Текст книги "Автомобиль"

Система смазки

Смазочная система служит для подачи под высоким давлением или другим образом смазки в основные узлы трения и подшипники и для обеспечения надежной и долговечной работы двигателя. Как правило, все смазочные системы имеют магистраль высокого давления, зоны подачи масла методом разбрызгивания и самотеком.

Смазочные системы автомобилей-герметичного типа с замкнутым контуром непосредственно для масла. Основными элементами смазочной системы для любого типа двигателя являются: масляный насос (шестеренчатого зубчатого, в том числе и внутреннего зацепления) высокого давления с масло приемным патрубком и сетчатым фильтром в поддоне картера двигателя, редукционными и перепускными клапанами для регулирования давления системы; каналы в блоке цилиндров двигателя, коленчатом распределительном валах (магистраль высокого давления) для подачи моторного масла к подшипниками скольжения: отверстия в некоторых конструктивных элементах для разбрызгивания масла на кулачки и торцы клапанов и на стенки цилиндра; фильтры грубой и тонкой очистки масла; масляный радиатор при необходимости его применения; крышка масло заливной горловины; система вентиляции картера от отработавших газов для устранения прорывающихся в картер отработавших газов вместе с продуктами износа. Все элементы ее взаимосвязаны и функционируют достаточно хорошо при больших оборотах двигателя. В качестве подшипников, как правило, применяются подшипники скольжения с бронзово-оловянистым (бабитовым) покрытием.

Масляная система предназначена для смазки трущихся элементов и узлов двигателя под давлением, поэтому имеет необходимые конструктивные элементы. Обьемным элементом являются внутренние отсеки, полученные при литье в виде каналов, в блоке цилиндров и головке блока цилиндров. Снизу к блоку цилиндров двигателя с помощью болтов и прокладки укреплен масляный поддон, который является резервуаром хранения моторного масла. Уровень масла в нем такой, что противовесы коленчатого вала при его вращении могут зацеплять масло и разбрызгивать его на внутренние стенки блока снизу, что позволяет смазывать нижние юбки поршней и другие элементы методом разбрызгивания, а кроме того, попадающее на стенки блока внутри масло так же снижает его температуру работы, частично охлаждая его. Уровень масла можно определить с помощью щупа, специально предназначенного для этого и всегда находящегося на двигателе. Из этого масляного резервуара (картера) масло всасывается масляным насосом шестеренчатого типа внешнего или внутреннего зацепления. При этом внутри него образуется разряжение на линии всасывания и в виду большой вязкости масла и оно подается под определенным большим давлением во внутренние каналы, выполненные в блоке цилиндров и его головке, а через них непосредственно к каналам сверления к подшипникам скольжения, т.е. к трущимся рабочим поверхностям. Давление масла ограничивается определенной величиной, так как производительности масляных насосов шестеренчатого типа очень большие и при большом избыточном давлении масло может протечь через некоторые уплотнительные устройства. При ограничении максимального давления с помощью редукционного клапана масло поступает в возвратную сливную линию, а масляная система остается полностью герметичной и неразрушаемой и имеет высокую долговечность даже для уплотнительных устройств любого типа. Масло подается во внутренние полости и непосредственно в каналы для смазки через два фильтра очистки (грубой и тонкой).Фильтром грубой очистки масла является сетка на маслозаборном патрубке самого насоса (или внутри него в канале нагнетания).Она предназначена для удаления крупных возможных частиц, загрязняющих масло, так как никакой абразивный износ трущихся поверхностей вообще не допустим. Фильтром тонкой очистки масла является как правило бумажный одноразовый фильтр, находящийся в герметичном корпусе, ввернутым в двигатель. С его помощью фильтруются не только мелкие возможные частицы загрязнения, но и возможные смолообразоваия, которые могут попасть на внутренние стенки блока и постепенно начать возгораться, преобразовываясь в сажу, что неизбежно приведет в последствии к интенсивному дымлению двигателя. Сменным элементом является фильтр тонкой очистки, который обычно изготавливают вворачиваемым в блок цилиндров, что очень удобно при эксплуатации (загрязненый фильтр просто заменяют на новый и утилизуют).Таким образом моторное масло необходимой вязкости под высоким давлением подается к трущимся рабочим поверхностям и смазывает их в необходимых местах интенсивно. Работоспособность масляной системы определяет долговечность вкладышей и других поверхностей участвующих в трении (включая даже толкатели клапанов и пр.).

