Устройство автомобилей

Оглавление Введение Глава 1. Устройство автомобиля

1.1 Двигатель внутреннего сгорания

1.2 Дизельный двигатель

1.3 Система зажигания

1.4 Генератор

1.5 Аккумуляторная батарея

1.6 Подвеска

1.7 Амортизатор

1.8 Трансмиссия Заключение Список литературы

Введение

Наверное, во время появления первого автомобиля в конце 19 века, никто не мог предположить, что это изобретение станет настолько распространенным.

Начиная с начала 20 века, производство автомобилей набирало обороты. Создавались все новые и новые модели, появились первые автобусы и грузовые автомобили. Автомобиль получал все более широкое применение, благодаря чему продолжалось его бурное развитие. Открывались все новые автомобильные заводы. Он стал не предметом роскоши, а средством передвижения многих людей. Автотранспортом перевозится огромное количество грузов, автомобиль служит базой для различных мобильных агрегатов: подъемных кранов, экскаваторов и пр. Надо сказать, что зародилось целое сообщество, которое можно отразить одним четким словом — автомир.

Сегодня многие люди уже не могут представить своей жизни без автомобиля. Лидером в мире по «автомобилизации» населения давно являются США. Для ее измерения создан специальный показатель — количество машин на человека населения. Недалеко от нее отошли многие страны Европы, а также Япония, Австралия и др. страны.

Именно в странах с наибольшей автомобилизацией локализируются гигантские автоконцерны, производящие миллионы экземпляров автомашин в год. Самые большие объемы производства имеют General Motors, Volkswagen Group, Toyota, Hyundai Motor, Ford, Renault-Nissan.

В связи с актуальностью рассматриваемой темы целью написания данной работы является обобщение наиболее устоявшихся положений и выводов об устройстве автомобилей и назначении его механизмов.

Представляется целесообразным постановка следующих задач: раскрыть теоретические вопросы устройства автомобиля, рассмотреть назначение его механизмов.

В соответствии с поставленными целью и задачами структура работы состоит из введения, одной главы, заключения и списка литературы.

автомобиль генератор амортизатор батарея

Глава 1. Устройство автомобиля

1.1 Двигатель внутреннего сгорания Рис. 1. Двигатель внутреннего сгорания На современных автомобилях получили широкое распространение двигатели внутреннего сгорания (ДВС).

По конструкции их разделяют на поршневые и роторные. В поршневых двигателях расширяющиеся при сгорании топлива газы перемещают поршень, возвратно-поступательное движение которого преобразуется во вращательное движение коленчатого вала. В зависимости от способов смесеобразования и воспламенения поршневые двигатели делятся на две основные группы. К первой относятся двигатели с внешним смесеобразованием и принудительным воспламенением. Самыми распространенными двигателями первой группы являются карбюраторные, в которых смесь образуется вне цилиндров в специальном приборе — карбюраторе, а воспламеняется в цилиндре электрической искрой. Ко второй группе относятся дизели — двигатели с внутренним смесеобразованием и воспламенением от сжатия. В дизелях смесь образуется в процессе впрыскивания топлива в цилиндр, а затем самовоспламеняется под воздействием высокой температуры.

В роторных двигателях расширяющиеся при сгорании топлива газы воздействуют на вращающуюся деталь — ротор. Роторные двигатели применяются на автомобилях реже, чем поршневые; они делятся на газотурбинные и роторно-поршневые.

Четыре такта Отто — так происходит работа ДВС.

Гениальный немец создал принцип, который никто не сумел не только превзойти, но и существенно улучшить так, чтобы вытеснить оригинал.

Работа ДВС это четыре повторяющихся действия, которые получили название «цикл Отто». Первым идёт такт впуска, затем — сжатие, рабочий ход, и, наконец — выпуск. Чтобы понять, как работает ДВС, рассмотрим каждый такт работы двигателя отдельно.

Шаг первый в работе двигателя внутреннего сгорания — впуск В процессе этого такта топливо, смешиваясь с воздухом, попадает в цилиндр, благодаря действию поршня.

Рис. 2 Впуск

Клапан впуска при этом находится в открытом состоянии. К слову, в наше время есть масса двигателей, где клапанов сразу несколько. И это делается с целью повышения мощности двигателя.

