Автомобиль и пять его стихий

АВТОМОБИЛЬ И ПЯТЬ ЕГО СТИХИЙ

]

ТЕХНИКА

/ОБОЗРЕНИЕ

АВТОМОБИЛЬ И ПЯТЬ ЕГО

СТИХИЙ

МАШИНА —

НЕ ТОЛЬКО «ЖЕЛЕЗО», ОНА ЗАПРАВЛЕНА РАЗЛИЧНЫМИ ЖИДКОСТЯМИ

И ГАЗАМИ

ТЕКСТ / АЛЕКСЕЙ ВОРОБЬЕВ-ОБУХОВ

Каждая из них находится под определенным давлением, измеряемым... А в чем, собственно? Раньше на все случаи был готов ответ — в атмосферах! Но в каких? Можно, например, определить эту единицу, как давление столба воды высотой 10 м, и назвать ее атмосферой технической (обозначается «ат», она же — 1 кгс/см2). А можно — как среднегодовое давление воздуха на уровне моря при среднегодовой же температуре +15°С. И назвать эту атмосферу физической (обозначение «атм»). Может, когда-то думали: это одно и то же, но точные измерения показали, что 1 атм = 1,033 ат. Все это, конечно, неудобно, да и не соответствует международной системе единиц СИ.

Поэтому, так же как Ватт победил «лошадиную силу», так и Паскаль (давление силы 1 Н, действующей на 1 м2 поверхности) стал общепринятой в физике и технике величиной. А поскольку он в сто тысяч раз меньше привычной единицы, то чаще пользуются кило- и мегапаскалями. Приближенно можно считать, что 100 кПа — это и есть атмосфера (та или другая), а точно 100 кПа равны одному бару — вот и еще одна часто встречающаяся, хотя и устаревшая единица давления. Есть еще множество единиц — например миллиметры ртутного столба, которыми до сих пор пользуются медики. Однако все они, вместе с атмосферами и кгс/см2, запрещены к применению с... 1980 года.

Но привычка — вторая натура. Поэтому в автомобильных инструкциях и справочниках, в журналах и рекламных проспектах до сих пор встретишь и бары, и килограммы, и квадратные сантиметры. Более того, на боковинах американских шин можно встретить... фунты на квадратные дюймы (1 PSI — примерно 7 кПа). Мы все же будем ориентироваться на правильные килопаскали... благо, пересчет в незаконные, но столь привычные атмосферы, бары или кгс/см2 прост: достаточно зачеркнуть два нуля.

СТИХИЯ ПЕРВАЯ — ВОЗДУХ

Воздух, которым мы дышим, совершает в автомобиле немало полезных дел. Например, в тяжелых машинах, будучи сжат до 600–1000 кПа, он работает в тормозной системе, да и во многих вспомогательных устройствах (так, в автобусах управляет дверями). Компрессор приводится в действие мотором, и потому в кабинах часто увидишь табличку «Не выключать двигатель во время движения!», хоть и есть на борту в ресиверах запас сжатого воздуха, растратить его — пара пустяков... Тогда современный грузовик — нет, не потеряет управление, а встанет как вкопанный. Ведь мощные пружины стояночного тормоза удерживает в отжатом положении... да, да — воздух.

Легковому автомобилю воздух тоже помогает остановиться, только вместо повышенного используется пониженное давление. Усилитель тормозов так и называется: вакуумный. Поскольку отрицательное давление относительно невелико (в лабораторных условиях предельное разрежение, разумеется, 100 кПа, а во впускном тракте до 30 кПа), то для получения приличного усилия на поршне главного тормозного цилиндра приходится использовать мембрану большой площади. Это, пожалуй, главный недостаток такого усилителя, когда на счету каждый литр объема подкапотного пространства.

А где в легковой машине используют воздух сжатый? Ну конечно, в шинах. Там он принимает на себя первые удары от ухабов и неровностей дороги. Типичное значение давления — от 170 до 250 кПа; если упадет ниже 100 кПа, шина на скорости может соскочить с обода. Впрочем, иногда сознательно оставляют даже меньше, чтобы преодолеть рыхлый снег или песок. А специальные снегоболотоходы используют шины сверхнизкого (10 кПа!) давления. Огромный объем таких колес — воздушных шариков — заодно придает автомобилю плавучесть.

Амортизирующие свойства шин нашли логическое продолжение в пневмоподвесках, где сжатый воздух работает вместо рессор или пружин. Меняя давление в камерах, подвеской можно управлять: седельный тягач, присев на задние колеса, припаркуется точно под полуприцепом; автобус услужливо накренится к инвалидному креслу; фургон не осядет, приняв на борт тонны груза. Пневмоподвески применяют на тяжелых машинах, где их обслуживает штатный компрессор. А еще сжатый до 8000–14 000 кПа газ давно и успешно трудится в королевских подвесках «Ситроена».

СТИХИЯ ВТОРАЯ — ТОПЛИВО

Воздух или азот — не единственные газы, используемые в автомобиле. По мере истощения мировых запасов нефти все важнее для него газы горючие — пропан-бутановая смесь, метан или водород. Разброс давлений здесь чрезвычайно велик. Например, природный метан хранится в сверхпрочных стальных или стеклопластиковых баллонах под давлением около 20 000 кПа. Столь же сильно сжимают и водород, если только его не получают прямо на борту. А вот сжиженная при комнатной температуре пропан-бутановая смесь хранится при вдесятеро меньшем давлении. Удобно? Конечно, вот только сам газ дороже, да и при низких температурах плохо испаряется. Поэтому зимой двигатель приходится чаще пускать на бензине.

В карбюраторном двигателе он поднимается к бензонасосу благодаря разрежению около 30 кПа. Если прохудится на ходу бензопровод, в него станет подсасываться воздух, и водитель, скорее всего, быстро почувствует неладное: мотор заглохнет или станет дергаться под нагрузкой. А вот во впрысковых машинах электронасос в бензобаке или возле него способен развить до 500–700 кПа. Небольшое повреждение трубопровода приведет к орошению всего и вся бензином: добром это не кончится.

В подкапотном пространстве впрыскового автомобиля стоит специальный регулятор, стабилизирующий уровень давления на 300 кПа больше, чем во впускной трубе. Если регулятор давления испортится, собьется вся настройка впрыска, и получить гарантированные заводом параметры уже не удастся.

Иногда, впрочем, давление бензина должно быть значительно больше (до 10 000 кПа). Речь идет о новейших двигателях с непосредственным впрыском топлива в цилиндр. Понятно, что давление в форсунке должно превышать давление в цилиндре, и притом намного. Ведь топливная смесь образуется прямо в камере сгорания всего за несколько миллисекунд до воспламенения.

Особенно важно давление впрыска в дизелях с плохо испаряющимся дизтопливом. Тут существуют две основные схемы. Одна из них — так называемая «коммон рейл» — общая шина. Давление в ней достигает 135 000 кПа! Дальше наращивать его не позволяет прочность стали. Еще немного — и рампа начнет раздуваться подобно шарику.

Двигателисты, однако, нашли выход: сжимать топливо в крошечном объеме самой насос-форсунки — до 205 000 кПа, а иногда даже больше. Представляете, каковы требования к материалам!

СТИХИЯ ТРЕТЬЯ — МАСЛО

Нормальное давление этой жидкости настолько важно для работы двигателя, что трудно найти автомобиль, в котором нет хотя бы контрольной лампочки. Давление колеблется в зависимости от оборотов мотора, температуры и свойств масла, износа трущихся пар. Зимой при пуске не редкость 600 кПа, а на холостом ходу летом может быть и 80 кПа.

Масло, только не моторное, а специальное, широко используют во всякого рода приводах, усилителях, исполнительных механизмах. Например, оно переключает передачи в коробках — причем не только традиционных «автоматах», но и шустрых механических. Ясно, что для быстрого передвижения элементов коробки передач давление должно быть значительным. На сегодня здесь рекорд держит " БМВ М3 Купе" с коробкой SMG-2. В спортивном режиме на переключение хватит 80 мс при давлении масла 8000 кПа.

В цепном вариаторе «Мультитроник», который применяет «Ауди», давление масла регулируется от 2000 до 6000 кПа, в зависимости от передаваемого крутящего момента, таким образом, чтобы цепь работала на грани проскальзывания.

Никуда не деться без масла особой марки (обычно «Дексрон») и в традиционной автоматической коробке с гидротрансформатором. В ней используют разные величины давлений — для работы турбины, тормозов планетарного механизма, сцепления. Типичные значения — 500–1000 кПа, хотя на поверхности лопаток турбинного колеса может быть и 3500 кПа. Важно знать, что специальный масляный насос коробки приводится либо от ее вала, либо от двигателя. Без него «автомат» долго не сдюжит. Вот почему, в частности, для буксировки придется изощряться — либо грузить ведущие колеса на эвакуатор, либо отсоединять их приводы.

Не забудем и о гидроусилителе руля, в котором циркулирует тот же «Дексрон». Усилия в рулевом механизме высоки (водители «нив» и УАЗов особенно хорошо это знают), поэтому ГУРу требуется немалое давление (около 8000 кПа в режиме парковки). Его также создает отдельный насос, приводимый от двигателя и забирающий немалую мощность, даже когда автомобиль едет прямо.

Газовая и масляная стихии иногда соприкасаются в автомобиле вплотную. Речь идет об амортизаторах. Поскольку давление масла в них постоянно резко меняется, да еще и температура при работе растет, существует опасность мгновенного вскипания при сбросе давления — своего рода кессонная болезнь амортизатора. Пузырьки воздуха сделают гаситель неэффективным. Выход нашли в постоянном подпоре жидкости сжатым газом — азотом. В амортизаторах для вседорожников «Монро-Эдвенчур» его избыточное давление — 2000 кПа.

Наконец, упомянем активную подвеску купе «Мерседес-Бенца CL», где гидравлика берет на себя колебания кузова частотой до 5 Гц и регулировку дорожного просвета. Чтобы справиться с этой задачей, насос поддерживает давление 20 000 кПа. Потребовался отдельный масляный радиатор, дабы охладить циркулирующую по трубопроводам жидкость.

СТИХИЯ ЧЕТВЕРТАЯ —

ТОРМОЗНАЯ ЖИДКОСТЬ

Здесь конкретная величина давления зависит от... расстояния между автомобилем и препятствием. Если последнее близко, то возможны и уже упомянутые 20 000 кПа. Создает их водитель с помощью усилителя или... насос. Последний появился в автомобиле вместе с АБС и обеспечивает постоянное давление в гидросистеме, так что электронике остается лишь «щелкать» клапанами. Аналогичное решение применено в тормозной системе «Дэймлера-Крайслер» — «Сенсотроник», способной индивидуально регулировать давление в тормозных цилиндрах каждого из колес.

СТИХИЯ ПЯТАЯ — АНТИФРИЗ

Давление в системе охлаждения могло быть и «никаким», если бы не стремление сделать ее герметичной и работающей «на грани кипения». Ведь 90–100°С — нормальный режим для двигателя. Специальный клапан в пробке радиатора позволяет давлению вырасти до 50–110 кПа, так что и при 120°С антифриз еще не кипит. При остывании двигателя в системе создается разрежение, и когда оно достигнет 3–13 кПа, другой клапан уравняет его с атмосферным.

* * * 

Мы постарались охватить большинство жидкостей и газов, циркулирующих в современном автомобиле, — ведь там, где они, там и давление, то есть «атмосферы», бары, паскали. Относиться к этой величине надо с уважением. Потому что «случайных» атмосфер не бывает — их должно быть ровно столько, сколько необходимо для работы многочисленных узлов и агрегатов.

Шкала давлений жидкостей и газов в автомобиле простирается почти от нуля до...

В усилителе

тормозов

работает... пустота.

«Сталкер» не только почти не давит на грунт, он еще и не тонет. И все благодаря огромным шинам низкого давления.

В «подушках» пневмоподвески «Скании» сжатый воздух выдерживает груз в 21 тонну, и автомобиль даже не «приседает». Впрочем, кнопочками дистанционного управления водитель легко изменит высоту платформы.

В баллонах газовой «Зафиры» метан сжат до 20 000 кПа. Безопасность обеспечивает стеклопластиковая

оболочка и специальное заправочное

устройство.

Газовый амортизатор «Монро-Эдвенчур» «примирил» газовую и масляную стихии. Здесь их разделяет лишь тоненький диск поршня.

В стойках активной подвески «Мерседес-Бенца CL500» нужны 20 000 кПа, иначе не справиться с возникающими тут нагрузками.

Гидронасос «Сенсотроника», хоть и развивает высокое давление, не занимает много места.

Ошибка в тексте? Выделите её мышкой! И нажмите: Ctrl + Enter

Комментарии