Мой собственный кусочек Internet'a Голосов: 1 Адрес блога: http://own.in.ua/ Добавлен: 2011-03-19 14:07:40

Почему автомобили должны быть «быстрыми»

2011-07-15 13:46:54 (читать в оригинале)

Речь пойдет о выборе мощности автомобильных двигателей. Чем она обусловлена? С 1976 года максимальная скорость у нас ограничена такими цифрами: 60 км/час в городах и 90 км/час на дорогах. Зачем же выпускать автомобили с моторами, позволяющими развивать 130-150 км/час? Может быть такие двигатели вообще не нужны? А может, уменьшив, сократив «лошадиные силы», мы снизим количество аварий и сбережем немало ценнейшего энергетического сырья — нефти? Как показывает почта редакции, эти вопросы волнуют многих автолюбителей.

Мы попросили изложить современные взгляды на эту тему специалистов научно-исследовательского автомобильного и автомоторного института (НАМИ) доктора технических наук Б. М. ФИТТЕРМАНА и кандидата технических наук А. Г. ШМИДТА.

Порой автомобилисты после более или менее продолжительных рассуждений задаются вопросом, зачем массовому легковому автомобилю высокая мощность, высокая скорость. Одни подходят к нему с осторожным недоумением, другие — с запальчивой убежденностью.

Давайте внесем ясность. Начнем с того, что говорить следует не об абсолютной мощности двигателя, а об удельной, то есть о тех «лошадиных силах», которые приходятся на тонну массы автомобиля в снаряженном состоянии, — только так можно вообще оценивать машины разных классов. Поэтому в дальнейшем, говоря о «мощности», мы, естественно, будем подразумевать ее удельное значение, то есть отнесенное к массе машины. Во всем мире этот параметр для современных массовых легковых автомобилей лежит в пределах от 45 до 65 л. с./т. Почему так?

Три важных обстоятельства

Одно из основных достоинств автомобиля — универсальность и мобильность. На своем «Запорожце» или «Жигулях» вы ездите зимой и летом, в городе и по шоссе, в одиночку и с тремя четырьмя товарищами. Ваш автомобиль — как та солдатская шинель, которая и подстилка, и одеяло, и подушка. Говорить о том, что для эксплуатации в городе вам нужен один, а для поездки в отпуск другой автомобиль с иной мощностью двигателя (и, кроме того, с разными коробкой передач и задним мостом), по меньшей мере, нереально. Во всем мире автомобильные фирмы, выпуская машины с одинаковыми кузовами и разными по мощности силовыми агрегатами, в первую очередь рассчитывают не на разные условия эксплуатации, а на то, чтобы охватить возможно более широкий круг потребителей.

Второе. Мощность влияет на многие эксплуатационные показатели, изменения ее в ту или иную сторону улучшают одни из них и одновременно ухудшают другие. Поэтому выбор мощности всегда представляет собой более или менее удачный компромисс между динамикой и экономичностью, долговечностью и весом и т. д.

И третье. Сама по себе скрытая возможность машины двигаться с той или иной скоростью не может быть причиной аварии. Не конструктор, не автомобиль, а водитель выбирает порой скорость, не соответствующую конкретной дорожной обстановке. Хотя часто именно высокая динамика (достаточный запас мощности) позволяет избежать опасных ситуаций.

А теперь давайте рассмотрим, как влияет мощность двигателя на некоторые важные эксплуатационные показатели автомобиля. Пусть вас не смущают сложные на первый взгляд словосочетания «безопасная дистанция», «обгонные качества автомобиля», «кривая мощностной характеристики» и другие. Это термины, и они, в конечном счете, не осложняют, а облегчают восприятие.

Существует мнение, что в условиях интенсивного городского движения средняя фактическая скорость мало зависит от мощности двигателя (если, конечно, она не настолько мала, чтобы создавать помехи движению), а определяется средней скоростью всего транспортного потока. Верно ли такое утверждение? Лишь в том частном случае, когда автомобиль на протяжении всего маршрута не выходит из этого потока. В реальных же условиях как шоссейного, так и особенно городского движения водителю не раз приходится покидать поток и вновь вливаться в него, пересекать нерегулируемые перекрестки, совершать обгон и ряд других маневров, в которых очень важна хорошая приемистость автомобиля.

Более динамичная машина позволяет быстро и, главное, безопасно совершать эти маневры. Ведь очевидно, что в условиях интенсивного движения вероятность появления больших дистанций между машинами невелика. Значит, водитель автомобиля с низкими разгонными качествами вынужден будет значительно дольше ждать подходящей для совершения маневра дистанции. А это отрицательно повлияет на время преодоления заданного маршрута (вариант «авось», который чреват опасными последствиями, мы не рассматриваем).

«А» и «Б» выходят на шоссе

Проиллюстрируем изложенное на примере машин особо малого класса.

Рассмотрим два варианта одного и того же автомобиля, различающиеся удельной мощностью двигателя. У «А» удельная мощность 40 л. с./т, у «Б» — 60 л. с./т. Мы намеренно не хотим называть конкретные модели — тогда пришлось бы оценивать не двигатели, а автомобили в целом. Естественно, что сопоставление вариантов по приемистости (таблица 1) правомерно лишь при условии, что их двигатели одинаковы по степени технического совершенства (в отношении характера протекания кривых в мощностных, скоростных, разгонных и экономических характеристиках).

Теперь, «держа в уме» данные таблицы 1, рассмотрим показанную на рисунке дорожную ситуацию, когда автомобилю, который стоит у тротуара (в городе) или на обочине (на шоссе), необходимо безопасно и не создавая помех движению влиться в поток, катящийся со скоростью (соответственно в городе и на шоссе) 60 или 90 км/час. Практически это то же самое, как и в случае, если ему надо выехать на главную дорогу с бокового проезда на нерегулируемом перекрестке. Как вы это делаете? Выжидаете подходящую дистанцию между машинами и, когда задняя часть первого из проходящих автомобилей поровнялась с передней частью вашего, разгоняетесь с максимальной интенсивностью до скорости движения потока.

