1.1. Характеристика подвижного состава автомобильного транспорта

Весь парк транспортных средств подразделяется на механические (с двигателем) и буксируемые (прицепы и полуприцепы). Механические, буксирующие прицеп или полуприцеп, называются автопоездами. По назначению транспортные средства (ТС) подразделяются на:

- легковые автомобили – механические ТС, предназначенные для перевозки людей и их багажа, в которых размещается не более девяти посадочных мест;

- грузовые автомобили – механические ТС, предназначенные главным образом для перевозки грузов или специального оборудования;

- автобусы и троллейбусы – механические ТС, предназначенные для перевозки людей и их багажа, в которых размещаются более девяти посадочных мест;

- мототранспортные средства – механические ТС, имеющие два, три, иногда четыре колеса (квадрициклы), снаряженная масса которых не превышает 400 кг и предназначенные для перевозки людей;

- прицепы- буксируемые тягачом ТС, предназначенные для перевозки грузов или пассажиров, в которых лишь незначительная часть их веса нагружает буксирующий автомобиль;

- полуприцепы – буксируемые тягачом ТС, предназначенные для перевозки грузов или пассажиров, в которых значительная часть их веса нагружает буксирующий автомобиль. В качестве буксирующего автомобиля в данном случае применяется специальный автомобиль, предназначенный исключительно для буксировки полуприцепа – седельный тягач.

Для каждого из приведенных крупных ТС имеется более подробная классификация по различным признакам.

Так, легковые автомобили могут подразделяться по назначению (индивидуального пользования, такси, оперативных служб, спортивные и т.д.); по рабочему объему двигателя; по габаритным размерам и т.д. В табл.1

представлена классификация легковых автомобилей.

Таблица 1

Российская классификация легковых автомобилей по рабочему

объёму двигателя

Рабочий объём двигателя, л	Обозначение моделей
до 1,2	11хх
от 1,2 до 1,8	21хх
от 1,8 до 3,5	31хх
свыше 3,5	41хх

Автобусы подразделяются по полной массе (до или свыше 5т), по количеству мест для сидения (до 17 мест, включая водителя – маломестные автобусы); по назначению (городские, пригородные, междугородние).

Грузовые автомобили, прицепы и полуприцепы по назначению могут быть универсальными (обычно в качестве грузового кузова используется открытая бортовая платформа, иногда - со съемным тентом), специализированными (кузов приспособлен для перевозки определенных видов грузов или имеются устройства самопогрузки-саморазгрузки), специальными (перевозится специальное технологическое оборудование. Имеется класс грузовых автомобилей, предназначенных исключительно для буксировки прицепного состава; седельные тягачи для полуприцепов, балластные тягачи для тяжелых прицепов.

Таблица 2

Индексы грузовых автомобилей

Полная Масса	С бортовой платформой	Седельн тягачи	Самосвалы	Цистерны	Фургоны	Специальные
До 1,2 т	13 хх	14 хх	15 хх	16 хх	17 хх	18 хх
1,2-2,0 т	23 хх	24 хх	25 хх	26 хх	27 хх	28 хх
2,0-8.0 т	33 хх	34 хх	35 хх	36 хх	37 хх	38 хх
8,0-14,0т	43 хх	44 хх	45 хх	46 хх	47 хх	48 хх
14-20 т	53 хх	54 хх	55 хх	56 хх	57 хх	58 хх
20-40 т	63 хх	64 хх	65 хх	66 хх	67 хх	68 хх
>40 т	73 хх	74 хх	75 хх	76 хх	77 хх	78 хх

С позиций влияния конструкции транспортного средства на его свойства важное значение имеет компоновка автомобиля – взаимное расположение основных систем автомобиля.