Ещё одним способом повышением мощности стали двигатели, в которых педалью газа можно регулировать количество топлива, попадающего в цилиндры, путём удержания клапанов в открытом состоянии. На время ускорения машины это влияет весьма положительно.

Шаг второй в работе ДВС — сжатие В ходе второго такта, поршень из нижней точки начинает постепенно подниматься. Благодаря этому, топливовоздушная смесь сжимается и попадает уже в таком состоянии в камеру сгорания. Движение поршня обеспечивается вращением коленчатого вала и шатуна.

Рис. 3. Сжатие Третий шаг в принципе работы двигателя внутреннего сгорания — рабочий ход Такт сжатия завершается воспламенением горючей смеси в результате попадания искры зажигания. Полученные в результате сжигания газы имеют больший объём, потому двигают поршень вниз, и он через шатун двигает коленвал. Это называется рабочим циклом.

Рис 4. Рабочий ход Четвертый шаг в работе двигателя внутреннего сгорания — выпуск Четвёртый такт называется выпуском. При перемещении поршня в верхнее положение, происходит открытие впускного клапана. Теперь газы могут выйти наружу, а цилиндр получает вентиляцию.

Рис. 5. Выпуск

1.2 Дизельный двигатель Главным принципиальным отличием дизельного двигателя от бензинового является способ приготовления рабочей горючей смеси и дальнейшего ее воспламенения. В большинстве карбюраторных и инжекторных бензиновых двигателей рабочая смесь приготавливается во впускном тракте. Хотя и в некоторых бензиновых двигателях смесь, образуется, как и в дизеле прямо в цилиндре. Воспламенение смеси в бензиновом моторе происходит в нужный момент от электрического пробоя (искры), а в дизеле от высокой температуры находящегося в цилиндре воздуха.

Работает дизель так: при ходе поршня вниз происходит всасывание в цилиндр чистого воздуха, который нагревается при ходе поршня вверх. При этом температура работы дизельного двигателя доходит до 700−900°с, что вызвано высокой степенью сжатия. Когда поршень подходит в верхнюю мертвую точку в камеру сгорания впрыскивается под высоким давлением дизельное топливо и, соприкасаясь с разогретым воздухом, самовоспламеняется. Самовоспламенившееся дизтопливо, расширяясь, приводит к резкому нарастанию давления в цилиндре, чем в принципе и вызвана повышенная шумность работы дизеля.

Описанный выше принцип работы позволяет дизелю использовать очень бедную смесь при сравнительно дешевом дизельном топливе, а это в свою очередь определяет его высокую экономичность и неприхотливость. Дизель имеет на 10% выше КПД и крутящий момент больше, чем у бензинового двигателя. Основными недостатками дизельных моторов являются повышенная шумность и вибрация, трудности холодного пуска и, безусловно, меньшая мощность на единицу объема, хотя современные модели этих недостатков практически не имеют.

1.3 Система зажигания

Топливовоздушная рабочая смесь «закачана» в цилиндр двигателя внутреннего сгорания, сжата, теперь для того, чтобы на поршень начала давить сила, смесь необходимо воспламенить. Именно для этой цели и предназначена система зажигания автомобиля. Качество всего процесса сгорания топлива в немалой мере зависит от настройки системы зажигания, воспламенившаяся в нужное время топливовоздушная смесь обеспечивает оптимальную реализацию превращения тепловой энергии в механическую энергию движения поршня.

Вообще сегодня существуют три системы зажигания: действующие с применением магнето, батарейное зажигание и безаккумуляторная система, использующая мотоциклетный генератор переменного тока.

На автомобилях же широко применяется батарейное зажигание с классической контактной системой, контактно-транзисторной и бесконтактной электронной системами зажигания.

Рис. 6. Бесконтактная система зажигания Контактная система состоит из следующих элементов:

· Аккумуляторная батарея;

· Включатель зажигания;

· Катушка зажигания;

· Прерыватель-распределитель;

· Регулятор опережения зажигания;

· Высоковольтные провода;

· Свечи зажигания.

