AUTO_II_ob_I_IV_INFOR 4.4.14 8:08 Stránka 1
Další učebnice pro učební obor Automechanik vydané nakladatelstvím INFORMATORIUM M. Pilárik – J. Pabst • AUTOMOBILY I Učebnice seznamuje s historií automobilů, uvádí rozdělení vozidel, popisuje jejich základní části, podrobně se zaměřuje na strojový spodek automobilů, tj. rámy vozidel, pérování, nápravy, kola, pneumatiky, brzdy, brzdná zařízení a řízení automobilů.
M. Pilárik – J. Pabst • AUTOMOBILY III Probírá soustavu zážehových a vznětových motorů, zapalování a žhavení, mazání a chlazení motorů, vytápění a větrání vozidel, motory s krouživým pohybem pístu a motory využívající jiné zdroje energie. Samostatná část je věnována speciálnímu příslušenství silničních motorových vozidel.
J. Pošta a kol. • OPRAVÁRENSTVÍ A DIAGNOSTIKA II Druhý díl učebnice seznamuje podrobně se závadami, kontrolou, zkouškami, demontáží, montáží, opravami a údržbou podvozků, brzd, převodných ústrojí a motorů. Zabývá se také způsobem archivace a možnostmi využití výsledků diagnostiky.
J. Pošta a kol. • OPRAVÁRENSTVÍ A DIAGNOSTIKA III Třetí díl učebnice se věnuje kontrole a údržbě příslušenství spalovacích motorů, světelné a signalizační soustavy, elektrických a elektronických zařízení motorů, zkouškám pohybových vlastností, garážování a skladování motorových vozidel. Zmiňuje také souvisící zákony a předpisy. Knihy si můžete objednat na adrese: INFORMATORIUM, spol. s r.o. Mandova 449/14, 149 00 Praha 11 tel.: 261 227 738, fax: 261 227 745 e-mail: nakladatelstvi@informatorium.cz www.informatorium.cz
●
J. Pabst
J. Pošta a kol. • OPRAVÁRENSTVÍ A DIAGNOSTIKA I První díl učebnice se zabývá základy zpracování kovových a nekovových materiálů, lícováním, měřením, základními pojmy o montáži a demontáži včetně přípravy a používání nářadí a pomůcek, organizací stanic technické kontroly a diagnostických, servisních a opravárenských pracovišť.
●
Učebnice se věnuje elektrickým spouštěčům, osvětlení vozidel, rozvodu elektrické energie ve vozidlech, zařízení vozidel (houkačkám, pohybovým mechanismům, palubním přístrojům, vytápěcím a klimatizačním zařízením) a elektronickým zařízením moderních vozidel.
M. Pilárik
F. Krejčí • ELEKTROTECHNIKA II
AUTOMOBILY II
F. Krejčí • ELEKTROTECHNIKA I Učebnice seznamuje se základními poznatky o elektrických strojích a přístrojích, elektrických zařízeních motorových vozidel, elektrochemických zdrojích elektrické energie motorových vozidel, generátorech motorových vozidel, zapalování spalovacích motorů atd.
automobily iI pro obor vzdělání Automechanik
Milan PILÁRIK – Jiří PABST
AUTOMOBILY II pro obor vzdělání Automechanik Třetí, přepracované vydání
Praha 2014
Učebnice navazuje na první díl ediční řady určené studentům oboru vzdělání Automechanik. Seznamuje s převodnými ústrojími – spojkami, převodovkami, spojovacími a kloubovými hřídeli a pohonem kol bez spojovacího hřídele. Dále se učebnice věnuje motorům a principům jejich činnosti.
Všechna práva vyhrazena. Tato kniha ani její části nesmějí být rozmnožovány tiskem, fotokopiemi, elektronickými datovými soubory ani jiným způsobem bez předchozího písemného souhlasu vydavatele.