Для легковых автомобилей в большинстве случаев применяется кузов, выполняющий функции несущей системы (несущий кузов), что уменьшает массу и обеспечивает достаточную свободу для расположения прочих систем автомобиля. Встречаются следующие компоновки легковых автомобилей:

- классическая – двигатель продольно расположен спереди, ведущие колеса задние, трансмиссия занимает пространство под полом кузова между двигателем и задней осью (компоновка позволяет использовать в качестве несущей системы раму);

- переднеприводная – двигатель размещен спереди продольно или поперечно, ведущие колеса передние, трансмиссия объединена с двигателем;

- заднемоторная – двигатель расположен сзади, ведущие колеса задние, трансмиссия объединена с двигателем;

- среднемоторная – двигатель расположен между передней и задней осями, ведущие колеса задние, трансмиссия объединена с двигателем.

Каждая из представленных компоновок может иметь полноприводной вариант, при котором ведущими являются все колеса. Это делается с целью повышения проходимости и управляемлсти автомобиля, но связано с усложнением конструкции трансмиссии.

Компоновка автобуса во многом зависит от его назначения. Так, для городских автобусов важен низкий уровень пола в салоне, широкие двери. Городской автобус рассчитан на перевозку как сидящих, так и стоящих пассажиров. Для повышения пассажировместимости при условии сохранения достаточной маневренности городские автобусы делаются сочлененными. Междугородние автобусы предназначены для длительной перевозки сидящих пассажиров.

Кузов автобуса в большинстве случаев выполняет функции несущей системы. Встречаются схемы, когда кузов автобуса установлен на раме грузового автомобиля. Ведущими колесами автобуса могут быть колеса передней оси, задней оси или всех осей.

Двигатель может устанавливаться в передней, задней или средней частях автобуса, внутри базы между передней и задней осями. При переднеприводной компоновке двигатель может устанавливаться вдоль продольной оси и поперек. При заднеприводной схеме двигатель располагается в продольной плоскости симметрии автобуса или смещен относительно оси симметрии.

При заднем расположении двигателя возможны два варианта его установки – вдоль и поперек продольной плоскости автобуса. Двигатель в сочлененных автобусах установлен внутри базы, а также в задней секции, вдоль или поперек, при этом задняя секция толкающая.

В табл. 3 представлена Российская классификация автобусов.

Таблица 3

Российская классификация автобусов по габаритной длине

Габаритная длина, м	Обозначение моделей
до 5 м	22хх
от 6 до 7,5	32хх
от 8 до 9,5	42хх
от 10,5 до 12	52хх
16,5 и более	62хх

В технической характеристике, например, легкового автомобиля указывают:

- пассажировместимость – максимальное количество пассажиров (кроме водителя), которое можно перевозить на данном автомобиле;

- снаряженную массу – массу заправленного эксплуатационными жидкостями укомплектованного автомобиля без водителя, пассажиров и багажа;

- максимально разрешенную заводом-изготовителем массу (полную массу) – максимальное значение массы автомобиля с водителем, пассажирами, багажом, грузом, предусмотренное заводом-изготовителем;

- колесную формулу – АхВ, где А – общее число колес, В – сисло ведущих колес;

- габаритные размеры – длину, ширину и высоту;

- базу – расстояние между передней и задней осями;

- основные параметры двигателя – тип (бензиновый, дизельный), число цилиндров, рабочий объем, максимальную мощность, максимальный крутящий момент, частоту вращения коленчатого вала при максимальной мощности и крутящем моменте;

- основные параметры коробки передач – тип, число ступеней;

- максимальную скорость – максимальное значение скорости, достигаемое автомобилем полной массы на горизонтальной дороге;

- расход топлива в ездовом цикле;

- наименьший радиус поворота по колее наружного переднего колеса.

Кроме перечисленных параметров в техническую характеристику автомобиля включают основные данные и характеристики трансмиссии, колес, подвески, систем управления и электрооборудования, кабины, кузова или платформы, вспомогательного оборудования, заправочные объемы, а также данные для регулирования и контроля.

Двигатели можно подразделять по следующим основным характеристикам и признакам.

