Схема узла системы питания дизельного двигателя с редукционным клапаном в фильтре.

1. Топливный бак

2. ТНВД - Топливный насос высокого давления

3. Сцепление или акселератор

4. Регулятор скорости

5. Топливный фильтр

6. Инжектор

7. Топливные трубопроводы высокого давления

8. Редукционный клапан

Схема узла системы питания с топливным насосом высокого давления.

1. Топливный бак

2. ТНВД - Топливный насос высокого давления

3. Сцепление или акселератор

4. Регулятор скорости

5. Топливный фильтр

6. Инжектор

7. Топливные трубопроводы высокого давления

8. Редукционный клапан

Из фильтра тонкой очистки дизельное топливо поступает в камеру подачи топливного насоса или насоса высокого давления (системы Common Rail). Из насоса через контуры высокого давления дизельное топливо подается к форсункам, расположенным в головке блока цилиндров. Впрыск дизельного двигателя, может производиться в цилиндры прямо или косвенно, в предварительную камеру или плунжера.

Поставляемое с помощью топливной форсунки топливо распыляется в рабочем пространстве цилиндра, где оно смешивается с втянутым воздухом. В некоторых вариантах, форсунки впрыскивают топливо двумя дозами, сдвинутыми во времени. Этот метод подачи топлива предотвращает внезапное повышение давления в цилиндре и обеспечивает хорошее перемешивание топлива и воздуха, а также более эффективное сгорание.

В дизельных двигателях, установленных в автомобилях и грузовиках, встречается четыре основных типа энергетических систем:

* система впрыска; одни части, создающие давление и вращающиеся на валу в свою очередь питают топливопроводы, ведущие к форсункам;

* Система впрыска Common-Rail с насосом высокого давления и электромагнитными или пьезофорсунками, с электронным управлением;

* система с насос-форсунками UIS (использующими, также, PDE)

* система насос – топливопровод – форсунка ИБП (не применяются в легковых автомобилях). В настоящее время Common Rail является наиболее широко используемой системой впрыска дизельного топлива.

Узел системы питания состоит из топливного бака, топливного насоса высокого давления, фильтра тонкой очистки, топливной рампы, форсунок и топливопроводов. Топливо с помощью топливного насоса высокого давления поступает к гидравлической головке в насосе, где находится узел давления. В радиальном распределительном насосе узел может состоять из двух, трех или четырех поршней вращающихся на валу, которые выполняя радиальные движения, нагнетают топливо в топливопроводы высокого давления. В осевом распределительном насосе создаются центральные движения, поворачиваясь на диске смещения, который производит и создает высокое давление и распределяет топливо в определенные цилиндры.

Происходит это путем вращения кулачкового кольца в направлении, противоположном направлению вращения двигателя. В гидравлическом клапане он вращается с помощью поршня, питаемого давлением, которое производится насосом высокого давления. Электромагнитный поршень представлен в форме кулачкового кольца в соответствии с сигналами от электронной системы управления насоса. В легковых автомобилях чаще всего применяются насосы впрыска Bosch и Lucas.

Насос ТНВД Bosh VP с электронным управлением

Поперечное сечение насоса ТНВД Bosch VE с электронным управлением

1- датчик положения дозатора

2- поворотные электромагниты регулятора расхода топлива

3- электромагнитный клапан, блокирующий поступление топлива ("СТОП")

4- плунжер

5- электромагнитный клапан впрыска

6- дозирующая муфта

7- датчик температуры топлива

Форсунка представляет собой систему отдельных секций, соединенных в одну конструкцию, подающую давление на помпу с поршнем. Она устанавливается в головке цилиндра, непосредственно над каждым цилиндром. Использование форсунок позволяет полностью убрать трубы высокого давления, но для этого необходим специальный дизайн (или соответствующие модификации) головки и обеспечение их тяги, как правило, с помощью механических средств через толкач или рычаг вала с высокой жесткостью. Несмотря на значительные преимущества форсунок, они изначально имели ограниченное использование, из-за высокой стоимости, трудности изготовления и потребности топлива более высокой степени очистки (по сравнению с традиционными источниками питания).

Поперечный разрез форсунки фирмы Bosch

1 - подача топлива

2 - возврат топлива

3 - кулачок привода

4 - плунжер

5 - камера высокого давления

6 – перепускной плапан

7 - контейнер

8 – пространство крепления пружины,

9 – игла форсунки

10 - игла электромагнитного клапана

11 - разъем электромагнитного клапана.

Системы электронного управления дизельным двигателей (EDC) применяются в современных дизельных двигателях с непосредственным впрыском топлива, установленных на грузовиках (например, Iveco, Scania, Volvo), а также легковых автомобилях и фургонах (в основном, продукты концерна VW - Audi, Seat, Skoda и Volkswagen, фургоны Ford Transit и внедорожник Land Rover). Они обеспечивают реализацию двухступенчатого впрыска (предварительного и основного), а также характеризуются большой точностью дозирования, высокой точностью начала впрыска и хорошим распылением топлива с помощью быстродействующих электромагнитных клапанов с высокой степенью интеграции.

Благодаря отсутствию каналов впрыска высокого давления, насыщенность получаемого давления при впрыске достигает 205 MPa. Недостатком форсунок является высокая стоимость производства, шумная работа и жесткость движения частей привода. В настоящее время концерн VW принял решение отойти от этой концепции питания в легковых автомобилях. На рисунках показано строение форсунок, используемых в легковых и грузовых автомобилях

Чтобы изучить рабочие свойства двигателя, он проходит всесторонние испытания на, так называемом, тормозном стенде. Таким образом, определяются самые существенные параметры работы двигателя, а также их взаимные действия, которое будучи представленными в графическом формате называются «характеристиками». Чтобы результаты измерений были достоверны и существенны с точки зрения проверяющего, испытания проводятся в определенных условиях работы двигателя - тепловое состояние, нагрузка, скорость оборотов и другие регулируемые параметры не могут изменяться. Названия характеристик обычно связаны с названием переменного параметра, в связи с чем самые существенные из них, это:

* скоростные,

* нагрузочные,

* регулировочные.

Характеристики скорости представляют зависимость основных или вспомогательных параметров работы двигателя. К этой группе принадлежат характеристики, представляющие изменения эффективной мощности Ne, вращающего момента Mo, среднего используемого Давления pe, удельного расхода топлива ge в зависимости от изменений скорости оборотов вала двигателя. В зависимости от способа регулирования питающих устройств двигателя и условий его работы, различаются следующие характеристики скорости:

* внешняя (скорость полной мощности),

* границы дымления,

* эксплуатационная,

* частичной мощности,

* регуляторная,

* общая (уровневая).

Проще всего качества использования двигателя можно прочитать из диаграмм характеристик двигателя. Больше всего интересующих нас данных о конкретном содержится в эксплуатационной характеристике. Она представляет зависимость вращающего момента, эффективной мощности, удельного расхода топлива и роста оборотов коленчатого вала.

В случае маленькой скорости оборотов, двигатель располагает небольшой мощностью и низким вращающим моментом. Это позволяет только преодолеть собственно сопротивление движению. Чтобы увеличить силу привода при одновременной заботе о низком потреблении топлива, двигатель должен работать в режиме скорости оборотов, которая отвечает максимальному вращающему моменту nM, а также максимальной мощности nN, избегая высоких диапазонов скорости оборотов. Такой диапазон называется диапазоном эффективной скорости nU.

Рис.: г/кВт час

Об/мин

В оценке параметров использования двигателя очень важной является связь между скоростью транспортного средства и скоростью оборотов коленчатого вала. Ниже указана вышеупомянутая связь в автомобиле, оборудованном 4-х ступенчатой коробкой передач. В случае разгона транспортного средства на первой скорости, водитель должен переключить скорость тогда, когда скорость оборотов коленчатого вала достигнет отметки nN, а скорость транспортного средства значения vI. Переключение на вторую передачу нужно сделать так, чтобы после изменения передачи транспортное средство могло удержать полученную ранее скорость vI. Дополнительно, скорость оборотов вала двигателя не может уменьшиться ниже уровня nM. Если бы так случилось, полученный вращающий момент двигателя мог бы оказаться слишком мал для преодоления текущих сопротивлений движению

Скорость езды не является единственным критерием подбора значимости и количества переключений коробки передач. Существенно, также, то, чтобы обеспечить транспортному средству соответствующую скорость езды даже при значительных препятствиях движения, которые могут быть преодолены только при соответствующей силе привода. На изображенной ниже диаграмме показан рост мощности на колесах NK при скорости для транспортного средства с четырех и семиступенчатой коробкой передач.

Рис.: Максимальная мощность двигателя

Минимальная мощность двигателя

Линии на диаграммах соответствуют изменению мощности на колесах при следующих переключениях передач. Пространство под линиями диаграмм означает диапазон доступной мощности, которая может быть использована для преодоления сопротивления движению, а поле, ограниченное линией максимальной мощности двигателя и линиями мощности на колеса это диапазон недоступной мощности (закрытое пространство). Как нетрудно заметить, чем выше число переключений, тем меньше диапазон недоступной мощности.

Рис.: Максимальная мощность двигателя

Минимальная мощность двигателя

Вышеупомянутое обстоятельство является причиной применения многоступенчатых коробок передач (вплоть до нескольких десятков переключений) в фургонах. Высшие передачи дают возможность более эффективно использовать режим экономии работы двигателя. Недостатком этого решения является усложненный механизм, заключающийся в больших размерах коробки передач, более дорогостоящем изготовлении, а также весьма затрудненном обслуживании по сравнению с автоматическими коробками передач.

Рис.: Максимальная мощность двигателя

Минимальная мощность двигателя

Внешние характеристики двигателя (полной мощности) представляют взаимосвязь эффективной мощности, вращающего момента, среднего индикаторного давление и единичного потребления топлива от скорости оборотов двигателя при полном открытии устройств, подающих топливо, то есть при постоянном положении устройства, которое контролирует производительность форсунки, а также момент впрыска топлива, что обусловливает наибольшую мощность.

Характеристика переключений полной мощности двигателя представлена на рисунке ниже. Кривая вращающего момента Mo и отвечающая ей кривая мощности Ne тесно связаны с содержимым цилиндра. Вид кривой вращающего момента почти идентичен виду кривой, представляющей связь коэффициента наполнения от скорости оборотов. Вращающий момент Mo и пропорциональное ему среднее индикаторное давление pe достигают наибольших результатов при скорости оборотов nM, меньшей, чем скорость оборотов nN для максимальной мощности.

Снижение Mo , если скорость оборотов больше значения nM, бывает вызван, в основном, снижением степени наполнения цилиндров в результате увеличения сопротивлений течения (смеси или воздуха). Причиной снижения Mo при скорости оборотов, меньшей, чем nM, является уменьшение степени наполнения цилиндров, вызванное выталкиванием части смеси (или воздуха) в результате слишком позднего закрытия впускных клапанов, а также более высокими потерями охлаждения.

Эффективная мощность Ne пропорциональна к вращающему моменту Mo и к скорости оборотов n. С ростом скорости оборотов эффективная мощность повышается, невзирая на снижение вращающего момента. Однако каждый раз более быстрый спад вращающего момента приводит к тому, что после достижения определенного максимума, эффективная мощность начинает снижаться.

Итак, работа двигателя наиболее выгодна в диапазоне скорости оборотов от nM до nN – тогда двигатель самостоятельно приспосабливает скорость оборотов к существующим сопротивлениям движения. Тенденция к самостоятельному приспособлению скорости оборотов двигателя к актуальной нагрузке, является свойством двигателя, называемым гибкостью.

Основной характеристикой нагрузки двигателя, является характеристика зависимости часового потребления топлива Ge от нагрузки двигателя, выраженная чаще всего вращающим моментом Mo или средним индикаторным давлением pe, подсчитанным на основании измеренного крутящего момента.

Рис.: граница дымления

Такую характеристику можно получить, сохраняя постоянную величину скорости оборотов n. Она часто дополняется характеристикой часового потребления топлива ge, в зависимости от изменяющейся нагрузки Mo или pe, которую получают путем вычислений на основании измеренных ранее значений Mo и Ge.

Рис.: Граница дымления

Регулировочные характеристики двигателя выполняются с целью установки или программирования основных регулировочных параметров, к которым относятся:

* угол опережения впрыска или воспламенения,

* состав горючей смеси,

* параметры, характеризующие впрыск топлива в дизельном двигателе (напр. давлением впрыска),

* степень сжатия (в двигателях новейшей генерации).

Чаще всего самое выгодное значение одного показателя можно получить при наихудшем значении другого показателя. Поэтому устанавливается определенная иерархия значимости показателей работы двигателя при подборе регулировочных параметров. Используются и обширные программы оптимизации. В последнее время основным оптимизирующим критерием стали нормы, связанные с охраной окружающей среды от загрязнения, вызванного сгоранием топлива.

Двигатель внутреннего сгорания является механизмом, в котором происходит трансформация химической энергии, поступающей с топливом, в механическую энергию. Этот процесс происходит чаще всего при сгорании подготовленной ранее смеси из топлива с воздухом в закрытой камере сгорания. В результате сгорания возникает значительное количество газов, давление которых в камере сгорания действует на поршень, заменяя энергию от сгорания смеси на механическую работу.

Рис.
1. Впускной воздуховод;
2. Клапан;
3. Корпус термостата;
4. Водяная помпа;
5. Ремень;
6. Поддон картера;
7. Альтернатор;
8. Компрессор климатизации;
9. Коленчатый вал;
10. Распределительный вал;
11. Поршень;
12. Блок цилиндров;
13. Стартер;
14. Воздушный компрессор;
15. Маховик;
16. Топливная магистраль низкого давления;
17. Механизм помпы;
18. Топливный фильтр;
19. Тормоз двигателя MX;
20. Крышка клапанов.

Перемещение поршня в цилиндре преобразуется непосредственно во вращающий момент коленчатого вала двигателя. Этот момент, после дальнейших модификаций (через передачи) передается на ведущие колеса транспортного средства. Однако, вопреки мнению «оживление двигателя» и приведение в действие механических компонентов, является непростой задачей

Рис.: Air intake – подача воздуха
Crank case - картер
Piston - поршень
Oil - масло

Чтобы получить механическую энергию от работы двигателя нужно:
* доставить к двигателю топливо и кислород в строго определенной пропорции,
* обеспечить хорошее смешивание вышеупомянутых составляющих,
* обеспечить соответствующее предварительное сжатие смеси,
* вызвать воспламенение этой смеси,
* обеспечить соответствующие условия для максимального сгорания доставленной порции смеси,
* обеспечить возможность превращения высокого давления газов, полученного в результате сгорания смеси внутреннего сгорания, в механическую работу.

"Визуально" поршневые двигатели внутреннего сгорания представлены в трех разновидностях:

Рядные двигатели – двигатель, в котором цилиндры установлены в ряд один за другим; число цилиндров колеблется обычно от 2 до 6, из-за возникающих ограничений длины камеры двигателя, а также длины коленчатого вала и связанных с этим проблем выражения и выносливости.

Рис.: Рядный двигатель

V- образные двигатели - двигатели в которых цилиндры установлены в два ряда, расположенных под определенным углом относительно друг друга; этот угол обычно составляет от 60o до 120o. Число цилиндров в такой конструкции составляет от 2 до 8. В двигателях грузовых автомобилей с большей мощностью, чаще всего применяются конструкции из 12 цилиндров. Несомненным преимуществом этих двигателей является их значительно меньший размер, а недостатком – гораздо большая ширина и сложность конструкции;

Рис.: V-образный двигатель

Двигатели типа боксер (оппозитные) - цилиндры этих двигателей уложены в два ряда, лежащие в одной плоскости, однако с противоположных сторон от коленчатого вала. Число цилиндров в этих двигателях составляет обычно от 2 до 8. Их большим преимуществом является небольшая высота, в связи с чем они чаще всего применяются в легковых автомобилях

Схема поршневого двигателя внутреннего сгорания представлена на рисунке ниже. В цилиндре помещен поршень, который передвигается вдоль оси цилиндра. Поршень соединен с коленчатым валом посредством шатуна, шарнирно соединенного с поршнем и коленчатым валом. Вышеупомянутые элементы вместе создают шатунный механизм, который поступательно - возвратными движениями поршня создает вращающее движение коленчатого вала. Крайние положения работы поршня обычно называются верхним и нижним мертвыми положениями (GMP и DMP), при этом GMP соответствует положению поршня, наиболее удаленного от коленчатого вала.

