Типы и параметры ДВС

Автомобильные поршневые двигатели внутреннего сгорания (ДВС) обладают множеством показателей – мощность, крутящий момент, расход топлива, выброс вредных веществ и т. д., которые во многом зависят от их конструктивных параметров.

Типы двигателей

Двигатель — устройство, преобразующее энергию сгорания топлива в механическую работу. Практически все автомобильные двигатели работают по циклу, состоящему из четырех тактов:

• впуск воздуха или его смеси с топливом;
• сжатие рабочей смеси,
• рабочий ход при сгорании рабочей смеси;
• выпуск отработавших газов.

Наибольшее распространение в автомобилях получили поршневые двигатели — бензиновые и дизели.

Бензиновые двигатели имеют принудительное зажигание топливо-воздушной смеси искровыми свечами. Различаются по типу системы питания:

• в карбюраторных смешение бензина с воздухом начинается в карбюраторе и продолжается во впускном трубопроводе. В настоящее время выпуск таких двигателей снижается из-за низкой экономичности и несоответствия современным экологическим нормам;
• в впрысковых двигателях топливо может подаваться одним инжектором (форсункой) в общий впускной трубопровод (центральный, моновпрыск) или несколькими инжекторами перед впускными клапанами каждого цилиндра (распределенный впрыск). В них возможно некоторое увеличение максимальной мощности и снижение расхода бензина и токсичности отработавших газов за счет более точной дозировки топлива электронной системой управления двигателем;
• двигатели с непосредственным впрыскиванием бензина в камеру сгорания, который подается в цилиндр несколькими порциями, что оптимизирует процесс сгорания, позволяет двигателю работать на обедненных смесях, соответственно уменьшается расход топлива и выброс вредных веществ.

Дизели — двигатели, в которых воспламенение смеси топлива с воздухом происходит от повышения ее температуры при сжатии. По сравнению с бензиновыми эти двигатели обладают лучшей экономичностью (на 15-20%) благодаря большей (в два и более раз) степени сжатия (см. ниже), улучшающей процессы горения топливо-воздушной смеси. Достоинством дизелей является отсутствие дроссельной заслонки, которая создает сопротивление движению воздуха на впуске и увеличивает расход топлива. Максимальный крутящий момент (см. ниже) дизели развивают на меньшей частоте вращения коленчатого вала (в обиходе — “тяговиты на низах”).

Дизели устаревших конструкций обладали по сравнению с бензиновыми двигателями и рядом недостатков:

• большей массой и стоимостью при одинаковой мощности из-за высокой степени сжатия (в 1,5-2 раза больше), увеличивавшей давление в цилиндрах и нагрузки на детали, что заставляло изготавливать более прочные элементы двигателя, увеличивая их габариты и вес;
• большей шумностью из-за особенностей процесса горения топлива в цилиндрах;
• меньшими максимальными оборотами коленвала из-за более высокой массы деталей, вызывавшей большие инерционные нагрузки. По этой же причине дизели, как правило, менее приемисты — медленнее набирают обороты.

Роторно-поршневой двигатель (Ванкеля) — в нем ротор-поршень совершает не возвратно-поступательное движение, как в бензиновых двигателях и дизелях, а вращается по определенной траектории. Благодаря этому он обладает хорошей приемистостью — быстро набирает обороты, обеспечивая автомобилю хорошую динамику разгона. Из-за конструктивных особенностей степень сжатия ограничена, поэтому работает только на бензине и обладает худшей экономичностью из-за формы камеры сгорания. Раньше его недостатком был меньший ресурс, а теперь и невысокие экологические показатели, которым сейчас уделяется большое внимание.

Гибридная силовая установка представляет собой комбинацию поршневого двигателя (как правило, дизеля), электродвигателя, генератора и тяговых (тяговая аккумуляторная батарея, в отличие от стартерной, рассчитана на разряд большими токами (50-100 А) в течение 30-60 минут) аккумуляторных батарей. Работа этой установки происходит в различных режимах в зависимости от характера движения автомобиля. При интенсивном разгоне вместе работают поршневой и электрический двигатели. Во время торможения двигателем за счет энергии замедления генератор заряжает аккумуляторные батареи. При движении в городском цикле может работать только электродвигатель. Все это позволяет, сохраняя (или даже улучшая) динамику разгона, значительно повысить экономичность и снизить выброс вредных веществ.

Компоновка поршневых двигателей

Значительное разнообразие компоновок поршневых двигателей связано с их размещением в автомобиле и необходимостью уместить определенное количество цилиндров в ограниченном объеме моторного отсека.

Рядный двигатель V-образный двигатель

Рядный двигатель (рис. 1, а) — компоновка, при которой все цилиндры находятся в одной плоскости. Применяется для небольшого количества цилиндров (2, 3, 4, 5 и 6). Рядный шестицилиндровый двигатель легче всего поддается уравновешиванию (снижению вибраций), но обладает значительной длиной.

V-образный двигатель (рис. 1, б) — цилиндры у него расположены в двух плоскостях, как бы образуя латинскую букву V. Угол между этими плоскостями называют углом развала. Наиболее часто такое размещение цилиндров применяется для шести- и восьмицилиндровых двигателей и обозначается V6 и V8 соответственно. Такая компоновка позволяет уменьшить длину двигателя, но увеличивает его ширину.

Оппозитный двигатель VR-двигатель

Оппозитный двигатель (рис. 1, в) имеет угол развала 180°, благодаря этому у него высота агрегата наименьшая среди всех компоновок.

VR-двигатель (рис. 1, г) обладает небольшим углом развала (порядка 15°), что позволяет уменьшить как продольный, так и поперечный размеры агрегата.

W-двигатель W-двигатель

W-двигатель имеет два варианта компоновки — три ряда цилиндров с большим углом развала (рис. 1, д) или как бы две VR-компоновки (рис. 1, е).Обеспечивает хорошую компактность даже при большом количестве цилиндров. В настоящее время серийно выпускают W8 и W12.

Конструктивные параметры двигателей

Любой двигатель характеризуется следующими конструктивно заданными параметрами (рис. 2), практически неизменными в процессе эксплуатации автомобиля.

Конструктивные параметры двигателей

Объем камеры сгорания — объем полости цилиндра и углубления в головке над поршнем, находящимся в верхней мертвой точке — крайнем положении на наибольшем удалении от коленвала.