Обычно на автомобилях применяются фильтры тонкой очистки масла следующих типов: съемный (разовый) с бумажным фильтрующим элементом; центробежный, в котором масло разбрызгивается под собственным давлением; последовательный с набором пластин различной конфигурации, поворотной рукояткой для непосредственной его очистки и пробкой для слива отстоя; параллельный со сменным внутренним элементом и пробкой слива отстоя (в этом случае внутренний фильтрующий элемент пластинчатого типа может промываться и устанавливаться обратно). Названия двух последних типов фильтров характеризуют принцип фильтрации и очистки масла. Но современные конструкции маслянных фильтров имеют герметичную неразборную конструкцию.

Масляные насосы представляют собой известную и хорошо зарекомендовавшую себя конструкцию шестеренчатого типа (одно, двухсекционные) с редукционными клапанами, регулирующими давление в масляной магистрали и рециркуляцию масла внутри насоса, шарикового и плунжерного типа с пружинами. Обычно на входе в масляный насос устанавливается маслоприемник с фильтром-сеткой грубой очистки или, иногда фильтр грубой очистки пластинчатого щелевого типа, а после него – фильтры тонкой очистки.

Масляные радиаторы устанавливаются на легковые автомобили в случае применения форсированного двигателя, а на грузовых из-за большой нагрузки масляной системы. Они необходимы для поддержания температуры масла в требуемых пределах.

Системы питания бензиновых и дизельных двигателей

Система питания двигателя внутреннего сгорания предназначена для подачи топлива в цилиндры двигателя, смещения его с воздухом в необходимой пропорции и выпуска отработавших газов из цилиндров, т. е. для организации рабочего процесса в нем. Для карбюраторных и дизельных двигателей, а также в случае работы их на газообразном топливе или на нескольких топливах применяются различные системы топливоподачи.

Для карбюраторных двигателей внутреннего сгорания применяют два способа смесеобразования рабочего состава бензина: карбюрация и подача топлива. Последний способ на сегодня считается наиболее экономичным и перспективным. Для дизельных двигателей используется подача дизельного топлива непосредственно в цилиндры, а для увеличения мощности и экономии топлива, используется наддув воздуха в цилиндры (как правило, за счет энергии отработавших газов). Для двигателей работающих на газообразном топливе применяется понижающий редуктор давления топлива (газа). При комбинированных системах, т. е. при работе двигателя на двух видах топлива, применяются две системы питания (особенно с дополнительным газообразным топливом), а иногда дополнительные свечи закаливания (калильные) в цилиндре.

Новой самой современной и прогрессивной системой является впрыск топлива (инжекторные двигатели) при среднем давлении. Здесь существует уже много известных типов систем этого класса.

Общими элементами являются топливный бак, топливозаборник с сетчатым фильтром, трубопроводы и фильтры очистки топлива. Для газообразных топлив применяются топливные баки в виде баллонов для сжатого и сжиженного газа.

Для бензиновых двигателей для приготовления рабочей смеси используется карбюратор или подача топлива. Карбюраторы бывают с нисходящим потоком воздуха (обычный тип),с горизонтальным потоком воздуха (типичный карбюратор мотоцикла или гоночной спортивной машины), с восходящим потоком воздуха. По количеству камер они могут быть одно -или двух камерными, а также могут иметь многочисленные дополнительные устройства.

Для мотоциклов используется несколько типов карбюраторов: золотниковый, диафрагменный смесеобразователь постоянного разряжения. Некоторые подобные типы могут использоваться и на автомобилях.

