Автомобили и автомобильное хозяйство

1 а) Компоновочные схемы легковых автомобилей

   Компоновочная схема автомобиля определяется расположением силового агрегата, числом и расположением ведущих мостов, типом кузова, числом дверей, расположением багажника.

 Все отечественные  легковые автомобили можно разделить  на три характерные компоновочные  схемы:

1.  Классическая  схема (заднеприводная) - силовой агрегат переднего продольного расположения, ведущий мост задний, привод осуществляется карданными валами (валом) на главную передачу с дифференциалом, багажник в задней  части кузова. Характерными представителями классической компоновки являются все легковые автомобили: ОАО ГАЗ серии «Волга», ОАО «АвтоВАЗ»   первого   поколения,   ОАО «АЗЛК» модели Москвич-2140.

2.  Переднеприводная схема - силовой агрегат переднего продольного или поперечного расположения, ведущий мост передний, привод осуществляется валами от главной передачи с дифференциалами, багажник в задней части кузова.

Характерными  представителями' переднеприводной схемы компоновки являются легковые автомобили: ОАО «АвтоВАЗ» серий «Спутник», «Самара», «Ока», ОАО «АЗЛК» модель АЗЛК-2141, ОАО «ЗАЗ» модель Таврия.

3.  Заднемоторная  схема - силовой агрегат заднего  продольного или поперечного  расположения, ведущий мост задний, привод осуществляется валами

от главной  передачи с дифференциалом, багажник в передней части кузова.

Характерными представителями заднемоторной схемы компоновки являются легковые автомобили: ОАО «ЗАЗ» серии «Запорожец».

Тип кузова легкового  автомобиля определяется числом объемов  функциональных отсеков и конструктивным исполнением. По числу объемов кузова подразделяются:

-  на трехобъемные - моторный отсек; салон; багажник, что характерно для лимузинов, седанов, купе и кабриолетов;

-  на двухобъемные - моторный отсек; салон, когда объемы багажника и салона объединены, что характерно для универсалов и хэтчбеков;

Однообъемные  — моторный отсек, салон и багажник объединены в одно целое, что характерно для минивэнов с центральным расположением силового агрегата.

По числу  мест легковые автомобили подразделяются на двухместные -спортивного типа; четырех-, пяти-, семиместные - семейные и представительские и автомобили особо малого класса с числом мест по формуле «2+2», когда два передних сиденья - полноценные, а два задних места - для детей.

Анализ развития компоновочных схем модельного ряда легковых автомобилей 2001 года, включающего  в себя 1387 моделей, показал, что лидирующее положение занимает переднеприводная компоновка (59,7%) и классическая компоновка (32,6%). Перспективным направлением можно считать распространение полноприводных легковых автомобилей. Заднемоторная компоновка практически не имеет перспектив дальнейшего развития.

1 б) Преимущества и недостатки копотной компоновки грузового автомобиля

   Классическая копотная компоновка грузового автомобиля -двигатель расположен над передней осью продольно, ведущие колеса задние, кабина находится внутри базы между двигателем и грузовой платформой.

 Положительные  качества. К достоинствам грузового автомобиля классической капотной компоновки можно отнести следующие:

1. Самое оптимальное  распределение веса по осям  ( 66-72% на заднюю ведущую ось в полностью груженом состоянии и более 50% в варианте без нагрузки; это оптимально, если на задней оси стоят двухскатные колеса, так как обеспечивается максимальное использование грузоподъемности и сцепных свойств шин).

2. Обеспечивается  наивысшая проходимость автомобиля  и в груженом, и в порожнем  состояниях по сравнению с  другими компоновочными схемами  грузовиков для варианта колесной  формулы 4x2 (так как лучше нагружены  ведущие колеса ).

3. Удобное  расположение рабочего места  водителя с точки зрения легкости  обеспечения контроля и управления  двигателем.

4. Удобство  посадки в кабину и выхода  из нее, возможность обеспечения  трех мест в кабине.

5. Хорошая  доступность к двигателю, легкость  его демонтажа при ремонтах.

 Отрицательные  качества. Это, как правило, предопределяет  его наибольшую материалоемкость  и себестоимость. Самая большая  колесная база капотника приводит к его наихудшей маневренности. Машина также имеет карданную передачу наибольшей длины, обзорность с места водителя далеко не самая лучшая.

 Одним  из главных показателей, определяющих  потенциальную производительность  грузового автомобиля, является  площадь грузовой платформы. Для  сравнения различных компоновочных  схем грузовиков но этому признаку удобно применить так называемый коэффициент использования габаритов автомобиля (Кг), который представляет собой отношение площади пола платформы к площади, занимаемой автомобилем. Для рассмотренной капотной компоновки грузового автомобиля Кг = 0,5-0,57.

