Автомобиля класса двигателя, л   автомобиля, кг

Особо ма-       1          До 1,2 До 800  «Ока»

лый

Малый 2      1,2... 1,8 800...1150   ВАЗ, «Моск-

вич», Иж

Средний 3      1,8.3,5 1150...1500 «Волга», УАЗ

Большой 4     Более 3,5 Более 1500  Легковые ав-

томобили ЗИЛ

него на коробку передач 3 и через карданный вал 6 к заднему ведущему мосту 5, а от него приводными валами (полуосями 4) — к задним ведущим колесам. Примеры — ВАЗ-2101... -2107, Иж-412, -2126, «Москвич-2140», все автомобили «Волга»;

б)    у переднеприводного автомобиля (рис. 1, б) двигатель расположен спереди (как правило, поперечно), коробка передач 7 объединена с ведущим мостом, приводные валы передают крутящий
момент к колесам от ведущего моста. Примеры — ВАЗ-2109 и модификации, ВАЗ-2110 и модификации, «Москвич-2141», «Ока»;

в)    у автомобилей повышенной проходимости (рис. 1, в) все четыре колеса ведущие. Крутящий момент передается к ним от коробки
передач двумя карданными валами через раздаточную коробку, позволяющую отключить один из ведущих мостов (как правило, передний), а также включить понижающую передачу при преодолении
труднопроходимых участков или бездорожья. Примеры — ВАЗ-21213
«Нива» и модификации, ВАЗ-2120 «Надежда», все автомобили УАЗ.

В зависимости от формы кузова и количества дверей различают следующие наиболее известные типы кузовов автомобилей:

седан — трехобъемный (моторный отсек + пассажирский са­лон + багажник) четырехдверный кузов. Примеры — ВАЗ-2105, -2110, ГАЗ-3110;

универсал — двухобъемный (моторныйотсек + грузопасса­жирский салон) пятидверный кузов. Пятая (задняя) дверь верти­кальная или слегка наклонная для увеличения объема багажника. Примеры — ВАЗ-2104, -2111, ГАЗ-31022;

хэтчбек — двухобъемный (моторныйотсек + грузопассажир­ский салон) трех- или пятидверный кузов. Задняя дверь выполнена наклонной для улучшения аэродинамики. Примеры — ВАЗ-2109, -2112, Иж-2126, «Москвич-2141».

 

 

На рис. 2 показан автомобиль типа седан с обозначением габа­ритных размеров.

На улице и по телевизору вы можете увидеть и другие типы ку­зовов:

вагон — автомобиль с кузовом, не имеющим выступающих ба­гажного отделения и моторного отсека. Например, автомобиль «Га­зель».

кабриолет — это автомобиль без крыши или с крышей, кото­рая может складываться по желанию водителя.

лимузин — автомобиль, имеющий кузов с дополнительными сидениями и перегородкой, отделяющей водителя от салона для пас­сажиров.

Несмотря на разнообразие конструкций автомобилей, основные принципы работы агрегатов, механизмов и систем у них общие. Поэтому устройство и работа агрегатов и механизмов описывают­ся в книге часто без указания марки автомобиля.

Гл а в а 2

Двигатель

Общее устройство и работа

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) — самый распространен­ный тип двигателя легкового автомобиля. Работа двигателя этого типа основана на свойстве газов расширяться при нагревании. Ис­точником теплоты в двигателе является смесь топлива с воздухом (горючая смесь).

 

 

 

Двигатели внутреннего сгорания бывают двух типов: бензино­вые и дизельные. В бензиновом двигателе горючая смесь (бензина с воздухом) воспламеняется внутри цилиндра от искры, образую­щейся на свече зажигания 3 (рис. 3). В дизельном двигателе горю­чая смесь (дизельного топлива с воздухом) воспламеняется от сжа­тия, а свечи зажигания не применяются. На обоих типах двигате­лей давление образующейся при сгорании горючей смеси газов по­вышается и передается на поршень 7. Поршень перемещается вниз и через шатун 8 действует на коленчатый вал 11, принуждая его вращаться. Для сглаживания рывков и более равномерного враще­ния коленчатого вала на его торце устанавливается массивный ма­ховик 9.

