23).
Положение
Рис. 7.23. Ручной тормозной кран включения
стояночной тормозной системы:
1, 2 - камеры; 3 — рукоятка; 4 — поршень; 5 — выпускное
отверстие; 6 — кран; 7 — пружина сжатия; 8 — выход воздуха;
9 - вход сжатого воздуха; 10 — впуск воздуха от ресивера
Положение
стояночного
тормоза
271
7. Системы управления
В положении при движении проход из камеры / в камеру 2
открыт, и имеющийся на входе 9 сжатый воздух через впуск 10
проходит в камеры энергоаккумулятора пневмоцилиндра. При
срабатывании вспомогательной тормозной системы кран посред-
ством перемещения рукоятки закрывает проход между камера-
ми / и 2. Сжатый воздух из камер энергоаккумулятора выходит
наружу через открывшееся выпускное отверстие на вывод S. Со-
ответственно снижается давление в камере 2, и поршень 4 на-
встречу воздействию пружины сжатия перемешается вниз. При
закрытии выходного отверстия во всех положениях при служеб-
ном торможении достигается положение закрытия, так что в ка-
мерах пружинного энергоаккумулятора всегда имеется давление,
соответствующее необходимому замедлению.
При дальнейшем перемещении рукоятки отточки подвижного
упора происходит переключение в положение стояночного тормо-
за. Выпускное отверстие остается открытым, и через него сжатый
воздух выходит из камер энергоаккумулятора в атмосферу.
В области вспомогательного торможения (от положения «рас-
торможено» до точки подвижного упора) после отпускания руко-
ятки она автоматически возвращается обратно в положение «рас-
торможено».
Ускорительный клапан (клапан зашиты от перегрузки) (рис. 7.24)
служит для предотвращения суммирования тормозных сил в ком-
бинированных пневмоцилиндрах с энергоаккумулятором при
одновременном срабатывании рабочей и стояночной тормозных
систем с целью зашиты тормозных механизмов от перегрузки.
Рис. 7.24. Ускорительный клапан:
1-3 - камеры; 4, 5 - поршни: 6 - впускное отверстие; 7 - выпускное
отверстие; 8 — соединение с обратным клапаном; 9 — соединение
с энергоаккумулятором; 10 — выпуск воздуха; И — соединение
с краном включения стояночной тормозной системы; 12 — клапан
272
72. Тормозная система
Ускорительный клапан осуществляет быструю подачу и вы-
пуск сжатого воздуха из пневмоцилиндров с пружинным энерго-
аккумулятором.
Положение «расторможено». В положении «расторможено»
постоянно осуществляется подача воздуха в камеру 1 через вы-
вод 11. При этом нагружаемый сжатым воздухом поршень 4 на-
ходится в крайнем нижнем положении и удерживает закрытым
выпускное отверстие 7 и открытым — впускное отверстие 6. По-
даваемый на вывод S сжатый воздух через вывод 9 попадает на
энергоаккумулятор пневмоцилиндра, и стояночный тормоз рас-
тормаживается.
Срабатывание рабочей тормозной системы. При срабатыва-
нии тормозного крана сжатый воздух проходит через вывод 11
в камеру 2 и нагружает поршень 5. Под воздействием встречных
сил в камерах 1 и 3 не происходит срабатывания ускорительного
клапана.
Срабатывание стояночной тормозной системы. При срабаты-
вании ручного тормозного крана осуществляется частичный или
полный сброс воздуха из камеры /. Теперь поршень 4, разгружен-
ный с большей или меньшей степенью, перемешается вверх под
воздействием поршня 5, на который действует воздух, подавае-
мый из камеры 3. Выпускное отверстие 7 открывается, а впуск-
ное отверстие 6 закрывается при перемещении вверх клапана 12.
Через выпускное отверстие 7 и выход 10 осуществляется сброс
воздуха из пружинных энергоаккумуляторов в соответствии с
положением ручного тормоза.
При частичном торможении после сброса давления и насту-
пления равновесия давлений в камерах / и 3 выпускное отвер-
стие 7 закрывается. Таким образом, ускорительный клапан на-
ходится в положении равновесия. При полном торможении вы-
пускное отверстие 7 остается постоянно открытым.
Одновременное срабатывание рабочей и стояночной тормозных
систем.
1. Рабочее торможение при сброшенном из пневмокамер
воздухе. Если при выпущенном из пневмокамер с пружинным
энергоаккумулятором сжатом воздухе дополнительно работает
рабочий тормоз, то воздух через вывод 11 проходит в камеру 2
и нагружает поршень 5. Последний перемешается вниз, так как
из камеры 3 выпушен воздух. Выпускное отверстие 7 закрывает-
ся, впускное отверстие 6 открывается. Имеющийся на выводе S
273
7. Системы управления
сжатый воздух проходит через камеру 3 и вывод 9 в пружинные
энергоаккумуляторы. Таким образом, осуществляется расторма-
живание стояночного тормоза, но только при нарастании рабоче-
го тормозного давления. При этом не происходит суммирования
обеих тормозных сил.
Как только создаваемое в камере 3 давление станет больше,
чем в камере 2, поршень 5 начинает перемешаться вверх. Впускное
отверстие 6 закрывается, и достигается положение равновесия.
2. Торможение энергоаккумуляторами при срабатывании ра-
бочего тормоза. Рабочий тормоз работает в диапазоне служебного
торможения. При этом осуществляется подача воздуха в каме-
ру 2. Если теперь дополнительно сработает стояночная тормоз-
ная система, т. е. понизится давление в камере 7, то имеющееся
в камере 3 давление сжатого воздуха начнет перемешать вверх
поршни 4 и 5. Клапан закрывает впускное отверстие 6 и откры-
вает выпускное отверстие 7 В зависимости от уровня рабоче-
го тормозного давления сжатый воздух выходит в атмосферу из
пружинных энергоаккумуляторов через выпускное отверстие 7 и
выпуск 10 до тех пор. пока давление в камере 2 снова не станет
выше и поршень 5 не закроет выпускное отверстие 7 Так дости-
гается положение равновесия.
Так как давление в камере 3 не может быть ниже, чем в каме-
ре 2, тормоз с пружинным аккумулятором срабатывает только в
той степени, в которой позволяет тормозное давление. Суммиро-
вания тормозных сил при полном срабатывании не происходит.
