Piotr Fundowicz Mariusz Radzimierski Marcin Wieczorek

KONSTRUKCJA POJAZDÓW SAMOCHODOWYCH Piotr Fundowicz Mariusz Radzimierski Marcin Wieczorek

Autorzy: Piotr Fundowicz rozdziały 1, 2, 7, 8, 10 Mariusz Radzimierski rozdziały 4, 5, 6 Marcin Wieczorek rozdziały 2, 3, 4, 9 Recenzja: Rafał Podsiadło Okładkę projektowała: Joanna Plakiewicz Zdjęcie na okładkę wykonał: Artostock.com/Alamy/BE&W Redaktor inicjujący: Dorota Woźnicka Redaktor merytoryczny: Dorota Woźnicka Redaktor techniczny: Marzenna Kiedrowska Podręcznik jest zgodny z programem nauczania 723[04]ZSZ, SP/MEN/2007.05.14. W podręczniku podano klasyfikację pojazdów, ich parametry techniczne, zasadnicze zespoły i układy konstrukcyjne oraz zachowanie się pojazdów w ruchu. Omówiono mechanizmy układu jezdnego i nośnego, układ napędowy, silniki spalinowe, układy hamulcowe i kierownicze oraz wspomagające prace kierowcy (ASR, ESP, EBD, nawigację GSP) we współczesnych samochodach. Zawarto również wiadomości dotyczące nadwozi pojazdów samochodowych, omówiono przyczepy i naczepy oraz motocykle. Zakończono tematyką dotyczącą kierunków rozwoju konstrukcji pojazdów samochodowych. Na końcu każdego rozdziału znajdują się Pytania i polecenia, dzięki którym uczeń może sprawdzić nabyte wiadomości. W podręczniku wymieniono i zaprezentowano nazwy konkretnych firm i marki produktów. Zamieszczono je w celach dydaktycznych, aby zobrazować teorię za pomocą rzeczywistych przykładów. Podanie nazw firm i marek produktów nie ma na celu ich reklamy. Podręcznik dopuszczony do użytku szkolnego przez ministra właściwego do spraw oświaty i wychowania i wpisany do wykazu podręczników przeznaczonych do kształcenia w zawodach: do nauczania w zawodzie mechanik pojazdów samochodowych, na podstawie opinii rzeczoznawców: mgr. inż. Roberta Wanica, mgr. inż. Marka Rudzińskiego i mgr. Klemensa Stróżyńskiego. Typ szkoły: zasadnicza szkoła zawodowa i szkoła policealna. Rok dopuszczenia: 2010 ISBN 978-83-02-11720-6 Copyright by Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne Spółka Akcyjna Warszawa 2010 Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne Spółka Akcyjna 02-305 Warszawa, Al. Jerozolimskie 136 Adres do korespondencji: 00-965 Warszawa, p. poczt. nr 9 www.wsip.pl Wydanie pierwsze (2010) Ark. druk. 13,5 + 0,5 (wklejka)

Spis tre ci 1. Charakterystyka pojazdów samochodowych........................ 7 1.1. Troch historii............................................. 7 1.2. Klasy kacja pojazdów i ich podstawowe charakterystyki.......... 9 1.3. Parametry techniczne pojazdów............................. 11 1.4. Ruch pojazdu............................................ 13 1.5. Zasadnicze zespo y samochodu............................. 15 1.6. Uk ady konstrukcyjne pojazdów samochodowych.............. 17 1.7. Bezpiecze stwo czynne i bierne............................. 19 Pytania i polecenia............................................ 21 2. Mechanizmy uk adu jezdnego i no nego.......................... 22 2.1. Zawieszenia wiadomo ci wst pne.......................... 22 2.2. Podstawowe elementy zawiesze............................ 25 2.3. Typowe zawieszenia samochodowe.......................... 33 2.4. Ustawienie kó jezdnych................................... 38 2.5. Ko a jezdne.............................................. 39 Pytania i polecenia............................................ 46 3. Uk ad nap dowy samochodu.................................... 47 3.1. Budowa i zadania uk adu nap dowego....................... 47 3.2. Sprz g a pojazdów samochodowych.......................... 50 3.3. Dwumasowe ko o zamachowe.............................. 58 3.4. Skrzynie biegów.......................................... 61 3.4.1. Klasy kacja skrzy biegów............................ 63 3.4.2. Schemat dzia ania stopniowej skrzyni biegów........... 65 3.4.3. Sposoby w czania biegów............................ 67 3.4.4. Sterowanie skrzyni biegów........................... 73 3.5. Wa y nap dowe, pó osie nap dowe i przeguby................. 75 3.6. Mosty nap dowe.......................................... 82 3.7. Piasty kó................................................ 87 Pytania i polecenia............................................ 89 4. Silniki spalinowe.............................................. 90 4.1. Ogólna budowa silnika spalinowego......................... 90 4.2. Podstawowe wielko ci charakteryzuj ce silnik spalinowy........ 92 4.3. Uk ady silnika, ich zadania i budowa......................... 96 4.3.1. Kad ub i g owica silnika.............................. 97 4.3.2. Uk ad korbowo-t okowy.............................. 98 4.3.3. Uk ad rozrz du.................................... 103 3

