В таких случаях опытные шоферы тормозят прерывисто, в нужные моменты убирая ногу с педали. Водители кремлевского Гаража особого назначения после долгих лет тренировки способны проделывать это семь раз в секунду! А для простых автомобилистов для предотвращения потери управления при резком торможении была создана антиблокировочная система, или ABS.

Первые попытки создать систему, которая бы временно блокировала усилие на тормозные механизмы, были проведены в начале 70-х годов прошлого века, но из-за большой стоимости и недолговечности аналоговых процессоров, отслеживавших параметры движения колес и управлявших устройством, дальше постройки опытных образцов создатели не продвинулись. И лишь в 1978 году компания Bosch создала совершенно новый механизм, в основе которого лежали цифровые микросхемы, а концерн Mercedes-Benz стал предлагать его в качестве опции к представительскому седану 450 SEL.

Из чего же состоит ABS и как она работает? Все составляющие системы можно отнести к трем компонентам – электронному блоку управления, колесным датчикам скорости и гидравлическому блоку. При включении зажигания компьютер антиблокировочной системы включается и начинает опрашивать компоненты и их электропроводку на предмет готовности к работе, на автомобилях японского производства это занимает 1-2 секунды, а во время процесса самотестирования на панели приборов горит красная сигнальная лампа «ABS». Если же не все в порядке и по истечении этих секунд лампочка продолжает гореть, это указывает на неисправность в работе, а тормозная система работает в нормальном режиме, но электроника, нередко спасающая жизни водителей и пассажиров, отключается. Принцип работы колесных датчиков состоит в наличии на ступице специального ротора – при вращении колеса мимо датчика проходят зубцы и впадины этого элемента и наводят в обмотке датчика электрический сигнал, частота которого зависит от скорости вращения колеса.

При поступлении сигнала о начале блокировки электронный блок управления отдает импульс электромагнитным клапанам гидравлического блока, который включен в рабочую тормозную систему автомобиля сразу же за главным тормозным цилиндром. Его клапаны управляют движением жидкости в контурах магистрали (на современных образцах, согласно требованиям безопасности, сделаны два независимых контура, при утечке жидкости в одном из них два тормоза других колес смогут остановить машину). Клапаны механизма понижают или временно останавливают подачу тормозной жидкости к рабочему тормозному цилиндру того колеса, с датчика которого пришел сигнал об опасности. Если простого снятия усилия оказывается недостаточно и вероятность потери управления становится все выше, электромагнитный клапан переводит имеющуюся жидкость в отводную магистраль, а затем – назад в бачок главного цилиндра.

Наконец, колесо снова начинает вращаться или вращается с безопасной скоростью, электронный блок освобождает магистраль, и давление вновь подается к рабочему цилиндру. Водитель ощущает работу ABS в виде частых резких толчков на педали тормоза вплоть до полной остановки или до момента исчезновения угрозы потери контроля над машиной. Это происходит именно из-за многократно повторяющихся «скачков» давления, или модуляции. Многократные сравнения автомобилей с ABS и аналогов без нее подтвердили, что на скользком покрытии тормозной путь первых может быть на 15% короче, чем у вторых, а ресурс шин увеличивается на 5-7%.

Каковы ресурс и основные причины отказа ABS? Электронный блок управления выходит из строя крайне редко, так как этот дорогостоящий узел защищен массой предохранителей и реле. Основная причина выхода системы из строя – падение напряжения в бортовой сети автомобиля, поэтому существует ряд рекомендаций по его предотвращению. Ни в коем случае нельзя разъединять электрические разъемы при включенном зажигании, крайне нежелателен запуск двигателя методом «прикуривания» от другого аккумулятора. А если вы решили помочь с запуском чужого двигателя своей АКБ, то перед этой процедурой батарею нужно отключить от вашей машины (этот совет полезен и владельцам автомобилей без ABS). При проведении ремонтных работ с использованием электрической сварки проводку от электронного блока управления необходимо отсоединить. Предохранительное реле само отключает ABS в случае достижения отметки в 10,5 В с целью предотвращения отказа электроники, в таком случае антиблокировочная система перестает действовать и оставляет водителя один на один со сложной дорожной обстановкой.

Самые частые отказы среди компонентов антиблокировочной системы происходят в колесных датчиках, потому что эти элементы расположены в крайне уязвимом месте – вблизи вращающихся деталей ступицы или полуосей, а значит, летящая из-под колес грязь и пыль попадает именно туда. Также обязательно следить за состоянием подшипников ступиц, ведь ротор при излишних колебаниях колес даст неверную информацию о скорости вращения, что со временем выведет датчик из строя. Нередко случается, что при достижении определенной скорости (так называемой «скорости принятия решения», для автомобилей Toyota – 10 км/ч) загорается контрольная лампа «ABS» – это также ответ на неверное считывание информации датчиком, например из-за сколов на зубчатом колесе ступицы или наличия большого воздушного зазора между элементами. Электропроводка, подведенная к колесам, также из-за попадания грязи может отказать, а на приборной панели высветится сигнальная лампочка «ABS» – это один из самых частых дефектов системы, а значит, при поступлении информации о сбое в работе в первую очередь стоит проверить состояние проводов под днищем.

Теперь информация для тех, кто самостоятельно желает заняться обслуживанием рабочей тормозной системы, оснащенной ABS. Здесь также существует ряд особенностей, которые отличают этот процесс от обслуживания более простых систем. Одно из условий работоспособности тормозов – регулярная замена жидкости, перед этим в нашем случае требуется разрядить аккумулятор давления в гидравлическом блоке ABS: для этого нужно выключить зажигание и порядка 20 раз нажать до упора на педаль тормоза. При прокачке тормозной жидкости антиблокировочная система может оказаться крайне полезной – можно включить зажигание (а значит, и электронасос в гидроблоке) ровно на то время, пока из надетого на штуцер для прокачки прозрачного шланга будут выходить пузырьки воздуха.

Теперь немного статистики: несколько лет назад страховые компании в Соединенных Штатах проанализировали параметры и техническую оснащенность автомобилей, попадавших в ДТП, и цифры показали, что на сухом покрытии машины с ABS участвовали в авариях на 42% больше раз, чем машины без нее. На влажном покрытии эта цифра увеличилась до 65%. После проведения соответствующих исследований специалисты сделали вывод: водители получили иллюзию безопасности при торможении, не осознавая, что тормозной путь при этом меньше не становится, а обеспечение сцепления с дорогой не входит в компетенцию систем торможения. ABS, как и все остальные механизмы и системы автомобиля, призвана наилучшим образом обеспечить выполнение команд водителя, но принятие решений все равно остается за человеком. Так что безопасность в любом случае начинается с рассудка и ответственности сидящего за рулем.

Но в любом случае, всем тем, у кого есть водительское удостоверение, с МКПП приходилось сталкиваться хотя бы в автошколе. МКПП – наиболее проверенная временем конструкция, с устройством и принципом работы которой мы и познакомимся.

Для чего вообще нужна коробка передач? Казалось бы, можно всегда ездить в одном режиме, регулируя тягу подачей топлива. Движемся на спуск – убираем ногу с педали газа, притормаживаем. Когда впереди подъем – издалека начинаем разгоняться. Но в этом случае обороты приходится держать в «красной зоне», в результате получаем огромный расход топлива и маленький ресурс двигателя – самой дорогостоящей части автомобиля. Чтобы динамика была оптимальной, ресурс – максимальным, а расход топлива – минимальным, и применяют коробки переключения передач. Без КПП также будет затруднено трогание с места, а с ее помощью можно менять не только силу тяги на ведущих колесах, но и направление движения (сейчас вряд ли кто усомнится в необходимости наличия заднего хода у автомобиля), а также разъединять двигатель и трансмиссию на длительное время.

Чтобы получить представление о принципе работы механической коробки передач рассмотрим простейший механизм – две шестерни, закрепленные на валах, при этом на валу малой шестерни – ведущей – закреплена рукоятка. Вторая шестерня в данном случае называется ведомой, и крутящий момент на ней будет во столько раз больше, во сколько раз число ее зубьев больше, чем на ведущей детали. Возьмем передаточное число – отношение чисел зубьев ведомой и ведущей шестерен – равно двум. При этом скорость вращения большей шестерни будет вдвое меньше, чем скорость той шестерни, на которую будем подавать усилие. Прокрутим ручку, соединенную с ведущей шестерней, с усилием в 5 кгс, при этом поднимется груз массой в 10 кг, закрепленный на валу ведомой детали. Таким образом, при передаче вращения с меньшей шестерни на большую, увеличивается вращающее усилие и уменьшается частота вращения. Если в рассмотренном механизме между ведущей и ведомой шестернями поместить еще одну, получим вращение ведомой шестерни в обратную сторону. Именно при помощи такой промежуточной шестерни мы получаем возможность двигаться задним ходом.

