Как устроен автомобиль

Эта статья позволит Вам познакомиться в общих чертах с устройством автомобиля. Она предназначена для тех, кто не станет самостоятельно заниматься его ремонтом и обслуживанием, но хотел бы иметь представление о том, «как эта штука работает». Более подробную информацию Вы без особого труда найдете в разнообразной технической литературе, а также в Интернете. вернуться к лекции

Специалисты утверждают, что современный автомобиль состоит из 15 – 20 тысяч деталей, поэтому «детально» изучить его устройство удаётся очень немногим. Большинству современных водителей это и не нужно. Поэтому мы ограничимся тем, что перечислим основные системы и агрегаты автомобиля и коротко поговорим о них. Итак, вот главные составные части Вашего стального коня:

- кузов;

- двигатель;

- сцепление;

- коробка переключения передач;

- ведущий и ведомый мосты (иначе говоря, передняя и задняя оси);

- элементы подвески;

- колеса с шинами;

- рулевое управление;

- тормозная система;

- электрооборудование.

Помимо того, что автомобильный кузов является местом, где размещаются водитель, пассажиры и перевозимый груз, он предназначен еще и для того, чтобы обеспечить надежное крепление всех узлов и агрегатов и, что очень важно, «держать удар» при столкновениях. При попадании в ДТП крепкий кузов гораздо лучше защищает людей по сравнению с проржавевшим кузовом, который утратил свою первоначальную прочность. Именно поэтому за состоянием кузова необходимо следить с первых дней эксплуатации и на протяжении всей жизни автомобиля.

Современный автомобильный двигатель – это весьма сложное устройство, но при первом знакомстве с ним достаточно представить себе «ящик», на входе которого заглатывается топливо (у бензинового двигателя - бензин, у дизеля – солярка), а на выходе создается вращение коленчатого вала, который через различные устройства соединяется с ведущими колесами.

Коробка переключения передач представляет собой набор шестеренок разного размера, с помощью которых вращение от вала двигателя передается на ведущий мост, а с него – на колеса. Первой передаче соответствует самая большая ведомая шестерня и самая маленькая скорость, а последней по счету передаче (ее называют прямой) – самая маленькая шестерня и самая высокая скорость. Последовательно переключая передачи, водитель осуществляет ступенчатый набор скорости от 0 км/ч до максимальной величины, а при необходимости – и в обратном порядке.

Коробка передач может быть ручной и автоматической. Ручная (она же механическая) коробка легкового автомобиля имеет обычно пять положений для движения вперед, одно положение для заднего хода и одно нейтральное положение, при котором двигатель с колесами не связан. Именно благодаря «нейтралке», машина может стоять на месте с работающим двигателем, а также катиться под уклон – с выключенным.

Если автомобиль оснащен ручной коробкой, то передачи переключает водитель. Он делает это постоянно при разгоне и снижении скорости. Автоматическая коробка передач (АКПП) избавляет водителя от этой обязанности и тем самым создает ему большие удобства. Помимо всего прочего, автомобиль с АКПП имеет всего две педали вместо трех – педаль газа и педаль тормоза. Третья педаль – сцепление – на нем отсутствует, поэтому управлять таким автомобилем намного проще и приятнее.

Сцепление в виде прижимающихся друг к другу дисков располагается между двигателем и механической коробкой передач. Каждый раз при нажатии педали сцепления, расположенной под левой ногой водителя, двигатель отсоединяется от коробки передач, а значит, и от ведущих колес. Когда водитель отпускает эту педаль, контакт восстанавливается, и вращение коленчатого вала двигателя передается на колеса. Если, стоя на месте с работающим двигателем, резко отпустить педаль сцепления, то в момент соединения дисков неподвижные колеса автомобиля остановят вал, и двигатель заглохнет, но если сделать это плавно, то автомобиль тронется с места и поедет. В процессе движения сцепление используется каждый раз при переключении с одной передачи на другую – это позволяет избегать повреждения деталей коробки передач.

Наверное, Вы уже догадались, что нажатая педаль сцепления и нейтральное (выключенное) положение рычага переключения передач дают один и тот же результат – независимость колес и вала двигателя друг от друга. Разница состоит в том, что педаль нужно постоянно держать в нажатом положении, а с выключенной передачей можно спокойно двигаться «накатом», пока не потребуется новый разгон или остановка автомобиля.

На транспортных средствах с автоматической коробкой не только педаль, но и сам механизм сцепления отсутствует, поскольку в АКПП все переключения происходят иначе, а выбор нужной передачи берет на себя бортовая автомобильная электроника.

Ведущий мост состоит из редуктора, полуосей и вращающихся в подшипниках ступиц колес, к которым крепятся и сами колеса. Шестерни редуктора и полуоси передают вращение с выхода коробки передач на ступицы; при этом устройство, называемое дифференциалом, дает возможность правому колесу вращаться независимо от левого. Если двигатель через сцепление и коробку передач соединяется с передними колесами, то такой автомобиль называется переднеприводным, если с задними – заднеприводным. Большинство современных моделей легковых автомобилей являются переднеприводными, поскольку такая конструкция обладает существенными преимуществами.

