Материал из Энциклопедия журнала "За рулем"
Несмотря на огромное многообразие типов и моделей современных автомобилей, конструкция каждого из них состоит из набора агрегатов, узлов и механизмов, наличие которых позволяет называть транспортное средство «автомобилем». К основным конструктивным блокам относятся:
- двигатель;
- движитель;
- трансмиссия;
- системы управления автомобилем;
- несущая система;
- подвеска несущей системы;
- кузов (кабина).
Двигатель является источником механической энергии, необходимой для движения автомобиля. Механическая энергия получается за счет преобразования в двигателе другого вида энергии (энергии сгорающего топлива, электроэнергии, энергии предварительно сжатого воздуха и т. п.). Источник немеханической энергии, как правило, находится непосредственно на автомобиле и время от времени пополняется.
В зависимости от вида использованной энергии и процесса ее преобразования в механическую на автомобиле могут применяться:
- двигатели, использующие энергию сгорающего топлива (поршневой двигатель внутреннего сгорания, газовая турбина, паровой двигатель, роторно-поршневой двигатель Ванкеля, двигатель внешнего сгорания Стирлинга и т. п.);
- двигатели, использующие электроэнергию, - электродвигатели;
- двигатели, использующие энергию предварительно сжатого воздуха;
- двигатели, использующие энергию предварительно раскрученного маховика, - маховичные двигатели.
Наибольшее распространение на современных автомобилях получили поршневые двигатели внутреннего сгорания, использующие в качестве источника энергии жидкое топливо нефтяного происхождения (бензин, дизельное топливо) или горючий газ.
К системе «двигатель» относят также подсистемы хранения и подачи топлива и удаления продуктов сгорания (системы выпуска).
Движитель автомобиля обеспечивает связь автомобиля с внешней средой, позволяет ему «отталкиваться» от опорной поверхности (дороги) и преобразует энергию двигателя в энергию поступательного движения автомобиля. Основной тип движителя автомобиля - колесо. Иногда в автомобилях применяются комбинированные движители: для автомобилей высокой проходимости колесно-гусеничные движители (рис. 1.11), для автомобилей–амфибий колесный (при движении по дороге) и водометный (на плаву) движители.
Трансмиссия (силовая передача) автомобиля передает энергию от двигателя к движителю и преобразует ее в удобную для использования в движителе форму. Трансмиссии могут быть:
- механические (передается механическая энергия);
- электрические (механическая энергия двигателя преобразуется в электрическую, передается к движителю по проводам и там снова преобразуется в механическую);
- гидрообъемная (вращение коленчатого вала двигателя преобразуется насосом в энергию потока жидкости, передающейся по трубопроводам к колесу, и там, посредством гидромотора, снова преобразуется во вращение);
- комбинированные (электромеханические, гидромеханические).
Механическая трансмиссия классического автомобиля
Наибольшее распространение на современных автомобилях получили механическая и гидромеханическая трансмиссии. Механическая трансмиссия состоит из фрикционной муфты (сцепления), преобразователя крутящего момента, главной передачи, дифференциала, карданных передач, полуосей.
Сцепление - муфта, дающая возможность кратковременно разъединить и плавно соединить двигатель и связанные с ним механизмы трансмиссии.
Преобразователем крутящего момента является механизм, позволяющий ступенчато или бесступенчато изменять крутящий момент двигателя и направление вращения валов трансмиссии (для движения задним ходом). При ступенчатом изменении момента данный механизм называется коробкой передач , при бесступенчатом - вариатором .
Главная передача - зубчатый редуктор с коническими и (или) цилиндрическими шестернями, повышающий крутящий момент, передаваемый от двигателя к колесам.
Дифференциал - механизм, распределяющий крутящий момент между ведущими колесами и позволяющий вращаться им с разными угловыми скоростями (при движении на поворотах или по неровной дороге).
Карданные передачи представляют собой валы с шарнирами, связывающие между собой агрегаты трансмиссии и колес. Они позволяют передавать крутящий момент между указанными механизмами, валы которых расположены не соосно и (или) изменяют при движении взаимное расположение друг относительно друга. Количество карданных передач зависит от конструкции трансмиссии.
Гидромеханическая трансмиссия отличается от механической тем, что вместо сцепления устанавливается гидродинамическое устройство (гидромуфта или гидротрансформатор), выполняющее как функции сцепления, так и функции бесступенчатого вариатора. Как правило, это устройство размещается в одном корпусе с механической коробкой передач.
Электрические трансмиссии применяются сравнительно редко (например, на тяжелых карьерных самосвалах, на внедорожных автомобилях) и включают в себя: генератор на двигателе, провода и систему электроуправления, электромоторы на колесах (электрические мотор-колеса).
При жестком соединении двигателя, сцепления и коробки передач (вариатора) данная конструкция называется силовым агрегатом .
В ряде случаев на автомобиле могут быть установлены несколько двигателей различных типов (например, двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель), связанных друг с другом трансмиссией. Такая конструкция называется гибридной силовой установкой .