Безопасным и не создающим помех движению указанный маневр может стать лишь в том случае, если по его окончании расстояния между вашим, впереди и сзади идущими автомобилями не будут меньше дистанции безопасности. Будем считать ее для сухой дороги (при ограниченной Правилами скорости потока в 60 и 90 км/час) равной соответственно 30 и 45 метрам. Тут заметим, что в смысле использования проезжей части дороги и ее пропускной способности весьма существенно, чтобы в момент завершения маневра (то есть когда ваша машина достигла скорости потока) расстояние до идущего впереди автомобиля не было чрезмерно большим. В таблице 2 даны значения минимальной дистанции между машинами в транспортном потоке, необходимой для безопасного выполнения рассматриваемого маневра автомобилями с различной мощностью двигателей. В ней приведены и величины расстояния до идущей впереди машины в момент завершения маневра.

Автомобилю «А», как видите, нужен на 30-40% больший разрыв между идущими одна за другой машинами для того, чтобы влиться в поток. В момент завершения нашего маневра (опять заглядываем в таблицу 2 и рисунок) расстояние до находящейся впереди, в том же ряду машины для автомобиля «А» в городских условиях превысит в три раза безопасную дистанцию, а для автомобиля «Б» — только в два раза. Для загородного шоссе такой «запас дистанции» составит соответственно 5,9 и 3,8 раза. Вывод ясен: машина с плохой приемистостью всегда «душит» пропускную способность улиц и дорог. Вот и один из ответов на вопрос, для чего современному автомобилю значительный запас мощности. К аналогичным выводам приводит исследование способности автомобиля к перестроению со сменой полосы движения.

Идем на обгон

Одним из наиболее неблагоприятных в смысле безопасности движения является случай обгона автопоезда, который идет по дороге с однополосным в каждом направлении движением с предельно допустимой для него скоростью (70 км/час), когда обгоняющий автомобиль вынужден выезжать на полосу встречного движения. Из чего здесь состоит маневр? Водитель обгоняющего автомобиля (имеем в виду легковой) следует за обгоняемым на высшей, четвертой передаче со скоростью 70 км/час и выбирает момент, когда расстояние до встречного транспорта (в наихудшем случае движущегося со скоростью 90 км/час) позволяет сделать это безопасно. Тут обгоняющий переходит на третью передачу, резко набирает допустимую скорость (90 км/час) и совершает обгон (мы не рассматриваем здесь случай с превышением скоростей, то есть нарушением правил движения). Маневр можно считать безопасным лишь в том случае, когда расстояние до встречного транспорта в начале обгона было таким, что в момент его завершения (окончание перехода на первоначальную полосу движения) до встречной машины оставалась безопасная дистанция. Конечно, более мощной машине нужны меньшие время и путь обгона, меньшая дистанция безопасного обгона. Это сделает сам процесс более безопасным. Комментарии излишни? Нет, давайте подумаем над таблицей 3. В ней даны усредненные, как их называют ученые, результаты, которые иллюстрируют зависимость показателей обгонных качеств современного легкового автомобиля от мощности используемого на нем двигателя (удельной мощности).

На первый взгляд кажется, что цифры практически одинаковы. Совсем нет: ведь «А» совершает обгон почти на пределе. Непредвиденное обстоятельство — и запаса уже не хватает. А у варианта «Б» он есть. Мы уж не говорим о возможном подъеме, большей, чем полагается, нагрузке и т. п.

Таким образом, в условиях реального движения автомобилю часто приходится совершать маневры, в которых высокая приемистость, обеспечиваемая достаточным запасом мощности, приобретает очень важное, порой решающее для безопасности значение.

Позвольте посомневаться!

Анализ, который мы сейчас вместе провели, показывает, что в числе условий, определяющих необходимую мощность двигателя для проектируемого автомобиля, не последнее значение имеют требования к его разгонным качествам. Очевидно, что число «лошадиных сил», которое сообщает машине высокую приемистость, значительно выше нужных для обеспечения движения с максимально допустимыми скоростями. Поэтому современные автомобили способны развивать значительно более высокие скорости, чем это допускают введенные ограничения.

Но позвольте посомневаться, возразит технически подкованный читатель. Не проще ли получить хорошую динамику подбором передаточных чисел в трансмиссии? Стоит только дать соответствующие набор передач в коробке и отношение шестерен в ведущем мосту, чтобы обеспечить достаточно интенсивный разгон даже при маломощном двигателе. И пусть при этом пострадает максимальная скорость. Почему бы не сделать так?

Да, можно, но... Резко увеличится износ самого двигателя. Ведь вам придется значительное время пользоваться низшими передачами, а коленчатый вал при той же скорости на каждом километре пути будет совершать во столько раз больше оборотов, во сколько раз будет изменено передаточное число. Увеличится износ синхронизаторов и шестерен коробки передач, дисков и пружин сцепления (частые переключения). Нужно будет смириться с шумом в салоне и более интенсивной работой водителя. Да и расход топлива, как это ни странно, не упадет, а, при определенных условиях, даже возрастет. Ведь если мы примем расход бензина на прямой передаче за единицу, то на низших он вырастает во столько раз, во сколько увеличивается время движения на них и передаточное число. Вот так!

Автомобильная наука сегодня считает, что наивыгоднейшие показатели обгонной динамики и топливной экономичности (вот он компромисс!) требуют соотношения передаточных чисел между высшей (прямой) и предшествующей передачами трансмиссии в пределах от 1,3 до 1,4. Исходя из этого, если вы для безопасного обгона должны иметь возможность двигаться на третьей передаче со скоростью 95-100 км/час (нужен запас!), прямая передача автоматически дает вам те самые 130-140 км/час, которые вы видите в технической характеристике современной модели.

До сих пор мы с вами рассматривали возможность средней скорости движения с определенной удельной мощностью на примере двух вариантов автомобилей, которые принадлежат к особо малому классу. Если же говорить об автомобилях класса «Москвича» или «Жигулей», то для них нужен еще больший запас мощности, и, соответственно, у них выше приемистость и максимальная скорость.

Это все правильно, скажут иные водители, но ведь автомобиль, который может развивать 140-150 км/час, просто опасен, и поэтому все приведенные тут доводы вряд ли нужны... На это легко возразить: опасен, повторяем, не автомобиль, опасен неопытный или слишком самонадеянный водитель, который не соразмеряет свои возможности с возможностью машины и дорожными условиями.

И после аварии надо винить не конструктора, который снабдил автомобиль резервами мощности, а его владельца, легкомысленно распорядившегося этими резервами. И как раз. чтобы предотвратить легкомысленные (трудно найти другое слово) действия водителей, на наших дорогах и введены ограничения максимальной скорости движения. И никому не дано права их не соблюдать.

