Устройство легковой машины. Как устроен автомобиль: схема, принцип работы и особенности

В последнее время то тут то там встречаю посты, касательно автомобильной тематики и часто они вырваны из контекста и не содержат внятных объяснений, как, например, недавний пост про активный дифференциал.
Посему я решил вынести в отдельный пост принципы функционирования основных узлов и агрегатов современных автомобилей, снабжая объяснения по возможности видеороликами и картинками.
Не судите строго, я в общем-то не автоэксперт, но я не ставлю задачу написать статью для автомеханика, а просто хочу на пальцах объяснить основные принципы для тех, кто вообще не в теме.
Ваши дополнения и исправления в комментариях приветствуются.
К сожалению на фишках есть ограничение на количество публикуемых роликов в день, поэтому я буду давать ссылки на видео, а не вставлять их в статью. Их нужно копировать и вставлять в адресную строку браузера. Это не удобно, но я не знаю как обойти.

Общая схема функционирования двигателя внутреннего сгорания

Начнем с двигателя.

Https://youtu.be/ET6V9QeA-WE
Тут, в принципе, без комментариев - все элементарно. Все комментарии в видео.

Принцип работы реального ДВС

https://youtu.be/3jAI86BFDHA
В этом видео наглядно рассмотрена схема работы 4-х цилиндрового 16-ти клапанного двигателя Ford. Детально разобрана схема работы системы газораспределения. Показана работа всех 4-х тактов работы двигателя:
1. Впуск: открываются впускные клапана, синим показана топливовоздушная смесь, которая подается из зеленой форсунки во впускном коллекторе через открытые впускные клапана в камеру сгорания. Поршень идет вниз, создавая отрицательное давление, благодаря которому смесь засасывается в цилиндр
2. Сжатие: все клапана закрыты и поршень из крайнего нижнего положения идет вверх, сжимая смесь. Кстати, отношение объема камеры при самом нижнем положении поршня и самом верхнем называется степенью сжатия. Не путать с компрессией. Компрессия - зависит от степени сжатия, от природы сжимаемого газа и от условий сжатия, считается по умной формуле - это сейчас не важно.
Существуют разные виды топлива: Бензин с различными октановыми числами, природный газ, дизельное топливо и каждый двигатель, а точнее его степень сжатия, разработан под конкретный вид топлива. Дело в том, что различные виды топлива при сжатии имеют порог детонации, то есть самопроизвольного возгорания. В бензиновых двигателях детонации быть не должно (зажигание смеси производится с помощью свечей зажигания), т.к. это приведет к его разрушению. Дизельные двигатели наоборот работают на принципе детонации. Конструкторы стремятся повысить степени сжатия бензиновых двигателей, т.к. это повышает их КПД, но одновременно требует применения бензина с более высоким октановым числом, т.к. октановое число показывает устойчивость бензина к детонации: более высокое октановое число - бОльшая стойкость к детонации. Если вы, скажем, в автомобиль, рассчитанный на 95-й бензин зальете 80-й, то услышите характерный звук и вибрацию, свидетельствующую о том, что топливовоздушная смесь детонирует, то есть самовозгорается от сжатия не дожидаясь зажигания от свечи. В этом случае двигатель как-то будет еще работать, но быстро выйдет из строя.
Дизельные двигатели работают на более тяжелых фракциях переработки нефти - дизельном топливе. Его свойства таковы, что оно плохо загорается от внешнего зажигания (можете попробовать разлить немного солярки и поджечь спичкой - оно загорится, но разгораться будет очень вяло в отличие от бензина, где только и успей отскочить), зато очень хорошо возгорается от сжатия. В дизельных двигателях в отличие от бензиновых степень сжатия в среднем в 2 раза больше и отсутствует система зажигания, т.к., как я уже сказал, топливо самовозгорается от сжатия. В остальном конструкция двигателя похожа на конструкцию бензинового двигателя.
3. Зажигание: Это не является, собственно, тактом, но для наглядности я пронумеровал его. В крайнем верхнем положении топливовоздушная смесь поджигается свечами зажигания, смесь возгорается. Момент зажигания называется углом опережения зажигания. В современных автомобилях он динамически устанавливается электронным блоком управления двигателя в зависимости от различных условий езды. В дизельных двигателях, т.к. зажигания там нет, а моментом воспламенения надо управлять, вместо угла опережения зажигания применяется угол опережения впрыска. Дело в том, что при впуске в дизельном двигателе в цилиндр засасывается не топливовоздушная смесь, а исключительно воздух, причем зачастую нагнетаемый под давлением турбиной для повышения КПД двигателя, а в момент крайнего верхнего положения поршня через форсунки в камеру впрыскивается топливо, которое сразу же воспламеняется и создает толкающий момент для поршня.
4. Рабочий ход: После зажигания воспламененные пары топливовоздушной смеси создают избыточное давление, толкающее поршень.
5. Выпуск. Поршень находится в крайнем нижнем положении. В этот момент открываются выпускные клапана и при движении поршня вверх отработанные пары газа выводятся в выпускной коллектор и далее в систему выпуска отработанных газов, где они в современных машинах проходят дополнительно через каталитический нейтрализатор, который доокисляет СО, СH и CN в менее вредные соединения.
Еще один важный момент - это система газораспределения. Она состоит из распределительного вала или валов, клапанов, ремня или цепи и некоторых второстепенных элементов. На видео наглядно видно 2 распределительных ваза с кулачками и цепь, которая соединяет их с коленчатым валом двигателя для согласования всех фаз газораспределения. То есть очень важно, что бы конкретный клапан открылся в конкретный момент времени. В современных автомобилях для повышения КПД применяются так называемые системы изменения фаз газораспределения. Я не буду на них останавливаться подробно. Скажу лишь, что эти системы встраиваются между приводной цепью распределительных валов и самими распределительными валами и позволяют с помощью электроники изменять фазы открытия клапанов при впуске. Дело в том, что график зависимости крутящего момента от частоты вращения двигателя имеет форму близкую, к колоколообразной, то есть максимум крутящего момента приходится на очень узкий диапазон частот вращения коленчатого вала двигателя. Применяя такие системы изменения фаз газораспределения можно добиться некоторой "полки" крутящего момента, то есть диапазона частот вращения двигателя, при котором крутящий момент максимальный или близкий к максимальному. Системы изменения фаз газораспределения у разных автомобильных компаний называются по разному: CVVT, VANOS, VVT-i, VCP и другие. Если интересно, можете почитать про них отдельно.
Это все, что я хотел сказать по двигателю. Идем дальше.