При растормаживании рабочей тормозной системы (для даль-
нейшего срабатывания стояночной тормозной системы) снова
осуществляется сброс давления в камере 2. Давление в камере 3
начинает преобладать и перемешает вверх поршень 5. Выпуск-
ное отверстие 7 открывается, и пружинные энергоаккумуляторы
соединяются с выпуском 10.
Автоматический регулятор тормозных сил (рис. 7.25) обеспе-
чивает автоматическую регулировку тормозной силы в зависи-
мости от прогиба рессор и соответственно загрузки автомобиля.
Благодаря встроенному ускорительному клапану осуществляется
быстрая подача и выпуск сжатого воздуха из тормозных цилин-
дров. Регулятор тормозных сил закреплен на раме автомобиля и
соединяется с опорной точкой или упругим элементом, располо-
женным на оси.
274
72. Тормозная система
Рис. 7.25. Автоматический регулятор тормозных сил:
1—4 — камеры; 5 — канал; 6 — клапан; 7, 19 — поршни; 8 — клапан;
9 — выпускное отверстие; 10 — диафрагма; 11 — ускорительный
поршень; 12 - выпускное отверстие; 13 - толкатель клапана;
14 — дисковый кулачок; 15 — рычаг; 16 — впускное отверстие;
17— фигурная шайба; 18 — впуск; 20 — пружина; 21 — соединение
с тормозным краном автомобиля и ресивером; 22 — соединение
с магнитным клапаном и пружинным энергоаккумулятором;
23 - выпуск воздуха; 24 — соединение с тормозным краном
При отсутствии загрузки расстояние между осью и регуля-
тором тормозных сил будет максимальным, рычаг находится в
самом нижнем положении. Если автомобиль загружен, то это
расстояние уменьшается, и рычаг перемещается из положения
отсутствия загрузки в направлении полной загрузки. Перемеща-
ющийся вместе с рычагом дисковый кулачок передвигает толка-
тель клапана в положение, соответствующее определенной на-
грузке.
Сжатый воздух, подаваемый через тормозной кран автомо-
биля-тягача или прицепа, проходит через вывод 24 в камеру /,
нагружая поршень 7 Последний перемешается вниз, закрывает
выпускное отверстие 9 и открывает впуск 18. Сжатый воздух,
подаваемый через вход 24, попадает в камеру 3 под диафрагму,
нагружая активную поверхность ускорительного поршня. Одно-
275
7. Системы управления
временно сжатый воздух проходит через открывшийся клапан 6 и
канал 5 камеры 4 и нагружает диафрагму. Благодаря данной пред-
варительной подаче давления осуществляется повышение переда-
точного числа при частичной загрузке автомобиля и небольшом
управляющем давлении (максимально до 0,1 МПа). Если управ-
ляющее давление продолжает расти, то поршень 19 перемещается
вверх навстречу усилию пружины, а клапан закрывается.
Под воздействием создаваемого в камере 3 давления ускори-
тельный поршень перемешается вниз. Выпускное отверстие 12
закрывается, впускное отверстие 16 открывается. Подаваемый на
вывод 21 сжатый воздух проходит теперь через впускное отвер-
стие 16 в камеру 2 и через вывод 22 попадает в подключенные
пневматические тормозные цилиндры. Одновременно в камере 2
создается давление, которое воздействует на ускорительный пор-
шень. Как только это давление станет немного больше, чем в ка-
мере 5, ускорительный поршень перемешается вверх и закрывает
впускное отверстие 16. Диафрагма при перемещении поршня 7
вниз прилегает к фигурной шайбе, увеличивая таким образом
активную поверхность диафрагмы. Как только сила, воздейству-
ющая в камере 3 на диафрагму, станет равна силе, действующей
на поршень 7, последний начнет перемещаться вверх. Впускное
отверстие 18 закроется, создавая положение равновесия. Даль-
нейшее повышение давления на выводе 24 автоматически ведет к
пропорциональному повышению давления на выводе 22.
Положение толкателя клапана, которое зависит от положения
рычага, является определяющим для тормозного давления, созда-
ваемого на выходе. Поршень 7с фигурной шайбой с упругими зуб-
цами должен совершить перемещение, соответствующее одному
из положений толкателя клапана, прежде чем сработает клапан 8.
Благодаря этому перемещению происходит изменение активной
поверхности диафрагмы. В положении полной загрузки давление,
создаваемое на выводе 24, передается камере 3 в соотношении 1:1.
Когда ускорительный поршень нагружается полным давлением,
он удерживает впускное отверстие 16 постоянно открытым и на
вывод 22 подается максимальное тормозное давление.
После снижения управляющего давления на выводе 24 пор-
шень // под воздействием давления на выводе 22 и поршень 7
под воздействием давления в камере 3 перемешаются вверх. Вы-
пускные отверстия 9 и /2открываются, и сжатый воздух выходит
в атмосферу через выпускное отверстие 23.
276
72. Тормозная система
При поломке рычага дисковый кулачок автоматически уста-
навливается по кривой аварийного управления, создавая выход-
ное давление, соответствующее приблизительно половине рабоче-
го тормозного давления при полностью загруженном автомобиле.
Кран управления тормозом прицепа (рис. 7.26) устанавливает-
ся на тягаче и предназначен для управления двухмагистральной
тормозной системой прицепа вместе с главным тормозным кра-
ном и ручным тормозным краном. При обрыве или при непод-
ключенной тормозной магистрали прицепа осуществляется за-
пирание подаваемого сжатого воздуха от автомобиля к прицепу с
одновременным снижением давления в питающей магистрали.
Рис. 7.26. Кран управления тормозом прицепа:
1-5 - камеры; 6, 12, 14 - поршни; 7 - пружина сжатия;
8 - выпускное отверстие; 9 - клапан; 10 - диафрагма; 11 - отверстие
в поршне; 13 — впускное отверстие; 15 — регулировочный винт;
16, 17— выход воздуха в магистраль управления тормозами
прицепа; 18 — выпускное отверстие; 19, 20 — подвод воздуха
от рабочего контура; 21 — сброс воздуха из камеры 4
Управление от тормозного крана. При срабатывании тормоз-
ного крана сжатый воздух проходит от рабочего тормозного кон-
тура через вывод 19 в камеру 1 и нагружает поршни 6 и 14. Оба
поршня перемешаются вниз. При соприкосновении поршня 14 с
277
7. Системы управления
клапаном выпускное отверстие S закрывается, а впускное отвер-
стие 13 открывается. Подаваемый в камеру 3 сжатый воздух через
камеру 2 проходит к выводу 17 и далее в магистраль управления
тормозами прицепа в соответствии с давлением в первом контуре
с опережением, зависящим от заранее заданного предварительно-
го натяга пружины сжатия 7.
