Как работает двигатель автомобиля?

Важность моторного масла

Чтобы двигатель работал исправно, очень важно наличие в картере масла. Каждый из нас отлично знает, что, чем лучше скольжение, тем более плавным является движение (вспомните фигурное катание)

В принципе, там, где есть движение в двигателе, где одна деталь соприкасается с другой, туда и попадает масло. Его путь начинается с масляного поддона, который расположен под двигателем, масло всасывается специальным насосом, затем масляный насос вдавливает его в трубчатую сборку, которая направляет смазочный растовр в множество мест двигателя.

Представьте, что случилось бы, если бы в течение длительного времени все компоненты двигателя двигались «всухую»

Теперь вы, наверное, понимаете, почему так важно время от времени проверять уровень масла в двигателе

Воздух

Использование сжатого воздуха в качестве источника движения было опробовано много раз и с ограниченным успехом. Компания Tata попробовала использовать технологию сжатого воздуха в своих автомобилях Nano. Но революцию в этом направлении сделала компания MDI из Люксембурга, создав автомобиль AIRPod (на фото). Эта машина использует двухцилиндровый реверсивный двигатель, работающий на сжатом воздухе, который размещен в двух баллонах, сделанных из углеволокна. Сжатый воздух, пропущенный через двигатель, приводит его в движение, который в свою очередь вращает колеса.

Как утверждает компания MDI, автомобиль AIRPod способен проехать на одном запасе сжатого воздуха до 150 км. Как вы понимаете, выбросы у этого автомобиля отсутствуют. Единственная используемая энергия – это электричество для питания компрессора, который поддерживает хранение сжатого воздуха в системе. Вы не поверите, но AIRPod можно купить уже сейчас. Стоимость необычного автомобиля – от 10 880 долларов.

Резиновая лента

Резиновые ленты хороши для питания игрушечных автомобилей. Масштабирование до полноразмерного автомобиля оказалось невозможным даже для самых решительных сторонников этого типа движения. Проблемы возникают из-за неспособности генерировать достаточное количество энергии. Ведь для того чтобы резиновая лента могла сгенерировать достаточное количество энергии, ее необходимо тщательно свернуть и держать в сильном напряжении. Причем чем больше ее сворачиваешь, тем больше накапливается потенциальной энергии.

Далее есть проблема с контролем этой энергии, после того как резиновую ленту перестать удерживать в скрученном состоянии. Ведь для настоящего автомобиля подобную энергию необходимо контролировать в течение длительного времени во время путешествия. Так что в масштабах реального автомобиля технология скручивания резиновой ленты для накапливания энергии не подходит.

Однако технология скрученной резинки вдохновила конструкторов при создании гибридных силовых установок. Во многих гибридных машинах используется вращающийся маховик для хранения энергии. Без этого компонента энергия бы терялась в трансмиссии автомобиля. Доп. энергия, которую сохраняет вращающийся маховик, может быть использована для дополнительного ускорения автомобиля. Эту технологию запатентовала компания AFS Trinity. Она установила свою экстремальную гибридную технологию на прототип автомобиля (на фото), который может проезжать на одном запасе энергии до 65 км.

Общее устройство автомобиля

Основными составными частями в конструкции автомобиля, как мы уже писали выше, являются:

Двигатель;
Кузов;
Шасси;
Электрооборудование.

Все они состоят из множества отдельных элементов, деталей, узлов и агрегатов.

Двигатель – это сердце автомобиля. Он является источником механической энергии и приводит наше авто в движение. Наибольшее распространение в автомобилестроении получили двигатели внутреннего сгорания и дизельные моторы. Однако в последние годы все большую популярность завоевывают автомобили, оснащенные электрическими и гибридными двигателями.

Кузов автомобиля может иметь рамную и безрамную конструкцию. Как правило, в современных легковых автомобилях рама отсутствует, а все узлы и агрегаты крепятся непосредственно к кузову. Именно поэтому такой кузов называют несущим – данное конструкторское решение устройства автомобиля позволяет максимально снизить его массу. Советуем также ознакомиться с классификацией автомобилей по типу кузова.

Шасси автомобиля заслуживает отдельного внимания. Оно представляет собой множество механизмов, в задачи которых входит передача крутящего момента от силового агрегата (двигателя) к ведущим колесам, передвижение автомобиля и управление им. Эти группы механизмов называются трансмиссия, ходовая часть и механизм управления автомобилем.