Однако факт существования этих ограничений вовсе не является основанием для постановки вопроса о снижении мощностей двигателей у современных легковых автомобилей.

Показатель	Вариант автомобиля
	«А»	«Б»
Время разгона, сек
от 0 до скорости 60 км/ч	14.0	9.6
от 0 до скорости 90 км/ч	27.8	17.7
от 40 км/ч до 60 км/ч	6.5	4.1
от 60 км/ч до 90 км/ч	14.2	8.2
Путь разгона, м
от 0 до скорости 60 км/ч	140	95
от 0 до скорости 90 км/ч	430	270
от 40 км/ч до 60 км/ч	80	55
от 60 км/ч до 90 км/ч	300	170

Показатель	Вариант автомобиля
	«А»	«Б»
Необходимая минимальная дистанция для вхождения в поток
в городе (скорость потока 60 км/ч)	128	99
на шоссе (скорость потока 90 км/ч)	312	221
Расстояние до идущего впереди автомобиля в момент завершения маневра вхождения в поток при тех же скоростях, м:
в городе	93	65
на шоссе	265	172

Усредненные показатели способности совершения обгона автопоезда определенной длины	Вариант автомобиля
	«А»	«Б»
Время обгона, сек	21.3	20.2
Путь обгона, м	510	462
Дистанция безопасного обгона, м	1140	1100

---

Турбонаддув

2011-07-15 08:55:59 (читать в оригинале)

В ряду больших и малых новинок, показанных в последних автомобильных салонах, не остались незамеченными несколько легковых моделей («За рулем», 1979, № 3), двигатели которых оснащены системой турбонаддува. Их появление расценено специалистами как многообещающая тенденция. Что же представляет собой турбонаддув и почему сегодня он привлекает внимание конструкторов?

Наддувом называют увеличение наполнения цилиндров подачей под давлением воздуха или горючей смеси в систему питания. Известно, что для сгорания топлива в цилиндре требуется определенное количество воздуха (теоретически 15 кг на 1 кг бензина). Стало быть, чем больше воздуха мы подадим в цилиндр, тем больше там можно сжечь топлива и получить большую мощность. Однако объем воздуха, «вдыхаемый» цилиндрами при впуске, ограничен конструктивными параметрами двигателя: объемом цилиндров и системой впуска. Поэтому есть только один способ увеличить количество свежего заряда (смеси топлива с воздухом) в данном объеме — повысить его плотность сжатием воздуха. Оно осуществляется специальными агрегатами, называемыми компрессорами, или нагнетателями.

Итак, наддув позволяет существенно поднять мощность и крутящий момент при сохранении рабочего объема и большей части деталей базовой конструкции, что дает возможность сэкономить время на разработку новой модели и выпускать двигатели разной мощности и назначения на одних и тех же производственных площадях. Хороший пример тому — семейство отечественных двигателей ЯМЗ-238 и ЯМЗ-240.

Уже в 20—30-х годах наддув довольно широко использовали для увеличения мощности двигателей — авиационных и гоночных автомобильных. В то время распространение нашли нагнетатели с механическим приводом, получавшие энергию от самого двигателя. Удельная мощность автомобильных гоночных моторов с наддувом достигала 200 и даже 300 л. с./л. Однако столь высокие параметры были оплачены чудовищной прожорливостью этих двигателей, объяснявшейся главным образом большими потерями тепла с отработавшими газами, а также потерей мощности на привод нагнетателя.

Скупая послевоенная действительность предала забвению фантастические параметры «компрессорных» двигателей. Позднее на смену им пришли двигатели, в которых наддув осуществляется за счет энергии отработавших газов — так называемый турбонаддув.

В двигателях с турбонаддувом для сжатия воздуха применяют турбокомпрессоры, состоящие из газовой турбины и компрессора, рабочие колеса которых жестко закреплены на одном валу (рис. 1). Поток газов, имеющих на выходе из двигателя достаточно высокую кинетическую энергию, поступает на лопатки рабочего колеса турбины 4, которое, вращаясь, заставляет работать компрессор 2. Компрессор через трубопровод 1 всасывает воздух и подает его по трубопроводу 3 в цилиндры двигателя под определенным давлением.

Основное достоинство турбонаддува — высокая топливная экономичность, обусловленная использованием части тепла и энергии отработавших газов. Производительность компрессора и, следовательно, прирост мощности тем значительнее, чем выше их температура и давление. Получается, что эффект турбонаддува наиболее ощутим на режимах, близких к максимальной мощности. На переменных режимах, в которых двигатели транспортных машин работают 70-80% времени, отчетливо проявляется отрицательная сторона турбокомпрессора — инерционность: при увеличении открытия дросселя температура и давление отработавших газов возрастают не мгновенно, поэтому скорость вращения компрессора растет пусть с незначительной, но все же с задержкой. С этим связаны худшая приемистость и затрудненный пуск двигателя. Кроме того, энергия отработавших газов на малых нагрузках недостаточна для приведения в движение турбокомпрессора, так как мощность турбины не обеспечивает подачи в цилиндр необходимого количества воздуха.

Поэтому до последнего времени область применения турбокомпрессоров в автомобилестроении ограничивалась двигателями таких машин, для которых характерна работа с большими нагрузками в более или менее постоянном режиме (карьерные самосвалы, магистральные грузовики), а также спортивными двигателями. Немногочисленные попытки выпуска серийных легковых автомобилей с турбонаддувом («Бьюик Ф-85 джетфайр турбо-рокет» и «Шевроле Корвэйр монца» в США — 1962 год, «БМВ-2002 турбо» в ФРГ — 1974 год) из-за отмеченных выше недостатков не принесли заметного коммерческого успеха, и такие модели были быстро сняты с производства.

Но тут в дело вмешались внешние обстоятельства. Энергетический кризис вынудил принять жесткие меры по уменьшению расходов топлива. С этой целью, например, в США принят закон, по которому автомобильные фирмы должны обеспечить к 1985 году снижение среднего расхода топлива выпускаемых ими моделей до 8,5 л/100 км. Столь существенное снижение невозможно без соответствующего уменьшения массы автомобиля. А поскольку большие автомобили по-прежнему популярны в США, фирмы пытаются, в частности, уменьшить их массу и установкой более легкого двигателя меньшего литража. Применение же турбонаддува является выгодным способом поднять мощность, например, V-образного шестицилиндрового двигателя до уровня обычной (без наддува) V-образной «восьмерки». Именно так поступили конструкторы фирмы «Бьюик». Ее модель «Регал турбо» стала первой на американском рынке. За ней подоспели другие: западногерманский «Даймлер-Бенц», шведский СААБ. Стремясь расширить рынок сбыта в США, «Даймлер-Бенц» установил дизель с турбонаддувом (115 л. с.) на известные автомобили семейства «C», для которых мощность пятицилиндрового двигателя без наддува (80 л. с.) была явно недостаточна.