Создаваемое в камере 2 давление нагружает нижние части
поршней 6 и 14. В связи с тем, что активные поверхности порш-
ней различны по величине, поршень 14 начинает перемешаться
вверх навстречу управляющему давлению в камере 7 и усилию
пружины сжатия. Клапан закрывает впускное отверстие 75, соз-
давая положение равновесия.
При полном торможении давление, воздействующее на верх-
нюю часть поршня 74, является максимальным, и выпускное от-
верстие 13 остается открытым.
С помощью регулировочного винта можно изменить предва-
рительное натяжение пружины сжатия таким образом, что опе-
режение давления на выводе /7 по отношению к выводу 19 будет
составлять максимально до 0.1 МПа.
Одновременно с управлением через вывод 19 осуществляется
подача воздуха через вывод 20 в камеру 5 под диафрагму из второго
контура. Однако, так как при подаче воздуха в камеры 2 и 4 дав-
ление, воздействующее на верхние части поршня 12 и диафрагмы,
является преобладающим, положение поршня 12 не изменяется.
Если рабочий тормозной контур выходит из строя из-за не-
исправности, то через второй контур осуществляется подача воз-
духа только на вывод 20. Возникающее при этом в камере 5 под
мембраной диафрагмы давление перемещает поршень 12 и кла-
пан вверх. Поршень /4, удерживаемый в крайнем верхнем поло-
жении, закрывает выпускное отверстие S и открывает впускное
отверстие 13. Таким образом, осуществляется подача воздуха в
магистраль управления тормозами прицепа, соответствующая
интенсивности торможения автомобиля.
При служебном торможении давление, возникающее в каме-
ре 2, снова перемешает поршень 12 вниз. Впускное отверстие 13
закрывается, создавая положение равновесия. При полном тор-
можении преобладает давление в камере 5, и впускное отвер-
стие 13 остается открытым.
При управлении от второго контура рабочей тормозной си-
стемы осуществляется управление тормозным краном прицепа
без опережения.
278
72. Тормозная система
Управление от рунного тормозного крана. Постепенный сброс
воздуха из цилиндров с пружинным энергоаккумулятором с
помощью ручного тормозного крана ведет к соответствующему
сбросу воздуха из камеры 4 через вывод 21. В этом случае по-
даваемый сжатый воздух преобладает в камере 3 и перемещает
поршень 12 вверх. Подача воздуха на вывод 17 протекает таким
же образом, как и при управлении камерой 5 при выходе из строя
первого контура.
После окончания процесса торможения воздух сбрасывается
с выводов /9, 20 и подается на вывод 21. Поршни би 14. а также
поршень 12 под давлением в камере 2 перемешаются обратно в
исходное положение. При этом выпускное отверстие S открыва-
ется, и сжатый воздух, имеющийся на выводе 17, через отверстие
в поршне 11 и выпускное отверстие IS выходит в атмосферу.
Быстросъемная соединительная головка служит для соедине-
ния пневматической тормозной системы грузового автомобиля с
тормозной системой прицепа (полуприцепа). Схема быстросъем-
ной соединительной головки показана на рисунке 7.27.
Рис. 7.27. Быстросъемная соединительная головка:
7, 4— защитные крышки; 2 — рукоятка; 3 — запорные клапаны;
э — торсионная пружина
При подсоединении прицепа рукоятка отжимается вниз, от-
крывая защитные крышки. Головка прицепа вставляется под за-
279
7. Системы управления
шитную крышку, и рукоятка снова отпускается. Торсионная пру-
жина воздействует на защитные крышки и надавливает на блок
прицепа навстречу усилию автоматических запорных клапанов,
открывая их и пропуская сжатый воздух к прицепу.
7.2.3. Вспомогательные системы торможения (замедления)
Конструкции вспомогательных систем торможения (замедле-
ния) магистральных автопоездов:
— выхлопной тормоз двигателя (горный тормоз);
— моторный тормоз;
— постоянный дроссель;
— турботормоз;
— ретардер (гидродинамический, электромагнитный);
— акватардер;
- интардер;
— магнетардер;
— вспомогательная система, включающая при торможении
автомобиля более низкую передачу в коробке передач (для авто-
мобилей с роботизированной коробкой передач).
Выхлопной (горный) тормоз (рис. 7.28) частично перекрывает
выпускной тракт с целью создания противодавления на такте
выпуска.
Рис. 7.28. Заслонка моторного тормоза:
1 — шток поршня; 2 — рычаг оси; 3 — заслонка; 4 — корпус заслонки;
5 — пневмоцилиндр заслонки
Заслонка выполнена так. что размер остаточного зазора до-
статочен для нормальной работы выпускного клапана без некон-
тролируемого открытия под воздействием отработавших газов из
280
72. Тормозная система
соседних цилиндров. Однако именно это ограничивает макси-
мальный тормозной момент.
Работает выхлопной тормоз только при включенной передаче
и отпущенной педали акселератора.
Моторный тормоз (декомпрессионный тормоз, Jake Brake —
тормоз Джакобса) встроен в газораспределительный механизм.
Принцип его работы основан на сбросе давления в цилиндре
после такта сжатия при помощи штатного выпускного клапана.
Для этого между толкателем и стержнем клапана устанавливает-
ся промежуточное звено — плунжер, изменяющий длину под дей-
ствием управляющей гидравлической системы. Активная фаза
торможения продолжается и на такте расширения, когда после
закрытия клапана в цилиндре создается разрежение.
Фирма MAN дополнительно использует заслонки в выпуск-
ном коллекторе. В течение всех тактов, кроме впуска, выпускной
клапан открыт — значит, двигатель работает, как обычный ком-
прессор, засасывая воздух и нагнетая его в закрытую заслонкой
выпускную систему. В итоге противодавление выхлопных газов
возрастает настолько, что существенно тормозит поршень и в ко-
нечном итоге ведущие колеса.
Постоянный дроссель представляет собой дополнительный
(внешний и независимый по действию от привода клапанов
впуска-выпуска) клапан в головке блока цилиндров, который
во время активации постоянно удерживается в открытом поло-
жении. Это позволяет использовать для торможения двигателем
также часть работы сжатия во время второго такта (такта сжа-
тия).