Трансмиссия автомобиля служит для передачи крутящего момента от двигателя к ведущим колесам, тем самым, позволяя изменять крутящий момент по величине и направлению. Трансмиссия двухосного автомобиля с передним расположением двигателя и приводом на задние колеса обычно состоит из таких механизмов: сцепление, коробка передач, карданная передача, главная передача, дифференциал и полуоси.
Ходовая часть автомобиля состоит из рамы или несущего кузова, переднего и заднего мостов, подвески (рессоры и амортизаторы), колес и шин. Подробнее о видах и типах подвесок автомобилей.
Механизм управления автомобилем состоит из рулевого управления и тормозной системы (с барабанными и дисковыми тормозами). Он позволяет изменять направление и скорость движения автомобиля, останавливать его и удерживать на месте.

Кроме вышеперечисленных узлов, агрегатов и механизмов абсолютно все автомобили оснащены электрооборудованием, состоящим из источников и потребителей электрического тока.

Электрооборудование автомобиля запускает и дает возможность работать двигателю, освещает и обогревает салон машины, позволяет без проблем передвигаться в темное время суток и в непогоду, поддерживает противоугонную систему, заботиться о нашей с вами безопасности на дороге, превращает автомобиль в концертный зал или даже в кинотеатр, и выполняет множество других полезных и очень важных функций.

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС)

Основной элемент авто. Функция – приводит авто в движение.

Машины оснащают бензиновыми, дизельными моторами и электродвигателями.

ДВС, работающие на бензине или дизеле, состоят из: блока и головок цилиндров, распредвала, выхлопной системы, впускной системы (для подачи воздуха), карбюратора, инжектора.

Советы водителям при езде на механике

Самая распространенная ошибка у новичков — это интересная игра с педалью сцепления. Так как у большинства возникают трудности при старте, также встречаются водители, которые неправильно выставляют передачу, учитывая все внешние факторы.

Также зачастую у начинающих водителей возникают сильные толчки и рывки при переключении передачи. Это может стать главной причиной поломок, как отдельных частей трансмиссии, так и самой коробки передач. Кроме того, от подобного вождения может страдать двигатель. Например, если транспортное средство будет двигаться в гору на 5 передаче на очень низких оборотах, то поршневые пальцы начнут сильно стучать, от этого увеличивается износ деталей, в редких случаях поршень может даже сломаться.

Поршни зачастую ломаются при таких нагрузках, потому что в двигателе начинается процесс детонации — на слабых оборотах двигателя происходит самопроизвольный взрыв топливно-воздушной смеси. От таких взрывов поршни могут расколоться, а иногда даже и вовсе сломаться. Если вы услышите, что детонация в двигателе происходит, то постарайтесь как можно быстрее ее устранить. Первым делом остановите автомобиль, и, скорее всего, детонация прекратиться. В дальнейшем нужно будет посетить СТО, чтобы проверить двигатель на повреждения.

Внимание!
Бывают случаи, когда начинающий водитель боится повышать передачу, от этого он долго насилует первую, а после катается на 2-ой и 3-ей при скорости 70-80 км/ч. Такие действия не приводят ни к чему хорошему — происходит сильный расход топлива, а на движок и трансмиссию идут огромные нагрузки.. Также стоит добавить, что встречаются достаточно ленивые автомобилисты, которые не любят ставить селектор в нейтральное положение во время остановки

То есть они держат и педаль сцепления, и педаль тормоза, при этом сама передача остается на определенном положении. Такая вредная привычка приведет к очень быстрому износу подшипника сцепления. Уж поверьте, замена его значительно ударит вам по карману, так как мастерам придется разбирать всю составляющую сцепления

Также стоит добавить, что встречаются достаточно ленивые автомобилисты, которые не любят ставить селектор в нейтральное положение во время остановки. То есть они держат и педаль сцепления, и педаль тормоза, при этом сама передача остается на определенном положении. Такая вредная привычка приведет к очень быстрому износу подшипника сцепления. Уж поверьте, замена его значительно ударит вам по карману, так как мастерам придется разбирать всю составляющую сцепления.

Сломанный выжимной подшипник сцепления

Некоторые автолюбители при езде любят держать ногу на сцеплении, обуславливают они это тем, что контролируют тягу. Делать так не нужно, ногу рекомендуется ставить на специально подготовленную площадку рядом с педалью. Если периодически заносить ногу на педаль сцепления, то от этого у вас в скором времени проявится усталость. А это в свою очередь отразится на управлении автомобилем и рулежке. Чтобы снизить усталость от лишних действий до минимума, мы советуем вам грамотно отрегулировать кресло водителя. Поверьте, так вам станет намного удобнее и комфортнее ездить на автомобиле.