4 4.3.4. Uk ad ch odzenia.................................. 105 4.3.5. Uk ad olejenia..................................... 110 4.3.6. Uk ad zasilania silników o zap onie iskrowym i samoczynnym.................................... 114 4.3.6.1. Zasilanie silników o zap onie iskrowym......... 115 4.3.6.2. Uk ady zasilania silników o zap onie samoczynnym (ZS).......................... 120 4.3.7. Uk ad zap onowy.................................. 121 4.3.7.1. Elektroniczne uk ady zap onowe............... 121 4.3.7.2. Elektroniczne sterowanie prac silnika......... 124 Pytania i polecenia........................................... 124 5. Uk ady hamulcowe i kierownicze............................... 125 5.1. Uk ady hamulcowe....................................... 125 5.1.1. Mechanizmy hamowania............................ 127 5.1.1.1. Rozwi zania konstrukcyjne hamulców b bnowych................................. 127 5.1.1.2. Rozwi zania konstrukcyjne hamulców tarczowych................................. 130 5.1.1.3. Tarcze i b bny hamulcowe.................... 130 5.1.1.4. Materia y cierne szcz k hamulcowych i wk adek ciernych........................... 131 5.1.2. Mechanizmy sterowania i elementy przenosz ce........ 133 5.1.3. Mechanizmy wspomagaj ce hamulce.................. 139 5.1.4. Uk ad przeciwblokuj cy ABS........................ 141 5.2. Uk ady kierownicze...................................... 146 5.2.1. Mechanizmy zwrotnicze............................. 147 5.2.1.1. Ustawienie kó kierowanych.................. 147 5.2.1.2. Skutki b dnego ustawienia kó kierowanych..... 149 5.2.2. Przek adnie kierownicze............................ 152 5.2.3. Mechanizmy wspomagaj ce.......................... 156 Pytania i polecenia........................................... 159 6. Uk ady wspomagaj ce prac kierowcy........................... 160 6.1. Uk ad ASR............................................. 160 6.2. Uk ad ESP.............................................. 162 6.3. Uk ad EBD............................................. 165 6.4. Tempomat.............................................. 166 6.5. Nawigacja satelitarna GPS................................ 168 Pytania i polecenia........................................... 169

7. Nadwozia pojazdów samochodowych............................ 170 7.1. Podzia nadwozi......................................... 170 7.2. Budowa nadwozia........................................ 171 7.3. Wyposa enie nadwozia................................... 174 7.4. Zachowanie si nadwozia pojazdu podczas kolizji............. 178 Pytania i polecenia........................................... 181 8. Przyczepy i naczepy.......................................... 182 8.1. Wiadomo ci wst pne..................................... 182 8.2. Rodzaje przyczep........................................ 182 8.3. Uk ady hamulcowe przyczep i naczep....................... 186 8.4. Mechanizmy sprz gaj ce.................................. 187 Pytania i polecenia........................................... 190 9. Motocykle.................................................. 191 9.1. Klasy kacja motocykli.................................... 191 9.1.1. Skutery........................................... 191 9.1.2. Motocykl classic................................... 193 9.1.3. Motocykl naked bike............................... 193 9.1.4. Motocykl sportowy................................ 194 9.1.5. Motocykl turystyczno-sportowy....................... 194 9.1.6. Motocykl turystyczny............................... 195 9.1.7. Motocykl chopper.................................. 195 9.1.8. Motocykl enduro i pochodne......................... 196 9.1.9. Motocykl supermoto............................... 196 9.1.10. Motocykl wyczynowy............................... 197 9.1.11. Motocykl czteroko owy............................. 197 9.2. Uk ady i mechanizmy pojazdów jedno ladowych.............. 197 9.2.1. Silnik i uk ad nap dowy............................ 197 9.2.2. Zawieszenie i opony................................ 200 9.2.3. Uk ad hamulcowy.................................. 203 Pytania i polecenia........................................... 204 10. Kierunki rozwoju pojazdów samochodowych..................... 205 10.1. Nowe technologie........................................ 205 10.2. Materia y, recykling...................................... 206 10.3. Pojazdy elektryczne i hybrydowe........................... 208 10.4. Paliwa ekologiczne....................................... 210 10.5. Elektronizacja pojazdów.................................. 213 Pytania i polecenia........................................... 216 Literatura...................................................... 224 5