Теперь рассмотрим настоящую механическую коробку переключения передач. Многим кажется, что выбор передачи – это перемещение нужной ведомой шестерни к единственной ведущей, но это не так. Такая конструкция оказалась бы слишком сложной, поэтому существует несколько пар шестерен, в современных автомобилях их обычно пять. Ведущие шестерни совершенно разные – при небольшом числе зубьев вал, на котором закреплены ведомые шестерни, будет вращаться с маленькой частотой. Значит, пара шестерен, позволяющих получить «первую» передачу, выглядит следующим образом: ведущая шестерня совсем небольшая, а ведомая наоборот отличается большими размерами. В случае с прямой передачей (например, «четвертой», «пятой», а то и «шестой») диаметры шестерен примерно равны. Передаточное число от низшей (первой) передачи к высшей постепенно снижается. Во многих современных автомобилях применяют КПП, имеющие 5 скоростей: передаточное отношение «четвертой» равняется единице, и ее называют прямой передачей, а «пятая» является повышающей, число зубьев ведомой шестерни незначительно меньше числа зубьев ведущей. Повышающая передача дает водителю возможность двигаться с постоянной скоростью, но на пониженных оборотах двигателя, при этом получается заметная экономия топлива.

В современных коробках переключения передач используются три вала с насаженными шестернями. Первичный вал получает вращение от маховика двигателя и обычно он имеет всего одну шестерню, которая находится в постоянном зацеплении с одной из шестерен промежуточного вала. Шестерни промежуточного вала зацеплены с шестернями вала ведомого. Теперь становится понятным известный совет, касающийся запуска и прогрева двигателя: во время этих процедур следует выжать сцепление (об этом механизме чуть ниже), чтобы мотору не пришлось раскручивать детали КПП. Даже на нейтральной передаче все шестерни (включая те, которые отвечают за задний ход) вращаются, но автомобиль не движется. Почему? Это происходит потому, что шестерни ведомого вала вращаются сами по себе, не передавая крутящий момент на сам вал. Когда водитель включает передачу, нужная муфта с зубчатыми ступицами (такие муфты присутствуют при каждой паре шестерен) входит в зацепление с венцом ведомой шестерни и передает вращение валу.

Помните, какой хруст раздается из-под кабин советских грузовиков, когда водители включают передачи? Это происходит потому, что в конструкциях КПП многих «олдтаймеров» отсутствуют синхронизаторы. Задача этих механизмов следующая: синхронизатор находится в подключающей вал к шестерне муфте и при включении передачи помогает совместить зубья муфты и венца ведомой шестерни. Если бы синхронизатора не было, водителю пришлось бы два раза выжимать сцепление, а во многих случаях и жать на педаль газа между этими действиями, ускоряя вращение ведомой шестерни. Наконец, разберемся, за счет чего передачи переключаются. Механизм переключения передач в автомобиле с «механикой» размещен на крышке корпуса КПП и состоит из рычага и ползунов с закрепленными на них вилками. Именно вилки в нужные моменты времени входят в пазы зубчатых муфт, или перемещают промежуточную шестерню заднего хода.

В автомобилях, оснащенных механической коробкой переключения передач имеется механизм, которого нет на машинах, оснащенных «автоматом» или «вариатором» – сцепление. Название механизма вводит в заблуждение: казалось бы, сцепление должно соединять что-то с чем-то, но получается наоборот. Для работы механической коробки передач необходимо разъединять маховик двигателя и первичный вал КПП. Вал коробки передач и маховик выполнены соосно, но для их разъединения между деталями находится ведомый диск сцепления. Когда педаль сцепления не выжата (иначе говорят, сцепление включено), диск соединяется с маховиком и в результате трения передает крутящий момент коробке передач. Если сцепление выключается, диск отводится от маховика, и у водителя появляется возможность переключить передачу. Когда педаль сцепления выжата не полностью, часть тяги все-таки переходит в КПП и установить нужную передачу невозможно – наверное, многие сталкивались с подобной ситуацией. Ведомый диск прижат к маховику нажимным диском под воздействием максимально жестких пружин, расположенных в кожухе (так называемой корзине) сцепления, который в свою очередь и соединен с передней стенкой корпуса КПП.

Привод выключения сцепления может быть как гидравлическим, так и механическим. Обычно механический привод используется в переднеприводных автомобилях, тогда как гидравликой чаще снабжены заднеприводные модели. На машинах с гидравлическим приводом на механизм выключения сцепления действует давление тормозной жидкости, которое создает главный цилиндр сцепления (ГЦС), и которое передается на рабочий цилиндр (РЦС). Гидравлика позволяет изменять контакт между маховиком и первичным валом КПП более плавно, чем механика, но она сложнее в обслуживании и ремонте.

Классическая механика считается менее капризной, чем гораздо более популярный в Приморье «автомат». Однако и при эксплуатации МКПП не следует забывать о простых правилах, позволяющих продлить «жизнь» агрегатов автомобилей: не трогаться резко, не «бросать» сцепление, вовремя переключать передачи, а самое главное, постоянно следить за состоянием всех деталей, своевременно проводить профилактические мероприятия и ремонт трансмиссии.

Двухрычажную подвеску стали применять еще в 30-х годах прошлого века, постепенно совершенствуя ее конструкцию. В конце концов она нашла свое место и на задней оси автомобиля, создавая гораздо больше удобств, чем зависимая рессорная.

Двухрычажная подвеска состоит из двух рычагов (как правило, треугольных), один из которых шарнирно прикреплен к подрамнику или раме, а второй обычно опирается на кузов. Между рычагами находится упругий элемент, задачей которого является гашение колебаний и в состав которого входят вертикально установленная пружина и телескопический амортизатор. По сравнению с популярной амортизационной стойкой Макферсона, двухрычажная подвеска обладает рядом преимуществ: из-за наличия подрамника или рамы кузов меньше подвержен воздействию неровностей дороги, кроме того, звуковой комфорт в салоне значительно лучше. Но есть у нее и свои недостатки: стоимость изготовления и обслуживания двухрычажной подвески существенно выше, кроме того, конструкторам становится все сложнее работать с деформируемыми зонами, обеспечивая достойную безопасность для водителя и пассажиров.

У «двухрычажки» есть некоторые особенности, от которых зависит поведение автомобиля на дороге. Один из важных параметров – это длина и расположение самих А-образных рычагов. Короткие рычаги одинаковой длины практически не встречаются, так как при прохождении колеса по неровности произойдет перемещение не только в вертикальном, но и в горизонтальном направлении, значит, на плохой дороге колея и направление движения будут изменяться произвольно и управление машиной будет потеряно.

В подвесках болидов Формулы-1 и спортивных машин высшей ценовой категории применяются длинные верхний и нижний рычаги, почти одинаковые по габаритам. В этом случае горизонтальное перемещение колес сводится к минимуму, к тому же на руку гонщикам еще одна особенность двухрычажной подвески – возможность регулировки углов развала и схождения. При такой схеме из-за длинного верхнего «треугольника» в моторном отсеке остается очень мало места, поэтому колеса спорткаров и располагают как можно шире. Часто независимая подвеска гасит колебания и задней оси, поэтому вследствие нехватки пространства подобные машины обычно строятся двухместными с очень маленьким багажным отделением.

Двухрычажная подвеска отличается неплохой управляемостью, хорошей плавностью хода и долгим временем работы при надлежащем качестве дорог. Обычно на серийных моделях нижний рычаг сделан длинным, а верхний для экономии пространства – коротким, и расположен он довольно высоко.

Toyota последние поколения таких моделей, как Camry, RAV-4 и Land Cruiser Prado, оснащает независимой двухрычажной подвеской. На Toyota Camry спереди за гашение колебаний от встречи с препятствием отвечают стойки Макферсона, а сзади – «двухрычажка», выполненная из высокопрочной стали. На городском внедорожнике RAV-4 схема аналогична предыдущей, но для увеличения объема багажника амортизатор под днищем установлен диагонально. Очень интересный вариант применен в Toyota Land Cruiser Prado последнего поколения – джип комплектуется электронной системой управления подвеской TEMS, в паре с которой работает задняя пневмоподвеска, а спереди огромные колесные арки скрывают именно «двухрычажку».

Стоимость ремонта и сроки службы подвески рассмотрим на примере Honda Civic 1992-1995 годов выпуска. Эта модель за несколько лет эксплуатации в наших дорожных условиях довольно хорошо зарекомендовала себя. Ее подвеска отличается неплохой плавностью хода, отличной управляемостью и, что немаловажно, поразительной выносливостью. Даже на наших дорогах «двухрычажка» на этой модели способна отходить без серьезного ремонта до 200 000 км. Первыми сдаются нижние шаровые опоры – от сильных ударов может погнуться палец. К счастью, они съемные. Их стоимость – до 2000 рублей за новую и порядка 1000 за контрактную. Верхняя опора выполнена как одно целое с верхним рычагом, но замены требует гораздо реже (новый рычаг в сборе обойдется в 4000 рублей). Кстати, развал передних колес не регулируется. Поэтому, если Civic побывал в аварии и геометрия кузова восстановлена неточно, повышенный износ передних покрышек и проблемы с управляемостью гарантированы.