Рабочий объем цилиндра — пространство, которое освобождает поршень при движении от верхней до нижней мертвой точки. Последняя является крайним положением поршня на наименьшем удалении от коленвала.

Полный объем цилиндра — равен сумме рабочего объема и объема камеры сгорания.

Рабочий объем двигателя (литраж) складывается из рабочих объемов всех цилиндров.

Степень сжатия — отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания. Этот параметр показывает, во сколько раз уменьшается полный объем при перемещении поршня из нижней мертвой точки в верхнюю. Для бензиновых двигателей определяет октановое число применяемого топлива.

Показатели двигателей

Показателями двигателя называют величины, характеризующие его работу. Помимо конструктивных параметров, они зависят от особенностей и настроек систем питания и зажигания, степени износа деталей и пр.

Давление в конце такта сжатия (компрессия) является показателем технического состояния (изношенности) цилиндро-поршневой группы и клапанов.

Крутящий момент на коленчатом валу двигателя определяет силу тяги на колесах: чем он больше, тем лучше динамика разгона автомобиля. Равен произведению силы на плечо (рис. 3) и измеряется в Н·м (Ньютон на метр), ранее в кгс.м (килограмм-сила на метр).

Крутящий момент увеличивается с ростом:

• рабочего объема . Поэтому двигатели, которым необходим значительный крутящий момент, обладают большим объемом;
• давления горящих газов в цилиндрах , которое ограничено детонацией (взрывное горение бензо-воздушной смеси, сопровождаемое характерным звонким звуком. Ошибочно называется “стуком поршневых пальцев”) или ростом нагрузок в дизелях.

Максимальный крутящий момент двигатель развивает при определенных оборотах (см. ниже), они вместе с его величиной указываются в технической документации.

Мощность двигателя — величина, показывающая, какую работу он совершает в единицу времени, измеряется в кВт (ранее в лошадиных силах). Одна лошадиная сила (л.с.) приблизительно равняется 0,74 кВт. Мощность равна произведению крутящего момента на угловую скорость коленвала (число оборотов в минуту, умноженное на определенный коэффициент).

Двигатели большей мощности производители получают увеличением:

• рабочего объема , что, в свою очередь, приводит к росту габаритов двигателя и ограничению допустимых максимальных оборотов из-за значительных сил инерции увеличившихся деталей;
• оборотов коленчатого вала , число которых ограничено инерционными силами и увеличением износа деталей. Высокооборотный двигатель одинаковой мощности (при прочих равных условиях — конструкции двигателя, технологии изготовления, применяемых материалах и т.д.) с низкооборотным обладает меньшим сроком службы, так как в среднем для одного и того же пробега его коленчатый вал будет совершать больше оборотов;
• давления в цилиндре путем повышения степени сжатия либо наддувом воздуха посредством турбо- или механических нагнетателей. Для применения наддува степень сжатия вынужденно уменьшают для предотвращения детонации (у бензиновых двигателей) и снижения жесткости работы (повышенные нагрузки в цилиндро-поршневой группе дизеля, сопровождаемые чрезмерным шумом) (у дизелей). Наддув позволяет, например, сохранить мощность при меньшем рабочем объеме.

Номинальная мощность — гарантируемая производителем мощность при полной подаче топлива на определенных оборотах. Именно она, а не максимальная мощность, указывается в технической документации на двигатель.

Удельный расход топлива — это количество топлива, расходуемого двигателем на 1 кВт развиваемой мощности за один час. Является показателем совершенства конструкции двигателя: чем расход ниже, тем более эффективно используется энергия сгорающего в цилиндрах топлива.

Характеристики двигателей

При одних и тех же конструктивных параметрах у разных двигателей такие показатели, как мощность, крутящий момент и удельный расход топлива, могут отличаться. Это связано с такими особенностями, как количество клапанов на цилиндр, фазы газораспределения и т. п. Поэтому для оценки работы двигателя на разных оборотах используют характеристики — зависимость его показателей от режимов работы. Характеристики определяются опытным путем на специальных стендах, так как теоретически они рассчитываются лишь приблизительно.

Как правило, в технической документации к автомобилю приводятся внешние скоростные характеристики двигателя (рис. 4), определяющие зависимость мощности, крутящего момента и удельного расхода топлива от числа оборотов коленвала при полной подаче топлива. Они дают представление о максимальных показателях двигателя.

Показатели двигателя (упрощенно) изменяются по следующим причинам. С увеличением числа оборотов коленвала растет крутящий момент благодаря тому, что в цилиндры поступает больше топлива. Примерно на средних оборотах он достигает своего максимума, а затем начинает снижаться. Это происходит из-за того, что с увеличением скорости вращения коленвала начинают играть существенную роль инерционные силы, силы трения, аэродинамическое сопротивление впускных трубопроводов, ухудшающее наполнение цилиндров свежим зарядом топливо-воздушной смеси, и т. п.

Быстрый рост крутящего момента двигателя указывает на хорошую динамику разгона автомобиля благодаря интенсивному увеличению силы тяги на колесах. Чем дольше величина момента находится в районе своего максимума и не снижается, тем лучше. Такой двигатель более приспособлен к изменению дорожных условий и реже придется переключать передачи.

Мощность растет вместе с крутящим моментом и даже, когда он начинает снижаться, продолжает увеличиваться благодаря повышению оборотов. После достижения максимума мощность начинает снижаться по той же причине, по которой уменьшается крутящий момент. Обороты несколько выше максимальной мощности ограничивают регулирующими устройствами, так как в этом режиме значительная часть топлива расходуется не на совершение полезной работы, а на преодоление сил инерции и трения в двигателе. Максимальная мощность определяет максимальную скорость автомобиля. В этом режиме автомобиль не разгоняется и двигатель работает только на преодоление сил сопротивления движению — сопротивления воздуха, сопротивления качению и т. п.

Величина удельного расхода топлива также меняется в зависимости от оборотов коленвала, что видно на характеристике (см. рис. 4). Удельный расход топлива должен находиться как можно дольше вблизи минимума; это указывает на хорошую экономичность двигателя. Минимальный удельный расход, как правило, достигается чуть ниже средних оборотов, на которых в основном и эксплуатируется автомобиль при движении в городе.