Коробка переключения передач

Для чего она вообще нужна? Кто сходу ответит? Я уже говорил выше, что в двигателях внутреннего сгорания (в отличие, кстати от электромоторов) полка крутящего момента очень узкая, то есть двигатель имеет максимальный крутящий момент в узком диапазоне частот (грубо 3500-4000 об/мин на бензиновом и 2000-2500 на дизельном), а частота вращения колес автомобиля от 0 и до нескольких тысяч об/мин. Поэтому приходится изменять передаточные отношения между коленчатым валом двигателя и приводными валами колес для удержания оборотов двигателя в зоне максимального крутящего момента.
Вот для этого она и нужна. Какие они бывают?
1. Механические - передаточное отношение регулирует сам водитель
2. Автоматические - передаточные отношения регулирует сама коробка передач по информации от датчиков.
Автоматические в свою очередь делятся на:
а. Гидромеханические
б. Бесступенчатые (вариаторные)
в. Роботизированые.

О каждой по порядку.

Сцепление механической КПП

https://youtu.be/qTlxN6mV2BY

Рассматривать, как работает механическая коробка передач необходимо с принципа работы сцепления. Сцепление нужно для того, что бы прерывать подачу крутящего момента от двигателя к колесам при переключении передач и при трогании с места. Подробнее смотрите на видео.

Механическая КПП

https://youtu.be/CIxuNKXZFbM

Ну а в этом видео на мой взгляд подробно разжевано, как работает сама КПП и синхронизаторы. Видео старое, но принципы работы МКПП остались прежними.
Идем дальше.

Гидротрансформатор автоматической КПП.