Весьма интересен двигатель «СААБ-турбо». Его конструкторы добивались прежде всего не увеличения максимальной мощности, а увеличения крутящего момента на малых и средних оборотах, то есть лучшей приспособляемости двигателя, позволяющей избегать частого переключения передач. Действительно, литровая мощность двигателя по сравнению с вариантом без наддува стала больше на 26%, а крутящий момент — на 45%! Столь ошеломляющих результатов удалось добиться благодаря малогабаритному турбонагнетателю «Гаррет» с остроумной системой регулирования. Малые габариты компрессора позволяют ввести его в работу при числе оборотов, немногим превышающем обороты холостого хода, а максимальное давление наддува 0,7 атмосферы достигается в диапазоне скоростей вращения коленчатого вала 2500-3000 об/мин. При этом вал турбокомпрессора вращается со скоростью 50000 об/мин!

Система регулирования необходима для того, чтобы термические напряжения, возникающие при слишком высоком давлении подаваемого воздуха (или смеси), не привели к повреждению двигателя. Для этого создаваемый нагнетателем наддув, величина которого обычно составляет 0,7-0,8 атмосферы, ограничивают. Надо отметить, что от типа и совершенства системы регулирования во многом зависит успех применения турбонаддува в целом. На первых порах применяли систему, где перепускной клапан был помещен между компрессором и карбюратором. При достижении давления нагнетаемого воздуха 0,8 атмосферы клапан выпускал его избыток. Эта система наиболее проста, но снижает общий КПД установки. Более совершенны конструкции, в которых давление наддува регулируется за счет отработавших газов, а не за счет свежего воздуха. Это значит, что к турбине поступает точно такое их количество, которое необходимо для достижения требуемого давления наддува.

С этой целью, например, на двигателе «Порше-турбо» (рис. 2) установлен перепускной клапан 7. Он открывается под действием давления нагнетаемого воздуха и направляет часть отработавших газов в обход турбины 9 к глушителю 8. Аналогичная система применена на двигателе «Даймлер-Бенц». В двигателе «СААБ-турбо» перепуск осуществляется под действием давления самих отработавших газов.

Сегодня двигатели с турбонагнетателями для легковых автомобилей работают с давлением наддува 0,7—0,8 атмосферы, а на гоночных моторах — с давлением до 1,5 атмосферы. Их литровая мощность составляет 73-91 л. с. (СААБ, «Порше») и доходит до 220 л. с. на гоночных конструкциях. Применение турбонаддува на серийном двигателе позволяет поднять мощность двигателя на 25-45%, причем расход топлива остается практически неизменным.

У нас в стране дизели с турбонаддувом применяются на самосвалах БелАЗ-548А, углевозах БелАЗ-7525, колесных тракторах «Кировец-К701» и Т-160К. Типичным примером дизеля с турбонаддувом является двигатель ЯМЗ-240М (рис. 3). Опытный образец гоночного автомобиля К-3000 с 3-литровым восьмицилиндровым двигателем, оснащенным турбонагнетателем, построен в 1977 году харьковским автомотоклубом «Трудовые резервы».

Многолетняя работа над совершенствованием турбонаддува позволила в значительной мере устранить влияние его недостатков на нормальную эксплуатацию автомобиля. Однако существенным препятствием на пути более широкого распространения наддува остается довольно высокая стоимость узлов системы. Рассчитанные на работу при высоких температурах (до 1000°С) и скоростях (до 220000 об/мин), они требуют дорогостоящих материалов, обладающих высокой прочностью и жаростойкостью, большой точности изготовления, тщательной сборки и балансировки. Поэтому применение турбонаддува на легковых автомобилях пока довольно ограниченно. Однако, учитывая все его достоинства, можно ожидать, что в не таком далеком будущем он станет столь же распространенным средством форсирования двигателя, как, например, впрыск топлива.

---

Четырехосные вездеходы

2011-07-14 08:57:13 (читать в оригинале)

Снежная целина и глубокий песок, жидкая грязь и болотистая почва — то, что входит в понятие — «бездорожье», не страшно гусеничным машинам, танкам, бронетранспортерам и тягачам. Их сильной стороной является большая площадь опоры, а значит, и малое удельное давление на грунт, хорошая приспособленность к движению по сильно пересеченной местности. И все же для марш-бросков на несколько сотен километров, для перевозок личного состава и боевой техники на дальние расстояния предпочтительнее колесные машины. Они обладают большой скоростью, их ходовая часть менее подвержена износу, однако недостаточно высокая проходимость из-за высокого удельного давления на почву долго оставалась слабым местом колесных машин.

В начале тридцатых годов в армиях многих стран получили широкое распространение трехосные грузовики (у нас, например, ГАЗ-ААА и ЗИС-6), у которых нагрузка на все колеса уже была примерно одинаковой. Следующим шагом в повышении проходимости колесных машин явилось применение привода на все оси. В частности, такую конструкцию имели грузовики «Студебекер». Но им был свойствен недостаток — двускатные задние колеса, двигаясь по следу передних (односкатных) и прокладывая в глубоком песке или снегу уширенную колею, создавали дополнительное сопротивление движению. Правда, в то время уже появились и первые грузовики («Додж», «Бедфорд») с одинаковой шириной колеи всех колес и односкатными шинами. Эта конструкция в 50-х годах получила широкое распространение (ГАЗ-63, ЗИЛ-157К).

Тем не менее, чтобы расширить диапазон применения автомобилей такого типа, пришлось пойти на дальнейшие конструктивные усовершенствования. Централизованная система изменения давления воздуха в шинах («Урал-375», ЗИЛ-131) позволяет двигаться по топкому или рыхлому грунту и сохранять возможность следовать на высокой скорости по шоссейным дорогам.

Много помогло повышению проходимости колесных машин внедрение широкопрофильных шин, независимой подвески колес, самоблокирующих дифференциалов, колесных редукторов для повышения дорожного просвета.

