Конструкции автомобиля. Общие сведения.

 

1. Классификация автомобилей

Автомобиль — это самоходное средство, предназначенное для перевозки грузов, людей или выполнения специальных операций.

По назначению различают грузовые, пассажирские и специальные автомобили.

Грузовые автомобили. Они предназначены для перевозки грузов и могут быть снабжены платформой. Их используют как универсальный транспорт (общего назначения) и для перевозки специальных грузов. Эти автомобили подразделяют по грузоподъемности, т. е. по массе груза, который можно перевезти в кузове, на следующие классы: особо малый (0,3... 1,0 т); малый (1,0... 3,0 т); средний (3,0... 5,0 т); большой (5,0 ... 8,0 т); особо большой (свыше 8 т).

Среди грузовых автомобилей можно выделить специализированные автомобили для перевозки грузов определенного вида: насыпных, жидких, крупногабаритных и др. Это самосвалы, цистерны, панелевозы, фургоны и т.д. Разбрасыватели органических и минеральных удобрений, топливозаправщики и т. д. — это транспортно-технологические специализированные автомобили.

Пассажирские автомобили. Их подразделяют на легковые — для перевозки небольшой группы пассажиров (до 8 чел.) и автобусы — для массовой перевозки пассажиров. Автобусы бывают городскими, пригородными и междугородными.

Специальные автомобили. Это модификации грузовых автомобилей, которые служат для выполнения определенных нетранспортных работ, для чего их оснащают соответствующим оборудованием. К ним относятся автокраны, пожарные автомобили, уборочные (для очистки и поливки улиц), ремонтные мастерские, автовышки и др.

По типу шасси автомобили делятся на рамные и безрамные.

Рамные автомобили имеют в качестве остова раму, к которой крепят составные части и механизмы.

Безрамные автомобили не имеют рамы, а составные части и механизмы автомобиля монтируют к кузову. В этом случае кузов автомобиля называют несущим.

По типу двигателя автомобили подразделяются на автомобили с карбюраторными, инжекторными, электрическими двигателями и дизелями.

Двигатели работают: карбюраторные - на бензине и газовом топливе, инжекторные — на бензине, дизели — на дизельном топливе, электродвигатели — от аккумуляторных батарей.

 

Для обозначения марки отечественного автомобиля используют сокращенное название завода-изготовителя (ГАЗ, ЗИЛ, КамАЗ) и через дефис — цифру, указывающую номер модели.

Цифровое обозначение для базовых моделей состоит из четырех цифр. Первая цифра обозначает класс, вторая — вид автомобиля, а последующие две цифры — номер модели.

Номер модификации базовой модели обозначают пятой цифрой. Шестая цифра указывает на номер экспортного варианта.

Например, марка грузового автомобиля ГАЗ-3307 означает, что это автомобиль 3-го класса (имеет полную массу 7,7 т) с бортовой платформой, номер модели серийного выпуска 07. Исключение составляет первая цифра в марке автомобиля «Бычок».

Каждый специализированный грузовой автомобиль в обозначении вида имеет свою определенную цифру. Например, седельный тягач — 4, самосвал—5, цистерна—6, фургон —7.

 

2. Общее устройство автомобиля

Независимо от особенностей конструкции автомобиль состоит из трех основных частей: двигателя, кузова и шасси.

Двигатель. Это источник механической энергии, необходимый мя движения автомобиля. В двигателе тепловая энергия, получаемая при сгорании топлива в его цилиндрах, преобразуется в механическую работу.

Кузов. У грузового автомобиля кузов служит для размещения водителя, груза и пассажиров. Кузов состоит из платформы и кабины, а также капота, облицовки и крыльев.-

Шасси. В шасси входят все механизмы и агрегаты, предназначенные для передачи усилия от двигателя на ведущие колеса для управления и передвижения автомобиля.

Шасси включает в себя трансмиссию, ходовую часть, рулевое управление и тормозную систему.

Трансмиссия представляет собой совокупность механизмов, передающих крутящий момент (крутящим моментом называется момент силы, под действием которой тело вращается. Он определяется произведением силы на плечо ее приложения) от коленчатого вала двигателя к ведущим колесам и изменяющих вращающий момент и частоту вращения ведущих колес по величине и направлению. Трансмиссия состоит из сцепления, коробки передач, карданной передачи и ведущего моста.