Подобно тому, как в механической КПП я начал со сцепления, в автоматической КПП я начну с того, что выполняет его функцию - с гидротрансформатора.
Гидротрансформатор является одним из видов гидромуфты (устройства, передающего крутящий момент не напрямую, а через трение о жидкость), которая позволяет двигателю вращаться независимо от трансмиссии. Если двигатель вращается медленно, например, когда автомобиль работает на холостом ходу на красном сигнале светофора, количество крутящего момента, который передаётся через гидротрансформатор, очень мало, и его достаточно, чтобы удержать автомобиль на месте путём лишь лёгкого давления на тормозную педаль.
Гидротрансформатор состоит из 3-х основных элементов
1. Насосное колесо - жестко соединено с корпусом гидротрансформатора, который в свою очередь жестко соединен с маховиком двигателя и коленчатым валом.
2. Турбинное колесо - жестко соединено с входным валом коробки передач
3. Статор или реактор - самая загадочная часть гидротрансформатора, которая отличает его от гидромуфты. В обычной гидромуфте крутящий момент передается от насоса к турбине через масло, то есть не жестко, а с проскальзыванием. За счет этого КПД такой муфты не велик, т.к. часть энергии тратится на проскальзывание.
Принцип действия:
Насос внутри гидротрансформатора является одним из видов центробежных насосов. В то время как он вращается, жидкость движется направленно от центра к краям, примерно как вращающийся барабан стиральной машины во время отжима бросает воду и одежду по своим стенкам. В то же время, так как жидкость устремляется от центра, в это центре создаётся вакуум, который привлекает ещё больше жидкости.
Затем жидкость поступает в лопасти турбины, которая связана с передачей. Именно турбина заставляет передачу крутиться, что в основном и приводит в движение Ваш автомобиль. Так как же жидкость (точнее, масло) поступает из насоса к турбине?! Дело в том, что в то время, как жидкость эта устремляется от центра к краям насоса, она встречает на своём пути лопасти насоса, которые направлены таким образом, что жидкость рикошетит о них и направляется уже вдоль оси вращения насоса прочь от него - к турбине, которая как раз и расположена напротив насоса.
Лопасти турбины также немного искривлены. Это означает, что жидкость, которая поступает в турбину снаружи, должна изменить своё направление, переместившись в центр турбины. Именно это направленное изменение вызывает вращение турбины.
Чтобы ещё проще представить принцип работы гидротрансформатора, представим ситуацию с расположенными друг напротив друга на небольшом расстоянии (допустим, около одного метра) комнатными вентиляторами и направленными друг напротив друга - если включить один из вентиляторов, то он за счёт своих искривлённых лопастей погонит воздух от себя к вентилятору, который стоит напротив него, а тот, в свою очередь, начнёт вращаться, потому как его лопасти также искривлены и поток воздуха толкает их все в какую-либо одну сторону (именно в ту сторону, в какую и начнёт вращаться вал вентилятора).
Но мы всё ещё двигаемся далее: жидкость выходит из турбины в её центре, двигаясь опять же в другом - противоположном направлении, чем то, в котором она когда-то вошла в турбину - то есть снова по направлению к насосу. И вот здесь заключается большая проблема - дело в том, что по своей конструкции (точнее, по конструкции своих лопастей, насос и турбина вращаются в противоположные стороны, и, если жидкости будет разрешено попасть обратно в насос, то это будет сильно замедлять двигатель. Вот почему гидротрансформатор имеет статор, который, благодаря своей конструкции, изменяет направление движения масла, и, таким образом, остаточная энергия, которая возвращается от турбины к насосу, идёт в дело - немного помогая двигателю раскручивать насос. Наглядно себе это представить можно на примете тех же 2-х вентиляторов. Если поток воздуха, который прошел через ведомый вентилятор перенаправить на ведущий вентилятор сзади, образуя петлю обратной связи, то он будет как бы дополнительно помогать его работе. Этот эффект как раз и позволяет усиливать крутящий момент на турбине. В англоязычной литературе гидротрансформатор так и называется: Torque converter - конвертер крутящего момента.
Важно отметить, что скорость вращения турбины никогда не будет равной скорости вращения насоса, а КПД в гидротрансформаторе даже близко не будет стоять к механическим шестерёнчатым механизмам, передающим крутящий момент. Именно поэтому у автомобиля с АКПП значительно более высокий расход топлива. Для борьбы с этим эффектом, большинство автомобилей имеет гидротрансформатор, снабжённый блокировочной муфтой. Когда требуется, чтобы две половинки гидротрансформатора (насос и турбина) вращались с одинаковой скоростью (это происходит, например, когда автомобиль движется на высокой скорости), блокировочная муфта блокирует их вместе намертво, что исключает проскальзывание насоса относительно турбины и, таким образом, повышает эффективность расхода топлива. Так же стоит отметить, что на большой скорости, когда скорости вращения насоса и турбины будут примерно равны, статор начал бы уже мешать свободной циркуляции масла от насоса к турбине. Для этого он закреплен не жестко относительно корпуса КПП, а на обгонной муфте (в одну сторону вращается свободно, в другую клинит). Когда поток масла направлен на рабочую поверхность крыльчатки статора, то он работает, как было сказано выше. Когда турбина раскручивается, поток масла начинает давить на тыльную сторону его крыльчатки и в этот момент обгонная муфта расклинивает и статор начинает свободно вращаться в ту же сторону, что и турбина не мешая потоку масла.
Несмотря на явные недостатки гидротрансформатора, данная конструкция зарекомендовала себя, как исключительно надежная. Надежнее пока, на мой взгляд, ничего не придумали.
Сказано много и не понятно)) Ниже я привел видео, где все это показано наглядно, но без комментариев.