Сегодня армии нужны мощные тягачи и транспортные машины, способные буксировать тяжелые артиллерийские системы, специальные прицепы с боевой техникой. На марше, двигаясь в колонне более быстроходных и легких машин, обладающих высокой проходимостью, они не должны сдерживать общего темпа.

В этих условиях стали незаменимыми колесные машины большой грузоподъемности уже не с тремя, а с четырьмя осями. Это «высшая форма» автомобилей высокой проходимости, в которых нашли воплощение все испытанные конструктивные решения (о них сказано ранее). Современные восьмиколесные тягачи и грузовики по проходимости не уступают гусеничным машинам, обладают высокой надежностью, пригодны для эксплуатации в любое время года и суток, в различных климатических зонах.

Представителями этой группы автомобилей с колесной формулой 8x8 являются МАЗ-535А, МАЗ-543, ЗИЛ-135, БАЗ-135Л4 и «Татра-813».

Среди них можно выделить представителей двух компоновочных схем, каждая из которых имеет свои достоинства. Одни, как например, МАЗ-535A и «Татра-813», имеют классическую, центральную, схему размещения агрегатов трансмиссии. От двигателя через коробку передач и раздаточную коробку крутящий момент передается на центральный, или главный, дифференциал, который распределяет его между передней и задней парами осей (см. рисунок). Каждая из осей может попасть на участок грунта с низким сцеплением, в то время как другие будут уверенно «тянуть». Эта ось окажется нагруженной крутящим моментом, который практически не будет использоваться, но станет источником нежелательных механических потерь в трансмиссии. Вот почему в силовую передачу включены два межосевых дифференциала. Кроме того, каждая пара колес снабжена межколесным дифференциалом, так что общее число этих механизмов в машине составляет семь.

Однако, как известно, если одно из колес, связанных дифференциалом, потеряет оцепление с почвой и начнет буксовать, то передача крутящего момента на другое прекратится. Конструкторы поэтому позаботились, чтобы любой из межколесных дифференциалов можно было блокировать. На «Татре-813», например, это делает водитель при помощи дистанционной электро-пневматической системы. На МАЗ-535А шесть дифференциалов самоблокирующие и лишь главный блокируется водителем в зависимости от дорожных условий.

Обе машины снабжены независимой (на торсионах у МАЗ-535А и на рессорах у «Татры-813») подвеской всех восьми колес с одинаковой колеей. Центральная система регулирования давления воздуха позволяет снижать давление в шинах с 4,0 до 0,8 кг/см2 у «Татра-813» или с 2,5 до 0,7 кг/см2 у МАЗ-535А.

Иная компоновочная (так называемая бортовая) схема применена в трансмиссии ЗИЛ-135. Здесь все колеса одного борта приводятся во вращение от самостоятельного двигателя (ЗИЛ-375) через отдельную коробку передач, раздаточные коробки и бортовые редукторы. Здесь нет нужды в межколесных дифференциалах, поскольку двигатель каждого борта независимо от «соседа» приспосабливается к изменению числа оборотов.

Сравнивая ЗИЛ-135 с другими машинами, видим, что у него независимо подвешены лишь первая и четвертая пары колес. Если на машинах МАЗ-535А и «Татра-813» поворотными являются две передние пары колес, то на ЗИЛ-135 управляемые — первая и последняя. Поскольку все эти машины отличаются значительным весом — они приспособлены для буксировки прицепов до 50 тонн — на них установлены гидравлические усилители руля, мощные тормоза. Нередко автомобили такого типа оборудуют самовытаскивателями, лебедками с тяговым усилием до 22 тонн («Татра-813»).

Предпусковые подогреватели, эффективная система отопления и вентиляции и другие устройства позволяют эксплуатировать машины в диапазоне температур от 40—50 градусов холода до 40—50 градусов жары. Мощные воздушные и масляные фильтры, раздельный привод тормозов, дублирующие и сигнальные устройства обеспечивают высокую надежность и живучесть их агрегатов.

По своему назначению сухопутные четырехосные автомобили типа 8x8 универсальны. Они приспособлены для выполнения широкого круга задач. Их можно использовать для самых различных нужд не только в армии, но и в народном хозяйстве.

---

Роторный двигатель Ванкеля

2011-07-13 23:47:14 (читать в оригинале)

Редкий год обходится в автомобильном мире без сенсаций. То вдруг один компоновочный принцип получает статистическое превосходство над другим, то появляется диковинной формы кузов, то наносит удар конкурентам «сверхкомфортабельный» автомобиль, то, наоборот, теснит соперников на рынке «сверхдешевый»... Но есть одна проблема, которая все время владеет умами конструкторов заводов и фирм — это наделавший много шума тринадцать лет назад роторный двигатель. Между тем он почти так же стар, как и его поршневой собрат. Еще в 1799 году, спустя лишь тридцать лет после появления паровой поршневой машины, англичанин Д. Мардок построил первый паровой роторный двигатель шестеренчатого типа.

В двадцатом веке немало изобретателей пыталось создать роторный двигатель внутреннего сгорания. Было зарегистрировано свыше 30 тысяч патентов на изобретения в этой области. Однако из-за несовершенства уплотнений между роторами и корпусом все попытки оказались безуспешными.

Создателем работоспособного двигателя такого типа стал Феликс Ванкель. Он в течение многих лет в исследовательском институте занимался изучением разного типа уплотнений, работающих в условиях высоких давлений и температур. Немецкому изобретателю удалось найти верное решение идеи роторного двигателя. Первые патенты Ванкель получил в 1929 году. Через пять лет, совместно с фирмой БМВ, он построил экспериментальный мотор, оказавшийся, однако, далеким от совершенства. Свои исследования Ванкель продолжил после войны, когда стал сотрудничать с заводом НСУ. Много времени ушло на теоретические разработки, изучение и выбор наивыгоднейших параметров. Первый работоспособный мотор был построен в феврале 1957 года. И лишь семь лет спустя завод начал мелкосерийное производство автомобилей «НСУ-Спайдер» с роторным двигателем («За рулем», 1965, № 12). Позже был развернут серийный выпуск других моделей с «ванкелями»: НСУ-Ро80 («За рулем», 1968, № 4), «Мазда-110С космо спорт» («За рулем», 1970, № 2), «Мазда-Р100» и совсем недавно «Ситроен-М35» («За рулем», 1970, № 6).

