Рассказываем о главных элементах конструкции: общее строение машины и важные детали автомобиля.
Общее устройство автомобиля раньше преподавали в автошколе. Но сегодня многие, даже некоторые опытные водители не представляют, из чего состоит машина. Мы решили восполнить эти пробелы и подготовили небольшой ликбез (стараясь обойтись без сложных терминов) о том, из каких основных частей состоит автомобиль.
Кузов
Это главный компонент любого автомобиля. Некоторые думают, что кузов — это про грузовики и фургоны, но это не так. В легковых автомобилях кузовом называют металлическую основу, к которой крепятся все остальные узлы и детали. И это не тот металл, который мы видим снаружи (двери, капот, крылья). Основная часть кузова — его силовая структура, а не навесные элементы. Увидеть её тоже можно. Например, если вы откроете капот и посмотрите на стенку между мотором и салоном. Её называют моторным щитом, она тоже относится к силовой структуре.Сделать прочную, но лёгкую пространственную (трёхмерную) конструкцию кузова — задача не из лёгких. Поэтому на заре автомобилизации использовали более простое решение — раму, состоящую из пары мощных продольных профилей прямоугольного сечения и нескольких поперечных. Если поставить такую раму вертикально, она будет похожа на большую лестницу-стремянку. К раме крепились двигатель и всё остальное, включая и более простой кузов, который мог быть сделан даже из дерева. Со временем рама осталась только у внедорожников (и то далеко не у всех) и коммерческого транспорта.
Кузов нужен не только для размещения внутри агрегатов автомобиля и пассажиров с грузом. Это ещё и самый важный элемент пассивной безопасности. Современные кузова рассчитаны так, чтобы при аварии гасить энергию удара за счёт деформации «технических зон» — моторного отсека, порогов и т.п. Салон же делается прочной «клеткой», которая как раз деформации допускать не должна, оберегая пассажиров. Так что, если вы видите сильную деформацию передней части автомобиля после ДТП, это не значит, что он «картонный». Напротив, структура кузова сработала как надо и предохранила водителя с пассажирами от серьёзных перегрузок.
Подвеска
Даже у конных экипажей была примитивная подвеска. В автомобиле этот термин обозначает детали, которые соединяют кузов и колёса. У подвески в машине сразу несколько задач.Изначально подвеска служила для компенсации неровностей дороги. Главную роль в этом играют упругие элементы (пружины, рессоры и т.п.) и амортизаторы. Но помимо комфорта водителя и пассажиров, подвеска должна обеспечивать максимально плотный контакт колёс (шин) и дороги. От этого зависит безопасность. Если на каждой кочке колесо будет подпрыгивать и терять сцепление с покрытием, автомобиль не сможет уверенно держать направление движения, а в поворотах его начнёт сносить и заносить. Неэффективным будет и торможение, ведь контакт с покрытием то и дело теряется. Так что хорошая подвеска в конструкции автомобиля должна быть в меру жёсткая, чтобы обеспечивать надёжное сцепление колёс с дорогой, и в меру мягкая, чтобы не вытрясать душу из водителя и пассажиров.
О работе и конструкции подвески у нас есть отдельная статья, в которой мы рассказываем о разных типах подвесок, их преимуществах и недостатках.
Рулевое управление
Тут, пожалуй, вопросов быть не должно. С помощью рулевой системы автомобиля мы задаём направление движения. В наиболее привычном варианте команда с рулевого колеса проходит через электрический или гидравлический усилитель, рулевой механизм (сегодня чаще всего — в виде шестерни и рейки) и с помощью системы тяг поворачивает передние колёса на нужный угол. Но есть и более современные системы. В них нет прямой механической связи между рулём и колёсами. Водитель вращением руля лишь задает свои намерения, которые считываются датчиками. А поворотом колёс занимается отдельный управляющий электромотор.Что делать, если этот мотор откажет? Понятно, что такая неисправность очень опасна — поэтому система перейдёт в аварийный режим, подключив рулевой вал, и схема рулевого управления вернётся к классической.
Тормозная система
Автомобилю нужно не только разгоняться, но и эффективно останавливаться. За замедление отвечают тормозные механизмы в каждом колесе. А управление ими осуществляется с помощью гидравлической (заполненной жидкостью) системы. Водитель, нажимая на педаль тормоза, создаёт в ней давление. При необходимости оно увеличивается специальным усилителем, а затем по металлическим трубкам и резиновым шлангам передаётся тормозным механизмам колёс. Конечно, это сильно упрощённый вариант, который использовали в моделях прошлого века. Современный автомобиль может иметь электронную систему торможения. Принцип тот же, что и с электронным рулевым управлением: датчики, блок управления и электронасос вместо прямой механической связи. Это позволяет машине при необходимости — в аварийных ситуациях — тормозить до команды водителя. А главное, точнее и безопаснее распределять тормозное усилие по колёсам.
Кроме того, даже в недорогих моделях теперь есть антиблокировочная система тормозов. Она следит за давлением в системе, вращением колёс и не даёт им заблокироваться даже при сильном нажатии на педаль тормоза. В результате автомобиль сохраняет управляемость (при заблокированных колёсах — просто скользит в прежнем направлении, иногда ещё и вращаясь), а это даёт возможность объехать препятствие. Тормозную систему задействуют и другие электронные помощники. Например, так работает ESP — именно тормозами система стабилизирует автомобиль.