Как правило, одна ось автомобиля является ведущей, а другая – ведомой. Но бывает и так, что оба моста являются ведущими – такие автомобили называются полноприводными. Главные их достоинства – повышенная проходимость и устойчивость на скользкой дороге. Основные недостатки – значительный расход топлива и ограниченный ресурс эксплуатации.

Элементы подвески смягчают удары колес о дорогу (этим занимаются рессоры) и гасят возникающие вертикальные колебания (это работа амортизаторов). От ударов, то и дело возникающих во время движения, подвеска может повредиться. Если ее своевременно не отремонтировать, то это приведет к более серьезным поломкам и может стать причиной ДТП.

Колесо состоит из стального диска и резиновой шины, надетой на его обод. Диск колеса крепится гайками или болтами к вращающейся на оси ступице. Он не должен иметь трещин и других повреждений, иначе колесо может разрушиться прямо во время движения.

Шина колеса – не менее ответственный элемент автомобиля. Долгие годы она представляла собой покрышку, внутри которой находилась камера – резиновый рукав с накачанным в него воздухом. К началу 21-го века камерные шины уступили место бескамерным, у которых покрышка, герметично прилегая к ободу диска, по совместительству исполняет роль камеры. Такие шины гораздо безопаснее, поскольку при их повреждении сжатый воздух выходит наружу не столь стремительно, благодаря чему автомобиль не теряет своей управляемости.

Основу покрышки составляет стальной или полимерный сетчатый каркас – корд, поверх которого формируется слой резины. Корд, в зависимости от строения сетки, может быть диагональным или радиальным, о чем можно узнать из маркировки на боковой стороне автомобильной покрышки. На большинстве ТС, за исключением большегрузной и строительной техники, применяются радиальные шины.

Торцовая часть покрышки, соприкасающаяся с дорогой, – это протектор; боковая часть называется боковиной, или бортом. На протектор нанесен рифленый узор (рисунок протектора), позволяющий колесу лучше держать связь с поверхностью дороги и меньше буксовать, когда дорога скользкая. По своему назначению и внешнему виду протектор похож на рифленую подошву нашей обуви. В процессе эксплуатации он, как и подошва, постепенно истирается, и в конце концов покрышка становится «лысой». Можно на какое-то время продлить срок службы шины, если восстановить протектор, наплавив новый слой резины и нарезав на нем новый рисунок. Однако качество и долговечность такой покрышки будут низкими. Поэтому уважающие себя водители восстановленными шинами не пользуются, а остальным разрешается устанавливать их только на задние колеса транспортного средства.

Рулевое управление – это цепочка устройств, при помощи которых поворот руля передается на передние колеса автомобиля. Основные элементы этой цепочки – рулевая колонка (ось, на которой закреплена «баранка» руля), рулевой механизм, поворотные рычаги и соединительные тяги, образующие рулевую трапецию. Конструкция рулевого механизма такова, что при передаче вращения в нем всегда присутствует некоторый зазор (он называется люфтом рулевого управления), из-за чего колеса слушаются руля не сразу, а с небольшим запаздыванием, после поворота «баранки» на определенный угол. Этот неизбежно существующий люфт не должен превышать допустимую величину. Слишком большой люфт говорит о серьезных неполадках в рулевом управлении. Кроме того, в случае опасности он не позволит предотвратить ДТП за счет резкого поворота в сторону.

Руль в руках у водителя не должен быть слишком тугим – иначе его не удастся быстро повернуть в случае опасности. В то же время он не должен быть слишком легким, иначе любое неточное движение приведет к внезапному смещению автомобиля вбок. Поэтому параметры рулевого управления тщательно рассчитываются конструкторами. Если они рассчитаны правильно, то водители говорят, что рулевое управление хорошо «держит дорогу».

Тормозная система автомобиля предназначена для того, чтобы останавливать вращение колес транспортного средства. Этим занимаются тормозные механизмы. Они расположены на каждом колесе и работают за счет трения – если нажать на педаль тормоза, тормозные колодки, закрепленные на кронштейнах, прижмутся к вращающемуся вместе с колесом тормозному барабану или тормозному диску, замедляя и останавливая колесо. При отпущенной педали колодки освобождают тормозной диск или барабан, и колесо растормаживается.

Тормозная система конструируется таким образом, чтобы предотвратить полный отказ тормозов при возникновении тех или иных неисправностей. Как минимум, в автомобиле применяют две тормозных системы – рабочую (она приводится в действие педалью тормоза) и стояночную (она управляется рычагом, расположенным между передними сиденьями). Стояночную тормозную систему часто называют «ручным тормозом» или «ручником». Главная задача ручного тормоза – исключить случаи, когда покинутый водителем автомобиль самопроизвольно покатился с горы. Помимо этого, выпускаемые в настоящее время ТС должны быть оснащены запасной и вспомогательной тормозными системами, которые уменьшают нагрузку на тормозные механизмы и замещают рабочую тормозную систему в случае ее отказа.