Как работает роторный двигатель?

Его основная деталь, трехгранный ротор, вращается на игольчатом или скользящем подшипнике, установленном между ротором и эксцентриком, который составляет одно целое с валом мотора. К ротору прикреплена шестерня, а к боковой крышке картера двигателя — неподвижная шестерня, отношение зубьев которых равно 3:2. Таким образом, при вращении вала ротор не только движется вместе с ним, но и поворачивается относительно оси эксцентрика (как сателлит относительно оси водила в планетарном механизме). Благодаря этому при вращении обеспечивается постоянный контакт ребер ротора со
стенками рабочей полости корпуса. Ее конфигурация выбрана и выполнена таким образом, чтобы объем, ограниченный стенками рабочей полости, стенкой и двумя ребрами ротора, при вращении вала циклически изменялся. Рабочая смесь, всасываемая в эту постоянно меняющуюся по объему камеру через впускной клапан, последовательно сжимается, воспламеняется одной или двумя свечами, расширяется, поворачивает ротор, совершая работу, и выходит в атмосферу через выпускной канал. Для герметизации камер грани роторов снабжены уплотнителями.

Ротор вращается втрое медленнее вала. За полный оборот ротора совершается три рабочих такта — каждая из трех камер успевает пройти мимо свечи, которая воспламеняет сжатую в камере смесь. Следовательно, у «ванкеля» три рабочих такта совершаются за три оборота его вала, и по равномерности работы этот двигатель подобен одноцилиндровому двухтактному или двухцилиндровому четырехтактному.

Рабочий объем одной камеры представляет собой разность между ее максимальным и минимальным объемами, а степень сжатия выражается их отношением. У мотора «НСУ-Спайдер», например, эти величины составляют 497,5 см3 и 8,5.

Поршневой четырехтактный одноцилиндровый двигатель за два оборота коленчатого вала сжигает количество горючей смеси, равное рабочему объему цилиндра. Роторный же за два оборота сжигает вдвое больше смеси. Поэтому условились считать его рабочий объем равнозначным двойному объему камеры. Таким образом, «НСУ-Спайдер» можно сравнивать по этому параметру с 995-кубовым поршневым двигателем.

Достоинства роторного двигателя.

Прежде всего, он очень компактен. Так, мотор японского автомобиля «Мазда-110С космо спорт» при мощности 110 л. с. имеет длину 508 мм, ширину 594 мм, высоту 537 мм и весит 102 кг. Столь небольшие габариты позволили установить его в моторном отсеке автомобиля «Мазда-Р100», где мог бы разместиться поршневой двигатель лишь вдвое меньшего литража и мощности.

В сравнении с поршневыми роторные двигатели менее металлоемки и, следовательно, имеют меньший удельный вес. Важным, но не решающим, правда, преимуществом этих моторов является их хорошая уравновешенность. Двухроторный НСУ-Ро80 с эксцентриками вала, размещенными под углом 180 градусов, равноценен четырехтактному четырехцилиндровому поршневому двигателю. В последнее время появились и трехроторные конструкции, например, «Мерседес-Бенц-К111» («За рулем», 1970, № 1), имеющие еще более совершенную уравновешенность. На женевской выставке этого года демонстрировался экспериментальный спортивный автомобиль «Мерседес-Бенц» с четырехроторным мотором (4800 см3, 350 л. с. при 7000 об/мин), весящим 180 кг.

Автомобиль «Мазда-Р100» с роторным двигателем имеет классическую компоновку (в то время как НСУ-Ро80 и «Ситроен-М35» выполнены с передними ведущими колесами).

Однако рано говорить о том, что приход «ванкелей» должен поставить крест на поршневых конструкциях.

Минусы роторных двигателей.

Минусы роторных моторов еще довольно существенны, и это препятствует их широкому распространению. Поскольку распределение в них осуществляется кромкой ротора, неизбежен частичный выброс свежей смеси в выпускное окно. Велика утечка смеси из одной камеры в другую и при прохождении кромки ротора над углублением в рабочей полости для свечи. Наконец, вызываемая силами инерции вибрация уплотнительных пластин и прижимающих их пружин также способствует нежелательному прорыву сжатой смеси в соседнюю камеру. Все это неизбежно для нынешней конструктивной схемы и в сумме приводит к тому, что автомобиль с роторным двигателем расходует горючего на 20—30 процентов больше, чем равная по мощности, рабочему объему и весу машина с поршневым.

Другим, уже органическим недостатком «ванкеля» является то, что отношение поверхности камеры сгорания к ее объему очень велико. Температура стенок камеры поэтому ниже, чем у поршневого двигателя. Многие углеводороды, входящие в состав топлива, не успевают полностью сгорать, и отработавшие газы содержат больше вредных примесей, чем «выхлоп» поршневого мотора.

Еще один «минус» — роторный двигатель плохо приспосабливается к изменениям нагрузки, у него мал рабочий диапазон чисел оборотов. Правда, против этого недостатка найдена контрмера — карбюратор с двумя последовательно работающими смесительными камерами (диаметр их составляет 18 и 32 мм у НСУ и 21 и 28 мм у «Мазды»).

Характеристики «ванкелей» все еще оставляют желать лучшего. По сравнению с поршневыми двигателями роторные недостаточно гибки в работе. Компенсировать это нежелательное свойства можно усложнением трансмиссии автомобиля. Так, у НСУ-Ро80 и «Мерседес-Бенц-К111» узкий диапазон оборотов (всего лишь около 1000—2000 в минуту) потребовал применения пятиступенчатой и даже автоматической (НСУ-Ро80) коробки передач. Можно улучшить наполнение двигателя смесью на малых оборотах и таким образом расширить диапазон работы ценой уменьшения максимальной мощности. Для этого, так показал опыт, необходимо разместить впускные окна не в стенке корпуса (как у НСУ-Ро80 или «Мерседес-Бенц-К111»), а в боковых крышках («Мазда», «Кертисс-Райт»). Утечка смеси на малых оборотах уменьшается, но одновременно ухудшается наполнение на высоких оборотах.

НСУ-Ро80 и «Мацуда-100С», имеющие степень сжатия 9,2—9,4, работают на бензине с октановым числом соответственно 88 и 91. Масло в двигателе сменяется через 20000 (НСУ-Ро80) и 10000 км («Мазда-100С»), а замена свечей (склонных к замасливанию) необходима через 10 000 км.

