Глосарий

Двигатель. Двигатель обеспечивает автомобилю движущую силу.

Большое разнообразие выпускаемых двигателей отражает многообразие условий эксплуатации, а также типов и размеров автомобилей, на

которых они устанавливаются. Двигатель должен обладать способностью перемещать автомобиль медленно и быстро на короткие и длинные расстояния. Он должен быть достаточно мощным, обладать хорошей маневренностью. В двигателе создается однородная горючая смесь топлива и воздуха; затем она сжимается, воспламеняется, сгорает и, расширяясь, вызывает перемещение поршня в цилиндре. Поступательное движение поршня преобразуется во вращательное движение коленчатого вала, который — посредством передачи движения на колеса — перемещает автомобиль. В большинстве автомобилей используется четырехтактный двигатель внутреннего сгорания.

Дизельный двигатель. В четырехтактном двигателе, изобретенном

Р.Дизелем в начале 1900-х годов, топливо впрыскивалось непосредственно в цилиндр и воспламенялось теплом сжатия. Это позволило достичь намного больших степени сжатия и давления продуктов сгорания, чем у обычного двигателя внутреннего сгорания с воспламенением искрой, а также уменьшить расход топлива на 20–30%, хотя и ценой некоторого увеличения массы конструкции и снижения скорости.

Размер и мощность. Рабочий объем цилиндров двигателя — главная рабочая характеристика автомобиля. Рабочий объем двигателя равен сумме объемов, которые проходят поршни в цилиндрах при движении между верхней и нижней точками их рабочего хода; обычно он выражается в литрах. На больших автомобилях устанавливались восьмицилиндровые двигатели (схемы V8) с рабочим объемом цилиндров от 6 до 7 л; теперь же большинство четырехцилиндровых двигателей имеет рабочий объем от 1,5 до 2,5 л, а шестицилиндровых — от 2,5 до 4,5 л. Рабочий объем двигателей схемы V8 в настоящее время редко превышает 5 л.

Топливная система. Одно из главных усовершенствований, введенных в последнее время, касается системы подачи топлива в двигатель. Обычно подача топлива связана с использованием карбюратора — устройства для смешивания топлива и воздуха в таком соотношении (обычно 1 к 12–15), чтобы сгорание было достаточно полным. При отходе поршня на такте впуска воздух втягивается в карбюратор, а топливо впрыскивается в воздушный поток. Топливовоздушная смесь затем подается в цилиндры через подогреваемые каналы коллектора, что способствует испарению жидкого топлива. В конце 1970 х годов топливная система с электронным управлением по обратной связи стала вытеснять традиционный всасывающий карбюратор. В этой системе датчик кислорода в выхлопной трубе определяет полноту сгорания, а электронная схема устанавливает оптимальное соотношение топливо/воздух путем перемещения иглы в жиклере. В топливной системе с обратной связью состав топливовоздушной смеси контролируется и регулируется несколько раз в секунду. В середине 1980х годов было предложено впрыскивать топливо отдельно в каждый цилиндр, где оно должно смешиваться с втягиваемым туда воздухом. Это позволило с высокой точностью контролировать состав топливо-воздушной смеси, так что стало возможным выбирать оптимальный состав смеси отдельно для каждого цилиндра, в отличие от способа централизованного приготовления смеси в карбюраторе. В такой системе индивидуального впрыска топлива имеется несколько датчиков, измеряющих рабочие параметры двигателя — частоту вращения коленчатого вала, температуру и нагрузку, — а подача топлива точно регулируется компьютером, обеспечивающим оптимальное сгорание при любых условиях.

Система охлаждения. Автомобильный мотор в принципе является тепловым двигателем, в котором тепловая энергия сгорания топлива преобразуется в кинетическую энергию движения поршней. При воспламенении топливовоздушной смеси температура газа в цилиндре моментально поднимается до 1650–2200° С. Температура отработавших газов на выходе из цилиндра превышает 800° С. Следовательно, требуется охлаждение двигателя, чтобы предохранить его от расплавления или прогара. Есть два практических способа охлаждения: воздухом и жидкостью.