Системы управления автомобилем включают в себя:
- рулевое управление ;
- тормозную систему ;
- управление прочими системами автомобиля (двигателем, трансмиссией, температурой в кабине и т. д.).
Рулевое управление служит для изменения направления движения автомобиля, как правило, за счет поворота управляемых колес.
[Тормозная система]] служит для уменьшения скорости движения автомобиля вплоть до полной остановки и надежного удержания его на месте.
Несущая система в виде лонжеронной рамы
Несущий кузов
Несущая система автомобиля служит для крепления на ней всех прочих узлов, агрегатов и систем автомобиля. Она может выполняться в виде плоской рамы или объемного
Сегодня на машине ездит практически каждый, но вот устройство автомобиля знакомо далеко не всем. Если Вам хочется знать, как же все-таки устроен Ваш автомобиль, то Вы определенно зашли на нужный сайт. Из этой статьи Вы сможете почерпнуть достаточную информацию, чтобы в общих чертах знать, из каких узлов и агрегатов состоит Ваша машина. В настоящее время существует огромное количество марок и моделей машин, но практически все легковые автомобили устроены одинаково.
Схема устройства автомобиля
Легковой автомобиль состоит из следующих частей:
- кузов (несущая конструкция);
- ходовая часть;
- трансмиссия;
- двигатель внутреннего сгорания (бензиновый или дизельный);
- система управления двигателем и электрооборудование.
На первый взгляд все просто, но это лишь общее устройство автомобиля. По каждому из приведенных пунктов можно написать не то чтобы статью, а целую книгу. Но мы не будем настолько углубляться и опишем лишь основные моменты, которые просто обязан знать каждый водитель независимо от стажа за рулем. Следует отметить, что банальная неосведомленность об элементарном устройстве автомобиля чревата значительными тратами на обслуживание и ремонт машины в автосервисе.
Кузов автомобиля
Кузов легкового автомобиля является несущей частью, к которой крепятся практически все узлы и агрегаты. Не многим известно, что первые автомобили не имели кузова, а все узлы крепились к раме, подобно грузовым машинам или мотоциклам. Но в гонке за снижением массы машины производители отказались от рамной конструкции, и появился современный кузов, который собственно и является своеобразной рамой.
Так как мы с Вами изучаем устройство автомобиля для начинающих, то разберем немного подробнее, из чего состоит кузов:
штампованное днище, к которому приварены всевозможные элементы усиления;
- лонжероны (передние и задние);
- крыша автомобиля;
- моторный отсек;
- прочие навесные составляющие.
Поскольку кузов является некой пространственной конструкцией, то данное разделение весьма условно, потому как все детали взаимосвязаны между собой. Лонжероны обычно являются единым целым с днищем или привариваются к нему и служат опорой для подвески. К навесным составляющим можно отнести крылья, крышку багажника, капот и двери. Задние крылья чаше привариваются к кузову, а передние могут быть съемными.
Ходовая часть
Ходовая часть состоит из множества агрегатов и узлов, при помощи которых автомобиль собственно имеет возможность передвигаться. Ну и поскольку данная статья описывает так сказать устройство автомобиля для чайников, то познакомимся с таким обширным понятием, как «ходовая часть», поближе. Основные составляющие практически любой ходовой части:
подвеска (передняя и задняя);
- ведущие мосты;
- колеса.
На большинстве современных легковых автомобилей устанавливается передняя независимая подвеска типа MacPherson (МакФерсон). Такой тип подвески позволяет значительно улучшить управляемость автомобиля и комфорт. В независимой подвеске каждое колесо крепится к кузову при помощи собственно крепежной системы. Зависимая подвеска уже давно устарела, но все же присутствует на многих автомобилях. Задняя зависимая подвеска может представлять собой жесткую балку или ведущий мост, в случае с заднеприводным автомобилем.
Трансмиссия
Следующим пунктом в нашем описании устройства автомобиля для начинающих будет трансмиссия, основным предназначением которой является передача крутящего момента с вала двигателя на колеса машины. Трансмиссия состоит из следующих узлов:
сцепление;
- коробка переключения передач (КПП);
- ведущий мост (мосты);
- шарниры равных угловых скоростей или карданная передача.
Сцепление автомобиля предназначено для соединения вала двигателя с валом коробки передач и призвано обеспечить плавную передачу крутящего момента. Коробка переключения передач необходима для изменения передаточного числа и снижения нагрузки на двигатель автомобиля. Ведущий мост монтируется в корпусе коробки передач (передний привод) или служит задней балкой (задний привод). Карданная передача или ШРУСы соединяют КПП с ведущим мостом или непосредственно с колесами машины.
Двигатель
Предназначение двигателя, наверное, известно всем, поэтому в нашем руководстве по устройству автомобиля для чайников мы не будем столь подробно описывать данный агрегат. Основное предназначение двигателя - преобразование тепловой энергии сгоревшего топлива в энергию механическую, которая передается на колеса автомобиля через трансмиссию.
Электрооборудование
Электрооборудование автомобиля включает в себя следующие основные узлы:
аккумуляторная батарея (АКБ);
- генератор переменного тока;
- электропроводка;
- система управления двигателем;
- потребители электроэнергии.