Рассмотрим основные понятия о ДВС и принцип его работы.

В каждом цилиндре 2 (рис. 4) установлен поршень 1. Крайнее верхнее его положение называется верхней мертвой точкой (ВМТ), крайнее нижнее — нижней мертвой точкой (НМТ). Расстояние, пройденное поршнем от одной мертвой точки до другой, называет­ся ходом поршня. За один ход поршня коленчатый вал повернется на половину оборота.

Камера сгорания {сжатия) — это пространство между головкой блока цилиндров и поршнем при его нахождении в ВМТ.

Рабочий объем цилиндра — пространство, освобождаемое пор­шнем при перемещении его из ВМТ в НМТ.

Рабочий объем двигателя — это рабочий объем всех цилиндров двигателя. Его выражают в литрах, поэтому нередко называют лит­ражом двигателя.

Полный объем цилиндра — сумма объема камеры сгорания и ра­бочего объема цилиндра.

Степень сжатия показывает, во сколько раз полный объем ци­линдра больше объема камеры сгорания. Степень сжатия у бензи нового двигателя равна 8... 10, у дизельного — 20...30.

От степени сжатия следует отличать компрессию. Компрес­сия — это давление в цилиндре в конце такта сжатия характеризу­ет техническое состояние (сте­пень изношенности) двигателя. Если компрессия больше или численно равна степени сжатия, состояние двигателя можно счи­тать нормальным.

Мощность двигателя — вели­чина, показывающая, какую ра­боту двигатель совершает в еди­ницу времени. Мощность измеряется в киловаттах (кВт) или лошадиных силах (л. с), при этом одна лошадиная сила приблизительно равна 0,74 кВт.

 

 

 

Крутящий момент двигателя численно равен произведению силы, действующей на поршень во время расширения газов в цилиндре, на плечо ее действия (радиус кривошипа — расстояние от оси коренной шейки до оси шатунной шейки коленчатого вала). Крутящий момент определяет силу тяги на колесах автомобиля: чем больше крутящий момент, тем лучше динамика разгона автомобиля.

Максимальные мощность и крутящий момент развиваются дви­гателем при определенных частотах вращения коленчатого вала (указаны в технической характеристике каждого автомобиля).

Такт — процесс (часть рабочего цикла), который происходит в цилиндре за один ход поршня. Двигатель, рабочий цикл которого происходит за четыре хода поршня, называют четырехтактным независимо от количества цилиндров.

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя. Он протекает в одном цилиндре в такой последовательности (рис. 5):

1 -й такт — впуск. При движении поршня 3 вниз в цилиндре об­разуется разрежение, под действием которого через открытый впускной клапан 1 в цилиндр из системы питания поступает горю­чая смесь (смесь топлива с воздухом). Вместе с остаточными газа­ми в цилиндре горючая смесь образует рабочую смесь и занимает полный объем цилиндра;

2-й такт — сжатие. Поршень под действием коленчатого вала и шатуна перемещается вверх. Оба клапана закрыты, и рабочая смесь сжимается до объема камеры сгорания;

 

 

 

 

3-й такт — рабочий ход, или расширение. В конце такта сжа­тия между электродами свечи зажигания возникает электрическая искра, которая воспламеняет рабочую смесь (в дизельном двигате­ле рабочая смесь самовоспламеняется). Под давлением расширяю­щихся газов поршень перемещается вниз и через шатун приводит во вращение коленчатый вал;

4-й такт — выпуск. Поршень перемещается вверх, и через от­крывшийся выпускной клапан 4 выходят наружу из цилиндра отра­ботавшие газы.

При последующем ходе поршня вниз цилиндр вновь заполняется рабочей смесью, и цикл повторяется.