Для воздушного охлаждения цилиндры двигателя или головки цилиндров снабжаются многочисленными тонкими ребрами. Вентилятор или воздушный нагнетатель интенсивно обдувает ребра воздухом. Сочетание большой площади поверхности ребер с мощным потоком воздуха обеспечивает эффективный теплоотвод от цилиндра.

При жидкостном регенеративном охлаждении цилиндр снабжается рубашкой, по которой охлаждающая жидкость прокачивается насосом. Тепло через стенки цилиндра передается жидкости.

Затем жидкость прокачивается в радиатор, где ее тепло отводится потоком атмосферного воздуха. В большинстве случаев для этого используется этиленгликоль; его смесь с равным количеством воды замерзает при –34° С. Коммерческие охладители на основе этиленгликоля содержат также ингибиторы для уменьшения коррозии.

Электрооборудование. Современный автомобиль нуждается

в мощном электрооборудовании для приведения в действие таких вспомогательных устройств, как радиоприемник, оконные стекла и сиденья

с сервоприводом, открывающийся верх, стеклоочистители, вентиляторы системы обогрева, кондиционер и др. электропотребители. Однако важнейшая функция электрооборудования — привести в действие стартер, который раскручивает вал двигателя, и создать искру, воспламеняющую топливовоздушную смесь в цилиндрах. На большинстве автомобилей устанавливаются 12-вольтовая батарея и генератор переменного тока. Переменный ток преобразуется в постоянный для зарядки батареи. Батарея прежде всего необходима для создания начального тока для задействования стартерного двигателя.

Аккумуляторная батарея. На автомобилях обычно устанавливаются свинцово- кислотные аккумуляторы. В них активные пластины из соединений свинца погружены в электролит — водный раствор серной кислоты. Ток вырабатывается в ходе химической реакции между свинцом и серной кислотой. Когда аккумулятор заряжается, эта реакция протекает в обратном направлении. Аккумулятор защищен от перезаряжания транзисторной схемой, которая отключает генератор по достижении полного заряда. В такой схеме нет движущихся частей, в отличие от регуляторов напряжения старого типа (с размыкающимися контактами), и поэтому в ней ничего не изнашивается.

Система зажигания. Искра зажигается электронной схемой с использованием магнито-импульсного устройства, частота вращения которого находится в определенном соотношении с частотой вращения коленчатого вала двигателя (это устройство может располагаться даже на маховике двигателя). Магнитный сигнал, генерируемый устройством, преобразуется в электрический, который усиливается транзисторной схемой для установки тока первичной цепи катушки зажигания.

На некоторых двигателях устанавливаются двухвыводные катушки зажигания для каждой пары цилиндров, а на других — для каждого цилиндра отдельная катушка, совмещенная со свечой зажигания. Если используется несколько катушек зажигания, то отпадает необходимость в прерывателе - распределителе с его ротором, распределяющим напряжение по свечам, и пучком соединительных проводов. Вся система зажигания умещается в маленькой коробочке без движущихся частей. К каждому цилиндру идет один провод. На некоторых автомобилях все еще используются распределители зажигания совместно с магнитным зажиганием искры и электронным управлением моментом ее подачи. Однако общая тенденция современного автомобильного моторостроения состоит в том, чтобы обходиться без механических компонентов с их движущимися и трущимися частями, которые со временем изнашиваются и выходят из строя. Момент подачи искры затем точно определяется компьютером двигателя. Компьютер может мгновенно отложить подачу искры, если двигатель детонирует. (В некоторых двигателях датчики стука (детонационного горения) устанавливаются на каждом цилиндре.)

Электронные устройства позволяют создавать более горячую искру с максимально точной установкой момента ее подачи, причем эта система почти не требует внимания в течение срока службы автомобиля.