Аккумуляторная батарея является постоянным возобновляемым источником энергии и предназначена для запуска двигателя. В случае если двигатель не запущен, АКБ питает электроэнергией все потребители автомобиля. Генератор служит для поддержания в борт-сети постоянного напряжения и подзарядки АКБ. Электропроводка представляет собой множество проводов, которые образуют бортовую сеть автомобиля, соединяющую между собой все источники и потребители электроэнергии. Система управления двигателем состоит из электронного блока управления (ЭБУ) и всевозможных датчиков. Потребителями являются фары, задние фонари, система зажигания и пуска двигателя, стеклоочистители, электростеклоподъемники и прочее.
Как видите, автомобиль состоит из огромного количества частей, узлов и агрегатов, но при детальном рассмотрении все намного проще, чем кажется на первый взгляд. Стоит отметить, что это лишь обобщенный обзор устройства легкового автомобиля, с помощью которого просто невозможно охватить описание особенностей устройства конкретных марок и моделей.
Изобретение автомобиля в корне изменило человеческую жизнь, причем как в положительную, так и в негативную сторону. На сегодняшний день автомобиль – это не только средство передвижения, но и показатель статуса и положения в обществе.
Практически каждая семья имеет в своем распоряжении хотя бы один автомобиль, а существуют и города, где автомобилей уже давно больше чем людей.
Для того, что бы понимать, как управлять транспортным средством и как правильного его эксплуатировать нужно, знать, по крайней мере, из чего оно состоит и как работает. Каждый владелец автомобиля не раз интересовался устройством своего железного коня. Для некоторых достаточно владение базовыми знаниями, а некоторые предпочитают изучить каждую деталь автомобиля. Конечно, для того, что бы охватить все нюансы устройства автомобиля потребуется, как минимум написать книгу, а вот для того, что бы понимать основу и знать элементарное, достаточно прочитать данную статью.
Возможно для кого-то устройство автомобиля – это высшая математика, но если потратить немного времени и вникнуть в суть, все достаточно просто. Теперь обо всем по порядку.
1.Основные узлы и системы
Несмотря на то, что сегодня существует огромное количество разных марок и моделей автомобилей, практически все они устроены по одному и тому же принципу. Речь идет о легковых транспортных средствах. Схема устройства автомобиля условно делиться на несколько частей:
Кузов автомобиля или несущая конструкция. Сегодня кузов автомобиля является его основой, к которой крепятся практически все агрегаты и узлы. Кузов, в свою очередь, состоит из штампованного днища, передних и задних ланжеронов, крыши, моторного отсека и остальных навесных составляющих. Под навесными составляющими подразумевают двери, крылья, капот, крышку багажника и пр. Данное разделение достаточно условно, поскольку все детали автомобиля, так или иначе, связаны между собой;
Ходовая часть автомобиля.
Название говорит само за себя и предполагает, что ходовая часть состоит из множества узлов и агрегатов, с помощью которых автомобиль имеет возможность передвигаться. Ее основными составляющими принято считать переднюю и заднюю подвески, ведущие мосты и колеса. Также к ходовой части автомобиля относят раму, к которой также крепиться большинство агрегатов. Рама является предшественницей кузова.
С помощью ведущих мостов нагрузка передается от рамы или кузова на колеса
и наоборот. Что касается подвески, на многих автомобилях установлена подвеска по типу МакФерсон, которая значительно улучшает управление автомобилем. Существуют также независимые (каждое колесо по отдельности прикреплено к кузову) и зависимые (может быть в виде балки или ведущего моста, считается устаревшей) подвески;
Трансмиссия автомобиля. Под трансмиссией автомобиля принято считать силовую передачу. Ее основной задачей является передача крутящего момента от коленчатого вала к ведущим колесам. В свою очередь, трансмиссия также состоит из нескольких частей, в частности из коробки передач, сцепления, карданной передачи, дифференциала, полуосей и главной передачи. Последние соединены со ступицами колес;
Двигатель автомобиля.
Основной задачей и предназначением двигателя является преобразование тепловой энергии в механическую. Далее данная энергия передается через трансмиссию на колеса автомобиля;
Механизм управления. Собственно сам механизм управления состоит из тормозной системы и рулевой;
Электрооборудование автомобиля.
Ни один современный автомобиль не обходиться без электрики, основными частями которой являются аккумуляторная батарея, электропроводка, генератор переменного тока и система управления двигателем.
Это только основные части автомобиля, каждая из которых предусматривает систему в системе и порой не одну. На некоторых частях стоит остановиться детальней.
2. Краткий обзор видов моторов
Прежде всего, стоит отметить, что двигатель и мотор это одно и то же. Мотором чаще называют двигатели внутреннего сгорания или электрические. Не секрет, что двигатель служит источником энергии для передвижения транспортного средства. Большинство автомобилей предусматривает наличие двигателей внутреннего сгорания , которые условно можно поделить на:
Поршневые, в которых расширяющиеся газы во время сгорания топлива заставляют двигаться поршень, который в свою очередь приводит в движение коленчатый вал автомобиля;
В роторных двигателях те же газы приводят в движение вращающуюся деталь, собственно ротор.