Как правило, двигатель имеет несколько цилиндров. На отечествен­ных автомобилях обычно устанавливают четырехцилиндровые двига­тели (на автомобилях «Ока» —двухцилиндровый). В многоцилиндро­вых двигателях такты работы цилиндров следуют друг за другом в оп­ределенной последовательности. Чередование рабочих ходов или од­ноименных тактов в цилиндрах многоцилиндровых двигателей в оп­ределенной последовательности называется порядком работы цилин дров двигателя. Порядок работы цилиндров в четырехцилиндровом двигателе чаще всего принят 1—3—4—2 или реже 1—2—4—3, где циф­ры соответствуют номерам цилиндров, начиная с передней части дви­гателя. Схема на рис. 6 характеризует такты, происходящие в цилинд­рах во время первого полуоборота коленчатого вала. Порядок работы двигателя необходимо знать для правильного присоединения прово­дов высокого напряжения к свечам при установке момента зажигания и для последовательности регулировки тепловых зазоров в клапанах.

В действительности любой реальный двигатель гораздо сложнее упрощенной схемы, представленной на рис. 3. Рассмотрим типовые элементы конструкции двигателя и принципы их работы.

Механизмы двигателя

Все двигатели от прошлых до современных моделей включают в себя: кривошипно-шатунный механизм; механизм газораспределе­ния; систему охлаждения; смазочную систему; систему питания; систему зажигания (у карбюраторных двигателей).

Детали, составляющие двигатель, можно разделить на две груп­пы: подвижные и неподвижные. К неподвижным деталям относят­ся блок цилиндров, цилиндры, головка блока цилиндров, поддон картера.

Цилиндры двигателя выполнены или установлены в массивном жестком корпусе, называемом блоком цилиндров двигателя. Блок из­готавливается из чугуна или алюминиевого сплава. Между цилиндра­ми в нем выполнены каналы для охлаждающей жидкости, служащей для отвода теплоты от сильно нагревающихся деталей. Сверху на бло­ке закреплена головка блока цилиндров. Снизу к блоку цилиндров при­креплен поддон картера, служащий емкостью для масла, необходимо­го для смазывания деталей двигателя во время его работы.

Кривошипно-шатунный механизм. Преобразует прямолиней­ное (возвратно-поступательное) движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Включает в себя следующие детали, имеющие определенное назначение.

Поршень (рис. 7) изготовлен из алюминиевого сплава и имеет сложную форму. Он состоит из днища, уплотняющей и направляющей частей. На уплотняющей части поршня выполнены кольцевые канавки под поршневые кольца — компрессионные и маслосъемные.

 

 

 

 

Компрессионные кольца 2 препятствуют проникновению газов из камеры сгорания в зазор между цилиндром и поршнем. Маслосъем ные кольца 1 снимают излишки масла со стенок цилиндра. Кольца разрезные, при установке поршня в цилиндр они пружинят и плот­но прижимаются к его стенке.

Поршневой палец 3 соединяет поршень с шатуном. Поршневой палец может быть запрессован в теле поршня, при этом он свобод­но вращается в верхней головке шатуна. Другая конструкция пред­полагает свободное вращение пальца в бобышках (утолщениях) пор­шня и запрессовку его в верхнюю головку шатуна. От осевого пе­ремещения в поршне палец удерживается стопорными кольцами 4, установленными в проточках бобышек поршня.

Шатун штампуется из стали. Он состоит из стержня, верхней и нижней головок. В верхнюю головку шатуна запрессована втулка 8, в которой вращается (или запрессован) поршневой палец. Нижняя головка выполнена разъемной и имеет проточки для установки шатунных вкладышей. Части нижней головки соединены между со­бой специальными шатунными болтами 6.

