Первый двигатель Даймлера годился и для транспортного, и для стационарного применения, работал на газе и на бензине. Последующие конструкции Даймлера были рассчитаны исключительно на жидкое топливо. Булыиую частоту вращения вала двигателя, обеспечиваемую, в частности, интенсивным воспламенением смеси, Даймлер справедливо считал главным показателем работы двигателя на транспортной машине. Частота вращения вала двигателя Даймлера была в 4–5 раз больше, чем у газовых двигателей, и достигала 450–900 об/мин, а мощность в расчете на 1 л рабочего объема – вдвое больше. Соответственно, могла быть уменьшена масса. К этим штрихам «транспортной специфики» добавим закрытый картер (кожух) двигателя, заполненный смазочным маслом и защищавший подвижные части от пыли и грязи. Охлаждению воды в окружающей двигатель «рубашке» способствовал пластинчатый радиатор. Для пуска двигателя служила заводная рукоятка. Теперь имелось все необходимое для создания легкого самодвижущегося экипажа – автомобиля. От своих предков автомобиль унаследовал многое. «Автомобиль… нужно считать сыном паровоза, давшего ему душу, и велосипеда, снабдившего его телом», – так образно писал в 1902 году один из журналов. Механическая повозка для своей работы не требовала каких-либо наземных устройств, кроме дороги. В отличие от конных повозок, механическая не требует для своего движения приложения живой силы, кроме небольших, как это казалось, усилий водителя по управлению ею. Подчеркнем, что идея автомобиля была поначалу четко направлена на замену лишь легкого экипажа личного пользования. Возможность его использования для грузовых и массовых пассажирских перевозок была реализована намного позже.
Вряд ли можно сказать, что отношения автомобиля и двигателя внутреннего сгорания с самого начала носили характер любви с первого взгляда и на всю жизнь. Желая добиться наилучших результатов, автомобильные конструкторы испробовали на своих детищах самые разнообразные двигатели, в том числе паровую машину, КПД которой еще ниже, чем у двигателей внутреннего сгорания, и электропривод от гальванических батарей, который даже в наши дни представляется весьма перспективным. Возможно, эти автомобили вызывают у сегодняшних автолюбителей лишь снисходительные улыбки, но специалисты отчетливо понимают, что без этих «гадких утят» не было бы современных лимузинов. Поиски оптимальной конструкции могли бы продолжаться еще долго, если бы не К. Бенц и Г. Даймлер, которые, испытав свои силы сначала в одиночку, затем объединили таланты и финансовые средства, создав совместную фирму по производству автомобилей «Даймлер – Бенц». За сравнительно короткий промежуток времени, совершенствуя конструкции и дизайн своих машин, им удалось сделать автомобиль необычайно популярным. Конечно, такой прорыв был бы невозможным без эффективных бензиновых двигателей.
Бензиновые двигатели за короткое время были доведены до высоких кондиций. Уже в первые десятилетия XX века они дали крылья авиации, электроэнергию морякам и полярникам, создали почву для целого ряда выдающихся изобретений.
Что же касается традиционного тяжелого и транспортного машиностроения, то оно пока довольствовалось, в основном, паровыми машинами, до поры лишь мечтая о мощных двигателях, способных работать на относительно недорогом топливе и имеющих приемлемые габариты.
Создать подобный двигатель, названный дизелем по имени его изобретателя Рудольфа Дизеля, удалось только в начале XX столетия. Первый его дебют на автомобиле в 1908 году оказался неудачным, и автомобилисты на время забыли о дизеле, вынудив его искать «взаимности» (и, следует заметить, не безнадежно) у моряков, железнодорожников и прочих «тяжеловесов». Другими словами, дизелям отвели роль «тихоходов», в которой они и выступали вплоть до 1920-х годов минувшего столетия, когда эти двигатели появились на грузовых автомобилях.
Нельзя сказать, что дизелями вообще не занимались. Вспомните хотя бы детище моторостроителей из Харькова – 500-сильный дизель В-2, первоначально предназначавшийся для тяжелого бомбардировщика и нашедший подлинное бессмертие в лучшем танке Второй мировой войны Т-34. Отметим также установленный в 1936 году на легковой «Мерседес-Бенц» дизельный двигатель, успешно прошедший все положенные испытания. И, наконец, обратим внимание на построенные в середине прошлого столетия в Советском Союзе дизельные двигатели мощных тракторов и тягачей, в названиях которых почти никогда не отображались фамилии или имена их создателей, а были только сухие цифры и непонятные буквы. Поклонимся этим скромным и гениальным труженикам, которые в самые сумеречные годы не опустили рук и в условиях закрытых КБ творили двигатели прогресса.
3. Устройство автомобиля
3.1. Общие понятия и классификации
Изучению устройства автомобиля уделяется достаточно времени в любой автошколе, поэтому мы ограничимся лишь общими сведениями. Маловероятно, чтобы этот справочник стал учебником для профессиональных мастеров по ремонту автомобилей, однако для того, чтобы стать настоящим автомобилистом, то есть полностью овладеть машиной, нужны определенные знания.