Если углубляться, существует большое количество типов и подтипов двигателей. По типу топлива двигатели можно разделить на дизельные, бензиновые, газобаллонные и газогенераторные.
Также есть газотурбинные двигатели внутреннего сгорания, электрические, орбитальные, ротативные, роторно-лопастные и пр. На сегодняшний день наиболее распространенным является поршневой двигатель внутреннего сгорания.
3. Краткий обзор видов КПП
КПП или коробка передач – это одна из основных частей трансмиссии автомобиля . В основном КПП принято делить на три типа, а именно:
Механическая коробка передач. Принцип ее работы заключается в том, что водитель с помощью рычага переключает передачи, при этом постоянно следит за нагрузкой двигателя и скоростью автомобиля;
Автоматическая коробка передач исключает необходимость постоянно следить за скоростью и нагрузкой, так же не нужно постоянно пользоваться рычагом;
Роботизированная коробка передач – это полуавтоматический вид коробки передач, которая комбинирует свойства механической и автоматической коробки передач.
На самом деле видов и подвидов КПП гораздо больше. Так, различают Tiptronic (основа – автоматическая КПП с ручным переключателем скоростей), DSG (оборудована 2 сцеплениями, имеет автоматический привод переключения и представляет собой 6ти ступенчатую КПП) и вариатор (бесступенчатая трансмиссия).
4. Тормозная система
Как и следует из названия, тормозная система предназначена для снижения скорости автомобиля или полной его остановки. Состоит тормозная система из тормозных колодок, дисков, барабанов и цилиндров. Условно тормозную систему можно поделить на два типа – это рабочая (предназначена для полной остановки или снижения скорости) и стояночная (предназначена для удержания автомобиля на неровном или сложном дорожном покрытии).
Современные автомобили предусматривают установку тормозных систем, которые состоят из тормозных механизмов и гидропривода. В то время, когда вы нажимаете на педаль тормоза,в гидроприводе возникает избыточное давление, которое возникает благодаря тормозной жидкости. Это, в свою очередь, влечет срабатывание прочих тормозных механизмов.
5. Сцепление
Если говорить простыми словами, сцепление предназначено для того, что бы на короткое время разъединять двигатель от трансмиссии, а потом заново их соединять. Сцепление состоит из механизма сцепления и привода. Привод предназначен для того, что бы передавать усилия от водителя к определенному механизму. В автомобиле каждый механизм имеет свой привод, благодаря которому и приходит в действие.
Механизм сцепления – это устройство, в котором происходит процесс передачи крутящего момента посредством трения. Составляющими частями механизма сцепления являются картера, кожуха, ведущий, ведомый и нажимный диски.
Все вышеописанное – это только вершина айсберга, так как каждый из пунктов содержит еще не один десяток подпунктов. Для общего понимания устройства автомобиля вполне достаточно знать его основные узлы и агрегаты. Теперь вы точно знаете, как и почему ваш автомобиль двигается, тормозит и «кушает» бензин.
Введение
Уважаемые будущие, настоящие и вчерашние курсанты автошкол! Из личного опыта знаем: каждому, кто готовится к нелегкому жизненному испытанию под названием «водительские курсы», очень уж хочется как-нибудь «опустить» теорию и поскорее сесть за руль автомобиля, пусть даже учебного. Равно как и тем, кто уже ерзает на стуле, сидя за партой, и с тоской изучает, что такое гужевая повозка или чем велосипед отличается от мопеда.
Однако же в теоретической части есть немало полезной и интересной информации. Проблема в том, что часто в стандартных учебниках она изложена сухо и непонятно. По этой причине и родилась книга, которую вы держите в руках.
Поверьте, все, что в ней содержится, пригодится не только для сдачи зачетов и экзаменов на пути к заветной цели, но и послужит вам в будущем хорошим подспорьем. Ведь гораздо лучше «опустить» не теорию, а звание «чайника» в водительской карьере. Для этого необходимо обладать знаниями, чтобы не тратить пол-стоимости автомобиля на замену целого узла вместо одного подшипника.
К сожалению, подобный «развод на деньги» происходит сплошь и рядом.
Так что читайте, запоминайте, усваивайте, переваривайте, сдавайте экзамены, покупайте машину и становитесь настоящим водителем!
1. Общее устройство автомобиля
К транспортным средствам категории «В»
относятся автомобили, разрешенная максимальная масса которых не превышает 3500 кг
с количеством сидячих мест, помимо сиденья водителя, не более восьми.
Любой легковой автомобиль состоит из следующих элементов (рис. 1.1):
♦ двигателя;
♦ трансмиссии;
♦ ходовой части;
♦ механизмов управления;
♦ электрооборудования;
♦ дополнительного оборудования;
♦ кузова.
Двигатель – это «сердце» машины. Он сжигает топливо и преобразует тепловую энергию в механическую: заставляет вращаться коленчатый вал, затем вращение через трансмиссию передается на колеса (составляющую ходовой части ).
