Устройство автомобиля

1. Значение и перспективы развития автотранспорта.

Чуть более ста лет назад изобретатели выпустили из бутылки джина, имя которому - автомобиль. С невероятной быстротой расселились его потомки по всему миру. Автомобиль стал самой любимой, послушной и близкой к человеку машиной. И интерес к нему не угасает. Посмотрите, сколько людей обступает всякий раз новую, незнакомую марку. Он стал во многих семьях привычным предметом быта. Даже не верится, что было время, когда люди обходились без автомобиля.

Одно из первых слов, которое учится произносить ребёнок в наш индустриальный век, -  ма-ши-на. При этом он безусловно имеет в виду - автомобиль. Эта чудесная машина продолжает ежедневно заботиться о нём и обо всех нас. Она помогает кормить людей, подвозя в крупные города тысячи тонн продовольственных грузов, убирает улицы, помогает оберегать покой, в любое время дня и ночи готова прийти на помощь, если кто-то внезапно заболел... Конечно, кроме автомобиля у человека есть другие помощники: троллейбусы, трамваи, метро и пр. Но все же у автомобиля есть ещё одно качество, которым не обладают другие транспортные средства, - как верный пёс, он будет сутками ждать своего хозяина у порога и повезёт его туда, куда тот пожелает.

Но было время, когда автомобиль делал свои первые шаги. Слово “автомобиль” в своей основе имеет два корня: “аутос” - “сам” и “мобилис” - “подвижный” и означает -“самодвижущаяся машина”.

Первыми настоящими автомобилями можно назвать паровые дилижансы. В 1765 г. русский механик Ползунов И.И. построил паровую машину автоматического действия, а в 1769 г. она перебралась на повозку. Сделал её французский инженер Никола Кюньо. По размерам и весу она не уступала современным тяжёлым грузовым автомобилям. Повозка была грубой формы и предназначалась по замыслу её создателя для перевозки артиллерии. У неё имелось три колеса, из которых одно впереди, ведущее и одновременно - рулевое. Только вода и топливо, необходимые для движения, весили целую тонну. Тяжело гружённое рулевое колесо было не под силу повернуть одному. С ним с трудом справлялись два человека. Медный котёл с топкой висел тяжёлой грушей впереди повозки и шипел как Змей Горыныч, повозка ковыляла со скоростью не более 4 км/час. И всё-таки она двигалась сама. По-французки “шофёр” - значит “кочегар”, “истопник”. И в самом деле, водителю первых паровых автомобилей приходилось больше работать кочергой, чем рычагами управления.

Изобретателями бензинового двигателя принято считать немцев Готлиба Даймлера и Карла Бенца. Но свой поиск они строили не на пустом месте. Многие узлы и агрегаты были разработаны до них раньше. Число их соавторов достигает 400. Даймлера поддержал один из передовых людей того времени, Елинек, по имени дочери которого - Мерседес - названа ставшая в дальнейшем всемирно известной марка автомобилей.

Первые автомобили многими воспринимались как проявление нечистой силы, дьявольщины, или игрушками для взрослых. И, чтобы продемонстрировать практическую пригодность машин стать транспортным средством, в июле 1894 г. были проведены первые автомобильные состязания. Старт приняли 102 автомобиля. Половина из них не тронулись со старта, а на финиш пришло 13 бензиновых и 2 паровых автомобиля. Средняя скорость чемпиона равнялась 20,5 км/час. И тем не менее автомобиль убедительно доказал свою пригодность служить людям.

В царской России не было автомобильной промышленности. И только 7 ноября 1924 г. на параде на Красной площади прошли первые десять советских машин АМО-Ф-15, собранные рабочими на недостроенном при царе заводе Автомобильного московского общества. Этот день принято считать днём рождения автомобильной промышленности. В 1925 г. советские конструкторы приступили к проектированию первого отечественного автомобиля НАМИ-1. С 1928 по 1931 г. всего было выпущено более 400 автомобилей. Они успешно прошли испытания по маршруту Москва - Ленинград - Москва и Москва - Ялта - Москва. Лёд тронулся, за НАМИ появились более совершенные М1 (эмки), Л1, ЗИС-110, Победа, Москвич 401, 402, 403, 407, 408,412, 2141, Волга ГАЗ-21, ГАЗ-24, ГАЗ-24-10, ГАЗ-3101, Запорожец ЗАЗ-965, 966, 968, Жигули ВАЗ-2101, 2102, 2103, 2104, 2105, 2107, 2108, 2109, 2110, ЗИЛ-111, РАФ-977, Таврия ЗАЗ1101, 1102, Таврия-нова, и др.

Роль автотранспорта очень велика. Грузооборот на автомашинах превышает более, чем в 50 раз речной флот и в 5 раз - железнодорожный транспорт. И роль его увеличивается.