Пунктирной линией на графике показаны более оптимальные характеристики двигателя.

Трансмиссия автомобиля: что такое, типы, назначение, устройство, принцип работы

Трансмиссия служит для передачи крутящего момента от коленчатого вала двигателя на ведущие колеса, а также для изменения величины крутящего момента и его направления.

Трансмиссия автомобиля это комплекс механизмов, назначение которых — передача крутящего момента от двигателя к ведущим колёсам. Это заставляет колёса вращаться, благодаря чему авто начинает своё движение.

Кроме этого, этот важный механизм может распределять крутящий момент между всеми колёсами, а также менять направление вращения и величину. В этом помогают различные детали и механизмы, без которых бы никак не получилось нормально эксплуатировать автомобиль. Например, это такие агрегаты трансмиссии, как главная передача, автоматическая и механическая коробка передач (КПП), сцепление, дифференциал.

В статье простым языком расскажу, что такое трансмиссия, за что отвечает, какие основные составные части, как работает, классификация по типу привода и принципу действия, какие бывают поломки и как их выявить. Обещаю, будет интересно!

Что это такое в машине?

Что такое трансмиссия автомобиля простыми словами? Скажу кратко — это определённые сборочные механизмы, которые соединены в единое целое для того, чтобы осуществить передачу «потока» энергии от его источника к колёсам автомобиля. Если бы не было этой конструкции, то было бы невозможна мгновенное срабатывание тормозной системы, езда задним ходом и управление в потоке машин.

Этот термин в переводе с латинского звучит так: «transmissio». Это слово дословно переводится как передача или пересылка. Проектированием деталей в трансмиссии занимаются только лучшие автоинженеры.

Где находится эта конструкция? Под днищем автомобиля, он берёт начало от коробки передач, а заканчивается в области задних колёс.

Фото ттрансмиссии

Каким требованиям должна соответствовать трансмиссия?

• Надёжность и безопасность.
• Лёгкость рулевого управления, особенно при прохождении поворотов.
• Максимально возможный показатель передачи мощности.
• Минимальный вес всех составных деталей.
• Низкий уровень шума во время работы.
• Высокий КПД.

Чем правильней и эффективней будут работать составные части трансмиссии, тем выше безопасность водителя, меньше расход топлива и износ трущихся деталей. Разумеется, это непосредственно влияет на те характеристики, которые указаны в техническом паспорте и гарантированы производителем.

Ещё существует такое понятие, как коэффициент полезного действия трансмиссии (КПД). Он рассчитывается как произведение КПД механизмов, включённых в её состав. Это эффективная характеристика, обозначающая отношение полезной энергии к затраченной. Проще говоря, если КПД будет низким, то это значит, что сил затрачено много, а результата нет. КПД трансмиссии современных автомобилей варьируется от 0,82 до 0,94.

Этот параметр трансмиссии непостоянен в течение всего срока работы машины. При эксплуатации нового автомобиля механизмы притираются друг к другу и КПД повышается. Затем это значение держится на протяжении долгого периода времени, а когда движущиеся детали изнашиваются, то показатель падает. После капитального ремонта КПД возрастает, но уже никогда не достигает максимального значения.

Назначение

Все детали, которые влияют на передачу крутящего момента от маховика мотора к ведущим колёсам, входят в состав трансмиссии. Автомобиль без особых усилий трогается с места и движется с нужной скоростью.

Для чего необходима эта система механизмов?

Главной функцией трансмиссии является передача, распределение и изменение крутящего момента от двигателя к ведущим колёсам автомобиля. Для чего служит трансмиссия? Это посредник между двигателем и ведущими колёсами, без которого было бы невозможно начать движение автомобиля.

На что ещё влияет трансмиссия?

• Обеспечение нужного показателя тяги и скорости автомобиля при движении и поворотах.
• Простота управления автомобилем. Благодаря этому снижается усталость и напряжение шофёра при длительных поездках.
• Увеличение безопасности и надёжности транспортного средства.
• Продление «жизни» двигателя, снятие с него лишней нагрузки.

Без трансмиссии бы не получилось бы входить в повороты

Также некоторых интересует вопрос, какую функцию не выполняет трансмиссия? Вот верный ответ: она не обеспечивает движение транспортного средства в заданном направлении.

Устройство

Как правило, автопроизводители применяют в своих автомобилях автоматическую и механическую трансмиссию. Дополнительно машины могут быть передне- , задне- , а также полноприводными. Это зависит от того, на какие колёса подаётся крутящий момент. Поэтому тип привода непосредственно влияет на то, какие элементы входят в трансмиссию.

Что относится к трансмиссии? В стандартный набор трансмиссии входят следующие составные части:

1. Сцепление.
2. КПП – коробка передач.
3. Дифференциал.
4. Полуоси – валы привода колёс.
5. Главная передача.
6. Шарниры равных угловых скоростей.

Как выглядит трансмиссия

В зависимости от типа привода в сборку трансмиссии могут входить такие механизмы, как раздаточная коробка, карданная передача и муфты. Именно эти основные части автомобиля соединяет трансмиссия для обеспечения эффективности транспортного средства. Иные узлы и механизмы не относятся к трансмиссии автомобиля.

А что входит в трансмиссию гусеничных транспортных средств?

• Бортовой редуктор.
• Входной редуктор.
• Механизм поворота.
• Сцепление или главный фрикцион.
• КПП.

Также некоторые задаются вопросом: «Что входит в трансмиссию грузового автомобиля?» Кроме основных механизмов здесь дополнительно включают промежуточный средний ведущий мост, раздаточная коробка, коробка отбора мощности. В больших автопоездах по езде на твёрдом дорожном полотне трансмиссия есть только в тягаче. А при езде по бездорожью трансмиссия ставится ещё в ведущих мостах прицепов.

Общая схема трансмиссии грузового автотранспорта

А что в трансмиссии вращается быстрее всего? При движении авто коленчатый вал ДВС вращается со скоростью до 7000 оборотов в минуту, а колёса при этом в 4 раза меньше, а при плохих условиях ещё медленнее.

Перейдём к подробному описанию всех деталей, включённых в трансмиссию.