Принцип работы контактной системы зажигания основывается на законе электромагнитной индукции. Ток, проходящий в первичной цепи катушки зажигания, образует вокруг магнитное поле. С размыканием контактов ток прекращается, исчезающее магнитное поле индуктирует высоковольтное напряжение (порядка 20−25 киловольт), которое подаётся через распределитель по проводам высокого напряжения к свечам зажигания. Возникающий между электродами свечи искровой разряд воспламеняет топливовоздушную смесь в камере сгорания.

Контактно-транзисторная система зажигания явилась эволюционным продолжением контактной системы. Здесь в первичную цепь включён транзисторный коммутатор, который управляется контактами прерывателя, а коммутатор, в свою очередь, управляет токами первичной цепи. Токи, проходящие через контакты прерывателя в такой системе, намного меньше, чем при контактной, что существенно продлевает срок их службы.

Принцип работы бесконтактной системы зажигания схож с работой контактно-транзисторной системы, с той лишь разницей, что контактный узел прерывателя заменен бесконтактным датчиком Холла, который нашёл наибольшее применение в электронных бесконтактных системах. Его устройство: постоянный магнит, полупроводниковая пластина с микросхемой и экран с прорезями из стали. При прохождении стального «зуба» мимо магнита экран препятствует распространению магнитного поля, и напряжение в пластине из полупроводника не возникает. Поворот экрана прорезью открывает магнитный поток, создаётся напряжение в полупроводнике. При переменном чередовании экрана и зубьев создаются импульсы низкого напряжения.

Бесконтактная система зажигания обеспечивает передачу гораздо большего количества энергии для создания искры по сравнению с контактной, более высокую стабильность импульсов во всём диапазоне оборотов двигателя, чем достигается улучшенное искрообразование. К тому же значительно снижается потребность в обслуживании.

1.4 Генератор

Электрическая машина, служащая для преобразования механической энергии в электрический ток, называется автомобильным генератором. Функция генератора, которую он выполняет в автомобиле — это зарядка батареи аккумулятора и питание электрического оборудования при двигателе, находящемся в рабочем состоянии. В качестве автомобильного генератора служит генератор переменного тока.

Располагается генератор в двигателе чаще всего в его передней части, приводится от коленного вала. На гибридных автомобилях генератор выполняет работу стартер-генератора, подобная же схема используется и в некоторых других конструкциях системы стоп-старт. В настоящее время фирмы Denso, Delphe и Bosch занимают первые места в мире по выпуску генераторов.

Рис. 7. Генератор Существует два вида конструкций автомобильных генераторов: ком-пактная и традиционная. Отличия, характеризующие эти виды, состоят из разницы в компоновке вентилятора, разнятся устройством корпуса, выпрямительным узлом и приводным шкивом, геометрическими размерами. Общие параметры, имеющиеся в обоих видах автомобильных генераторов, это:

· Ротор;

· Статор;

· Корпус;

· Регулятор напряжения;

· Выпрямительный блок;

· Щёточный узел.

Когда в замке зажигания поворачивается ключ, на обмотку возбуждения поступает ток через щёточный узел и контактные кольца. В обмотке наводится магнитное поле. Ротор генератора начинает двигаться с вращением коленчатого вала. Обмотки статора пронизываются магнитным полем ротора. На выводах обмоток статора возникает переменное напряжение. С достижением определённой частоты вращения, обмотка возбуждения запитывается непосредственно от генератора, то есть, генератор переходит в режим самовозбуждения.

Переменное напряжение преобразуется выпрямительным блоком в постоянное. В этом состоянии генератор занимается обеспечением требуемого тока для зарядки питания потребителей и аккумуляторной батареи.

Регулятор напряжения включается в работу при изменении нагрузки и частоты вращения коленчатого вала. Он занимается регулировкой времени включения обмотки возбуждения. Время включения обмотки возбуждения уменьшается при уменьшении внешней нагрузки и возрастании частоты вращения генератора. Время увеличивается при увеличении нагрузки и уменьшении частоты вращения. Когда же потребляемый ток превышает возможности генератора, включается в работу аккумуляторная батарея. На панели приборов имеется контрольная лампа, контролирующая работоспособное состояние генератора.

