Автомобилем называется самодвижущаяся машина, предназначенная для перевозки по безрельсовому пути пассажиров, различных грузов или специального оборудования и буксирования прицепов. Основные части автомобиля: двигатель, трансмиссия, ходовая часть, кузов, механизмы управления и вспомогательное оборудование (рис. 2.1).

Двигатель - это машина, преобразующая какой-то вид энергии в механическую. Основное распространение получили двигатели внутреннего сгорания (ДВС).

Двигатель внутреннего сгорания преобразует химическую энергию топлива, сгорающего в его цилиндрах, в тепловую энергию, а затем при помощи кривошипно-шатунного механизма - в механическую, которая приводит во вращение ведущие колеса автомобиля. Наибольшее распространение получили бензиновые двигатели и дизели. Последние позволяют снизить расход топлива на 25-30%. Значительное внимание уделяется созданию двигателей, работающих не на нефтяных топливах. Одним из них является водород, запасы которого практически не ограничены. Однако применение водорода связано с большими энергетическими затратами, затруднениями в хранении и транспортировании. Широкому применению электродвигателей препятствуют малая энергоемкость источников энергии, в основном - аккумуляторных батарей, и их громоздкость, что снижает грузоподъемность автомобиля и запас его хода.

Трансмиссия служит для передачи вращающего момента от коленчатого вала двигателя к ведущим колесам автомобиля и изменения его величины и направления. В нее входят следующие механизмы: сцепление 3, коробка передач 4, карданная передача 5, ведущий мост 6 (см. рис. 2.1).

Сцепление предназначено для передачи энергии двигателя, плавного трогания автомобиля с места, кратковременного разъединения двигателя и трансмиссии при переключении передач и предотвращения воздействия на трансмиссию больших динамических нагрузок.

Рис. 2.1

7 - кабина; 2 - грузовая платформа; 3 - сцепление; 4 - коробка передач; 5 - карданная передача; б - главная передача (ведущий мост); 7 - рама

На автомобилях в большинстве случаев применяют фрикционные сухие дисковые постоянно замкнутые сцепления с пружинным нажимным устройством.

Коробка передач используется для изменения силы тяги на ведущих колесах, изменения скорости и направления движения, а также длительного отключения двигателя от трансмиссии.

Наибольшее распространение получили механические шестеренные ступенчатые коробки передач. С целью облегчения и автоматизации управления, а также повышения долговечности на легковых автомобилях и, особенно, автобусах применяют автоматические гидромеханические передачи.

Карданная передача передает вращающий момент между несоосными валами, обеспечивая угловую и осевую компенсацию при изменении расстояния между ними.

Ведущий мост воспринимает силы, действующие между опорной поверхностью и рамой или кузовом автомобиля, в том числе силы тяги и торможения. Редуктор ведущего моста - главная передача - преобразует по величине вращающий момент, передаваемый от коробки передач.

Ходовая часть служит для преобразования вращательного движения ведущих колес в поступательное движение автомобиля. Она состоит из рамы, на которой устанавливают кузов и все механизмы автомобиля, подвески передней и задней осей и колес.

Кузов служит для размещения водителя, пассажиров и груза. У грузового автомобиля он состоит из грузовой платформы 2 и кабины 1 (см. рис. 2.1).

Механизмы управления предназначены для управления автомобилем. К ним относятся рулевое управление, с помощью которого изменяют направление движения автомобиля, и тормозная система, позволяющая уменьшить скорость или остановить автомобиль.

Трансмиссию, ходовую часть и механизмы управления в сборе называют шасси.

К вспомогательному оборудованию относят лебедку, тяговосцепное устройство и другое дополнительное оборудование.

Автомобиль состоит из трёх основных частей:

1. Двигатель . На схеме показаны основные части двигателя автомобиля: распределительный вал, штанга, коромысло, клапан, головка цилиндра, цилиндр, поршень, шатун, коленчатый вал, поддон картера.

Схема устройства двигателя автомобиля в поперечном разрезе.