Сцепление

Это комплекс деталей (диски, маховик, вилки выключения, первичный вал коробки), назначение которых – кратковременное разъединение мотора с коробкой передач. Сцепление расположено между ДВС и коробкой передач. Это нужно для того, чтобы автомобиль пришёл движение, а также для плавного переключения скорости передач. Сцепление находится в авто с механической либо роботизированной коробкой передач. Поэтому им управлять может как водитель, так и электроника, автоматически переключающая скорости.

Дополнительное предназначение сцепления в том, что оно помогает защитить детали двигателя и трансмиссии от поломок при резкой нагрузке.

Когда левая педаль нажата – ведомый и ведущий диски разъединяются, можно переключать нужную передачу. А если педаль не нажата, то эти самые диски плотно соединены друг с другом. Важно понимать, что этот достаточно хрупкий механизм чувствителен к неверным действиям водителя. Если резко включать сцепление, то оно сломается по причине «сгорания» трущихся деталей.

Как правило, чаще применяется фрикционное сцепление, действие которого основано на силе сухого трения. В автомобилях с механической КПП применяется сухой тип трения без смазывающей жидкости. В обычном состоянии диски прижаты друг к другу при помощи пружин. Это помогает передавать энергию от сгорания топлива в трансмиссию. Если водитель нажмёт на левую педаль, то диски разъединятся, и передача потока энергии останавливается без остановки работы двигателя. Когда снова потребуется начать движение, то надо плавно отпустить педаль, чтобы диски вновь соединились. Сухое сцепление часто применяют на автомобилях с полным приводом.

А в автомобилях с автоматической КПП сцепление выглядит в форме двух турбин, которые напрямую связаны с трансмиссией и мотором. Детали вращаются в моторной жидкости. Ведущий гидротрансформатор передают энергию в моторное масло, от движения которого начинает двигаться ведомая турбина. Мокрое сцепление более надёжное, но и цена его выше. Также существуют гидравлическое и электромагнитное сцепление, но они получили не такое большое распространение.

Коробка передач (КПП)

Это самый сложный механизм в трансмиссии. Коробка передач помогает изменить передаточное число для эффективного режима мотора в любых дорожных условиях. Благодаря этому двигатель работает в стабильном режиме, без резких скачков оборотов, а машина двигается с той скоростью, которая необходима в данный момент времени. Дополнительно КПП переключает движение на задний ход.

Таким образом, коробка передач изменяет крутящий момент, подаваемый на колёса, направление движения транспортного средства, а также его скорость. Кроме этого, КПП может на долгое время разъединять мотор от трансмиссии.

КПП могут быть следующих типов:

• Автоматическая («автомат»). Здесь переключение скоростей происходит автоматически. Из минусов – медленный разгон и повышенное потребление топлива.
• Механическая («механика»). Здесь переключение позиций передач происходит в ручном режиме при помощи рычага. Этот тип КПП надёжен и прост в управлении.
• Вариатор. Здесь происходит плавное изменение крутящего момента. Это так называемые бесступенчатая коробка передач.
• Робот. Это механическая КПП, где сцепление и переключение передач происходят автоматически.

Коробка передач помогает двигателю «приспосабливаться» к нужным условиям. Например, при езде по бездорожью на низкой передаче мотор работает сильнее, а колёса вращаются медленно, что помогает преодолеть даже сложные участки пути. А при езде на трассе при включении высокой передаче двигатель работает в экономичном режиме, а колёса вращаются быстрее.

Ведущий мост

Мосты в трансмиссии — это опоры, к которым крепится рама автомобиля. Ведущий мост получает крутящий момент от трансмиссии, что приводит колёса в движение. Ведомый мост – это просто опора. Мосты могут быть задними, передними, а также средними (их ставят в грузовые автомобили).

Дифференциал

Дифференциал – это комплекс шестерён, которые вращаются с 2-мя степенями свободы. Для чего это нужно? Для того, чтобы делить крутящий момент на 2 потока, который заставляет крутиться колёса. Простыми словами, он распределяет скорость вращения по полуосям ведущего моста в зависимости от внешних условий. А работает он вместе с главной передачей.

Например, при повороте налево левые колёса движутся по меньшей траектории, чем правые. Таким образом, левые колёса движутся несколько медленнее. Наличие в автомобилях блокировки дифференциала позволяет двигаться двум колёсам на одной оси с равной скоростью. Устройство держит вращение колёс под своим контролем, меняя их скорость, чтобы не допустить их проскальзывание на неровном дорожном покрытии (особенно это важно при езде на скользкой дороге).

Самая важная характеристика дифференциала – это коэффициент блокировки, который обозначает соотношение крутящего момента одного колеса к такому же показателю другого. Грубо говоря, от коэффициента блокировки зависит проходимость. Чем выше этот показатель, тем лучше проходимость. У стандартных дифференциалов он равен 1, а у более усложнённых механизмов он может быть со значением 5.

Расположение дифференциала напрямую зависит от типа привода:

• Полный – в раздаточной коробке;
• Передний – в коробке передач;
• Задний – в картере.

Раздаточная коробка

В простонародье эту деталь называют «раздатка». Эта деталь устанавливается только в полноприводных автомобилях для распределения вращения между всеми колёсами. В раздаточной коробке может содержаться демультипликатор, который во много раз увеличивает крутящий момент при прохождении тяжёлых участках пути.

Карданный вал (передача)

Карданный вал – это механизм, который обеспечивает передачу крутящего момента от КПП к задним колёсам. Как правило, эту деталь устанавливают в полноприводных или заднеприводных транспортных средствах, чтобы передавать вращение между разными мостами. Например, в переднеприводных автомобилях вращение двигателя передаётся к ведущей оси валами из кардана КПП.

Вал содержит 2 части, который соединены друг с другом под углом. В состав кардана входят муфты, валы, шарниры, шлицы, промежуточная опора. Выглядит карданная передача в виде трубы, а благодаря дополнительным деталям она может менять свою длину, а также изгибаться. А это очень важно при езде по ухабам, когда колёса движутся вверх и вниз, а расстояние от КПП до главной передаче постоянно изменяется.

Кардан считается важным механизмом, который помогает плавно передать крутящий момент от КПП к главной передаче при движении по неровной дороге, даже под определённым углом. Дополнительно кардан снижает колебания кузова при движении автомобиля.