По способу осуществления рабочего цикла:

четырехтактные (Ч), у которых рабочий цикл осуществляется за четыре хода поршня (два оборота коленчатого вала);

двухтактные (Д), у которых рабочий цикл совершается за два хода поршня (один оборот коленчатого вала);

По способу действия:

простого действия (Ч и Д), у которых рабочий цикл осуществляется только в верхней полости цилиндра;

двойного действия (ДД), у которых рабочий цикл совершается в двух полостях (над поршнем и под поршнем);

с противоположно движущимися поршнями (ПДП) (в настоящее время ДД и ПДП в автомобилестроении не применяют, но могут быть отдельные разработки в дальнейшем, особенно для большегрузных самосвалов).

По роду рабочего цикла:

с подводом теплоты при почти постоянном объеме (V=const) – двигатели с принудительным зажиганием топлива и низкой степенью сжатия (карбюраторные и газовые);

с подводом теплоты при почти постоянном давлении (P=const) – двигатели с воздушным распыливанием топлива, самовоспламенением и высокой степенью сжатия;

со смешанным подводом теплоты частично по изохоре (V=const) и частично по изобаре (P=const) – все современные дизели с высокой степенью сжатия, механическим впрыском топлива и самовоспламенением.

По роду применяемого топлива:

легкое жидкое топливо (бензин, лигроин, керосин и др.), которое вводится в цилиндр в парообразном состоянии в смеси с воздухом;

тяжелое жидкое топливо (дизельное, моторное, мазут, газойль, водо-топливные эмульсии, водо-угольные суспензии и др.), впрыскиваемое в цилиндр под давлением;

газожидкостное: основное топливо – газ, запальное топливо (около 10…15%) – жидкое;

многотопливные – приспособленные для работы в широком ассортименте жидких топлив – от легких до тяжелых.

По способу наполнения рабочего цилиндра:

без наддува – у которых наполнение воздухом или рабочей смесью обеспечивается перемещением поршня (из ВМТ до НМТ) или за счет продувочного воздуха;

с наддувом – у которых воздух или рабочая смесь подается в цилиндр под повышенным давлением наддува Р_к.

По способу смесеобразования:

с внутренним смесеобразованием – у которых рабочая смесь образуется внутри цилиндра в результате распыливания топлива (все дизели и двигатели легкого топлива с непосредственным впрыском);

с внешним смесеобразованием – у которых рабочая смесь образуется вне рабочего цилиндра (карбюраторные и газовые с искровым зажиганием).

По форме камер сгорания (КС):

неразделенными однополостными КС;

полуразделенными КС (дизели и КС в поршне);

разделенными двумя и более полостями (предкамерные, вихре камерные, воздушно-камерные).

По способу воспламенения топлива:

с самовоспламенением;

с принудительным зажиганием;

с комбинированным воспламенением (газодизель).

По конструктивному исполнению:

тронковые;

крейцкопфные.

По расположению рабочих цилиндров:

вертикальные, горизонтальные, однорядные, V, W-образные, многорядные, звездообразные и т.д.

К числу достоинств дизелей относятся следующие: высокая топливная экономичность, быстрый пуск и готовность к немедленному приему нагрузки, высокая степень форсирования рабочего процесса, многотопливность, высокий ресурс.

Основными негативными свойствами поршневых ДВС являются: наличие возвратно-поступательного движения масс, а также неравномерность крутящего момента, сложность конструкции и повышенный расход смазочного масла.

Главное достоинство карбюраторных двигателей – малый удельный вес (3 кг/л.с.), небольшие габариты, быстрота пуска, легкость ухода и обслуживания.

Недостатки: малый срок службы, большая стоимость топлива, его пожароопасность, кроме токсичности составляющих остаточных газов наблюдается выброс картерных газов, а также паров бензина.

Под рабочим циклом ДВС понимается совокупность периодически повторяющихся процессов, происходящих в двигателе в определенной последовательности и обеспечивающих непрерывность его работы.

Рассмотрим схему работы четырехтактного дизеля с наддувом

Величина достигаемого давления Р_а зависит от гидравлического совершенства тракта, фаз газораспределения и динамических явлений во впускной и выпускной системах.

1-й такт – впуск. Осуществляется при движении поршня от ВМТ к НМТ при открытом впускном клапане. Для улучшения наполнения цилиндра открытие впускного клапана начинается на подходе поршня к ВМТ (точка 1), а закрытие –после НМТ (точка 2).