Гидромеханическая АКПП

//www.youtube.com/watch?v=vFWnY3acVvQ

Идем дальше.
Ок, крутящий момент от двигателя передали на КПП. Что дальше?
А дальше самая веселуха. Гидромеханическая АКПП в корне отличается по конструкции от механической МКПП. В ней отсутствуют привычные парные зубчатые зацепления. Вместо них применяется набор планетарных редукторов.
Их работа, а так же работа гидротрансформатора наглядно представлены на видео.
Видео, правда старое, 80-х годов, но с тех пор изменился лишь принцип управления элементами АКПП. Раньше он был исключительно гидравлическим, теперь же он полностью электронный: информация с датчиков скорости, положения педали газа и других анализируется в электронном блоке управления и он принимает решения о том, какую передачу выбрать. Количество передач в АКПП зависит от количества планетарных рядов и связей между ними. Раньше, когда не было жестких экологических требований и бензин был дешевым, двигатели делали мощными и не требовалось большого числа передач в АКПП, т.к. двигателю хватало сил вытягивать в широком диапазоне частот вращения коленвала.
Первые АКПП в 50-х годах в Америке были всего с 2-мя передачами. Кстати, наш любимый ЛИАЗ 677 имел АКПП с 2-мя передачами. Потом, в 70-х их стало 3, но тогда двигатели были 6-8ми литровые и проблем не было. В 80-х с подорожанием нефти появились малолитражки с 4-я передачами.
Современные автомобили имеют в АКПП 6-8 передач и больше.

Вариаторные АКПП (CVT)

//www.youtube.com/watch?v=fZQj4a3lro8

В данных КПП так же присутствует гидротрансформатор, однако сама коробка передач конструктивно отличается.
В ней нет вообще зубчатых передач. Вместо них там 2 пары конусов, направленных остриями друг к другу. Одна пара конусов расположена на ведущем вале, вторая - на ведомом. На кручение конуса не имеют свободы относительно валов, но под воздействием сервоприводов могут двигаться на встречу друг другу и обратно.
Крутящий момент от одного вала к другому передается через специальный металлический ремень. Как регулируется передаточное отношение?
Конуса, двигаясь на встречу друг другу уменьшают или увеличивают эффективный диаметр передачи, тем самым изменяя передаточное отношения бесступенчато.
На сегодняшний день - это самые эффективные КПП с точки зрения КПД. Они эффективнее даже механических КПП.
Но есть большой недостаток - ремень. Какой бы он прочный не был, он все равно остается ремнем и имеет существенное ограничение по стойкости на растяжение.
Кроме того, сервомеханизмы, двигающие конуса работают непрерывно в процессе движения, подбирая оптимальное передаточное отношение и подвержены быстрому износу. Конечно, производители пытаются найти выход из положения искусственно вводя псевдоступенчатое переключение, что бы уменьшить работу сервомеханизмов, но все равно срок службы таких коробок существенно ниже традиционных АКПП и они имеют большие эксплуатационные характеристики.
По моему опыту я не видел ни одной из таких КПП, которые не подвергались бы ремонту на пробегах до 100 тыс. км.
Их ставят в основном на бензиновые модели, т.к. они имеют не высокий крутящий момент двигателя, который способны выдержать КПП.

Роботизированные коробки передач

Тут я буду краток. Картинки и видео довольно сложны в понимании, а на словах схема довольно проста.
Роботизированная коробка передач состоит из двух основных узлов:
Механической коробки передач и исполнительного механизма автоматизированного переключения передач.
иными словами, это та же самая МКПП со сцеплением, выжим сцепления и переключения передач в которой берут на себя автоматизированные механизмы.
Плюсы: простота конструкции, дешевизна.
Минусы: большие провалы при переключении передач.
В настоящее время такие КПП постепенно вытесняются перселективными коробками передач.
Преселективные КПП представляют собой развитие роботизированных КПП.
Особенностью данной коробки передач является то, что имеется два отдельных вала для чётных и нечётных передач, каждый из которых управляется своим сцеплением. Это позволяет предварительно переключить зубчатые колёса очередной передачи, после чего почти мгновенно переключить сцепления, при этом разрыва крутящего момента не происходит. Схема работы представлена на рисунке.
Достоинства: минимальное время переключения передач
Недостатков куча: сложность конструкции, дороговизна, дороговизна в обслуживании, склонность к перегреву. Короче, нужен ли вам этот геморрой?))
Разные производители называют их по-разному, но наиболее яркий представитель - это DSG от VolksWagen.