Рис.:
Korbowód – шатун
Ttok – поршень
Cylinder – цилиндр
Łeb korbowodu – головка шатуна

Основным критерием классификации двигателей внутреннего сгорания является способ воспламенения топливно - воздушной смеси. На основании этого критерия, по конструкции двигатели делятся на:

* двигатели с воспламенением от искры - цилиндр наполняется смесью, которая после предварительного сжатия с помощью поршня, зажигается электрической искрой, индуцированной между электродами свечи зажигания, расположенной под камерой сгорания,

* двигатели с воспламенением от сжатия – цилиндр, наполняется чистым воздухом, после чего он предварительно сжимается до высокого давления, наступает впрыск топлива; воздух под влиянием высокой температуры, которая возникла от сильного сжатия, самовоспламеняется.

Другим критерием отличия двигателей является число осуществляемых поршнем тактов в одиночном цикле работы двигателя - выделяются двигатели двух или четырехтактные. В четырехтактных двигателях полный цикл работы замыкается после четырех тактов поршня, то есть требует двукратного достижения пунктов GMP и DMP. Аналогично в двигателях двухтактных полный цикл работы замыкается после двух тактов цилиндра (в связи с нехваткой применения двигателей двухтактных в грузовых автомобилях и автобусах, описание его действий в данной презентации опущено).

Рис.

Рабочий цикл четырехтактного двигателя
а. открыто, б. закрыто,
а. впускной клапан, б. выпускной клапан.
1 ОБОРОТ ВАЛА
Впуск
Сжатие
2 ОБОРОТ ВАЛА
Рабочий ход
Выпуск

ТАКТ ВПУСКА - во время такта впуска поршень перемещается от ВМТ к НМТ, а впускной клапан остается открытым. Ведущий к НМТ поршень вызывает всасывание воздухо - топливной смеси (или чаще, засасывает воздух, а топливо впрыскивается через инжектор в конце такта сжатия). Во время такта впуска выпускной клапан закрыт.
Рис.
Рабочий цикл четырехтактного двигателя
а. открыто, б. закрыто,
а. впускной клапан, б. выпускной клапан.
1 ОБОРОТ ВАЛА
Впуск
Сжатие
2 ОБОРОТ ВАЛА
Рабочий ход
Выпуск

ТАКТ СЖАТИЯ - по достижению поршнем пункта НМТ, начинает он направляться к ВМТ; впускной клапан остается закрытым. Поршень сжимает смесь (или воздух). В форсунках в конце такта сжатия наступает впрыск топлива.
Рис.
Рабочий цикл четырехтактного двигателя
а. открыто, б. закрыто,
а. впускной клапан, б. выпускной клапан.
1 ОБОРОТ ВАЛА
Впуск
Сжатие
2 ОБОРОТ ВАЛА
Рабочий ход
Выпуск

РАБОЧИЙ ХОД - в момент достижения поршнем ВМТ, возникает электрическая искра, необходимая для воспламенения смеси (либо самовоспламенение в двигателях с воспламенением от сжатия). Топливно - воздушная смесь резко сгорает, и вырабатываемое в результате сгорания значительное количество тепла приводит к росту температуры газов внутреннего сгорания, то есть резкий рост давления над поршнем (в несколько крат). Расширяющиеся газы, оказывающие давление на поршень, передвигают его в направлении НМТ; расширяющиеся затем выхлопные газы выполняют работу. В процессе рабочего хода оба клапана остаются закрыты. В процессе рабочего хода объем над поршнем увеличивается, следовательно, уменьшается давление газов и их температура.

Рис.
Рабочий цикл четырехтактного двигателя
а. открыто, б. закрыто,
а. впускной клапан, б. выпускной клапан.
1 ОБОРОТ ВАЛА
Впуск
Сжатие
2 ОБОРОТ ВАЛА
Рабочий ход
Выпуск

ТАКТ ВЫПУСКА - после рабочего хода поршень опять направляется к ВМТ; открытый в это время выпускной клапан дает возможность поршню вытолкнуть выхлопные газы из цилиндра. Удаление выхлопов длится до момента повторного закрытия клапана вылета (достижения поршнем ВМТ), где весь процесс работы начинается заново.
Рис.
Рабочий цикл четырехтактного двигателя
а. открыто, б. закрыто,
а. впускной клапан, б. выпускной клапан.
1 ОБОРОТ ВАЛА
Впуск
Сжатие
2 ОБОРОТ ВАЛА
Рабочий ход
Выпуск

Выпускаемые в настоящее время грузовые автомобили и автобусы оборудованы исключительно дизельными двигателями. По сравнению с двигателями с принудительным зажиганием, «дизель» имеет ряд преимуществ, в частности:

* высокая эффективность превращения химической энергии в механическую - как следствие снижения расхода топлива и снижения выбросов углекислого газа,

* простота заправки, с последующим высоким увеличением мощности,

* возможность использовать более дешевое топливо,

* большая надежность двигателя,

* больший срок службы двигателя.

Несмотря на то, что «дизель»- двигатель тоже работает по четырехтактному принципу (является стандартным четырехтактовым двигателем), его работа полностью отличается от бензинового двигателя. В основе работы бензинового двигателя лежит обеспечение камеры сгорания соответствующей дозировкой топливно - воздушной смеси, в результате чего система зажигания представляет собой отдельный блок. В дизельных двигателях в цилиндр поставляется подготовленная соответственным образом солярка (точнее, взвесь из впрыснутого топлива) под соответствующим давлением и в нужный момент, так что воспламенение происходит самостоятельно.

Условием воспламенения является сжатый воздух в цилиндре и соответственно высокая температура. Эта температура достигается с помощью создания высокого давления при сжатии в цилиндре воздуха поршнем - этот процесс непосредственно связан со степенью сжатия, то есть соотношением объема воздуха, всасываемого в цилиндр, и его объема после процесса сгорания. В дизельных двигателях среднее соотношение колеблется в пределах 22:1, т.е. объем воздуха в цилиндре уменьшается в 22 раза.

Рис.:

Впуск: через открытый впускной клапан в цилиндр с помощью опускающегося вниз поршня всасывается воздух.

Сжатие: в момент перемещения поршня вверх, воздух в цилиндре сжимается до 30-55 баров и нагревается до 700 градусов.

Рабочий ход: к нагретому воздуху впрыскивается топливо, которое сразу же воспламеняется, вызывая отталкивание поршня вниз.

Выпуск: после выполнения рабочего хода поршень снова возвращается вверх, выталкивая выхлопы через открытый выпускной поршень, точно так же как в бензиновом двигателе.

Рис.

Сопло форсунки (1) впрыскивает мелкую взвесь из топлива в предварительную камеру (2). Топливо попадает на раскаленную разбивающую плиту (3), где поддается конденсации и воспламенению. Пламя распространяется через соединяющий канал (4) в основную камеру сгорания (5), где давит на днище поршня. В верхней правой части видно свечу накаливания (6), которая перед запуском двигателя, нагревает предварительную камеру

В момент сжатия поршень, который передвигается вверх, уменьшает пространство в цилиндре, при том же количестве воздуха - в результате этого процесса давление воздуха достигает значения от 30 до 55 бар1. В то же время, значение температуры сжимаемого воздуха резко растет, по меньшей мере, до 550⁰C, а в современных двигателях стандартом является температура 7000C. Наибольшей проблемой, однако, является запуск холодного дизельного двигателя.

Поскольку распыление топлива с помощью форсунки затруднено, особенно при отрицательных температурах (которые часто делают невозможным запуск двигателя) в камере сгорания находится элемент запуска, называемый свеча накаливания. Эта свеча в течение короткого времени (обычно до 4 секунд) нагревает воздух в камере сгорания до температуры 800 - 8500C, что значительно облегчает воспламенение топлива.

Рис.

Świeca – свеча

Wtrysk - впрыск

Zawór - клапан

В то время, когда поршень находится в непосредственной близости от ВМТ (Верхней Мертвой Точки – воздух максимально сжат), под высоким давлением впрыскивается топливо, которое под действием температуры сразу самовоспламеняется и высвобождает свою энергию - поршень во время рабочего хода выталкивается вниз цилиндра. Момент воспламенения топлива практически идентичен моменту воспламенения смеси в бензиновых двигателях. Для правильной работы двигателя, момент впрыска должен быть отрегулирован с точностью до 10 оборотов коленчатого вала.

Для работы двигателя также чрезвычайно важно давление впрыска топлива. Неправильно впрыснутое топливо сгорает медленно и не полностью. Поэтому дизельное топливо должно подаваться в камеру сгорания на высокой скорости и в виде взвеси (размером частиц топлива должен быть наименьшим), который должен заполнить камеру сгорания (чтобы сила, оказываемая на головку поршня, была одинаковой в каждой точке). Для того, чтобы гарантировать правильное сгорание, давление впрыска в двигателях с предкамерой или вихревой камерой должно быть около 125 бар, в то время как в двигателях с непосредственным впрыском - до 2000 бар. Это невероятно высокое давление имеет одну цель - максимальная чистота выхлопных газов (чем выше давление, тем лучше сгорание).

Как упоминалось ранее, дизельные двигатели представлены в двух вариантах: с непосредственным впрыском и предкамерой. Введение предкамеры было направлено на совмещение работы и улучшение качества выхлопов двигателя. Двигатели с вихревой камерой отмечаются лучшей динамикой. Тем не менее, использование дополнительных камер для подготовки надлежащего процесса сгорания, привело к значительной потери мощности и увеличению расхода топлива. Для того, чтобы сократить расходы конструкторы двигателей сосредоточились на улучшении характеристик двигателей с непосредственным впрыском топлива.

С точки зрения расхода топлива, двигатели с воспламенением от сжатия с непосредственным впрыском потребляют почти на 30% меньше топлива, чем бензиновые двигатели, гарантируя при этом более чем на 50% более высокие значения вращающего момента.

Рис.

В двигателях с вихревой камерой, сопло (1) впрыскивает топливо в камеру (2), в которой сжатый воздух создает своего рода торнадо, в результате чего топливо интенсивно перемешивается с воздухом и происходит воспламенение. Через соединительный канал (3) пламя влетает в камеру сгорания (4). И тут возникает необходимость в свече накаливания (5).

Рис:

Непосредственное действие: в двигателях TDI & Co. сопло (1) впрыскивает топливо непосредственно в камеру сгорания (2), которая расположена в специальном углублении на днище поршня. Такой двигатель тоже имеет свечу накаливания, но при температуре выше 0 градусов, заводится без ее помощи

Поршни двигателя предназначены для выполнения многих задач, наиболее важными из которых являются:

* Уплотнение цилиндров,

* Передача давления выхлопных газов на следующие элементы кривошипно-шатунного механизма,

* Управление верхней частью шатуна,

* Возможность быстрого отвода тепла от части поршня, которая находится в непосредственном контакте с выхлопными газами.

В большинстве современных конструкций, поршни отливают из алюминиевого сплава. Это гарантирует низкий вес, обеспечивая более низкую нагрузку инерции кривошипно-шатунного механизма.

Строение поршня напрямую зависит от типа двигателя. Для двигателей с воспламенением от искры, применяются литые или кованые алюминиевые поршни. Поршни такие используются в двигателях малой мощностью, которые взаимодействуют чаще всего с алюминиевым блоком. В случае, когда для блока и поршня используется один и тот же материал, не возникают проблемы, связанные с различными показателями теплового расширения у различных материалов.

Рис:

Кольца поршня: два уплотнительные и одно масляное (съемное)

Юбка поршня: направляет поршень внутри цилиндра в неизменяемой позиции. Чем длиннее юбка, тем тише работает двигатель

Бобышка под пальцевое отверстие: литое усиление внутренней части поршня, в котором крепится палец, соединяющий поршень с шатуном

Днище поршня: этот фрагмент поршня переносит самые большие нагрузки температуры и давления

Палец поршня: переносит нагрузку и прямолинейные движения с поршня на шатун, а потом дальше на коленчатый вал

Рис:

Кольца поршня: два уплотнительные и одно масляное (съемное)

Юбка поршня: направляет поршень внутри цилиндра в неизменяемой позиции. Чем длиннее юбка, тем тише работает двигатель

Бобышка под пальцевое отверстие: литое усиление внутренней части поршня, в котором крепится палец, соединяющий поршень с шатуном

Днище поршня: этот фрагмент поршня переносит самые большие нагрузки температуры и давления

Палец поршня: переносит нагрузку и прямолинейные движения с поршня на шатун, а потом дальше на коленчатый вал

Совсем иначе построены поршни в дизельных двигателях. В связи с тем, что процесс сгорания в дизельных двигателях характеризуется более высокими температурами и давлением, нагрузка на поршни намного больше, чем в бензиновых двигателях. В более легких транспортных средствах они построены из сплавов алюминия с дополнением кремния, с усиленными стальными канавками под уплотнительным кольцом. В двигателях грузовых автомобилей чаще всего применяются поршни, которые состоят из двух частей, типа ferrotherm. Венец поршня вместе с кольцевой частью сделан из нержавеющей стали, в то время как юбка поршня выполнена из алюминия с добавлением кремния. Следовательно, силы, непосредственно возникающие в результате резкого сгорания топлива, переносятся исключительно через стальную часть на поршневой стержень. Стальная часть поршня (корона) более стойкая к термическим нагрузкам.

ДНИЩЕ ПОРШНЯ - это часть поршня, которая имеет форму, в частности, в дизельных двигателях, полностью отвечающую типу камеры сгорания. На двигателях с непосредственным впрыском, значительную часть камеры сгорания занимает соответственно сформированное пространство в днище поршня. Днище такого поршня получает большие тепловые нагрузки. В двигателях с воспламенением от искры и с предкамерой самовоспламенения, днища плоские или слегка выпуклые, что влияет на их прочность.

Рис.

Tłok – поршень

Układ smarowania – система смазки

Główka – верхняя головка шатуна

Trzon - шатун

Łeb – нижняя головка шатуна

Pokrywa łba – крышка нижней головки

КОЛЬЦЕВАЯ ЧАСТЬ - предназначена для нанесения поршневых колец, выполняющих две основные задачи: герметизацию поршня в цилиндре и теплопередачу от поршня к стенкам цилиндра. Кольца, присутствующие в количестве от 2 до 4, как правило, изготовлены из чугуна. Кольцо расположенное дальше всего от поршня, обычно имеет другую структуру, потому что его функция заключается в очистке масла со стенок цилиндра во время движения поршня в направлении позиции НМТ, с целью предотвращения проникновения масла в камеру сгорания.

НАПРАВЛЯЮЩАЯ ЧАСТЬ - также называемая юбкой поршня, служит для параллельного движения поршня в цилиндре и переносит силу давления поршня на гладкую поверхность цилиндра; чтобы предотвратить трение в двигателе, между поршнем и цилиндром должен быть минимальный зазор, от нескольких до нескольких сотых миллиметра.

Применение газораспределительной системы необходимо для правильной работы двигателя. Ее основным заданием является управление подачей к цилиндру воздуха или топливно - воздушной смеси, а также управление моментом удаления выхлопов из камеры сгорания. Принципиально газораспределительный механизм применяется исключительно в четырехтактовых двигателях - в «двухтактах» впускные и выпускные клапаны открывает поршень в процессе работы - эта конструкция признана устаревшей, неэкологичной и поэтому продукция таких приводов приостановлена.

В состав стандартного газораспределительного механизма, входят:

* Клапаны,

* Клапанные пружины,

* Распределительный вал,

* Толкатели,

* Штанги,

* Рычаги клапанов,

* Привод распределительного вала (шестерня).