В течение относительно быстрого движения поршня из НМТ
в ВМТ через постоянный дроссель происходит лишь незначитель-
ная утечка газа в выхлопную систему, что позволяет достигать
желаемой работы сжатия. Наибольшее количество сжатого газа
выходит из камеры во время короткого зависания поршня в ВМТ.
предотвращая таким образом его расширение (эффект разгона) в
течение третьего такта. При оборотах двигателя ниже 900 об/мин
постоянный дроссель автоматически деактивируется.
Турботормоз. При активации турботормоза аксиально сколь-
зящая направляющая лопатка внутри выхлопного турбокомпрес-
сора перемешается в кольцевой канал впускного устройства тур-
бины. Это уменьшает поперечное сечение потока в кольцевом
канале и угол отражения выхлопа в турбине. В результате по-
281
7. Системы управления
являются ускорение выхлопа и увеличение скорости вращения
турбины, давление наддува при этом увеличивается.
Таким образом, большее количество воздуха может быть
сжато в цилиндре за время такта сжатия, а значит, двигатель до-
стигает большей тормозной эффективности.
Электронный блок ограничивает частоту вращения вала тур-
бины на уровне 90 000 мин-1: электропневматический преобразо-
ватель приводит в действие поворотный клапан, и выхлопной газ
проходит мимо турбинного колеса через байпасный клапан, что
ограничивает давление наддува и скорость вращения турбины.
Время реакции турботормоза варьируется в диапазоне 1...10 с —
в зависимости от начальных оборотов двигателя и турбины. Тур-
ботормоз обеспечивает поступательное увеличение замедления.
Гидродинамический ретардер по принципу работы очень по-
хож на гидротрансформатор. Ретардер (рис. 7.29) содержит внутри
своего корпуса гидромуфту, способную развивать значительный
тормозной момент на вторичном валу коробки передач.
Рис. 7.29. Ретардер: 1 — статор; 2 — ротор
Наиболее распространенным способом является установка
ретардера за коробкой передач. Ретардер соединяется с вторич-
ным валом не напрямую, а через пару шестерен с передаточным
отношением примерно 1:2, поэтому скорость вращения ротора
здесь в два раза выше (что позволяет улучшить характеристики
тормозного момента на малых скоростях).
Статор и ротор располагаются в общей емкости, заполнен-
ной маслом, в непосредственной близости друг от друга. Ротор
282
72. Тормозная система
кинематически связан с вторичным валом коробки передач, в то
время как статор жестко соединен с корпусом.
При включении ретардера рабочая жидкость заполняет поло-
сти между статорами и ротором, и ретардер начинает тормозить.
При этом рабочая жидкость движется между лопатками статора
и ротора в вихревом режиме. Поток рабочей жидкости воздей-
ствует на лопатки ротора в направлении, противоположном на-
правлению его вращения, и оказывает тормозящее действие на
ротор. Поскольку жидкость обладает вязкостью, она, совершая
циркуляцию среди подвижных и неподвижных лопаток, созда-
ет тормозной момент на валу ротора, преобразуя кинетическую
энергию автомобиля в тепловую.
Акватардер работает по тому же принципу, что и гидродина-
мический ретардер, только в качестве рабочего тела он исполь-
зует не масло, а охлаждающую жидкость двигателя. Акватардер
установлен спереди двигателя и жестко закреплен с его коленча-
тым валом.
Интардер - это ретардер. объединенный с коробкой пере-
дач. Интардер в качестве рабочей жидкости использует масло из
коробки передач. Масло циркулирует между интардером и тепло-
обменником и возвращается в коробку передач.
Электромагнитный ретардер использует индукционные тор-
моза Telma, обычно называемые электрическими или электро-
магнитными тормозами.
В состав ретардера входят неподвижный статор и пара ро-
торов, жестко соединенных с вращающим их приводным валом.
Статор и роторы установлены коаксиально друг напротив друга и
разделены небольшим воздушным зазором.
Статор играет роль индуктора. Он состоит из последователь-
но соединенной пары электромагнитов, которые при непрерыв-
ном протекании электрического тока через обмотки статора соз-
дают электромагнитное поле, необходимое для возникновения
токов Фуко в материале роторов.
Роторы играют роль якоря. Появление вихревых токов Фуко
в материале ротора приводит к возникновению лапласовых сил,
действующих в направлении, противоположном вращению рото-
ра. В результате этого создается тормозящий момент, действую-
щий на приводной вал и замедляющий движение автомобиля.
Магнетардер обладает ротором и статором барабанного типа.
Постоянные магниты, закрепленные на поворотной станине
283
7. Системы управления
внутри статора, перемешаются при помоши пневматических ци-
линдров из положения «выключен» в положение «включен» и
обратно. В активированном положении на вращающийся алю-
миниевый ротор действуют тормозящие силы Лоренца. Энергия
торможения превращается в тепло, которое рассеивается тепло-
отводяшими ребрами ротора, вращающегося снаружи статора.
Б Вопросы лля самоконтроля
1. Определите функции тормозной системы.
2. Какие тормозные системы устанавливаются на автомобиле?
3. Опишите устройство и принцип действия тормозной системы с ги-
дравлическим приводом.
4. Назовите элементы в составе антпблокпровочной системы.
5. Опишите фазы работы ABS.
6. Объясните устройство и принцип работы тормозной системы с
пневматическим приводом.
7. Перечислите конструкции вспомогательных систем торможения
(замедления) и дайте им краткую характеристику.
284
8. НЕСУЩАЯ СИСТЕМА
Несущая система автомобиля предназначена для размеще-
ния всех узлов, агрегатов и систем автомобиля и соединения их
в единую конструкцию, по сути и являющуюся автомобилем.
В качестве несущей системы могут выступать рама или кузов ав-
томобиля.
8.1. Рама
Автомобильная рама выполняет функцию каркаса автомо-
биля. Дополнительно рама придает жесткость и прочность всей
конструкции, что позволяет воспринимать различные нагрузки
при движении. Для размещения водителя, пассажиров и грузов
на раму дополнительно устанавливается кузов или (и) кабина.
К раме крепятся практически все узлы и агрегаты систем
автомобиля: кузов, двигатель, трансмиссия, передняя и задняя
подвески, системы управления и др. В совокупности они образу-
ют шасси автомобиля.
В зависимости от конструкции различают следующие основ-
ные виды рам:
— лонжеронные;
— хребтовые, или центральные;
— решетчатые, или пространственные;
— комбинированные.
