Устройство автомобиля

Как научиться разбираться в машинах с нуля Подробное

Как научиться разбираться в автомобилях внутри, снаружи и под капотом?

Умение разбираться в машинах — понятие довольно широкое. Для кого-то достаточно отличить одну модель от другой. Те же люди, профессия которых связана с автомобилями, вкладывают в это понятие гораздо более широкий смысл:

• тип кузова;
• класс автомобиля;
• тип двигателя — инжектор, карбюратор, дизель, одно- или двухтактный, гибридный, электромобиль;
• трансмиссия — механика, автомат, вариатор, роботизированная, преселективная (с двойным сцеплением).

Если вы работаете, например, в компании, торгующей запасными частями, или в автомагазине, то по должностной инструкции просто обязаны обладать широкими знаниями:

• досконально знать модельный ряд того или иного автопроизводителя — то есть должны знать в чем разница между различными двигателями, к примеру ВАЗ-2104 — ВАЗ-21073, ВАЗ-21067, их объем, топливо, особенности;
• технические особенности различных агрегатов;
• особенности конструкции и устройства.

Если вам когда-либо приходилось покупать запчасти, то знаете, что хорошему специалисту достаточно показать ту или иную запчасть — рабочий тормозной цилиндр, шестерню второй передачи, главный или промежуточный вал КПП, тросик сцепления, выжимной подшипник, диск фередо — он без проблем назовет их марку, скажет от какой это машины, а самое главное — точно скажет, что это такое. Также он без труда подберет нужную вам деталь по каталогу — от уплотнительного резинового колечка или манжеты, до трамблера в сборе или кулисы коробки передач.

Понятно, что такое умение приходит только с опытом. Мы же попытаемся на нашем сайте Vodi.su дать основные рекомендации.

Циклы двигателя

Устройство двигателя автомобиля всегда рассматривается в купе с его рабочим циклом. Физически цикл – это периодически повторяющиеся процессы в каждом его цилиндре. Достаточно подробно разница между работой четырёхтактного и двухтактного двигателя отражена в нашей статье о двигателе внутреннего сгорания .

Сегодня мы остановимся на работе четырёхтактных моторов. Именно по четырёхтактному циклу работает большинство современных автодвигателей. Хотя сам принцип двигателя был изобретён Николаусом Отто в 19-м веке.

Поршень четырёхтактного двигателя совершает нисходящее и восходящее движение. Эта работа укладывается в один оборот коленчатого вала. При втором обороте коленчатого вала вновь повторяют эти движения.

1. Такт впуска (всасывания).

Поступление в цилиндр двигателя свежего заряда: воздуха- от дизельного мотора бензинового двигателя с прямым вспрыском или топливовоздушной смеси, от газово-топливного двигателя, мотора с распределенным или центральным впрыском топлива, или газо-топливные двигатели). В результате разрежения, созданного поршнем, перепад давления между давлением в цилиндре и давление окружающего воздуха, заряд втягивается непосредственно в цилиндр.

2. Такт сжатия. Шатун толкает поршень

. Поршень сжимает газообразный свежий заряд в цилиндре. Устройство дизельного двигателя настроено на то, чтобы температура сжатых газов должна достигла температуры воспламенения топлива. Если же речь идёт об устройстве газо-топливного, бензинового двигателя температура в конце такта сжатия достигать температуры воспламенения топлива не должна. Воспламенение производится от электроискрового разряда свечи зажигания.

3. Такт рабочего хода.

Температура газов в цилиндре снижается, энергия горящих газов преобразуется в механическую энергию.

Работа частей трансмиссии

Сцепление служит для того чтобы разъединять коробку передач (КП) от двигателя, затем их плавно соединять при переключении передач и при трогании с места.

КП меняет крутящий момент, передаваемый от коленчатого вала к карданному. Блок КП отключает соединение мотора с карданной передачей настолько, насколько это необходимо для движения автомобиля задним ходом.

Главной функцией карданной передачи является передача крутящего момента от КП к главной передаче под разным углом.

Основной функцией главной передачи является передача крутящего момента под углом в девяносто градусов от карданного вала через дифференциал к приводным валам основных колес.

Дифференциал вращает ведущие колеса с различной частотой при поворотах и неровной поверхности.

Двигатель

Устройство автомобиля невозможно представить без главного источника механической энергии, приводящего его в движение. Пока наиболее распространены двигатели внутреннего сгорания, хотя постепенно и вытесняются гибридными и электрическими разновидностями.