Отдельный элемент тормозной системы — стояночный (ручной) тормоз. Как понятно из его названия, он призван зафиксировать автомобиль во время парковки. На ходу им пользуются только как аварийным — в случае отказа основных тормозов. «Ручник» тоже может иметь механическую конструкцию (тогда приводится в действие рычагом, который зажимает диск или барабан колодками) или быть с электрическим приводом, срабатывающим по нажатию на кнопку.
Двигатель
Иначе его ещё называют силовым агрегатом, хотя это не совсем верно — на самом деле этот термин объединяет мотор и коробку передач (о ней чуть позже). Традиционно в автомобилях используют двигатели внутреннего сгорания (ДВС), в которых энергия сгорающего топлива с помощью определённых механизмов трансформируется в механическую энергию, а она приводит в движение колёса. А некоторая часть — и в электрическую, за счёт работы генератора.Сегодня никого не удивишь и электрическим двигателем. Ему не нужно топливо, он работает за счёт энергии батарей. Весьма актуальными остаются и гибридные автомобили. В таких есть оба двигателя: и ДВС, и электрический (или даже несколько электрических). Но в гибридах ёмкость батарей относительно невелика. Её достаточно, чтобы проехать на небольшой скорости несколько километров, а затем запускается ДВС и уже он двигает машину, одновременно заряжая батареи. К чему такие сложности? Дело в том, что гибрид оказывается эффективнее традиционной конструкции с ДВС — как минимум потому, что позволяет возвращать часть потраченной на разгон энергии при последующем торможении автомобиля. Этот режим называют рекуперацией, при нём электрический двигатель превращается в генератор электроэнергии. Да и сам ДВС за счёт помощи электромотора работает в более экономичных режимах.
Система питания
Для правильного понимания, как работает двигатель внутреннего сгорания в автомобиле, важно знать, что мотору нужно не только топливо. Чтобы его сжечь, необходим воздух — причём в строго определённом количестве. Приготовлением его смеси с топливом и подачей в цилиндры занимается система питания.Устройство легкового автомобиля прошлого века предполагало наличие карбюратора для приготовления смеси. Потом на смену карбюраторам пришли системы впрыска топлива — именно они установлены на всех современных машинах с ДВС. Процессом смешивания занимается электроника. Она получает сигналы с разных датчиков (включая кислородный датчик в выхлопной системе), вычисляет оптимальный состав смеси. При распределённом впрыске форсунки по команде блока управления подают нужное количество топлива во впускной коллектор, там оно смешивается с воздухом и поступает в цилиндр.
Есть и системы непосредственного впрыска. В них топливо поступает прямо в цилиндры и уже там смешивается с воздухом из впускного коллектора. Но принцип один: в цилиндрах образуется смесь нужного состава, и она воспламеняется.
Выпускная система
Её называют также выхлопной. Она есть только у двигателей внутреннего сгорания. После того как топливовоздушная смесь сгорела в цилиндрах, нужно максимально быстро удалить образовавшиеся газы. А заодно уменьшить шум от их вырывающегося потока. Это и есть основные задачи выпускной системы. Обычно она состоит из нескольких компонентов — нейтрализаторов, резонаторов и глушителей. Попадая в них, газы остывают, а звуковые волны, проходя через систему каналов с перегородками, частично компенсируют друг друга. В итоге на выходе из трубы мы получаем не раскалённый выхлоп с ужасающим грохотом, а лишь тёплые газы с терпимым звуковым сопровождением.
Если говорить о современных выпускных системах, в них есть ещё одна важная деталь — каталитический нейтрализатор. Он разлагает вредные компоненты выхлопных газов на более безобидные — в идеале это азот, вода и углекислый газ. Почитайте, что такое катализатор и как он работает.
Трансмиссия
Это всё то, что передаёт вращение двигателя на колёса. Снова о популярном заблуждении. Трансмиссия — это не просто коробка передач, преобразующая развиваемый мотором крутящий момент. Кроме самой коробки есть ещё валы, которые соединяют её с ведущими мостами, редукторы, передающие момент дальше на колёса, шарниры равных угловых скоростей (ШРУСы). А машины с ручной КПП не обходятся и без сцепления — узла, соединяющего и, при необходимости, разъединяющего её с мотором.Есть несколько типов привода (передний, задний, полный), разные варианты коробок передач (механическая, автоматическая, вариатор, робот), а также раздаточные коробки. В зависимости от этого различаются и типы трансмиссий, хотя условно их делят именно по типу коробки передач.
Электрооборудование
Даже в самом простом автомобиле с ДВС есть много потребителей электроэнергии. Это и свечи зажигания (на них нужно подать ток, чтобы возникла искра), и фары, и электровентиляторы, и стеклоочистители. Современные модели просто напичканы электроникой.В автомобиле есть два «поставщика» энергии: аккумулятор и генератор. Аккумулятор запасает ток и выдаёт его в момент пуска двигателя. Его же мы используем и во время стоянки с выключенным мотором: например, если включаем «аварийку» или слушаем музыку.
Но запас энергии в аккумуляторе не так велик. Поэтому после пуска двигателя задачу снабжения бортовой системы электричеством берёт на себя генератор. Это мини-электростанция, которая преобразует энергию вращения двигателя в электрическую. Энергия расходуется в том числе и на пополнение ёмкости аккумулятора.