В представленном ниже примере все вышеупомянутые элементы помещены в головке двигателя – этот механизм называется верхнеклапанным механизмом. Раньше применялся нижнеклапанный механизм, в котором клапана располагались в фюзеляже двигателя. Этот механизм, однако, был быстро вытеснен из-за больших проблем с конструкцией – невыгодная форма камеры сгорания, затрудненное впускание смеси и вылет выхлопов, нехватка большой степени сжатия, а также значительно затрудненный доступ к клапанам.

Рис.

Świeca zapłonowa – свеча зажигания

Komora spalana – камера сгорания

Paliwo - топливо

Sprężyna zaworowa – пружина клапанная

Tłok - поршень

Рис:

zawór - клапан

sprężyna zaworowa – пружина клапана

dźwignia zaworowa – рычаг клапана

drążek popychacza - штанга

popychacze - толкатели

wałek rozrządu – коленчатый вал

В связи с тем, что в приводах грузовых автомобилей и автобусов в подавляющем большинстве применяются двигатели с самовоспламенением, в этой части будет обсуждаться исключительно газораспределительный механизм «дизельного» двигателя. Вид газораспределительной конструкции зависит непосредственно от диапазона скорости оборотов двигателя. В грузовых автомобилях и автобусах применяются двигатели с умеренной скоростью оборотов, которая, как правило, не превышает 2500 до 2800 оборотов в минуту.

Exhaust camshaft – распределительный вал выпускных клапанов

Exhaust valve – выпускной клапан

Intake valve – впускной клапан

Valve tappet – толкатель клапана

Intake camshaft - распределительный вал впускных клапанов

Эти ограничения необходимы из-за значительной перегрузки кривошипно-шатунного механизма, возникающие благодаря силам инерции больших масс компонентов двигателя. Поскольку большинство из этих двигателей оснащены турбокомпрессором, как правило, применяется два клапана - один впускной и один выпускной - процесс "промывки" цилиндра необходим из-за действия турбины. Из-за низких скоростей двигателя, распределительный вал располагается в верхней части корпуса и применяется классическая передача мощности с кулачка, который действует вместе с толкателем через штанги и рычаги на клапаны. Это решение привело к созданию надежного механизма для привода распределительного вала от коленчатого вала двигателя. Как правило, используются шестерни со скошенными зубьями. Для размещения вала на верхних пластинах корпуса между шестернями распределительного вала и коленчатого вала используется независимая шестерня.

Этот очень важный элемент двигателя имеет три задачи:

* Он соединяет поршень с коленчатым валом;

* Превращает скользящее движение поршня во вращение коленчатого вала;

* Передает мощность, полученную после воспламенения смеси в камере сгорания, на коленчатый вал, в результате чего на коленчатом вале возникает вращающий момент.
Рис:

Główka -Верхняя головка шатуна

Trzon - Стержень

Stopka - Нижняя головка шатуна

Шатун должен соответствовать очень высоким технологическим требованиям с точки зрения прочности. Следует принять во внимание, что шатун служит переносу огромных продольных сил, которые возникают в результате воспламенения в камере сгорания над поршнем. К этому подключаются силы ускорения и замедления, вызванные постоянно меняющейся скоростью движения поршня, кроме того, сюда следует добавить силы изгиба и эффект качелей.

Рис:

Główka -Верхняя головка шатуна

Trzon - Стержень

Stopka - Нижняя головка шатуна

КОНСТРУКЦИЯ И ФОРМА: на верхнем конце находится верхняя головка шатуна. В головке содержится втулка шатуна, которая охватывает палец поршня, соединяющий поршень с шатуном. В таком сочетании палец "плавает" в головке шатуна или поршневой ступице, или в них обеих. В некоторых конструкциях втулка отсутствует, а поршневой палец установлен в отверстии головки (для ее расширения) или охлаждение пальца (диоксидом углерода), а свободное крепление пальца осуществляется в ступице поршня.

Рис:
Поршень
Бобышка поршня
Палец поршня
Шатун
Нижняя головка шатуна
Вкладыш
Крышка нижней головки
Болт

От головки вниз шатуна проходит его стержень, который соединяет верхнюю головку с нижней. Для наибольшей прочности к перелому стержня, он выполнен способом отливки или ковки в виде так называемой двутавровой балки (такой разрез отливки выглядит как буква H). Учитывая легкость такой формы, экономию материала и стойкость к сгибанию такая форма стержня сегодня является стандартной. Важно, что с учетом огромных сил, которые действуют в современных двигателях на шатун, H - форма сечения виде буквы переходит в "поперечную" по мере приближения к нижней головке шатуна. Не применяются стержни цилиндрической и прямоугольной формы.
Рис:
Поршень
Бобышка поршня
Палец поршня
Шатун
Нижняя головка шатуна
Вкладыш
Крышка нижней головки
Болт

Нижняя головка шатуна вместе с крышкой (соединенной обычно болтами с нижней головкой) создает нижний конец шатуна, который крепится к коленчатому валу. Такое крепление применяется в так называемом расположении вала, то есть в той части, которая отклоняется в сторону от оси вала. Само место крепежа называется шейкой коленчатого вала. Поверхность шейки очень гладкая, поскольку представляет одну из стенок подшипника скольжения. Другую половину этого подшипника представляет втулка, то есть разборный элемент подшипника скольжения.

Рис.

Świeca – свеча

Wtrysk - впрыск

Zawór - клапан

Шатун выполняется из наилучших возможных материалов. Подходит для этого как облагороженная сталь, так и облагороженный чугун (литье). В двигателях для гоночных автомобилей чаще всего применяются титановые шатуны. Этот современный материал, который намного легче стали и отвечает самым высоким требованиям. В гоночных автомобилях это имеет большое значение, поскольку коленчатые валы вынуждены вращаться со скоростью до 18 тыс. оборотов в минуту. Темой будущего является применение других материалов – уже сейчас проходят эксперименты с использованием угольных волокон в кожухе из пластика. Преимуществом этого решения являются высокая прочность при низкой массе, а также тихая работа и практическое нулевое истирание. Пока что, однако, стоимость таких шатунов слишком высока, чтобы применять их в серийном производстве.

Коленчатый вал является последним элементом кривошипно-шатунного механизма, который участвует в преобразовании возвратно-поступательного движения во вращательное. В большинстве двигателей внутреннего сгорания коленчатый вал не виден снаружи за исключением переднего конца, который выступает из блока цилиндров (где крепится ремень).

Коленчатый вал имеет фундаментальное значение для всей концепции поршневого двигателя. Благодаря ему ход поршня в цилиндре передается на обороты через давление на рычаги, т.е. преобразуется ход поршня для создания вращающего момента. Тем не менее, все поршни мульти-цилиндрового двигателя не должны двигаться одинаково, шеек на коленчатом валу расположены под разным углом друг к другу.

В нормальном четырехцилиндровом двигателе расположение это составляет 1800. Шестицилиндровые двигатели, имеют развал 1200, а восьмицилиндровые v-образные двигатели – 900. У последних можно найти еще одно любопытное качество – на одной шейке крепятся шатуны двух поршней, что позволяет сэкономить материал, уменьшить длину коленчатого вала и, следовательно, способствует компактности.

ЗАДАЧА КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА: Вместе с шатуном он преобразует импульсные и линейные движения поршня «вниз», в равномерные круговые движения.

* Давление расширяющихся газов в результате сгорания смеси толкает поршень «вниз». Путем вычислений определяется сила, действующая на шатун. Эта сила прилагается (т.е. передается через шатун) к рычагу (благодаря фиксации шатуна к шатунной шейке), и создает вращающий момент. Одно такое движение означало бы, что двигатель - а следовательно, и автомобиль - совершили только один ход. Но так как все цилиндры в соответствии со своим порядком воспламенения и передают силу, возникшую в результате расширения выхлопных газов, поршням, а далее – шатунам и шейкам вала, создается непрерывное вращательное движение. Чем больше цилиндров, тем более плавно и более равномерно это происходит. Конечно, бывают и одноцилиндровые двигатели, но в этом случае одним из самых важных элементов является маховик.

ЗАДАЧА КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА: Вместе с шатуном он преобразует импульсные и линейные движения поршня «вниз» в равномерные круговые движения.

* Вращающий момент, возникающий на шейках вала, передается на маховик и сцепление, и далее – к коробке передач и на ведущие колеса.

НАГРУЗКИ: Прежде всего, коленчатый вал имеет дело с силами, которые возникли в результате сгорания смеси в каждом цилиндре (в турбированных дизельных двигателях давление на днище поршня может достигать пяти тонн на цилиндр). С другой стороны, действует силы массы (инерция) самого вала, а в дополнение – центробежные силы шатуна. Во время действия этих сил в других цилиндрах преодолевается сопротивление сжатию - все это происходит одновременно и на очень высоких скоростях.

УСТРОЙСТВО: Конструкция двигателя окружает коленчатый вал. В классическом рядном четырехцилиндровом двигателе каждый шатун имеет «свою» шейку коленчатого вала. Сам вал опирается на пять коренных подшипников. Чтобы коленчатый вал не мог перемещаться вдоль своей оси, по крайней мере, центральный из коренных подшипников является также останавливающим подшипником.

Между шейками коренных подшипников и шатунными шейками в качестве соединения используются кривошипы, также называемые щеками коленчатого вала. Это расширение, называется противовесом и является элементом балансировки силы инерции поршней и шатунов, действующей на коленчатый вал. Правильный баланс обеспечивает мягкую и плавную работу двигателя.

Рис.

1. Коренные шейки

2. Противовес

3. Шатунные шейки

4. Отверстие масляного канала

Для этого необходима высокая точность, потому что каждая вибрация - помимо снижения комфорта - сокращает срок службы двигателя. Например, вес коленчатого вала, составляющий 15 кг, выставляется в обычной машине с точностью до одного грамма. Это делается путем сверления небольших отверстий в кривошипах и удаления соответствующего количества материала.

Внешние поверхности шеек подшипников специально закалены, чтобы защитить их от износа, но не менее важным является их надлежащее смазывание. Для этой цели, коленчатый вал вдоль всей его длины, имеет масляные каналы, подача масла осуществляется насосом, как правило, с помощью подшипников в основном в опорных местах вала.

Коленчатый вал "омывается" маслом из так называемого масляного поддона, который представляет собой нижнюю крышку блока цилиндров, охватывающую концы коленчатого вала. Это масло не заполняет масляный поддон, а подается насосом ко всем частям двигателя, после чего стекает в поддон, где процесс начинается снова. Тем не менее, чтобы масло не разбрызгивалось и не вытекало наружу из двигателя, с обеих сторон коленчатого вала используются уплотнения. Как правило, это уплотнительные кольца, а если говорить более профессионально - simmeringi. Эти компоненты с течением времени изнашиваются, и если они не будут заменены, из двигателя будет вытекать масло.

Маховик принадлежит к группе компонентов, находящихся за пределами блока цилиндров. Маховик, в основном, представлен в виде толстого металлического диска, прикрепленного винтами к выходному фланцу, который выходит из блока цилиндров на конце коленчатого вала. Основной задачей маховика является запас кинетической энергии, необходимой для выполнения вспомогательной работы двигателя.
Рис.
Tłok – поршень
Koło zamachowe – маховик
Wieniec zębaty – венец зубчатый
Przeciwwaga wału korbowego – противовес коленчатого вала
Korbowód - шатун

Без маховика двигатель не мог бы работать – это становится ясным из принципов работы четырехтактных механизмов: из четырех тактов только один подает двигателю мощность - рабочих ход. Такты потребления, сжатия и выхлопа требуют поступления силы извне; именно эту силу обеспечивает маховик в виде кинетической энергии, накопленной во время рабочего хода (используя силу движения – инерции).
Рис.
Tłok – поршень
Koło zamachowe – маховик
Wieniec zębaty – венец зубчатый
Przeciwwaga wału korbowego – противовес коленчатого вала
Korbowód - шатун

Коленчатый вал двигателя не действует с постоянной скоростью. После зажигания во время рабочего хода, коленчатый вал получает от поршня мощный толчок. Поскольку такт выпуска не требует применения большой силы, он не тормозит вращения коленчатого вала, впрочем, как и такт впуска. Полностью отличается такт сжатия: поршень должен правильно сжимать топливно-воздушную смесь (или только воздух), следовательно, коленчатый вал теряет на этом этапе много энергии, или скорости оборотов. Размер потери этой энергии зависит от маховика. Чем он тяжелее, тем меньше он теряет на скорости вращения, и работа двигателя будет более ровной. Недостатком использования более тяжелого маховика является большой вес двигателя и медленная реакция на добавление газа, когда каждый раз при ускорении нужно также ускорить тяжелый маховик. А это означает потери, измеряемые не только временем, но и расходом топлива.

Для изготовления маховика чаще всего используется чугун. Его жесткость и компактность гарантируют, что он не распадется даже при очень высоких оборотах. Более того, среди всех металлов с разумной ценой он наиболее устойчив к трению. Последнее свойство является чрезвычайно важным, поскольку наружная сторона маховика представляет собой один из дисков (трения) сцепления.

Огромную роль играет способ фиксации выходного фланца коленчатого вала с маховиком. Как отверстие крепления маховика, так и соответствующий выходной фланец коленчатого вала с соответствующим центральным отверстием и посадочным упором должны быть сделаны с предельной точностью. Отклонение на одну сотую миллиметра в плоскости монтажа и точности центрирования приводит к "биению" диска, т.е. шаткого движения, затирания маховика. В этом случае не может быть и речи о тихой работе двигателя. По этой причине, коленчатый вал и маховик всегда балансируются и устанавливаются вместе. Любой ремонт уплотнительного заднего подшипника (который закрывает выход коленчатого вала из блока цилиндров) будет представлять сложность, особенно если маховик и монтажный фланец не имеют четкой отметки исходного положения.

Рис.

Точная робота: маховик (1) идеально подогнан к фланцу коленчатого вала (2). Центральное отверстие в маховике в сочетании с отцентрированным выступом служат для идеального центрального соединения маховика (3). Крепление происходит с помощью болтов (4) высокопрочных и стойких на разрыв

Другая важная задача маховика связана с окружающим его, так называемым зубчатым венцом. Он крепится к чугунному маховику болтами или частично цангами при термообработке. Относительно большой диаметр маховика приводит к тому, что его вращение означает применение очень большого рычага к коленчатому валу, и благодаря этому небольшой, но высокооборотный электрический стартер, смежный с шестерней, в состоянии повернуть коленчатый вал и "завести" (включить) двигатель.

В автомобилях специального назначения приоритетом для конструкторов двигателей является их высокая мощность при относительно небольшом потреблении топлива и максимальном уменьшении габаритов двигателя. Существуют три главных возможности увеличения мощности поршневых двигателей внутреннего сгорания:

* увеличение рабочего объема,

* увеличение скорости оборотов,

* турбонаддув.

Увеличение рабочего объема может быть достигнуто через увеличение числа цилиндров или их объема. В обоих случаях это ведет к увеличению габаритов, а также собственной массы двигателя, что в значительной степени компенсирует полученные выгоды. Рост скорости оборотов, то есть увеличение количества тактов работы, приходящихся на единицу времени, связывается с увеличением внутренних потерь энергии, то есть снижением производительности двигателя.

В двигателях с турбонаддувом кислород наполняющий цилиндры предварительно сжимается, следовательно, в реакцию с топливом вступает больше его массы. Можно, следовательно, сжигать пропорционально увеличенное количество топлива и благодаря этому получать бóльшую мощность двигателя при той же скорости оборотов и рабочем объеме.