Самыми распространенными являются лонжеронные рамы.
Лонжеронная рама объединяет две продольные балки (лонжеро-
ны) и находящиеся между ними поперечины (рис. 8.1).
Лонжерон представляет собой металлическую балку откры-
того или закрытого поперечного сечения (закрытый короб, швел-
лер, двутавр). В зависимости от типа автомобиля лонжероны мо-
гут устанавливаться параллельно в горизонтальной плоскости;
285
8. Несущая система
под углом в горизонтальной плоскости; изогнутыми в вертикаль-
ной плоскости; изогнутыми в горизонтальной плоскости.
Рис. 8.1. Лонжеронная рама:
1 — лонжерон; 2, 4 — поперечины; 3 — буксирное
устройство; 5 — буфер; 6 — крюк
Поперечины служат для придания жесткости конструкции
рамы. Поперечины могут иметь прямолинейную, К-образную
или Х-образную форму. Поперечины изготавливаются из гнутого
металлического профиля.
Лонжероны и поперечины соединяются между собой клеп-
кой (грузовые автомобили) или сваркой (легковые автомобили).
Для закрепления кузова, двигателя, агрегатов трансмиссии на
раме установлены кронштейны различной формы. В теле лон-
жеронов и поперечин выполняются различные технологические
отверстия.
Хребтовая рама состоит из продольной несущей балки и при-
крепленных к ней поперечин (рис. 8.2). Центральная балка име-
ет. как правило, трубчатое сечение. Внутри балки располагаются
отдельные элементы трансмиссии. Хребтовая рама обладает боль-
шей крутильной жесткостью по сравнению с лонжеронной рамой.
Хребтовая рама предполагает независимую подвеску всех колес.
Рис. 8.2. Хребтовая рама
286
8.1. Рама
Решетчатая рама (рис 8.3) применяется в конструкции спор-
тивных автомобилей и автобусов. По своей сути она схожа с не-
сущим кузовом. Решетчатая рама обеспечивает высокую жест-
кость на кручение при сравнительно небольшой массе.
Рис. 8.3. Решетчатая рама:
а - автобуса; б — спортивного автомобиля
Преимуществами рамной конструкции несущей системы
являются простота, низкая стоимость, восприятие значитель-
ных нагрузок, унификация базовых моделей автомобилей. Рама
может собираться отдельно от кузова, что существенно ускоряет
процесс изготовления транспортного средства, позволяя разде-
лить его на две технологические цепочки. При использовании
рамы намного легче восстанавливать геометрическую целост-
ность кузова в случае аварии. Вместе с тем использование рамы
приводит к увеличению массы автомобиля. Даже применение
современных материалов не может существенно облегчить раму
или уменьшить ее габариты — она все равно будет утяжелять
автомобиль и вынуждать придавать ему большие размеры без
существенного повышения полезного объема внутри кузова.
Следовательно, повышается расход топлива, увеличиваются вы-
бросы выхлопных газов, окружающей среде наносится суще-
ственный вред. Кроме того, повышение массы означает увели-
чение нагрузки на ходовую часть. Пружины не всегда способны
справиться с весом рамного транспорта, поэтому их зачастую
заменяют более «выносливыми», однако не столь комфортабель-
ными рессорами.
В связи с этим рамные конструкции используют только в тех
автомобилях, которым необходимо работать в сложных условиях
(внедорожники, грузовые и т. п.).
287
8. Несущая система
Ё Вопросы лля самоконтроля
1. Укажите функции рамы автомобиля.
2. Перечислите и кратко охарактеризуйте виды рам.
3. Назовите преимущества и недостатки рамной конструкции авто-
мобиля.
8.2. Кузов
Кузов автомобиля служит для непосредственного размещения
водителя, пассажиров и груза, зашиты их от воздействия плохих
погодных условий (дождь, снег, ветер), неблагоприятных факто-
ров в движении (шум, вибрация, пыль), защиты при аварии.
Назначение кузова определяет область применения автомо-
биля. Кузов может быть несущей системой или конструктивным
элементом этой системы.
Кузов, воспринимающий все нагрузки и усилия, действую-
щие на автомобиль при движении, называется несущим. Все со-
временные легковые автомобили оборудуются, как правило, не-
сущим кузовом.
Полунесуший кузов жестко соединен с рамой, за счет чего
воспринимает часть нагрузок, приходящихся на раму.
Разгруженный кузов имеет упругую связь с рамой и воспри-
нимает нагрузки только от веса пассажиров и перевозимого гру-
за. Разгруженным кузовом оборудуются внедорожники.
Основу кузова составляет корпус (каркас), к которому шар-
нирно прикреплены капот, крышка багажника, двери, передний
и задний бамперы, декоративные накладные элементы и т. д.
(рис. 8.4).
Корпус представляет собой жесткую сварную конструкцию,
состоящую из отдельных элементов: основание (пол), передняя
часть, задняя часть, левая и правая боковины, крыша.
Основание кузова выполнено в виде цельноштампованной
панели корытообразной формы. В центре панели проходит тон-
нель, служащий для размещения элементов выпускной систе-
мы, тормозных и топливных трубопроводов, а в заднеприводных
(полноприводных) автомобилях — для размещения узлов транс-
миссии. Тоннель защищает расположенные в нем элементы от
повреждения и увеличивает жесткость пола. В полу может быть
выполнена ниша для запасного колеса. Вдоль основания прива-
рены лонжероны.
288
82. Кузов
Рис. 8.4. Кузов легкового автомобиля:
1 — передний лонжерон; 2 — передний шит; 3 — передняя
стойка; 4 — крыша; 5 — задняя стойка; 6 — заднее крыло;
7- панель багажника; 8 — средняя стойка; 9 — порог;
10 — центральный тоннель; 11 — основание; 12 — брызговик
Передняя часть объединяет передние лонжероны, передний
шит. переднюю панель, брызговики и крылья. Передние лон-
жероны играют роль силовых элементов, на которые крепятся
двигатель и передняя подвеска. В разных конструкциях кузо-
вов передние крылья выполняются съемными или несъемными.
В задней части расположены панель багажника и брызговики.
Боковина кузова состоит из внутренней и наружной панели.
Наружная панель представлена передней, средней и задней стой-
ками. порогом и задним крылом. Внутренняя панель состоит из
отдельных силовых элементов — усилителей стоек и пр. Панели
соединены между собой.