Сцепление необходимо для кратковременного разъединения двигателя и трансмиссии при переключении передач, а также для плавного их соединения при трогании.

Коробка передач (КП) предназначена для изменения крутящего момента на ведущих колесах, скорости и направления движения автомобиля путем ввода в зацепление различных пар шестерен.

Карданная передача служит для передачи вращения от вала коробки передач к ведущему мосту под некоторым углом.

Ведущий мост состоит из механизмов, с помощью которых происходит увеличение крутящего момента, и вращение валов передается к ведущим колесам под прямым углом.

Ходовая часть предназначена для передвижения автомобиля. Вращательное движение ведущих колес при их сцеплении с поверхностью грунта преобразуется в поступательное движение автомобиля.

Рулевое управление необходимо для изменения направления движения автомобиля.

Тормозная система служит для замедления скорости движения и остановки автомобиля.

 

3. Двигатель

3.1. Классификация, основные параметры, механизмы и системы двигателя.

Двигатели, установленные на большинстве автотранспортных средств, называются двигателями внутреннего сгорания, потому что процесс сгорания топлива с выделением теплоты и превращения ее в механическую работу происходит непосредственно в его цилиндрах.

Двигатели внутреннего сгорания классифицируют по различным признакам.

По способу смесеобразования различают двигатели с внешним смесеобразованием (карбюраторные и газовые), у которых горючая смесь приготовляется вне цилиндров, и двигатели с внутренним смесеобразованием (дизели), у которых рабочая смесь образуется внутри цилиндров.

По способу выполнения рабочего цикла двигатели подразделяются на двух- и четырехтактные.

По числу цилиндров двигатели подразделяются на одно-, двух- и многоцилиндровые

По расположению цилиндров различают двигатели с вертикальным или наклонным расположением цилиндров в один ряд и У-образные двигатели с расположением цилиндров под углом (при расположении цилиндров под углом 180° двигатель называют оппозитным, или двигателем с противолежащими цилиндрами).

По способу охлаждения различают двигатели с жидкостным и воздушным охлаждением.

По виду применяемого топлива двигатели подразделяются на бензиновые (карбюраторные), газовые, дизельные и многотопливные.

В зависимости от вида применяемого топлива способы воспламенения рабочей смеси в двигателях различны. В карбюраторных двигателях смесь, приготовленная из паров бензина и воздуха, и в газовых двигателях смесь, состоящая из сжатого или сжиженного горючего газа и воздуха, воспламеняются электрической искрой. В дизелях мелко распыленное дизельное топливо, впрыснутое в цилиндры, самовоспламеняется под действием высокой температуры сжатого воздуха без постороннего источника зажигания. В многотопливных двигателях (ЗИЛ-645), конструкции которых позволяют использовать дизельное топливо, бензин и другие виды топлива, воспламенение рабочей смеси происходит так же, как и в дизелях, — от сильно нагретого воздуха вследствие высокой степени его сжатия.

Основными частями двигателя являются кривошипно-шатунный и газораспределительный механизмы, а также система питания, смазочная система и системы охлаждения и зажигания.

Кривошатунный механизм преобразует прямолинейное возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Он состоит из цилиндра; головки цилиндров, являющейся крышкой, закрывающей цилиндр сверху; поршня с кольцами и пальцем, который соединяет поршень с верхней головкой шатуна. Нижняя головка шатуна соединена с коленчатым валом, на заднем конце которого установлен маховик. Коленчатый вал вращается в коренных подшипниках, расположенных в картере двигателя, который снизу закрыт поддоном, используемым в качестве резервуара для масла.

Газораспределительный механизм обеспечивает своевременный впуск горючей смеси в цилиндр и удаление из него продуктов сгорания. Этот механизм приводится в действие от коленчатого вала через зубчатые колеса. При этом распределительный вал, воздействуя на толкатели, штанги и коромысла, открывает впускной или выпускной  клапан, закрытие которых происходит под действием клапанных пружин.

Система питания предназначена для приготовления и подачи горючей смеси в цилиндр, а также для отвода продуктов сгорания из цилиндра. При помощи насоса топливо из топливного бака подается в карбюратор, где оно в необходимом соотношении смешивается с воздухом, образуя горючую смесь, которая затем по впускному газопроводу поступает в цилиндр двигателя. В систему питания также входят фильтры для очистки воздуха и топлива, выпускной газопровод с глушителем шума выпуска.