1. vydání lektoroval Ing. Branko Remek, CSc. © Milan Pilárik, Jiří Pabst, 2000 © Informatorium, spol. s r. o., 2000
ISBN 978-80-7333-101-6
Obsah
1
Převodná ústrojí . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.1 1.2 1.2.1 1.2.2 1.3 1.3.1 1.3.2 1.3.3 1.3.4 1.3.5 1.3.6 1.4 1.4.1 1.5 1.5.1 1.5.2 1.5.3 1.5.4 1.5.5 1.6 1.6.1 1.7
Účel převodných ústrojí a jejich částí . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Spojky . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Druhy spojek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 Speciální spojky . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 Převodovky . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 Převodovky podle druhu převodů . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 Synchronizační zařízení převodů . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 Pojistné a řadicí ústrojí . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 Přídavné převody . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 Samočinné převodovky . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 Druhy převodovek s plynulými převody . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 Spojovací a kloubové hřídele, klouby . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 Pevné a pružné převodné klouby . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 Rozvodovky . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 Druhy rozvodovek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 Diferenciál . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 Závěr diferenciálu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 Samosvorné diferenciály s omezenou svorností . . . . . . . . . . . . . . . 84 Mezinápravové diferenciály . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 Pohon předních a zadních kol bez spojovacího hřídele . . . . . . . . . 87 Pohon 4 × 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 Převodové mazací oleje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
2
Motory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.1 2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.2
Princip pístového spalovacího motoru, rozdělení motorů . . . . . . . . 94 Princip činnosti čtyřdobého zážehového motoru . . . . . . . . . . . . . . 100 Princip činnosti dvoudobého zážehového motoru . . . . . . . . . . . . . . 106 Princip činnosti čtyřdobého a dvoudobého vznětového motoru . . . 108 Základní hodnoty a veličiny pro výpočet motoru . . . . . . . . . . . . . . 114
7
93
5
2.3 2.3.1 2.3.2 2.3.3 2.3.4 2.3.5 2.3.6 2.3.7
Konstrukce spalovacích motorů . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 Pevné – nepohyblivé díly motoru . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 Přeplňování spalovacích motorů . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 Mechanismus tvorby hlavních škodlivin ve spalinách . . . . . . . . . . 133 Opatření ke snižování obsahu škodlivin u zážehových a vznětových motorů . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 Pohyblivé díly motoru . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 Rozvod motoru . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150 Materiály pro stavbu spalovacích motorů a jejich tepelné zpracování . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 Literatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
6
1
Převodná ústrojí
1.1 Účel převodných ústrojí a jejich částí Převodná ústrojí automobilu tvoří všechna ústrojí, která jako celek i jednotlivě spojují motor s hnacími koly vozidla za účelem přenosu točivého momentu nebo jeho přerušování i za účelem změny jeho velikosti nebo smyslu (obr. 1).
1
2
3
4
5
6
Obr. 1. Převodná ústrojí automobilu 1 – spojka, 2 – převodovka, 3 – pružný kloub, 4 – kloubový hřídel, 5 – stálý převod hnací nápravy, 6 – diferenciál
Podle způsobu přenosu točivého momentu se rozlišují tyto druhy převodných ústrojí: yy ústrojí pro krátkodobé přerušování točivého momentu, yy ústrojí pro změnu velikosti, případně i smyslu přenášeného točivého momentu, yy ústrojí pro stálé spojení, yy ústrojí pro rozdělování přenášeného točivého momentu. 7