Крыша кузова имеет цельноштампованную конструкцию,
усиленную поперечинами.
Основное требование, предъявляемое к каркасу кузова, —
обеспечение высокой безопасности при снижении массы. Вы-
полнение этого требования достигается за счет использования в
конструкции кузова:
— различных материалов (сверхпрочные стали, алюминий);
289
8. Несущая система
— различных технологий соединения деталей (точечная свар-
ка, лазерная сварка, лазерная пайка, структурная клейка);
— активных профилей элементов каркаса;
— материалов различной толщины (для создания зон дефор-
мации).
Капот состоит из двух соединенных между собой панелей
(наружной и внутренней) и крепится к корпусу на петлях, снаб-
женных пружинами. Пружины обеспечивают подъем капота.
Капот оборудуется замком, который отпирается изнутри кузова
специальной рукояткой.
Крышка (дверь) багажника состоит из двух панелей. На вну-
тренней панели установлен замок. Фиксация крышки багажника
в открытом положении производится с помощью упругих эле-
ментов (пружин, торсионов). Ряд моделей автомобилей имеют
электропривод двери багажника.
Двери кузова включают две панели, оборудуются замком и
крепятся на петлях. В нижней части двери выполнены отверстия
для стока воды из внутренней полости.
Й Вопросы лля самоконтроля
1. Укажите назначение несущей системы автомобиля.
2. Перечислите и охарактеризуйте основные виды рам автомобилей.
3. Из каких основных частей состоит кузов легкового автомобиля?
290
9. СИСТЕМА ОТОПЛЕНИЯ, ВЕНТИЛЯЦИИ
И КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ
Система отопления, вентиляции и кондиционирования
предназначена для создания и поддержания комфортных усло-
вий в салоне автомобиля.
Система отопления и вентиляции служит для обогрева салона
автомобиля, а также для подачи в салон свежего воздуха и его
очистки. Кроме того, система отопления и вентиляции должна
устранять запотевание окон при сильных колебаниях температу-
ры и влажности воздуха.
Регулировка температуры воздуха в салоне может осущест-
вляться тремя способами:
— водяная регулировка, когда регулируется количество горя-
чей воды, поступающей в радиатор отопителя;
— воздушная регулировка — осуществляется путем смеши-
вания свежего воздуха с горячим, прошедшим через теплооб-
менник;
— смешанная регулировка, представляющая собой комбини-
рование первых двух способов (вентилятор имеет два-три режима
работы; возможно объединение работы вентилятора с регулиров-
кой количества поступающего воздуха).
Типовая конструкция системы отопления и вентиляции
включает:
— корпус с воздуховодами и воздухораспределительными ка-
налами;
— теплообменник с вентилятором;
— органы управления температурой, поступлением и распре-
делением воздуха.
Система вентиляции комплектуется фильтром очистки (так
называемый салонный фильтр). Фильтр задерживает пыль и
291
9. Система отопления, вентиляции и кондиционирования
твердые частицы, а также может улавливать запахи и вредные
вещества.
Типовая конструкция системы отопления и вентиляции лег-
кового автомобиля показана на рисунке 9.1.
Рис. 9.1. Система вентиляции и отопления легкового автомобиля:
1 — воздуховод обогрева ветрового стекла; 2 — крышка
воздухопритока; 3 — радиатор; 4 — кожух радиатора; 5 — тяга крана
отопителя; 6 — отводная труба; 7— подводная труба; 8 — кран отопителя;
9 — правый воздухопровод обогрева бокового стекла; 10 — сопло
обогрева бокового стекла; 11 - заслонка правого воздухопровода;
12 — добавочный резистор; 15 — воздухораспределительная крышка;
14 - заслонка воздухопровода обогрева ветрового стекла;
15 — электродвигатель вентилятора; 16 - крыльчатка вентилятора;
17- воздухопровод внутренней вентиляции; 18- рычаг
воздухораспределительной крышки; 19 — наружный рычаг заслонки
воздухопровода обогрева ветрового стекла; 20 — кронштейн
рычагов управления; 21 — рукоятка управления заслонками
воздухопроводов обогрева стекол; 22 - рукоятка управления крышкой
воздухопритока; 23 - рукоятка управления краном отопителя;
24 - тяга крышки воздухопритока; 25 - тяга заслонки обогрева
ветрового стекла; 2d — левый воздухопровод обогрева бокового стекла;
27- центральные сопла вентиляции салона кузова; 28- лопатка
сопла; 29 — сопло; 30 — рычаг сопла; 31 — зубчатое колесо привода
заслонки сопла; 32 — задний уплотнитель трубы воздухопритока;
33 — труба воздухопритока; 34 — передний уплотнитель трубы
воздухопритока; 35 — клапан трубы воздухопритока; 36 — зашелка
трубы воздухопритока; 37— заслонка с зубчатым сектором
292
9 Система отопления, вентиляции и кондиционирования
Система кондиционирования (рис. 9.2) служит для охлажде-
ния воздуха в салоне автомобиля.
Система климат-контроля предназначена для создания и ав-
томатического поддержания микроклимата в салоне автомобиля
с помощью климатической установки. Климат-контроль подраз-
деляется по числу температурных зон: однозонный, двухзонный,
трехзонный и четырехзонный.
Рис. 9.2. Схема парокомпрессионного кондиционера
с терморегулирующим вентилем:
А - сжатый газ с высоким давлением и температурой; Б - жидкая
фаза хладагента; В - туманообразная фаза хладагента; Г - газообразный
хладагент с низким давлением и температурой; 1 — муфта
электромагнитная; 2 — компрессор; 3 — конденсатор; 4 — вентилятор;
5— датчик (реле) давления; 6- ре сивер-осушитель; 7- реле
температуры испарителя; 8 - поддон дренажной системы;
9 - испаритель; 10 - вентилятор испарителя; 11 - выключатель
кондиционера; 12 — терморегулирующий вентиль
Климатическая установка включает элементы системы ото-
пления, вентиляции и кондиционирования, в том числе радиа-
тор отопителя, вентилятор приточного воздуха и кондиционер,
состоящий из испарителя, компрессора, конденсатора и ресивера
(рис. 9.3).
293
9. Система отопления, вентиляции и кондиционирования
Управление климатической установкой осуществляет систе-
ма, включающая входные датчики, блок управления и исполни-
тельные устройства.