Уже в первые годы существования автомобилей люди поняли, что уверенно управлять опасным “дорожным снарядом” может не каждый, что этому искусству надо учиться. Езда на автомобиле сейчас считается в 10 раз опасней, чем полёт на самолёте, и в 16 раз - чем проезд по железной дороге. Ежегодно на дорогах земного шара погибает примерно 250 тысяч человек. Вспомните об этом прежде, чем кинуться наперерез транспортному потоку.

Автомобиль совершенствуется. В конструкциях новых моделей всё большее внимание уделяется повышению активной и пассивной безопасности, снижению уровня шума и вибраций, повышению топливной экономичности, снижению токсичности отработавших газов, повышению надёжности и долговечности. Автомобиль всё более начиняется электроникой и автоматикой. Подготовка оптимальной топливной смеси в зависимости от температуры , нагрузки и оборотов двигателя, автоматическое переключение передач, антиблокировочные устройства, многоконтурные тормозные устройства, бесконтактные системы зажигания с автоматическими регуляторами опережения поджига смеси, сигнальные устройства о состоянии тормозной системы, рулевого управления, давления шин и т.п., вынесение информации о состоянии систем автомобиля на ветровое стекло водителя, точная навигационная аппаратура, автопилоты и многое другое - вот основные направления творчества автоконструкторов.

2. Классификация автомобилей. Основные технические характеристики.

Технические характеристики - это визитная карточка автомобиля. И, хотя сухие цифры кажутся скучными, но они несут много интересной информации о нём.

Рассмотрим их на примере технической характеристики автомобиля ВАЗ - 2105.

• класс 2105 - малый,
• число мест - 5,
• колёсная формула - 4 х 2,
• собственная масса - 995 кг,
•  рабочий объём двигателя, л - 1,3 .

Это параметры, которые описывают автомобиль в целом. Всякой модели автомобиля присваивается четырёхзначный индекс. Первый знак определяет класс автомобиля, второй - тип автомобиля, третий и четвёртый - порядковый номер модели. Индексу предшествует сокращённое обозначение марки завода изготовителя, например, ВАЗ - 2105 означает: автомобиль Волжского автомобильного завода, (2) - малолитражный, (1) - легковой, (05) - пятой модели.

Каждый тип автомобилей подразделяется на  пять классов:

1.     особо малый - с рабочим объёмом двигателя до 1,2 л - знак индекса - 1 (Ока, Запорожец, Таврия),

2.     малый - 1,2 - 1,8 л, знак индекса - 2 (автомобили ВАЗ, АЗЛК),

3.    средний - 1,8 - 3,5 л, знак индекса - 3 (Волга, УАЗ),

4.    большой - более 3,5 л, знак индекса - 4 (ЗИЛ- 111),

5.    особо большой - не регламентируется (Чайка).

Например, “Таврия 1102”, “Москвич 2141”, Волга 3102”.

Колёсная формула ( например, 4х2) характеризует проходимость автомобиля и означает: первая цифра - число колёс, вторая - число ведущих колёс, т.е. количество колёс, к которым подводится усилие от двигателя. Например, автомобиль с колёсной формулой 4х4 свидетельствует о том, что у автомобиля все колёса - ведущие.

• Максимально разрешённая масса - 1395 кг.  Эта характеристика определяется заводом-изготовителем. Она включает в себя сухую массу автомобиля, плюс максимальную массу заправки топливом, жидкостями и маслами, плюс максимально допустимую массу груза и пассажиров, и таким образом представляет собой максимально допустимую массу при полной загрузке автомобиля.
• габаритные размеры (длина, ширина, высота), мм - 4128х 1620х 1446.

Габаритами (или габаритными размерами) называют крайние, самые большие размеры автомобиля по длине, ширине и высоте. Чем современнее автомобиль, тем большую часть его длины занимает пассажирское помещение или платформа для груза, тем больше они подвинуты вперёд.

 К скоростным и эксплуатационным характеристикам автомобиля и двигателя относятся:

• Максимальная скорость, км/час - 145,
• Время разгона с места до 100 км/час, сек - 18,
• средний эксплуатационный расход топлива, л/100 км - 10,0 ,
• двигатель - карбюраторный, рядный, расположен продольно спереди с приводом на задние колёса, 4-х цилиндровый.

Двигатели могут устанавливаться спереди и сзади кузова, под полом, продольно или поперечно, а привод от него осуществляют то на передние, то на задние, а то и на все колёса.