Картеры изношенных двигателей не подлежат ремонтной расточке как цилиндры поршневых моторов — их восстанавливают электролитическим способом, нанося слой нового покрытия в специальных мастерских.

Уплотнения, эффективные и надежные, долгое время были проблемой для изобретателей роторных моторов. И сегодня еще этот узел, работающий в очень тяжелых условиях (высокие температура и давление, значительные инерционные нагрузки), доставляет немало хлопот конструкторам. Для смазки деталей уплотнений пришлось впрыскивать масло в карбюратор.

Отложения нагара препятствовали перемещению уплотнительных пластин ротора в пазах.

Много трудностей создавал значительный и вдобавок неравномерный износ самих пластин. Подбором материалов его удалось заметно снизить. Так, завод НСУ, сначала делавший пластины угольными, сейчас склонился в пользу хромистого чугуна, близкого по составу к тому, что идет на поршневые кольца. Подобный материал избрал и завод «Кертисс-Райт» (США). А «Мазда» все же держится угольных пластин.

Внутреннюю полость алюминиевого картера для уменьшения износа покрывают либо твердым хромом («Мазда»), либо слоем карбида вольфрама толщиной 0,23 мм («Кертисс-Райт»). Более редкое покрытие применяет НСУ — слой никеля с пылевидными частицами карбида кремния. Такие дорогие технологические ухищрения все же оправдывают себя — за 100 часов работы износ рабочей полости не превышает 0,007— 0,01 мм.

Сегодня роторные двигатели способны переносить достаточно продолжительно высокие нагрузки. Так, машины «Мазда-Р100» в 1969 году заняли пятое и шестое места на гонках в бельгийском городе Спа. За 24 часа они прошли соответственно 4046 и 3975 км, показав средние скорости 168,6 и 165,5 км/час.

Ротор является наиболее сложной частью двигателя. Чаще всего его делают из чугуна. В нем монтируются самые ответственные детали — уплотнительные пластины, прижимаемые к рабочей поверхности полости ленточными пружинами. Ротор охлаждается изнутри маслом. Для того чтобы уплотнительные пластины изнашивались равномерно, их делают разрезными, а цилиндрические сухарики обеспечивают правильную установку пластины относительно ротора.

Во время работы двигателя ротор непосредственно не соприкасается с внутренней полостью — контакт осуществляется при помощи радиальных и торцовых пластин. Это означает, что двигатель может работать сразу же с полной нагрузкой независимо от приработки деталей.

Исследования в области роторных двигателей ведутся сегодня почти двумя десятками заводов во всем мире. Многие из них купили лицензию у НСУ («Тое Когё», «Даймлер-Бенц», «Кертисс-Райт», «Альфа-Ромео», «Роллс-ройс», МАН, «Янмар», «Сакс», «Перкинс»). Некоторые предприятия, в том числе «Рено» во Франции, научно-исследовательские организации в СССР, Чехословакии, Польше занимаются самостоятельными разработками.

Каковы же перспективы роторных двигателей?

Многие специалисты считают, что они вряд ли смогут «найти широкое применение на мотоциклах, но оптимистически смотрят на использование их в качестве лодочных моторов, переносных силовых агрегатов, двигателей для вертолетов. Что касается установки «ванкелей» на автомобилях, то пока лишь три завода («Тое Когё», НСУ и «Ситроен») отважились на такой шаг, а «Даймлер-Бенц», «Кертисс-Райт» и другие ограничиваются пока опытными образцами.

Объем производства этих машин пока невысок — примерно 15—20 тысяч в год. Однако в нынешнем году японская фирма «Тое Когё» обещала выпустить свыше 100 тысяч автомобилей «Мазда» моделей «110С» и «Р100». Естественно, что с масштабами производства связаны себестоимость и цена автомобиля. В 1969 году НСУ-Ро80 и «Мазда-100С» стоили в продаже на 35—40 процентов дороже равных им по мощности, весу и вместимости легковых машин с поршневыми двигателями. «Мазда-Р100» в Японии (в Европу она пока не ввозится) в полтора—два раза дороже аналогичных машин с поршневым мотором. Однако, по расчетам экономистов, «ванкели» при равных объемах производства с нынешними поршневыми моторами обойдутся в полтора раза дешевле их.

Можно ли сегодня сделать решительный прогноз о дальнейшей судьбе роторного двигателя? Пока он проходит «акклиматизацию» в мире моторов, постепенно изживая «минусы» и наращивая «плюсы». Очевидно, в ближайшие годы о вытеснении поршневого двигателя роторным говорить не приходится.

---

Гидровакуумный усилитель тормозов

2011-07-13 22:48:50 (читать в оригинале)

Если рассмотреть все модели легковых автомобилей, появившиеся за последние годы, нетрудно заметить — мощность двигателей неуклонно растет, все больше становится скорость и все выше динамика. Быстро увеличивается и количество машин на улицах и дорогах. Отсюда вывод: необходимо совершенствовать агрегаты, влияющие на безопасность движения, и прежде всего «основу безопасности» — тормоза автомобиля.

«Москвич-412» — высокоскоростная и динамичная машина. Прежняя тормозная система, которая была вполне пригодна на «408-м», для нового автомобиля оказалась недостаточно эффективной на высоких скоростях. Существенно увеличить рабочий ход педали было нельзя: возросло бы время срабатывания тормозов (а с ним и остановочный путь автомобиля). Это свело бы на нет достигнутый таким способом выигрыш в силе. Требовалось найти другой выход, какой-то источник силы в помощь мышцам человека. В практике современного автомобилестроения известны различные конструктивные схемы гидравлических, пневматических и комбинированных усилителей тормозов. Одну из них — гидровакуумный усилитель («гидравак») применили конструкторы АЗЛК для «Москвича-412». Выгоды «гидровака» — в уменьшении более чем вдвое усилия, прилагаемого водителем к педали, без каких-либо переделок в существующем приводе тормозов, простота установки и обслуживания. Важно и то, что в случае отказа усилителя, тормозная система не выходит из строя, а просто работает так же, как на прежних моделях «Москвича».

Итак — гидровакуумный усилитель. Как он устроен и действует?