Вступительное сжатие приводит к нагреву воздуха до температуры около 180°C. Охлаждение воздуха в интеркулере (охладителе воздуха) увеличивает его плотность, что связано с дальнейшим увеличением мощности. Кроме того, меньшая температура потребляемого воздуха, в результате означает более низкую среднюю температуру всего процесса сгорания, а следовательно – меньшую эмиссию NOx (окиси азота).
Рис.
Strumień gazów spalinowych – поток выхлопных газов
Cylinder silnika – цилиндр двигателя
Zawór regulacyjny sprężarki – клапан регулировки компрессора
Wejście oleju – вход масла
Wirnik – ротор
Wlot powietrza – вход воздуха
Wylot gazów – вылет газов
Turbosprężarkа - турбокомпрессор
Turbina sprężarki – турбина компрессора
Wyjście – выход
Chłodnica powietrza (intercooler) – охладитель воздуха (интеркулер)
Strumień - поток

Наддув может быть реализован двумя альтернативными методами: компрессором с механическим приводом или компрессором с турбиной. При механическом наддуве, воздух необходимый для сгорания, сжимается с помощью компрессора, который приводится в действие двигателем. Полученный рост мощности идет, следовательно, в определенном объеме осуществление привода компрессора. В результате, в зависимости от величины двигателя механический наддув может увеличивать эффективную мощность приблизительно на 10 - 15% при одновременно увеличенном потреблении топлива (в сравнении с двигателем без наддува с такой же мощностью). В двигателях с турбонаддувом энергия, содержащаяся в выхлопных газах (бесполезно выбрасываемая другими видами двигателей в атмосферу) используется для привода турбины, расположенной на общем валу с вращательным компрессором.
Рис.
Współczesne sposoby doładowania - Современные способы заряда
Doładowanie - заряд
Sprężarkowe - Компрессорные
Mechaniczny napęd sprężarki – Механический привод компрессора
Comprex – Comprex
Turbosprężarkowe – Турбокомпрессорные
Mieszane – Смешанное
Dynamiczne (bezsprężarkowe) - Динамическое (бескомпрессорное)
Kombinowane – Комбинированное

Компрессор засасывает и сжимает воздух, подавая его в цилиндры двигателя. Турбокомпрессор не связан с двигателем механически, благодаря чему он обладает следующими преимуществами:

* по сравнению с двигателем с идентичной мощностью, в котором выхлопные газы беспрепятственно выводятся в атмосферу, потребление топлива меньше, а использованная энергия выхлопных газов способствует повышению общей производительности двигателя (в частности, из-за меньшего рабочего объема уменьшаются потери тепла и трения).

* соотношение мощности и собственной массы двигателя (кВ/кг) в случае двигателя с турбонаддувом намного лучше, чем в двигателе с беспрепятственным выбросом выхлопных газов.

* двигатель с турбонаддувом имеет меньшие габариты по сравнению с двигателем без турбонаддува с такой же мощностью.

* в двигателе с турбонаддувом значение вращающего момента может быть увеличено при относительно низких оборотах коленчатого вала и поддерживаемой на одном уровне в широком диапазоне скорости оборотов.

* двигатели с турбонаддувом (в отличие от других) не теряют мощности на высокогорных трассах, когда низкое давление атмосферного воздуха самопроизвольно компенсируется увеличенной производительностью турбины, которая использует разницу давления между выхлопными газами в выпускном коллекторе и воздухом, окружающим автомобиль.

* Относительно меньшие размеры двигателя с турбонаддувом дают меньший шум при работе по сравнению с другими типами двигателей с идентичной мощностью. Кроме того сам турбокомпрессор действует как дополнительный глушитель на пути движения выхлопных газов.

* Двигатели с турбонаддувом могут сжигать бедную, то есть, с бóльшим избытком воздуха, топливно-воздушную смесь, что делает возможным дальнейшее сокращение эмиссии выхлопных газов, а также потребления топлива.

Рис.
Схема наддува с помощью турбокомпрессора шестицилиндрового четырехтактного двигателя

oddzielne przewody spalinowe od silnika do doładowującej turbosprężarki, zgrupowanie cylindrów według kolejności zapłonu - отдельные выхлопные трубы от двигателя к нагнетательному турбокомпрессору, сгруппированные цилиндры в порядке зажигания
turbina - турбина
wylot spalin – выброс выхлопных газов
wlot spalin do turbiny – вход выхлопных газов в турбину
olej dopływający z silnika pod ciśnieniem – масло, подающееся из двигателя под давлением
sprężarka - компрессор
powietrze zasysane poprzez filtr do sprężarki – воздух, всасываемый через фильтр в компрессор
sprężone powietrze dopływające do silnika - сжатый воздух, поступающий в двигатель
odpływ oleju do silnika - отток масла к двигателю

В конструкциях турбокомпрессоров применяются, в свою очередь, два немного отличающихся метода использования выхлопных газов. Первый заключается в подсоединении турбины к коллектору в месте соединения всех выпускных каналов из отдельных цилиндров. В этом случае ротор разгоняется благодаря расширению выхлопных газов, накопленных в коллекторе. Другой метод помимо энергии расширения использует еще кинетическую энергию газов, проходящих на большой скорости через выпускной коллектор. Это возможно в том случае, когда все выпускные каналы идут отдельно и попадают непосредственно на лопатки турбины в разных точках ее окружности. Значительные энергетические преимущества, однако, в данном случае компенсируются более усложненной конструкцией турбины и всей выпускной системы.

Благодаря соответствующей конструкции турбины можно приспособить характеристики надува к эксплуатационным потребностям двигателя. Например, в тяжелых автомобилях специального назначения выгодна система, которая заключается, в том, что на низких оборотах двигатель работает без наддува, в то время как интенсивный надув включается при изменениях нагрузки, возникающих во время движения на подъеме. Это позволяет избегать слишком частого переключения передач и вообще, применять более дешевые коробки передач с меньшим количеством переключений.

Турбокомпрессор запроектирован таким образом, чтобы мог безаварийно взаимодействовать с двигателем на протяжении всего периода эксплуатации. Он не требует какого-либо специального ремонта, а обслуживание ограничивается только до нескольких основных действий, в соответствии с инструкцией по эксплуатации, поставляемой производителем. Эти действия включают:

* периодическую замену масла;

* содержание в полной исправности системы фильтрации масла (фильтр масла, каналы);

* контроль давления масла при разных состояниях работы двигателя;

* содержание в исправности фильтрации воздуха (воздухофильтр, каналы).

В среднем 90% поломок турбокомпрессоров происходят по следующим причинам:

* инородные тела, которые попадают в выхлопной или всасывающий коллектор (повреждение лопаток роторов турбин или компрессоров);

* загрязненное масло (вследствие загрязненного, неисправного или некачественного масляного фильтра, неисправных его вентилей, а также некачественного машинного масла);

* перерывы в притоке масла, повторяющиеся в коротких периодах (каждые 4-5 секунд), которые приводят к фрикционному и термическому повреждению поверхности подшипников.

Последний из упомянутых факторов может возникнуть:

* после замены турбокомпрессора без заливки его маслом;

* после длительного неиспользования автомобиля;

* в результате несоответственного приведения в действие двигателя после замены или ремонта турбокомпрессора;

* вследствие низкого давления масла в плохо действующей системе смазки или значительного загрязнения масла.

Причиной значительного снижения давления масла в подшипниках ротора может быть:

* согнутый, сломанный или закупоренный канал, с помощью которого осуществляется смазка турбокомпрессора; неисправный масляный насос;

* исчезновение смазочной производительности по причине слишком долгой работы транспортного средства на большом уклоне.

Частой причиной преждевременного износа подшипников является их перегрев, вызванный слишком высокой температурой выхлопных газов или слишком быстрым выключением двигателя после работы. Рекомендуется оставлять двигатель после работы на 2-3 минуты на холостом ходу (время, нужное для охлаждения турбокомпрессора). Высокие температуры выпускного коллектора могут также переноситься на его центральную часть, то есть подшипники вала, вызывая выгорание масла и коррозию подшипников. Термические повреждения выступают также на перстне и канавках вала турбины, а также на ее подшипнике. Обугленное масло влечет закупоривание масляных каналов центрального корпуса.

Накопление угля увеличивает трение, что ведет к изгибам и трещинам части турбокомпрессора. Причиной этого может быть (помимо уже упомянутых):

* негерметичность камер роторов, выполняющих введение воздуха и выхлопных газов;

* неисправность форсунок;

* плохое закрепление корпуса турбины;

* неисправный отвод масла (закупоривание вентиляции в картере двигателя).

Всех упомянутых повреждений можно избежать, проводя регулярные осмотры турбокомпрессора. На практике случается, что абсолютно исправный турбокомпрессор заменяется на новый, несмотря на то, что не он является причиной неправильной работы двигателя. Повреждение турбокомпрессора можно предположить лишь тогда, когда исключены другие возможные причины.

Рис.

Przekrój i budowa turbosprężarki ze smarowaniem i chłodzeniem olejowym -

Сечение и конструкция турбокомпрессора со смазкой и охлаждением



powrót oleju do silnika - отток масла к двигателю

dopływ oleju z silnika - подача масла из двигателя

Рис.

Турбокомпрессор с изменяемой геометрией Scania VGT: 1- вход воздуха; 2- ротор компрессора; 3- выход воздуха; 4- датчик скорости оборотов; 5- усилитель с электрическим приводом; 6- перемещаемое кольцо; 7- ротор турбины; 8- вход выхлопных газов; 9- выход выхлопных газов.

Элементом, переносящим вращающий момент, возникший в двигателе к другим частям механизма привода, является сцепление. При его посредничестве механизм привода не только сообщается с двигателем, но и позволяет его отключить, например, в случае изменения передачи или при остановке транспортного средства. Следующим очень важным качеством сцепления является возможность мягкого, постепенного соединения подвижных элементов двигателя с неподвижными элементами остальной части системы привода – это происходит без рывков благодаря особенному качеству механизма привода, который может работать с так называемым скольжением.

Сцепление может управляться водителем или действовать автономно. Система управления сцеплением может быть механической, гидравлической, пневматической или электромагнитной. Самопроизвольно действующим сцеплением, является гидрокинетическая конструкция. В грузовых автомобилях и автобусах применяются чаще всего одно или двухдисковые фрикционные сцепления, реже гидрокинетические сцепления.

Строение однодискового фрикционного сцепления показано на рисунке. Сцепление соединяет с собой два вала - коленчатый (1) и ведущий вал коробки передач, называемый валом сцепления (2).

Главными элементами сцепления являются:

* вал сцепления (2),

* ведомый диск сцепления (4),

* нажимной диск (5).

Ведомый диск сцепления закреплен к фланцу ступицы вала сцепления (2).

К ведомому диску сцепления (4) приклепаны или приклеены фрикционные накладки (6) выполненные из материала, стойкого к истиранию и высокой температуре, которая возникает при работе фрикционной муфты сцепления (при включении и выключении сцепления). Винтовые пружины (7) нажимают на ведущий диск (5), который прижимает ведомый диск сцепления (4) к маховику (3). Затем сцепление передает вращающий момент от двигателя к коробке передач благодаря силе трения, которое возникает между маховиком (3), ведомым диском сцепления (4) с фрикционными накладками (6) и ведущим диском (5). Если элементы сцепления находятся в вышеописанном положении, сцепление включено и передает вращающий момент от коленчатого вала (1) на ведущий вал (2).

К ведомому диску сцепления (4) приклепаны или приклеены фрикционные накладки (6) выполненные из материала, стойкого к истиранию и высокой температуре, которая возникает при работе фрикционной муфты сцепления (при включении и выключении сцепления). Винтовые пружины (7) нажимают на ведущий диск (5), который прижимает ведомый диск сцепления (4) к маховику (3). Затем сцепление передает вращающий момент от двигателя к коробке передач благодаря силе трения, которое возникает между маховиком (3), ведомым диском сцепления (4) с фрикционными накладками (6) и ведущим диском (5). Если элементы сцепления находятся в вышеописанном положении, сцепление включено и передает вращающий момент от коленчатого вала (1) на ведущий вал (2).

Система управления состоит из педали сцепления (9) и выжимного подшипника (8). Когда водитель нажимает на педаль сцепления, через выжимной подшипник (8) ведущий диск (5) отодвигается от маховика (3), одновременно сжимая пружины (7). Тогда ведомый диск сцепления (4) не прижимается к маховику, сила трения не возникает и поэтому сцепление выключается.

Во время включения сцепления водитель медленно уменьшает натиск ноги на педаль сцепления. Тогда винтовые пружины (7) нажимают с большей силой на ведущий щит (5), который передвигает ведомый диск сцепления (4) по ведущему валу, прижимая его к маховику (3). По мере нарастания нажатия ведомого диска сцепления на маховик, увеличивается сила трения между фрикционными накладками (6) поверхности маховика (3) и ведущего щита (5). Тогда ведомый диск сцепления (4) начинает вращаться и через нажимную муфту разгоняет ведущий вал (2). Таким образом, наступает медленное выравнивание скорости оборотов валов коленчатого и сцепления. Сцепление работает тогда со скольжением, которое постепенно уменьшается и исчезает после выравнивания скорости обоих валов, которое происходит после полного включения сцепления.

Вместо винтовых пружин во фрикционных щитовых сцеплениях может выступать, так называемая, дисковая пружина, выполненная в виде срезанного плоского конуса. Применение дисковой пружины в сцеплении упрощает его конструкцию, потому что одиночная, простая в изготовлении дисковая пружина, заменяет сложный механизм винтовых пружин и рычагов отключения.

Рис.

Сцепление с конической пружиной

а – коническая пружина [43], б – однодисковое сцепление с конической пружиной (VOLVO), в - двухдисковое сцепление с конической пружиной (VOLVO)

1 – маховик, 2 – нажимной диск, 3 – ведомый диск, 4 – ведущий вал коробки передач, 5 – коническая пружина, 6 – выжимной подшипник, 7 – рычаг выключения, 8 – проставка, 9 – крышка корпуса

Рис.

Стандартом в современных автомобилях является гидравлическое управление механизмом сцепления. Нажатие педали приводит к отведению принимающего цилиндра (1), который с помощью толкателя (2) нажимает на выжимной рычаг (3). Он, в свою очередь, вызывает напряжение диафрагменной пружины (4) и отсоединение сцепления. На противоположной стороне толкательного механизма, выжимной рычаг упирается в выжимной подшипник (5). В этом месте в некоторых моделях благодаря тому, что подшипник с резьбой имеется возможность регулировки зазора сцепления.

Рис.

Управление натяжением: нажатие на педаль (1) натягивает тросик (2), который соединен с рычагом (3). Рычаг прикреплен в пункте (4), следовательно, через постоянное оттягивание преобразует в натиск на выжимной подшипник (5). Механизм сцепления тогда разъединяется



Управление гидравлическое: здесь тросик тяги заменен гидравлической жидкостью (1), как правило, такую же как и в тормозной системе. Педаль сцепления (2) приводит в действие помпу (3), а, следовательно, сдаточный цилиндр. Она проталкивает жидкость в принимающий цилиндр (4), который приводит в действие рычаг (5)

Рис.

Linka sprzęgła – тросик сцепления

Śruby montażowe – болты монтажные

Pedal sprzęgła – педаль сцепления

Koło zamachowe - маховик

Tarcza sprzęgła – диск сцепления

Docisk - дожим

Łożysko - подшипник

В больших грузовых автомобилях из-за необходимости переноса значительный крутящих моментов применяется двухдисковые сцепления (см. рис.). Их недостатком является большая масса по сравнению с однодисковыми сцеплениями, связанная с наличием промежуточного ведущего диска, дополнительного щита и регулировочных элементов. Кроме того они отличаются более сложной конструкцией, что значительно влияет на стоимость производства.

Рис.

Двухдисковое сцепление Eaton Easy-Pedal

1 – внутренний диск, 2 – внешний диск, 3 – дожим, 4 – пружина дожимная, 5 – маховик, 6 – свободное пространство, 7 – кольцо диска, 8 – пружины подавителя колебаний, 9 – ухват, 10 – шпонка дистанции, 11 – лапа крепления, 12 – кожух, 13 – основной дожим, 14 – уплотнение, 15 – регулировочное кольцо, 16 – механизм регулировки, 17 – вспомогательная пружина, 18 – прокладка выжимного подшипника, 19 – корпус выжимного подшипника, 20 – выжимной подшипник, 21 – удерживающее кольцо, 22 – крышка подшипника, 23 – прокладки коричневые, 24 – опорная подкладка, 25 – концевик для смазки, 26 – пружина натяжения, 27 – рычаг выключения сцепления, 28 – уплотнение, 29 – оттягивающая пружина.