Дифференциал

Давайте теперь разберемся, как же крутящий момент передается от коробки передач к колесам? Вал-то один, а колес 2 или 4 в зависимости от привода.
Для этого служит такая штука, как дифференциал.
Дифференциал служит для распределения подводимого к нему крутящего момента между выходными валами и обеспечивает возможность их вращения с неодинаковыми угловыми скоростями.
По месту расположения дифференциалы подразделяют на:
- межколесные (распределяющие вращающий момент между ведущими колесами одной оси)
- межосевые (распределяющие момент между главными передачами двух ведущих мостов)
- центральные (распределяющие момент между группой ведущих мостов)
По конструкции и принципу действия их условно можно разделить на:
1. Свободные
2. С блокировкой. а их в свою очередь можно разбить на:
а. С жесткой блокировкой
б. С дисковой блокировкой
в. С блокировкой вискомуфтой
г. С винтовой блокировкой
д. Активные дифференциалы

Свободный дифференциал

//www.youtube.com/watch?v=qbcwdSSq5h4

Принцип действия простейшего свободного дифференциала разобран на видео. Комментарии излишни

Дифференциал с жесткой блокировкой

//www.youtube.com/watch?v=ZFxefjkGtlc

Данный тип простейшего дифференциала с блокировкой служит для увеличения проходимости машины в грязи, когда нужно, что бы все колеса вращались с одинаковыми скоростями. Такая блокировка активируется вручную.

Дифференциал с дисковой блокировкой.

Изобретение двигателя внутреннего сгорания и автомобиля в корне перевернуло жизнь человечества. Благодаря машинам существенно экономилось время, которое тратилось на передвижение. Также за счет автомобилей появилась возможность осуществлять крупные грузоперевозки. Сегодня водительское удостоверение есть у каждого второго, но далеко не все водители знают, как устроен автомобиль. А ведь эти знания очень полезны - они помогут увереннее чувствовать себя на дороге и не теряться в трудных ситуациях. Машины иногда ломаются, а зная схему устройства и принцип работы, можно устранить неполадку своими силами или хотя бы рассказать автослесарю, что сломалось.

Как устроен автомобиль? Более подробно об устройстве расскажем в нашей статье.

Кузов

Это основная и самая важная часть любого авто. На многих автомобилях кузов - это несущая конструкция. К этой основе крепятся все остальные узлы. Кузов - это комплекс из штампованного днища, задних и передних лонжеронов, крыши, двигательного отсека и прочих навесных комплектующих. Современные кузовы изготавливаются из сотен отдельных деталей, которые затем соединяются в цельную конструкцию. Основные элементы для производства кузовов делают из стальных сплавов, алюминия, пластика, полимеров, а также из стекла. При этом автопроизводители предпочитают применять сталь с низким содержанием углерода. Толщина листов составляет от 0,65 до 2 миллиметров. За счет применения такой стали удается снизить вес автомобиля не в ущерб характеристикам жесткости.

Производство кузовов представляет собой несколько этапов. Так, вначале из стального листа разной толщины посредством штамповки производят отдельные элементы. Затем они соединяются в узлы посредством сварки и собираются в единое целое. Современные кузовы производятся на роботизированных линиях, без участия человека.

Двигатель внутреннего сгорания

Многим интересно было бы узнать, как устроен автомобиль (для «чайников» эта тема тем более увлекательна). Конструкция его не сложная, а принцип работы простой и понятный. Хоть современные моторы и усложнились, но общее устройство не изменилось. Существуют бензиновые, дизельные двигатели, электрические моторы.

Двигатель внутреннего сгорания является самым распространенным среди всех, которые устанавливают на транспортные средства. Рассмотрим устройство и принцип работы силового агрегата.

Как устроен двигатель автомобиля? Он представляет собой блок, в котором есть цилиндр, поршень, впускной и выпускной клапаны, шатун, коленчатый и распределительный валы. На автомобили устанавливаются чаще всего четырехтактные четырехцилиндровые моторы. Но есть 6-, и даже 8-цилиндровые агрегаты.

В каждом моторе есть цилиндр и подвижный поршень. Внутри цилиндра тепловая энергия преобразуется в механическую. При открытии впускного клапана, в цилиндр поступает горючая смесь. Посредством искры, созданной системой зажигания, смесь поджигается и сгорает. Энергия горения заставляет поршень двигаться вниз. Когда он двигается, посредством шатуна вращается и коленчатый вал. Далее открывается выпускной клапан. Отработанные газы попадают в выпускную систему и выводятся наружу.

Современный мотор гораздо сложнее, чем 50 лет назад, и состоит он не только из базовых деталей. Сейчас почти все производители начали использовать турбины. Причем не только на дизельных, но и на бензиновых двигателях. Но мы продолжим дальше узнавать, как устроен автомобиль - будет интересно.

Трансмиссия и КПП

Недостаток двигателей внутреннего сгорания - очень узкий диапазон оборотов, при которых мощность достигает максимального показателя. Кроме того, каждый мотор имеет «красную зону» - это предел максимальных оборотов. Иначе есть риск, что двигатель выйдет из строя.

Чтобы в каждом режиме мотор мог работать на оптимальных для него оборотах, когда мощность и крутящий момент на максимуме или близки к нему, нужна коробка передач. Также трансмиссия передает крутящий момент на колеса автомобиля через полуоси в случае с переднеприводными автомобилями или через карданный вал в случае с заднеприводными. Последняя схема конструкции является классической.