Рис. 9.3. Схема климатической установки автомобиля:
1 - электромагнитная муфта; 2 - предохранительный клапан на
компрессоре; 3 — вентилятор для охлаждающей жидкости;
4 — манометрический выключатель климатической установки;
5 — датчик температуры охлаждающей жидкости; 6 — термовыключатель
вентилятора радиатора охлаждающей жидкости; 7— датчик
температуры испарителя; 8 — вентилятор свежего воздуха; 9 — блок
управления двигателя; 10 - выключатель климатической установки
Входные датчики измеряют соответствующие физические
параметры и преобразуют их в электрические сигналы. К вход-
ным датчикам системы управления относятся:
— датчики температуры наружного воздуха;
— датчик уровня солнечного излучения (фотодиод);
— выходной датчик температуры;
— потенциометры заслонок;
— датчик температуры испарителя;
— датчик давления в системе кондиционирования.
Количество датчиков выходной температуры определяется
конструкцией климат-контроля. В двухзонной системе климат-
294
9 Система отопления, вентиляции и кондиционирования
контроля число датчиков выходной температуры удваивается
(датчики слева и справа).
Потенциометры заслонок фиксируют текущее положение
воздушных заслонок. Датчики температуры испарителя и давле-
ния обеспечивают работу системы кондиционирования.
Электронный блок управления принимает сигналы от дат-
чиков и в соответствии с заложенной программой формирует
управляющие воздействия на исполнительные устройства.
й Вопросы лля самоконтроля
1. Опишите устройство системы отопления.
2. Объясните назначение составных элементов системы кондициони-
рования воздуха.
295
10. СТЕКЛООЧИСТИТЕЛИ И СТЕКЛООМЫВАТЕЛЬ
*>^<>С><>ОС>С>С><ХХХХХ><><><Х><>О<>ОО<Х><Х><Х><Х>О<>^
Стеклоочистители — система автомобиля, предназначенная
для удаления влаги и грязи с автомобильных стекол. По своей
сути стеклоочиститель относится к системам активной безопас-
ности, так как обеспечивает видимость в любых условиях, тем
самым предотвращая аварию.
Стеклоочистители устанавливаются на ветровом стекле, за-
днем стекле (кроме автомобилей с кузовом седан). На некоторых
автомобилях применяются стеклоочистители фар. Для повыше-
ния эффективности очистки стеклоочиститель применяется со-
вместно со стеклоомывателем.
Стеклоочиститель состоит из щеток с приводом и системы
управления (рис. 10.1).
Рис. 10.1. Стеклоочиститель автомобиля:
1 — моторедуктор с кронштейном; 2 — болт крепления кронштейна
моторедуктора; 3, 15 - пружинная шайба; < 16 — шайба;
5 — кронштейн крепления стеклоочистителя; 6, 13 — тяги;
7— прокладка; 8 - распорная втулка; 9 — шайбы; 10 - шетки;
11 — рычаги шеток; 12 — защитный колпачок; 14, 18 — гайка;
17— колпачок; 19 - штуцер; 20 — упор кронштейна моторедуктора
296
10. Стеклоочистители и стеклоомыватель
Привод стеклоочистителей обеспечивает возвратно-посту-
пательное движение щеток (щетки) по стеклу. Самым распро-
страненным является электрический привод стеклоочистителей.
Типовой электрический привод включает электродвигатель, чер-
вячный редуктор, трапецию и поводки.
В приводе может применяться один (объединенный привод
щеток) или два (индивидуальный привод щеток) электродвигате-
ля. Червячный редуктор увеличивает усилие от электродвигателя
в несколько десятков раз. Трапеция представляет собой систему
рычагов, преобразующих вращательное движение редуктора в
возвратно-поступательное движение поводков. К поводкам кре-
пятся щетки.
Непосредственная очистка стекла от влаги и грязи произво-
дится с помощью щеток. Различают два типа щеток: каркасные и
бескаркасные. Каркасная щетка включает в себя жесткий каркас,
состоящий из шарнирно соединенных коромысел, и резиновую
ленту специального профиля. Каркас обеспечивает равномерную
передачу давления на стекло от поводка. Лента с каркасом соеди-
няется с помощью зажимов.
Бескаркасная щетка представляет собой изогнутый пружин-
ный стальной элемент, размешенный внутри резиновой ленты —
щетки. Высокое качество очистки стекла в зимнее время обе-
спечивает бескаркасная щетка с подогревом, подключаемая по-
средством провода к прикуривателю автомобиля. Альтернативой
данному решению является подогрев места установки каркасной
щетки на стекле, предотвращающий замерзание и обледенение
резиновой ленты.
На щетках может устанавливаться спойлер, компенсирующий
их парусность и увеличивающий прижимное усилие к стеклу.
Стеклоочиститель может иметь электрическое или электрон-
ное управление. Электрическое управление представляет собой
электрическую цепь, включающую подрулевой переключатель и
реле. Переключатель предусматривает несколько непрерывных
(низкая и высокая скорость) и несколько прерывистых (дискрет-
ных) режимов.
Электронное управление стеклоочистителем может обеспе-
чивать ряд дополнительных функций:
— автоматическое включение стеклоочистителя;
- автоматическое изменение режимов движения щеток в за-
висимости от количества воды на стекле;
297
10. Стеклоочистители и стеклоомыватель
— блокировка щеток при распознавании препятствия на стекле;
— сервисное (для замены и очистки) и зимнее (предотвраща-
ет примерзание) положение щеток при выключенном двигателе;
— отключение стеклоочистителя при открытом капоте авто-
мобиля;
— удаление щеток из поля зрения водителя после окончания
очистки стекла;
— дополнительная очистка стекла при окончании пользова-
ния стеклоомывателем (удаление подтеков).
Автоматическое регулирование работы стеклоочистителя
производится с помощью датчика дождя. Он устанавливается с
внутренней стороны ветрового стекла рядом с зеркалом заднего
вида. Конструктивно датчик объединен с датчиком освещенно-
сти (находятся в одном корпусе).
Датчик дождя состоит из светодиода, фотодиода и оптиче-
ского элемента. Свет от светодиода отражается от поверхности
стекла, фокусируется оптическим элементом и воспринимается
фотодиодом. При этом количество света, попадающего на фото-
диод, изменяется в зависимости от количества воды на стекле.
Изменяется и выходной сигнал фотодиода, который обрабаты-
вается электронным блоком управления стеклоочистителя. Блок
управления, в свою очередь, устанавливает определенный режим
электродвигателя.