Так машина приводится в движение.
Рис. 1.1.
Общий вид легкового автомобиля: 1 – фара; 2 – вентилятор системы охлаждения двигателя; 3 – радиатор системы охлаждения двигателя; 4 – распределитель зажигания; 5 – двигатель; 6 – аккумуляторная батарея; 7 – катушка зажигания; 8 – воздушный фильтр; 9 – телескопическая амортизаторная стойка передней подвески; 10 – бачок омывателя ветрового стекла; 11 – коробка передач; 12 – ручка стеклоподъемника; 13 – внутренняя ручка двери; 14 – рычаг задней подвески; 15 – элемент обогрева заднего стекла; 16 – основной глушитель; 17 – задний амортизатор; 18 – задний тормоз; 19 – балка задней подвески; 20 – поперечная штанга задней подвески; 21 – топливный бак; 22 – рычаг стояночной тормозной системы; 23 – дополнительный глушитель; 24 – вакуумный усилитель тормозной системы; 25 – вал привода передних колес; 26 – передний тормоз; 27 – штанга стабилизатора передней подвески
Во время движения водитель управляет автомобилем с помощью рулевого колеса и педалей, представляющих собой механизмы управления . Он включает свет фар и указатели поворотов, то есть пользуется электрооборудованием .
При этом водитель пристегнут ремнем безопасности, ему тепло (работает обогреватель) – задействовано дополнительное оборудование .
Кузов среднестатистического легкового автомобиля состоит из моторного отсека (там находится двигатель), пассажирского салона и багажного отделения. Он же является несущей конструкцией для узлов и агрегатов автомобиля.
Современные автомобили можно классифицировать по нескольким признакам: по типу кузова, типу и рабочему объему двигателя, типу привода колес и габаритным размерам.
Классификация по типу кузова
Кузова современных легковых автомобилей разнообразны и многофункциональны, хотя, конечно, их основное предназначение – перевозка пассажиров и небольшой поклажи.
В зависимости от формы кузова и количества посадочных мест легковые автомобили делятся на следующие типы.
Седан – машина с двумя, четырьмя или даже шестью боковыми дверями. Характерные черты – моторный отсек и багажное отделение у седанов вынесены наружу, то есть изолированы от салона (рис. 1.2). Седаны, имеющие шесть боковых дверей и перегородку, отделяющую водительскую секцию салона от пассажирской, называют лимузинами .
Рис. 1.2. Седан – самый распространенный тип кузова
Купе – двухдверный кузов с одним или двумя рядами полноразмерных или укороченных сидений (есть варианты, в которых задние сиденья – детские) (рис. 1.3).
Универсал – автомобиль с дверью в задней стенке кузова. Отличается от остальных типов тем, что имеет постоянный грузовой отсек, не отделяющийся от пассажирского стационарной перегородкой (рис. 1.4).
Рис. 1.3. Купе
Рис. 1.4. Универсалы любят дачники и путешественники
Хетчбэк – гибрид седана и универсала.
В наше время довольно популярный тип кузова. Как и в универсале, в хетчбэке задний ряд сидений складывается (рис. 1.5).
Рис. 1.5. Хетчбэк
Вагон – он же мини-вэн. Характерные признаки – моторный отсек и багажное отделение не выступают за пределы кузова (рис. 1.6).
Рис. 1.6. Мини-вэн удобен для семейных поездок
Кабриолет – автомобиль со складывающимся верхом и опускающимися боковыми стеклами окон (рис. 1.7).
Рис. 1.7. Кабриолет
Джип – все более популярный тип кузова: вытянутый вверх хетчбэк (рис. 1.8).
Рис. 1.8. Джип
Пикап – закрытая кабина (одно– или двухрядная) и открытая платформа для грузов с откидным задним бортом (может иметь мягкий или жесткий верх) (рис. 1.9).
Рис. 1.9. Пикап удобен при перевозке грузов
Классификация по типу и рабочему объему двигателя
Большинство современных автомобилей оснащено двигателями, работающими на бензине или на дизельном топливе. Следовательно, по типу двигателя автомобили делятся на бензиновые и дизельные .
По рабочему объему двигателей машины классифицируются следующим образом:
♦ особо малый класс (так называемые малолитражки) – до 1,1 литра;
♦ малый класс – от 1,1 до 1,8 литра;
♦ средний класс – от 1,8 до 3,5 литра;
♦ большой класс – 3,5 литра и более.
Классификация по типу привода колес
В зависимости от того, на какую колесную ось (переднюю или заднюю) передается крутящий момент от двигателя, автомобили делятся на заднеприводные, переднеприводные и полноприводные.
Заднеприводные – автомобили, у которых крутящий момент от двигателя передается на задние колеса (рис. 1.10).
Рис. 1.10. Заднеприводной автомобиль
Движение происходит по толкательному принципу: задние (ведущие) колеса толкают вперед автомобиль, а передние (ведомые) служат для изменения направления движения.
Переднеприводные – автомобили, в которых крутящий момент от двигателя передается на передние колеса, которые тащат за собой всю машину и служат для изменения направления движения (рис. 1.11).
