Общее устройство автомобиля
При всем разнообразии автомобилей и составляющих их элементов каждый автомобиль можно условно разделить на три основные части: двигатель, шасси, кузов с кабиной.
Двигатель преобразует тепловую энергию, выделяющуюся в процессе сгорания топлива, в механическую, затрачиваемую на передвижение автомобиля.
Шасси обеспечивает передачу мощности двигателя ведущим колесам, преобразовывает вращательное движение, получаемое от двигателя, в поступательное движение всего автомобиля, осуществляет взаимодействие с дорогой и обеспечивает управление автомобилем.
В кузове располагаются пассажиры или грузы.
В свою очередь основные части автомобиля также состоят из отдельных элементов.
На рис. 1 изображена упрощенная схема автомобиля в плане. Двигатель 1 представляет собой компактный агрегат по сравнению с шасси и кузовом, состоящий из цилиндров с кривошипно-шатунными механизмами, распределительных механизмов, систем питания, зажигания, охлаждения, смазки.
Шасси, являясь основой построения автомобиля, состоит из агрегатов, расположенных в различных местах автомобиля и разделяющихся на три группы: силовую передачу, ходовую часть и органы управления.
При помощи силовой передачи мощность двигателя подводится к ведущим колесам; она состоит из сцепления, коробки передач, карданной передачи, главной передачи, дифференциала и полуосей.
Сцепление 6 предназначено для временного отсоединения коробки передач 7 от двигателя на момент переключения передач (с последующим плавным соединением с двигателем). Коробка передач в основном служит для увеличения крутящего момента, получаемого от двигателя путем включения одной из комбинаций имеющихся в ней шестерен; при этом соответственно изменяется скорость движения*. Вместе с тем коробка передач служит и для осуществления заднего хода. Двигатель, сцепление и коробка передач выполняются в одном блоке, называемом силовым блоком.
Расположенное за коробкой передач карданное устройство (шарниры 8 и вал 10) служит для передачи усилия от коробки передач, закрепленной с двигателем на раме, к главной передаче 13, находящейся в заднем мосту, который может перемещаться относительно рамы при деформации упругого звена между мостом и рамой. Карданная передача передает крутящий момент от коробки передач заднему мосту под переменным углом и при изменяющемся расстоянии между ними.
В главной передаче происходит дальнейшее после коробки передач увеличение крутящего момента и передача движения под прямым углом от карданного вала к приводным валам (полуосям) 12 колес. Вместе с главной передачей расположен дифференциал, позволяющий получать в случае необходимости (обычно на поворотах) разную скорость колес. Полуоси находятся в картере 14 ведущего (заднего) моста, и наружные концы их соединены в ведущими колесами 11.
Ходовая часть автомобиля состоит из элементов, непосредственно опирающихся на дорогу, задних и передних колес 5 с шинами, а также картера заднего моста, передней оси 2, подвески (на схеме -- рессоры 3), обеспечивающей упругое соединение заднего моста и передней оси с рамой 9; рама является основой для соединения частей автомобиля в одно целое и относится к ходовой части. Упругая подвеска и шины позволяют смягчать толчки и удары, воспринимаемые колесами от неровностей дороги. К органам управления относятся тормозная и рулевая системы. Тормозная система состоит из тормозов 4, расположенных на колесах, и привода к ним; она служит для снижения скорости, остановки р удержания автомобиля на месте.
2. Внешние характеристики двигателей
2.1 Внешние характеристики дизеля
Учитывая, что все автомобильные и тракторные дизели имеют регуляторы (автомобильные, как правило, двухрежимные; тракторные -- всережимные), рассмотрим внешнюю характеристику дизеля с регулятором.
Дизель в отличие от карбюраторного двигателя имеет несколько внешних характеристик (в зависимости от условий их снятия).
Внешняя характеристика 1 (рис. 1) дизеля называется нормальной или эксплуатационной, если она снимается при постоянном положении рейки топливного насоса, доведенной до упора, который установлен по пределу дымления на номинальных числах оборотов. Под номинальными понимаются обороты, при которых начинает работать регулятор. Следует отметить, что упор рейки топливного насоса при эксплуатационной (заводской) регулировке топливной аппаратуры должен устанавливаться по пределу дымления на номинальных числах оборотов. Увеличение числа оборотов коленчатого вала сопровождается падением коэффициента наполнения, а подача топлива на цикл при неизменном положении рейки остается примерно постоянной или даже увеличивается, что ведет к уменьшению коэффициента избытка воздуха. Следовательно, если упор будет установлен по пределу дымления на малых числах оборотов, то при возрастании последних двигатель будет работать в диапазоне за пределом дымления.