Смазочная система обеспечивает подачу масла к взаимодействующим деталям. Она состоит из насоса, масло подводящих каналов, фильтров для очистки масла и радиатора для его охлаждения.

Система охлаждения поддерживает нормальный температурный режим работы двигателя, обеспечивая отвод теплоты от сильно нагревающихся при сгорании рабочей смеси деталей цилиндропоршневой группы и клапанного механизма. Система охлаждения бывает жидкостной или воздушной. Жидкостная система охлаждения состоит из рубашки (полости), внутри которой циркулирует охлаждающая жидкость, жидкостного насоса, термостата, вентилятора и радиатора.

При воздушной системе охлаждения заданный температурный режим достигается удалением теплоты от наружных ребер, имеющихся на цилиндре и его головке, которые при движении автомобиля обдуваются встречным потоком воздуха.

Система зажигания предназначена для воспламенения рабочей смеси в цилиндре двигателя. Она включает в себя источники электрической энергии (аккумуляторную батарею, генератор); приборы, преобразующие ток низкого напряжения в ток высокого напряжения; провода, подводящие ток высокого напряжения к свече зажигания, электрическая искра от которой воспламеняет рабочую смесь.

Основными конструктивными параметрами двигателя являются диаметр цилиндра, ход поршня и число цилиндров, которые обусловливают его габаритные размеры.

Пространство над днищем поршня при нахождении его в ВМТ называется камерой сгорания. Пространство цилиндра между верхней и нижней мертвыми точками называется его рабочим объемом. Сумма объема камеры сгорания и рабочего объема цилиндра составляет полный объем цилиндра.

Сумма всех рабочих объемов цилиндров многоцилиндрового двигателя называется рабочим объемом двигателя (литражем).

Отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания называется степенью сжатии.

Степень сжатия — безразмерная величина. Она показывает, во сколько раз уменьшается объем рабочей смеси или воздуха, находящихся в цилиндре, при перемещении поршня от НМТ к ВМТ. Чем выше степень сжатия, тем больше температура и давление рабочей смеси при подходе поршня к ВМТ.

С увеличением степени сжатия повышается коэффициент полезного действия (КПД), мощность и топливная экономичность двигателя. Однако повышение степени сжатия карбюраторных и газовых двигателей возможно лишь до определенных пределов, после достижения которых увеличение степени сжатия приводит к преждевременному самовоспламенению рабочей смеси и вызывает взрывное сгорание — детонацию топлива, снижающую работоспособность двигателя.

Различные виды жидких и газообразных топлив имеют разные температуры самовоспламенения, поэтому вид топлива, на котором работает двигатель, определяет пределы его степени сжатия. У автомобильных двигателей, работающих на бензине (карбюраторных двигателей), Ксж = 6...10; у двигателей, работающих на газе, Ксж = 7...9,5; у дизелей Ксж = 14...21. Верхний предел степени сжатия (Ксж = 18...21) для дизелей в основном обусловлен максимальными нагрузками от давления газов на детали кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов.

Компоновочная схемы ДВС. При однорядных схемах компоновки  цилиндр занимает вертикальное положение (это двигатели автомобилей ВАЗ «Жигули», ГАЗ-3302 «ГАЗель», ГАЗ-3110 и -3102 «Волга» и др.) или расположены под некоторым углом к вертикали равным 15...20°, что позволяет уменьшить высоту двигателя и удобнее располагать его приборы и оборудование.

На большинстве грузовых автомобилей применяют двухрядную У-образную (под углом 30^о) компоновку цилиндров (двигатели автомобилей ЗИЛ-431410, КамАЗ-5320, МАЗ-5335, «Урал-432О», ГАЗ-3309 и -3307). Наряду с этим применяется так же и двухрядная компоновка под углом 180° с противолежащими цилиндрами. Двигатели с таким расположением цилиндров иногда называют оппозитными, они удобно располагаются под полом кузова (например, двигатели РАБА-МАН в автобусах «Икарус-260, -280»).

3.2. Многоцилиндровые двигатели

Многоцилиндровые двигатели состоят из нескольких одноцилиндровых двигателей, конструктивно объединенных в единое целое и имеющих один общий коленчатый вал. В таком двигателе за два оборота коленчатого вала рабочих ходов будет совершено столько, сколько у него цилиндров, а так как два оборота коленчатого вала соответствуют 720°, то такты рабочего хода буду чередоваться через равные угловые интервалы в зависимости от числа цилиндров.