Коленчатый вал изготавливают из стали или чугуна. Коленчатый вал четырехцилиндрового двигателя состоит из пяти опорных (ко­ренных) шеек, расположенных по одной оси, и четырех шатунных шеек, попарно направленных в противоположные стороны. Корен­ные шейки вращаются в подшипниках (в виде двух половин вкла­дышей). Для разгрузки коренных подшипников от действия цент­робежных сил служат противовесы 10.

На переднем конце вала устанавливается звездочка, шкив или шестерня привода распределительного вала. В торец переднего кон­ца вала ввертывают храповик или болт для проворачивания колен­чатого вала вручную при техническом обслуживании. В торце зад­него конца вала помещен подшипник первичного вала коробки пе­редач. В задней же части коленчатого вала имеется фланец, к кото­рому прикреплен маховик. На его обод напрессован стальной зуб­чатый венец, с которым соединяется шестерня стартера при пуске двигателя.

Механизм газораспределения. Предназначен для своевременно­го впуска в цилиндры горючей смеси и выпуска отработавших га­зов. Основными деталями механизма газораспределения являются впускные и выпускные клапаны, распределительный вал и меха­низм его привода (рис. 8).

Распределительный вал устанавливается в головке цилиндров двигателя и вращается синхронно с коленчатым валом, обеспечивая своевременное открытие и закрытие клапанов в соответствии с порядком работы цилиндров двигателя. Привод распределительного вала может осуществляться двумя косозубыми шестернями (автомобили «Волга» с двигателями ЗМЗ-402), втулочно-роликовой цепью (двигатели автомобилей ВАЗ-2101...-2107, «Москвич», Иж; двигатели ЗМЗ-406 автомобилей «Волга») или зубчатым ремнем (автомобили ВАЗ-2108... -2 112, «Ока»). Для со­гласования работы поршней и клапанов на зубчатые шкивы, ше­стерни или звездочки привода распределительного вала наносят­ся установочные метки.

 

 

Распределительный вал имеет три опорные шейки и восемь ку­лачков, каждый из которых «управляет» одним клапаном. В совре­менных двигателях с четырьмя клапанами на цилиндр (ЗМЗ-406, ВАЗ-2112) в головке блока цилиндров установлены два распредели­тельных вала, каждый из которых управляет восемью впускными или восемью выпускными клапанами.

Клапан состоит из стержня и головки. Головка клапана плотно закрывает гнездо впускного или выпускного канала, прилегая к сед­лу 6. Стержень клапана перемещается в направляющей втулке 1.

Распределительный вал открывает клапаны непосредственно своими кулачками или через дополнительные устройства — толка­тели (ВАЗ-2108...-2112,-2115), коромысла (двигатели УМПО автомо­билей «Москвич») или рычаги («рокеры») (ВАЗ-2101...-2107). За­крываются клапаны под действием пружин 5. Когда клапан закрыт, между торцом его стержня и рабочей частью толкателя (коромыс­ла, рычага) при техническом обслуживании устанавливают зазор. Он обеспечивает плотное прилегание головки клапана к седлу при удлинении стержня от нагревания.

Система охлаждения

При работе двигателя раскаленные газы нагревают его головку, цилиндры и поршни. Если двигатель не охлаждать, может произой­ти заклинивание поршней в результате их расширения и ряд дру­гих неисправностей.

Наиболее распространена жидкостная система охлаждения с принудительной циркуляцией (рис. 9). В эту систему входят рубаш­ки охлаждения блока 13 и головки цилиндров 12, радиатор /, насос 5 охлаждающей жидкости, вентилятор 3 и вспомогательные устрой­ства: термостат 4, расширительный бачок 6, указатель температу­ры жидкости 9 и соединительные шланги.

В качестве охлаждающей жидкости используют Тосол А-40М или аналогичный по свойствам концентрированный антифриз, который разбавляют дистиллированной водой в необходимой пропорции. Тосол и антифризы не замерзают, как вода, при низких температурах, поэтому не повреждают деталей двигателя. Внимание! Тосол и антифризы — ядовитые жидкости, попадание их в организм чело­века недопустимо.