Внешняя характеристика 2 дизеля называется предельной или оптимальной, если все точки ее сняты при работе двигателя на пределы дымления.
Рис. 1 Внешняя характеристика дизеля
1 -- нормальная, 2 -- предельная, 3 -- максимальная
Нормальная и предельная внешние характеристики сходятся на номинальных числах оборотов, так как в этой точке коэффициент избытка воздуха для обеих характеристик одинаков.
Внешняя характеристика 3 дизеля называется максимальной или абсолютной, если все точки ее соответствуют наибольшему среднему эффективному давлению.
Необходимо отметить, что если абсолютная и предельная внешние характеристики являются для каждого дизеля вполне определенными кривыми, то нормальная характеристика зависит от номинальных чисел оборотов. Чем больше число оборотов, при которых вступает в действие регулятор, тем ниже пойдет эта характеристика.
2.2 Относительная внешняя характеристика карбюраторных двигателей
Установлено (проф. И. М. Лениным), что при построении кривых зависимости эффективной мощности от числа оборотов при полностью открытом дросселе для различных карбюраторных двигателей в относительных координатах (мощность двигателя и число оборотов откладываются в процентах от максимальных значений) эти кривые совпадают. Для данных двигателей справедливы следующие соотношения:
Это дает возможность построить внешнюю характеристику двигателя без проведения его испытаний, если известна максимальная мощность двигателя и число оборотов, при которых она достигается.
2.3 Частичные характеристики карбюраторного двигателя
(рис. 2). Каждая частичная характеристика (I, II, III) соответствует определенному открытию дроссельной заслонки, вследствие чего для каждого двигателя этих характеристик может быть любое количество, в то время как внешняя характеристика бывает только одна.
Рис.2 Частичные характеристики карбюраторного двигателя
По мере прикрытия дроссельной заслонки максимальные значения эффективной мощности двигателя сдвигаются в сторону меньших оборотов, что объясняется:
а) уменьшением проходных сечений во впускной системе;
б) увеличением относительной величины механических потерь вследствие уменьшения индикаторной мощности двигателя при неизменных затратах мощности на преодоление трения;
в) увеличением насосных потерь в двигателе.
Снижение эффективной мощности при дросселировании вызывается в основном уменьшением весового наполнения двигателя. Кроме того, снижению мощности способствуют также следующие причины, вызывающие и ухудшение экономических показателей двигателя при дросселировании:
1. Уменьшается скорость сгорания вследствие увеличения коэффициента остаточных газов (абсолютное количество остаточных газов в цилиндре в конце процесса выпуска по мере прикрытия дросселя остается примерно постоянным -- газы занимают объем камеры сгорания, а весовое наполнение падает).
2. Увеличивается относительная величина теплоотдачи через стенки цилиндра. Время соприкосновения газов по мере дросселирования остается постоянным; интенсивность вихреобразования, зависящая в основном от числа оборотов, также почти не изменяется; поэтому абсолютное количество тепла, отдаваемое через стенки цилиндра, остается при этом практически неизменным. Однако количество тепла, выделяемое при сгорании, ввиду уменьшения наполнения (на прикрытых дросселях) падает, что ведет к росту относительной величины теплоотдачи.
3 Увеличиваются насосные потери двигателя.
4.Возрастает относительная величина механических потерь в двигателе.
2.4 Частичные характеристики дизеля
Они снимаются при постоянном проходном сечении впускной системы двигателя и переменном положении рейки топливного насоса. Следовательно, переход от одной частичной характеристики дизеля к другой сопровождается изменением коэффициента избытка воздуха при постоянном коэффициенте наполнения и неизменных насосных потерях; происходит также изменение относительной величины механических потерь. Поэтому установка рейки насоса в последовательные положения, соответствующие уменьшающимся подачам топлива, смещает кривые эффективной мощности почти параллельно самим себе, существенно не влияя на их уклоны и не изменяя их характер. При работе на частичных характеристиках экономические показатели дизеля, так же как и экономические показатели карбюраторного двигателя, ухудшаются. Это в основном объясняется уменьшением механического к.п.д. при уменьшении индикаторной мощности.
3. Двигатели
3.1 Классификация двигателей
Тракторные и автомобильные двигатели внутреннего сгорания классифицируются по следующим признакам:
По способу смесеобразования -- на двигатели с внешним и внутренним смесеобразованием. К двигателям с внешним смесеобразованием относятся карбюраторные и газовые двигатели, а к двигателям с внутренним смесеобразованием -- дизели и калоризаторные двигатели.