Например, в четырех-, шести- и восьмицилиндровых двигателях рабочие ходы совершаются при повороте коленчатого вала соответственно на 180, 120 и 90°. В каждом цилиндре указанных двигателей происходит один и тот же рабочий процесс, но одноименные такты совершаются в разные моменты времени; при этом чередование тактов в цилиндрах двигателей выбирают так, чтобы обеспечить равномерное распределение нагрузки на подшипники коленчатого вала и плавную работу двигателя. Последовательность чередования одноименных тактов в цилиндрах двигателя в течение рабочего цикла называется порядком работы двигателя. Принято указывать порядок работы двигателя по чередованию тактов рабочего хода, начиная с первого цилиндра.

Порядок работы двигателя во многом зависит от типа двигателя и числа цилиндров. Так, у коленчатого вала рядного четырех цилиндрового двигателя кривошипы расположены попарно под углом 180°, два крайних — под углом 180° к двум средним. Соответственно поршни цилиндров 1 и 4 при работе двигателя перемещаются одновременно в одном направлении, а поршни цилиндров 2 и З — в противоположных. Порядок работы четырехцилиндровых двигателей может быть 1-3-4-2 (двигатели автомобилей семейств ВАЗ, «Москвич-21412» и др.) или 1-2-4-3 (двигатели автомобилей ГАЗ-З1029, -3110 «Волга», ГАЗ-3302 «ГАЗель» и их модификаций).

В шестицилиндровом рядном двигателе шатунные шейки коленчатого вала расположены попарно в трех плоскостях. Такты во всех цилиндрах двигателя в соответствии с расположением кривошипов начинаются и заканчиваются не одновременно как в четырехцилиндровом двигателе, а смещаются в одной паре цилиндров относительно другой на угол 120°, и, следовательно, рабочие ходы перекрываются на 1/3 хода поршня, обеспечивая тем самым более равномерное вращение коленчатого вала. Наиболее распространенным порядком работы карбюраторного шестицилиндрового рядного двигателя является 1-5-3-6-2-4.

Для шестицилиндровых дизелей наиболее совершенным является У-образный вариант двигателя с развалом цилиндров под углом 90° и порядком работы 1-4-2-5-3-6 (дизель ЯМЗ-236М2). Широкое распространение дизелей и карбюраторных двигателей с У-образным расположением цилиндров является следствием преимуществ компоновочных схем этого типа по сравнению с компоновочными схемами рядных двигателей. К преимуществам таких двигателей относятся меньшая высота и габаритная длина, что дает возможность улучшить компоновку автомобиля в целом. Недостатками У-образных двигателей являются более сложная отливка блока и увеличение габаритной ширины по сравнению с рядным двигателем.

На грузовых автомобилях ЗИЛ-43 1410, ГАЗ-3307, КамАЗ-5320 и других установлены восьмицилиндровые У-образные двигатели, цилиндры которых расположены в два ряда по ходу автомобиля. Угол развала между рядами цилиндров составляет 90°. Один ряд цилиндров несколько смещен относительно другого ряда, что обусловлено установкой двух шатунов на каждую шейку коленчатого вала. На каждой шатунной шейке коленчатого вала установлено по два шатуна, которые связаны с поршнями правого и левого рядов цилиндров.

Чередование тактов в восьмицилиндровом У-образном двигателе - 1-5-4-2-6-3-7-8, т.к. при указанном порядке работы рабочие ходы следуют один за другим с перекрытием на 1/2 хода поршня. Это обеспечивает не только равномерное вращение коленчатого вала, но и уравновешивание сил инерции, возникающих в процессе работы двигателя.

 

Важным показателем, оценивающим совершенство двигателя по эффективности использования его рабочего объема, является так называемая литровая мощность Nл, т. е. максимальная мощность двигателя приходящаяся на 1 л его рабочего объема. Чем она выше тем лучше технико-экономические показатели двигателя.

Литровую мощность увеличивают обычно путем повышения степени сжатия двигателя, частоты вращения коленчатого вала, коэффициента наполнения и массы свежей горючей смеси, поступающей в цилиндры двигателя. Однако при увеличении литровой мощности возрастают нагрузки на детали кривошипно-шатунного механизма.

Для карбюраторных двигателей Nл = 18...40 кВт/л (меньше значение для грузовых автомобилей), а для высокооборотных дизелей  Nл = 15…25кВт/л.