Передаточное число. Коробка передач автомобиля соединяет коленчатый вал двигателя с карданным валом, от которого крутящий момент передается на колеса; передаточным числом можно считать отношение частот вращения коленчатого и карданного валов. На первой передаче частота вращения коленчатого вала в три раза выше частоты вращения карданного вала. Первую передачу иногда называют низшей, хотя передаточное число у нее наибольшее. Это название объясняется тем, что, хотя на низшей передаче повышение частоты вращения двигателя позволяет увеличить крутящий момент до необходимой величины, вследствие передачи вращения через шестерни разного диаметра (от малой к большой) скорость движения автомобиля при высокой частоте вращения двигателя относительно низка. При движении на третьей, или высшей, передаче справедливо обратное: поскольку частоты вращения коленчатого и карданного валов одинаковы, автомобиль достигает максимальной скорости движения. Крутящий момент от карданного вала передается на колеса через некоторую «конечную» (главную) передачу. С ней связано еще одно передаточное число — т.н. передаточное число главной передачи; назначение этой передачи — снизить частоту вращения колес относительно частоты вращения карданного вала. Это передаточное число изменяется от 2,5 для большинства легковых автомобилей до 4,5 для автомобилей высокой

проходимости с максимальным ускорением. Таким образом, карданный вал вращается в 2,5–4,5 раза быстрее полуосей. Большее передаточное число обеспечивает больший крутящий момент, позволяющий достичь высокого ускорения, а меньшее — более высокие скорость автомобиля и топливную экономичность.

Ручная трансмиссия. На многих автомобилях все еще используются фрикционное сцепление с педальным управлением и коробка передач со скользящими шестернями. Сцепление, которое связано с коробкой передач, имеет ведомый стальной диск с фрикционными накладками из асбестовой пластмассы на каждой стороне. Когда водитель включает сцепление (отпускает педаль сцепления), ведомый диск зажимается между маховиком двигателя и нажимным стальным диском.

Плавность подключения ведущего вала коробки передач к коленчатому валу двигателя обеспечивается первоначальным проскальзыванием дисков до момента их полного прижатия друг к другу. Когда водитель выключает сцепление (отжимает педаль сцепления вниз), нажимной диск отводится назад, а ведомый диск больше не прижимается к маховику и перестает вращаться.

Автоматическая трансмиссия. Существуют разные типы такой

трансмиссии. Как правило, в ней вместо фрикционного сцепления используется гидродинамическая передача в той или иной форме, которая проскальзывает достаточно эффективно, чтобы автомобиль стоял на месте, когда двигатель работает на холостом ходу, и постепенно передает все больший крутящий момент, когда число оборотов двигателя нарастает. Существуют два типа гидродинамической передачи. Один из них представляет собой гидродинамическую муфту, состоящую из двух установленных встречно турбин, которые погружены в маловязкое масло. Одна из турбин соединена с валом двигателя. При вращении вала двигателя эта турбина приводит в движение масло, энергия которого передается второй турбине; так крутящий момент передается с ведущего вала на ведомый. Гидромуфта действует так же, как два вентилятора, поставленные на столе напротив друг друга: когда один из вентиляторов включается, создаваемый им воздушный поток заставляет вращаться второй вентилятор. Другой тип гидродинамической передачи — гидротрансформатор, принцип действия которого тот же, что и у гидромуфты, однако в нем между ведущей и ведомой турбинами помещено третье колесо с реактивными лопатками, изменяющее направление потока масла. Оно замедляет вращение ведомой турбины, но увеличивает (умножает) крутящий момент. Типичные современные гидротрансформаторы умножают крутящий момент двигателя

в два-три раза при трогании с места, что обеспечивает более быстрое ускорение. Коэффициент умножения снижается с ростом числа оборотов двигателя; наконец, масло начинает давить на заднюю сторону лопаток направляющего колеса и освобождает его от соединения с валом. При этом гидротрансформатор действует как простая гидромуфта, без умножения крутящего момента. В экономичном режиме движения у гидротрансформатора потери энергии на трение больше (КПД меньше), чем у гидромуфты. Поэтому в стремлении к топливной экономичности были разработаны различные типы блокирующего гидротрансформатора, в котором на высшей передаче автоматическое сцепление жестко соединяет две турбины(Dumper Clutch).