Карданный вал помогает передать крутящий момент от вторичного вала КПП на вал главной передачи, который находятся под углом друг к другу.

Главная передача

Это узел, который передаёт крутящий момент напрямую к ведущему мосту. В состав устройства входит полуось, шестерни, сателлиты. Одна из важных функций главной передачи – это повышение крутящего момента и уменьшение вращения ведущих колёс.

Существует одинарная передача, а также двойная, которая имеется у грузового автотранспорта с большим передаточным значением. А на заднеприводных авто используется так называемая гипоидная главная передача, которая располагается в картере моста. В переднеприводных автомобилях главная передача находится в КПП недалеко от дифференциала.

ШРУС

ШРУС – это шарнир равных угловых скоростей, который располагается на ведущих полуосях. Он является самым последним узлом трансмиссии, который непосредственно связан с крутящим моментом. Этот механизм необходим, чтобы точно «передать» вращение от дифференциала на колёса, причём неважно под каким углом они находятся. Внутренние и внешние ШРУСы обеспечивает постоянную связь дифференциала с колёсами при движении в любых дорожных условиях.

Принцип работы

Давайте подробнее рассмотрим, как устроена трансмиссия и какой у неё принцип действия. Каким образом энергия, появившаяся в двигателе, передаётся на колёса и благодаря этому автомобиль может двигаться?

Строение трансмиссии

Пошаговый принцип работы:

1. В результате срабатывания системы зажигания создаётся высокое напряжения для формирования искры, которая воспламеняет топливовоздушную смесь. После сгорания топлива коленвал двигателя начинает своё вращение. Эта деталь соединена с маховиком, а он – со сцеплением. При обычном режиме работы сцепление всегда соединено с маховиком, и в результате этого коробка передач тоже всегда находится во «включённом» состоянии. Перед тем как переключить передачу, сцепление разъединяет постоянную связь между валом КПП и маховиком. А когда переключение выполнено – сцепление восстанавливает эту связь обратно.
2. Коробка передач может выбирать оптимальное передаточное число при помощи разного набора шестерён. Каждая пара шестерён имеет разное передаточное число, что позволяет менять значение крутящего момента и скорости вала. Отмечу, что одновременно может происходить сцепка только одной пары шестерён при выборе определённой передачи. Другие шестерни будут просто работать вхолостую. Двигатель, сцепление и коробка передач находятся в одном корпусе и называется это трио — силовой агрегат.
3. Затем крутящий момент передаётся на главную передачу (напрямую или через карданный вал). Главная передача уменьшает высокую скорость вращения (она слишком большая для колёс) и передаёт вращение на дифференциал.
4. Дифференциал распределяет крутящий момент на полуоси ведущих колёс. Полуоси получают ту долгожданную энергию, которая будет передана ведущим колёсам. ШРУСы помогают сохранять нужную скорость при езде по неровной дороге. Автомобиль начинает своё движение.
5. В заднеприводную трансмиссию добавлен карданный вал, который передаёт вращение от заднего моста к переднему. А в полноприводный автомобиль добавлена раздаточная коробка, которая обеспечивает «превращение» всех колёс в ведущие.

Видео: Трансмиссия автомобиля. Общее устройство, принцип работы и строение трансмиссии в 3D

Рассмотрим подробнее, как классифицируют трансмиссии по методам передачи энергии.

1. Механическая. Передаёт механическую энергию от двигателя.
2. Электрическая. Она преобразует механическое движение в электрическую энергию. Затем она «превращает» её обратно в механическую и передаёт на ведущие колёса. Чаще всего такую трансмиссию применяют на мощных грузовых машинах.
3. Гидравлическая. Преобразует механическую энергию в давление потока жидкости, а затем обратно превращает в механическую и подаёт её на колёса. Нечасто применяется в машиностроении. Этот тип применяют на подвижных транспортных средствах (экскаваторах и т.п.).
4. Комбинированные (гибридные) трансмиссии. Например, это гидромеханическая и электромеханическая. Это комбинации 2 разных типов трансмиссий.

Рассмотрим каждый вид в этой классификации трансмиссий более подробно.

Механическая

Это самый популярный вид трансмиссии, который применяется на большинстве легковых автомобилей. Устройство работает только при помощи механических деталей (фрикционы и шестерни).

Минусы – это не совсем плавное переключение передач, что в свою очередь приводит к нерациональному использованию мощности мотора. А также начинающим водителям будет сложновато привыкнуть к управлению автомобилей с механической коробкой передач при помощи рычага (это не касается спортивных авто, где переключение происходит автоматически).

Интересно! Механическая трансмиссия применялась во времена СССР при проектировании танков Т-55, Т-62, Т-64, Т-72, Т-80.

Какая трансмиссия называется бортовой и где она применяется? На тракторах, комбайнах, дорожной технике и некотором скоростном гусеничном автотранспорте устанавливается бортовая трансмиссия (с бортовой или колёсной передачей). Эти агрегаты ставятся перед ведущими колёсами или в них самих. Это сделано для того, чтобы передавать максимальный крутящий момент на ведущие колёса.

Гидромеханическая

Это набирающая популярность трансмиссию, которая применяется в автомобилях с автоматической коробкой передач. Здесь применяется как гидравлические, так и механические детали. Механическая энергия «превращается» в движение масла в гидротрансформаторе (аналог сцепления). Крутящий момент передаётся без рывков и искажений, ступенчато, без участия в этом процессе водителя.

Автомобиль движется плавно, увеличивается срок службы мотора и других элементов трансмиссии. Применение гидромеханической трансмиссии помогает эффективнее проходить тяжёлые участки пути (снег, песок) благодаря постоянной тяге и малой скорости вращения ведущих колёс.

Из минусов можно отметить – повышенный вес конструкции, сложный ремонт, высокая цена автомобиля. Также снижается коэффициент полезного действия двигателя.

Также такой вид трансмиссии применяется в ж/д технике, тракторах, танках (Леопард-2, М1 Абрамс).

Гидравлическая

Синонимы этого типа трансмиссии – гидростатическая, гидрообъёмная, а также маслогидравлическая силовая. В этом типе трансмиссии энергия двигателя передаётся при помощи аксиально-плунжерных механизмов – гидравлических машин. При передаче крутящего момента происходит сжатие жидкости. При этом есть возможность располагать детали трансмиссии на большом расстоянии друг от друга с высоким количеством степеней свободы и крутящим моментом. Здесь необходим строгий контроль за качеством используемой жидкости и установка гидромуфты для каждой передачи.