Ústrojí způsobující krátkodobé přerušování točivého momentu jsou spojka a volnoběžka. Spojka je převodné ústrojí, jehož dvě základní části, část hnací a část hnaná, jsou spolu silově spojeny, mohou však být řidičem vozidla nebo samočinně (samočinné spojky) rozpojovány. Volnoběžka je převodné ústrojí, které samočinně přerušuje přenos točivého momentu, jestliže má hnaná část větší otáčky než část hnací. Přenáší pohyb i moment jen v jednom smyslu. Ke změně velikosti, případně i smyslu přenášeného točivého momentu slouží převodovka a přídavné převody. Převodovka je převodné ústrojí, které slouží ke změnám (zpravidla zvětšování) přenášeného točivého momentu. Přídavné převody jsou převodná ústrojí, která doplňují převodovku za určitým účelem. Pro zajištění stálého spojení se používá spojovací a kloubový hřídel. Spojovací hřídel spojuje jiná převodná ústrojí, která nemění svou vzájemnou polohu. Kloubový hřídel spojuje jiná převodná ústrojí, která mění svou vzájemnou polohu, má převodné klouby. Ústrojí, která rozdělují přenášený točivý moment, jsou rozdělovací převod a diferenciál. Rozdělovací převod je převodné ústrojí, které u vozidel s pohonem obou (všech) náprav rozděluje točivý moment motoru na různé nápravy. Diferenciál je převodné ústrojí, které samočinně umožňuje rozdílné otáčky levého a pravého hnacího kola, popř. přední a zadní nápravy vozidla zároveň s pohonem obou náprav, jestliže obě tato kola nebo nápravy konají nestejnou dráhu (např. v zatáčce). Základní druhy uspořádání převodných (resp. hnacích) ústrojí, které se používají u automobilů, jsou znázorněny na obr. 2. Standardní pohon má vpředu motor (M), za motorem je spojka (S) a stupňová převodovka (P). Místo spojky a stupňové převodovky může být automatická převodovka. Spojovací hřídel (H) spojuje převodovku s rozvodovkou (R), která prostřednictvím kloubových hřídelů (K) pohání zadní kola. Zadní pohon má motor, spojku, převodovku, rozvodovku a kloubové hřídele uspořádány v zadní části vozidla. Spojovací hřídel tak odpadá. U středně umístěného motoru je motor a spojka před zadní nápravou, převodovka je vzadu za nápravou a rozvodovka je umístěna v zadní nápravě. Tímto uspořádáním lze docílit vhodného rozložení hmotnosti (těžiště vozidla 8
standardní pohon
středně umístěný motor
přední pohon
Obr. 2. Uspořádání hnacího ústrojí u osobních automobilů
zadní pohon
princip transaxle
přední pohon s příčně uloženým motorem
pohon všech kol
9
uprostřed mezi přední a zadní nápravou umožňuje dosáhnout neutrálního chování vozidla při zatáčení). Nevýhodou je, že se zmenší nejlepší prostor ve vozidle, tj. prostor mezi přední a zadní nápravou. U principu transaxle je motor i spojka vpředu, převodovka a rozvodovka na poháněné zadní nápravě. Točivý moment motoru je přenášen dlouhým spojovacím hřídelem uloženým v hřídelové trubce na převodovku s rozvodovkou. Tímto rozložením hmotnosti je dosaženo neutrálního chování vozidla v zatáčce. Přední pohon používá vpředu umístěné hnací skupiny. Motor může být umístěn před nebo za přední nápravou, a to podélně nebo příčně. Při příčném umístění motoru se ušetří nákladný převod s kuželovými koly. Pohon všech kol může být stálý nebo přepínatelný. Při pohonu všech kol je nutný mezinápravový diferenciál (MD), který vyrovnává rozdíly mezi otáčkami předních a zadních kol.
1.2 Spojky Spojka je převodné ústrojí umístěné mezi motorem a převodovkou. Přenáší točivý moment motoru na další části převodných ústrojí. U spojky je hlavní veličinou pro výpočet velikosti přenášený točivý moment motoru. Spojka umožňuje plynulý záběr hnací síly, kterým řidič ovládá rozjezd automobilu. Vypnutím spojky při zařazení rychlostních stupňů se pohon automobilu krátkodobě přeruší. Postupným zapínáním spojky, při němž spojka prokluzuje, se umožňuje rozjezd automobilu. Spojka účinně tlumí chvění (kmitání), které vzniká nerovnoměrností chodu motoru. Každá spojka má část hnací a hnanou. Základní princip spojky (obr. 3) spočívá v tom, že přenos točivého momentu se uskutečňuje třením mezi kotouči na koncích hnacího a hnaného hřídele. Při přenosu točivého momentu jsou oba kotouče k sobě přitlačeny silou pružiny a tření mezi nimi umožňuje, aby se oba kotouče otáčely společně. Při oddálení kotoučů od sebe se spojení přeruší. 1
2
Obr. 3. Schéma spojky 1 – hnací kotouč, 2 – hnaný kotouč
10