Давайте рассмотрим, как устроена коробка передач автомобиля. Существует четыре варианта КПП - это традиционная механическая коробка, автоматическая гидротрансформаторная КПП, роботизированная и вариаторная система.

Начнем с устройства и принципа действия механических коробок. Этот механизм передает, преобразует и меняет направление вращательного момента от двигателя внутреннего сгорания на колеса.

Устроена МКПП следующим образом. В корпусе из стали или чугуна установлены шестеренки и валы. Последних всего три - это первичный, промежуточный и вторичный вал. Но это еще не все. Во всех моделях КПП имеется дополнительный вал и шестерни задней передачи. Также коробка состоит из картера, синхронизаторов, механизма переключения и селектора передач.

Валы КПП вращаются на подшипниках. Каждый имеет набор шестеренок с разным числом зубьев. Чтобы работа коробки была бесшумной, а включение передач плавным, шестерни оснастили синхронизаторами. Они предназначены для выравнивания угловых скоростей шестеренок в процессе вращения. Механизм переключения необходим для смены скорости. Водитель через рычаг-селектор выбирает необходимую передачу.

Передаточные числа КПП

Чтобы лучше узнать, как устроен автомобиль, с помощью простого примера разберем работу КПП. Имеется, к примеру, две шестерни с разным числом зубьев - на первой 20, на второй - 40. Если первая сделает два оборота, вторая провернется только один раз.

А далее простая математика. Первичный вал КПП и первая шестерня вращается с частотой 2000 об/мин. Вторая шестеренка будет вращаться в два раза медленнее - с частотой 1000 об/мин. Пусть у первой шестерни 20 зубьев, у второй - 40, у третьей - 20, четвертой - 40. Вторая и третья находятся на одном валу. А значит, третья шестерня тоже будет вращаться с частотой 1000 об/мин. А вот четвертая уже медленнее. Ее частота составит 500 об/мин. При этом на промежуточном валу будет 1000 об/мин.

Разные шестерни имеют разные передаточные числа. А значит, скорость вращения будет отличаться. Первая и вторая передача в автомобиле имеет самую большую мощность. Двигатель очень легко вращает колеса и двигает тяжелый автомобиль. Машина при этом едет с низкой скоростью. Более высокие передачи используются, когда машина уже едет по инерции и мотору не тяжело раскручивать колеса. Высшие передачи имеют более низкую мощность. Но они более быстрые - на них развиваются высокие скорости - от 80 и выше километров в час.

Система сцепления

Для того чтобы была возможность останавливаться на светофорах, трогаться с места, переключать передачи, автомобили оснащены сцеплением. Этот механизм позволяет соединять и разрывать связь коробки передач с двигателем. Это очень важный элемент в устройстве любого транспортного средства. Давайте рассмотрим, как устроено сцепление автомобиля.

Сцепление - это узел, в котором крутящий момент передается за счет сил трения. Он позволяет на короткое время разъединять двигатель и трансмиссию, а затем соединять обратно - максимально плавно.

Сцепление состоит из картера, кожуха, нажимного диска или корзины и ведомого диска. Также в устройстве имеется и привод (обычно он гидравлический). Ведомый диск под воздействием пружины прижат к маховику всегда. За счет очень высоких сил трения маховик и ведомый диск вращается вместе. При необходимости диски разъединяются и крутящий момент больше не передается. В этот момент можно переключить передачу или остановиться. Если нажать на педаль тормоза, не выжав предварительно сцепление, двигатель заглохнет.

Тормозная система

Рассмотрим, как устроена тормозная система автомобиля. Она представляет собой комплекс из колодок, барабанов, а также дисков и гидравлических цилиндров. Существует два типа тормозных систем - рабочая, которая предназначенная для полной остановки, и стояночная. Последняя необходима для удерживания машины на сложных участках.

В современных автомобилях тормоза представляют собой механизм с гидравлическим приводом. За счет избыточного давления при нажатии на педаль срабатывает тормозной механизм - колодки с большим усилием трутся об диск и машина останавливается.

Климатическое оборудование

Многие хотя знать, как устроен кондиционер автомобиля. При всех различиях в конструкции, он ничем не отличается от устройства обычного бытового кондиционера. Там также есть компрессор, вентиляторы и блок управления. Работает система за счет хладагента. Компрессор качает фреон, который из газообразного состояния превращается в жидкость.

Электрическое оборудование

Чтобы двигатель работал исправно, требуется электричество. Для этого в конструкции имеется аккумулятор. Но он не может долго выдавать нужный ток для всех потребителей. В паре с аккумулятором работает генератор. Давайте узнаем, как устроен генератор автомобиля.