Конечная передача. Передача крутящего момента от двигателя через трансмиссию на ведущие колеса также подверглась коренным изменениям. С середины 1960?х до середины 1980?х годов происходил постепенный переход от привода на задние колеса к приводу на передние колеса. В прежней компоновке вращение от расположенного впереди двигателя передавалось на задние колеса через длинный карданный вал и ведущую ось. В современной компоновке двигатель тоже находится впереди, но сочленен с трансмиссией и дифференциалом, установленными между передними колесами. Короткие валы с универсальными шарнирами равных угловых скоростей передают крутящий момент на оба передних колеса. В большинстве случаев двигатель расположен поперек кузова, а механизм переключения передач находится ниже и впереди него. Передние колеса обычно подвешиваются на спиральных рессорах; внутри рессор расположены амортизаторы (Тип Макперсон).

Дифференциал — обязательный элемент конечной передачи как для переднего, так и для заднего привода. Этот узел представляет собой, по существу, небольшую коническую зубчатую передачу, благодаря которой на поворотах одно ведущее колесо вращается быстрее другого. Он расположен в центральной части задней оси автомобиля с задним приводом, но может быть размещен в любом месте узла трансмиссии с полуосью переднеприводного автомобиля.

Рама и кузов. Рама автомобиля является частью шасси, в состав которого также входят двигатель и трансмиссия — практически все основные узлы и агрегаты автомобиля, за исключением кузова. Рама представляет собой силовой каркас автомобиля, к которому крепятся все его узлы и агрегаты. В середине 1930-х годов был разработан тип конструкции автомобиля, из которой была исключена рама. Кузов автомобиля сваривался из десятков больших штампованных листов в виде прочной, цельной конструкции, а двигатель и агрегаты трансмиссии крепились непосредственно к его основанию. Упрочняющие поперечные элементы тяжелой рамы старого типа были заменены минимальным числом дополнительных распорных балок в основании кузова, хотя для крепления двигателя и мостов было предусмотрено усиление конструкции. Цельносварной кузов имеет ряд преимуществ. Автомобиль стал легче. В то же время каждый килограмм стали используется в нем более эффективно, так как нагрузка распределяется по всей конструкции, а не концентрируется в одной только раме. Поэтому несущий кузов имеет большую жесткость, чем кузов, прикрепляемый болтами к раме, и создает меньше скрипа и стука.

Система подвески. Система подвески выполняет две главные

функции:

· по возможности изолировать пассажиров от дорожных толчков;

· удержать все четыре колеса автомобиля на дороге.

Эти функции реализуются с помощью набора рессор, торсионных штанг (труб) и амортизаторов. Автомобильный кузов устанавливается поверх колес и осей на листовых, пневматических или спиральных рессорах и торсионных штангах. Листовая рессора представляет собой несколько стальных пластин, скрепленных стопкой; она подвешивается каждым из своих концов и испытывает нагрузку в центре. Листовые рессоры обеспечивают большую устойчивость к поперечному перемещению (заносу). Спиральные рессоры широко используются в подвеске автомобиля. Они компактны, недороги и не создают трения.

Такие рессоры хорошо гасят толчки, но их устойчивость к заносу минимальна. Пневматическая или газовая рессора — сложное устройство подвески. Пружинящее действие рессоры создается сжатым газом в герметичном резервуаре с одной гибкой стенкой (диафрагмой), благодаря которой газ действует как пружина.

Торсионная штанга — это длинный стержень (или труба), прикрепленный одним концом к узлу подвески, а другим — к кузову или раме. Его пружинящее действие создается кручением. Наборная торсионная

штанга состоит из нескольких полос стали, скрепленных вместе. Торсионные штанги не требуют особой механической обработки и упрочнения, а также меньше стоят, чем другие средства подвески. Амортизатор не просто гасит дорожные толчки. Автомобильный амортизатор — это гидравлическое устройство с цилиндром и поршнем, прикрепленное одним концом к узлу подвески автомобиля, а другим — к кузову. Амортизатор может создать любую желаемую степень демпфирования как в момент удара, так и при отдаче, причем степень демпфирования соответствует силе удара. Однако автомобиль с легкими рессорами при езде будет испытывать крен и с трудом вписываться в поворот. Наоборот, автомобиль с жесткой системой подвески, обеспечивающей превосходные характеристики управления, при езде будет

испытывать сильные удары и тряску. Конструкция системы подвески обычно представляет собой результат компромисса между комфортностью и управляемостью.