2 а) Сравнительная характеристика  работы дизельных и карбюраторных  двигателей.

   Конструктивно дизельные двигатели, как и бензиновые, относятся к двигателям внутреннего сгорания. Главным их отличием является устройство системы питания и процесс сгорания топлива. В цилиндры дизеля всасывается чистый воздух. Затем он сжимается до степени сжатия в среднем 21-22 и при этом нагревается до высоких температур, порядка 600o С. После этого в камеру сгорания впрыскивается топливо, которое самовозгорается, и происходит рабочий цикл. Таким образом, свечей зажигания, в отличие от бензиновых силовых агрегатов, для дизелей не требуется.

   Для подачи топлива в дизельных силовых установках используется специальный топливный насос высокого давления (ТНВД), который также распределяет топливо по цилиндрам и производит впрыск через форсунки в строго определенный момент времени, определяемый углом опережения впрыска. ТНВД и форсунки являются устройствами прецизионной точности. Плунжеры насоса и штифты форсунок в процессе работы смазываются поступающим дизельным топливом. Поэтому исключительно важна чистота подаваемого топлива. Топливо не должно содержать механических примесей, воды, а также соединений серы, которые сильно изнашивают ТНВД. Для очистки топлива используются специальные фильтры грубой и тонкой очистки, которые, согласно инструкции, нужно периодически очищать и заменять. Излишки топлива, образующиеся в процессе работы, отводятся от форсунок и ТНВД по трубопроводу и направляются обратно в бак.

   Процесс сгорания топлива в дизелях происходит при большом давлении, поэтому силы, воздействующие на цилиндропоршневую группу, выше, чем в бензиновых двигателях. Шумность дизеля выше, чем у бензиновых моторов, что тоже объясняется особенностями сгорания топлива.

   В то же время имеется целый ряд преимуществ дизельного двигателя, обеспечивающих последнему широкое распространение. Во-первых, это высокие надежность и моторесурс. Во-вторых, двигатели подобного типа более экономичны, в том числе и на холостом ходу. Дизели обеспечивают высокий крутящий момент, с вытекающим отсюда улучшением тяговых характеристик автомобиля. При одинаковой мощности с бензиновым двигателем, крутящий момент дизеля существенно выше. И, наконец, пожаробезопасность: дизельное топливо с трудом воспламеняется от огня на воздухе.

Показатели  работы автомобильного двигателя.

   Мощность, развиваемую газами внутри цилиндров двигателя, называют индикаторной, а мощность, получаемую на коленчатом валу двигателя, — эффективной. Эффективная мощность меньше индикаторной на величину потери мощности на трение и приведение в действие кривошипно-шатунного механизма и механизма газораспределения, вентилятора, жидкостного, масляного и .топливного насосов, генератора тока и других вспомогательных механизмов.

   Крутящий момент и эффективная мощность тем больше, чем больше рабочий объем двигателя (диаметр и число цилиндров, ход поршня) и чем выше наполнение цилиндров горючей смесью (или воздухом) и степень сжатия.

Эффективная мощность дизеля зависит также от частоты вращения коленчатого вала, количества впрыскиваемого топлива  и момента начала впрыскивания.

   Мощность карбюраторного и газового двигателей также зависит от частоты вращения коленчатого вала, состава горючей смеси и момента искрового разряда между электродами свечи.

   Литровая мощность (кВт/л) — отношение максимальной эффективной мощности двигателя к его рабочему объему (литражу). Повышают литровую мощность увеличением частоты вращения коленчатого вала и применением наддува.

  Так как у дизеля в режиме максимальной мощности частота вращения коленчатого вала намного меньше, а состав смеси беднее, чем у карбюраторного или газового двигателя, то и литровая мощность его составляет не более 20 кВт/л, тогда как у карбюраторных и газовых двигателей она достигает 20—50 кВт/л (большее значение — для легковых автомобилей). Объясняется это тем, что у дизеля больше масса поршня и других деталей кривошипно-шатунного механизма, совершающих возвратно-поступательное движение. Поэтому, чтобы предотвратить чрезмерное возрастание сил инерции этих деталей, частоту вращения коленчатого вала дизеля в режиме максимальной мощности ограничивают существенно меньшими значениями. Более бедные составы смесей, сжигаемых в дизелях, обусловлены малым временем, отводимым на процессы смесеобразования (порядка 0,002—0,004 с).