Принципом карбюрации является инжекция или всасывание топлива через тонкое дозирующее отверстие (канал), при разряжении воздушного потока, проходящего рядом с ним. Но инжекцией в полной мере считается этот же способ, но если топливо нагнетается в диффузор еще и под избыточным давлением. Поэтому «само-инжекция» характерна только для карбюраторов и в них имеется непосредственный инжекционный канал с диффузором (калиброванным отверстием с помощью золотников необходимого проходного сечения). При этом высасывание порции топлива из инжекционной трубки карбюратора за счет разряжения всасываемого в цилиндры двигателей воздуха происходит в аэродинамической диффузорной камере карбюратора. Инжекционая трубка карбюратора соединяется напрямую с поплавковой камерой и из нее всасывается топливо, а так как камера представляет собой аэродинамический смеситель – то в этой камере карбюратора сразу приготавливается топливо-воздушная рабочая смесь, уже готовая к сгоранию, т.е. с необходимым количеством бензина в топливо-воздушной смеси. Количество топлива и самой топливо-воздушной рабочей смеси управляется нижней дроссельной заслонкой, а в верхней части карбюратора обязательно имеется воздушная заслонка, которой можно управлять величиной разряжения в смесительной камере карбюратора, а следовательно количеством всасываемого топлива, т.е. обогащением или обеднением рабочей смеси.

Впрочем это принцип действия только камеры разряжения карбюратора, но обычно он имеет несколько специальных систем для обеспечения всех необходимых режимов работы. Таким образом, когда поршень в цилиндре двигателя движется вниз в его верхней части образуется сильное разряжение (вакуум), а расположенный сверху карбюратор за счет инжекции всасывает необходимое количество топлива, подготавливает рабочую топливо-воздушную смесь в необходимых пропорциях воздуха и топлива для сгорания непосредственно в цилиндрах двигателя.

Все карбюраторы могут обеспечить различные режимы работы двигателя за счет применения различных систем: главной дозирующей системы, системы холостого хода, экономайзера, насоса ускорителя, системы принудительного холостого хода и т. д. и имеют необходимые для этого механические устройства, а также поплавковую камеру с поплавком для хранения необходимого количества топлива и обеспечения требуемого уровня за счет игольчатого клапана на входе. Таким образом, достигается процесс карбюрации, т. е. регулирования состава топливовоздушной смеси, поступающей в цилиндры двигателя. На серийных автомобилях устанавливается один одно– или многокамерный карбюратор на впускном коллекторе.

Управление карбюратором осуществляется от педали акселератора и рычажка воздушной заслонки рычажно-тросового типа с гибким тросом, а также с помощью системы автоматического слежения в виде вакуумных диафрагменных устройств и пр.

Подача топлива в карбюратор осуществляется с помощью диафрагменного бензонасоса. В нем функцию нагнетания осуществляет подпружиненная возвратно герметичная диафрагма, которая при движении вверх подает топливо под давлением на впуск карбюратора, т.е. непосредственно в поплавковую камеру. Если поплавковая камера карбюратора уже заполнена топливом, то ее ограничительный клапан не пропускает порции закачиваемого топлива, а находящийся клапан уже в бензонасосе зависает под избыточным давлением и бензонасос прокачивает топливо в возвратную линию, а не в карбюратор. Бензонасосы такого типа имеют непосредственный привод от кулачка приводного вала, поэтому работают в непрерывном режиме и отсек подачи топлива-обязательное условие для его конструкции. Сама диафрагма бензонасоса при этом двигается вверх-вниз. При движении вверх она нагнетает топливо, а при движении вниз-всасывает его из топливного бака через топливопроводы. Внутри бензобака на всасывании установлен сетчатый фильтр, как и в самом бензонасосе также может быть установлен сетчатый фильтр на его входе для удаления крупных абразивных частиц, возможно попавших в топливо. Кроме этого в системе подачи топлива применен еще и фильтр тонкой очистки топлива одноразового типа, как правило в прозрачном стакане, что бы было видно степень его загрязнения

Бензонасосы такого типа имеют разборный корпус, состоящий из опоры и верхней крышки, между которыми зажимается герметичная диафрагма, внутри корпуса имеются несколько впускных или выпускных клапанов. Но для легковых автомобилей обычно применяют впускной и один выпускной клапан, а ход диафрагмы при этом обеспечивает необходимую производительность бензонасоса и его напорные характеристики. Бензонасос также имеет внизу рычажок для прокачки пальцем, если пуск двигателя затруднен (например, при воздушных пробках в топливопроводах, когда требуется предварительная накачка топлива к карбюратору).Диафрагма бензонасоса выполнена из прорезиненной ткани, имеет верхнюю и нижнюю крышки и может при работе прорваться, поэтому бензонасос прекращает подачу топлива в карбюратор, но диафрагма может быть легко заменена в этом случае путем разборки бензонасоса, ее снятием и дефектацией. Кроме этого в бензонасосе могут выйти из строя клапанные устройства, поэтому их замена производится вместе с корпусом бензонасоса.

Попадание в цилиндры топлива с частицами загрязнения вообще не допускается в виду возможных абразивных задиров и износов стенок цилиндров, а фильтр тонкой очистки удаляет смолообразные загрязнения, т.е. способствует уменьшению дымности и других отработавших газов в автомобиле.

На грузовых автомобилях могут устанавливаться фильтры-отстойники для топлива с керамическими сменными внутренними элементами. Кроме того, в бензонасосе и, например, карбюраторе устанавливаются сетчатые фильтры для улавливания крупных частиц, попадающих вместе с подводимым топливом. Основными типами топливных насосов являются диафрагменный (бензиновые двигатели) с приводом с помощью рычажка; толкаемого кулачком, а также подкачивающий ручной поршенькового типа и насос высокого давления (дизели).

Кроме карбюраторов на бензиновых двигателях могут применяться системы подачи топлива, которые представляют собой пневматическую или электропневматическую форсунку, подающую по команде микропроцессора необходимую порцию топлива во впускной коллектор, в котором оно смешивается с воздухом.

Управление подачи топлива, происходит в зависимости от частоты вращения двигателя и нагрузочных режимов. Впрыск может быть через одну форсунку или через форсунки, устанавливаемые на каждый цилиндр и т. д. За рубежом разработано достаточно много систем впрыска (K-Itronik, Bosch-Motronik и т. д.) с электронными устройствами, обеспечивающими механическую или электронную дозировку регулирование смеси: регуляторы коррекции и давления управления; дозатор-распределитель топлива и т. д.

В данном случае системы впрыска занимают промежуточное положение между карбюраторными и дизельными системами и имеют массу преимуществ от последних:

– почти сравнимая с дизелями экономичность (но коэффициент избытка воздуха для обедненных смесей меньше),поэтому это еще и альтернатива дизелям для легковых автомобилей,

– повышенная мощность (например, литровая по сравнению с карбюраторными и даже маленькими дизелями),

– организация процесса сгорания с менее токсичными выбросами (цикл сгорания получается смешанного типа, а если при этом еще использовать наддув – то переходит полностью к этому типу).

Кроме того, системы впрыска также имеют еще и Дополнительные преимущества:

– обеспечивают более высокую динамичность, за счет регулирования состава топливо-воздушной смеси управлением работой форсунок, – имеют в своем составе обязательно датчик кислорода («Лямбда-зонд») и что очень важно: обратную связь в электронной цепи управления по показателям токсичности отработавших газов, что позволяет ее регулировать и в целом снижать,

– электронное цифровое управление (или зажигание),что дает возможность улучшать процесс сгорания и повышать индикаторные показатели цикла сгорания,

– современные электронные системы, кроме того, носят название комплексных микропроцессорных систем управления двигателем и обладают также дополнительными функциями взаимодействия и передачи управляющих сигналов от других агрегатов (коробка передач, антиблокировочные системы, электронная педаль газа и т.п.).

На впускном коллекторе, т. е. перед карбюратором или форсунками впрыска топлива, устанавливаются воздушные фильтры (это же касается и дизельных двигателей), которые не позволяют проникать внутрь цилиндров крупным частицам пыли, вызывающим механический абразивный износ зеркала цилиндра и приводящим двигатели в негодность или значительно снижающим его долговечность. Это реализуется за счет использования коробки фильтра с воздухозаборником и непосредственно сменным воздушным (сейчас одноразовые) фильтром с гофрированным и пенистым наполнителями. Кроме того, могут применяться специальные воздушные каналы с масляными ваннами лабиринтного типа или корпуса фильтров больших размеров сложной формы, в которых удается значительно гасить скорость засасываемых крупных частиц, а также несколько снижать шум работы двигателя путем экранирования.

Дизельные двигатели со времен их появления (изобретения Р. Дизеля) имеют типичную схему, основой которой являются форсунки в цилиндрах, подающие топливо, топливный насос высокого давления плунжерного типа с рейкой управления, центробежным и скоростным регулятором, топливная аппаратура, фильтры очистки топлива. Кроме многосекционного топливного насоса высокого давления может применяться насос распределительного типа, фильтры очистки топлива с керамическими, бумажными и пр. наполнителями или с внутренним коническим дефлектором. Основным новшеством для дизельных двигателей на протяжении последних двух десятилетий является применение наддува с помощью турбокомпрессора. Форсунки дизелей имеют также самую распространенную схему в виде подпружиненной иглы с конусом у основания и открытое сопловое отверстие, а также микроскопические сопловые сверления в корпусе, которые направляют факел топлива в цилиндре.

Принцип взрывного самовоспламенеия топлива от его сжатия был изобретен уже очень давно: схема Ривса одного из первых типов автомобильных повозок имела вертикальный ствол, в котором под действием груза падал поршень, а под им подавалось жидкое топливо. Под действием сильного сжатия оно взрывалось внутри ствола и поршень выскакивал вверх до упора, и имел цепной привод к колесам и за счет каждого такого внутреннего взрыва топлива такая повозка на колесах могла двигаться. Дизельное топливо имеет такие свойства самовоспламенения при сжатии внутри цилиндра, поэтому для дизеля не требуется искровое зажигания, а – достаточно лишь высокой степени сжатия в камере сгорания или хотя бы калильных нагреваемых свечей. Поэтому современные дизеля работают от самовоспламенения при сжатии в цилиндрах топлива впрыскиваемого через форсунку. Этот рабочий процесс тем более интенсивен, чем выше степень сжатия и давление впрыскиваемого топлива, а так же зависит от наддува и пр.

Газобаллонные автомобили, работающие на сжиженной пропанобутановой смеси, имеют для легкового автомобиля: редуктор с испарителем, фильтр газа с магистральным электронным вентилем, расходный вентиль для жидкой фазы с расходным вентилем для пара, наполнительный вентиль с вентилем максимального заполнения баллона и предохранительным клапаном. На автомобиле устанавливается один большой баллон. Автомобили, работающие на сжатом природном газе, имеют несколько баллонов с соединительной магистралью и заправочный и основные вентили; подогреватель (от отработавших газов), одноступенчатый газовый редуктор высокого давления и керамический фильтр.

Система выпуска отработавших газов

Система выпуска отработавших газов включает в себя патрубки глушителей и трубы выпускного коллектора, минимум два глушителя отработавших газов (для мотоциклов может быть и один), внутри которых имеются множественные каналы и перегородки со сверлением для снижения звука и мощности отработавших газов (скорости их истечения).

На зарубежных легковых бензиновых и дизельных, а также многих грузовых двигателях, устанавливают нейтрализаторы отработавших газов для уменьшения их токсичности (катализаторы, нейтрализаторы, трех-компонентные, сажевые фильтры, дожигатели). Их основу в большинстве своем составляют керамические-пористые материалы с платино-иридиевым покрытием, что обычно удорожает стоимость системы. Для мотоциклов можно применять также специальные диффузоры на выпуске (резонаторы, которые повышают мощность двигателя). При применении нейтрализаторов для обеспечения долговечности их работы требуется использовать топливо без тетраэтилсвинца, поэтому используются другие смеси и добавки.