Многие автосервисы предлагают услуги по регулировке углов развала и схождения колес, которые влияют на износ покрышек, первую операцию проводят только для двухрычажных подвесок. Схождением называют угол между плоскостью колеса и направлением движения. Развал – это угол между вертикалью и плоскостью колеса. Он считается отрицательным, если колеса направлены верхней стороной внутрь, и положительным – если верхней стороной наружу. Нулевой развал обеспечивает минимальный износ шин, а отрицательный – улучшает устойчивость в поворотах. Положительный развал применяется лишь в двух случаях – в стойке Макферсона (фиксированный) и в спортивных автомобилях, участвующих в кольцевых гонках.

На гашение колебаний влияют многие факторы, часть которых не зависит от свойств подвески (например, неверный подбор шин), но именно состояние упругих элементов и креплений существенно влияет на плавность хода и управляемость. Кроме того, важную роль играет масса деталей: чем легче материал, тем комфортнее езда. Так, все чаще находят применение рычаги из композитных материалов и алюминия.

Сначала – о рамных конструкциях. Рама – это прочная конструкция, к которой крепятся все остальные детали. Она может быть клепаной, сварной или литой. На заре автомобильной эпохи применялись клепаные несущие конструкции, и использовались они на легких автомобилях. Литые рамы применялись крайне редко, и то на небольших авто. А вот сварные конструкции находятся в производстве до сих пор, несмотря на всеобщее признание несущих кузовов, правда, сейчас ими оснащаются лишь серьезные внедорожники. Сварные рамы имеют ряд преимуществ: их части штампуются, большинство деталей сваривается между собой при помощи электросварки, а некоторые элементы делаются съемными (части, к которым крепится силовой агрегат, и те, которые находятся в наиболее часто подверженных деформациям местах). При покупке рамного внедорожника следует обратить внимание именно на несущую основу – с течением времени или при неблагоприятных условиях эксплуатации рама может треснуть или даже лопнуть, причем такие дефекты образуются в самых нагруженных местах. В результате повышаются вибрации, снижается комфорт от езды, и в скором времени рама может просто «сложиться». Исправить дефекты не сложно, но после ремонта несущей конструкции за ней придется тщательно следить.

Несущая рама пикапа Ford F-150

Одно из основных преимуществ рамной конструкции состоит в том, что основу и кузов можно собирать параллельно, соединяя практически полностью готовое шасси с отделанным салоном в последний момент. Кроме того, у такой машины после долговременной езды по плохим дорогам не будет перекосов дверных проемов и трещин на стойках лобового стекла. И еще немаловажный момент: если взять два внедорожника одного класса, – рамный и безрамный – и посмотреть на их склонность к опрокидыванию, то можно заметить, что первую машину перевернуть существенно сложнее, ведь у нее центр тяжести гораздо ниже.

Кузов с интегрированной рамой, Jeep Cherokee 1984

Кузов с интегрированной рамой – промежуточное звено между несущим кузовом и несущей рамой. Если нагрузки на автомобиль небольшие, необходимая жесткость создается кузовом, а на серьезном бездорожье или при езде по городским ямам часть нагрузки берет на себя подрамник, обычно идущий по всей длине автомобиля, но являющийся менее прочным по сравнению с несущей рамой. Первым в мире внедорожником с кузовом с интегрированной рамой является американский Jeep Cherokee, который появился в 1984 году.

Первый в мире автомобиль с несущим кузовом — Lancia Lambda 1922

Большинство современных легковых автомобилей имеют несущий кузов. Впервые такую конструкцию применили на итальянской Lancia Lambda 1922 года. Ее создатель (и по совместительству владелец фирмы) Винченцо Лянча обратил внимание, что у самолетов все детали крепятся непосредственно к фюзеляжу, и решил поэкспериментировать с автомобильным кузовом. Основой первого в мире несущего кузова являлся пол с тоннелем для карданного вала и мощными поперечинами, к которому приваривались вертикальные стойки, ограничивающие дверные проемы, и другие наиболее важные детали. К основе несущего кузова Lancia Lambda крепились внешние панели, не столь прочные, как каркас – та конструкция, которая была использована итальянцами в 1922 году, представляет собой скорее пространственную раму, чем полноценный несущий кузов. Несущий кузов является гораздо более «серьезной» на вид конструкцией, чем пространственная рама. По сравнению с ней, в полноценном несущем кузове упрочненными являются крыша, задние стойки, пол багажника, и, иногда, задние крылья. Но в любом случае, каждая из разновидностей безрамных конструкций должна выполнять определенные требования по эргономике, аэродинамике, надежности (в этом плане несущие кузова предпочтительнее), безопасности и прочности.

Из каких же материалов изготавливаются классические несущие кузова и пространственные рамы? Верх рамки лобового стекла и верхние части центральных стоек крыши делают из конструкционной стали. Дверные проемы и пол изготавливаются из стальных сплавов повышенной прочности; а более нагруженные вертикальные части рамки лобового стекла и поперечины, отделяющие салон от багажника – из прочной стали. Наконец, из особо высокопрочной стали делаются подмоторный каркас и балки, перед которыми ставятся бамперы. При этом внешние панели, не влияющие на пассивную безопасность, могут быть не только стальными, но и алюминиевыми, пластиковыми и даже стекловолоконными – применение таких материалов повышает стойкость к коррозии и снижает вес автомобиля в целом.

Несущий кузов Toyota Camry 2007 модельного года

Аэродинамика, то есть сопротивление воздуху, в большей степени зависит от второстепенных деталей (бамперов, капота, крышки багажника, крыльев, дверей и т.д.), чем от основы кузова, но привести ее на требуемый уровень возможно, лишь изменяя все детали. При расчетах автомобильных кузовов на аэродинамику учитываются всевозможные параметры, но обычно в технических характеристиках выставляется всего один из них – это коэффициент лобового сопротивления воздуху (Сх). У современных массовых легковушек Сх равен 0,28 – 0,40 (большие цифры обычно относятся к универсалам и минивэнам). Обратите внимание: реальный коэффициент лобового аэродинамического сопротивления всегда больше того, который заявлен производителем, но не более чем на 20%. Сейчас в автомобилестроении наблюдается следующая тенденция: прежде чем создавать даже пластилиновый макет будущего авто, в виртуальной аэродинамической трубе (то есть, в тоннеле с мощными вентиляторами) «продувается» его трехмерная модель. В случае чего, дизайнеры исправляют свои ошибки, и только после этого начинаются настоящие испытания. Макет автомобиля (обычно, в масштабе 1:1) обдувают потоком подкрашенного воздуха и следят за движением потока. Машина устанавливается на площадку с высокоточными весами, которые определяют такие параметры как подъемная и прижимающая сила. Интересный момент: при неудачно проработанной аэродинамике в движении нагрузка частично перераспределяется на заднюю ось, что относительно хорошо для заднеприводных машин, но плохо – для переднеприводных. В последнем случае расход топлива возрастает значительно, но и в первом случае автовладельцу придется больше тратиться на бензин или солярку.

Краш-тест Fiat Stilo по методике Euro NCAP

Кузов в значительной степени отвечает за пассивную безопасность автомобиля. В целях ее оценки, машины, как серийные, так и концепты, разбивают и сами производители, и специальные (обычно некоммерческие) организации. Логично, что автолюбители больше доверяют независимым экспертам, самый известный из которых – Euro NCAP. Специалисты из подобных организаций подсчитывают полученное автомобилем число баллов и переводят его в звезды (максимальная оценка Euro NCAP – пять звезд). Краш-тесты бывают самыми разными – от банального контакта с неподвижным препятствием и бокового столкновения с другим автомобилем до опрокидывания и искусственной «встречи» с деревом или столбом. Все верно – ведь нужно учитывать столкновения как с деформируемым, так и с недеформируемым препятствиями. Кстати, в качестве первого выступает барьер из алюминия, имитирующий встречную машину. А в роли участников аварии – манекены с подключенными датчиками (сейчас почти повсеместно используются американские Hybrid III, есть и модели, имитирующие несовершеннолетних пассажиров). Кроме того, методика Euro NCAP предусматривает и «встречу» манекена с несущейся на него машиной. В мире имеется ряд организаций, исследующих результаты краш-тестов. В Соединенных Штатах действуют две наиболее известные – это IIHS («Страховой институт дорожной безопасности», оценка ставится по четырехбалльной шкале) и NHTSA («Национальное управление по безопасности дорожного движения», у которой деление автомобилей на классы заметно отличается от методики Euro NCAP). В Японии изучением пассивной безопасности автомобилей занимается «Национальная организация автомобильной безопасности и помощи жертвам ДТП» (NASVA, ее методика называется JNCAP, и согласно ей, о препятствие разбивается не весь автомобиль, а только его кузов). «Австралийская автомобильная ассоциация» использует методику ANCAP, совпадающую с общепризнанной Euro NCAP, но классы автомобилей отличаются. При выборе автомобиля следует обращать внимание на баллы, полученные при разных краш-тестах, ведь в разных странах машины продаются в разных комплектациях, и только изучив итоги различных испытаний, можно прийти к выводу об уровне пассивной безопасности того или иного автомобиля.