1. Charakterystyka pojazdów samochodowych 1.1. Troch historii Od staro ytno ci ludzie u ywali ró nych rodków transportu. Pocz tkowo ci - ary transportowano na platformach wyposa onych w p ozy. Prawdopodobnie w staro ytnym Egipcie transportowano w ten sposób bloki kamienne podczas budowy piramid. Oko o roku 4000 p.n.e. w Mezopotamii wynaleziono ko o jezdne. P ozy zast piono wi c ko ami, co ogromnie u atwi o transport. Powsta y rydwany pojazdy dwuko owe ci gni te przez konie. U ywane by y do polowa i w walce, pó niej w staro ytnej Grecji i Rzymie do wy cigów. Ci gle jednak pozostawa problem nap du pojazdów. Pierwszym wynalazc, który zbudowa w pe ni sprawn maszyn parow, by francuski konstruktor wojskowy Nicolas-Joseph Cugnot (1725 1804). Oko o 1770 roku powsta a ulepszona wersja pojazdu na par (rys. 1.1) ci gnik artyleryjski. Rys. 1.1. Ci gnik Cugnota (1770 r.) [ ród o: Wikipedia] Porusza si on na trzech ko ach dwóch z ty u i jednym z przodu i móg ci gn 4-tonowe dzia o z pr dko ci do 4 km/h. Nap dzany by maszyn parow, która obraca a przednie ko o, wyposa one w prosty uk ad kierowniczy. Para by a wytwarzana w kotle, pod którym rozpala o si ognisko bezpo- rednio na drodze. Podczas prezentacji wynalazku w Pary u ci gnik skr ci w bok i rozbi si o mur, co by o jedn z przyczyn zaprzestania prac nad jego rozwojem. Ci gnik Cugnota znajduje si w muzeum Conservatoire National des Arts et Métiers w Pary u. 7

Maszyna parowa nadawa a si do nap du pojazdów, ale wraz ze swoim niezb dnym wyposa eniem i zapasem opa u by a za ci ka do pojazdów drogowych. Wykorzystano j do nap du lokomotyw. Prze omem w budowie pojazdów by wynalazek silnika spalinowego. Za twórców pierwszych samochodów z silnikami spalinowymi uznano niemieckich in ynierów: Karla Benza i Gottlieba Daimlera. Benz skonstruowa pierwszy samochód z silnikiem spalinowym na gaz miejski. By to pojazd trójko owy. Nast pnie Daimler wraz z Wilhelmem Maybachem skonstruowali silnik spalinowy zasilany benzyn. Zastosowali go do nap du pierwszego motocykla. Pierwszym polskim samochodem by CWS-T1 z 1921 roku (rys. 1.2), skonstruowany przez Tadeusza Ta skiego w Centralnych Warsztatach Samochodowych. Zaprojektowano i wykonano kilka wersji tego pojazdu, m.in. kilka wariantów samochodu osobowego, ci arówk i ambulans. Mimo e CWS by w tamtych czasach nowoczesnym pojazdem, nie rozpocz to jego masowej produkcji. 8 Rys. 1.2. Pierwszy polski samochód CWS-T1 W okresie mi dzywojennym istnia o w Polsce kilka wytwórni samochodów, ale istotne znaczenie mia y jedynie dwie fabryki: Zak ady Mechaniczne Ursus, produkuj ce ci arówki na licencji Saurera oraz Pa stwowe Zak ady In ynierii (PZIn.) produkuj ce samochody osobowe na licencji FIAT-a. Po II Wojnie wiatowej przemys w Polsce by zniszczony, a sytuacja polityczna nie sprzyja a powstawaniu nowoczesnych konstrukcji. Mimo to ju w latach 40. XX wieku zacz powstawa polski przemys motoryzacyjny. Pocz tkowo ukierunkowany by g ównie na produkcj samochodów ci arowych i ci gników pojazdów, które by y potrzebne do odbudowy kraju ze zniszcze wojennych. Produkcja samochodów osobowych rozpocz a si dopiero po pewnym czasie. Do prze omu lat 90. XX wieku znacz cymi fabrykami samochodów w Polsce by y: Fabryka Samochodów Ci arowych w Starachowicach (FSC) produkuj ca samochody ci arowe STAR, Fabryka Samochodów Ci arowych w Lublinie samochody ci arowe Lublin na licencji radzieckiej, pó niej samochody dostawcze uk,