Как правило, «гибкая» трансмиссия применяется в теплоходах, строительных катках, станках, железнодорожной и авиационной технике.

Электромеханическая

Это самый современный тип трансмиссии, который стал популярен после массового производства электрокаров. Самый главный элемент здесь это тяговый электромотор (один или несколько), а также дополнительные детали — генератор электрического тока, электрическая система контроля, а также провода, которые соединяют части трансмиссии. Питает эту систему тяговый аккумулятор.

Преимущество электромеханической трансмиссии в мгновенной реакции на изменение параметра крутящего момента, расположение элементов на большом расстоянии друг от друга, что позволяет создавать удобные конструкции. Минусы – высокая цена, невысокий КПД двигателя, большой вес и размер.

Некоторые спрашивают, «Какие виды трансмиссий применяются в карьерном автотранспорте»? Чаще всего в карьерных самосвалах применяют именно электромеханическую трансмиссию.

Электромеханическую трансмиссию дополнительно применяют в тракторах, военной технике, тепловозах, автобусах и морских судах. Некоторые виды транспорта «включают» двигатель только после достижения определённой скорости, а до этого времени колёса движутся при помощи электрического тока.

Теперь перейдём к описанию типов приводов и особенностей используемых в них трансмиссий.

Зависимость трансмиссии от привода

Для разных типов трансмиссий конструктивные особенности различаются. Всего существуют следующие типы привода:

• Переднеприводный.
• Заднеприводный.
• Полноприводный.

Существует такое понятие, как колёсная формула автомобилей, которая включает 2 цифры. Расшифровка: первая – это общее количество колёс, а вторая – количество ведущих. Так передне- и заднеприводные обозначаются 4×2, а полноприводные – 4×4.

Рассмотрим их более подробно.

Переднеприводный

В них применяется классическая трансмиссия, принцип работы который был указан выше. Вращение от мотора передаётся только на передний мост через КПП, главную передачу и полуоси.

Дифференциал и главная передача размещаются в коробке передач в едином корпусе.

Заднеприводный

Здесь присутствуют все элементы переднеприводной трансмиссии. Здесь ведущая ось – задняя, а крутящий момент передаются при помощи дополнительного элемента — карданного вала. Он расположен между КПП и главной передачей и является посредником в передаче энергии.

Полноприводный

Крутящий момент передаётся одновременно на передний и задний мост. В трансмиссию дополнительно включают раздаточную коробку, которая передаёт вращение на все полуоси. А за распределение крутящего момента между колёсами отвечает межосевой дифференциал.

В трансмиссию грузового автомобиля входит дополнительная ось, чтобы уменьшить давление на асфальт и его износ.

Виды полных приводов:

1. Постоянный полный привод. Все колёса являются ведущими постоянно. Благодаря этому улучшается разгон и управляемость, уменьшается пробуксовка колёс за счёт равномерного распределения тяги.
2. Подключаемый. Ведомая ось становится ведущей, когда водитель принудительно включит полный привод.
3. Автоматически подключаемый. Активируется при пробуксовке ведущих колёс.

Наиболее частые признаки поломки трансмиссии

Многие детали трансмиссии со временем изнашиваются или ломаются. Какие частые поломки могут произойти?

1. Сцепление является так называемым расходным материалом. Здесь ведомый диск ломается чаще всего. При этом появляется скрежет, проскальзывание и нестабильная работа сцепления. В этом случае ведомый диск заменяют, а другие детали осматривают на предмет износа. Обратите внимание: пробуксовывание сцепления может спровоцировать износ фрикционов ведомого диска. Это ведёт к ограничению свободного хода педали, ухудшению разгона, снижение передачи крутящего момента, или авто может вообще не двинуться с места. Срок работы сцепления напрямую зависит от манеры вождения автомобиля.
2. КПП – коробка передач является самым сложным механизмом в трансмиссии. Распространённая причина поломок – это редкая замена трансмиссионного масла. Ведь именно оно защищает все узлы коробки передач от износа. Если жидкость вовремя не заменить, то оно будет усиливать износ КПП. При поломке коробки передач появляются сторонние стуки, шум, шелест, даже при переводе рычага в нейтральное положение, происходит плохое срабатывание при переключении передач, а также подтекает масла из КПП, запах которого появляется в салоне. В этих случаях надо незамедлительно обратиться в автосервис. Рекомендуется строго следить за состоянием КПП (вовремя менять жидкость в системе охлаждения, проводить диагностику электронного блока управления и т.п.)
3. В карданном вале может выйти из строя шарнир по причине естественного износа. Если появляются неисправности в работе карданной передачи, то во время движения слышен скрип и ощущается вибрация.
4. Дифференциал и главная передача часто выходят из строя при экстремальных нагрузках и утечке масла через сальники. Если не хватает смазки, то шестерни быстро изнашиваются. При движении присутствует шум, вибрация или постукивания во время трогания автомобиля с места.
5. ШРУСы ломаются редко, несмотря что на них приходится высокая нагрузка. Если вода попадёт через изношенные пыльники в шарниры угловых скоростей, во время движения будет слышен хруст. Поэтому надо вовремя менять расходники ходовой части и проверять состояние подвески.

Видео: Общее устройство трансмиссии

Трансмиссия – это ключевой механизм в современном автомобиле, который передаёт крутящий момент от двигателя к ведущим колёсам. Именно в этом её прямое назначение. Тип устройства зависит от вида привода в авто и способа передачи энергии.

Самая надёжная трансмиссия – механическая, работа которой зависит только от регулярного прохождения техобслуживания. Чаще всего выходит из строя диск сцепления, а самая дорогостоящая деталь – это коробка передач (КПП), особенно если идёт речь об автоматической (АКПП).

В автомобили всё больше внедряют новые разработки, где электронные компоненты, шестерни заменяются электрокабелями и электромоторами, которыми управляет бортовой компьютер. А вершиной технического прогресса является экологический чистый авто (например, на водородном топливе), где такой механизм как трансмиссия вообще отсутствует.