Краш-тест KIA Cerato по методике Euro NCAP

Что же все-таки лежит в основе любого автомобиля? Двигатель? Кузов? Рама? Электроника? Тормозная система? На этот вопрос вряд ли можно дать однозначный ответ – без электроники машина может существовать, если убрать раму, все узлы можно прикрепить к кузову, а вот без тормозов, двигателя, кузова и коробки передач ездить вряд ли возможно. Что в машине самое главное, каждый решает сам. Но, несомненно, тип и конструкция кузова являются одними из наиболее важных критериев при выборе автомобиля.

В конце XIX века немецкий инженер Рудольф Кристиан Карл Дизель изучал теорию тепловых машин, и у него появилась идея – найти способ увеличения КПД двигателя. Он полагал, что для этого перед подачей топлива нужно сжать воздух под высоким давлением. В качестве топлива изобретенного им двигателя инженер применил частично очищенную нефть, которая была гораздо дешевле бензина. Ещё одним преимуществом стало отсутствие системы зажигания. В 20-х годах Роберт Бош, также немец, усовершенствовал топливный насос высокого давления и предложил его применение на дизельном двигателе. Это позволило отказаться от отдельного воздушного компрессора и увеличить скорость вращения. С тех пор дизели нашли применение не только в стационарных силовых установках, но на транспорте, в том числе автомобильном.

В дизельном двигателе воспламенение рабочей смеси происходит в результате самовоспламенения. Сначала в цилиндры подаётся воздух, который подвергается сильному сжатию, от чего температура в камере сгорания становится значительно выше температуры воспламенения солярки. Но «холодный» мотор запустить практически невозможно без предварительного подогрева камер сгорания (преднакала). Для этого используют свечи накаливания, по одной на каждый цилиндр. За подачу горючего из бака отвечает топливный насос высокого давления (ТНВД), он создаёт необходимое высокое давление, а количество подаваемого топлива зависит от регулятора насоса, работа которого в свою очередь, регулируется педалью акселератора. В определённый момент времени топливо впрыскивается через форсунки в вихревые камеры (их также называют форкамерами). Под воздействием сжатия солярка приобретает вихревое движение, что позволяет оптимально смешать её со сжатым воздухом. Для остановки дизельного двигателя служит электромагнитный клапан: при переводе ключа в замке в нужное положение, питание с клапана снимается, и он перекрывает подачу топлива.

Система питания двигателя состоит из бака, топливных фильтров, насоса ручной подкачки, перепускного клапана и топливопроводов. Один из самых важных и «капризных» узлов системы – ТНВД. Он должен подавать топливо под давлением 350 – 1600 бар (величина зависит от нагрузки на мотор). Для управления количеством подаваемой смеси используется только изменение подачи солярки, а количество воздуха остаётся неизменным. Прежде чем начнём описание основных типов насосов, нужно дать понятие, что такое плунжер. Плунжером называют поршень, длина которого значительно превышает диаметр, внешне он выглядит как длинный стержень, плотно примыкающий к стенкам цилиндра, в котором он перемещается, и эту деталь обычно используют именно в системах высокого давления, гидравлических цилиндрах и золотниках. Приводимый в движение кулачковым валом двигателя, плунжер вызывает повышение давления, а возврат механизма обеспечивается пружиной. Количество подаваемого топлива регулируется поворотом этого длинного цилиндра – спиральная выемка изменяет действительный рабочий ход, несмотря на постоянную величину поднятия. Активная работа насоса начинается, когда верхняя кромка плунжера закрывает впускное отверстие. В ТНВД используется одна из двух систем впрыскивания топлива – либо это насос с рядным расположением плунжерных пар, либо это насос распределительного типа. На большегрузных автомобилях обычно применяют рядные плунжеры, каждый из которых подаёт топливо к одному цилиндру, а также часто используется конструкция, которая способна регулировать фазы впрыскивания.

На малотоннажных грузовиках, микроавтобусах, минивэнах и легковушках действует второй тип подачи солярки. В насосах распределительного типа применяются механические или электронные регуляторы и интегральные устройства, управляющие углом опережения впрыскивания. Центральный плунжер приводится в движение кулачковым диском и создаёт давление, распределяя топливо по отдельным цилиндрам, а уже дозатор или электромагнитный клапан отвечают за количество подаваемого топлива. Элементы ТНВД должны быть изготовлены с высокой точностью для обеспечения точной подачи дизельного топлива, то есть, чтобы не «перелить» и чтобы не оставить цилиндры без горючего, а также для того, чтобы оно распределялось по цилиндрам равномерно. Значит, если с подачей солярки появляются проблемы, в первую очередь нужно смотреть именно топливный насос, или же форсунки, о которых речь пойдёт далее.

Форсунка (от английского force pump, то есть нагнетательный насос) – это устройство для распыления в данном случае жидкого топлива, которое предназначено для более полного сгорания горючего по сравнению с подачей бензина в классический мотор. То есть, форсунки служат не просто для подачи солярки, а для лучшего её смешивания с воздухом. Часто обладатели автомобилей с дизелями при выяснении неполадок винят в большом количестве дыма топливный насос, но это не всегда верно: ведь конечным элементом топливной системы являются именно форсунки, которые также работают под высоким давлением. Если давление открытия форсунки падает, то подача топлива начинается раньше, и в результате мотор начинает «коптить» – появляется чёрный дым. А если давление наоборот завышено – форсунка открывается позже, это приводит к появлению густого белого дыма. Поэтому важно время от времени заезжать на автосервис с целью прочистки топливной аппаратуры и регулирования не только момента впрыска, но и настройки каждой форсунки в отдельности.

Также, нередко находит применение и конструкция, в которой функции ТНВД и форсунки объединены – её называют насос-форсункой. Такой механизм устанавливается в головке каждого цилиндра, фактически насос-форсунка – это отдельный насос высокого давления для каждой камеры сгорания, который работает в паре с собственным механизмом впрыскивания горючего.

Компоненты системы впрыска Common Rail

В последнее время всё чаще используется так называемая система Common Rail – то есть система впрыскивания горючего с общим нагнетательным топливопроводом, который называют аккумулятором. Эта схема позволяет разделить функции создания давления и впрыскивания. В то же время появляется возможность увеличить давление впрыска и более точно управлять процессом сгорания. Основу Common Rail составляет резервуар, то есть аккумулятор, включающий компоненты общего распределительного топливопровода, линии подачи топлива и форсунки. Высокое давление распространяется через резервуар и топливопроводы к форсунке, при этом на нагнетание солярки затрачивается меньше мощности мотора, чем в других конструкциях, а за начало подачи топлива в цилиндры отвечает электронный блок управления. В настоящее время эта система подачи топлива применяется исключительно на мощных моторах с большим количеством цилиндров, но совсем недавно концерн Audi заявил об установке Common Rail на 4-цилиндровый дизель для кроссовера Q3, выпуск которого должен начаться в ближайшее время.

Каковы же важнейшие плюсы и минусы такого типа мотора? Во-первых, солярка стоит дешевле бензина, получить её гораздо проще. Во-вторых, на дизелях отсутствует система зажигания, следовательно, такие моторы меньше боятся влаги (вплоть до того, что способны работать, погруженные в воду – ну, если обеспечить при это подачу в двигатель воздуха). В-третьих, тяга таких моторов на низких оборотах значительно выше, чем у бензиновых. А недостатки их таковы: дизель необходимо прогревать значительно дольше «бензинки», то есть время для подготовки к поездке увеличивается, а плохое качество отечественного топлива заметно сказывается на сроке службы ТНВД и форсунок.

Разве что только то, что кузова этих автомобилей не поддаются коррозии – в основе первого лежит пластик, во втором случае – алюминиевый сплав. Нам же, простым автомобилистам, просто необходимо знать, как можно бороться с коррозией.

Выбирая двигатель, мы обращаем внимание на посторонние стуки, расход масла и многое другое. Состояние кузова нужно оценивать не только по наличию или отсутствию механических повреждений, но и по «возрастным изменениям», то есть по имеющимся очагам коррозии. На это стоит обращать внимание даже в случае покупки «беспробежного» авто, ведь рано или поздно в определенных местах краска начнет отслаиваться, и вместо блестящего покрытия машина будет покрыта бурым налетом. Прежде чем начать разговор о методах борьбы с коррозией и защиты от нее, узнаем, как образуется ржавчина.