Стеклоомыватель доставляет и разбрызгивает омывающую
жидкость на лобовое стекло, за счет чего повышается эффектив-
ность работы стеклоочистителя. На автомобилях с типом кузо-
ва хэтчбек, универсал и других дополнительно устанавливается
омыватель заднего стекла.
Конструкция стеклоомывателя включает бачок, насос, фор-
сунки и соединительную арматуру (рис. 10.2).
Бачок стеклоомывателя является резервуаром для омываю-
щей жидкости. Стандартная емкость бачка 2,5...4 л. Бачок, до-
полнительно обслуживающий омыватель фар, имеет большую
емкость. Бачок стеклоомывателя располагается в моторном отсе-
ке. В связи с дефицитом подкапотного пространства в современ-
ных автомобилях форма и расположение бачка согласовываются
с обшей компоновочной схемой силовой установки. Бачок снаб-
жен заливной горловиной с крышкой. На поверхность крышки
нанесен характерный рисунок, предполагающий однозначное
прочтение водителем.
298
10. Стеклоочистители и стеклоомыватель
Рис. 10.2. Омыватель:
1 — корпус насоса с электродвигателем в сборе; 2 - провод «массы»;
3 — провод «+»; 4 — бачок; 5 — комбинированный переключатель;
6 - крышка; 7, 9 - шланги; 8 - тройник; 10 - жиклеры
Автомобили со стеклоомывателем и омывателем фар в обя-
зательном порядке оборудуются датчиком уровня омывающей
жидкости. На другие автомобили датчик может устанавливаться
в качестве опции. Датчик уровня жидкости поплавкового типа
располагается в бачке омывателя лобового стекла. В нижнем по-
ложении поплавка контакты замыкаются, и загорается сигналь-
ная лампа на панели приборов.
Насос центробежного типа располагается в бачке и обеспе-
чивает подачу омывающей жидкости к форсункам под опреде-
ленным давлением. Конструктивно он объединяет электро-
двигатель постоянного тока и рабочее колесо. В насосе может
устанавливаться фильтр грубой очистки. Для омывателя заднего
стекла (омывателя фар) может устанавливаться дополнительный
(второй) насос.
Конечным элементом в конструкции стеклоомывателя явля-
ются форсунки. Форсунки устанавливаются в крышке капота и
задней двери. Различают два типа форсунок: струйные и веер-
ные. Струйная форсунка имеет одно или два сопла, которые фор-
мируют одну или две струи жидкости.
Веерная форсунка производит разбрызгивание омывающей
жидкости одновременно на значительную поверхность стекла.
299
10. Стеклоочистители и стеклоомыватель
Веерный характер разбрызгивания обеспечивает особая кон-
струкция сопла форсунки и большее давление в системе стекло-
омывателя. Совместно с веерными форсунками устанавливается
обратный клапан, который постоянно поддерживает систему сте-
клоомывателя в заполненном состоянии и способствует быстро-
му созданию давления.
Преимуществом веерных форсунок являются пониженный
расход и равномерное разбрызгивание омывающей жидкости, что
позволяет щеткам стеклоочистителя работать более эффективно.
Недостаток веерных форсунок вытекает из их достоинства - при
разбрызгивании жидкость закрывает большую поверхность стек-
ла, что на мгновение ухудшает видимость и снижает безопас-
ность.
Как альтернатива стационарным форсункам были разработа-
ны подвижные форсунки. Блок форсунок закрепляется на рычаге
щетки и запитывается от гибкого шланга. Система обеспечивает
лучшее омывание, экономию жидкости.
Й Вопросы лля самоконтроля
1. Укажите назначение стеклоочистителей и стеклоомывателя.
2. Опишите устройство стеклоочистителя.
3. Назовите конструктивные элементы стеклоомывателя и поясните
их функции.
300
ЛИТЕРАТУРА
Михневич, Е.В. Устройство и эксплуатация автомобилей : лабо-
раторный практикум : пособие / Е.В. Михневич. Минск. 2014.
Пехальский, А.П. Устройство автомобилей : учеб. / А.П. Пехаль-
ский, И.А. Пехальский. М., 2016.
Савич, Е.Л. Легковые автомобили : учеб. / Е.Л. Савич. Минск,
2013.
Савич, Е.Л. Устройство и эксплуатация автомобилей для между-
народных перевозок : учеб, пособие / Е.Л. Савич. А.С. Гурский,
В.П. Ложечник ; под общ. ред. Е.Л. Савича. Минск. 2016.
Спиридонов, Н.И. Устройство автомобилей : учеб.-мет. пособие /
Н.И. Спиридонов. Минск, 2013.
Сгуканов, В.А. Устройство автомобилей : сборник тестовых за-
даний : учеб, пособие / В.А. Стуканов. М., 2011.
Шестопалов, С.К. Устройство легковых автомобилей : учеб. /
С.К. Шестопалов. М., 2013.
301
ОГЛАВЛЕНИЕ
1. Общее устройство и классификация автомобилей........3
2. Общее устройство и механизмы двигателей..............8
2.1. Классификация двигателей внутреннего сгорания......8
2.2. Основные параметры двигателей.....................10
2.3. Рабочий цикл четырехтактного двигателя
внутреннего сгорания...................................13
2.4. Устройство двигателя внутреннего сгорания.........15
3. Системы двигателя...................................29
3.1. Система охлаждения................................29
3.2. Система смазки....................................35
3.3. Система питания ..................................37
3.4. Выпускная система................................129
4. Электрооборудование................................132
4.1. Система зажигания................................133
4.2. Система запуска двигателя........................145
4.3. Система контрольно-измерительных приборов........162
4.4. Система освещения ...............................166
4.5. Система звуковой сигнализации....................172
5. Трансмиссия........................................174
5.1. Сцепление........................................174
5.2. Коробка передач..................................183
5.3. Карданная передача...............................203
5.4. Главная передача.................................206
5.5. Раздаточная коробка..............................210
302
Оглавление
5.6. Коробка отбора мощности..........................215
6. Ходовая часть .....................................218
6.1. Подвеска ........................................218
6.2. Амортизаторы.....................................227
6.3. Колесные диски и шины ...........................228
7. Системы управления.................................234
7.1. Рулевое управление...............................234
7.2. Тормозная система................................242
8. Несущая система....................................285
8.1. Рама.............................................285
8.2. Кузов............................................288
9. Система отопления, вентиляции и кондиционирования..291
10. Стеклоочистители и стеклоомыватель................296
Литература............................................301
303