Вы знаете, что во впускном коллекторе работающего карбюраторного двигателя всегда имеется некоторое разрежение (именно благодаря ему горючая смесь поступает из карбюратора в камеры сгорания). Величина этого разрежения зависит от степени открытия дроссельной заслонки и числа оборотов двигателя — чем больше открыта заслонка и ниже число оборотов, тем меньше разрежение. Максимума же оно достигает при полностью закрытой заслонке и высоком числе оборотов, то есть, когда вы, двигаясь с большой скоростью, «бросаете газ» и тормозите. Это соотношение и положено в основу устройства усилителя тормозов.

Рассмотрим его работу (см. рисунки). Первый этап. В камере 3, соединенной с впускной трубой, тоже разрежение. Пока вы не нажимаете на тормозную педаль, вакуумный клапан поршня 10 следящего механизма открыт, и в камере 6 поддерживается то же разрежение, что и во всей вакуумной части усилителя. Второй этап — слабое нажатие на тормозную педаль. Жидкость из главного цилиндра, следуя по каналам, свободно протекает через отверстие поршня 1. Выбираются все рабочие зазоры, тормоза готовы к действию. Третий этап — сильное нажатие на педаль. Под давлением жидкости поднимается поршень 10 следящего механизма, вакуумный канал на его торце перекрывается уплотнительной резиновой прокладкой воздушного клапана 8, который начинает открываться, пропуская воздух через фильтр 7. Теперь в камере 6, за поршнем, атмосферное давление, а в камере 3, перед поршнем, как вы помните, сохраняется разрежение. Поршень 5 под действием разности давлений приходит в движение, его шток упирается в поршень 1 гидравлической системы, перекрывает отверстие в нем и давит на жидкость, которая поступает к тормозным механизмам.

Одновременно жидкость из главного цилиндра продолжает под давлением поступать в систему «гидровака». С одной стороны, она поддерживает поршень 10 и тем самым открывает воздушный клапан 8, а с другой — давит на торец поршня 1, присоединяясь к воздействию на него штока 2.

Происходит торможение, причем сила, которая помогает мышцам ноги, будет тем больше, чем больший диаметр поршня 5 выбрал конструктор.

Теперь внимание. Мы упоминали термин «следящий механизм». Что это такое? За чем он следит и для чего нужен? Это устройство, «наблюдающее» за тем, чтобы тормоза работали плавно, чтобы при нажатии на педаль не получалось мгновенного «юза» и всех неприятностей, обычно связанных с таким «неуправляемым» торможением. Следящий механизм устроен очень просто. На схеме вы видите, что «вакуумная» и «воздушная» части усилителя разделены диафрагмой 9, связанной с поршнем 10. Когда он, поднимаясь под давлением жидкости, закроет вакуумный и откроет воздушный клапан, на него будут действовать три силы: снизу — давление жидкости, сверху — давление атмосферного воздуха на диафрагму, зависящее от степени открытия воздушного клапана, и снизу же — разрежение, которое все время сохраняется в камере 3. От сочетания этих сил и зависит степень открытия воздушного клапана.

Так устанавливается прямая пропорциональная зависимость между силой нажатия на педаль (давлением жидкости в системе) и степенью открытия воздушного клапана, а следовательно, силой, действующей на шток 2. Подбором конструктивных элементов (в основном диаметров диафрагмы 9 и поршня 10) можно обеспечить работу тормозов с любой плавностью.

На графике, показывающем работу усилителя, кривая от «А» (когда он начинает работать) до «Б характеризует нарастание усилия, развиваемого «гидроваком» в зависимости от силы нажатия на педаль. Наклон этого участка кривой как раз и характеризует работу следящего механизма. Его элементы подбираются обычно опытным путем, так чтобы обеспечить наивыгоднейшее соотношение между силой нажатия на педаль и эффективностью торможения.

В точке «Б» усилие, с которым «гидровак» помогает вам, достигает наибольшей величины — воздушный клапан открыт полностью.

Дальнейшее увеличение тормозного момента (кривая, как видите на графике, продолжает идти вверх) обеспечивается второй слагаемой силы — давлением жидкости на поршень 1.

И, наконец, четвертый этап — оттормаживание. Давление на педаль прекращается, опускается поршень 10, закрывая воздушный и открывая вакуумный каналы. Давление «за» и «перед» рабочим поршнем 5 выравнивается (в обеих камерах разрежение); под действием пружины 4 поршень 5 возвращается в исходное положение, так же как поршень 1. Канал в последнем вновь открыт, и жидкость из рабочих тормозных цилиндров свободно перетекает в резервуар главного. Цикл закончен.

1. Давления жидкости нет. В обеих камерах разрежение.
2. Слабое нажатие. Усилитель не работает. Жидкость проходит через него свободно.
3. Сильное нажатие. Перекрыт вакуумный и открыт воздушный клапан. Шток рабочего поршня закрыл отверстие в гидравлическом поршне. Усилитель работает.
4. Оттормаживание». Закрыт воздушный и открыт вакуумный клапан. Воздух в камере за поршнем разрежается, поршни возвращаются в исходные положения, жидкость из рабочих цилиндров перетекает в бачок главного.
Условные обозначения: желтый цвет — воздух атмосферного давления; синий — разреженный воздух; зеленый — жидкость; красный — жидкость под давлением.

Теперь несколько слов об уходе за гидровакуумным усилителем. Это один из механизмов автомобиля, который не нуждается в регулировках.

Периодически следует только очищать (сжатым воздухом) воздушный фильтр от пыли. Если усилитель по какой-либо причине выйдет из строя, не советую чинить его «домашними» средствами — это может кончиться печально. Нужно отключить его от впускной трубы (при этом он, конечно, перестанет действовать на тормоза), заглушив в ней отверстие. Некоторое время, чтобы, например, доехать до станции технического обслуживания или до гаража, можно обходиться и без усилителя, помня, естественно, что эффективность тормозов при этом значительно ухудшится. Одна небольшая особенность: при прокачке тормозной системы с гидровакуумным усилителем двигатель автомобиля должен работать. Лучше прокачку провести дважды — с заглушённым и с работающим мотором.

В заключение хочу обратить особое внимание на сорт и качество тормозной жидкости. Применяйте только такую, которая рекомендуется заводом — розового или зеленого цвета (ТУ МХК СССР 1608-47, ТУ 35-ХП-430-62 или ТУ 35-ХК-482-64). Эти обозначения указаны на этикетке тары. Смешивать жидкости или пользоваться заменителями не рекомендуется. Это грозит разрушением резиновых деталей и выходом из строя всей тормозной системы.