Систему охлаждения заполняют жидкостью через расширитель­ный бачок 6 или горловину радиатора. В крышке радиатора или бач­ка выполнен паровоздушный клапан, который поддерживает повы­шенное давление в системе охлаждения при работе двигателя, по­вышая тем самым температуру кипения Тосола. По мере остывания остановленного двигателя клапан постепенно снижает давление, предотвращая разрыв радиатора и расширительного бачка. Для сли­ва жидкости служат отверстия в нижней части радиатора и блоке цилиндров, закрытые резьбовыми пробками или снабженные кра­никами 15.

Во время работы двигателя жидкость циркулирует в системе охлаждения двигателя под действием центробежного насоса 5 ох­лаждающей жидкости. Распределением потока жидкости управля­ет термостат. Пока двигатель не прогреет жидкость циркулирует по малому кругу (фактически в пределах рубашки охлаждения головки и блока цилиндров). По мере прогрева двигателя клапан термо­стата открывается, и часть жидкости, а затем и весь ее поток направ­ляется в радиатор, где охлаждается потоком набегающего воздуха и вентилятором. Крыльчатка вентилятора на некоторых двигателях приводится во вращение ременной передачей от шкива коленчато­го вала. Более современная конструкция — электрический венти­лятор системы охлаждения, работающий от бортовой электросети автомобиля и управляемый термодатчиком, установленным в бачке радиатора.

 

 

Радиатор состоит из двух бачков, расположенных вертикально или горизонтально и соединенных тремя рядами трубок. На трубки напрессованы тонкие металлические пластины, улучшающие теплоотвод. Бачки радиатора соединены гибкими резиновыми шланга­ми с рубашкой охлаждения двигателя и расширительным бачком, который служит для компенсации изменения объема жидкости при ее нагревании и охлаждении.

Система охлаждения двигателя конструктивно объединена с системой отопления пассажирского салона автомобиля. Нагретая жидкость поступает в радиатор отопителя 11 из рубашки охлажде­ния головки блока цилиндров по верхнему трубопроводу 8, а отво­дится по нижнему трубопроводу к насосу охлаждающей жидкости. Проходя через радиатор отопителя самотеком (при движении авто­мобиля) или под действием включенного вентилятора 10, холодный наружный воздух нагревается и создает комфортную температуру в салоне автомобиля. Поток жидкости через радиатор отопителя регулируется или перекрывается краном отопителя, управляемым с места водителя.

2.4 Смазочная система

Смазочная система служит для уменьшения трения движущих­ся деталей двигателя, а также для их охлаждения при нагревании во время работы. С этой целью между трущимися поверхностями деталей вводится масло.

Моторные масла. В смазочных системах двигателей применяют­ся только специальные масла, называемые моторными. По вязкос­тно-температурным свойствам моторные масла подразделяются согласно международной классификации SAE*, а по эксплуатаци­онным свойствам — согласно классификации API. Числа в марке масла указывают его вязкость. Масла с латинской буквой «W» в обо­значении относятся к зимним (от англ. winter — зима). В обозначе­нии летних масел буква «W» отсутствует. Например, в средней по­лосе России летом следует использовать масло SAE 30, а зимой — SAE 15W.

Всесезонные масла имеют двойное обозначение, например SAE 15W-30. Этому маслу по вязкости соответствует отечественное мас­ло М-5₃/12. Буква «з» в индексе означает, что масло загущено при­садками.

Чем меньше первое число в марке, тем легче пуск двигателя в мороз. Чем больше второе число, тем выше вязкость масла в теплое время года и тем оно более предпочтительно для южных районов, а также изношенных двигателей. На рис. 10 приведены диапазоны температур для применения всесезонных моторных масел.

 

SAE и API — начальные буквы от названия Общества автомобильных инже­неров США и Американского института нефти.