Итак, автомобиль состоит из трех основных частей: двигателя, шасси и кузова (рис. 3.1.1 и 3.1.2).
Двигатель является источником механической энергии, приводящей автомобиль в движение.
Рис. 3.1.1. Двигатель и шасси грузового автомобиля:
1 – двигатель, 2 — сцепление, 3 – коробка передач, 4 – рулевое
управление, 5 – карданная передача, 6 – задний ведущий мост,
7 – рама, 8 — рессора, 9 — колесо, 10 — топливный бак, 11 – амортизатор, 12 – передний мост
Шасси автомобиля представляет собой совокупность механизмов, предназначенных для передачи крутящего момента от двигателя к ведущим колесам, передвижения автомобиля и управления им. В шасси входят три группы механизмов: трансмиссия, ходовая часть и механизмы управления.
Трансмиссия автомобиля служит для передачи крутящего момента от двигателя к ведущим колесам и позволяет изменить величину и направление крутящего момента. Трансмиссия двухосного автомобиля с передним расположением двигателя и приводом на задние колеса (рис. 3.1.1 и 3.1.2) включает следующие механизмы: сцепление, коробку передач, карданную передачу, главную передачу, дифференциал и полуоси. Главная передача, дифференциал и полуоси расположены в картере заднего ведущего моста.
Ходовая часть автомобиля состоит из рамы, переднего и заднего мостов, подвески (рессор и амортизаторов) и колес. В легковых автомобилях (рис. 3.1.2) и автобусах рама, как правило, отсутствует. В этом случае все агрегаты автомобиля крепятся к кузову и его называют несущим.
Механизмы управления включают рулевое управление, необходимое для обеспечения движения автомобиля по заданному водителем направлению, и тормозную систему.
Кузов автомобиля предназначен для размещения грузов, водителя и пассажиров.
Классификация автомобилей – это тема, которую вряд ли можно назвать до конца исследованной. И это несмотря на то что производителям, а вслед за ними дилерам и прочим продавцам вроде бы все абсолютно ясно. Все они делают вид, что им понятна применяемая терминология и они свободно ориентируются в хитросплетении букв, цифр и специальных обозначений, без которых не обходится ни одна автомобильная фирма при крещении своего очередного детища. Попробуем и мы разобраться в этой премудрости. Грузовики и автобусы (минивэны в том числе) трогать не будем. Речь пойдет о легковых автомобилях, да и то не всех, а преимущественно тех, которые лучше известны отечественным автолюбителям. Итак, классифицируем.
По типу кузова. В этой классификации – самая большая путаница, поэтому приводим известные читателям марки и модели, присоединив к их названиям те определения классов, с которыми они пришли в автосалоны и на страницы ведущих автомобильных изданий.
Рис. 3.1.2. Легковой автомобиль:
1 — двигатель, 2 – кузов, 3 – топливный бак, 4 – задняя рессора,
5 – задний ведущий мост, 6 – карданная передача, 7 – коробка передач, 8 – сцепление, 9 — амортизатор
Седан — до недавних пор самый распространенный класс. Это автомобиль с трехобъемным кузовом с четко разделенными моторным отделением, салоном и багажником. Такой кузов имеют почти все «Волги», большинство моделей ВАЗ (2101, 2103, 2105, 2106, 2107, 21099, 2110, 2115), «Москвичи» (от 401 до 2140), «Запорожцы» – предшественники «Таврии», и великое множество иностранных автомобилей – от «Альфа-Ромео» до «Ягуара». Иногда седаны называют еще лимузинами. Разумеется, такое название подходит не всем, а только тем, что побогаче, то есть побольше и покомфортабельнее. А в общем, что «Мерседес-Бенц-600», что старая «копейка» – все седаны.
Универсал — это кузов, который одинаково пригоден и для перевозки пассажиров, и для поездок на охоту или за покупками. Из машин производства стран СНГ в этом классе наиболее известны «Волга» ГАЗ-310221, все УАЗы (кроме микроавтобусов), ВАЗ-2102, ВАЗ-2104, ВАЗ-2111, «Нива», а также ЛуАЗ. Типичные зарубежные представители универсалов – все те машины, которые мы в просторечии неточно именуем джипами (ранее в отечественной практике их всех называли универсалами повышенной проходимости). Среди них и настоящие вседорожники – «Ленд-Ровер Дифендер» или «Тойота Лендкрузер», и так называемые «паркетные джипы» вроде «КИА Спортидж» или «Тойота RAV4». В соседстве с «проходимцами» прижились «СААБ 9–5 Вэгон», «Фольксваген Пассат Вариант», «Опель Астра Караван» и множество других моделей.
Хэтчбек — тот самый класс, в который объединились в 80-х годах прошлого столетия автомобили, прозванные «зубилами» за их характерную угловатую геометрию передка и скошенную заднюю часть. Это преимущественно переднеприводные двухобъемники, у которых подкапотное пространство целиком отдано силовому агрегату и трансмиссии, а все остальное – пассажирам и их багажу. Впервые отечественные автолюбители познакомились с этим техническим чудом, когда с конвейера Волжского автозавода сошла «восьмерка», то есть ВАЗ-2108. Вскоре семейство пополнилось «Таврией», АЗЛК выпустил «Москвич-2141» – и пошло… За рубежом массово выпускались «Фольксваген Гольф», «Шкода Фаворит», «Фиат Уно» и другие представители славного класса «зубил».
Сегодня хэтчбек – едва ли не самая распространенная компоновка недорогого автомобиля для народа. При выборе автомобиля покупатели отдают предпочтение хэтчбекам за хорошую аэродинамику кузова, интересный дизайн и, что немаловажно, – высокую механическую прочность.
Приведенная выше «кузовная» классификация отнюдь не претендует на абсолютною полноту и завершенность, ибо не учитывает некоторых специфических видов кузовов, которые мы не стали выделять в отдельные классы, чтобы сохранить хоть какую-то стройность и системность изложения. Однако, справедливости ради, отметим, что, например, седан с открывающейся крышей или вовсе без нее – это уже кабриолет, тот же седан, но с двумя дверями – купе, а если у него многолитровый могучий мотор и ярко выраженные скоростные свойства – то уже родстер.
В общем случае, читатель, представляется целесообразным, выбирая автомобиль, не зацикливаться на кузовном классе (он в любом случае условен и мало что определяет), а тщательно изучить эксплуатационные свойства машины, чтобы понять, насколько они соответствуют той сумме, которую просит за автомобиль продавец.
По типу привода. В этой классификации вариантов меньше, чем с кузовами. Есть так называемые классические автомобили, у которых привод осуществляется на задний мост (такие часто называют «классическими»), и переднеприводные, у которых энергия двигателя передается на передние колеса. У переднеприводных машин нет карданной передачи, защитный короб над которой доставлял неудобства пассажирам, сидящим сзади. Салоны переднеприводных автомобилей удобнее, просторнее, а сами автомобили обычно имеют более высокий дорожный просвет. Однако не обошлось и без недостатков: имея великолепную устойчивость и неплохие скоростные качества на горизонтальных участках дороги, спусках и виражах, легкие машины не слишком уверенно берут подъемы, так как на подъеме сцепление передних ведущих колес становится в некоторые моменты несколько ослабленным.
У большинства автомобилей от двигателя, расположенного впереди, крутящий момент передается на задние ведущие колеса. На некоторых автомобилях и автобусах двигатель расположен сзади и ведущими являются задние колеса. В этом случае нет продольно расположенного карданного вала, поэтому можно опустить пол кузова и снизить центр тяжести автомобиля. Увеличивается также и площадь пассажирского помещения. Однако в таких автомобилях усложнена система управления двигателем и трансмиссией с места водителя, а также трудно достичь благоприятного распределения массы между передним и задним мостами.
В автомобилях повышенной проходимости (их еще называют полноприводными) крутящий момент от двигателя передается через сцепление, коробку передач и промежуточный карданный вал к раздаточной коробке. Последняя распределяет крутящий момент между ведущими мостами. Из тех вседорожников, которые доступны широкому кругу отечественных автомобилистов, полный привод имеет «Нива». Кстати, это скромное детище советского автопрома, поставленное на конвейер в 1978 году, в свое время стало фактически родоначальником целого класса небольших, но достаточно комфортабельных джипов.
В зарубежных классификациях, характеризующих автомобили, можно встретить термины наподобие «коммерческий», «представительский» и другие. Но это уже подклассы, имеющие отношение не столько к техническим особенностям автомобиля, сколько к его предполагаемой роли в человеческом обществе. К тому же, все эти классы весьма условны.
К примеру, в нашей глубинке на «Мерседесе» Е-класса может величаво восседать преуспевающий бизнесмен, а в Германии эти машины используются как самые обычные такси и отличаются от других лишь характерным желтым цветом.
3.2. Двигатель: устройство, узлы и системы
Автомобильные двигатели внутреннего сгорания могут быть поршневыми и беспоршневыми (например, газотурбинными). В поршневом двигателе сгорание топлива и превращение тепловой энергии в механическую происходит внутри цилиндра. В газотурбинном двигателе топливо сгорает в специальной камере, а тепловая энергия превращается в механическую на лопатках газовой турбины.
На подавляющем большинстве современных автомобилей устанавливают поршневые двигатели внутреннего сгорания.
По способу смесеобразования и воспламенения топлива поршневые двигатели внутреннего сгорания подразделяются на две группы:
а) с внешним смесеобразованием и принудительным зажиганием, от электрической искры (бензиновые и газовые);
б) с внутренним смесеобразованием и воспламенением от соприкосновения с воздухом, сильно нагретым в цилиндре путем высокого сжатия (дизели).
Карбюраторный бензиновый двигатель (рис. 3.2.1, а) имеет кривошипно-шатунный механизм, газораспределительный механизм и системы охлаждения, смазки, питания и зажигания.