Рис. 5

Обозначения:

1 – корпус

2 – дожимная пружина

3 – передвижная пружина

4 – винт ограничителя

5 – упор установки

6 – регулируемое кольцо

7 – натягивающая пружина

В грузовых автомобилях и автобусах очень часто применяются гидравлические системы управления сцеплением. Кроме того, эта система может быть подкреплена пневматически. Водитель, нажимая на педаль, действует на гидравлическую помпу, провоцируя течение жидкости к вентилю пневматического усилителя; при открытии жидкостью управляющего вентиля, к цилиндру усилителя поступает сжатый воздух, который в свою очередь перемещает поршень. Соединенный с поршнем шатун приводит в движение вилки отключения и перемещает выжимной подшипник в направлении маховика. Сцепление затем выключается.

Рис.

Гидравлическая жидкость

Воздух

Гидравлическая система управления сцеплением с пневматическим усилением

а – сцепление включено, б – сцепление выключено

1 – педаль сцепления, 2 – гидравлическая помпа, 3 – пневматический усилитель, 4 – клапан регулирующий, 5 – поршень, 6 – рычаг выключения, 7 – дожимной подшипник, 8 – бачок гидравлической жидкости

В некоторых транспортных средствах, в частности, с автоматической коробкой передач (чаще всего автобусы) применяются гидрокинетические сцепления. Их конструкция полностью отличается от принципов действия вышеупомянутых фрикционных сцеплений. Гидрокинетическое сцепление состоит из двух установленных напротив друг друга роторов: ротора помпы и ротора турбины, которые расположены вместе в общем герметичном корпусе. Ротор помпы связан с коленчатым валом двигателя, а ротор турбины – с ведущим валом коробки передач.

Корпус чаще всего наполнен специальным маслом. Помпа и турбина выполнены в виде чаш, оборудованных лопатками, расположенными в виде лучей. Когда ротор помпы вращается, то на масло, которое находится, в каналах между лопатками помпы действует центробежная сила. Под действием этой силы масло течет в направлении наибольшего диаметра ротора помпы, где находятся выходные каналы. По этим каналам масло вытекает из помпы и втекает в турбину, передавая ей имеющуюся кинетическую энергию и вращая ротор турбины. Таким образом, крутящий момент из помпы переносится посредством кинетической энергии масла на турбину.

Рис.

Направление движения масла

1 – помпа, 2 – турбина, 3 – корпус, 4 – лопатки, 5 – ведущий вал коробки передач, 6 – выходной канал, 7 – коленчатый вал двигателя

Рис.

Наглядный рисунок гидравлического сцепления с ротором помпы (вход) и рабочей жидкостью (масло)

1 – помпа, 2 - турбина

Гидрокинетические сцепления по сравнению со стандартными фрикционными сцеплениями имеют много преимуществ, важнейшие из которых, это:

* эластичное взаимодействие двигателя с коробкой передач,

* возможность переноса больших вращающих моментов при небольшой скорости езды,

* охрана двигателя от внезапных перегрузок, например, во время резкого торможения,

* намного меньшая вибрация от двигателя.

Эта конструкция, тем не менее, не без изъянов, важнейшие из которых это:

* необходимость применения дополнительного фрикционного сцепления, позволяющего отключать двигатель от коробки передач в момент переключения передач,


* большее потребление топлива из-за меньшей эффективности гидрокинетического сцепления по сравнению с фрикционными сцеплениями.

Важно помнить, что гидрокинетическое сцепление не изменяет вращающий момент, который передается далее (независимо от скорости оборотов коленчатого вала в данный момент и величины скольжения ротора турбины относительно ротора помпы, вращающий момент на коленчатом валу всегда равен вращающему моменту на ведущем валу сцепления).

Коробка передач позволяет изменять вращающий момент, а также кинематическую передачу между двигателем и главной передачей автомобиля. Ее основной задачей является покрытие так называемого поля питания двигателя таким образом, чтобы обеспечить возможность запуска транспортного средства при определенных условиях, развитие заданной максимальной скорости транспортного средства, и эффективное формирование экономной эксплуатации и эргономичности обслуживания. Кроме того, благодаря коробке передач можно изменить направление движения транспортного средства и постоянное отключение двигателя от главной передачи.

В механических приводах транспортных средств специального назначения применяются последовательные коробки передач, в которых используются зубчатые шестеренки с постоянными и оборотными осями (так называемые планетарные передачи). Системы управления современных коробок передач, как правило, имеют механический характер с тенденцией к увеличению использования элементов пневматических, гидравлических и электрических в качестве исполнительных механизмов.

Основными параметрами коробок передач являются:

- система конструкции

- количество передач

- диапазон переключения передач

- значение максимального вращающего момента на входе коробки передач

- вид примененной системы управления

Простые коробки передач изготавливаются в виде одиночного комплекта передач. Находят они применение в автомобилях с малой грузоподъемностью, предназначенных для городского использования и передвигающихся обычно без прицепа. Наименьшими коробками передач, применяемыми в грузовых автомобилях, являются пятискоростные. Они в основном подходят для использования с двигателями с максимальной мощностью до 120 кВт и максимальных вращающих моментах до 600 Нм.

Рис. Пятискоростная синхронизированная коробка передач ZF S5-42 непосредственного действия.

В грузовых автомобилях средней и большой грузоподъёмности для того, чтобы получить достаточное количество силового поля с учетом требований плавности движения, предполагаемый темп ускорения и минимизация расхода топлива требует шестизначных коэффициентов. С технической точки зрения, можно построить коробку передач, например, с двадцатью передачами в одном механизме. Однако функциональность такой конструкции будет очень маленькой, а стоимость производства значительной. По этой причине, многоскоростные редукторы сконструированы как комбинация простой базовой коробки передач с числом передач от 3 до 6 и двух- или трехскоростного дополнительного переключателя с независимым управлением.

Среди коробок передач с большим количеством переключений и с дополнительным узлом переключений выделяются два основных решения, отличающиеся друг от друга кинетическими характеристиками. Одним из них являются коробки передач с так называемым изменением расположения передач (Range Change Group - G), другим – коробкой передач с комплексом изменения расположения передач (Splitter Group - S). Принятое название повсеместно применяется автомобильными концернами, а также фирмами, производящими коробки передач.

С коробками передач типа S мы имеем дело тогда, когда расположение передач в дополнительном узле меньше расположения передач в основной коробке передач. Такие коробки передач называются также коробками передач «с половинками». На рисунке представлена коробка передач типа S. Обе коробки передач помещены в одном корпусе. Идея изменения расположения передач заключается в применении в передней части коробки передач дополнительной постоянной передачи.

Характерным конструкционным признаком коробки передач, построенных согласно представленной концепции, является наличие дополнительного вала, который с одной стороны имеет подшипник внутри входного вала, а с другой – на главном валу. В зависимости от потребностей входной вал может быть соединен с помощью синхронизатора с шестерней на подшипнике, дополнительной постоянной передачей или с дополнительным валом.



Рис.: 12-ступенчатая коробка передач ZF 56-66 + GV (6x2)

Рис.: 12-ступенчатая коробка передач ZF 56-66 + GV (6x2)

Присутствие дополнительной постоянной передачи привело к необходимости использования помпы, улучшающей циркуляцию масла, помещенного в передней крышке, которое нагнетается от косвенного вала. Учитывая небольшую величину осевых сил, вал сцепления размещается в корпусе с помощью роликового подшипника. С другой стороны помпа опирается на дополнительном валу при посредничестве игольчатого подшипника. Оставшиеся валы опираются на конусные подшипники.

Рис.: 12-ступенчатая коробка передач ZF 56-66 + GV (6x2)

Изменение передач в основной коробке передач происходит с помощью механического узла. В дополнительной коробке передач для этой цели используется пневматический усилитель двустороннего действия, управляемый пневматически или электронно. В состав пневматического механизма управления входит клавишный переключатель, помещенный на рычаге переключения передач, клапан, перекрывающий сотрудничающий с усилителем сцепления, а также распределительный клапан, соединенный непосредственно с усилителем двустороннего действия.

Рис.: 12-ступенчатая коробка передач ZF 56-66 + GV (6x2)

Рис.

Пневматическая система управления механизмом изменения расположения переключений

1 – рычаг переключения передач с кнопочным переключателем, 2 – педаль сцепления, 3 - предохранительный клапан, 4 – емкость сбора сжатого воздуха, независимо от тормозных каналов, 5 – фильтр водяным сепаратором, 6 – элемент включающий отсекающий клапан, 7 – отсекающий клапан, 8 разделительный клапан, 9 – двухсторонний усилитель



Skrzynie biegów typu S

Рис.

Пневматическая система управления механизмом изменения расположения переключений

1 – рычаг переключения передач с кнопочным переключателем, 2 – педаль сцепления, 3 - предохранительный клапан, 4 – емкость сбора сжатого воздуха, независимо от тормозных каналов, 5 – фильтр водяным сепаратором, 6 – элемент включающий отсекающий клапан, 7 – отсекающий клапан, 8 разделительный клапан, 9 – двухсторонний усилитель

С коробками передач типа "R" то есть с узлом переключений диапазона передач, мы имеем дело тогда, когда частота переключений в раздаточной коробке передач меньше частоты переключений дополнительного узла. Широко используются коробки передач двух и трехдиапазонные. Типичное их применение – это автомобили средней и большой грузоподъемности, выполняющие дневные маршруты средней дальности, постоянно работающие при изменяющихся нагрузках в небольшом диапазоне, поэтому чаще всего они применяются в автобусах. Трехдиапазонные коробки передач применяются также в транспорте, который используется на большие расстояния.

Рис.

Планетарный редуктор

Главная передача

Самой простой разновидностью двухдиапазонных коробках передач являются восьмиступенчатые коробки передач, которые состоят из четырехскоростной раздающей коробки передач, а также двухскоростного планетарного редуктора, помещенного за основной коробкой передач. В классических конструкциях (с одним промежуточным валом) планетарные передачи представляют единую форму построения дополнительных узлов в двухдиапазонных коробках передач. Они, как и узлы, переключающие расположения передач, размещены в общем корпусе с раздаточной коробкой передач.
Рис.
Планетарный редуктор
Главная передача

Работа планетарной передачи в таком механизме всегда идентична. Главный вал раздаточной коробки передач, передает вращающий момент на солнечную шестерню, будучи с ней в постоянном соприкосновении. Выведение вращающего момента из планетарной передачи происходит через его сателлиты, связанные с исходным валом коробки передач. Непосредственная передача осуществляется через блокировку коронной шестерни с сателитами, а редуцированная передача – благодаря остановке внешней шестерни.

Рис.

Планетарный редуктор

Главная передача

Редуцированное переключение дополнительного узла представляет собой нижний (низкий) диапазон переключений (LR), а непосредственная передача – верхний диапазон (HR). Коробки передач типа R предоставляют возможность переноса значительных вращающих моментов при неизмененной продолжительности, по сравнению с простыми коробками передач.

Рис.

Планетарный редуктор

Главная передача

Рис.

Przekładnia planetarna - Планетарная передача

Планетарная передача состоит из центральной шестерни (солнечной) (см. рисунок) 5 сателлитов [2], крепления для сателлитов (водила) [3] и короны [4]. Когда задействовано положение диапазона высоких ступеней коробки передачи (H), задняя шестерня (солнечная шестерня) главной оси вращает всю планетарную передачу, благодаря чему происходит непосредственное переключение, то есть 1:1.

Рис.

Положение высоких диапазонов

В положении низкого диапазона корона заблокирована в корпусе изменения диапазона и вынуждает вращаться сателлиты в направлении, противоположном солнечной шестерне. Вследствие этого посадочная ось получает меньшие обороты (в данном типе коробки передач) в соотношении 3,75:1. Передача изменения диапазона управляется обычно сжатым воздухом (пневматическим механизмом). Изменение диапазона выбирается заранее с помощью кнопки на ручке рычага коробки передач, его реализация происходит автоматически, когда рычаг переключения передач проходит через нейтральное положение. Блокада изменения диапазона предотвращает редукцию передачи, когда скорость транспортного средства слишком высокая

Рис.

Положение высоких диапазонов

Положение низких диапазонов

Рис. Восьмиступенчатая коробка передач с планетарным механизмом изменения диапазона передач, кинематическая схема, а также схема переключений (Источник: Системы переноса привода грузовых автомобилей и автобусов, Мариуш Заяц, Издательство Коммуникации и Связи, Варшава 2003;

Широко распространенными системами двухдиапазонных коробок передач являются девятиступенчатые коробки передач. Их характерным признаком является присутствие дополнительной, так называемой, ползучей передачи (C - Crawler). Эта передача имеет наибольшую величину переключения и может быть включаться только в нижнем диапазоне. В схеме переключений находится напротив передачи заднего хода.

Коробки передач SR являются наиболее продвинутыми с технологической точки зрения. Представляют они основную коробку передач, соединенную с дополнительным механизмом изменения размещения передач (S), а также механизмом изменения диапазона переключений (R). Эти коробки передач обеспечивают соответственно большой размах переключений при сохранении возможности переноса больших входных вращающих моментов

В отличие от управления рычагом переключения передач в легковых автомобилях, в грузовиках и автобусах не обязательно включение каждой скорости от «1» и по возрастанию, в процессе начала движения, или изменения на «1» при разгоне. При малонагруженном транспортном средстве, согласно стандарту движение начинают с «3» передачи, а при езде под гору на незагруженном максимально транспортном средстве, во время разгона допускается «перескакивание» на 2 передачи. При обгоне также нет необходимости «редукции» полной передачи - иногда достаточно нажать кнопку вариатора (так называемых половинок) и включить сцепление.

Рис.: Принципы обслуживания коробки передач с 6 передачами (Н – высокий диапазон, L – низкий диапазон)

Часто коробки передач тяжелых транспортных средств оснащены дополнительной передачей, так называемой "ползучей". Эта передача служит для движения с очень медленным темпом без необходимости удерживания ноги на так называемом "полусцеплении", а также, чтобы начать движение с очень тяжелым грузом. Переключение на такой передаче обычно колеблется в пределах 16:1 - 16,85:1.

Начало движения транспортного средства с вышеупомянутыми типами коробок передач (8 или 8x2 передачи) происходит следующим образом: начало движения происходит чаще всего на 3-й передаче, а при большей загруженности на 2-й. После разгона на 2-й передаче следует включить 3-ю передачу, а в более трудных условиях движения перед пуском сцепления нужно нажать кнопку вариатора (так называемую ступенчатую) - тогда мы переходим на, так называемую, «низкую» тройку. Чтобы перейти на «высокую» тройку, в большинстве коробок передач достаточно нажать и отпустить педаль сцепления. После перехода к «высокой» четверке следует перейти на верхний диапазон коробки передач (5-8) – это делается путем включения соответствующей кнопки или отклонением рычага на нейтральной позиции максимально в левую сторону. Возвращение к низшему диапазону происходит аналогично, через отклонение рычага максимально в правую сторону. Многие водители боятся, что из-за ошибки при большой скорости коробка передач «случайно» перескочит на низкий диапазон – большинство коробок передач имеют системы блокировки включения слишком низкой передачи при большой скорости, что без сомнения привело бы к ее повреждению.

Меньшие транспортные средства имеют в большинстве своем коробки передач с изменением диапазона переключений (не имеют, так называемых, половинок). Принцип передвижения этими транспортными средствами такой же, как было описано выше, а способ включения высокого или низкого диапазона происходит при помощи соответствующей кнопки (см. рис.), или соответствующего отклонения рычага переключения передач в нейтральной позиции.

Применение коробок с большим количеством передач является очень выгодным с точки зрения возможности использования максимального крутящего момента двигателя при минимальном потреблении топлива. Тем не менее, поскольку управление коробкой передач с большим количеством переключений создает реальные проблемы, особенно для менее опытных водителей, крупные фирмы, производящие грузовые транспортные средства, предложили конструкции, автоматизирующие процесс переключения передач, значительно упрощающие этот процесс.