Итак, что это такое? Генератор - это источник электрической энергии для всех потребителей. Работает после запуска двигателя, а также заряжает аккумулятор. Любые генераторы представляют собой статор и обмотку, первый зажат между двумя крышками. На последней имеет щеточный узел. Крышки стягиваются винтами. Также имеется и ротор, который вращается внутри статора. При вращении генерируется электрический переменный ток. Он выпрямляется посредством специального блока. Имеется регулятор напряжения - он стабилизирует перепады тока при работе генератора.

Подвеска

Рассмотрим вкратце, как устроена подвеска автомобиля. Это комплекс из упругих элементов, гасящих устройств, стабилизаторов и опор колес. Система подвески предназначена для гашения или же смягчения колебаний, которые в процессе движения по неровностям передаются на кузов. За счет нее колеса могут перемещаться вне зависимости от кузова.

Система охлаждения

Двигатель разогревается до высоких температур, а перегрев для мотора очень страшен. Для этого существует система охлаждения, один из элементов которой - радиатор. Что он собой являет? Давайте рассмотрим, как устроен радиатор охлаждения автомобиля. Зачастую, он имеет несколько секций, сердцевину, а также детали крепления. Жидкость, которая поступает из рубашек охлаждения двигателя, должна охлаждаться в радиаторе. Сердцевина - это тонкие пластины, через которые идут плоские вертикальные трубы. Они припаяны к пластинам. Жидкость проходящая через сердцевину и трубки, интенсивно охлаждается.

Холодный поток поступает обратно в рубашку двигателя, забирая лишнее тепло. При помощи вентилятора, радиатор может охлаждаться принудительно. Данный элемент может быть электрическим, либо иметь привод от вискомуфты. В первом случае работают датчики, во втором частота вращения лопастей корректируется самой механической муфтой.

Заключение

Вот как устроен автомобиль. На самом деле ничего сложного в конструкции нет. Даже в современных авто можно разобраться и при необходимости отремонтировать их.

Большинство выпускников автошкол обладают теоретическими знаниями об автомобиле. Но за несколько месяцев обучения невозможно узнать все необходимое. В этом материале мы рассмотрим автомобиль как комплекс , что будет полезно и новичкам, и опытным водителям, немного подзабывшим теоретическую часть.

Основные узлы и системы автомобиля

Машина представляет собой системную конструкцию, состоящую из множества подсистем. Тремя основными узлами автомобиля являются двигатель, шасси и кузов . Рассмотрим принцип работы каждого из них.

Двигатель

Механическим сердцем любого автомобиля является . Именно в нем тепловая энергия, которую отдает топливо, изменяется в механическую энергию . Благодаря этому, вал двигателя крутится и приводит в движение непосредственно автомобиль.

Часть кузова, в котором находится двигатель, именуется моторным отсеком . Расположение его может быть разным. Чаще всего двигатель размещен в передней части, но иногда его ставят сзади (как, например, в Porsche, ЗАЗ, Fiat-500 и т.д.).

Существует несколько видов двигателей (подробнее о каждом буде рассказано ниже):

ДВС или двигатель внутреннего сгорания;

Электродвигатель;

Гибрид (двигатели, работающие на совокупности нескольких типов энергии).

Шасси

Шасси – это совокупность устройств, которая передает энергию от двигателя к колесам. Без этой системы автомобиль не придет в движение. В составе шасси находится ходовая часть авто, система управления и трансмиссия. Трансмиссия передает крутящийся момент вала от двигателя к ведущим колесам. В её систему входят коробки переключения передач, карданные передачи и дифференциалы, полуоси, шарниры угловых скоростей, главная передача, сцепление и карданный вал .

В систему управлением автомобиля входят следующие подсистемы:

Система рулевого управления, необходимая для изменения направления движения авто;

Тормозная система, которая используется для замедления машины, её остановки, а так же удержания в недвижимом состоянии при стоянке.

Ходовая часть автомобиля объединяет колеса, и устройства крепления к кузовной части . В неё входят задний и передний мост, рама, подвески и колеса. По внешнему виду ходовка напоминает тележку.

Кузов

К нему крепятся все системы и узлы. От его состояния зависит безопасность и комфорт вождения, обтекаемость автомобиля и его внешний вид. В кузове располагаются водитель, пассажиры и различные грузы. Кузов стандартных «легковушек» состоит из моторного отсека, пассажирского салона и багажника. Кстати, большая часть стоимости автомобиля - это кузов, т.к. он представляет сложное изделие, требующее затрат металла и сверхпрочного пластика.

Конструкций кузова в наши дни предостаточно. Все зависит от фантазии автомобильных дизайнеров и потребительских ожиданий клиентов.