Коррозия – это сложный химический процесс, на который влияют такие факторы как влажность, состав металла и даже атмосферное давление, поэтому, говоря об этом процессе, мы будем пользоваться некоторыми терминами из химии. Для того, чтобы коррозия возникла, металл (он играет роль электрода) должен контактировать с электролитом – воздухом, водой, или (не дай бог!) солью, которой зимой посыпают поверхность дороги. Окружающая среда также контактирует с другим электродом (например, с поверхностью земли или атмосферой), и в результате начинается процесс окисления, связанный с тем, что электроды имеют разные потенциалы. Это на занятиях химии опыты познавательны и зрелищны, а в нашем случае окисление губительно для автомобильного кузова. Скорость коррозии зависит от самых разных факторов, вплоть до того, что машина, большую часть времени своей «жизни» проводящая в движении, «сгниет» медленнее, чем та, которая долго стоит в гараже или на стоянке. Кстати, разрешим вопрос, где автомобиль лучше хранить: в закрытом помещении влияние окружающей среды ничтожно, поэтому лучше приобретать авто «гаражного хранения». Итак, узнаем о наиболее популярных способах защиты автомобильных кузовов от коррозии.

Кузов классических «Жигулей».

Черной штриховкой обозначены скрытые полости

Самый простой способ замедлить появление и течение (но не остановить их!) коррозии заключается в восстановлении лакокрасочного покрытия и нанесении специальных пленкообразующих составов. На первый взгляд кажется, что нанесение нескольких слоев грунтовки, краски и лака полностью изолирует металл от воздействия на него окружающей среды, но на самом деле при любой технологии нанесения покрытия остаются микропоры, через которые и проникает влага. Наиболее уязвимыми являются такие элементы кузова как внутренние поверхности порогов, рамки ветрового стекла, дверных стоек и колесных арок, то есть поверхности, называемые скрытыми полостями. Если в процессе заводской окраски кузова их еще можно защитить, то даже в условиях самой лучшей мастерской можно добраться не до всех из них. А ведь без таких элементов невозможно сделать даже кузов, не являющийся несущим. Узнаем, что нужно для защиты элементов автомобильного кузова. Во-первых, поверхность металла должна быть полностью очищена от ржавчины (по-научному она называется гидроокисью железа), при этом нужно использовать такие материалы как обезжириватели и преобразователи ржавчины. Во-вторых, при покупке защитного пленкообразующего состава (обычно в их основе лежит нефть) полезно уточнить, для какой детали он лучше всего подойдет – использовать придется несколько составов. Это связано с тем, что разные элементы находятся в разных условиях, например, днище больше всего страдает от ударов камней, а внутренние поверхности порогов – от влаги. Но все-таки, обновление лакокрасочного покрытия с нанесением защитных составов не является панацеей в борьбе с коррозией, в отличие от различных химических способов, в том числе и широко известного цинкования.

Эти химические способы называют протекторной защитой. В процессе коррозии менее активный металл, который называется анодом, окисляется, восстанавливая более активный – катод. В обычных условиях анодом является тот металл, из которого сделан кузов автомобиля, однако если обеспечить его контакт с более активным металлом, например, с цинком или хромом, кузовное железо становится катодом. При этом окружающая среда «нападает» на нанесенный металл. Наиболее выгодным с точки зрения экономики является использование цинка – он не только дешев, но и легок, а ведь даже небольшое увеличение массы автомобиля увеличивает расход топлива. Существует несколько известных методов цинкования – процесса, при котором металл покрывают тончайшим слоем цинка (обычно 6-9 микрометров) с одной или двух (реже) сторон. Горячее цинкование стали выполняется двумя способами: либо погружением готового автомобильного кузова или детали в расплав цинка, либо нанесением этого расплава на металл еще в процессе проката. Первый вариант предпочтительнее, ведь при сварке и штамповке деталей защитный слой повреждается, и коррозия начинается на сварных швах и на наиболее напряженных участках кузова. Другая разновидность процесса – гальваническое цинкование. Деталь или автомобильный кузов окунают в ванну с цинкосодержащим электролитом и подают электрический ток, под действием которого защитный слой цинка со всех сторон оседает на металлических поверхностях. При этом многие автопроизводители окунают в ванну с электролитом не весь его кузов, а только днище, это заметно удешевляет процесс, но делает автомобиль менее защищенным. Наконец, самый дешевый способ защитить кузов от коррозии при помощи цинка – это окраска или грунтовка металлических поверхностей специальными покрытиями, содержащими этот металл. Отметим, что цинкование значительно продлевает срок службы кузовов, но никакая защита не сможет полностью остановить процесс коррозии.

Процесс оцинковки современного кузова на конвейере

Одним из наиболее действенных методов в борьбе с коррозией является электрохимическая защита кузова. Устройства, подобные тому, о котором мы расскажем далее, имеются в автомагазинах, кроме того, конструкция не так уж сложна, и их можно изготавливать самостоятельно. В отличие от протекторной защиты, при электрохимическом методе анод охватывает не всю поверхность кузова, а только участки, наиболее подверженные коррозии. Принципиальная установка состоит из нескольких резисторов, которые повышают электрический потенциал соединенных с ними пластин металла до величины, несколько большей, чем 0,5 В (таким образом, превышая потенциал железа – 0,44 В). Устройство подключается к аккумуляторной батарее и работает постоянно, при этом не потребляет много энергии. Пластины металла, становящиеся под действием электричества анодами, устанавливаются на очищенные от ржавчины и лакокрасочного покрытия поверхности кузова при помощи эпоксидной смолы (клей не должен проводить электричество, иначе устройство наоборот ускорит коррозию). На кузов легкового автомобиля хватит 15-20 пластин, и их нужно устанавливать в такие места как внутренние поверхности крыльев, порогов, пространство под сиденьями в салоне, под капот, в багажник и в двери. Чем больше пластин металла будет установлено, тем большая часть поверхности кузова окажется под защитой. Те устройства для электрохимической защиты, которые имеются в продаже, дополнительно имеют ряд светодиодов, сигнализирующих о работе каждого из анодов.

Основа кузова Nissan Almera Classic

Известно, что после аварии деформированные, даже восстановленные до исходных размеров, детали ржавеют гораздо быстрее. Это связано с наличием разрушающих железо изнутри внутренних напряжений, которые можно нейтрализовать двумя последними способами – применив электрохимическую защиту или воспользовавшись цинкосодержащей грунтовкой.

Мы узнали, как образуется ржавчина, и познакомились с методами, позволяющими ее устранить и остановить. Но может возникнуть вопрос: практически все пользуются японскими машинами, надежнее их – еще поискать, так зачем что-то изобретать? Для ответа на этот вопрос приведем некоторые данные об антикоррозионной стойкости современных автомобилей, полученные после независимого исследования, проведенного в шведском Институте коррозии. Оценки изученным машинам ставились по четырехбалльной шкале. Высший балл получили такие авто как Audi A4, Volkswagen Polo и Volvo S60. Оценками «хорошо» довольствуются несколько моделей BMW, Mercedes-Benz, и две японских модели – Mitsubishi Carisma и Toyota Prius. «Удовлетворительно» шведские эксперты поставили Honda Accord, Subaru Legacy, Toyota Celica и Vitz второго поколения. Но в списке под названием «Неудовлетворительно» японских машин больше всего, и популярные Honda Civic, Mazda Demio, Mitsubishi Lancer, Nissan March и Toyota Corolla в этом числе. Так что не стоит думать, что дополнительная защита нашим железным лошадкам не требуется. Зато теперь мы знаем, что нужно делать, чтобы внешний вид автомобиля радовал глаз долгие годы и при продаже стал преимуществом, а не недостатком.

Одним из основных элементов классической АКПП является планетарная передача. Удивительно, но эта деталь использовалась еще в легендарном Ford model T 1908 года. Правда, в машине, которая «поставила Америку на колеса», передачи включались вручную, а вот двумя годами ранее – в 1906 – все те же американцы из компании Cadillac начали продажи первого в мире автомобиля, оснащенного полностью автоматической трансмиссией. КПП этих машин были трехступенчатыми, а переключение передач осуществлялось при помощи гидравлики, то есть при помощи давления рабочей жидкости. Долгие годы гидравлическое управление применялось повсеместно, но в последнее время за переключение передач отвечают электронные блоки управления.

Условно автоматическую коробку передач можно разделить на две части – собственно планетарную коробку передач и гидротрансформатор. Крутящий момент от двигателя автомобиля передается довольно сложному гидротрансформатору, который преобразует вращение в зависимости от режима движения или вообще может не передавать вращение.