а закрытие – после НМТ (точка 2).

2-й такт – сжатие. Происходит при движении поршня от НМТ (точка А) до ВМТ (точка С). Практически процесс сжатия начинается с момента закрытия впускного клапана (точка К) за 10…30⁰ пкв до ВМТ в среду сжатого в цилиндре воздуха начинается впрыск топлива (точка 2) и спустя 5…10⁰ пкв это топливо воспламеняется в точке 3. Фактически давление в цилиндре в ВМТ (точка С) оказывается выше расчетного давления в конце сжатия (точка С).

3-й такт – горение-расширение. Происходит при движении поршня от ВМТ (точка С) к НМТ (точка В). Начавшаяся топливоподача продолжается 30…35⁰ пкв и заканчивается в точке 4 за ВМТ. Горение начинается в точке 3. Через 10…15⁰ пкв после ВМТ достигается максимальная температура Тz. Фактически окончание горения затягивается до точки 5; расширение продолжается до точки 6 – момента открытия выпускного клапана.

4-й такт – выпуск. Происходит при движении поршня от НМТ к ВМТ при открытии выпускного клапана. Процесс выпуска начинается с момента открытия выпускного клапана в точке 6. Благодаря перепаду давлений происходит быстрое истечение газов в выпускной коллектор. Закрытие выпускного клапана происходит в точке 8 за ВМТ.

Фаза перекрытия клапанов используется для продувки цилиндра. Цель продувки – очистка камеры сгорания (КС) от остаточных продуктов сгорания, а также охлаждение воздухом клапанов и днища поршня.

Рабочий цикл двухтактного двигателя осуществляется за два хода поршня, т. е. за один оборот коленчатого вала. Это достигается благодаря тому, что выталкивание и впуск заменяются процессами выпуска и продувки, происходящими при положении поршня около НМТ.

Рассмотрим работу двухтактного двигателя.

1-й такт – сжатие. При восходящем движении поршня заканчиваются процессы выпуска, продувки и наполнения цилиндра воздухом. С момента закрытия выпускного клапана и продувочных окон поршнем в цилиндре происходит сжатие, и за 15…20⁰ пкв до ВМТ впрыскивается топливо, которое самовоспламеняется.

2-й такт – горение, расширение и продувка. При нисходящем движении поршня заканчиваются топливоподача и горение топлива, после чего процесс расширения продолжается до момента открытия выпускного клапана. После открытия продувочных окон верхней кромкой поршня начинаются продувка и наполнение цилиндра. Рабочий цикл повторяется.

При одинаковых значениях D, S, i, n, Pe в двухтактном двигателе теоретически можно получить вдвое большую мощность, чем в четырехтактном. В действительности, мощность возрастает в 1,7…1,85 раза, так как часть хода поршня из-за наличия окон теряется. Худшая очистка цилиндра, потери воздушного заряда и др. снижают мощность двухтактных дизелей. У двухтактных двигателей большая равномерность крутящего момента, ввиду того, что рабочий ход приходится на каждый оборот коленчатого вала.

Рабочий цикл карбюраторного четырехтактного двигателя

Первый такт – впуск бензиновоздушной смеси; поршень перемещается от ВМТ к НМТ, впускной клапан открыт, выпускной закрыт. В цилиндре создается разрежение порядка 0,07…0,09 МПа и смесь, состоящая из паров бензина и воздуха, поступает в цилиндр. Эта смесь смешивается с продуктами сгорания, оставшимися в цилиндре от предыдущего цикла, и образует рабочую смесь. Температура смеси в конце впуска 75…125⁰ С.

Второй такт – сжатие: поршень перемещается от НМТ к ВМТ, оба клапана закрыты, давление в цилиндре и температура рабочей смеси повышается. В конце такта сжатия давление достигает 0,9…1,5 МПа, а температура 350…500⁰ С.