Виды двигателей

В современных авто существуют три основных вида двигателей. Рассмотрим каждый из них. Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) . Этот тип двигателя является наиболее популярным. Он преобразует энергию горящего топлива из химической энергии в механическую. К тому же, в зависимости от вида заправки и работы существует несколько подвидов ДВС.

Роторно-поршневой двигатель.

Поршневой двигатель.

Газовый двигатель.

Бензиновый двигатель.

Дизельный двигатель.

Электродвигатель. Из-за электрического типа двигателей такие машины называют электромобилями. Вместо топлива используются топливные элементы с электрической энергией или аккумуляторные батареи. Главный недостаток электромобиля – малая емкость топливного запаса .

Гибридная установка. Она объединяет в себе ДВС и электрический двигатель с помощью генератора.

Виды автомобильных коробок передач

Автомобильная предназначена для передачи мощности от двигателя к колесам. Различают несколько типов коробок передач.

Механическая коробка. Старый, но хорошо зарекомендовавший себя вид коробок . Им пользуются те, кто хочет ощутить всю мощь своего автомобиля. Недостатком такой коробки является низкий КПД из-за сопротивления трансмиссионного масла и трения шестерен.

Автоматическая коробка. Переключение основных ступеней скоростей проходит в автоматическом режиме, а для заднего хода или начала движения требуется водительская команда. Из-за присутствия в коробке планетарных механизмов, «автомат» имеет низкий КПД .

Роботизированная коробка передач основана на МККП, но управляется автоматически. Такая коробка может подстраиваться под тип вождения. Минусы у «робота» такие же, как у "механики", но плюсов больше. Из-за применения двух валов удалось повысить надежность коробки, к тому же поднять КПД, уменьшив размеры КПП.

Вариатор – новинка в мире КПП. К сожалению, такую коробку пока невозможно применить на тяжелых машинах, она остается привилегией малолитражек. В её плюсы можно вписать простоту, плавность, высокий КПД .

Особенности тормозной системы автомобиля

Тормозная система необходима для управления скоростью автомобиля, его остановки, а так же удержания на месте.

Для этих функций в машине установлены три вида тормозных систем:

Рабочая тормозная система. Используется для управления скоростью и остановки автомобиля.

Запасная тормозная система. Нужна при отказе основной тормозной системы, выполняет те же функции, что и рабочая.

Стоячая тормозная система. Она удерживает неподвижный автомобиль на месте.

Принцип работы тормозной системы таков. Во время нажатия на тормозную педаль, нагрузка идет к усилителю, создающему усилие на главном тормозном цилиндре. Его поршень нагнетает жидкость к колесным цилиндрам через трубопроводы, в тормозном приводе так же увеличивается давление жидкости. Поршни колесных цилиндров подталкивают колодки к дискам. При дальнейшем нажатии на тормозную педаль срабатывают тормозные механизмы за счет давления жидкости. Колеса замедляются, и в точках контакта шин с дорогой появляется тормозная сила. Чем сильнее давление на педаль, тем быстрее останавливаются колеса.

Когда тормозная педаль отпущена, она перемещается в исходное положение с помощью возвратной пружины. Подобные пружинные элементы отводят тормозные колодки от дисков. В начальное положение возвращается поршень главного тормозного цилиндра. Тормозная жидкость уходит по трубам в главный тормозной цилиндр и давление в системе падает.

Особенности автомобильного сцепления

Главным назначением сцепления является плавное присоединение маховика двигателя к коробке передач во время переключения КПП или во время движения с места. Проще говоря, сцепление выключает крутящийся момент. Например, во время резкого торможения на включенной скорости именно сцепление убережет трансмиссию от лишней нагрузки и возможного ремонта. Видов сцепления множество, каждый из них зависит от системы и набора деталей, от среды и т.д. Например, по количеству ведомых дисков сцепления делятся на однодисковые и многодисковые. От среды зависит, будет ли сцепление сухим или «влажным» . Будет ли сцепление механическим, гидравлическим, электрическим, а может и вовсе, комбинированным – на это влияет система привода. От способа нажатия на прижимной диск различают сцепления с центральной диафрагмой и круговым расположением пружин.

Но состав сцепления обычно одинаковый. В него входят педаль сцепления, нажимной диск и диск сцепления, выжимной подшипник и его вилка привода, а так же система привода. Принцип работы сцепления можно объяснить на самом популярном его виде – однодисковом сухом сцеплении. В обычном положении во время езды нажимной диск прилегает к диску сцепления и, благодаря нажимным пружинам, прижимает его к маховику.

Первичный вал входит в шлицевую муфту , тем самым получая крутящий момент от диска сцепления. При нажатии водителем на педаль, выступает система привода, выжимной подшипник нажимает на пружины, рабочая поверхность нажимного диска отходит от диска сцепления. Он высвобождается, заставляя первичный вал коробки остановиться, хотя двигатель продолжает работу.