В механической коробке передач в постоянном зацеплении находятся шестерни ведущего, ведомого и промежуточного валов, и нужное передаточное отношение получается при соединении ведомого вала с той или иной парой шестерен, тогда как в «автомате» выбор режима движения реализуется блокированием определенных шестерен планетарных передач. Что же такое – планетарная передача? В состав планетарного редуктора (см. Рис. 1) входит солнечная шестерня (именно она получает преобразованный крутящий момент от гидротрансформатора), соединенные с ней при помощи водила сателлиты (обычно их три или четыре), которые, в свою очередь зацеплены с коронной, или кольцевой, шестерней. На каждом из элементов планетарной передачи имеются фрикционные (реже – ленточные) тормоза, которые позволяют заблокировать ту или иную часть механизма.

Рассмотрим три примера. В первом случае нам нужно получить повышенную передачу. Посмотрим внутрь механизма: кольцевая шестерня зафиксирована, и крутящий момент с солнечной шестерни передается сателлитам, вращающимся с большей скоростью, водило «собирает» вращение сателлитов и вращается со скоростью, большей, чем была первоначально. Передача получается понижающей, если зафиксировать водило – «помогавшие» нам ранее сателлиты вращаются, заставляя двигаться кольцевую шестерню, и вращение это получается медленным. Наконец, узнаем, как получается прямая передача. Здесь все очень просто: при помощи фрикциона между собой фиксируются водило и кольцевая шестерня, и потерь на трение и вращение неактивных элементов нет. Очень важный вопрос: «снятое» с какого из элементов вращение передается на карданный вал, раздаточную коробку или приводы? Если мы блокируем какую-либо часть механизма, то вращение «снимается» с незаблокированной части. Скажем, фрикционы заставляют водило стоять на месте, а колеса получают вращение, «снятое» с кольцевой шестерни. В случае с прямой передачей планетарный редуктор можно мысленно отбросить, роль коробки передач играет гидротрансформатор (о нем – далее). Рассмотренный на рис. 1 планетарный редуктор представляет собой трехступенчатый агрегат, но в большинстве современных автомобилей передач гораздо больше. Для улучшения условий работы двигателя, снижения расхода топлива и получения хорошей динамики в АКПП устанавливают не по одному планетарному редуктору, а чаще всего по два или более, и нередко вторые и третьи планетарные редукторы не имеют понижающих передач. Выходит, что прямая для второго редуктора передача получается более «скоростной», чем повышающая передача первого механизма, а понижающая передача второму редуктору не требуется, так как вращение «снимается» с него не всегда.

Остановимся подробнее на фрикционах – от их работы отчасти и происходит переключение передач. Каждому из нескольких планетарных редукторов современных АКПП требуются пакеты фрикционов – наборы из подвижных и неподвижных тонких металлических колец. Подвижные кольца соединены с вращающимися элементами редуктора, и когда электроника создаст давление жидкости в нужной магистрали «автомата», неподвижные диски соединятся с подвижными, останавливая, например, водило или кольцевую шестерню. Таким образом и происходит автоматическое включение передач. Электронный блок управления коробкой передач отслеживает скорость автомобиля и обороты двигателя, а главными критериями перемены передач являются экономия топлива и поддержание оптимального режима работы мотора. Системы управления современными АКПП могут даже анализировать степень износа пакетов фрикционов и изменять давление для включения той или иной передачи, что существенно повышает ресурс работы «автоматов». При этом электроника фиксирует степень износа элементов, и при прохождении диагностики (это особенно полезно при покупке машины) неисправность коробки передач легко можно увидеть. Для создания давления, необходимого для переключения передач, служит специальный насос, а между магистралями коробки передач жидкость распределяют электромагнитные клапаны. Создаваемое насосом давление очень высоко, и развить его путем буксирования автомобиля невозможно, поэтому «автоматные» автомобили не заведешь «с толкача», так что их владельцам следует особое внимание уделять заряду аккумулятора.

А как же дела со сцеплением? Ведь если двигатель и рассмотренная нами АКПП неразрывно связаны, при включении передачи и остановке автомобиля силовой агрегат непременно заглохнет. Значит, нужно устройство, которое могло бы в определенные моменты разъединять мотор и трансмиссию, и это устройство – гидротрансформатор – входит в состав самой трансмиссии. Механизм состоит из трех основных частей – центробежного насоса, колесо которого жестко соединено с маховиком двигателя, центростремительной турбины (в свою очередь, она передает преобразованное вращение планетарной коробке передач) и расположенного между ними реактора, который позволяет полностью заблокировать передачу крутящего момента.

Насосные и турбинные колеса гидротрансформатора не соединены друг с другом – между ними имеются минимальные зазоры. Вращение передается при помощи масла, которое попадает с лопаток насосного колеса на лопатки колеса турбинного. Форма рабочих поверхностей элементов выполнена так, что даже при отсутствии жесткой связи между колесами рабочая жидкость циркулирует по непрерывному кругу. Конструкция из центробежного насоса и центростремительной турбины позволяет передавать вращение и не выключать передачу при остановке автомобиля, а для изменения крутящего момента служит реактор. Если на турбинном колесе требуется повысить крутящий момент (например, при старте с места), реактор останавливается, такой режим работы называется гидротрансформаторным. Форма лопаток реактора позволяет при возвращении масла из турбинного колеса в насосное создавать дополнительное сопротивление, с каждым разом все увеличивая и увеличивая скорость движения жидкости. Когда скорость «разогнавшегося» турбинного колеса приближается к скорости колеса насосного, реактор тоже начинает вращаться, не создавая помех при движении рабочей жидкости и позволяя поднять КПД «автомата». В таком случае гидротрансформатор работает в режиме гидромуфты.

Такова общая схема работы классической АКПП. Осталось только разобраться, чем режим «D» отличается от режимов «2» или «Sport». В первом случае электроника управляет переключением передач по стандартной программе, а вот режимов, также отвечающих за движение вперед, очень много, и каждый из них рассчитан на определенный стиль вождения (например, уже упомянутый «S») или дорожные условия (например, в режиме «2» АКПП не может переключиться выше второй передачи). Другой известный и популярный у японских автопроизводителей режим – Overdrive. Когда «Овердрайв» включен, «автомат» переключается на повышенную передачу раньше, чем обычно, при этом теряется динамика, но появляется лучшая стабильность движения. А для обгонов и других маневров, в которых требуется максимальная отдача от двигателя, служит Kick-down. Он позволяет в один момент перейти на пониженную передачу, и для его включения требуется резко «ударить» по педали акселератора.

В последнее время производители автоматических трансмиссий стремятся оснастить свои творения максимальным числом передач, это делается для получения более плавного разгона и сокращения расхода топлива. Например, восьмиступенчатая АКПП позволяет сэкономить до 14% горючего по сравнению с шестиступенчатой «сестрой». Но довольно низкий КПД «автоматов» вполне может поставить крест на этом виде коробок передач, и, возможно, довольно скоро большинство автомобилей в мире будут оснащаться вариаторами или роботизированной «механикой».

Известно, что коробки передач бывают трех видов: классическая механическая, гидротрансформаторная автоматическая (известная как АКПП) и бесступенчатая вариаторная (трансмиссия CVT). Они были внедрены далеко не вчера. А вот в современной технологии, которая получила название «КПП с двумя сцеплениями», совмещены многие преимущества уже знакомых конструкций.

Как известно, современные европейские и корейские авто в своем большинстве оснащаются механическими КПП, а американские и японские – автоматическими. В первом случае в преимущества узлам можно записать надежность, топливную экономичность, высокий КПД и возможность быстрого переключения между ступенями, а во втором – комфорт и отсутствие потери мощности при переключении. В последние годы инженеры (в основном из европейских стран) стали работать над совмещением плюсов разных технологий, и практически одновременно были анонсированы и запущены в производство автоматические коробки переключения передач с двумя сцеплениями.

Первым «дорожным» воплощением машины с новым типом трансмиссии стал хетчбэк Volkswagen Golf R32 2003 года, поэтому с автоматической КПП с двумя сцеплениями целесообразно ознакомиться на примере технологии этого концерна DSG (Direkt-Schalt-Getriebe). Кстати, такая коробка передач стоит и на модели Scirocco 2009 модельного года, о которой можно прочесть здесь. Принципиально такая КПП состоит из двух практически независимых друг от друга механических коробок с их рядами передач, шестернями и сцеплениями. Правда, сцепления эти напоминают фрикционы обычного «автомата» тем, что они выполнены как многодисковые муфты и помещены в специальное масло, отчего и называются «мокрыми». У импровизированных механических КПП первичные валы находятся на одной оси (их диаметры различаются), и, соответственно, разные по диаметру муфты сцепления помещены на этой оси. В случае с коробками интересующего нас типа сцепления работают не одновременно, а по очереди, передавая крутящий момент от маховика двигателя на нужный ряд передач.

В такой коробке передач сцепления включаются не параллельно, а по очереди

В свою очередь, к каждому из первичных валов подходит свой вторичный вал, на котором и расположены шестерни, отвечающие за выбранную передачу. Вторичные валы передают крутящий момент на дифференциал через принадлежащие им ведущие шестерни главной передачи. Как и в случае с КПП привычных типов, новинка может работать в паре с раздаточной коробкой, и она пригодна для использования в полноприводных автомобилях.