Fabryka Samochodów Osobowych (FSO) w Warszawie pocz tkowo samochody Warszawa M-20 na licencji radzieckiej Pobiedy, nast pnie Syrena, FIAT 125p, Polonez, Sanocka Fabryka Autobusów autobusy Autosan, Jelcza skie Zak ady Samochodowe autobusy i ci kie samochody ci - arowe ubr, pó niej Jelcz, Fabryka Samochodów Dostawczych w Nysie samochody Nysa w kilku wersjach, Fabryka Samochodów Ma olitra owych (FSM) w Bielsku-Bia ej samochód polski FIAT 126p, Fabryka Samochodów Rolniczych POLMO w Poznaniu samochód pó ci arowy dla rolnictwa Tarpan. Oprócz samochodów produkowano w Polsce motocykle (WSK, SHL, Junak, skuter Osa), motorowery (pod mark Romet), przyczepy (Niewiadów) i pojazdy specjalne (Skar ysko-kamienna, Kielce). Powsta o równie szereg prototypów samochodów osobowych (m.in. Wars, Beskid, Ogar) i odmian pojazdów ju produkowanych, które nie wesz y do produkcji. Na skutek zmiany systemu polityczno-gospodarczego w Polsce oraz globalizacji przemys u, sytuacja motoryzacji uleg a zmianie. W 1996 roku powo- ano spó k Daewoo-FSO, która rozpocz a produkcj samochodów: Lanos, Nubira, Leganza, Matiz oraz monta korea skich samochodów Tico i Espero. W polskich fabrykach rozpocz to produkcj lub monta samochodów wielu marek osobowych (m.in. Ford, Peugeot, Volkswagen) oraz ci arowych i autobusów (m.in. Scania, Volvo, MAN). Powsta o wiele zak adów produkuj cych cz ci i zespo y samochodowe oraz oprzyrz dowanie do fabryk motoryzacyjnych. Przemys motoryzacyjny oraz zak ady obs uguj ce motoryzacj staj si, podobnie jak i w innych pa stwach, czynnikiem, który stymuluje rozwój ca ej gospodarki. 1.2. Klasyfikacja pojazdów i ich podstawowe charakterystyki Pojazd to rodek transportu przystosowany do poruszania si po drodze oraz maszyna lub urz dzenie do tego przystosowane. De nicje najwa niejszych typów pojazdów zawiera Kodeks drogowy. Zgodnie z de nicjami tam zamieszczonymi, pojazdem silnikowym jest pojazd wyposa ony w silnik, z wyj tkiem motoroweru i pojazdu szynowego. Pojazd samochodowy to pojazd silnikowy, który mo e porusza si z pr dko ci 9

powy ej 25 km/h (z wyj tkiem ci gników rolniczych). Pe n klasy kacj pojazdów drogowych pokazano na rys. 1.3. Rys. 1.3. Klasy kacja pojazdów drogowych Klasy kacja ta obejmuje: samochód osobowy pojazd samochodowy przeznaczony do przewozu do 9 osób ( cznie z kieruj cym), autobus pojazd samochodowy przeznaczony do przewozu powy ej 9 osób, samochód ci arowy pojazd samochodowy do przewozu adunków, ci gnik samochodowy (siod owy lub balastowy) pojazd przeznaczony wy cznie do ci gni cia przyczepy, ci gnik rolniczy pojazd silnikowy, skonstruowany do u ywania cznie ze sprz tem do prac rolniczych, ogrodniczych lub le nych, do ci gni cia przyczep i do prac ziemnych, motocykl pojazd samochodowy jedno ladowy lub z wózkiem bocznym, 10