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) - одно из главных устройств в конструкции автомобиля, служащее для преобразования энергии топлива в механическую энергию, которая, в свою очередь, выполняет полезную работу. Принцип работы двигателя внутреннего сгорания построен на том, что топливо в соединении с воздухом образуют воздушную смесь. Циклически сгорая в камере сгорания, воздушно-топливная смесь обеспечивает высокое давление, направленное на поршень, а тот, в свою очередь, вращает коленчатый вал через кривошипно-шатунный механизм. Его энергия вращения передается трансмиссии автомобиля.

Для запуска двигателя внутреннего сгорания часто используются стартер - обычно электрический двигатель, проворачивающий коленчатый вал. В более тяжелых дизельных двигателях в качестве стартера и для той же цели применяется вспомогательный ДВС (пускач).

Бензиновые двигатели внутреннего сгорания - наиболее распространенные из автомобильных двигателей. Топливом для них служит бензин. Проходя через топливную систему, бензин попадает через распыляющие форсунки в карбюратор или впускной коллектор, а затем эта воздушно-топливная смесь подается в цилиндры, сжимается под воздействием поршневой группы, поджигается искрой от свечей зажигания.

2. Шасси. Шасси автомобиля включает в себя элементы силовой передачи или трансмиссии, ходовую часть и механизмы управления.

Силовая передача передает крутящий момент от двигателя к ведущим колесам автомобиля.

Составными частями силовой передачи являются:

• - сцепление
• - коробка передач
• - карданная передача
• - главная передача
• - дифференциал
• - приводные валы

Узел сцепления служит для кратковременного разъединения двигателя от коробки передач и в дальнейшем, их плавного соединения при переключении передач, а также, в тот момент, когда транспортное средство трогается с места.

3. Коробка передач . Коробка передач позволяет изменять величину крутящего момента, который передается от коленчатого вала двигателя к карданному валу.

Блок коробки передач позволяет на длительное время отключать соединение двигателя с карданной передачей и обеспечивает возможность движение автомобиля задним ходом.

Основное назначение карданной передачи состоит в том, чтобы обеспечить возможность передачи крутящего момента от коробки передач к главной передаче под изменяющимся углом.

Основное назначение главной передачи - обеспечить с минимальными потерями передачу крутящего момента под прямым углом от карданного вала через дифференциал к приводным валам ведущих колес и увеличения крутящего момента.

Дифференциал обеспечивает возможность вращения ведущих колес с разной частотой вращения при движении автомобиля на поворотах и по неровной дороге.

Ходовая часть автомобиля состоит из рамы, передней и задней осей, которые соединяются с рамой системой подвески. В подвеску входят упругие элементы, такие как рессоры, цилиндрические пружины, пневматические баллоны и амортизаторы.

У большей части легковых автомобилей роль рамы выполняет несущий кузов.

Устройства управления автомобиля включают в себя рулевое управление, связанное с передними колесами рулевым приводом и тормозную систему. В современных транспортных средствах активно используются бортовые компьютеры, которые контролируют в некоторых случаях процесс управления и вносят необходимые корректировки.

Элементы рулевого управления позволяют совершать поворот передних колес, тем самым, изменяя направления движения автомобиля.

Конструктивные особенности, заложенные в реализацию тормозной системы автомобиля, должны обеспечивать быстрое снижение скорости движения автомобиля и полную остановку без потери управления, а также удержание транспортного средства в неподвижном состоянии.

4. Кузов. Кузов предназначен для размещения пассажиров и перевозимого груза и водителя. Кузов современного легкового автомобиля обычно является несущим, состоящим из отдельных панелей, соединённых сваркой. В состав кузова входят и такие элементы, как двери, крылья, крышка багажника.

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

Автомобильная промышленность не стоит на месте, и все время совершенствуется, в связи с этим происходит постоянная смена составляющих автотранспорта, тем не менее базовые узлы и агрегаты остаются неизменными:

• Кузов;
• Салон с различными функциями и опциями.

Двигатели разделяют на несколько видов, это разделение производится по виду топлива используемого при работе. Двигатели бывают дизельные, бензиновые, газовые и комбинированные. Состав всех двигателей практически одинаковый, он состоит из следующих узлов:

• Блока цилиндров.
• Головки блока цилиндров, в которую входят распределительный вал и клапана.
• Кривошипно-шатунного механизма, в который входят коленчатый вал, поршень и шатун.
• Система охлаждения, включающая в себя водяной насос, радиатор, вентилятор, датчик температуры, расширительный бачок, термостат и патрубки системы.
• Система смазки, состоящая из масляного насоса, масляного заборника, фильтрующего элемента и датчика аварийного давления, датчик уровня масла.
• Система питания частично относится к двигателю, состоит из топливного насоса, топливных форсунок или карбюратора, дроссельного узла.
• Электронное управление, включает в себя блок управления двигателем и разнообразный комплект датчиков, отвечающих за работу двигателя внутреннего сгорания.