Тормозная система. Тормозная система автомобиля основана на трении, которое возникает, когда специальная деталь из фрикционного материала прижимается к металлической поверхности, вращающейся вместе с колесом. Путем трения тормоз преобразует энергию движения автомобиля в тепловую энергию. В тормозе выделяется много тепла, которое должно эффективно поглощаться и рассеиваться. Существует два основных типа автомобильных тормозов: барабанные и дисковые.

Барабанный тормоз. В барабанных тормозах к ступице колеса прикреплен тормозной барабан. На неподвижном фланце кожуха полуоси или поворотной цапфе закреплен опорный диск, с нижней частью которого соединены две поворачивающиеся колодки, имеющие фрикционные накладки на внешней поверхности. Нижние части колодок связаны между собой, а верхние снабжены пружиной, оттягивающей их от барабана, когда тормоз не используется. Объединенное действие рычага педали и гидравлического давления позволяет многократно усиливать давление водителя на педаль. Силы давления на педаль в 0,45 кН достаточно для торможения всех четырех колес.

Дисковый тормоз. Дисковый тормоз состоит из плоского диска, который вращается вместе с колесом, и жестко закрепленной скобы, охватывающей диск. На скобе может находиться от одного до четырех гидравлических цилиндров с поршнями, которые прижимают колодки из фрикционного материала к диску. Дисковые тормоза рассеивают тепло намного лучше, чем барабанные. Сам диск открыт для доступа атмосферного воздуха; скоба тоже открыта и легко охлаждается. Снижения тормозящего действия практически не происходит. Дисковые тормоза, как правило, не могут сами усиливать свое действие; поэтому водителю легче создавать максимальное тормозящее действие, когда колеса близки к движению юзом, но тормоза еще не блокируются. Недостатки дисковых тормозов — высокая стоимость, необходимость в усилителе того или иного типа, чтобы восполнить отсутствие самоусиления, и потенциально более быстрый износ фрикционных накладок из-за большего давления при торможении.

Усилитель тормозов (Бустер). Устройство усиления использует вакуум впускного трубопровода двигателя для увеличения давления в главном тормозном цилиндре и, соответственно, усилия, передаваемого с педали на колесные цилиндры. Вакуумный усилитель барабанных тормозов позволяет снизить до 0,23 кН усилие на педаль, необходимое для достижения максимального тормозящего действия.

Тормоза с антиблокировкой (ABS). Тормозящее действие тормозов с антиблокировкой регулируется электронной схемой соответственно той силе сцепления с дорогой, какой в данный момент обладают шины. Поскольку колеса не блокируются, сохраняется возможность управления автомобилем, несмотря на экстренное торможение.

Рулевая передача. Главное звено системы — рулевой механизм в основании рулевой колонки. Существует два типа рулевых механизмов: червячные и реечные. Рулевой механизм увеличивает усилие, передаваемое от рулевого колеса к передним колесам, тем самым облегчая их поворот. Главная проблема здесь состоит в том, чтобы уменьшить трение в рулевой передаче и тем самым максимально облегчить управление автомобилем и повысить его эффективность. С этой целью в 1940-х годах был введен рулевой механизм с плавающими шариками малого диаметра. Шарики циркулировали в резьбе между червяком и роликом, полностью исключая их соприкосновение. Концы резьбы соединялись трубкой малого диаметра, чтобы при вращении червяка шарики находились в замкнутом канале. Теперь большинство автомобилей имеет рулевой механизм червячного или реечного типа с плавающими шариками.