Кстати, переднеприводной автомобиль более устойчив на дороге.
Рис. 1.11.
Переднеприводной автомобиль
Полноприводные – автомобили, в которых крутящий момент передается и на передние, и на задние колеса одновременно (рис. 1.12).
Рис. 1.12. Полноприводной автомобиль: а – с раздаточной коробкой; б – с полным приводом, подключаемым автоматически; в – с постоянным полным приводом
Классификация по габаритным размерам
В современной автомобильной промышленности различают шесть европейских классов в зависимости от габаритных размеров автомобиля. Классы обозначаются буквами латинского алфавита: A, B, C, D, E, S (или F) (рис. 1.13).
Рис. 1.13. Классификация автомобилей по габаритным размерам
♦ А – мини-класс. Характеризуется длиной не более 3,6 м и шириной до 1,6 м. Такие автомобили могут быть как трех-, так и пятидверными.
♦ В – малый класс. Длина кузова – от 3,6 до 3,9 м, ширина – от 1,5 до 1,7 м.
♦ С – низший средний класс (в народе – гольф-класс или компакт-класс). Длина таких машин – от 3,9 до 4,4 м, ширина – от 1,6 до 1,75 м.
♦ D – средний класс. К этой категории относятся автомобили длиной от 4,4 до 4,7 м и шириной от 1,7 до 1,8 м.
♦ Е – высший средний класс, или бизнескласс. Это кузова от 4,6 до 4,8 м в длину и более 1,7 м в ширину.
♦ S (F) – класс люкс (представительский класс). Автомобили длиной свыше 4,8 м и шириной более 1,7 м.
2. Двигатель внутреннего сгорания (ДВС)
Общее устройство и работа ДВС
Почти на всех современных автомобилях в качестве силовой установки применяется двигатель внутреннего сгорания (ДВС) (рис. 2.1).
Существуют еще электромобили, но их мы рассматривать не будем.
Рис. 2.1. Внешний вид двигателя внутреннего сгорания
В основе работы каждого ДВС лежит движение поршня в цилиндре под действием давления газов, которые образуются при сгорании топливной смеси, именуемой в дальнейшем рабочей.
При этом горит не само топливо. Горят только его пары, смешанные с воздухом, которые и являются рабочей смесью для ДВС. Если поджечь эту смесь, она мгновенно сгорает, многократно увеличиваясь в объеме. А если поместить смесь в замкнутый объем, а одну стенку сделать подвижной, то на эту стенку будет воздействовать огромное давление, которое будет двигать стенку.
ПРИМЕЧАНИЕ
В ДВС из каждых 10 литров топлива только около 2 литров используется на полезную работу, остальные 8 литров сгорают впустую. То есть КПД ДВС составляет всего 20 %.
ДВС, используемые на легковых автомобилях, состоят из двух механизмов: кривошипношатунного и газораспределительного, а также из следующих систем:
♦ питания;
♦ выпуска отработавших газов;
♦ зажигания;
♦ охлаждения;
♦ смазки.
Основные детали ДВС:
♦ головка блока цилиндров;
♦ цилиндры;
♦ поршни;
♦ шатуны;
♦ коленчатый вал;
♦ маховик;
♦ распределительный вал с кулачками;
♦ клапаны;
♦ свечи зажигания.
Большинство современных автомобилей малого и среднего класса оснащены четырехцилиндровыми двигателями. Существуют моторы и большего объема – с восьмью и даже двенадцатью цилиндрами (рис. 2.2). Чем больше объем двигателя, тем он мощнее и тем выше потребление топлива.
Рис. 2.2. Схемы расположения цилиндров в двигателях различной компоновки:
а – четырехцилиндровые; б – шестицилиндровые; в – двенадцатицилиндровые (α – угол развала)
Принцип работы ДВС проще всего рассматривать на примере одноцилиндрового бензинового двигателя. Такой двигатель состоит из цилиндра с внутренней зеркальной поверхностью, к которому прикручена съемная головка. В цилиндре находится поршень цилиндрической формы – стакан, состоящий из головки и юбки (рис. 2.3). На поршне есть канавки, в которых установлены поршневые кольца. Они обеспечивают герметичность пространства над поршнем, не давая возможности газам, образующимся при работе двигателя, проникать под поршень. Кроме того, поршневые кольца не допускают попадания масла в пространство над поршнем (масло предназначено для смазки внутренней поверхности цилиндра). Иными словами, эти кольца играют роль уплотнителей и делятся на два вида: компрессионные (те, которые не пропускают газы) и маслосъемные (препятствующие попаданию масла в камеру сгорания) (рис. 2.4).
Рис. 2.3. Поршень
Смесь бензина с воздухом, приготовленная карбюратором или инжектором, попадает в цилиндр, где сжимается поршнем и поджигается искрой от свечи зажигания. Сгорая и расширяясь, она заставляет поршень двигаться вниз. Так тепловая энергия превращается в механическую.