Современные тормозные системы делятся на пневматические, в которых необходимое давление в тормозах создается сжатым воздухом, и гидравлические, в которых давление создается специальной тормозной жидкостью, залитой в автомобиль. Практически на всех легковых автомобилях, микроавтобусах и небольших грузовиках применяются гидравлические тормоза. Гидравлическая система должна быть полностью герметична – если тормозная жидкость вытечет из нее, то тормозить будет просто нечем, ведь тормозная педаль не имеет механической связи с колесами. Такая неисправность считается одной из самых опасных, поэтому при ее возникновении запрещается движение своим ходом даже до места ремонта или стоянки.

Специалисты утверждают, что большинство обращений владельцев ТС в автосервисы вызвано неисправностями электрооборудования. Это действительно так – лужи и грязь, которые приходится преодолевать при движении, нагрев и охлаждение, тряску, вибрацию и механические нагрузки никак не назовешь благоприятными условиями для эксплуатации электрической аппаратуры. Поэтому автомобильный электрик – очень востребованная профессия.

В состав электрооборудования автомобиля входят источники электрического питания, потребители электроэнергии, электропроводка, устройства коммутации (переключения) и защиты электрических цепей.

Основным источником электропитания автомобиля является генератор. Получая механическую энергию от вращающегося коленчатого вала двигателя, он преобразует ее в электрическую энергию, используемую потребителями. Однако генератор не может работать, когда двигатель остановлен. Поэтому заводить мотор и удовлетворять электрические потребности при выключенном двигателе приходится за счет аккумуляторной батареи. Принцип ее действия почти не отличается от принципа обычной бытовой батарейки многоразового использования (аккумулятора). Сразу после запуска двигателя нагрузка с батареи снимается, поскольку ее берет на себя вступивший в работу генератор. Лишняя энергия, вырабатываемая генератором в процессе движения, используется для подзарядки аккумуляторной батареи. Если батарею не подзаряжать длительное время, то ее способность давать электричество постепенно снижается до нуля – в таких случаях говорят, что аккумуляторная батарея «села», из-за чего двигатель «не заводится».

В последние годы в качестве источников питания все чаще используют мощные конденсаторы. Они могут вырабатывать очень большой, но, к сожалению, кратковременный ток.

В число потребителей электроэнергии входят устройства, которые обеспечивают нормальную работу автомобиля, а также создают водителю и пассажирам дополнительный комфорт. К ним относятся: стартер для запуска двигателя, элементы системы зажигания, световые и сигнальные огни, контрольно-измерительные приборы, стеклоочистители и стеклоомыватели, вентиляторы, а также дополнительное электрооборудование – кондиционер, автомагнитола и т. п.

Источники питания, потребители и переключатели соединяются друг с другом электрическими проводами. В результате образуются электрические цепи, которые могут быть высоковольтными и низковольтными. Высоковольтные цепи обеспечивают воспламенение горючей смеси внутри бензинового двигателя. Они относятся к системе зажигания. На дизельном двигателе, у которого иной принцип действия, система зажигания отсутствует. Кроме того, высокое напряжение может использоваться при работе различных нагревательных устройств. Остальные электрические цепи автомобиля являются низковольтными и питаются напряжением 12 или 24 В.

Устройства коммутации – это различные выключатели, реле, диоды и транзисторы, обеспечивающие управление электрическими цепями. Иногда такое управление осуществляет сам водитель, но большая часть переключений происходит автоматически, без его участия.

Любое электрическое оборудование необходимо защищать от короткого замыкания, при котором ток очень большой величины может вывести из строя дорогостоящие устройства, а кроме того, привести к пожару в автомобиле. Короткие замыкания и
электрические перегрузки возникают вследствие различных неисправностей электрооборудования или электропроводки. Для предотвращения их опасных последствий в каждой электрической цепи предусмотрены устройства защиты – предохранители или автоматические выключатели. Принцип их действия можно описать словами «где тонко, там и рвется». Любой предохранитель представляет собой проволочку заранее подобранной толщины, которая рассчитана на протекание по ней тока определенной силы (ни в коем случае нельзя использовать «жучок» - проволоку, рассчитанную на иную силу тока – тогда никакой защиты от короткого замыкания не получится). Предохранитель вставляется в электрическую цепь, которую необходимо защитить. Как только ток, текущий через него по цепи, превысит допустимую величину, проволочка перегорит, электрическая цепь разомкнется, и сила тока мгновенно снизится до нуля. Разумеется, потребители данной цепи после этого работать уже не будут, но зато они не успеют выйти из строя по причине короткого замыкания. Всё заработает вновь, как только причина замыкания будет найдена и устранена, а на месте сгоревшего предохранителя окажется точно такой же, но целый.