Рассмотрим 6-ступенчатую трансмиссию DSG: на одном вторичном валу расположены шестерни, позволяющие включить первую, третью, пятую и заднюю скорости, а другой вал включает вторую, четвертую и шестую передачи. Принцип работы коробки с двумя сцеплениями заключается в последовательном включении передач обоих рядов. Машина движется на первой (одна муфта включена, один первичный вал сцеплен с маховиком), при этом на другом первичном валу уже включена вторая (муфта выключена), и в нужный момент сцепления меняются положениями, тогда на первом (уже «свободном» от маховика валу) включается третья передача. «В один момент» – на выполнение этой операции уходит гораздо меньше времени (всего около 8 миллисекунд), чем в случае с классическим «автоматом». Это и есть одно из преимуществ технологии DSG.

Управляющий модуль, состоящий из электронного блока и электрогидравлических компонентов

Кто или что отвечает за переключение передач и работу двойного сцепления? Это управляющий модуль, состоящий из электронного блока управления и электрогидравлических компонентов системы управления. Инженеры Volkswagen назвали этот модуль Mechatronik. Устройство имеет как собственные датчики, так и соединяется с шиной данных, получая практически полную информацию о движении в данный момент. За счет этого, например при прекращении давления на «газ» на четвертой передаче, система дает шестерням «свободного» вала команду переключиться не на пятую, а на третью. В состав модуля управления входят гидроцилиндры (два из них отвечают за муфты сцепления), клапаны-регуляторы давления и клапаны переключения передач.

Все компоненты коробки передач DSG включены в общий контур циркуляции масла, куда, помимо всего прочего, включены создающий давление насос (у автомобилей Volkswagen его производительность составляет 100 литров в минуту) и радиатор. Блок управления устройством Mechatronik запрограммирован так, что при снижении давления масла в магистрали, износе фрикционов в муфтах сцепления и даже при небольшом истирании шестерен валов он способен адаптироваться для обеспечения нормальной работы коробки передач. Управляющий электронный модуль должен сохранять работоспособность при температуре воздуха от -40 до +150 градусов по Цельсию, а также выдерживать вибрационные нагрузки до 33,00 g. Такие жесткие требования вызваны большим количеством датчиков, но их расположение внутри узла объясняется отсутствием большого числа внешних разъемов и проводов.

Гидравлические компоненты КПП с двумя сцеплениями, или «роботизированной механики»

Для включения нужной передачи в автоматической КПП с двумя сцеплениями используются вилки и синхронизаторы, известные по механическим коробкам. Но в данном случае вилки (по одной на две передачи) перемещаются под действием усилий не со стороны тяг и рычагов, а со стороны давления масла. Передачи могут переключаться как в автоматическом, так и в ручном режимах, при этом в последнем случае механизм реализуется либо рычагом селектора КПП, либо подрулевыми переключателями.

Важный плюс нового типа трансмиссии, который еще называют «роботизированной механикой», состоит в непрерывности потока мощности. Он выражается и в отсутствии рывков при переключении, и – самое главное – в экономичности: 6-ступенчатая коробка DSG потребляет на 10% меньше топлива в городском цикле, чем 5-ступенчатая гидротрансформаторная трансмиссия. Коробка с двумя сцеплениями, в отличие от такого же экономичного вариатора, может выдержать огромные крутящие моменты, на которые способны «заряженные» и настоящие гоночные автомобили. Вывод: положительных моментов у новой технологии масса, а из отрицательных отметим лишь сложность ремонта и возможную ненадежность при эксплуатации в условии российских зим, поэтому неудивительно, что эксперты прочат коробке передач с двойным сцеплением долю рынка в 25% в течение трех лет. Поверим или проверим?

Роторно-поршневой двигатель (РПД) работает за счет преобразования тепловой энергии сгорающих газов в механическую при помощи ротора, совершающего вращательное движение вокруг неподвижного корпуса. Сейчас, по сути, единственная альтернатива ДВС без кривошипно-шатунного механизма – это именно «ротор», история которого началась еще в XVI веке, всего было выдано несколько тысяч патентов на постройку подобных механизмов, а первый практически пригодный образец появился лишь в 1957 году. Изобретателем этого мотора стал немец Феликс Ванкель, любивший конструировать что-нибудь интересное, самостоятельно изучивший теорию двигателестроения, но не имевший даже среднего технического образования. В 1927 году была опубликована концепция «машины с вращающимися поршнями» (названная DKM), а в 1936-м на нее был получен патент. Другая технология, предусматривающая иное вращение ротора, была названа KKM, именно по ней и строятся современные двигатели, называемые «ванкелями».

Сам Феликс Ванкель считал, что та конструкция, которая применяется сейчас не только в автомобилях, – это далеко не предел его мечтаний. Концепция KKM – уже шаг вперед по сравнению с первой технологией: изменился принцип вращения, из-за чего пришлось добавлять в конструкцию противовесы, зато ресурс от этого заметно повысился, а свечи располагались уже не на вращающейся детали, а на корпусе. Точно так же, как и в классических моторах, здесь используется четырехтактный принцип действия, то есть лишь одна из четырех операций является полезной для движения. Для воспламенения горючей смеси, равно как и в обычном бензиновом двигателе, применяется система зажигания, системы запуска и смазки также аналогичны тем, о которых мы рассказывали ранее. Из-за низкой степени сжатия топлива в РПД невозможно построить такой агрегат, питающийся соляркой. В отличие от уже описанных конструкций, «ванкелю» не нужен газораспределительный механизм, а количество деталей, уходящих на его изготовление, меньше на 35-40 %. «Ротор» практически не вибрирует при работе, он более компактен, а вес примерно в 2 раза меньше, чем у аналога с кривошипно-шатунным механизмом (в который, напомним, входят такие массивные детали, как поршни, коленвал и маховик).

Перейдем к конструкции двигателя. Описывая этот силовой агрегат, приходится пользоваться несколько другими понятиями, чем при рассказе о классическом бензиновом моторе. Деталь, сжимающая топливо (а здесь выполняющая и несколько других функций), называется не поршнем, а ротором, и представляет собой в поперечном разрезе равнобедренный треугольник с «зализанными» углами. Роль камеры сгорания выполняет статор, в разрезе выглядящий, как сильно скругленный прямоугольник, на одной из больших сторон которого имеются отверстия для впуска горючего и выпуска отработавших газов, а на другой – место для свечи зажигания. Саму пару «ротор-статор» называют не цилиндром, а секцией (в современных автомобилях применяют 2- и 3-секционные «ванкели»).

Ротор жестко соединен не только с валом, передающим полезную энергию коробке передач, но и с зубчатым колесом. В свою очередь, оно зацепляется с неподвижной шестерней, как бы «обкатываясь» вокруг той. Выходит, что внутри статора с попарно равными сторонами движется ротор, все стороны которого одинаковы, но при этом в зависимости от положения последнего в первом отсекаются совершенно разные объемы. Это связано с тем, что воображаемые углы подвижной детали вращаются не просто по окружности, а по сложной математической кривой – эпитрохоиде – «следу» одной окружности, катящейся по другой. О рабочем механизме двигателя мы говорим как о треугольнике потому, что практическое применение нашли трехгранные роторы. В силовых установках автомобилей, лодок, малых самолетов и других средств передвижения отношение радиусов шестерни и подвижного зубчатого колеса составляет 2:3. Работа РПД очень интересна: без использования ГРМ выполняется обычный 4-тактный цикл, но в одной секции одновременно происходит три операции. Например, когда в одном из отсеченных объемов за счет разницы давлений происходит впуск горючей смеси, во втором выхлопные газы выталкиваются в атмосферу, а в третьем – смесь сжимается перед воспламенением.

Таким образом, становится понятно, что и односекционный «ротор» способен приводить в движение легковой автомобиль (например, двигатель первой в мире серийной машины, в которой использовали новую конструкцию – NSU Spider 54 1964 года, – был именно односекционным, а первый действующий агрегат 1957 года развивал 29 л.с. при 17 000 об./мин.), но увеличение числа рабочих пар связано, в первую очередь, с желанием повысить ресурс, снизив обороты. Но одним из главных недостатков РПД является высокий расход масла (до 0,1 л на 100 км пробега), который связан с конструктивными недостатками герметизации камер сгорания. Она обеспечивается радиальными и торцевыми уплотнительными пластинами, прижимаемыми к стенкам статора центробежными силами, давлением газов и ленточными пружинами. Ресурс уплотнителей довольно мал из-за несовершенства используемых в наше время материалов. Не менее важным «минусом» считается высокий расход топлива – на легковом автомобиле он может достигать 20 литров на «сотню», а в связи с низкой степенью сжатия в окружающую среду попадает много несгоревшего горючего.