Водителю должно быть удобно сидеть за рулем

В завершении статьи хочется дать вам еще один дельный совет, если вы хозяин автомобиля с механической коробкой переключения передач. Дело в том, что передачи можно переключать, ориентируясь только на тахометр. Этот прибор указывает на число оборотов двигателя в реальном времени, ориентируясь только на этот параметр можно управляться с КПП.

Внимание!
На бензиновых двигателях оптимальными для переключения считаются обороты около 3000 в минуту. У движков, работающих на дизельном топливе, этот показатель равен 1500-2000 об/мин

Как только автомобиль наберет такие обороты, можно переключать передачу.

Переключать передачи можно и по тахометру

Когда водитель привыкнет к своему автомобилю, то он сможет интуитивно определять обороты и момент переключения передачи. Это будет осуществляться по слуху, а также по ощущениям нагрузки на ДВС.

Если вы детально прочитали нашу статью, то теперь точно знаете как грамотно осуществлять переключение передач. Чтобы быстро научиться управлять автомобилем с МКПП нужно больше практиковаться, так вы сможете чувствовать машину и наберетесь опыта. Желаем вам успехов, будьте аккуратней на дорогах!

Коэффициент лобового сопротивления

Оказывается, воздух — субстанция капризная и непредсказуемая. В безветренную погоду о его существовании можно даже забыть, но всё меняется, когда вы начинаете двигаться. Невесомый газ будет превращаться практически в кисель по мере того, как вы будете ускоряться. Автомобиль лицом к лицу сталкивается со встречным потоком, и для того, чтобы понять, насколько эффективно машина преодолевает бесконечную воздушную преграду, придумали достаточно эфемерную, но прижившуюся величину — коэффициент лобового сопротивления. Этот показатель относительный и его нужно с чем-то сравнивать, поэтому господа учёные выбрали «эталон». И это не какая-то хитроумная фигура, а самый обычный цилиндр. Он должен быть такого же диаметра, как и самая широкая часть машины и сопротивление которое он встречает при движении принято считать равным 1. И вот когда сопротивление металлической «колбасы» известно, в такие же условия помещают тестируемый автомобиль. И если машина встречает вдвое меньшее сопротивление воздуха, то коэффициент её лобового сопротивления будет равен 0,5. Но сейчас такой показатель считается практически «провальным». Хотя многие представители «кирпичной» аэродинамики любимы и уважаемы на дорогах. Коэффициент лобового сопротивления брутального Gelandewagen, например, составляет целых 0,54. Для сравнения, самый аэродинамичный на сегодняшний день автомобиль может похвастаться значением 0,189. Это футуристичное творение концерна VAG — Volkswagen XL1.

Пропеллер

В начале 20-го века на заре авиапромышленности и автопромышленности многие технологии пересекались. В том числе конструкторы одной отрасли вдохновлялись другой. В итоге это привело к тому, что некоторые автомобили в начале 20-го века получили в качестве источника движения пропеллер. Среди заметных попыток превратить автомобиль в полусамолет является проект Helicar (на фото), который был опробован до Первой мировой войны.

Но в этом проекте была фундаментальная проблема, с которой сталкивались все машины, оснащенные пропеллером. Речь идет о проблеме, связанной с сопротивлением.

Шины, стоящие на поверхности земли, создают большое трение по сравнению с самолетом, парящим в небе. В итоге, в отличие от самолетов, пропеллер не позволял быстро разогнать автомобиль. В том числе даже если автомобиль оснащался пропеллером с большими лопастями и мощным двигателем. Также автомобили с пропеллером были небезопасны. Причем независимо от размера пропеллера.

Поршень: отсюда начинается всё

Вообще всю работу в двигателе выполняет поршень. Именно он движется в цилиндре по принципу «скольжения» — прямолинейно и поступательно. Последовательно — один раз вверх, один раз вниз. Задача поршня, как следует из названия, заключается в нажатии. Если не один, то другой путь.

Чтобы выполнить работу, привести к появлению полезной энергии (КПД больше нуля), поршень должен немного поработать и сделать четыре движения в цилиндре — первоначально он всасывает воздух или смесь через открытый всасывающий клапан, скользя вниз до самого дна цилиндра. Когда он располагается на дне цилиндра, наполненного воздухом, клапан закрывается. Когда цилиндр наполняется воздухом «до зубов», поршень крепко сжимает его, поднимаясь вверх. Специально для такого сжатого воздуха топливо впрыскивается сверху (в дизельном двигателе) или возникает искра (вариант с бензиновым вариантом), которая вызывает взрыв. Независимо от силы взрыва (бывает, что из-за простоя автомобиля, первая искра недостаточно сильна) поршень отправляется вниз. Когда поршень заканчивает свой путь, цикл может считаться оконченным, затем он совершает еще один ход — вверх. Его уже ждет открытый выпускной клапан, через который поршень выталкивает весь этот ненужный мусор (выхлопной газ) наружу.