Системы управления, как правило, выступают в двух вариантах: как автономные и как системы поддержки. Автономные системы самостоятельно делают выбор правильного переключения (в зависимости от условий движения и загрузки автомобиля), без привлечения водителя. Цель систем поддержки – облегчить включение той или иной передачи, но сам процесс инициируется водителем, управляющим транспортным средством.

Поскольку системы автоматического переключения передач исключают возможные рывки автомобиля (как это происходит, если слишком быстро отпустить сцепление в стандартных системах), а так же более точно синхронизируют скорость вращения вала двигателя со скоростью главного вала коробки передач, они характеризуются большей прочностью и надежностью, что значительно снижает эксплуатационные расходы, возникающие из-за износа сцепления и тормозов, а также снижает расход топлива.

Пример системы, которая обеспечивает автоматическое выполнение некоторых процессов переключения передач – это система EPS «Мерседеса», которая используется для управления коробкой передач ZF. Коробка передач позволяет переключать передачи последовательно с возможностью пропуска некоторых позиций (нажав на соответствующую кнопку на рычаге переключения). В любом случае, перемещая рычаг переключения передач вперед или назад нужно выжать сцепление, а нейтральное положение достигается путем перемещения рычага влево. Эта система также обеспечивает автоматический выбор оптимальной передачи при переходе от нейтрального положения при движущемся транспортном средстве.

Как упоминалось ранее, автономные системы самостоятельно выполняют подбор соответствующего переключения в зависимости от скорости и сопротивлений транспортного средства. Наиболее распространенной автономной системой, является Geartronic, разработанная Volvo. Эта система была применена в 14-ступенчатой коробке передач типа SR, действуя полностью автоматически, позволяет вручную переключать передачи при низком диапазоне работы вариатора (L). Переключением передач осуществляет центральный электронный механизм управления.

Компьютерная система (микропроцессор) анализирует данные, полученные от датчиков работы двигателя, сцепления, коробки передач и положения рычага переключения передач, и принимает решение о включении соответствующего переключения, посылая соответствующие сигналы к исполнительным элементам (усилителям). Система может работать как в автоматическом, так и в частично ручном режимах. Последний режим служит для переключения передач: 1-3, задней [R], а также ползучей передачи [C]. В автоматическом режиме включение передач R и C невозможно.

Рычаг переключения передач в этой системе может занимать 6 позиций: C – ползучая передача, R – задний ход, 1-3 – поочередные переключения, А - автоматическое переключение передач. Кроме этого, на рычаге находится переключатель изменения масштаба переключений LS / HS. Текущее состояние системы Geartonic отображается на приборной панели, отображая буквенные коды текущего рабочего состояния передачи (CL - блокада сцепления, Е – экономичная езда, Р - динамическая, H - удержание выбранной передачи, R – езда без переключения передач, 1-6, C или R - информация о выбранной передачи, H – высокая передача, L - низкая передача).

.

Во время включения двигателя, система включает экономичный режим. Водитель может воспользоваться полной автоматикой при начале движения, или вручную выбирать первые три передачи, а затем переключиться в автоматический режим. Для облегчения передвижения в любых дорожных условиях водитель имеет в распоряжении несколько функциональных клавиш вокруг рычага переключения передач. Система содержит следующие функциональные клавиши:

1. Блокировка сцепления - Блокировка сцепления при работе с валом отбора мощности,

2. Функция «марш» - для предотвращения частой смены передач при кратковременных колебаниях скорости и транспортного средства,

3. Производительность - динамический режим, необходимый при подъеме на крутые уклоны,

4. Удержание - временно блокирует переключение передач.

Рис. Коробка передач

Автоматические коробки передач предназначены, главным образом, для транспортных средств, переносящих более тяжелые нагрузки (частые остановки, езда на большой скорости, резкое ускорение) - поэтому в основном используются в транспортных средствах средней грузоподъемности (строительство) или городских автобусах. Их основное и неоспоримое преимущество заключается в возможности переключения передач без отключения системы привода. Еще одной важной функцией, особенно для городских автобусов, является обеспечение плавного трогания с места.

Однако кроме вышеупомянутых преимуществ автоматические коробки передач имеют также и серьезные изъяны – а именно, характеризуются увеличением потребления топлива и усложненной конструкцией, что делает их обслуживание не самым дешевым. Кроме того, транспортные средства, оборудованные автоматической коробкой передач, обычно на несколько процентов дороже моделей с механическими коробками передач. В коммерческих автомобилях эти коробки имеют, как правило, от 4 до 6 передач. Автоматическая коробка обычно состоит из:

* преобразователя крутящего момента,

* масляного насоса,

* планетарного редуктора (построенного обычно из нескольких следующих один за другим планетарных рядов),

* электрического или электро - гидравлического рулевого механизма,

* гидрокинетической передачи

Рис.

1 – сцепления, 2 – планетарные ряды, 3 – тормоза, 4 – охладитель масла

PHK – гидрокинетическое переключение,

PO – помпа подачи масла

ZH – гидродинамический замедлитель

PP – планетарная передача

Изменение передачи в планетарном редукторе осуществляется при помощи тормоза или фрикционной муфты (сцепления). Их задачей является плавная остановка и освобождение солнечной шестерни, водила сателлитов или кольцевой шестерни. Переключение на следующую передачу заключается в блокировке отдельных колес, посредством тормоза и сцепления - блокируются отключающиеся элементы, при этом разблокируются элементы, участвующие в передаче вращающего момента. Вышеописанный процесс переключения и блокировки отдельных элементов планетарной передачи, выполняется без отсоединения привода.

Главным элементом коробки передач является гидрокинетическая передача, которая на первый взгляд может напоминать гидрокинетическое сцепление. Разница между ними, однако, существенная – передача имеет три ротора – помпу, шайбу (направляющий аппарат) и турбину, сцепление же только два – помпу и турбину.

Рис.

Гидрокинетическая передача состоит из помпы, шайбы и турбины

1 – помпа, 2 – шайба (направляющий аппарат), 3 - турбина

Гидрокинетическое сцепление позволяло изменять исключительно кинематическую передачу, коробка передач позволяет также изменять вращающий момент. Ротор помпы спарен с коленчатым валом двигателя, ротор турбины – со входным валом коробки передач. Между этими роторами находится меньшее колесо, называемое направляющим механизмом. Когда помпа начинает вращаться, лопатки ротора отправляют масло в движение. Центробежная сила выталкивает масло наружу ротора помпы. Направляющий аппарат (шайба) закреплен на однонаправленном сцеплении - вращается исключительно в направлении движения ротора.

Рис.: Гидрокинетическая передача состоит из помпы, шайбы и турбины

1 – помпа, 2 – шайба (направляющий аппарат), 3 - турбина

Самое большое усиление вращающего момента наступает во время наибольшей разницы скорости ротора и помпы, то есть при начале движения и резком ускорении. Как только скорости этих роторов выравниваются, динамический коэффициент уменьшается до 1 (то есть передача действует как стандартное сцепление). Однако принимая во внимание тот факт, что движущей силой в этой конструкции является жидкость (дизтопливо), достижение плавной передачи 1 : 1 фактически невозможно (из-за непрерывного скольжения).

Рис.: Гидрокинетическая передача состоит из помпы, направляющего аппарата (шайбы) и турбины

1 – помпа, 2 – шайба (направляющий аппарат), 3 - турбина

Скольжение передачи влияет на уменьшение ее эффективности; чтобы этого избежать применяются дополнительные фрикционные сцепления, блокирующие роторы помпы и турбины. Принимая во внимание применение в автоматической коробке передач планетарных передач, нет необходимости размыкания привода в момент переключения передач. Участие водителя в переключении передач ограничивается выбором стиля езды (вперед, назад, два первых переключения и тому подобное). Транспортные средства с автоматической коробкой передач не имеют сцепления, поэтому у водителя для обслуживания транспортного средства предусмотрены только две педали.

Рис.: Гидрокинетическая передача состоит из помпы, направляющего аппарата (шайбы) и турбины

1 – помпа, 2 – шайба (направляющий аппарат), 3 - турбина

Одна из самых популярных автоматических коробок передач, используемая в городских автобусах это Diva5 фирмы Voith.

Рис.

D 864.5

1. Гидродинамическая передача

2. Тормоз помпы

3. Переходное сцепление

4. Дифференциальная передача

5. Входное сцепление

6. Планетарная передача

7. Планетарная передача для заднего хода и замедлителя

8. Глушитель вращательных колебаний

9. Теплообменник

10. Передача для 4-й скорости

Основным элементом коробки передач является гидротрансформатор. Перед ним расположено насосное колесо, диск разъединения сцепления, дифференциал передачи, а также входная муфта и муфта 4-й передачи, выполняющая роль повышающей передачи. Последний набор планетарных шестерен активирует заднюю передачу, а также включает замедлитель во время торможения. Переключение передач осуществляется электро-гидравлическим способом при помощи электромагнитных клапанов.

Рис. Автоматическая коробка передач. Diva5

Рис. Холостой ход, нейтральная позиция, диск разъединения сцепления открыт

Передача I, Бесступенчатый диапазон езды, входное сцепление и турбина смыкаются, автомобиль движется с большой силой. Быстро нарастает механическая передача мощности через дифференциальную передачу.

Рис. Вторая передача, автоматическое переключение передачи зависит от скорости движения и ускорения. Насосное колесо закрывается, турбина открывается. Усилие передается только с помощью механических средств.

Рис. Передача 3 - входная муфта открывается, диск разъединения сцепления закрывается

Рис. 4 передача (овердрайв) - сцепление для 4-й передачи закрывается, диск разъединения сцепления открывается.

Рис. Торможение (функция замедлитель) – ротор турбины действует как осевой насос, который доставляет масло к остановленному ротору насоса и к направляющему аппарату.

В случае дизельных двигателей экономичная езда осуществляется в диапазоне около 50% от номинальной скорости (около 1000 - 1100 оборотов в минуту) и около 90% при полной нагрузке. Это означает, что во время обычной езды, двигатель должен поддерживать этот диапазон скорости, а ускорение должен выполнять по возможности быстро (почти при полной нагрузке).

Кроме того, переключать передачи нужно как можно раньше, максимально при 1400 оборотах. В целом следует придерживаться принципа: низкое число оборотов – где возможно, высокое - при необходимости. Многие водители совершают ошибку, вслушиваясь в звук двигателя и на этом основании выбирая соответствующую передачу – для чего же изобретен тахометр? Только частые наблюдения показаний этого прибора позволят максимально ограничить потребление топлива. Следует также избегать ненужных переключений - каждое переключение передач это потеря времени, вызванная прекращением тяги и лишняя потеря топлива, связанная с работой двигателя на холостом ходу (не говоря о постепенном изнашивании сцепления и коробки передач).

Рис. Тахометр транспортного грузового средства - цветами отмечены отдельные диапазоны работы двигателя: зеленый - экономный, белый - стандартный, желтый - неэкономичный, красный - вредный для двигателя

На диаграммах достаточно легко заметить, что максимальный вращающий момент не достигается на «полном газе», наоборот! Максимальный момент соответствует диапазону от 1000 до 1400 обращений в минуту, потом резко падает (при возрастании мощности транспортного средства).

Тогда, что важнее - сила или вращающий момент? Обе эти величины в равной степени влияют на способ передвижения данным транспортным средством. Сила является величиной, характеризующей работу, которую двигатель способен произвести в единицу времени. Например, 1 лошадиная сила (ЛС) – это работа, которую нужно выполнить для поднятия массы 75 килограммов в течение одной секунды на высоту одного метра. Для транспортных средств это означает количество работы, выполненное валом в единицу времени (если бы на коленчатый вал высоко расположенного двигателя был накручен шнур, с подвешенным к нему максимальным весом, который он в состоянии был бы поднять под действием давления выхлопных газов в цилиндрах).

Вращающий момент – это физическая величина, необходимая для вращения тела вокруг собственной оси, то есть, произведение силы на длину кронштейна, на которую она действует. Чтобы объяснить понятие крутящего момента, можно воспользоваться примером «затянутой» гайки – чем длиннее плечо ключа, тем легче открутить гайку (хотя, с физической точки зрения работа, выполненная во время откручивания гайки, одна и та же). Иначе говоря, больший промежуток (рычаг), умноженный на меньшую силу, дает такой же вращающий момент, как и при меньшем промежутке, умноженном на бóльшую силу.

Знания о вращающих моментах двигателя будут бесполезными, если водитель не будет уметь применять это на практике управления транспортным средством. Какую связь имеет вращающий момент с мощностью двигателя?

Если двигатели номер 1 и 2 поднимают данный вес с той же самой скоростью, то это означает, что оба двигателя выполнили одинаковую деятельность - то есть, имеют одинаковую мощность. Двигатель под номером 2, должен вращаться быстрее, чтобы поднять вес за то же время, потому что его барабан имеет меньшую окружность, а значит, этот двигатель нуждается в большем количестве оборотов, но при этом вращающий момент у него меньше.

Это можно сравнить с коробкой передач в автомобиле: либо ты едешь при высокой скорости оборотов на низкой передаче, либо на низких оборотах, на большой передаче. Двигатель, выполняющий определенную работу (при езде по ровной плоской дороге) при меньшем количестве оборотов, обычно требует гораздо меньше топлива, чем при большем числе оборотов на низкой передаче.

Иначе говоря, от мощности зависит максимальная скорость и ускорение, зато от момента (а также угловой скорости) зависит способность ускорения (то есть, скорость достижения определенных скоростей).

Таким образом, экономичная езда – это такая езда, при которой водитель использует диапазон угловой скорости, которому соответствует высокое плато кривой вращающего момента с использованием максимальной силы двигателя в этом самом диапазоне угловой скорости (нужно стараться всегда удерживать обороты в зеленом поле тахометра).

Рис. Наиболее эффективный и наиболее экономичный диапазон угловой скорости двигателя Scania Euro-4 260KM (Источник: www/Scania.pl) – выше 1480 оборотов мощность растет (использование топлива), однако потом внезапно падает вращательный момент (динамическое ускорение).

Часто мы забываем о такой важной проблеме, как предсказуемость езды – управление транспортным средством без ненужных ускорений перед подъездом к красному свету не только влияет на уменьшение износа его элементов и на сжигание топлива, но и позволяет увеличить комфорт поездки для пассажиров (абсолютно непонятен старт на полном "газе" после остановок, если издалека видно, что на ближайшем перекрестке горит красный свет).

Предсказуемая езда влечет за собой неоценимые последствия:

* в процессе свободного качения транспортного средства без нажатия газа на подъезде к красному свету на перекрестке, двигатель не получает топлива – автомобиль тормозит без потерь;

* редко возникает необходимость торможения рабочим тормозом – сохранность накладок,

* прежде чем транспортное средство доедет до светофора, свет изменится на "зеленый" - экономия времени на трогание (также значительная экономия топлива, необходимого, чтобы автобус тронулся с "места")

Не только способ езды может принести ощутимую экономию - частое торможение другими системами, а не рабочим тормозом позволяет сберечь фрикционные накладки (например, электрический или гидравлический замедлитель, торможение двигателем). Единственное, этими системами нужно пользоваться осторожно во время гололеда, потому что они не оборудованы элементами, предотвращающими скольжение (тогда лучшим решением является деликатное применение рабочего тормоза).

Простым способом значительной экономии топлива является торможение двигателем при съезде с автострады или шоссе. Инерция транспортного средства (сила импульса) весом более 16 тонн настолько велика, что позволяет легко преодолеть расстояние в 800 м (перед съездом), не выжимая газ – на ровной дороге автомобиль по такому отрезку будет продолжать двигаться со скоростью значительно выше 60 км / ч.

Очень важной и опасной ошибкой профессиональных водителей является соблюдение слишком малой дистанции от транспортных средств, находящихся впереди. Каждое замедление переднего транспортного средства вынуждает водителя нажимать тормоз (провоцируя его износ) – лучшим (и более безопасным) способом является удерживание, так называемого, двухсекундного промежутка. Определение такого промежутка очень простое - следует наблюдать за элементами инфраструктуры дороги мимо которых проезжает предыдущее транспортное средство (например, столб или уличная лампа) и если та же точка отсчета окажется возле нашего транспортного средства спустя 2 секунды, то это будет означать, что между транспортными средствами удерживается безопасное расстояние (то есть такое, которое позволяет быстро отреагировать, но не вынуждает каждый раз тормозить при замедлении переднего транспортное средство - достаточно отпустить педаль газа).