Podle vzájemného silového spojení těchto částí rozeznáváme tři druhy spojek: 1. třecí: yy suché (jednokotoučové, vícekotoučové), yy mokré (lamelové); 2. hydraulické, 3. elektromagnetické. Spojky jsou ovládány buď silou řidiče, nebo automaticky. Přímé a nepřímé ovládání spojky – vypínací mechanismus U přímého ovládání se spojka automobilu zpravidla ovládá soustavou pák a táhel, které spojuje pedál spojky s vypínací objímkou spojky. Řidič ovládá spojku levou nohou. U pružinové spojky ovládané vysouvacími páčkami (viz obr. 8) je vnitřní pákový převod, a to v poměru 1 : 4. Vysouvací páčky se otáčejí kolem šroubů v přítlačném kotouči a jejich velké rameno je čtyřikrát delší než malé rameno. Účinkem tohoto převodu je vypínací síla na delším konci páček jen čtvrtinou celkové přítlačné síly na kotouč. Vypínací síla se ještě dále snižuje vnějším mechanickým vypínacím zařízením, které se skládá z vypínacího ložiska, vypínací vidlice a dalšího převodu z pák a táhel. Poslední částí vypínacího zařízení spojky je pedál. Vypínací ložisko, které přenáší sílu od pedálu na vysouvací páčky (ty se otáčejí spolu s přítlačným kotoučem a setrvačníkem otáčkami motoru), bývá buď kuličkové, nebo třecí (viz obr. 8). U suché třecí spojky s talířovou (membránovou) pružinou ovládanou mechanickým převodem je ovládací síla menší než u spojky ovládané vysouvacími páčkami (obr. 4). Přítlačná síla pružin spojky je i u malých automobilů dost velká. Přímý způsob vypínání spojky je proto nepřijatelný – byla by zapotřebí značně velká ovládací síla. Aby se tato síla zmenšila, spojuje se pákový převod uvnitř spojky s dalším převodem mimo spojku. Tímto převodem bývá pneumatický, hydraulický, mechanický, odstředivý, elektromagnetický nebo elektronický spojkový systém. Podtlakový vypínací mechanismus se používá u odstředivých automobilových spojek. Podtlakový válec umožňuje vypínání odstředivé spojky při vysokých otáčkách motoru, když je spojka působením odstředivé síly zapnuta a je třeba plynule zařadit jiný rychlostní stupeň. Podtlakový válec 11
5 000
3 000 2 000 1 000
vystavení spojky
4 000 hranice otěru
přítlačná síla (N)
spojka s vinutými pružinami
–2
–1
spojka s membránou (talířovou) pružinou
0
1
2
3
4
vypínací síla (N)
dráha přítlaku (mm)
Obr. 4. Porovnávání průběhů vypínací a přítlačné síly u spojky s talířovou pružinou a u spojky s vinutými pružinami
5 000 4 000
spojka s vinutými pružinami
3 000 2 000 1 000 0
1
2
3
4
5
6
7
vypínací dráha (mm)
ovládá spojku i tehdy, když je vypnuta a při zrychlených otáčkách volnoběhu vlivem sytiče by se působením odstředivé síly sepnula. Nevýhodou tohoto způsobu vypínání spojky je, že podtlakový válec musí mít velké rozměry, aby měl píst dostatečně velkou plochu k vyvinutí ovládací síly (obr. 5). Odstředivé spojky s podtlakovým vypínáním umožňují dvoupedálové ovládání automobilu pomocí plynu a brzdy. Vypínání spojky při řazení rychlostních stupňů lze zabezpečit elektromagnetem, který ovládá ventil spojující pracovní válec s podtlakem. Zapíná se tlačítkem na rychlostní páce. Odstředivé mechanické spojky – viz samočinné spojky. Spojky s nepřímým ovládáním mají zpravidla blokovací zařízení. To umožňuje zabezpečení stojícího automobilu na svahu, jeho roztlačení při poruše a brzdění motorem. 12
Obr. 5. Schéma odstředivé spojky
Hydraulické ovládání spojky zmenšuje ovládací sílu na pedálu spojky nutnou k jejímu vypnutí. Při sešlápnutí pedálu se posouvá píst v hlavním válci a vytlačuje kapalinu potrubím do pracovního válce. Působením kapaliny na píst pracovního válce se píst vysouvá a tlačí na páku, která pohybuje vypínací pákou, a tím i objímkou. U hlavního válce je zásobní nádržka s kapalinou, z níž se okruh stále doplňuje (obr. 6).
7
10
8
6
5
13 11
9
4
3
2
12 1
Obr. 6. Hydraulické ovládání spojky 1 – pedál spojky, 2 – svorník, 3 – víko válce s pojistným a těsnicím kroužkem, 4 – píst, 5 – pružina s opěrkou, 6 – přívodní průtokový šroub, 7 – přívodní potrubí, 8 – pružná spojovací hadice, 9 – pracovní válec, 10 – plnicí otvor, 11 – vypínací páčka spojky, 12 – pedál brzdy, 13 – vypínací palec
13
Elektrické ovládání spojky – viz samočinné spojky. Ovládání spojky s posilovačem (hydraulicko-pneumatické) používají nákladní vozidla, např. značky Liaz. Řidič ovládá pomocí pedálu spojky zdvojené hydraulické válce. Tlakem kapaliny se otevře ventil ve válci posilovače, jímž se vpustí přetlakový vzduch, který působí na píst posilovače. Ten posouvá tlačítkem a vypínací pákou spojky (obr. 7).