Поршневой цикл: схема

Это тот самый дым, который в конечном итоге выходит из выхлопной трубы под вашей машиной. И так продолжается снова и снова: всасывание воздуха — поршень опускается, сжатие воздуха – поршень уходит вверх. Взрыв — поршень опущен, выталкивание выхлопа — поршень вверх. И все время снова и снова.

Таким образом, энергия взрыва превращается в работу, потому что движение поршня, соединенного с шатуном, вызывает вращение коленчатого вала, что приводит в движение силовой агрегат, который перемещает колесо автомобиля. Конечно, двигатель обычно имеет несколько поршней и цилиндров. В целом, чем они больше, тем больше работа двигателя и чем больше мощность этих цилиндров, тем больше потенциал двигателя и, следовательно, — лучшее ускорение, лучшая динамика, но также и большая потребность в топливе.

Предлагаем вам посмотреть занимательное видео, в котором подробно рассказывается и показывается каким именно образом работаем двигатель внутреннего сгорания автомобиля:

Например, когда указатель тахометра в вашей машине приближается к 2000 об./мин. (2 тысячи оборотов коленвала), это означает, что поршень совершает 4000 ходов в это время, и смесь попадает в цилиндр 1000 раз! Все это за минуту. И всего на один цилиндр. Теперь подумайте, сколько топлива нужно двигателю, если вы «стреляете» в него все время, разгоняя до 6000 оборотов при нажатой педали газа в пол!

Ход работы

В гости к детям приехали на большой машине механики Ключик и Винтик. Они рассказывают детям, что уже несколько дней им не даёт покоя вопрос, почему движутся предметы? Вот машина сейчас стоит, но она может двигаться. Что же заставляет её двигаться? Ребята, вы не знаете?

Воспитатель предлагает помочь разобраться : «Вот машина стоит, но она может и двигаться».

Дети находят выход из ситуации, берут машину и толкают.

Что заставило машину двигаться? (Предположение детей.)

А давайте заставим двигаться мячик?

Дети наблюдают за движением мячика. А вот стоит игрушка – неваляшка. Как вы думаете, она умеет двигаться? (Толкнуть, и она будет качаться.) Что заставило двигаться все эти игрушки? (Мы толкали, тянули.)

Воспитатель. Ничто на свете не движется само по себе. Предметы могут передвигаться лишь в том случае, когда их тянут или толкают. То, что тянет или толкает их, называется силой. Мы с помощью своей силы заставляем двигаться предметы, толкая их.

Ключик и Винтик. Значит сила — это то, что заставляет двигаться предметы. Ребята, а давайте с вами попробуем передвинуть тетрадь по столу. (Дети пробуют разными способами передвинуть

тетрадь.) Далее предлагаю передвинуть стол? Что мы наблюдаем? Давайте попробуем передвинуть игрушки и стол, тетрадь и стол, стол и пол, когда мы их толкаем, то они трутся друг о друга. Поэтому возникает сила, которая называется сопротивление или «трение». Поверхность не бывает идеально ровной.

Ключик. Почему на бумаге видны следы от карандаша, а на стекле — почти нет никаких следов?

Воспитатель. А давайте ребята с вами проверим. Предлагаю нарисовать на бумаге, а затем карандашом на стекле. Где лучше виден след от карандаша — на стекле или бумаге? Почему?

(Трение на стекле слабее, поэтому карандаш не оставляет почти никаких следов, а бумага шереховата, поэтому трение сильнее и оставляет следы на бумаге.)

Винтик. Ребята, а как вы думаете, поверхность мыла стекла ровные, гладкие?

Воспитатель. Давайте проверим с помощью микроскопа. (Рассматривают кусок мыла, стекла.) Предлагаю зарисовать поверхность мыла и стекла. Дети рисуют и показывают Ключику и Винтику.

Ребята рассматривают картинки о пользе силы трения. Далее предлагаю поиграть игру- рассуждение «Что бы было, если бы не было силы трения?.

Ключик и Винтик. Спасибо ребята, мы узнали от вас много нового. Поняли, что сила заставляет двигаться предметы, что между предметами возникает трение.

Дети прощаются с Ключиком и Винтиком и дарят им картинки о пользе трения.

Что нельзя делать на механике

Разберем типичные ошибки, которые могут привести к нехорошим последствиям.