Рис.: 2 секунды и более

Самым недооцененным аспектом рационального использования транспортного средства является возможность значительно сократить расходы, связанные с расходом топлива, что особенно желательно при "скачущих" ценах на топливо. Производители грузовых автомобилей и автобусов в своих сайтах указывают, что разница в потреблении топлива между «стандартным» и «экономным» водителем может легко доходить до 5%. На первый взгляд это небольшая экономия – но так ли это на самом деле?

Дневной пробег: 650 км

Расход топлива для обычного водителя 34 л / 100 км

Расход топлива для экономного водителя: 30,5 л / 100 км

Экономия: 6,5 х 3,5 л = 22,75 л

В месяц (13 000 км) * 130 = 3,5 л = 455 л * 5 зл. = 2275 злотых

Не только поведение водителя влияет на расход топлива, на экономию оказывает существенное влияние и подготовка транспортного средства. Ниже приведен список наиболее важных элементов, связанных с экономией топлива:

1. Стремиться свести к минимуму непродуктивный пробег,

2. Подробное планирование трассы и информирование о ней водителя,

3. Выполнение соответствующей расстановки сходимости управляемой оси,

4. Оптимизация давления в шинах,

5. Использование характеристик двигателя (вращающий момент, мощность),

6. Правильное использование коробки передач,

7. Надлежащее использование круиз-контроля,

8. Не достигать максимальной скорости, обороты в "зеленом поле",

9. Не открывать окна при движении,

10. Не держать включенным двигатель в течение длительного времени на стоянке,

11. Проверять по инернету места продажи более дешевого топлива.

Топливо, потребляемое через двигатель, служит получению механической энергии, благодаря которой транспортное средство преодолевает внешние сопротивления движению, из которых наиболее важными являются:

1. Сопротивление качения,

2. Сопротивление воздуха,

3. Сопротивление подъема.

Рис.

1. Сопротивление качения,

2. Сопротивление воздуха,

3. Сопротивление подъема

Сопротивление качения – это, в основном, силы и их реакции, возникающие в результате качения по поверхности дороги. Сопротивление качения зависит от следующих факторов:

1. Вес автомобиля - сила, действующая со стороны шин на поверхность,

2. Тип и качество поверхности,

3. Давление в шинах,

4. Качество шин,

5. Расстановка (развал-схождение) оси.

Дефектная расстановка сходимости может повлечь рост потребления топлива на 3%, а в свою очередь неправильное давление в резиновом покрытии - от 3 к 5%.

Для преодоления сопротивлению качения, необходимо определенная мощность двигателя транспортного средства.

Рис.: Мощность в кВ

Мощность в кМ

Скорость км/ч

Самое большое и самое наглядное влияние на уровень потребления топлива имеет правильная забота о номинальном давлении воздуха в шинах транспортного средства. Если давление в шинах падает на 20% от номинального (например, с 8 до 6,5 бар), это вызывает увеличение силы сопротивления качения на 10% и приводит к увеличению расхода топлива в пределах 5%.

Рис.: Opór toczenia (%) – сопротивление качения

Сiśnienie w ogumieniu (%) – давление в шинах

В дополнение к потерям в результате повышенного расхода топлива, слишком низкое давление в шинах приводит к гораздо более быстрому их износу. Например, снижение давления с 8 до 4 бар приводит к уменьшению долговечности шины на целых 80%.

Рис.:

Okres użytkowania – срок эксплуатации

Ciśnienie w ogumieniu – давление в шинах

Сопротивление воздуха является фактором, одинаково существенно влияющим как на потребление топлива, так и на покрышки со слишком низким давлением. Частой ошибкой водителей является езда с максимальной скоростью, регулируемой ограничителем. Тем временем снижение скорости с 90 к 80 км/ч будет снижать потребление топлива почти на 4 литра.

Рис.:

Мос кВ - Мощность в кВ

Мос КМ - Мощность в КМ

Prędkość – скорость в км/ч

Przełożona na paliwo – в пересчете на топливо

Следует заметить, что мощность транспортного средства, используемая для преодоления сопротивления воздуха и сопротивления спуска, возрастает почти вдвое при увеличении скорости с 80 до 90 км/ч. Принимая во внимание условия движения на основных европейских трассах, скорость, увеличенная до 90 км/ч, позволяет увеличить дневное расстояние на 30-40 км. Расходы при этом возрастают почти на 10%.

Рис.:

Мос кВ - Мощность в кВ

Мос КМ - Мощность в КМ

Prędkość – скорость в км/ч

Przełożona na paliwo – в пересчете на топливо

Упомянутая ниже величина однозначно указывает, какое существенное влияние имеет правильное размещение кровельного спойлера транспортного грузового средства.

1. Потребление топлива :

- Спойлер + боковые панели: - 10%

- Боковые панели - 1,4

- Боковые фартуки: - 1,2%

2. Установка спойлера на крыше

- 6 см слишком низко: + 0,6%

3. Вспомогательное оборудование, размещенное на кабине и препятствующие воздушному потоку, например:

- 4 лампы + 2 пневматических клаксона: + 3 до 10 %

- солнцезащитное (не встроенное) прикрытие: 0,6 %

Наибольшее увеличение расхода топлива происходит при подъеме по крутому склону.

* 40-тонный состав, въезжающий на уклон 5%

* Скорость составляет 42 км/ч

* Производительность системы привода (η) = 0,9

* Тяговое усилие назад 2 т = 2000 кг (на 5% уклоне)

P (сила) = Работа / с

Необходимая сила к преодолению спуска составляет 254 кВ, то есть около 345 KM. Стандартная сила современных седельных тягачей, также тяжелых транспортных грузовых средств составляет от 420 до 460 KM.

Рис. Сопротивление наклона

Следующее влияние на уровень потребления топлива имеет предсказуемое вождение - ненужная остановка транспортного средства (замедление до 0), а затем, его ускорение до 80 км/ч, каждый раз приводит к потере 0,7 литров топлива. К перекресткам (особенно со светосигнализацией) следует подъезжать с постепенным уменьшением скорости и во время езды ожидать изменение сигнала. Следует избегать быстрого подъезда к перекресткам и резкого торможения перед светофором.

Кроме того, нужно помнить, что включенное кондиционирование увеличивает расход топлива на 2%, в то время как оставление работающего двигателя при остановке приводит к потере примерно 1,4 -1,8 литров топлива за каждый час.

Существенное влияние на потребление топлива имеет время года - зимой, прежде всего, за счет увеличения трения различных механизмов транспортного средства (большая вязкость масел, утруждающая работу). Разница между зимним и летним периодом может достигать 12%.

Чтобы в полной мере реализовать запланированные задачи двигателя, его мощность используется не только для движения транспортного средства. Многие устройства, присутствующие в транспортном средстве и используемые для погрузки и разгрузки, также используют эту мощность для гидравлических насосов, которые приводятся в движение непосредственно приводом двигателя (применяется реже) или механизмами отбора мощности возле коробки передач (популярное применение). Механизмы бывают трех основных типов:

* Механизмы, зависящие от двигателя,

* Механизмы, зависящие от сцепления,

* Механизмы, зависящие от движения транспортного средства.

Механизмы, зависящие от двигателя, используется тогда, когда есть потребность в потреблении мощности не только в неподвижном состоянии транспортного средства, но и во время его перемещения. Конструкция этих механизмов позволяет включать их во время движения и в нагруженном состоянии. Механизм устройства, как правило, расположен между корпусом сцепления и коробкой передач – эта конструкция обеспечивает передачу мощности через механизм непосредственно от коленчатого вала двигателя с помощью маховика. Чаще всего такие механизмы применяются в транспортных средствах для перевозки бетона (бетономешалки, "барабаны").

Рис.

Механизм отбора мощности, зависимый от двигателя

а – разрез, б – кинитическая схема

Механизмы, зависящие от сцепления используются в большинстве случаев тогда, когда дополнительная мощность требуется во время стоянки транспортного средства (в частности, для облегчения или предоставления возможности загрузки или выгрузки). Их конструкция гораздо дешевле, чем у зависящих от двигателя. Эти механизмы доступны в двух вариантах: с задним или боковым расположением передачи мощности от коробки передач. Частым решением является обеспечение механизма внутренним редуктором или ускорителем. Они используются в основном там, где требуется большой вращающий момент при низкой скорости оборотов (или, наоборот, небольшой крутящий момент на высоких скоростях). Чаще всего этот тип механизма используется в автомобилях с кранами и самосвалах.

Одним из наиболее популярных представителей этих устройств является механизм ПТРД-D1 производства Volvo. Механизм предназначен для работы с механической коробкой передач, а также с электронным управлением (Geartronic, I-Shift). Этот механизм приводится в движение промежуточным валом коробки передач и установлен на ее задней стенке.

Угловая скорость, а также ее мощность управляются оборотами двигателя, а также переключениями коробки передач. Механизм, зависимый от сцепления, может работать только тогда, когда транспортное средство стоит на месте. Задействование механизма происходит пневматическим путем. Этот тип механизма подходит, в частности, для:

* автокранов (например, для лесных работ),

* транспортных средств для транспортировки сыпучих грузов,

* транспортных средств для транспортировки цемента.

Принцип действия механизма, зависящего от сцепления, достаточно простой. На обсуждаемом примере механизм [1] монтируется на задней стене коробки передач. Присоединительный вал [2] переносит мощность привода с косвенного вала коробки передач на принимающий вал механизма отбора мощности [3]. С принимающего вала мощность привода переносится дальше с помощью косвенного вала механизма отбора мощности [4] на раздаточный вал [5].

Отключение механизма отбора мощности осуществляется с помощью легкодоступного переключателя, который обычно расположен на приборной панели рядом с рычагом переключения передач или переключателей света (но бывают и другие места, тоже легкодоступные с сидения водителя). В приведенном случае механизма (см. фото) левый переключатель активирует механизм отбора мощности и соединяет DIN для подключения непосредственно смонтированного гидравлического насоса; правый переключатель используется для включения соединителя разъема для прямого подключения вала привода.

Рис. Механизм отбора мощности PTRD-D1 продукции Volvo - принцип действия - 2 - соединительный вал, 3 - приемный вал механизма отбора мощности, 6 – соединительный палец , 7 - передвигаемые вилки, 8 - поршень приводимый в действие пневматически, 9 – усилитель (источник: productinfo.vtc.volvo.se)

Рис.

Механизм отбора мощности подключен

Механизм отбора мощности отключен

Для транспортных средств, работающих в тяжелых условиях (строительные площадки, шахты) привод одной оси может быть недостаточным - поэтому, в целях повышения эффективности работы, используются многоосные приводы, однако, распределение крутящего момента на несколько осей не является простым делом. Незаменимым устройством в таких случаях является коробка передач, которая может быть представлена в форме:

* механизма карданного вала, интегрированного с главной крестовиной оси,

* механизма в одном корпусе с коробкой передач,

* механизма работающего отдельно и независимо от оси и коробки передач.

Более всего распространены односкоростные или многоскоростные (самые популярные – двухскоростные) распределительные коробки, которые могут содержать межосевую дифференциальную систему (это не является необходимым условием для конструкции). Привод может непрерывно передаваться на все оси, а иногда используются системы отключающие вращающий момент привода отдельных осей. В большинстве конфигураций привода (6х4 или 8х4) распределительные коробки интегрированы в основной механизм передачи.

Основной задачей распределительных коробок является распределение вращающего момента на большее число осей. Они используются и для переключения передачи системы привода (работа редукции - более низкая скорость, больший крутящий момент) - эта функция особенно полезна при значительной перегрузке транспортного средства на труднопроходимой местности.

Простейшие конструкции обеспечивают только распределение вращающего момента на обе оси привода в соотношении примерно 1:1. Расположенная ниже диаграмма относится к системе с тремя валами - в верхней части расположен входной вал, передающий крутящий момент от двигателя, который затем с помощью промежуточного вала передается на выходные валы.

Рис. Однопередачная распределительная коробка (источник: Системы передачи привода в грузовых автомобилях и автобусах, Мариуш Заяц, ВКЛ Варшава 2003).

1 - входной вал, 2 - промежуточный вал, 3 - выходной вал на заднюю ось, 4 - выходной вал на переднюю ось.

В описанной выше ситуации, оба выходных вала вращаются с одинаковой скоростью; этот дефект может ощущаться во время движения по кривой, где угловая скорость приводного вала передней оси может отличаться от угловой скорости вала заднего моста. Появление различных моментов в том же самом механизме может привести к поломке, поэтому рекомендуется отключить переднюю ось от привода сразу же после въезда на проезжую часть с более качественным покрытием (т.е. отключить в тот момент, когда чувствуется, что дополнительный передний привод больше не требуется).

Для устранения вышеупомянутого невыгодного качества простых систем распределения используются междуосевые дифференциальные механизмы. Момент в таких системах, подается на обе оси в непрерывном режиме, и мгновенное улучшение сцепления (например, при съезде с асфальтированной дороги на грязевую дорогу на стройке) заключается на использовании блокировки дифференциала.

Дифференциальные механизмы бывают симметричными и несимметричными. Несимметричные механизмы применяются в вариантах, где число передних осей, которые приводятся в действие, отличается от числа задних осей, которые приводятся в действие. Их конструкция основывается, в большинстве, на планетарных передачах. Симметричные механизмы применяются в системах 4x4, 6x6 или 8x8, где на элементы задней и передней оси должен подаваться вращающий момент, разделенный пополам.

Распределительные коробки в подавляющем большинстве работают в непрерывном режиме. В некоторых случаях температура у них внутри может достигать критических значений (угрожающих исправности механизма) превышающих 120 °С. Для того, чтобы избежать таких ситуаций, используются масляные насосы и фильтры, а в конструкциях с механизмами отбора мощности могут использоваться и масляные радиаторы.

Двухскоростные распределительные коробки используются, в основном, для транспортных средств, участвующих в уборке дорог в зимнее время и в самоходных автокранах. Эти коробки крепятся к раме отдельно и закреплены между коробкой передач и задним мостом. Конструкция в основном базируется на двух цилиндрических шестернях, а также заблокированном межосевом дифференциале, разделяющем вращающий момент между передней и задней осями. Значения передач зависят от использования транспортного средства и находятся в пределах 1-1,3 для нормальной езды и 1,5 - 2,5 для редуцированного переключения.

Система привода каждого транспортного средства должна иметь мост привода. Предназначение транспортного средства определяет вид конструкции моста, как с учетом переноса крутящего момента, так и с учетом переноса через него других нагрузок, а также способа крепления к нему других механизмов, например, тормозной, рулевой системы или элементов подвески. Мост привода является компонентом системы привода, в состав которого еще входят двигатель, сцепление, коробка передач, а также карданный вал. Следует, однако, рассматривать его с точки зрения его отношения к системе подвеса транспортного средства, а также способности выдерживать нагрузки, связанные с транспортировкой грузов.

Так какие же функции в авtомобиле выполняет мост привода и его элементы?

* Передает крутящий момент на колеса;

* Изменяет ход вращающего момента на нужный угол (обычно прямой);

* Изменяет величину вращающего момента и угловой скорости в соответствии с потребностями с помощью соответствующих передач;

* Позволяет закрепить ведущие колеса и взаимодействующие с ними элементы тормозной системы;

В некоторых вариантах решений возникает возможность крепления элементов рулевой системы;

* Переносит вертикальные силы, возникающие из-за веса транспортного средства и перевозимого груза, а также являющиеся следствием наезда колес на неровности дороги;

* Переносит другие силы, возникающие из-за движения транспортного средства на повороте дороги или под наклоном (боковые силы), а также силы, возникающие из-за действия приводной и тормозной систем (продольные силы и скручивающие моменты);

Мосты приводов в своей классической форме представлены в грузовых автомобилях, автобусах и фургонах, реже – в легковых автомобилях с задним приводом и зависимой подвеской колес. Их внешний корпус представлен в виде неподвижного картера, представляющем собой конструкционный стержень, содержащий внутри себя большинство механизмов. Картер неподвижного моста привода подвергается нагрузкам, возникающим из-за веса транспортного средства, а также дополнительным возникающим нагрузкам, возникающим во время езды. Он него, соответственно, требуется значительная прочность и жесткость, при небольшом собственном весе.