Давай, оцени статью!

Средняя оценка 4.4 / 5. Количество оценок: 29

Двигатель: описание,виды,устройство,работа,фото,видео.

Двигатель является главной системой в любом транспортном средстве. Этот компонент автомобиля можно сравнивать с сердцем человека, то есть, человек умрет без сердца – так же и автомобиль без двигателя. Двигательная система отвечает за преобразование топливной энергии в механическую энергию, которая впоследствии выполняет полезную работу. Сегодня в качестве энергии может выступать энергия сгорания топлива, электрическая энергия и т.д. Источник энергии всегда находится в автомобили. Он должен пополняться через определенный промежуток времени, чтобы автомобиль мог в итоге передвигаться. Так, механическая энергия передается на ведущие колеса от двигателя. Эта передача обычно осуществляется при помощи трансмиссии.

Принцип работы

Машина с ДВС (двигателем) должна ездить, а для этого ей необходимо совершить механическое усилие. Именно его и производит двигатель, который передает вращательную силу на колеса автомобиля. Те вращаются, и транспортное средство начинает движение. Это очень примитивное объяснение, которое позволит лишь отдаленно понять, что это такое – ДВС в машине. Главная цель двигателя – преобразование бензина (или дизельного топлива) в механическое движение. Сегодня самый простой способ заставить автомобиль двигаться – это сжечь топливо внутри мотора. Именно поэтому двигатель внутреннего сгорания получил соответствующее название. Все они работают по одинаковому общему принципу, хотя есть некоторые разновидности: дизельные, с карбюраторными или инжекторными системами питания и так далее.

Итак, принцип мы поняли: топливо сгорает, высвобождает при этом большие объемы энергии, которые толкают механизмы в двигателе, что приводит к вращению коленчатого вала. Усилия затем передаются на колеса, и машина начинает движение.

Показатели двигателей

Показателями двигателя называют величины, характеризующие его работу. Помимо конструктивных параметров, они зависят от особенностей и настроек систем питания и зажигания, степени износа деталей и пр.

Давление в конце такта сжатия (компрессия) является показателем технического состояния (изношенности) цилиндро-поршневой группы и клапанов.

Крутящий момент на коленчатом валу двигателя определяет силу тяги на колесах: чем он больше, тем лучше динамика разгона автомобиля. Равен произведению силы на плечо (рис. 3) и измеряется в Н·м (Ньютон на метр), ранее в кгс.м (килограмм-сила на метр).

Крутящий момент увеличивается с ростом:
рабочего объема . Поэтому двигатели, которым необходим значительный крутящий момент, обладают большим объемом;
давления горящих газов в цилиндрах, которое ограничено детонацией (взрывное горение бензо-воздушной смеси, сопровождаемое характерным звонким звуком. Ошибочно называется «стуком поршневых пальцев») или ростом нагрузок в дизелях.

Максимальный крутящий момент двигатель развивает при определенных оборотах (см. ниже), они вместе с его величиной указываются в технической документации.

Мощность двигателя — величина, показывающая, какую работу он совершает в единицу времени, измеряется в кВт (ранее в лошадиных силах). Одна лошадиная сила (л.с.) приблизительно равняется 0,74 кВт. Мощность равна произведению крутящего момента на угловую скорость коленвала (число оборотов в минуту, умноженное на определенный коэффициент).

Двигатели большей мощности производители получают увеличением:
рабочего объема, что, в свою очередь, приводит к росту габаритов двигателя и ограничению допустимых максимальных оборотов из-за значительных сил инерции увеличившихся деталей;
оборотов коленчатого вала, число которых ограничено инерционными силами и увеличением износа деталей. Высокооборотный двигатель одинаковой мощности (при прочих равных условиях — конструкции двигателя, технологии изготовления, применяемых материалах и т.д.) с низкооборотным обладает меньшим сроком службы, так как в среднем для одного и того же пробега его коленчатый вал будет совершать больше оборотов;
давления в цилиндре путем повышения степени сжатия либо наддувом воздуха посредством турбо- или механических нагнетателей. Для применения наддува степень сжатия вынужденно уменьшают для предотвращения детонации (у бензиновых двигателей) и снижения жесткости работы (повышенные нагрузки в цилиндро-поршневой группе дизеля, сопровождаемые чрезмерным шумом) (у дизелей). Наддув позволяет, например, сохранить мощность при меньшем рабочем объеме.

Номинальная мощность — гарантируемая производителем мощность при полной подаче топлива на определенных оборотах. Именно она, а не максимальная мощность, указывается в технической документации на двигатель.

Удельный расход топлива — это количество топлива, расходуемого двигателем на 1 кВт развиваемой мощности за один час. Является показателем совершенства конструкции двигателя: чем расход ниже, тем более эффективно используется энергия сгорающего в цилиндрах топлива.

Основные элементы двигателя

Ниже на рисунке показана схема расположения элементов в цилиндре. В зависимости от модели двигателя, их может быть 4, 6, 8 и даже больше. На рисунке обозначены следующие элементы: A – распределительный вал. B – крышка клапанов. C – выпускной клапан. Открывается строго в нужное время для того, чтобы отработанные газы выводились за пределы камеры сгорания. D – отверстие для выхода отработанных газов. E – головка блока цилиндра. F – пространство, заполняемое охлаждающей жидкостью. В процессе работы двигатель сильно нагревается, поэтому его необходимо остудить. Чаще всего для этого используется антифриз. G – корпус двигателя. H – маслосборник. I – поддон. J – свеча зажигания. Обеспечивает искру, необходимую для того, чтобы зажечь топливную смесь, находящуюся под давлением. K – впускной клапан. Открывается и запускает в камеру сгорания воздушно-топливную смесь. L – отверстие для впуска топливной смеси. M – сам поршень. Движется вверх-вниз в результате детонации топливной смеси, передавая механическую нагрузку на коленчатый вал. O – шатун. Соединительный элемент поршня и коленчатого вала. P – коленвал. Вращается в результате движения поршней. Передает усилия на колеса через трансмиссию автомобиля. Все эти элементы принимают участие в четырехтактном цикле.

Виды двигателей

Первый полноценный прототип двигателя внутреннего сгорания был сконструирован в далёком 1806 году, который принадлежал братьям Ньепсье. После этого важного исторического факта было недолгое затишье.