Принцип работы превратить тепловую энергию в механическую энергию. Топливовоздушная смесь попадает в камеру сгорания через впускной клапан, путем разряжения, созданного поршнем в цилиндр. Затем происходит сжатие смеси за счет движения поршня вверх при закрытых клапанов.

В момент критического сжатия подается искра, которая воспламеняет смесь и заставляет поршень двигаться вниз, затем происходит открытие выпускного клапана и выхлопные газы попадают в выпускной коллектор. Работа дизельного двигателя немного отличается, там воспламенения происходит при сильном сжатии без подачи искры.

Также в последнее время все чаще встречаются гибридные двигатели и электрические двигатели. В гибридном исполнении используется двигатель внутреннего сгорания для вращения генератора, а колеса приводятся в движение электромотором. Основным отличием является наличие аккумуляторных батарей. Электромобили приводятся в движение электромотором, а энергия поступает от аккумуляторов.

Трансмиссия также имеет несколько вариантов исполнения в зависимости от привода автомашины.

В состав трансмиссии авто с передним приводом входит коробка перемены передач и привода с шарнирами равных угловых скоростей.

Коробка передач тоже имеет варианты исполнения такие, как:

• Автоматическая;
• Вариатор;
• Механическая;
• Робот.

В состав трансмиссии заднеприводной машины дополнительно включены карданная передача и задний мост или редуктор. В мосту реализация передачи крутящего момента организована полуосями, а в редукторных версиях, также шарнирами равных угловых скоростей.

Трансмиссия полноприводного автомобиля также имеет варианты исполнения:

1. Коробка перемены передач, карданные передачи, раздаточная коробка передач и передний и задний мосты автомобиля.
2. Коробка перемены передач, карданные передачи, угловой редуктор, редуктор задней оси, и шарниры равных угловых скоростей.

Надо отметить, что также встречаются смешанные варианты реализации полного привода.

Трансмиссия обеспечивает передачу крутящего момента от двигателя внутреннего сгорания к колесам автомобиля.

Имеет множество вариаций:

• Седан;
• Купе;
• Универсал;
• Хэтчбек;
• Лифтбек;
• Кабриолет;

И еще множество различных вариаций без учета коммерческого транспорта. Кузов авто играет одну из самых важных ролей в безопасности водителя и пассажиров, а также важной составляющей кузова являются, его аэродинамические свойства, что позволяет уменьшить расход топлива и увеличить скоростные показатели. В состав кузова входят такие детали, как: двери, крышка багажника, капот, бампера, стекла, уплотнители, основа кузова с боковыми панелями, крыльями и крышей.

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.

Современные автомобили полностью окутаны электроникой начиная от блока управления двигателем, заканчивая датчиками давления в колесах. Управления двигателем и другими функциями осуществляется программным способом по средствам ЭБУ (электронного блока управления).

Управления тормозной системой производится по средствам датчиков и блока управления ABS. А также по средствам электроники производится управление антипробуксовочной функцией. На современном автомобиле практически 90% элементов имеют связь с электроникой.

Задняя подвеска автомобиля разделяется на зависимую подвеску и независимую. Зависимая подвеска реализована балкой, амортизаторами, пружинами. Встречаются варианты рессор вместо пружин или пневмобалонов. Независимая подвеска состоит из полурамника с рычагами, такая подвеска более мягкая и комфортная в отличие от зависимой подвески.

Передняя подвеска также имеет рычаги, поворотные кулаки, стабилизатора, амортизаторы и пружины или варианты. На внедорожниках можно встретить торсионную подвеску. Отличие такой подвески в использовании торсиона вместо пружин.

Рулевое управление состоит из реечного механизма, соединенного с рулевым колесом по средствам рулевых карданных передач, усилителя руля (гидропривод или электропривод). Гидроусилитель работает за счет гидравлического масла, нагнетаемого насосом в рулевую рейку, электроусилитель организован электромотором, установленным непосредственно на рулевом механизме.