Рулевая передача с усилением. Конструкция с плавающими шариками была только началом долгой череды попыток уменьшить управляющее усилие. Даже при наличии передачи с плавающими шариками на тяжелых автомобилях с большими шинами низкого давления управляющее усилие было значительным. В рулевом механизме передачи с гидроусилителем давление масла повышается до 9 МПа насосом с ременным приводом (насос установлен на двигателе) Система клапанов должна быть сконструирована так, чтобы рулевое управление, с одной стороны, было чувствительным, т.е. чтобы водитель чувствовал, что происходит с передними колесами, особенно в снег и гололед, и, с другой стороны, не создавало бы столь большое усиление, чтобы чувство дороги утрачивалось.

Передаточное отношение рулевого механизма. Важный параметр управления — общее передаточное отношение между рулевым колесом и передними колесами. Под ним понимается полное число оборотов рулевого колеса «от упора до упора», необходимое для поворота колес из крайнего левого положения в крайнее правое или наоборот, а также усилие, с которым совершаются эти обороты. Например, рулевая передача, рассчитанная на ~5 оборотов рулевого колеса от упора до упора, требует от водителя приложения гораздо меньшего усилия, но зато значительно большего времени, чем передача, сконструированная на 3,2 оборота от упора до упора. При наличии рулевой передачи с усилением управление автомобилем становится быстрым и легким одновременно.

Колеса и шины. Автомобиль стал настоящим средством передвижения лишь после изобретения шины. Некоторые из первых автомобилей имели деревянные колеса со спицами, другие — колеса из сплошной

резины и даже колеса с ободами, обтянутыми канатом. Конструкция покрышки менялась с годами чуть ли не в большей степени, чем устройство любой другой части автомобиля, и оказала столь же важное влияние на качество езды и управления, как конструкция системы подвески. Форма и размер шины сильно влияют на ее рабочие характеристики. Одно время стремились увеличить ширину каркаса по сравнению с его высотой в поперечном сечении, что давало ряд преимуществ. Более широкий протектор имеет большую площадь соприкосновения с дорогой, т.е. лучшее сцепление на всех покрытиях, и медленнее истирается. Уплощенное поперечное сечение («низкийпрофиль») сообщает шине нужную жесткость, большую долговечность и лучшие рабочие характеристики.

Тюнинг. Слово tuning переводится с английского как настройка или

доводка. Применительно к автомобилю это означает введение изменений или улучшений в конструкцию с целью повышения его потребительских качеств. В современном тюнинге выделяется два основных подхода в доработке автомобиля. Первый — улучшение внешнего вида автомобиля и второй — доработка двигателя, трансмиссии и ходовой части.

Иммобилайзер. Обеспечивает противоугонные и защитные функции. Противоугонная функция иммобилайзера характеризуется его способностью блокировать электрические цепи автомобиля. Можно отметить три качества, которые положительно выделяют иммобилайзеры на фоне традиционных сигнализаций, — очень высокая защищенность от попыток интеллектуального взлома. В отличие от сигнализаций, управляемых с большого расстояния по радиоканалу, иммобилайзеры предпочитают «близкий» контакт между ключом и замком, а значит — сводят на нет работу любого «радиоперехватчика». Сделать же электронную копию ключа иммобилайзера, не имея в распоряжении мастер-карты, практически невозможно, — компактность, габариты и конструктивное исполнение иммобилайзеров рассчитаны на действительно скрытый монтаж, так что определить тип противоугонной системы непросто, — возможность пассивной (без участия водителя) реализации функции «Защита от ограбления». Похвастаться умением защитить автовладельца в такой ситуации могут, правда, далеко не все, однако принципиальная возможность противодействия насильственному угону у современных иммобилайзеров есть.

Спойлер. Увеличивает прижимную силу, действующую на заднюю ось автомобиля, улучшают управляемость и устойчивость автомобиля в движении. Задний спойлер, помимо стилистического решения, улучшает Сw-показатель и уменьшает загрязнение заднего стекла. Также он разгружает заднюю ось и способствует обеспечению более надеж? ных динамических свойств. Спойлер фиксируется на внешней части задней двери с помощью двух двусторонних самоклеящихся полос и закрепляется болтами справа и слева. Дополнительный охлаждающий воздух поступает в моторный отсек через вентиляционные ребра, расположенные справа и слева в нижней защите.