   Удельный эффективный расход топлива [г/(кВт • ч)] — количество топлива в граммах, расходуемого двигателем на получение в течение 1 ч эффективной мощности в 1 кВт.  Удельный эффективный расход топлива является показателем экономичности двигателя. В технической характеристике двигателя обычно указывают минимальный удельный расход топлива при работе двигателя по внешней скоростной характеристике, который составляет для дизелей 200—230 г/(кВт • ч), а для карбюраторных двигателей — 245—305 г/(кВт • ч).

   Таким образом, подведя итоги можно назвать ряд основных преимуществ и недостатков дизельных и карбюраторных двигателей друг перед другом.

   Дизели более экономичны по расходу топлива, чем карбюраторные и газовые двигатели. Это объясняется высокой степенью сжатия, улучшающей использование выделяющейся теплоты в результате большего расширения продуктов сгорания в течение рабочего хода.

   Кроме того, дизели потребляют более дешевые сорта нефтяных топлив и менее опасны в пожарном отношении. Дизели имеют большой ресурс до капитального ремонта (400—800 тыс. км пробега автомобиля).

Однако дизели дороже в производстве (в 1,5—2 раза) и имеют большую массу, чем  карбюраторные и газовые двигатели, поэтому их устанавливают на автомобили большой и особо большой грузоподъемности — МАЗ, КрАЗ, КамАЗ, а в ближайшее время предполагается увеличить выпуск дизельных грузовых автомобилей ЗИЛ и ГАЗ.

3 Внешняя скоростная характеристика  двигателя. Понятие коэффициента  приспосабливаемости двигателя.

   Наиболее объективную оценку динамических качеств автомобильного двигателя можно получить при анализе его внешней скоростной характеристики. Внешняя скоростная характеристика представляет собой зависимость показателей работы двигателя (мощности, крутящего момента, коэффициента наполнения цилиндров, удельного эффективного расхода топлива и др.) от частоты вращения коленчатого вала (КВ) при неизменном положении органа управления, обеспечивающем максимальную подачу топлива в цилиндры.

   Важным параметром автомобильного двигателя, позволяющим оценить устойчивость его режима при работе по внешней скоростной характеристике, является коэффициент приспособляемости (k). Значение определяется отношением максимального крутящего момента к номинальному крутящему моменту, развиваемому двигателем на номинальной мощности при номинальной частоте вращения КВ. Особенно заметно значимость этого параметра проявляется в случае преодоления автомобилем крутых подъемов. Чем больше значение к, тем большее сопротивление движению может преодолеть автомобиль без переключения коробки передач на пониженную передачу. Важное значение при этом имеет и диапазон изменения частоты вращения КВ, в котором двигатель устойчиво работает: чем больше этот диапазон, тем лучшими динамическими качествами обладает автомобиль, тем легче управление двигателем. Скоростной диапазон устойчивой работы двигателя оценивается скоростным коэффициентом (kс), представляющим собой отношение частоты вращения КВ при максимальном крутящем моменте к номинальной частоте вращения. Отсюда следует, что чем больше диапазон устойчивой работы двигателя, тем меньше значение kс. Это означает, что при прочих равных параметрах сравниваемых автомобилей предпочтение следует отдать автомобилю, двигатель которого характеризуется меньшим значением kс.

   Следует назвать и еще один важный показатель, который достаточно часто применяется для оценки динамических качеств легковых автомобилей, - это приёмистость. Под приёмистостью обычно понимается время разгона автомобиля с места до скорости 100 км/ч. Этот показатель во многом определяется значениями k и kс, но, кроме того, он зависит от соотношения номинальной мощности двигателя и массы автомобиля. Чем меньше масса автомобиля, приходящаяся на единицу номинальной мощности двигателя, тем меньше времени требуется автомобилю для достижения указанной скорости. Очевидно, что приёмистость автомобиля с дизельным двигателем той же мощности, что и у бензинового, будет несколько хуже, так как удельная масса такого автомобиля больше. Заметим, чтс приёмистость отдельных спортивных автомобилей, подвергнутых тюнингу, оценивается временем менее 5 секунд.

   Четверть века назад бензиновые автомобильные двигатели имели k = 1,25...1,35, тогда как для дизельных двигателей были характерны значения k = 1,05...1,15, при этом меньшие значения коэффициента приспособляемости имелись у двигателей с наддувом. Скоростной коэффициент для бензиновых двигателей составлял kс = 0,45...0,55, а для дизельных двигателей - соответственно kс = 0,55...0,70, достигая при высоком наддуве значения 0,8.

   Для улучшения названных выше параметров автомобильных двигателей выполняют как в отдельности, так и комбинированно следующие основные мероприятия: