Автомобильные силовые агрегаты

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ 
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ 
«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ 
УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ Г.Ф. МОРОЗОВА» 
 
В.С. Волков 
А.П. Лукин 
 
 
 
 
АВТОМОБИЛЬНЫЕ 
СИЛОВЫЕ 
АГРЕГАТЫ 
 
 
 
Учебное пособие 
 

 

 

 
 

Москва 

ИНФРА-М 

2020

УДК 629.331 
ББК 39.33 
В67 
 
Печатается по решению учебно-методического совета  
ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический университет  
имени Г.Ф. Морозова» (протокол № 5 от 9 февраля 2018 г.) 
 
Рецензенты:  
кафедра 
электротехники 
и 
автоматики 
Воронежского 

государственного аграрного университета имени императора Петра I;  

О.И. Поливаев, доктор технических наук, профессор 
 
 
Волков В.С. 
В67  
Автомобильные силовые агрегаты : учебное пособие / 
В.С. Волков, А.П. Лукин. — Москва : ИНФРА-М, 2020. — 83 с. 
 
ISBN 978-5-16-109299-6 (online) 
 
В учебном пособии рассмотрены основы конструктивного построения 
механизмов, узлов и систем автомобильных силовых агрегатов и их рабочие 
процессы. 
Предназначено для студентов высших учебных заведений, обучающихся 
по 
направлению 
подготовки 
23.03.03 
«Эксплуатация 
транспортнотехнологических машин и комплексов», а также для специалистов, связанных с 
использованием автомобильного транспорта. Может быть использовано при 
обучении слушателей по соответствующим программам дополнительного 
профессионального образования. 
 

УДК 629.331 

ББК 39.33 

 
 
 
 
 
 
ISBN 978-5-16-109299-6 (online) 
© Волков В.С., Лукин А.П., 2020 

ФЗ № 
436-ФЗ

Издание не подлежит маркировке 
в соответствии с п. 1 ч. 2 ст. 1

Оглавление

Введение.........................................................................................

1. Роль силового агрегата в конструктивной схеме

автомобиля ...................................................................................

2. Автомобильные двигатели.........................................................

2.1. Общие сведения...........................................................................
2.2. Кривошипно-шатунный механизм...........................................
2.3. Газораспределительный механизм...........................................
2.4. Система смазки............................................................................
2.5. Система охлаждения....................................................................
2.6. Топливная система двигателя на жидком лёгком топливе ...
2.7. Топливная система газового двигателя...................................
2.8. Топливная система дизеля..........................................................

3. Механизмы сцепления................................................................
4. Коробки передач...........................................................................

4.1. Механические коробки передач с ручным управлением....
4.2. Механические роботизированные коробки передач............
4.3. Вариативные коробки передач.................................................
4.4. Автоматические коробки передач............................................
4.5. Электрические трансмиссии......................................................

5. Главные передачи переднеприводных автомобилей............
6. Карданные передачи...................................................................
7. Раздаточные коробки..................................................................
8. Главные передачи автомобилей классической

компоновки....................................................................................
Заключение....................................................................................
Библиографический список........................................................

4

5
10
10
17
18
22
25
27
36
39
48
54
54
58
62
64
68
70
73
77

79
82
83

ВВЕДЕНИЕ

Процесс конвейерной сборки современного автомобиля предопределяет 
наличие так называемой блочно-модульной системы, когда относительно базового блока, например рамы или кузова, осуществляется монтаж модульных 
элементов и систем конкретного функционального назначения. Такое решение 
позволяет упростить технологическую схему движения комплектующих составных частей и снизить себестоимость изготавливаемого изделия.

Изготовление деталей для механизмов и систем модульных элементов 
осуществляется на специализированных предприятиях, производящих конкретные виды продукции, не всегда предусматривающих процесс окончательной 
сборки узлов или агрегатов. Во многих случаях производимые разными предприятиями детали поступают в виде комплектующих единиц на предприятия, 
осуществляющие окончательную сборку конкретных механизмов или узлов, 
обладающих заданными техническими характеристиками.

Собранные таким образом изделия поступают на предприятия следующего уровня сборки агрегатов в виде комплектующих элементов. Далее собранный агрегат поступает на линию конвейерной сборки автомобиля в виде конкретной силовой части.

Существующая блочно-модульная конструктивная система автомобиля 
предусматривает наличие базового блока в виде рамы грузового автомобиля 
или грузонесущего кузова легкового автомобиля, относительно которых производится размещение следующих модульных агрегатов:

- силового агрегата, осуществляющего преобразование энергии, получаемой от энергоносителя, в механическую работу, передаваемую к колёсному 
движителю;

- подвески, осуществляющей кинематическое и силовое взаимодействие 
между несущей системой и колёсами;

- колёсного движителя, осуществляющего взаимодействие автомобиля с 
дорогой;

- рулевой системы, позволяющей автомобилю изменять направление 
движения;

- тормозной системы, позволяющей автомобилю при необходимости 
снижать скорость и сохранять неподвижное положение при стоянке;

- электрооборудования, обеспечивающего работу электрических и электронных приборов, а также автоматизацию управления автомобильными узлами и агрегатами;

- вспомогательного оборудования и элементов комфорта в виде сидений, 
системы климат-контроля и так далее.

При этом от специалистов, работающих в области эксплуатации автомобильного подвижного состава, требуется наличие соответствующих компетенций в области знания конструктивного построения автомобиля, его эксплуатационных свойств и способности решения задач по оценке работоспособности 
автомобильных агрегатов, узлов или деталей, а также автомобиля или автопоезда в целом.

1. РОЛЬ СИЛОВОГО АГРЕГАТА В КОНСТРУКТИВНОЙ СХЕМЕ

АВТОМОБИЛЯ

Автомобильный силовой агрегат предназначен для выработки механической энергии от получаемого энергоносителя и её преобразования в форму с 
конкретными механическими характеристиками для передачи к ведущим колёсам. В зависимости от компоновочной схемы автомобиля в состав силового агрегата могут входить различные узлы и механизмы.

В зависимости от типа привода мощности к ведущим колёсам состав силовых агрегатов включает следующие составные части:

- в заднеприводном варианте: двигатель, механизм сцепления, коробка 
передач.

- в переднеприводном варианте: двигатель, механизм сцепления, коробка 
передач, главная передача.

Классическая компоновочная схема, предусматривающая привод мощности на задние ведущие колёса, в современных условиях применяется на грузовых автомобилях и автобусах. При этом двигатель, размещаемый спереди, 
обычно имеет продольное расположение блока цилиндров и, соответственно, 
последовательное расположение за ним механизма сцепления и коробки передач, как показано на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Силовой агрегат ЯМЗ-650, укомплектованный для установки на 
автомобиль: 1 -  двигатель; 2 -  механизм сцепления; 3 -  коробка передач

Крепление силового агрегата, показанного на рис. 1.1, к раме автомобиля 
осуществляется посредством эластичных опор с резиновыми упругими элементами, способными локализовать передачу вибрационных нагрузок от двигателя 
на лонжероны рамы и располагаемые на ней кабину водителя и грузонесущую 
платформу.

В автобусах, создаваемых на базе узлов и агрегатов грузовых автомобилей, силовой агрегат располагается в задней части транспортного средства либо 
под полом между передним и задним мостами. При размещении силового агрегата в задней части автобуса возможно применение двигателей с рядным вертикальным или V-образным расположением цилиндров с продольной осью вращения коленчатого вала. В случае размещения силового агрегата под полом автобуса используются двигатели с горизонтальным рядным или оппозитным 
расположением цилиндров и продольной осью вращения коленчатого вала. Варианты поперечного расположения двигателя в составе силового агрегата на 
автобусах используются крайне редко.

В конструкциях легковых автомобилей с приводом на передние колёса 
возможны разновидности как продольного, так и поперечного расположения 
двигателя и, соответственно, связанных с ним составных частей силового агрегата. На рис. 1.2 показан вариант силового агрегата с поперечным расположением двигателя.

Рис. 1.2. Силовой агрегат легкового переднеприводного автомобиля ВАЗ: 
1 -  коробка передач; 2 -  двигатель; 3 -  полуоси; 4 -  механизм сцепления;

5 -  главная передача

Как видно из рис. 1.2, силовой агрегат располагается на трёх эластичных 
опорах, осуществляющих его крепление к продольным лонжеронам несущего 
кузова. Полуоси 3 осуществляют передачу крутящего момента от главной передачи 5 к ведущим передним колёсам.

В легковых автомобилях классической компоновки обычно предусматривается наличие силового агрегата с продольным расположением двигателя. При 
этом для передачи крутящего момента на задний ведущий мост применяется 
карданная передача относительно большой длины. В современных условиях

вариант классической компоновки в конструкциях легковых автомобилей для 
потребительского спроса признан более дорогим и менее удобным, отчего производители отдают большее предпочтение производству автомобилей в переднеприводном исполнении.

В конструкции легковых автомобилей с полным приводом используются 
силовые агрегаты как с продольным, так и с поперечным расположением двигателя. Вариант с продольным расположением двигателя, показанный на 
рис. 1.3, представляется конструктивно более простым с возможностью последовательного расположения без объединения в один блок коробки передач и 
раздаточной коробки.

Рис. 1.3. Продольное расположение двигателя в полноприводном автомобиле

Suzuki Grand Vitara

Вариант с поперечным расположением двигателя представляется менее 
материалоёмким и более компактным, поскольку в составе силового агрегата 
коробка передач объединяется в один блок с раздаточной коробкой и главной 
передачей привода передней оси.

В современном автомобильном производстве всё большую долю занимают так называемые гибридные конструкции автомобилей, а также электрокары 
с полностью электрическими силовыми агрегатами.

Силовой агрегат гибридного автомобиля представляет собой сочетание 
двигателя внутреннего сгорания небольшой мощности и приводимого им электрического генератора, осуществляющего подзаряд аккумуляторных батарей. 
Привод мощности к ведущим колёсам в этом случае осуществляется от специальных тяговых электродвигателей.

Расположение такого силового агрегата должно быть согласовано с размещением на автомобиле накопителей энергии в виде аккумуляторных или 
конденсаторных батарей. В современных условиях для сохранения требуемых 
параметров поворачиваемости по формированию вертикальных нагрузок на передние и задние колёса более предпочтительной оказывается конструктивная 
схема с размещением силового агрегата в передней части автомобиля, а накопителей энергии -  в его задней части, как показано на рис. 1.4.

Рис. 1.4. Размещение силового агрегата в конструкции гибридного автомобиля 
Toyota Prius: 1 -  электропривод ведущих колёс; 2 -  генератор 3 -  двигатель 
внутреннего сгорания; 4 -  блок накопителей энергии; 5 -  блок управления

силовым агрегатом

В силовом агрегате, показанном на рис. 1.4, двигатель внутреннего сгорания 3 выполняет роль вспомогательного источника энергии для подзаряда аккумуляторных батарей 4 посредством генератора 2.

Запас электрической энергии, накопленный в блоке 4, обеспечивает пробег автомобиля в условиях городского цикла порядка 200 км. При необходимости аккумуляторный блок 4 может быть подзаряжен как от стационарной электросети посредством специального выпрямительного устройства, так и от генератора 2, приводимого в действие двигателем внутреннего сгорания 3. Блок 
управления силовым агрегатом 5 предусматривает, кроме основной функции по 
регулированию потока энергии к ведущим колёсам, возможность рекуперации, 
то есть обратного перетока энергии от колёс к блоку аккумуляторов 4 в режиме 
торможения на затяжных спусках, как показано стрелками на рис. 1.4. Для 
осуществления такого процесса электродвигатели электропривода ведущих колёс 1 переключаются в режим генераторов, и вырабатываемая ими энергия поступает на подзаряд аккумуляторных батарей 4.

В конструкции электромобиля работа транспортного средства предусматривается только на электрической энергии, отчего необходимость применения 
двигателя внутреннего сгорания и приводимого им генератора отпадает.

2

Силовой агрегат электромобиля предусматривает наличие блока аккумуляторных батарей, тяговых моторедукторов привода ведущих колёс и блока 
управления, как показано на рис. 1.5.

Рис. 1.5. Силовой агрегат электромобиля Mercedes-Benz SLS AMG: 1 -  полуось; 
2 -  тяговые моторедукторы; 3 -  стабилизатор поперечной устойчивости;

4 -  блоки управления; 5 -  блок накопителей энергии

В конструкции, показанной на рис. 1.5, каждый из тяговых моторедукторов представляет собой сочетание тягового электродвигателя и механического 
понижающего редуктора вального или планетарного типа. Такое решение позволяет использовать в данном узле малогабаритные высокооборотные электродвигатели с «мягкими» механическими характеристиками и тем самым создавать достаточно компактный узел. Применение в приводе каждого ведущего 
колеса отдельного моторедуктора позволяет исключить применение межколёсного дифференциала, поскольку индивидуальный привод обеспечивает при необходимости возможность вращения колёс с разными угловыми скоростями.

Контрольные вопросы

1. Какую роль выполняет силовой агрегат в конструкции автомобиля?
2. Какие узлы входят в состав конструкции силового агрегата у автомобиля 
с передним приводом?

3. Какие узлы входят в состав конструкции силового агрегата у автомобиля 
с задним приводом?

4. Какие узлы входят в состав конструкции силового агрегата гибридного 
автомобиля?

5. Какие узлы входят в состав конструкции силового агрегата электромобиля?

2. АВТОМОБИЛЬНЫЕ ДВИГАТЕЛИ 

2Л. Общие сведения

В современных условиях сохраняется тенденция использования на автомобилях поршневых двигателей внутреннего сгорания, преобразующих тепловую энергию от сгорания топлива в механическую работу. В данных двигателях 
реализуется принцип внутреннего смесеобразования, когда осуществляется 
впрыск порции топлива в цилиндр в двух вариантах: лёгкого топлива, обычно 
на такте всасывания, либо тяжёлого топлива в конце такта сжатия.

Изобретателем двигателя, работающего на лёгком топливе, является немецкий инженер, почётный доктор университета Вюрцбурга Николас Август 
Отто, запатентовавший в 1876 году конструкцию поршневого четырёхтактного 
двигателя с карбюраторным смесеобразованием. Первый двигатель, созданный 
Н.А. Отто, использовался для привода ткацких станков и прослужил немногим 
более двух лет. Позднее в 1883 году конструктивная схема такого двигателя 
была применена в качестве составной части автомобильного силового агрегата 
Вильгельмом Майбахом, работавшим на заводе Готлиба Даймлера, и Карлом 
Бенцем, имевшим собственное производство.

Изобретателем двигателя, работающего на тяжёлом топливе, является Рудольф Кристиан Карл Дизель, запатентовавший рабочий цикл такого агрегата в 
1892 году. Первый функционирующий двигатель такого типа был собран на 
Аугсбургском машиностроительном заводе в 1897 году. Первые двигатели конструкции Дизеля производились в Германии и в России для нужд морского 
транспорта. Далее такие двигатели стали применяться в конструкциях автомобильных транспортных средств.

Современный автомобильный поршневой четырёхтактный двигатель 
представляет собой комплекс взаимодействующих между собой механизмов и 
систем, преобразующих тепловую энергию от сгорания топлива в механическую работу. Базовой деталью двигателя обычно является блок цилиндров, относительно которого осуществляется крепление остальных механизмов и систем. Конструкция двигателя предусматривает наличие следующих механизмов 
и систем: кривошипно-шатунного, газораспределительного, системы охлаждения, системы смазки, системы впрыска топлива, а двигатели, работающие на 
лёгком топливе, имеют систему зажигания. Автомобильные двигатели выполняются многоцилиндровыми. Число и порядок работы цилиндров определяются конструктивной схемой и рабочим процессом двигателя.

Рабочий цикл каждого цилиндра двигателя (рис. 2.1) содержит следующие четыре такта.

1. 
Всасывание. Открыт впускной клапан, поршень идёт вниз от верхней 
мёртвой точки к нижней мёртвой точке, выпускной клапан закрыт.

2. 
Сжатие. Оба клапана закрыты, поршень идёт вверх от нижней мёртвой 
точки к верхней мёртвой точке. Осуществляется сжатие топливовоздушной 
смеси либо воздуха с эффектом сильного нагрева.

17 16

Рис. 2.1. Схема рабочего цикла поршневого одноцилиндрового двигателя 
внутреннего сгорания, работающего на лёгком топливе: а) продольный разрез, 
б) поперечный разрез; 1 -  поддон картера; 2 -  коренной подшипник;
3 -  коленчатый вал; 4 -  картер; 5 -  цилиндр; 6 -  поршень; 7 -  головка 
цилиндра; 8 -  впускной клапан; 9 -  свеча зажигания; 10 -  выпускной клапан;

11 -  поршневые кольца; 12 -  поршневой палец; 13 -  шатун; 14 -  шатунная 
шейка коленчатого вала; 15 -  кривошип; 16 -  маховик; 17 -  коренная шейка

коленчатого вала

3. 
Рабочий ход. Началом рабочего хода является точка воспламенения 
рабочей смеси, когда поршень немного не доходит до верхней мёртвой точки с 
таким расчётом, что после прохождения поршнем верхней мёртвой точки на 
поршень будет действовать наибольшее давление от сгорания топливовоздушной смеси. Оба клапана при этом закрыты. В начале такта рабочего хода максимальное давление образующихся при сгорании топлива газов при использовании лёгкого топлива достигает 3,5 ... 4,0 МПа, а в дизелях 4,5 ... 5,5 МПа. 
В конце такта рабочего хода максимальная температура газов в двигателях на лёгком топливе находится в пределах 2100 .. .2300 °С, а в дизелях -  1700 ... 1900 °С.