Но, в конце 19 века три легендарным немца положили старт автомобилестроению — Николас Отто, Готлиб Даймлер и Вильгельм Майбах. После этого двигатели внутреннего сгорания получили много модификаций и вариантов, которые используются по сегодняшний день.

Рассмотрим, какие существуют виды автомобильных ДВС, а также укажем типы двигателей:

• Паровая машина
• Бензиновый двигатель
• Карбюраторная система впрыска
• Инжектор
• Дизельные двигатели
• Газовый двигатель
• Электрические моторы
• Роторно-поршневые ДВС

Роторно-поршневые ДВС

Роторно-поршневой силовой агрегат в автомобилестроении не нашёл широкого распространения, хотя можно встретить модели автомобилей, которые используют такой тип ДВС. Предложил создание такого мотора — конструктор Ванкель.

Движение осуществляется за счёт вращения трёхзубчатого ротора, который позволяет осуществить любой 4-тактный цикл Дизеля, Стирлинга или Отто без применения специального механизма газораспределения. Данный мотор активно использовался в 80-е годы 20 ст.

Газовый двигатель

Газовые двигатели на сегодняшний день в автоиндустрии в чистом виде почти не используются, поскольку частые поломки моторов, стали причиной полного отказа от них. Вместо этого, газовые установки зачастую можно встретить на бензиновых автомобилях, что значительно экономит расход денег на горючее.

Газ с баллона подаётся на редуктор, который распределяет топливо по цилиндрам, а затем горючее попадает непосредственно в камеры сгорания. После этого с помощью свечей зажигания газ воспламеняется. Единственным недостатком использования газовой установки считается то, что мотор теряет 20% своего потенциального ресурса.

Электрические моторы

Николас Тесла впервые предложил использовать для автомобилей электроэнергию. Электрические моторы на сегодняшний день не распространены, поскольку заряда батареи хватает только до 200 км пути, а заправочных станций, которые могут предоставить услугу зарядки автомобиля — практически нет.

Известная мировая компания, производитель электрических автомобилей «Тесла» продолжает совершенствовать электродвигатели, и каждый год дарит потребителям новинки, которые имеют больший запас хода без дозарядки.

Инжектор

Инжекторный двигатель — это тип впрыскового устройства горючего в цилиндры двигателя. Инжекторный впрыск бывает моно и разделённым Данная система на сегодняшний день все больше совершенствуется, чтобы уменьшит выбросы СО2 в атмосферу. Для впрыска используются форсунки, которые ещё ранее начали использоваться на дизельных двигателях.

С переходом на данную систему транспортные средства стали оснащать электронными блоками управления двигателем, чтобы корректировать состав воздушно-топливной смеси, а также сигнализировать о неисправностях внутри системы.

Дизельные двигатели

Дизельный мотор — это вид двигателя, который расходует как горючее дизельное топливо. Основные системы и элементы движка идентичны бензиновому брату, различие состоит в системе впрыска и воспламенении смеси. В дизельном моторе отсутствуют свечи зажигания, поскольку воспламенение смеси от искры не нужно.

На моторах такого типа устанавливаются свечи накала, которые разогревают воздух в камере сгорания, который превышает температуру воспламенения. После этого через форсунки подаётся распылённое топливо, которое сгорает, чем создаёт достаточное давление для привода в движения поршня, который раскручивает коленчатый вал.

Характеристики двигателей

При одних и тех же конструктивных параметрах у разных двигателей такие показатели, как мощность, крутящий момент и удельный расход топлива, могут отличаться. Это связано с такими особенностями, как количество клапанов на цилиндр, фазы газораспределения и т. п. Поэтому для оценки работы двигателя на разных оборотах используют характеристики — зависимость его показателей от режимов работы. Характеристики определяются опытным путем на специальных стендах, так как теоретически они рассчитываются лишь приблизительно.

Как правило, в технической документации к автомобилю приводятся внешние скоростные характеристики двигателя (рис. 4), определяющие зависимость мощности, крутящего момента и удельного расхода топлива от числа оборотов коленвала при полной подаче топлива. Они дают представление о максимальных показателях двигателя.

Показатели двигателя (упрощенно) изменяются по следующим причинам. С увеличением числа оборотов коленвала растет крутящий момент благодаря тому, что в цилиндры поступает больше топлива. Примерно на средних оборотах он достигает своего максимума, а затем начинает снижаться. Это происходит из-за того, что с увеличением скорости вращения коленвала начинают играть существенную роль инерционные силы, силы трения, аэродинамическое сопротивление впускных трубопроводов, ухудшающее наполнение цилиндров свежим зарядом топливо-воздушной смеси, и т. п.

Быстрый рост крутящего момента двигателя указывает на хорошую динамику разгона автомобиля благодаря интенсивному увеличению силы тяги на колесах. Чем дольше величина момента находится в районе своего максимума и не снижается, тем лучше. Такой двигатель более приспособлен к изменению дорожных условий и реже придется переключать передачи.

Мощность растет вместе с крутящим моментом и даже, когда он начинает снижаться, продолжает увеличиваться благодаря повышению оборотов. После достижения максимума мощность начинает снижаться по той же причине, по которой уменьшается крутящий момент. Обороты несколько выше максимальной мощности ограничивают регулирующими устройствами, так как в этом режиме значительная часть топлива расходуется не на совершение полезной работы, а на преодоление сил инерции и трения в двигателе. Максимальная мощность определяет максимальную скорость автомобиля. В этом режиме автомобиль не разгоняется и двигатель работает только на преодоление сил сопротивления движению — сопротивления воздуха, сопротивления качению и т. п.

Величина удельного расхода топлива также меняется в зависимости от оборотов коленвала, что видно на характеристике (см. рис. 4). Удельный расход топлива должен находиться как можно дольше вблизи минимума; это указывает на хорошую экономичность двигателя. Минимальный удельный расход, как правило, достигается чуть ниже средних оборотов, на которых в основном и эксплуатируется автомобиль при движении в городе.

http://avtonov.info/tipy-i-parametry-dvs
Источник http://motorist.guru/ustrojstvo/transmissiya.html
Источник http://seite1.ru/zapchasti/dvigatel-opisanievidyustrojstvorabotafotovideo/.html