• Максимальная мощность при 5600 об/мин, кВт - 51,
• максимальный крутящий момент при 3400 об/мин, Н. м - 94,
• число передач в трансмиссии - 4 + задний ход,
• подвеска задняя - с цилиндрическими пружинами и телескопическими амортизаторами,
• подвеска передняя - независимая,
• тормоза передние - дисковые,
• тормоза задние - барабанные с гидравлическим раздельным приводом и вакуумным усилителем,
• шины - 175/70 SR13 или 165 SR13.
• тип кузова - трёхобъёмный седан, т.е. закрытый кузов, имеющий две или четыре двери и не менее двух рядов сидений.

Типы кузовов могут быть различными:

• купе - закрытый двухдверный кузов с одним рядом сидений (“Ока”),
• лимузин - закрытый кузов с удлинённой базой, имеющий остеклённую перегородку между передними и задними сидениями (ЗИЛ - 111; “Чайка”),
• кабриолет - частично открывающийся кузов,
• универсал - грузопассажирский кузов  (ВАЗ - 2102, ВАЗ -  2104, ГАЗ -24 - 02),
• комби - это седан с дополнительной дверцей сзади и раскладывающимися сидениями (Москвич - ИЖ - 2125),
• джип - легковой вездеход с приводом на все колёса (УАЗ - 3151, ВАЗ - 2121 “Нива”) ,
• и многие другие.

3. Общее устройство автомобиля.

 

Рис.1. Заднеприводной автомобиль.

 

Рис.2. Переднеприводной автомобиль.

Рис.3. Схема авто.

Автомобиль состоит из взаимосвязанных агрегатов и частей (Рис.1, 2, 3):

• двигателя,
• силовой передачи, в неё входит: сцепление, коробка передач, карданная передача, главная передача, дифференциал и полуоси,
• ходовой части, в неё входит: передняя и задняя подвески, колёса и шины,
• механизмов управления, состоящего из рулевого управления, основной и стояночной тормозной системы,
• электрооборудования, в состав которого входят источники электрического тока (аккумулятор, генератор) и электрические потребители (система пуска, система зажигания, приборы освещения и сигнализации, контрольно-измерительные приборы, система обогрева и вентиляции и др.)

Автомобили с передними ведущими колёсами называют переднеприводными. У таких автомобилей нет карданной передачи и надкарданного короба в кузове, поэтому салон становится просторней и комфортабельней, а масса автомобиля меньше. Легковые автомобили с передними ведущими колёсами имеют лучшую устойчивость при движении с высокими скоростями, но ремонтопригодность их в сравнении с заднеприводными значительно хуже из-за объединения двигателя, сцепления, коробки передач и главной передачи в единую конструкцию -  силовой агрегат, разборка которого при выходе из строя одной из систем значительно сложнее.

Двигатель внутреннего сгорания является источником механической энергии, необходимой для движения автомобиля. В двигателе за счёт сгорания топлива (бензина, дизельного топлива или газа), образуется сгоревший газ с высоким давлением, энергия его преобразуется в механическую энергию вращения коленчатого вала. Двигатели, использующие в качестве топлива бензин, называются бензиновыми; использующие дизельное топливо – дизельными; использующие сжатый (природный) или сжиженный (нефтяной) газ - газобаллонными.

Рис.4. Двигатель ВАЗ 2101

Рис.5. Двигатель ВАЗ 2108

Сцепление осуществляет постоянную механическую связь между двигателем и коробкой передач и предназначено для кратковременного её отключения на период времени, необходимый для включения или переключения передачи.
Сцепление представляет собой две фрикционные муфты, прижатые друг к другу пружиной. Ведущий диск механически связан с коленчатым валом двигателя, ведомый диск – с первичным валом коробки передач.
Включение и выключение сцепления осуществляется водителем с помощью педали (когда педаль нажата, сцепление выключено). При нажатии на педаль, диски сцепления расходятся, ведущий диск, связанный с двигателем, вращается, но это вращение на ведомый диск не передаётся (сцепление выключено). Выключать сцепление нужно на период включения или переключения передач для безударного соединения шестерён в коробке передач.
При плавном отпускании педали происходит плавное сцепление ведущего и ведомого дисков. При этом, за счёт проскальзывания, ведущий диск плавно навязывает вращение ведомому диску. Тот начинает вращаться, передавая крутящий момент на первичный вал коробки передач. Таким образом, автомобиль начнёт движение при трогании с места или же продолжит движение на новой передаче.

Рис.6. Сцепление

Рис.7. Принцип роботы сцепления

Коробка передач служит для изменения крутящего момента (скорости), направления движения и длительного разобщения двигателя от трансмиссии во время стоянки автомобиля и при движении его по инерции. Коробка передач управляется водителем с помощью рычага переключения.
При работающем двигателе, для включения  или переключения передачи нужно выжимать педаль сцепления (выключать сцепление).
Вероятные схемы переключения передач приведены на рис.8.