Неполное нажатие на педаль сцепления. Сцепление обеспечивает связь мотора и колес, правильное управление педалью сцепления ведет к долгому сроку службы двигателя, коробки передач, механизма сцепления. Нужно всегда выжимать сцепление до упора в пол, только такое положение обеспечивает полное разъединение коробки и двигателя. Если педаль сцепления выжать не полностью, в таком случае происходит неполное разъединение коробки и двигателя, и первичный вал трансмиссии продолжает вращаться под нагрузкой. Это приводит к стиранию зубьев синхронизатора и повышенному износу коробки, что с течением времени выливается в хруст, нечеткое включение передач и полному выходу из строя коробки передач.
Часто и подолгу держать сцепление выжатым при включенной скорости (во время длительной остановки или во время езды). Педаль сцепления предназначена для кратковременного нажатия и затем ее надо отпускать. Если держать его длительно нажатым, это может привести к повышенному износу подшипников и всей системы сцепления в целом. При остановке свыше 30-40 секунд, лучше переключать машину на нейтральную скорость.
Удержание левой ноги на педали сцепления без нажатия. Педаль сцепления не предназначена, чтобы на ней отдыхала левая нога. Есть специальная площадка для отдыха левой ноги, где она должна быть всегда, за исключением моментов, когда требуется выжать сцепление. Нога, постоянно расположенная на педали сцепления, немного давит на нее, что приводит к нагреву внутренних деталей сцепления и быстрому их износу.
Привычка держать правую руку на рычаге переключения передач. По всем правилам обе руки нужно держать на руле, за исключением момента переключения передачи. Многие водители предпочитают держать руль левой рукой, а правую располагают на рычаге коробки, используя ее в качестве опоры. Не все машины имеют подлокотники, на которых было бы удобно держать правую руку, поэтому водители зачастую и держат руку на рычаге, поскольку это достаточно удобное место. При всей кажущейся безобидности этой привычки, постоянный вес руки на рычаге приводит к негативным последствиям. Рычаг соединяется с очень чувствительными внутренними элементами коробки и, длительное давление создает повышенную нагрузку на трущиеся детали трансмиссии, что ведет к преждевременному износу коробки.
Включение задней передачи во время движения. Заднюю передачу можно включать только после полной остановки машины. Еще желательно выждать пару секунд после нажатия на сцепление, и только потом включить заднюю скорость. Если включить заднюю передачу, когда машина еще продолжает ехать вперед, это приводит к стиранию зубчатого колеса и поломке шестеренок в коробке. Можно даже услышать хруст из коробки, поэтому лучше так не делать. За один раз, конечно, все не сломается, но если это практиковать постоянно, коробка выйдет из строя.
Езда на высокой передаче при низких оборотах двигателя. Во время равномерной езды по трассе повышенная передача при низких оборотах экономит топливо и не нагружает двигатель. Но злоупотреблять такой ездой в городских условиях не стоит, так как это ведет к повышенной нагрузке на шестеренки и подшипники коробки передач, да и к повышенной нагрузке на двигатель.
Переключать передачи без выжимания сцепления. Это приведет к поломке коробки.
Резкое бросание сцепления. Педаль сцепления нужно нажимать в пол, а отпускать очень плавно. Если бросить педаль сцепления резко, то машина дернется вперед и заглохнет. Если впереди вас на близком расстоянии находится автомобиль, то вы можете его задеть. Также, если вы дернулись и заглохли после начала движения (скажем на светофоре), то водитель машины позади вас может не успеть среагировать и врежется вам в задний бампер. Бросание сцепления приводит к износу коробки, сцепления, да и мотора.

Пар

Мощность пара на протяжении веков заменяла бензин. Паровые двигатели стали двигателем прогресса промышленности и транспорта во всем мире. В том числе пар на заре автопромышленности также использовался в качестве источника энергии, чтобы приводить первые автомобили в движение. Это сегодня пар считается очень необычным и архаичным выбором для питания транспортного средства. Тем не менее пар имеет свои преимущества. Например, генерировать пар можно с помощью многих видов топлива, начиная от дров и заканчивая углем.

Видео взято с YouTube-канала SergSerg из USSR

Другое преимущество пара в том, что на полной мощности, в отличие от бензина, расход источника пара вырастает не так, как в бензиновых машинах. Но в конечном счете шум, запах и вес паровых двигателей заставили автопромышленность отказаться от их использования в транспортных средствах. Паровые двигатели были признаны непрактичными, а отказ автопромышленности от этих силовых агрегатов привел к широкому распространению использования двигателей внутреннего сгорания.