Это интересно! Роторный двигатель принес единственную за всю историю победу японскому автомобилю в классе прототипов на престижнейших соревнованиях на выносливость «24 часа Ле-Мана». В 1991 году Mazda 787B, оснащенная 2,6-литровым 4-роторным двигателем мощностью 700 л.с., завоевала награду, пройдя всю гонку со средней скоростью 205,333 км/ч. Зато «ванкель» более прост в ремонте, чем обычный ДВС, а его капитальный ремонт чаще всего сводится к замене всех уплотнителей в каждой из секций, а также роторов. Конечно, для механика, работающего с классическими моторами, ремонт новой конструкции займет много времени, но в Дальневосточном регионе достаточно грамотных специалистов, работающих с двигателями «Мазда» RX-серии. Раз уж упомянута эта линейка японских автомобилей, остановимся на них подробней. Вообще, первые модели Mazda с «роторами» появились в 1960-х годах, сейчас их продано уже более 2 миллионов по всему миру, а в Приморье в конце 1980-х стали привозить такие машины, как Mazda Cosmo. Сейчас популярными представителями класса у нас являются RX-7 и RX-8. Для этих спортивных машин нормой расхода масла считается 0,4-0,6 л на 100 км, но даже такие современные моторы очень требовательны к его качеству и составу. Двигатель Renesis, применяемый на выпускаемой ныне RX-8, «любит» только минеральное масло, от синтетики или полусинтетики быстро разрушаются уплотнители, значит, расход масла увеличивается, а ресурс силового агрегата резко снижается.

Итак, рассмотрен третий, последний из наиболее часто применяемых типов автомобильных моторов, стоящий в этом списке на последнем месте по степени востребованности, но не по сумме своих показателей. С одной стороны, «ванкель» опережает конкурентов с кривошипно-шатунным механизмом в отношении массы, размеров, простоты ремонта, но с другой – считается «грязным» в части выхлопа и неэкономичным. Но не стоит забывать, что классическому бензиновому и дизельному моторам уже больше сотни лет, а «машина с вращающимися поршнями» перестала считаться экзотикой лишь в конце XX века. Наука не стоит на месте.

Только представьте, что из-за одной или двух не горящих ламп наружного освещения или из-за «не подсвеченных» приборов с их важными данными может случиться авария… Нет, лучше уж заранее позаботиться о работоспособности и долговечности установленных в автомобиле ламп! Для начала познакомимся с устройством и принципом работы ламп накаливания, чтобы узнать, на что следует обращать внимание при выборе.

Законы физики

В лампах используется эффект нагревания нити накаливания, которая с точки зрения физики является проводником, при протекании через нее электрического тока. Нагрев вызывает электромагнитное тепловое излучение, которое становится видимым при достижении нитью температуры в несколько тысяч градусов Цельсия. В реальных условиях температура нити накаливания достигает 2300-2900 градусов, при этом лампы испускают свет, который кажется более желто-красным, чем естественный, дневной свет. Для того, чтобы проводник не плавился, его изготавливают из таких материалов как вольфрам и – гораздо реже – осмий, а для предотвращения окисления нити ее помещают в стеклянную колбу, заполненную нейтральным газом. Обычно это аргон, но если лампы несут особые функции или работают в необычных условиях, применяются и другие среды. Автомобильные лампы обычно делают бесцокольными, это связано с тяжелыми условиями их работы, а вот авторство используемого в быту цоколя с резьбой принадлежит знаменитому Томасу Эдисону.
Цокольная автолампа
Модные в последнее время галогенные лампы отличаются от классических ламп тем, что в их буферном газе присутствуют пары галогенов – брома и йода, которые предотвращают испарение вещества с нити накаливания. Таким образом удается достичь сроков службы лампы в 2000-4000 часов. Другой важный плюс галогенных ламп – компактность, связанная с отсутствием вольфрама на стеклянной колбе, то есть, у таких источников света нет почернения стекла. А новейшей из внедренных в массовое производство технологий считается создание IRC-галогенных ламп. Колбы этих ламп имеют специальное покрытие, пропускающее видимый свет и задерживающее инфракрасное излучение. За счет этого уменьшаются теплопотери и увеличивается эффективность источника света. IRC-галогенные лампы потребляют энергии на 45% меньше своих галогенных «собратьев», зато служат до двух раз дольше.
Бесцокольная автолампа
В реальных условиях КПД лампы накаливания составляет примерно 5%, но даже столь малой цифры удается достичь только при должном качестве изготовления источника света и использовании подходящих материалов при изготовлении. Известно, что понижение подаваемого на лампу напряжения значительно снижает светимость, зато положительно сказывается на долговечности. Напряжение на клеммах аккумулятора обычной легковушки составляет 12 вольт, а включение световых приборов без запуска двигателя приводит к понижению этой характеристики. Поэтому известный еще нашим дедам способ заводить автомобиль зимой только после того, как пару минут погорели фары, чтобы «оживить» остывший аккумулятор, даже на современных автомобилях с их электронными системами не вызовет негативных последствий. А вот превышение номинального напряжения «на борту» для ламп наоборот губительно – при увеличении напряжения на 20% срок службы лампы уменьшается на целых 95%. Поэтому за состоянием электрооборудования автомобиля следует следить хотя бы с тем, чтобы не остаться без освещения.
И законы здравого смысла Теперь перейдем непосредственно к вопросу выбора качественных и долговечных автомобильных ламп. «Зачем нужно столько теории?», – спросят некоторые, на что мы ответим, что автолюбитель отличается от просто водителя не только умением управлять машиной, но и желанием разобраться в устройстве каждой ее детали. Прежде чем что-то приобрести, автолюбитель всегда обозначит все «за» и «против». Так сделаем и мы. Первым пунктом при выборе автомобильных ламп является их происхождение. Следует обращать внимание только на поставляемые в нашу страну официально и сертифицированные Госстандартом РФ изделия. Лучше всего доверяться производителям с громкими именами, в ассортименте которых нужную лампу найдет каждый – владелец отечественной, японской, американской, немецкой или любой другой машины, а также мотоцикла. При обращении к поставщику фирменных изделий в поисках нескольких разных автоламп не придется оббегать кучу торговых точек. Далее, качество свечения ламп. Оно напрямую зависит от уровня производства и применяемых технологий. В свою очередь, именно от этого фактора зависит безопасность в темное время суток. Некачественный источник света может давать либо слишком тусклое свечение, либо светить совсем не в том направлении, которое требуется. И только фирменное изделие выдаст приятное для зрения и максимально яркое освещение дороги. Всей дороги, а не только проезжей части – будут «подсвечены» и правая обочина, и дорожные знаки и указатели, и идущие по тротуару пешеходы. Словом, только качественные автолампы становятся настоящими «глазами» автомобиля. Один из главных параметров оценки качества ламп – яркость свечения. В случае с фирменным изделием одного из японских производителей (по данным самой компании, проводившей эксперимент) она составляет 1070 люмен на ближнем свете и 1690 люмен на дальнем, а подделка под этот товар способна выдать только 850 и 1285 люмен соответственно. На практике эти цифры означают, что с качественной лампой фара освещает дорогу на «ГОСТовском» расстоянии 20 метров на ближнем свете и на 60 метров на дальнем, а при использовании неизвестного изделия ближний свет ограничивается пятнадцатью метрами, а дальний не «дотягивает» и до сорока. В последнем случае машина получается «близорукой»… Нестабильность качества изготовлений ламп также может негативно отразиться на обстановке в салоне – слишком яркие «левые» источники света в подсветке приборов или в салонных плафонах способны отвлечь от ситуации на дороге, а наоборот тусклые лампы могут не дать разглядеть показания датчиков. Другой важный фактор при выборе автоламп – отсутствие возможности освещения «встречки». На это влияет такой параметр как размах освещения. Пучок света качественных автоламп направлен не к «горизонту» и прямо, а несколько ниже и правее (чтобы освещать ближнюю обочину). В случае с некондиционными изделиями нужное направление практически невозможно «отловить», значит, при использовании «левых» автоламп водители встречных машин наверняка будут «ослеплены», и кто знает, не станет ли это причиной серьезной аварии… Также известно, что поддельные автолампы не отличаются экономичностью. Только представьте, что всю ночь вы были в дороге, а генератору приходилось отдавать больше тока для питания электрооборудования, чем если бы на автомобиле стояли фирменные лампочки. Неудивительно, что после такой поездки генератор «прикажет долго жить», а силовые провода оплавятся… Вот и еще один аргумент в пользу качественных автоламп.
Качественные автомобильные лампы уж точно не подведут автолюбителей. К преимуществам подобных источников света относятся контроль качества при производстве, применение изготовителем новых технологий и широкий выбор изделий для каждой машины. Как мы уже говорили, от освещенности автомобиля напрямую зависит ваша безопасность на дороге. Зачем же ей пренебрегать?