Рис.8. Коробка передач

Рис.9. Привод управления

Карданная передача позволяет передавать крутящий момент от коробки передач на задний мост (главную передачу) в условиях, когда он изменяет своё положение при движении автомобиля по неровностям дороги.

Рис.10. Карданная передача

Главная передача служит для увеличения крутящего момента и передачи его под прямым углом на полуоси автомобиля. Дифференциал обеспечивает вращение ведущих колёс с различными скоростями при повороте автомобиля и движении колёс по неровной дороге. Полуоси передают крутящий момент ведущим колёсам.

Рис.11. Задний мост

Рис.12. Полуоси

Ходовая часть обеспечивает движение и плавность хода. Она включает в себя подрамник, как правило, совмещённый с кузовом автомобиля, к которому посредством передней и задней подвесок крепятся элементы передней и задней осей со ступицами и колёсами.

Рис. 13. Передняя подвеска

Рис. 14. Задняя подвеска

Рис.15. Колесо

Рулевое управление служит для изменения направления движения автомобиля с помощью руля.

Рис.16. Рулевое управление

Тормозная система - снижает скорость автомобиля, удерживает его на спусках и подъёмах. Тормозная система управляется водителем с помощью педали основной тормозной системы и рычага ручного тормоза. Основная тормозная система, как правило, многоконтурная, т. е., при нажатии на педаль тормоза, осуществляется торможение передних  и задних колёс независимыми исполнительными тормозными устройствами. И, если один контур выйдет из строя, то другой будет продолжать выполнять функцию торможения, хотя и менее эффективно. Многоконтурность повышает безопасность движения.

Рис.17. Принцип роботы тормозной системы

 

На рисунках представлена тормозная система.

Электрооборудование автомобиля включает в себя источники электрического тока (аккумулятор, генератор) и электрические потребители (система пуска, зажигания, приборы освещения, сигнализации, контрольно-измерительные приборы, стеклоочистители, стеклоомыватели, система обогрева и вентиляции и др.). Энергия аккумулятора используется при неработающем двигателе, энергия генератора вырабатывается только при работе двигателя, она используется для подзарядки аккумулятора и питания других потребителей автомобиля.

Рис. 21. Источники электрического тока

Рис.22. Аккумулятор

Рис.23. Генератор

Рис.24. Классическая контактно-батарейная система зажигания

Рис.25. Бесконтактная система зажигания

Рис.26. Система пуска и стартер

Рис.27. Система винтеляции и обогрева

Рис.28. Кузов автомобиля

Основными органами управления автомобиля являются: рулевое колесо, педали газа, тормоза и сцепления, рычаг ручного тормоза, рычаг переключения передач. К вспомогательным органам управления относятся включатели сигналов поворотов, стеклоочистителя, обмыва стёкол, переключатели света фар, ножной переключатель света, кнопка управления воздушной заслонкой карбюратора, замок зажигания, включатель стартера, органы управления системой вентиляции и обогрева, рычаг замка капота и другие.

Рис.29. Органы управления автомобиля

На щитке приборов водителя расположены основные контрольно-измерительные приборы.

К контрольно-измерительным приборам относятся: 1- сигнальная лампа включения наружного освещения, 2 - сигнальная лампа включения противотуманных фар, 4 - сигнальная лампа включения дальнего света фар, 6, 7- спидометр и счётчик пройденного пути, 8 - указатель температуры двигателя, 9 – вольтметр, 10 – уровень топлива, 11 – сигнальная лампа резервного топлива, 12 – эконометр, 13 -  суммирующий счётчик пройденного пути, 14 – сигнальная лампа ручного тормоза, 15 – сигнальная лампа разряда аккумуляторной батареи, 16 - сигнальная лампа уровня тормозной жидкости, 17 - сигнальная лампа воздушной заслонки карбюратора, 18 - сигнальная лампа аварийной сигнализации, 19 - сигнальная лампа давления масла, 20 – табло «Стоп», 21 - сигнальная лампа указателя поворота и другие.    

Рис.30. Щиток контрольно-измерительных приборов ВАЗ 2108

Рис.31. Щиток контрольно-измерительных приборов ВАЗ 2105

Во время движения автомобиля водитель наблюдает за показаниями контрольно-измерительных приборов. Оптимальными показателями являются отсутствия светящихся красным светом табло, которые сигнализируют об опасном состоянии или положении соответствующей системы, а уровень топлива в бензобаке таков, что не вызывает загорания табло 11, сигнализирующего о наличии только резервного количества топлива, рассчитанного на 15-25 км пути. Грамотная эксплуатация, знания оптимальных показаний контрольно-измерительных приборов позволяют водителю поддерживать постоянную готовность автомобиля к использованию, а также принимать своевременные меры по его обслуживанию или ремонту, а значит и к продлению его срока службы.