Третий такт – расширение или рабочий ход. В конце такта сжатия рабочая смесь воспламеняется от искрового разряда в свече зажигания и быстро сгорает. Максимальное давление смеси достигает 3,5…5,0 Мпа, а температура 2200…2500⁰ С. В конце расширения открывается выпускной клапан и начинается процесс выпуска – четвертый такт. Дальнейшее осуществляется так же, как описано ранее в дизельном цикле.

Рабочий цикл с искровым зажиганием

Процесс сгорания топлива в двигателях этой группы (как четырехтактных, так и двухтактных) протекает почти при постоянном объеме.

В существующих газовых двигателях этого типа верхний предел допустимой степени сжатия определяется условиями нормального горения, в силу чего ее значение практически не превышает 8, редко 10. У большинства газовых четырехтактных двигателей свежий заряд поступает в цилиндр в виде газовоздушной смеси в течение хода всасывания.

В некоторых случаях в четырехтактных двигателях, работающих на газовом топливе, применяется своеобразный наддув. В этом случае по линии впуска идет заполнение цилиндра двигателя сжатым воздухом. Газ подается в камеру сгорания под давлением 0,3…0,5 МПа в первой половине хода сжатия. Зажигание осуществляется электрической искрой в ходе конца сжатия. Увеличение наполнения цилиндра по этому циклу происходит вследствие принудительной подачи газа в свежий заряд воздуха и уменьшения гидравлических потерь в результате улучшения впускной смеси.

Эффективный КПД этого цикла несколько ниже обычного четырехтактного цикла вследствие худших условий смесеобразования.

Рабочий цикл газожидкостного двигателя (газодизеля)

Рабочий цикл с газожидкостным процессом характеризуется тем, что в цилиндре двигателя во время такта сжатия находится газовоздушная смесь, а жидкое топливо вводится в цилиндр в конце сжатия и, самовоспламеняясь, поджигает смесь.

В четырехтактном двигателе наполнение цилиндра газо-воздушной смесью осуществляется путем засасывания в цилиндр, а в двухтактных – путем продувки цилиндра готовой смесью или воздухом с последующим добавлением газа.

Газовоздушный цикл, обобщая частные случаи работы газового двигателя и двигателя на жидком топливе, характеризуется обычными зависимостями между его параметрами, однако, вследствие использования двух топлив, совершенно различных по своим физическим свойствам, эти зависимости несколько отличаются друг от друга.

Работа двигателя в транспортных условиях определяется тем, что при каждом включении коробки передач трансмиссии автомобиля число оборотов двигателя может изменяться в широких пределах и пропорционально (если пренебречь пробуксовкой) скорости движения. При этом на каждой скорости движения и, следовательно, при любом числе оборотов двигателя его нагрузка может меняться в зависимости от условий , от холостого хода до максимальной. Таким образом, возможные режимы работы двигателя, работающего в транспортных условиях,

отражаются на диаграмме рис. 1 площадью, ограниченной сверху максимальной мощностью двигателя и числом оборотов

N_e,кВт

n, мин^-1

Рис. 1. Внешняя характеристика двигателя

Под внешними характеристиками двигателя подразумевают зависимость между основными параметрами рабочего цикла ( и др.) и частотой вращения двигателя. Внешней характеристикой предельной мощности, или абсолютной внешней характеристикой называют зависимость предельно достижимой агрегатной мощности от частоты вращения двигателя.

В карбюраторных двигателях регулирование мощности производится воздействием на коэффициент наполнения путём изменения сопротивления на всасывании установкой дроссельной заслонки в разных положениях. Максимальный коэффициент наполнения, естественно, получается в карбюраторном двигателе при полном открытии дроссельной заслонки. Условием получения точки внешней характеристики является работа с некоторым недостатком воздуха, связанная с наличием некоторого количества продуктов неполного сгорания топлива в выпуске, что полностью подтверждается опытом.

Для практического использования двигателя имеет значение знание зависимости максимальной мощности двигателя или среднего эффективного давления от числа оборотов, без особых мероприятий по нахождению и обеспечению оптимальных значений второстепенных факторов, но при соблюдении основного условия, определяющего получения максимальной мощности. Такие характеристики называются эксплуатационными внешними характеристиками или, короче, внешними характеристиками.