1.5 Аккумуляторная батарея

Аккумуляторная батарея состоит из следующих частей (Рис.8): отрицательных пластин 4, собранных в полублок 7, положительных пластин 3, собранных в полублок 5, сепараторов 2, бареток 6, связывающих в один полублок 8 параллельно включенные пластины одного знака (положительные или отрицательные), выводных штырей 9 (борнов), бака 10 с общей крышкой 11 и заливными отверстиями с пробками 12.

Рис. 8. Аккумуляторная батарея Отрицательные и положительные пластины формируются на решетке 1, отливаемой из свинцово-сурьмянистого сплава. Сурьма (содержание в сплаве 4ч5%) увеличивает стойкость решетки против коррозии, повышает её твердость и улучшает текучесть сплава при литье. Но часть сурьмы из решеток положительных пластин в процессе эксплуатации батареи переносится на поверхность активной массы отрицательных пластин и в электролит, что вызывает повышение потенциала отрицательной пластины и понижение ЭДС батареи. В свою очередь понижение ЭДС батареи при неизменном напряжении генератора приводит к повышению зарядного тока, повышенному газовыделению и повышенному расходу воды.

При создании малообслуживаемых АКБ уменьшают содержание сурьмы в решетках пластин (до 1,5ч2,0%), что приводит к замедлению указанных отрицательных процессов и значительно увеличивает сроки доливки воды (не чаще одного раза в год).

Активный материал пластин приготовляется в виде пасты и вмазывается в решетку. Благодаря пористости материала активная площадь пластины увеличивается в 600ч800 раз по сравнению с её действительной площадью.

Для исключения замыкания отрицательных и положительных пластин их разделяют пористыми прокладками — сепараторами. На стороне, обращенной к положительной пластине сепаратор имеет ребра. Это обеспечивает доступ большего количества кислоты, необходимой для нормального протекания химических реакций. В современных конструкциях аккумуляторов сепаратор выполняется в виде конверта, в который вставляется положительная пластина. При этом шлам, который образуется в процессе эксплуатации и оседает на дне, не может замкнуть отрицательные и положительные пластины, что приведет к выходу аккумулятора из строя. Данные меры позволяют исключить опорные ребра на дне сосуда (банки) аккумулятора, что дает возможность значительно повысить уровень электролита.

Батарею заливают электролитом — раствором серной кислоты в дистиллированной воде. Плотность электролита полностью заряженного аккумулятора при 25 °C должна составлять 1,22ч1,30 г/см³ в зависимости от климатической зоны эксплуатации автомобиля. При полном разряде аккумулятора плотность снижается на 0,15ч0,16 г/см3.

Бак аккумулятора имеет вид общего сосуда (моноблок), разделенного на отдельные ячейки перегородками. На дне каждой ячейки имеются ребра, на которые опираются пластины (если сепараторы выполнены в виде конверта, как указано выше, то ребра отсутствуют). Блоки пластин помещают в ячейки моноблока таким образом, чтобы отрицательный штырь баретки одного блока находился у положительного штыря баретки соседнего блока пластин. После этого соседние штыри «плюс» и «минус» соединяются между собой. Крайние штыри имеют концевые конусные выводы.

Активные элементы — губчатый свинец на электроде «-», двуокись свинца на положительной пластине и раствор серной кислоты в воде (электролит, с плотностью 1,28 г/см³) — вступают в реакцию при инициировании нагрузки на клеммы аккумулятора. Начинается процесс вырабатывания электротока, который, в свою очередь, сопровождается образованием сульфата свинца на отрицательной пластине. Помимо этого из электролита выделяется вода, в результате чего снижается его плотность.

Если же на клеммы батареи начинает поступать электрический ток из внешнего источника (генератора, зарядного устройства), происходит обратный электрохимический процесс. На отрицательных электродах восстанавливается чистый свинец, а на положительных происходит регенерация диоксида свинца. Так же начинается повышение плотности электролита — весь этот процесс именуется методом двойной сульфатации. Таким образом аккумулятор практически полностью восстанавливает свои стартовые свойства. Чем более качественные материалы использованы при изготовлении аккумуляторной батареи, тем большее количество циклов разрядки-зарядки он способен выдержать, и тем дольше срок его службы.