В каждом ДВС имеются цилиндры и поршни. В них происходит преобразование тепловой энергии, выделяемой при сжигании топлива. Данный процесс повторяется несколько сотен раз в минуту, чтобы обеспечить непрерывное и быстрое вращение коленвала. Последний передаёт крутящий момент дальше, непосредственно на приводы колёс.

Более всего распространены четырёхтактные моторы. Они названы так из-за 4-х основных процессов или тактов, происходящих в цилиндрах за один ход поршня. Сначала происходит впуск топливно-воздушной смеси в камеру сгорания, затем сжатие горючего, потом воспламенение посредством подачи искры свечой и выпуск отработанных газов. В процессе этих четырёх тактов образуется рабочий ход или крутящий момент, передаваемый через шатун на коленвал.

Виды двигателей и их отличия

Все поршневые ДВС отличаются по типу впрыска. Не так давно были популярными и карбюраторные типы зажигания, но они уступили место инжекторным или впрысковым системам.

В устройстве автомобиля для чайников инжекторные двигатели классифицируются по типу впрыска упрощённо:

• моновпрыск или моноинжектор — применяется всего одна общая форсунка для всех цилиндров;
• распределённый впрыск — каждый цилиндр двигателя имеет отдельную форсунку;
• непосредственный впрыск — топливо и воздух подаются в камеру отдельно, а форсунки ставятся не над впускными клапанами, а прямо в цилиндрах.

Силовые установки принято различать по типу питания:

• бензиновые;
• дизельные.

По компоновке:

• рядные — все цилиндры (количество 4 или 6) расположены на одной линии;
• V-образные — цилиндры (количество 4, 6 или 8) находятся в двух плоскостях;
• оппозитные — с противоположным расположением цилиндров и поршней.

Помимо поршневых двигателей, сегодня постепенно входят в моду и другие виды агрегатов:

• роторный на бензине — здесь поршней в цилиндрах нет, а главным элементом является ротор, вращающийся по заданной траектории;
• гибридный — сочетает поршневой и электрический тип моторов, работает по принципу экономии горючего.

Автомобильный двигатель, его виды

Сердцем авто, его главным узлом является двигатель. Именно эта часть автомобиля создаёт крутящий момент, который передаётся на колёса, заставляя машину перемещаться в пространстве. Сегодня существуют следующие основные виды автодвигателей:

• ДВС или двигатель внутреннего сгорания, который для получения механической энергии использует энергию сжигаемого в его цилиндрах топлива;
• электродвигатель, работающий от электрической энергии аккумуляторных батарей или водородных элементов (автомобили на водородных элементах сегодня уже имеются у большинства ведущих автостроительных компаний как опытные образцы и даже имеются в мелкосерийном производстве);
• гибридные двигатели, соединяющие в одном агрегате электродвигатель и ДВС, соединительным звеном между которыми выступает генератор.

Он являет собой комплекс механизмов, которые преобразуют тепловую энергию сгорающего в его цилиндрах топлива в механическую

По типу сжигаемого топлива все ДВС делятся на следующие разновидности:

• бензиновые;
• дизельные;
• газовые;
• водородные, в которых топливом выступает жидкий водород (устанавливаются лишь на опытных моделях).

По конструкции ДВС бывают:

Работа мотора

Чтобы лучше понять принцип работы, нужно в деталях разобрать, из чего состоит двигатель автомобиля.

Корпусом является блок цилиндров. Внутри него находятся каналы, охлаждающие и смазывающие мотор.

Поршень — это не что иное, как пустотелый металлический стакан, наверху которого находятся канавки колец.

Поршневые кольца, расположенные внизу, маслосъемные, а наверху — компрессионные. Последние обеспечивают хорошее сжатие и компрессию воздушно-топливной смеси. Их применяют как для достижения герметичности камеры сгорания, так и в качестве уплотнителей для предотвращения попадания туда масла.

Кривошипно-шатунный механизм ответственен за возвратно-поступательную энергию движения поршней на коленчатый вал.

Итак, понимая из чего состоит автомобиль, в частности, его двигатель, разберемся в принципе работы. Топливо сперва попадает в камеру сгорания, перемешивается там с воздухом, свеча зажигания (в бензиновом и газовом вариантах) выдает искру, воспламеняя смесь, или же смесь воспламеняется сама (в дизельном варианте) под действием давления и температуры. Сформированные газы заставляют поршень двинуться вниз, передавая движение коленчатому валу, из-за чего он начинает вращать трансмиссию, где движение передается колесам передней, задней оси или обеим сразу, в зависимости от привода. Немного позже коснемся и того, из чего состоит колесо автомобиля. Но обо всем по порядку.