Рис. 2.4. Поршень с шатуном:
1 – шатун в сборе; 2 – крышка шатуна; 3 – вкладыш шатуна; 4 – гайка болта; 5 – болт крышки шатуна; 6 – шатун; 7 – втулка шатуна; 8 – стопорные кольца; 9 – палец поршня; 10 – поршень; 11 – маслосъемное кольцо; 12, 13 – компрессионные кольца
Далее следует преобразование хода поршня во вращение вала. Для этого поршень с помощью пальца и шатуна шарнирно соединен с кривошипом коленчатого вала, который вращается на подшипниках, установленных в картере двигателя (рис. 2.5).
В результате перемещения поршня в цилиндре сверху вниз и обратно через шатун происходит вращение коленчатого вала.
Верхней мертвой точкой (ВМТ) называется самое верхнее положение поршня в цилиндре (то есть место, где поршень перестает двигаться вверх и готов начать движение вниз) (см. рис. 2.3). Самое нижнее положение поршня в цилиндре (то есть место, где поршень перестает двигаться вниз и готов начать движение вверх) называют нижней мертвой точкой (НМТ) (см. рис. 2.3). А расстояние между крайними положениями поршня (от ВМТ до НМТ) называется ходом поршня .
Рис. 2.5. Коленчатый вал с маховиком:
1 – коленчатый вал; 2 – вкладыш шатунного подшипника; 3 – упорные полукольца; 4 – маховик; 5 – шайба болтов крепления маховика; 6 – вкладыши первого, второго, четвертого и пятого коренных подшипников; 7 – вкладыш центрального (третьего) подшипника
Когда поршень перемещается сверху вниз (от ВМТ до НМТ), объем над ним изменяется от минимального до максимального. Минимальный объем в цилиндре над поршнем при его положении в ВМТ – это камера сгорания .
А объем над цилиндром, когда он находится в НМТ, называют рабочим объемом цилиндра .
В свою очередь, рабочий объем всех цилиндров двигателя в сумме, выраженный в литрах, называется рабочим объемом двигателя. Полным объемом цилиндра называется сумма его рабочего объема и объема камеры сгорания в момент нахождения поршня в НМТ.
Важной характеристикой ДВС является его степень сжатия , которая определяется как отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания. Степень сжатия показывает, во сколько раз сжимается поступившая в цилиндр топливо-воздушная смесь при перемещении поршня от НМТ к ВМТ. У бензиновых двигателей степень сжатия находится в пределах 6–14, у дизельных – 14–24. Степень сжатия во многом определяет мощность двигателя и его экономичность, а также существенно влияет на токсичность отработавших газов.
Мощность двигателя измеряется в киловаттах либо в лошадиных силах (используется чаще). При этом 1 л. с. равна примерно 0,735 кВт.
Как мы уже говорили, работа двигателя внутреннего сгорания основана на использовании силы давления газов, образующихся при сгорании в цилиндре топливо-воздушной смеси.
В бензиновых и газовых двигателях смесь воспламеняется от свечи зажигания (рис. 2.6), в дизельных – от сжатия.
Рис. 2.6. Свеча зажигания
При работе одноцилиндрового двигателя его коленчатый вал вращается неравномерно: в момент сгорания горючей смеси резко ускоряется, а все остальное время замедляется.
Для повышения равномерности вращения на коленчатом валу, выходящем наружу из корпуса двигателя, закрепляют массивный диск – маховик (см. рис. 2.5). Когда двигатель работает, вал с маховиком вращаются.
А сейчас поговорим немного подробнее о работе одноцилиндрового двигателя.
Повторим, первое действие – попадание внутрь цилиндра (в пространство над поршнем) топливо-воздушной смеси, которую приготовил карбюратор или инжектор. Этот процесс называется тактом впуска (первый такт) . Заполнение цилиндра двигателя топливо-воздушной смесью происходит, когда поршень из верхнего положения движется в нижнее. При этом к цилиндру двигателя подведены два канала: впускной и выпускной. Горючая смесь впускается через первый канал, а продукты ее сгорания выходят через второй. Непосредственно перед входом в цилиндр в этих каналах установлены клапаны. Их принцип действия очень прост: клапан – это подобие гвоздя с большой круглой шляпкой, перевернутый шляпкой вниз, которой закрывается вход из канала в цилиндр.
При этом шляпка прижимается к кромке канала мощной пружиной и закупоривает его.
Если нажать на клапан (тот самый гвоздь), преодолев сопротивление пружины, то вход в цилиндр из канала откроется (рис. 2.7).
Первый такт – впуск
Во время этого такта поршень перемещается из ВМТ в НМТ. При этом впускной клапан открыт, а выпускной закрыт. Через впускной клапан цилиндр заполняется горючей смесью до тех пор, пока поршень не окажется в НМТ, то есть его дальнейшее движение вниз станет невозможным. Из ранее сказанного мы с вами уже знаем, что перемещение поршня в цилиндре влечет за собой перемещение кривошипа, а следовательно, вращение коленчатого вала и наоборот. Так вот, за первый такт работы двигателя (при перемещении поршня из ВМТ в НМТ) коленвал проворачивается на пол-оборота.