 

По эксплуатационным качествам масла для бензиновых двигате­лей согласно классификации API разделяют на группы. В настоящее время используются масла групп SJ и SL (по классификации API), a по отечественной классификации — Г и Д.

По способу изготовления масла подразделяются на минераль­ные, полусинтетические и синтетические. Последние обладают луч­шими характеристиками и более высоким качеством, но при этом они существенно дороже. Следует заметить, что применимость масла для данного двигателя определяется не способом его произ­водства, а только вязкостно-температурными характеристиками и уровнем качества.

Внимание! В смазочной системе двигателя следует применять только моторные масла!

Недопустимо смешивание минеральных и синтетических масел, а также масел различных производителей, даже имеющих одинако­вые вязкостно-температурные характеристики и уровни качества. Для доливки следует использовать только масло, аналогичное зали тому в смазочную систему двигателя.

При эксплуатации автомобиля следует регулярно проверять уровень масла в двигателе, при необходимости доливать его и за­менять строго в соответствии со сроками, указанными произво­ дителем автомобиля (двигателя) или изготовителем масла. Одно­временно с маслом следует заменять масляный фильтр. Правиль­ный выбор и своевременная замена масла в смазочной системе —

 

 

залог долговечной безаварийной работы двигателя вашего авто­ мобиля.

Схема устройства и работы. В автомобильных двигателях приме­няется комбинированная смазочная система, при которой наиболее нагруженные детали смазываются под давлением, а остальные — раз­брызгиванием. Смазочная система включает в себя поддон 13 (рис. 11) картера, масляный насос 1 и фильтр 10. Масло заливается через маслозаливную горловину в поддон картера. Уровень масла в картере проверяется на неработающем двигателе при помощи маслоизмерительного стержня (щупа) 15. Уровень должен находиться между отметками «макс» и «мин». Некоторые двигатели оснащены электронными датчиками, сообщающими водителю о понижении уровня масла загоранием контрольной лампы на панели приборов.

 

 

 

При работе двигателя масло отбирается из поддона картера мас­ляным насосом через маслоприемник 12 и под давлением подается к масляному фильтру. Очищенное в фильтре масло по каналам и главной масляной магистрали 3 в блоке цилиндров поступает к ко­ренным подшипникам коленчатого вала, опорным шейкам распре­делительного вала 6 и толкателем 5 привода клапанов. От коренных подшипников масло поступает по каналам 9 к шатунным подшип­никам и поршневым пальцам. Стекая со смазанных деталей, масло разбрызгивается коленчатым валом и смазывает стенки цилиндров, поршней и других деталей.

Давление масла в смазочной системе двигателя водитель конт­ролирует по манометру или контрольной лампе (сигнализатору 7) красного цвета на панели приборов. Лампа загорается при аварий­ но низком давлении масла. Если это произошло при работе двига­ теля, то необходимо остановить двигатель и выяснить причину неисправности.

Масляный фильтр 10 очищает масло от механических примесей и продуктов изнашивания деталей двигателя. Он может быть нераз­борным или разборным со сменным фильтрующим элементом.

Система питания

Система питания осуществляет подачу в определенной пропор­ции топливно-воздушной смеси в цилиндры двигателя.

Топливо. Топливом для отечественных автомобильных двигате­лей является бензин марок АИ-80, АИ-92 и АИ-95. Цифры в марке обозначают октановое число бензина. Чем больше октановое чис­ло, тем выше стойкость бензина к детонации. Чем больше степень сжатия в цилиндрах двигателя, тем выше должно быть октановое число потребляемого им бензина.

Внимание! Бензин на воздухе легко воспламеняется, поэтому нельзя допускать его подтекания из топливопроводов и составных частей системы питания.

Устройство и работа системы питания. По типу применяемой системы питания бензиновые двигатели подразделяются на карбю­раторные и впрысковые (инжекторные). Основные элементы кон­струкции двигателей независимо от типа системы питания остают­ся прежними и могут быть даже одинаковыми.