Салон автомобиля или зона комфорта

Салон современного автомобиля обладает высоким уровнем комфорта, за счет множества систем автомобиля. Устройство кондиционирования обеспечивает создание комфортного микроклимата в салоне автомобиля в независимости от погоды на улице. На некоторых моделях автотранспорта установлен многозонный климат контроль, который организовывает микроклимат для каждого отдельного пассажира.

Сиденья автомобиля стало иметь множество регулировок, так что любой водитель или пассажир может настроить сиденья под себя для комфортной посадки. А также в сиденьях имеются функции подогрева, охлаждения и даже массажа. Многие автомобили на данный момент оборудуются датчиками света и дождя, что, несомненно, создает комфорт водителю.

И не стоит забывать о вспомогательных системах: парковочный радар, обзорные камеры по периметру автомобиля, помощник при парковке. Мультимедийные устройства позволяют не только прослушивать аудио-файлы, но и также просматривать видео и имеют выход в интернет, во многих системах установлен bluetooth, что позволяет производить общение по телефону с помощью мультимедиа, не отвлекаясь от управления транспортным средством.

Шасси автомобиля

Шасси автомобиля – это целая система, объединяющая в себе механизмы, которые передают энергию двигателя к ведущим колесам. Шасси состоит из трансмиссии, ходовой части и механизмов управления.

Задачей трансмиссии является передача энергии от двигателя к колесам. Трансмиссия состоит из коробки передач (бывает механической и автоматической – с автоматическим переключением передач без участия водителя), сцепления, полуоси и дифференциала.

Трансмиссия

Отвечает за передачу крутящего момента от ДВС к колесам.

В легковых авто к трансмиссии относится коробка переключения передач (КПП), дифференциал. В полноприводных мощных автомобилях трансмиссионная система также состоит из раздаточной коробки и полноприводной системы.

На машины устанавливают механические (МКПП), автоматические (АКПП), механические автоматизированные коробки, вариаторы.

Коробка передач состоит из:

• Картера;
• первичного, вторичного и промежуточного валов с шестернями;
• дополнительного вала и шестерни заднего хода;
• синхронизаторов;
• механизма переключения передач с замковым и блокировочным устройствами;
• рычага переключения.

Ходовая часть

Основная функция – смягчение ударов при движении авто по кочкам, ямам, обеспечение комфорта.

Ходовая часть включает: переднюю / заднюю подвеску, колеса. Система подвески включает: амортизаторы, пружины, рычаги, сайлент-блоки, втулки. К передней подвеске также необходимо добавить рулевые тяги и шрусы.

Современные модели мощных легковых авто оснащают независимой передней / задней подвеской. В независимом типе ходовой части колеса крепятся по отдельности. Это позволяет достигнуть максимального комфорта в процессе движения по неровному дорожному покрытию.

Основные узлы автотранспорта

Существующие модели автотранспорта весьма разнообразны конструктивно но, несмотря на это разнообразие любой из автомобилей состоит из трех основных частей: двигателя 1, шасси 2 и кузова 3 (рисунок 4).

Двигатель — это источник механической энергии, приводящей автотранспорт в движение, в основном применяются двигатели внутреннего сгорания, в которых процесс сгорания топлива, в результате которого выделяется превращающаяся в механическую работу теплота, происходит внутри, в цилиндрах двигателя. Конструкция двигателей весьма разнообразна.

Рисунок 4. Основные узлы автотранспорта

Шасси — это совокупность механизмов, предназначенных для передачи крутящего момента от двигателя к ведущим колесам, для передвижения автомобиля и управления им. Оно состоит из трансмиссии, несущей системы (ходовой части) и механизмов управления.

Трансмиссия предназначена для передачи крутящего момента от двигателя на ведущие колеса и преобразования крутящего момента по величине и направлению. Наиболее распространены механические трансмиссии различных конструкций.

Основные части трансмиссии (рисунок 5):

• — сцепление (для временного отключения двигателя от трансмиссии и его плавного включения);
• — коробка передач (для изменения крутящего момента, длительного отключения двигателя от трансмиссии и движения задним ходом);
• — карданная передача (для передачи крутящего момента между валами), у переднеприводных автомобилей карданной передачи нет (в результате уменьшается масса машины и увеличивается объем салона);
• — ведущий мост, состоящий из главной передачи (для увеличения крутящего момента и передачи его под прямым углом), дифференциала (обеспечивает возможность вращения колес с разными скоростями при повороте, на неровных дорогах) и полуоси (для передачи крутящего момента ведущим колесам). Ведущих мостов может быть несколько, у автомобилей повышенной проходимости может быть три ведущих моста.