Второй такт – сжатие
После того как топливо-воздушная смесь, приготовленная карбюратором или инжектором, попала в цилиндр, смешалась с остатками отработавших газов и за ней закрылся впускной клапан, она становится рабочей .
Теперь наступил момент, когда рабочая смесь заполнила цилиндр и деваться ей стало некуда: впускной и выпускной клапаны надежно закрыты. В этот момент поршень начинает движение снизу вверх (от НМТ к ВМТ) и пытается прижать рабочую смесь к головке цилиндра (см. рис. 2.7). Однако, как говорится, стереть в порошок эту смесь ему не удастся, поскольку преступить черту ВМТ поршень не может, а внутреннее пространство цилиндра проектируют так (и соответственно располагают коленчатый вал и подбирают размеры кривошипа), чтобы над поршнем, находящимся в ВМТ, всегда оставалось пусть не очень большое, но свободное пространство – камера сгорания. К концу такта сжатия давление в цилиндре возрастает до 0,8–1,2 МПа, а температура достигает 450–500 °C.
Рис. 2.7. Процесс работы четырехтактного двигателя:
а – такт впуска; б – такт сжатия; в – такт рабочего хода; г – такт выпуска
Третий такт – рабочий ход
Третий такт – самый ответственный момент, когда тепловая энергия превращается в механическую. В начале третьего такта (а на самом деле в конце такта сжатия) горючая смесь воспламеняется с помощью искры свечи зажигания (рис. 2.8). Давление от расширяющихся газов передается на поршень, и он начинает двигаться вниз (от ВМТ к НМТ). При этом оба клапана (впускной и выпускной) закрыты. Рабочая смесь сгорает с выделением большого количества тепла, давление в цилиндре резко возрастает, и поршень с большой силой перемещается вниз, приводя во вращение через шатун коленчатый вал. В момент сгорания температура в цилиндре повышается до 1800–2000 °C, а давление – до 2,5–3,0 МПа.
Рис. 2.8. Искра между электродами свечи
Обратите внимание, что главная цель создания самого двигателя – это как раз и есть третий такт (рабочий ход). Поэтому остальные такты называют вспомогательными.
Четвертый такт – выпуск
Во время этого процесса впускной клапан закрыт, а выпускной открыт. Поршень, перемещаясь снизу вверх (от НМТ к ВМТ), выталкивает оставшиеся в цилиндре после сгорания и расширения отработавшие газы через открытый выпускной клапан в выпускной канал (трубопровод). Далее через систему выпуска отработавших газов, наиболее известная часть которой – глушитель, отработавшие газы уходят в атмосферу (рис. 2.9).
Рис. 2.9. Фрагмент глушителя
Все четыре такта периодически повторяются в цилиндре двигателя, тем самым обеспечивая его непрерывную работу, и называются рабочим циклом .
Рабочий цикл дизельного двигателя имеет некоторые отличия от рабочего цикла бензинового. В нем во время такта впуска в цилиндр поступает не горючая смесь, а чистый воздух.
Во время такта сжатия он сжимается и нагревается. В конце первого такта, когда поршень приближается к ВМТ, в цилиндр через специальное устройство – форсунку, ввернутую в верхнюю часть головки цилиндра, – под большим давлением впрыскивается дизельное топливо. Соприкасаясь с раскаленным воздухом, частицы топлива быстро сгорают.
При этом выделяется большое количество тепла и температура в цилиндре повышается до 1700–2000 °C, а давление – до 7–8 МПа.
Под действием давления газов поршень перемещается вниз, и происходит рабочий ход.
Такт выпуска дизельного двигателя аналогичен такту выпуска бензинового двигателя.
Вспомогательные такты (первый, второй и четвертый) совершаются за счет кинетической энергии тщательно сбалансированного массивного чугунного диска, закрепленного на валу двигателя – маховика, о котором также шла речь выше. Кроме обеспечения равномерного вращения коленчатого вала, маховик способствует преодолению сопротивления сжатия в цилиндрах двигателя при его пуске, а также позволяет ему преодолевать кратковременные перегрузки, например, при трогании автомобиля с места. На ободе маховика закреплен зубчатый венец для пуска двигателя стартером. Во время третьего такта (рабочего хода) поршень через шатун, кривошип и коленчатый вал передает запас инерции маховику. Инерция помогает ему осуществлять вспомогательные такты рабочего цикла двигателя. Из этого следует, что при тактах впуска, сжатия и выпуска поршень ходит в цилиндре именно за счет энергии, отдаваемой маховиком. В многоцилиндровом двигателе порядок работы цилиндров устанавливается таким образом, чтобы рабочий ход хотя бы одного поршня помогал осуществлять вспомогательные такты и плюс ко всему вращал маховик.
А теперь подведем итоги: совокупность последовательных процессов, периодически повторяющихся в каждом цилиндре двигателя и обеспечивающих его непрерывную работу, называется рабочим циклом. Рабочий цикл четырехтактного двигателя состоит из четырех тактов, каждый из которых происходит за один ход поршня или за пол-оборота коленчатого вала. Полный рабочий цикл осуществляется за два оборота коленчатого вала.