По способу воспламенения рабочей смеси -- электрической искрой, запальным шаром и без постороннего источника воспламенения(дизели). Воспламенение рабочей смеси в карбюраторных и газовых двигателях, имеющих низкие степени сжатия, осуществляется электрической искрой; в калоризаторных двигателях -- запальным шаром; в дизелях из-за больших степеней сжатия и высокой температуры сжатого воздуха топливо, подаваемое в их цилиндры с помощью насоса и форсунки, воспламеняется от горячего воздуха без постороннего источника зажигания.
По виду применяемого топлива -- на двигатели легкого или светлого топлива (бензин, лигроин, керосин), на двигатели тяжелого топлива (дизельное топливо, соляровое масло, нефть) и двигатели газообразного топлива (генераторный и природные газы).
По способу осуществления рабочего цикла -- на двигатели четырехтактные и двухтактные.
По числу цилиндров -- на двигатели одноцилиндровые и многоцилиндровые (двух-, трех-, четырех-, шести- и восьмицилиндровые и т. д.).
По расположению цилиндров -- на двигатели вертикальные, горизонтальные и V-образные с цилиндрами, расположенными под углом.
При угле расположения цилиндров 180° двигатель называется оппозатным.
1. По охлаждению:-- на двигатели с водяным или воздушным охлаждением.
8. По назначению -- на двигатели транспортные и стационарные.
Поршневые двигатели внутреннего сгорания нашли широкое применение при выполнении различных сельскохозяйственных работ и в комплексной механизации сельского хозяйства; для этих целей используются двигатели мощностью от 1,48--3,7 квт (2--5 л. с.) до 184 квт (250 л. с.).
Маломощные двигатели обычно выполняются легко транспортабельными -- переносными или передвижными; применяются они на отдаленных участках совхозов и колхозов, где подвод электроэнергии является затруднительным или нерентабельным. Используются такие двигатели на машинах и оборудовании, механизирующих трудоемкие работы: на силосорезках, соломорезках, зерновых транспортерах и др.
Двигатели средней мощности 14,9--36,8 квт (20--50 л. с.) выполняются как транспортного типа (для тракторов и малолитражных автомобилей), так и стационарного. На стационарных работах они используются для полевых электростанций, в небольших мастерских, на водокачках и др.
Двигатели повышенной мощности -- 73,6--185 квт (100--250 л. с.) применяются на скоростных тракторах, комбайнах и на стационарных работах (привод молотилок, электростанций и др.).
Двигатели мощностью 73,6 квт (100 л. с.) и выше применяются на тракторах специального назначения, мощных грузовых автомобилях и на электростанциях для небольших поселков.
3.2 Механизмы и системы двигателя
Двигатель внутреннего сгорания имеет следующие механизмы и системы:
Кривошипно-шатунный механизм (поршень, шатун и коленчатый вал) служит для восприятия давления газов и преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала.
Механизм газораспределения предназначен для своевременного открытия и закрытия клапанов и состоит из клапанов, пружин и деталей их привода -- распределительного вала и распределительных шестерен, толкателей, штанг и коромысел.
Система охлаждения бывает водяная и воздушная; служит она для охлаждения деталей двигателя. Система водяного охлаждения состоит из водяного насоса, вентилятора, водяной рубашки, радиатора и термостата; у двигателей с воздушным охлаждением цилиндры и головки блока имеют специальные охлаждающие ребра.
Система смазки служит для подвода смазки к трущимся деталям и состоит из масляного насоса, маслопроводов, фильтров и иногда масляного радиатора.
Система питания предназначена для приготовления горючей смеси и подвода ее к цилиндрам (карбюраторный двигатель) или подачи воздуха и топлива в цилиндры двигателя (дизель) и приготовления в них рабочей смеси. Система питания карбюраторных двигателей и дизелей состоит из топливных баков, топливопроводов, кранов, фильтров, топливных насосов, карбюраторов или форсунок.
Система зажигания применяется в карбюраторных и газовых двигателях и служит для воспламенения сжатой в цилиндре рабочей смеси. На отечественных тракторных и 'сельскохозяйственных карбюраторных двигателях система зажигания состоит из магнето, проводов и свечей, а на автомобилях -- из аккумуляторной батареи, генератора, индукционной катушки, проводов, свечей и прерывателя распределителя. На дизелях система зажигания отсутствует.
Система пуска предназначена для пуска двигателя в ход. К ней относятся: пусковой бензиновый двигатель с механизмом передачи (на тракторе), электрический стартер на автомобиле и иногда на тракторе, декомпрессионный механизм, система подогрева воды и воздуха.