Рисунок 5. Общий вид трансмиссии автотранспорта

Несущая система (ходовая часть) состоит из рамы, переднего и заднего мостов (для поддержания рамы и кузова, передачи вертикальной нагрузки на колеса) с амортизаторами и подвеской (для упругой связи между рамой или кузовом с мостами или колесами) и колес (обеспечивают непосредственную связь автомобиля с дорогой). У тягачей к несущей системе относятся седельно-сцепное устройство. В большинстве легковых автомобилей рама отсутствует.

Механизм управления состоит из рулевого управления (изменяет положение ведущих колес относительно рамы или кузова) и тормозной системы (осуществляет уменьшение скорости автомобиля, остановку и удержание на месте).

Кузов служит для размещения людей или грузов. Кузова легковых автомобилей и автобусов состоят из салона для людей, кузова грузовых автомобилей состоят из грузовой платформы и кабины для людей. Кузова автобусов и легковых автомобилей выполняют функцию рамы в несущей системе автомашины.

Кроме основного способа размещения двигателя, шасси и кузова возможны и другие варианты, позволяющие реализовать какие-нибудь специальные функции автомобиля. Например, кузова вагонного типа с задним размещением двигателя или полноприводные автомобили с дополнительными механизмами в трансмиссии.

В автомобилях имеется система электроснабжения, применяемая для питания электрической энергией электрооборудования, для зажигания рабочей смеси в цилиндрах двигателя. Она состоит из источников тока аккумуляторной батареи и генератора (генераторной установки). Основным источником является генератор.

Топливная экономичность автомобиля

Стоимость расходуемого при движении автомобиля топлива доходит до 18% от всех затрат, поэтому топливной экономичности уделяют большое внимание

Устройство газораспределительного механизма

Газораспределительный механизм состоит из:

1. распределительного вала;
2. толкателей;
3. клапанов;
4. коромысла;
5.  штанги;
6.  привода.

1. Распределительный вал. Вращение распределительного вала приводит к своевременному открытию и закрытию клапанов газораспределительного механизма в зависимости от последовательности работы цилиндров двигателя, учитывая фазы газораспределения газов в механизме. Изготавливают распределительный вал из высокопрочной закаленной стали или чугуна. На валу ГРМ имеются опорные шейки и кулачки. Форма кулачков влияет на рабочие процессы распределения горючей смеси и газов, частоту и время открытия, закрытия клапанов. В торце распределительного вала ГРМ крепится звездочка (на которую устанавливается цепь) или шкив привода вала (на которую одевается ремень). Вал устанавливается в корпусе на подшипниках. В целях предотвращения осевых смещений распределительный вал имеет упорный фланец.

2. Толкатели. Толкатели – это детали газораспределительного механизма, которые служат для передачи усилий от кулачков распределительного вала к штангам коромысел. Толкатели изготавливают из высокопрочной стали или чугуна.

Виды толкателей: роликовые, цилиндрические, грибовидные.

Движение толкателей происходит в корпусах, закрепленных на блоке цилиндров или по направляющим.

3. Клапаны. Клапаны служат для подачи горючей смеси в цилиндры двигателя и вывода отработанных газов. Различают впускные и выпускные клапаны. Впускные служат для впуска горючей смеси, а выпускные клапаны служат для выпуска отработавших газов.

Конструкция клапана. Клапан состоит из стержня и головки. НА клапанной головке имеется кромка под 45 градусов для лучшего прилегания клапана. Впускной клапан отличается от выпускного диаметром. Выпускной клапан значительно больше по диаметру, чем впускной, так как объем отработавших газов превышает объем подающейся горючей смеси. Клапаны ГРМ установлены в головке блока цилиндров. Место их соединения называется седлом и имеет конусную форму. Для герметизации цилиндра предназначен клапанный механизм.  Для улучшения герметизации цилиндра проводят процесс под названием притирка клапанов. 

Впускные клапаны изготавливают из стали с хромистым покрытием, а выпускные клапаны из жаропрочной стали. Седла клапанов изготавливают из жаропрочного чугуна.

Движение стержней клапанов осуществляется по направляющим втулкам, которые изготавливаются из чугуна или стали. Направляющие соединены с головкой блока цилиндров. Клапаны оснащены внутренней и наружной пружинами. Пружины же крепятся с помощью тарелок, сухарей и шайб.  