Эти системы различают по принципу работы гидравлическая и воздушная тормозные системы. Воздушная система в большинстве случаев реализована на грузовых транспортных средствах и работает за счет давления воздуха, накачиваемого в баллоны компрессором.

Гидравлическая тормозная система состоит из главного тормозного цилиндра с вакуумным усилителем, рабочих тормозных цилиндров, тормозных дисков или барабанов, тормозных колодок, стояночной тормозной системы. Работа данной системы заключается в передачи порции тормозной жидкости к рабочим тормозным цилиндрам, в результате происходит воздействие на тормозные колодки, которые останавливают диск, а соответственно и транспортное средство.

Это лишь основные системы автомобиля и не стоит забывать, что любой вид транспорта является технически сложной конструкцией, состоящей из множества систем, взаимодействующих между собой.

Каждый автолюбитель должен непременно знать хотя бы основы того, из чего состоит автомобиль и как он работает. Только так можно стать хорошим водителем и понимать принцип, почему машина едет и управляется определенным образом, из-за чего могут выходить из строя или начинать неправильно работать какие-то элементы.

Базовое устройство современных автомобилей

Впервые авто, оснащенное мотором с работой на бензине, запатентовали в отдаленном 1885. И с тех пор современные модели выпускаются практически из аналогичных базовых составляющих, как и тогда. Ключевые элементы следующие:

• Кузов;
• Двигатель;
• Шасси;
• Электрооборудование.

Зная базовое устройство автомобиля, а также специфику функционирования узлов и агрегатов, можно существенно снизить расходы по сервису и ремонту. Подобные знания и понимание из на практике очень многое даст водителю.

Двигатель

Двигатель, или силовой агрегат, выступает в качестве сердца машины – это основа для получения энергии механической природы. Она приводит в движение весь тяжеловесный механизм. Если машина не «тянет» , то причины, в первую очередь нужно искать проблемы в двигателе.

Самую широкую распространенность приобрели ДВС (т.е. двигатели внутреннего сгорания). Но за последнее время не менее активное распространение получают электрические либо гибридные авто.

Кузов

Кузов бывает с рамной или безрамной конструкционной системой. Чаще всего в современных моделях реализовано крепление узлов к самому кузову (являющимся несущим), то есть рама отсутствует. Чем хорошо подобное решение? Вес машины снижается до минимума.

Шасси

Конструктивно шасси – целый комплекс механизмов, ключевыми задачами которых выступает передача на ведущие колеса крутящего момента (далее – КМ) от двигателя для обеспечения движения, а также осуществление управления автомобилем. В группу механизмов входят такие элементы:

Трансмиссия

Основное назначение в передаче КМ на ведущие колеса, чтобы изменять КМ по направлению, а также по величине, состоит для двухосного авто чаще всего из сцепления, КП, передач (карданной и основной), полуоси и дополнительно дифференциала.

Ходовая система

Ключевые компоненты представлены рамой либо же во втором случае несущим кузовом, мостами (передний и задний), рессорами и амортизаторами (подвеской), шинами и колесами.

Механизм управления

Формируется из рулевой и тормозной систем (дисковые тормоза плюс барабанный тормоз), отвечает за управление, изменение скорости, удержание на месте и остановки в нужный момент.

Подвески бывают различных видов и типов. Это очень важный элемент, над которым усиленно работают конструкторы и инженеры, чтобы обеспечить автомобилю лучшие характеристики.

Электрооборудование

Помимо указанных механизмов, все автомобили имеют электрооборудование, обеспечивающее необходимую подачу тока к различным автомобильным системам. С его помощью запускается и начинает работать двигатель, обеспечивается обогрев салона, появляется возможность передвижения в темное время суток.

Электрическая система автомобиля сложная и многокомпонентная, работает как при заведенном, так и при нерабочем двигателе.

Например, от аккумулятора беспроблемно функционируют:

• стоп-сигналы,
• автомагнитола другие мультимедийные системы,
• система акустики и освещения (в салоне, под капотом, в багажнике, снаружи) и пр.

Также за счет электрооборудования достигается безопасность для автомобиля от угона (противоугонная сигнализация).