1.6 Подвеска

Во время движения неровности дороги в виде колебаний передаются на кузов. Подвеска автомобиля предназначается для гашения или смягчения подобных колебаний. В ее прикладные функции входит обеспечение связи и соединения между кузовом и колесами. Именно детали подвески дают колесам возможность перемещаться независимо от кузова, обеспечивая изменение направления движения автомобиля. Наряду с колесами, она является обязательным элементом ходовой части автомобиля.

Подвеска автомобиля — это технически сложный агрегат, имеющий следующее строение:

· упругие элементы — металлические (пружины, рессоры, торсионы) и неметаллические (пневматические, гидропневматические, резиновые) детали, которые, в силу своей упругих характеристик, принимают нагрузку от неровностей дороги и распределяют ее на кузов автомобиля;

· гасящие устройства (амортизаторы) — агрегаты, имеющие гидравлическое, пневматическое или гидропневматическое строение и предназначенные для нивелирования колебаний кузова, полученных от упругого элемента;

· направляющие элементы — различные детали в виде рычагов (поперечных, продольных), обеспечивающих соединение подвески с кузовом и определяющих перемещение колес и кузова относительно друг друга;

· стабилизатор поперечной устойчивости — упругая металлическая штанга, соединяющая подвеску с кузовом и препятствующая увеличению крена автомобиля в процессе движения;

· опоры колеса — специальные поворотные кулаки (на передней оси), воспринимающие нагрузки, исходящие от колес, и распределяющие их на всю подвеску;

· элементы крепления деталей, узлов и агрегатов подвески — это средства соединения элементов подвески с кузовом и между собой: жесткие болтовые соединения; композитные сайлентблоки; шаровые шарниры (или шаровые опоры).

Схема работы подвески автомобиля основывается на преобразовании энергии удара, возникающего от наезда колеса на неровность покрытия дороги, в перемещение упругих элементов (к примеру, пружин). В свою очередь, жесткость перемещения упругих элементов контролируется, сопровождается и смягчается действием гасящих устройств (например, амортизаторов). В результате, благодаря подвеске, сила удара, которая передается на кузов автомобиля, уменьшается. Этим и обеспечивается плавность хода.

Автомобили обладают самыми различными по жесткости подвесками. Чем жестче подвеска, тем информативнее и эффективнее управление автомобилем. Однако при этом серьезно страдает комфорт. И, наоборот, мягкая подвеска устроена так, что обеспечивает удобство в эксплуатации и жертвует управляемостью (чего нельзя допустить). Именно поэтому производители автомобилей стремятся найти их наиболее оптимальный вариант — сочетание безопасности и комфорта.

1.7 Амортизатор

Рис. 9. Автомобильные амортизаторы Амортизатор — устройство, превращающее механическую энергию в тепловую. Служит для гашения колебаний (демпфирования) и поглощения толчков и ударов, действующих на корпус (раму). Амортизаторы применяются совместно с упругими элементами пружинами или рессорами, торсионами, подушками и т. п.

Главной задачей амортизаторов является удержание колеса в постоянном контакте с дорогой во избежание потери контроля над автомобилем. Т. е. колесо должно как можно мягче и четче обогнуть препятствие и так же четко и быстро вернуться на дорогу, обеспечивая необходимое сцепление. При этом сам вес автомобиля держат в основном пружины или рессоры.

Все амортизаторы работают по принципу преобразования кинетической энергии в тепловую. Конкретный вид такого преобразования определяется типом амортизатора: гидравлический, фрикционный, релаксационный.

Классификация амортизаторов:

· по принципу действия — на фрикционные или механические (сухого трения), гидравлические (вязкостного трения) и релаксационные;

· по характеру действия сил трения — на амортизаторы одностороннего и двустороннего действия (с сопротивлением на прямом и обратном ходах);

· конструктивно гидравлические амортизаторы делятся на рычажно-лопастные, рычажно-поршневые и телескопические (двухи однотрубные) с газовым подпором или без него;

· по характеру изменения силы сопротивления, в зависимости от перемещения катков, скорости и ускорения этого перемещения амортизаторы подразделяются на:

ь амортизаторы с примерно постоянной силой трения (например, простой механический амортизатор танка «Ландсверк»);

ь амортизаторы с силой трения, зависящей от перемещения («Леопард-2»), при этом сила трения может быть как пропорциональна перемещению, так и иметь нелинейную зависимость;

ь амортизаторы с силой трения пропорциональной скорости перемещения катка (подавляющее большинство современных гидравлических амортизаторов);

ь амортизатор, сопротивление которого меняется пропорционально ускорению.