Открытие клапанов осуществляется через усилие, которое передается от распределительного вала на клапан.

Газораспределительный механизм современных двигателей устроен таким образом, что на каждый цилиндр двигателя имеется по два клапана впуска и два клапана выпуска. Для снятия клапанов используют рассухариватели клапанов. 

4. Штанги

Штанги служат для передачи усилия от толкателей к коромыслам.  Штанги толкателей могут иметь  форму полых цилиндрических стержней со стальными наконечниками.

Штанги изготавливают из износостойкого алюминиевого сплава, крепятся с одной стороны к коромыслу, а с другой – к толкателю.

5. Коромысло

Коромысло служит для передачи усилия от штанги к клапанам. Коромысло выполнено в виде рычага с двумя плечами, который крепится на оси. При этом одно плечо длиннее, чем другое (возле штанги).

Коромысла изготавливают из прочной стали. Устанавливают коромысло на оси, которая крепится к головке цилиндров, на специальных втулках.  Втулки предназначены для уменьшения трения между осью и коромыслом.

6. Привод распределительного вала

Распределительный вал приводится в движение от коленчатого вала при помощи привода, который может быть, как мы говорили цепной, шестеренчатый, ременной.

 Скорость вращения распределительного вала в 2 раза меньше, чем скорость вращения коленчатого вала, что обеспечивается передаточным числом звездочки, либо размером шкива.

Таким образом, за два вращения коленчатого вала, распределительный вал совершит только одно вращение, что необходимо для осуществления одного рабочего цикла.

Часто встречается в обиходе автомобилистов такой термин, как тепловой зазор. 

Конструктивные особенности ходовой части

Продолжая знакомство с общими сведениями об устройстве автомобилей, нужно отдельно остановиться на ходовой части.

В состав ходовой части входит множество узлов, систем и агрегатов. Именно с их помощью транспортное средство может осуществлять перемещения на короткие и дальние дистанции.

К основным компонентам ходовой относят:

• переднюю подвеску;
• заднюю подвеску;
• колёса;
• мосты (ведущие).

В подавляющем большинстве случаев на современных автомобилях передняя подвеска является независимой. Это связано с тем, что независимая система может обеспечить самое точное и эффективное управление транспортным средством. Дополнительно это оптимальное решение в плане обеспечения высокого уровня комфорта.

Если подвеска независимая, тогда для соединения подвески с кузовом используется собственная система крепления. Это даёт машине отличную управляемость.

Также существует полузависимая архитектура. У полузависимой системы в составе имеются рычаги, амортизаторы, стабилизаторы поперечной устойчивости и пр. Её также называют многорычажной системой. В основном она устанавливается только на заднюю ось. Встретить полузависимую систему на передней оси вряд ли можно.

Стоит добавить, что амортизаторы и стабилизаторы являются важной составляющей конструкции передней и задней подвески. Зависимая подвеска технически и морально устарела

Да, она используется на некоторых новых автомобилях, а также встречается на старых подержанных машинах. Преимущественно конструкция задней зависимой подвески состоит из жёсткой балки или ведущего моста, если речь идёт про машины с системой заднего привода

Зависимая подвеска технически и морально устарела. Да, она используется на некоторых новых автомобилях, а также встречается на старых подержанных машинах. Преимущественно конструкция задней зависимой подвески состоит из жёсткой балки или ведущего моста, если речь идёт про машины с системой заднего привода.

Механизмы управления

Эти устройства состоят из рулевого управления, которое связано с передними колесами рулевым приводом и тормозами. В большинстве современных авто применяются бортовые компьютеры, сами контролирующие управление в ряде случаев, и даже вносящие нужные изменения.

Здесь же отметим такую важную часть, как то, из чего состоит колесо автомобиля. Без него машина бы просто не состоялась. Это поистине одно из самых великих изобретений состоит здесь из двух составляющих: шины из резины, которая бывает камерной и бескамерной, и диска из металла.

Рулевое управление

Отвечает за маневренность и поворот авто. Поворот руля осуществляется рулевой рейкой.

Устройство рулевого управления:

• поперечная тяга;
• нижний рычаг;
• поворотная цапфа;
• верхний рычаг;
• продольная тяга;
• сошка рулевого привода;
• рулевая передача;
• рулевой вал;
• рулевое колесо.

Тормозная система

Отвечает за безопасность. Благодаря работе тормозов машина останавливается. Система торможения состоит из: тормозных дисков, колодок, суппортов, цилиндров, контуров.

Чем выше мощность ДВС, тем мощнее должна быть тормозная система.