В более легких грузовых автомобилях картеры изготавливаются в виде прессуемых элементов, свариваемых потом в одно целое. Технология изготовления предусматривает также изготовление картера из трубы без шва или из листа жести, формуемого соответственным образом в следующих фазах изготовления. Пробки осаждения ступиц или гнезда осаждения подшипников наложенных полуосей являются в этом случае старательно приваренные. В центральной части при помощи болтов крепится гнездо главной передачи и дифференциального механизма, называемое головой приводного моста.

Изготавливаются из литого чугуна с последующем механической обработкой. К центральному отверстию картера приварена сферическая крышка из жести, оборудованная отверстием для проверки уровня масла. Такой картер имеет относительно низкий вес при значительной жесткости, при трудоемком процессе производства. Пример конструктивного решения показан ниже.

Все приводные полуоси переносят весь вращающий момент, который подается на колеса, и следователь подвергаются нагрузке из-за скручивающего момента.

Сгибающий момент, который вызывается силами, действующими на колесо, может передаваться через мосты приводов, оборудованные следующими разновидностями неподвижных приводных полуосей:

* полуоси с полной нагрузкой - целый сгибающий момент переносится только полуосью,

* полуоси с частичной нагрузкой - сгибающий момент переносит одинаково как полуосью, так и картером приводного моста

* полуоси ненагруженные (без нагрузки) - сгибающий момент переносится только рукавом моста.

В больших конструкциях грузовых автомобилей, где переносятся очень большие нагрузки, связанные с перевозкой многотонных грузов, применяются мосты с рукавами, выполненными из чугунного литья или иногда сделанные в виде жестких конструкций, сваренных из толстой жести. Прокладки для подшипников ступиц в виде трубы, могут быть в этом случае сварные или прикручиваемые. Конструкция моста привода может приводить к значительному снижению центра тяжести транспортного средства.

Примером такого решения является, так называемый, мост портальный. Характеризуется он ломаным выполнением рукава, который в центральной части включает, чаще всего, размещенную асимметрично главную передачу и дифференциальный механизм, а также две полуоси неравной длины. Рукав с двух сторон имеет дополнительные корпусы, прикручиваемые болтами, с конусными боковыми передачами, так называемыми понижениями. Рукав такого моста выполнен в виде отливки, которая характеризуется высокой жесткостью и выносливостью. Портальные мосты нашли широкое применение в низкопосадочных автобусах городской коммуникации, а также в многоярусных автобусах. Мост портальный представлен на рисунке ниже.

В грузовиках большой грузоподъемности, особенно в США, применяются два или даже три ведущих моста в системах называемых тандем - два моста или тридем - три моста. Их внешнее вид очень похож на обычные мосты привода автомобилей с приводом на одну ось. Разница заключается в способе передачи входного вала главной передачи. Применяется здесь рядный привод мостов, который позволяет исключить из механизма привода распределительную коробку.

Главная передача является основным элементом моста привода. Она передает вращающий момент от карданного вала, проходящего вдоль транспортного средства, на полуоси, расположенные поперек продольной оси транспортного средства, и увеличивает крутящий момент. Главная передача чаще всего представлена в виде пары зубчатых шестерен, из которых меньшая шестерня называется шестерня полуоси, и большая – ведомая шестерня.

Зубья такой шестерни имеют дугообразную форму. По сравнению с передачами с ровными зубьями, такие передачи могут переносить более высокие нагрузки и не такие шумные при работе. Это обусловлено тем, что сила распределяется на большее количество одновременно взаимодействующих зубьев. Шестерни работают в сложных условиях и несут нагрузку на всех передачах, перенося значительный вращающий момент.

Дифференциальный механизм распределяет привод на полуосях и позволяет катиться ведущим колесам с разной угловой скоростью. Во время движения транспортного средства на повороте или при других обстоятельствах, ведущие колеса преодолевают расстояние различной длины. Чтобы изобразить масштабы этой разницы приведу пример: если легковой автомобиль делает разворот с максимальным углом поворота колес, внешнее переднее колесо делает полный круг диаметром 11,5 метров.

При расстоянии между колесами 1,4 м, разницу описываемых колесами передней оси окружностей составит около 4,4 м. Эта разница, с учетом среднего размера колеса составляет приблизительно 2,5 его оборота. Из этого следует, что существенная разница в скорости вращения колес на одной оси, которая в случае жестко соединенных, ведущих колес может привести к огромным нагрузкам и скольжению одного колеса, которое пассивно перетягивается.

Неисправности кинематики моста привода могут возникнуть по различным причинам:

* езда автомобилем по окружности

* Езда на коротком участке дороги при обгоне и объезде препятствий

* Возникновение разницы направления динамики колес возникает из-за разницы давления в шинах колес, различной степени износа протектора шины, неравномерного распределения груза

* Езда автомобилем по прямому участку дороги, но при наличии разнообразных неровностей на ее поверхности.

Здесь имеет место разница длины дороги, которую проезжают разные движущиеся колеса.

Разница в кратковременной угловой скорости левого колеса по отношению к правому может наблюдаться также в других обстоятельствах:

* Когда колеса одной оси передвигаются по поверхности с разной силой сцепления

* Когда при торможении автомобиля, тормоза колес одной оси работают с разной силой.

Можно, таким образом, принять, что во время движения автомобиля всегда возникают обстоятельства, требующие регулировки скорости вращения ведущих колес одной оси, поскольку одинаковая угловая скорость возникает для них редко и кратковременно.

1) Дифференциальный механизм во время работы с одинаковой нагрузкой обеих полуосей;

2) Дифференциальный механизм в процессе работы с одной заблокированной полуосью.

Рис.

Koło koronowe - осевая шестерня

Koło talerzowe – ведомая шестерня

Krzyżak - крест

Obudowa - корпус

Półoś - полуось

Satelit - сателлит

Pierścień ślizgowy - шайба

Следует отметить, что вращающий момент, поступающий от коленчатого вала двигателя, с помощью системы передач доходит до дифференциального механизма таким образом, что всегда приводит в действие его корпус, независимо от положения двигателя, конструкции главного моста, или использования между осевых механизмов дифференциалов. С корпуса крутящий момент передается через ось сателлитов или крест сателлитов на сателлиты, а уже с них – на шестерню полуоси, соединенную, в основном, через шлицы с полуосями привода.

Количество сателлитов зависит от вращающего момента, который направляется на ведущие колеса. Нужно иметь ввиду, что вся мощность двигателя направлена на зубья шестерни полуоси только в месте контакта с зубьями сателлитов. При двух сателлитах, смонтированных на оси, это всего четыре точки соприкосновения и, следовательно, передачи вращающего момента. Этого достаточно для передачи вращающего момента в мостах легковых автомобилей и автомобилей особого назначения. В грузовых автомобилях используется большее число сателлитов, чтобы увеличить количество пунктов, передающих крутящий момент. Четыре сателлита монтируются на крестовик, большая часть – на специальном кольце с опорными шайбами.



Рис.

Koło koronowe - осевая шестерня

Koło talerzowe – ведомая шестерня

Krzyżak - крест

Obudowa - корпус

Półoś - полуось

Satelit - сателит

Zębnik - ведущая шестерня

Рис. Принцип действия полуосевых шестерней

(Источник: www.adrianolek.com)

Рис.

Принцип работы и строения главной передачи и дифференциального механизма: а - главная передача и дифференциальный механизм, б – работа дифференциального механизма: I – при езде по прямой, II – при плавном повороте влево, III – при резком повороте влево, IV – при повороте вправо; 1 – ведущая шестерня, 2 – ведомая шестерня, 3 – корпус, 4 – сателлиты, 5 – осевая шестерня, 6 – полуоси

Представленная модель дифференциального механизма имеет одно качество – она характеризуется низким коэффициентом внутреннего трения. Иначе говоря, во время езды после поворота, колеса двигаются с разной скоростью - большое трение могло бы привести к нагреву механизма, что в крайних случаях могло бы привести к повреждению механизма. Это качество может, однако, в некоторых ситуациях стать недостатком.

Рис.

Принцип работы и строения главной передачи и дифференциального механизма: а - главная передача и дифференциальный механизм, б – работа дифференциального механизма: I – при езде по прямой, II – при плавном повороте влево, III – при резком повороте влево, IV – при повороте вправо; 1 – ведущая шестерня, 2 – ведомая шестерня, 3 – корпус, 4 – сателлиты, 5 – осевая шестерня, 6 – полуоси

Проявляется это во время использования транспортных средств на бездорожье, в частности, на строительных площадках в топкой почве, на лесных просеках и т.п. Проблема заключается в способе реакции механизма во время блокирования одного колеса. Допустим, транспортное грузовое средство въезжает под большую гору - когда одно колесо наедет на основу с меньшим сцеплением, оно начнет вращаться, «закапывая» транспортное средство, и, в то же время, оставляя неподвижным колесо на другой стороне оси.

Рис.

Принцип работы и строения главной передачи и дифференциального механизма: а - главная передача и дифференциальный механизм, б – работа дифференциального механизма: I – при езде по прямой, II – при плавном повороте влево, III – при резком повороте влево, IV – при повороте вправо; 1 – ведущая шестерня, 2 – ведомая шестерня, 3 – корпус, 4 – сателлиты, 5 – осевая шестерня, 6 – полуоси

С этой точки зрения в транспортных грузовых средствах применяются дифференциальные механизмы с увеличенным внутренним (самоблокируемым) трением, которые позволяют жестко фиксировать (на короткое время) обе приводные оси.

По этой причине, в грузовых автомобилях, используемых дифференциальные механизмы с увеличенным внутренним трением (так называемый самоторможение) или оборудованием, позволяющим жесткое (временное) блокирование (соединены) обе ведущие оси.

Рис.

Принцип работы и строения главной передачи и дифференциального механизма: а - главная передача и дифференциальный механизм, б – работа дифференциального механизма: I – при езде по прямой, II – при плавном повороте влево, III – при резком повороте влево, IV – при повороте вправо; 1 – ведущая шестерня, 2 – ведомая шестерня, 3 – корпус, 4 – сателлиты, 5 – осевая шестерня, 6 – полуоси

Самоблокирующиеся механизмы бывают межколесными и межосевыми. Эти механизмы:

* позволяют самостоятельное введение в действие блокирующего механизма исключительно тогда, когда этого требуют условия движения транспортного средства,

* ликвидируют риск "зарывания" в топкой почве с помощью блокирования быстрого кручения одного колеса оси, при остановке другого колеса,

* внешне не отличаются от стандартного дифференциального механизма; величина и вес приближены.

Наиболее популярными являются конические дифференциальные механизмы с трущимися элементами. Конструкция такого механизма существенно не отличается от стандартного, за исключением дополнительного элемента, которым является дополнительный механизм блокировки. Оси сателлитов выполнены из двух перемещающихся относительно друг друга штифтов (в обычном механизме имеет форму креста). С обеих сторон между шестернями полуосей и корпусом механизма расположены опорные шайбы. Каждый пакет состоит из внешних шайб (соединенных с корпусом) и внутренних шайб (установленных в шестернях полуосей). Шайбы соединены таким образом, что их независимое вращение невозможно.

Разделение моментов внутри механизма получается путем передачи вращающего момента через два опорных кольца на оси сателлитов (которые свободно установлены в отверстиях опорных колец). Эти отверстия имеют наклонные поверхности, что допускает небольшое смещение оси сателлитов по окружности. Этот сдвиг приводит к одновременному увеличению давления на стопорное кольцо в направлении, перпендикулярном к направлению вращения корпуса.

Рис.

Дифференциальный механизм ZF серии DL с трущимися элементами

1 – ведомая шестерня, 2 – правый корпус механизма, 3 – левый корпус механизма, 4 – шестерня полуоси, 5 – сателлиты, 6 – стержень сателлита, 7 – опорные шайбы, 8 – клин, 9 – неподвижные трущиеся щиты, 10 – трущиеся щиты, 11 – опорные прокладки шестеренок, 12 – зажимное кольцо, 13 – отверстие в опорном кольце

Увеличение давления на кольца вызывает дополнительное взаимное давление дисков, и последующее появление блокирующего момента. Этот момент пропорционален вращающему моменту, подведенному к корпусу дифференциального механизма.

Рис.

Дифференциальный механизм ZF серии DL с трущимися элементами

1 – ведомая шестерня, 2 – правый корпус механизма, 3 – левый корпус механизма, 4 – шестерня полуоси, 5 – сателлиты, 6 – стержень сателлита, 7 – опорные шайбы, 8 – клин, 9 – неподвижные трущиеся щиты, 10 – трущиеся щиты, 11 – опорные прокладки шестеренок, 12 – зажимное кольцо, 13 – отверстие в опорном кольце

Системы, основанные на увеличении трения в дифференциальном механизме, сдают экзамен исключительно в сфере небольших отличий сцепления отдельных колес оси. Чтобы в полной мере использовать действия блокировки обеих полуосей, применяются блокирующие механизмы, позволяющие жесткое кратковременное соединение обеих осей. Чтобы заставить обе оси работать одинаково применяются чаще всего передвижные блокады.

Рис.

Дифференциальный механизм с перемещающейся блокировкой

1 – корпус дифференциального механизма, 2 – перемещаемая втулка, 3 – полуось привода

Планетарные механизмы – это элементы, используемые в системах привода тяжелых грузовых транспортных средств (чаще всего самосвалов), которые, помимо прочего, характеризуются мостами с увеличенным дорожным просветом (полезно при движении в "поле"). Их конструкция основана, главным образом, на использовании планетарной шестерни, реже –конической или цилиндрической. В стандартных конструкциях (без планетарного механизма) соотношение достигается, в основном, за счет двух зубчатых шестеренок: шестерни и зубчатого кольца. В таких конструкциях шестерня и зубчатое кольцо подвергаются очень большим нагрузкам, что, в свою очередь, вызывает необходимость увеличения размера (из соображений прочности).

Рис. Стандартная (гипоидная) главная передача (Источник: Строение транспортного средства, Тадеуш Рыхтер, WSiP, Варшава 1990)

1. Ведомая шестерня 2. Шестерня 3. Входной вал (ведущий)

Применение планетарных механизмов позволяет уменьшить размеры заднего моста, поскольку распределение реализуется с помощью двух передач, то есть главной передачи планетарного механизма. Применение двух передач позволяет значительно уменьшить вращающий момент, обременяющий главную передачу, дифференциальный механизм и полуоси привода. Представленный сбоку планетарный механизм состоит из следующих элементов:

* Пара зубчатых шестерен [1] и [2],

* Поделенная приводная полуось [3] и [4]

Планетарный роликовый механизм, Источник: Грузовые автомобили и автобусы, Леон Проховски, Андрей Жуховски, WKiŁ, 2004 Варшава

Рис.: Wał napędowy – вал коробки передач

Do kół jezdnych - к колесам

Планетарный механизм состоит из одного планетарного ряда (состоящего из солнечной шестерни [5], трех сателлитов [6], оси сателлитов [7] и коронной шестерни с внутренним зацеплением [8]). Солнечная шестерня установлена на шлицах полуоси ведущего вала [9]. Оси сателлитов [7] жестко соединены со ступицей колеса [11] с помощью колпака [10].



Рис.

12 – винты для крепления колеса к диску

Коронная шестерня [8] соединена с корпусом моста привода и находится в неподвижном состоянии. Солнечная шестерня [5] передает вращающий момент на сателлиты [6], которые вращаются вокруг привода солнечной шестерни, связанной с осями сателлитов и втулкой колпака колеса [10]. Таким образом, вращающий момент с ведущей полуоси передается на втулку колеса, с последующим увеличением его силы. Соотношение передачи колеблется в пределах 3 ÷ 4.

Рис. Планетарный механизм заднего моста Volvo RS1356HV