1.8 Трансмиссия

Трансмиссия автомобиля предназначена для передачи крутящего момента от двигателя к ведущим колесам. При этом передаваемый крутящий момент изменяется по величине и распределяется в определенном соотношении между ведущими колесами.

Крутящий момент на ведущих колесах автомобиля зависит от передаточного числа трансмиссии, которое равно отношению угловой скорости коленчатого вала двигателя к угловой скорости ведущих колес. Передаточное число трансмиссии выбирается в зависимости от назначения автомобиля, параметров его двигателя и требуемых динамических качеств.

В трансмиссию входят:

· сцепление,

· коробка передач,

· карданная передача,

· главная передача, устанавливаямая в картере ведущего моста,

· дифференциал

· полуоси.

Сцепление позволяет на непродолжительное время отсоединить трансмиссию от двигателя и обеспечивает плавное включение трансмиссии при трогании автомобиля с места или при переключении передач.

Коробка передач служит для получения различных тяговых усилий на ведущих колесах путем изменения крутящего момента, передаваемого от двигателя к карданному валу, а также для изменения направления вращения ведущих колес при движении задним ходом и для отключения трансмиссии от двигателя на длительное время.

Карданная передача позволяет передавать крутящий момент от выходного вала коробки передач к заднему мосту при изменяющемся (при движении автомобиля) угле между осями вала коробки передач и ведущего вала главной передачи.

Главная передача служит для того, чтобы передать крутящий момент под углом 90 градусов от карданного вала к полуосям, а также для уменьшения числа оборотов ведущих колес по отношению к числу оборотов карданного вала. Уменьшение частоты вращения механизмов трансмиссии после главной передачи приводит к увеличению крутящего момента и, соответственно, увеличивает силу тяги на колесах.

Дифференциал обеспечивает возможность вращения правого и левого ведущих колес с разными скоростями на поворотах и неровной дороге. Две полуоси, связанные с дифференциалом через полуосевые шестерни, передают крутящий момент от дифференциала к правому и левому ведущим колесам. Дифференциалы, устанавливаемые между приводами колес ведущей оси, называют межколесными, между разными осями — межосевыми (в полноприводных трансмиссиях).

Трансмиссии по способу передачи крутящего момента разделяют на механические, гидравлические, электрические и комбинированные (гидромеханические, электромеханические).

Заключение

Как видим, когда-то зародившаяся сообщность, именуемая автомобильным миром, сегодня развивается и набирает все большие обороты. Причем оно объединяет не только владельцев машин. Даже люди, не обладающие ими, но любящие автоспорт, автомобильные издания и передачи, принадлежат к автомиру. Автомобиль для многих стал и работой, и хобби, и средством заработка и т. д.

Наверное, такая распространенность и популярность и в дальнейшем будет двигать автомобильный прогресс вперед. Уже сегодня создаются реально функционирующие практичные электромобили, модели с водородными силовыми агрегатами и пр. Традиционные двигатели внутреннего сгорания максимально совершенствуются с целью экономичности, мощности и минимизации вредных выбросов.

Автомобиль будущего сможет самостоятельно принимать решения и связываться с другими участниками дорожного движения по беспроводным сетям. Водитель, если только он вообще будет в состоянии вмешиваться в процесс управления, будет указывать машине на скрытые источники опасности. Позволит ли это человеку расслабиться за рулем — пока еще предмет исследования ученых.

Автомобильные конструкторы и дизайнеры создают кузова, имеющие минимальный уровень встречного сопротивления. Наверное, пока жив человек, всегда рядом с ним будет его друг автомобиль…

1. Пехальский А., Пехальский И. Устройство автомобилей. Учебник. 8-е издание, исправленное / Пехальский А., Пехальский И. — Москва: Академия, 2013. — 528 с.

2. www.abtomup.com;

3. www. avto-all.com;