14
9 6
1 2
3
4
10
5
7 8
11 12
13
Obr. 7. Hydraulické ovládání spojky se vzduchovým posilovačem 1 – pedál spojky, 2 – pístnice, 3 – píst, 4 – válec, 5 – hydraulické vedení, 6 – píst, 7 – řídicí ventil, 8 – vzduchové vedení, 9 – píst vzduchového válce, 10 – vzduchojem, 11 – pístnice, 12 – páka, 13 – vypínací ložisko, 14 – pružina
1.2.1 Druhy spojek Dosud nejrozšířenější jsou mechanické třecí spojky, které mohou být jednokotoučové a vícekotoučové. Mohou být suché, nebo mokré (v olejové lázni). Třecí spojka se skládá z těchto částí: yy Třecí části – zabezpečují spojení mezi hnací a hnanou částí. Jednotlivé části tvoří setrvačník, případně dvouhmotový setrvačník, spojkový kotouč nebo více kotoučů s třecím obložením. Dvouhmotový setrvačník se používá pro dosažení vyššího komfortu a uklidnění chodu, ale současně šetří 14
převodovku, protože se na ni nepřenáší kolísání otáček. Hmota setrvačníku je rozdělena na primární a sekundární. Mezi oběma hmotami je účinný systém pružin pro zatlumení torzních kmitů, přičemž tento tlumicí systém je dvoustupňový. První stupeň s měkkými pružinami potlačuje rezonance a druhý s tvrdými pružinami je určen pro oblast vysokého výkonu a přenosu maximálního točivého momentu. yy Přítlačné části – tvoří přítlačný kotouč, na nějž tlačí buď samostatná pružina, nebo několik pružin. Přítlačný kotouč se nemůže vůči setrvačníku otáčet, ale může se pohybovat axiálně, což je nutné pro funkci spojky. Některé spojky používají ke zvýšení přítlačné síly odstředivou sílu závaží, elektromagnetickou sílu apod. (třecí plochy musí být k sobě přitlačovány takovou silou, aby vzniklé tření zajistilo bezpečný přenos točivého momentu z motoru do převodovky). yy Vypínací zařízení – ovládá činnost přítlačných částí. Podle působení vypínací síly rozlišujeme vypínání přímé (pákový převod), nepřímé (vzduchové, kapalinové a elektromagnetické) a automatické (odstředivé). U třecích spojek se spojení hnací a hnané části uskutečňuje třením mezi těmito částmi, které jsou k sobě přitlačovány. Spojka se vypíná oddálením obou částí, které může být ovládáno mechanicky, tlakem vzduchu nebo kapaliny, elektricky, nohou nebo rukou, ale i samočinně. Třecí spojky se člení podle druhu síly, kterou jsou hnací a hnaná část k sobě přitlačovány. Pružinová (třecí) spojka je spojka, u níž jsou hnací a hnaná část k sobě přitlačovány silou pružin. Třecí kotoučové spojky se zpravidla používají u osobních automobilů a lehkých i středních nákladních automobilů. Mají jeden hnaný kotouč, většinou suchý, s oboustranným obložením. Ovládání spojky je přímé. Má pákový převod, který je jednoduchý, nejčastěji dvojnásobný, při velkých silách i trojnásobný. Kotoučové třecí spojky jsou výhodné, protože mají dostatečně měkký záběr. Umožňují i montáž nepřímého ovládání, kterým se zmenšuje potřebná ovládací síla na pedál. Mohou mít i samočinné ovládání. Třecí jednokotoučová spojka s přímým i nepřímým ovládáním se montuje na setrvačník motoru. Ten je zároveň hnacím kotoučem (obr. 8). Při sešlápnutí pedálu se otočí vypínací hřídel uložený ve skříni spojky a s ním i vypínací páčka, která posune vypínací objímku doleva směrem k setrvačníku. Vypínací objímka se opře o vysouvací páčky uložené v dosedacích plochách ve výřezech štítu spojky. Páčky se natočí a vnějšími konci pomocí táhel vysunou přítlačný kotouč ze záběru. Tím se uvolní kotouč spojky (hnaný kotouč) a přeruší se spojení mezi hnací a hnanou částí. Při uvolnění pedálu se 15