Четырёхтактный цикл

Воздух, топливо, искра и сила

Двигатель внутреннего сгорания преобразует химическую энергию топлива в механическое движение. Подавляющее большинство бензиновых двигателей используют четырёхтактный цикл, изобретённый Николаусом Отто в 1876 году. Каждый цилиндр повторяет четыре такта: два вверх, два вниз — на каждое событие рабочего хода.

Такт 1: Впуск: Поршень движется вниз, впускной клапан открывается, и в цилиндр засасывается точно дозированная смесь воздуха и топлива. В современных двигателях используется впрыск топлива: управляемая компьютером форсунка распыляет атомизированное топливо во впускной канал или непосредственно в цилиндр.

Такт 2: Сжатие: Оба клапана закрываются, и поршень движется вверх, сжимая топливовоздушную смесь в небольшом пространстве в верхней части цилиндра. Типичный бензиновый двигатель имеет степень сжатия около 10:1, то есть смесь сжимается до одной десятой от своего первоначального объёма. Сжатие повышает температуру и давление смеси, повышая эффективность сгорания.

Такт 3: Рабочий ход (Сгорание): В верхней точке такта сжатия свеча зажигания даёт искру. Искра воспламеняет сжатую топливовоздушную смесь, которая быстро сгорает и расширяется, толкая поршень вниз с огромной силой. Это единственный такт, который производит мощность: остальные три — это подготовка и очистка.

Такт 4: Выпуск: Выпускной клапан открывается, а поршень движется вверх, выталкивая отработанные газы сгорания из цилиндра в выхлопную систему. Затем цикл повторяется.

Рабочий объём — это суммарный объём, который проходят все поршни за один полный цикл. Двигатель объёмом 2,0 литра имеет цилиндры, которые суммарно вытесняют 2 литра объёма. Больший рабочий объём обычно означает большую мощность, но и больший расход топлива.

Степень сжатия — это отношение объёма цилиндра в нижней точке хода поршня到 объёму в верхней точке. Более высокая степень сжатия извлекает больше энергии из топлива, но требует бензина с более высоким октановым числом, чтобы предотвратить детонацию: неконтролируемый взрыв, который может повредить двигатель.

Диагностика пропусков зажигания

Клиент привозит четырёхцилиндровый автомобиль. Двигатель работает неравномерно и трясётся на холостом ходу. Горит лампочка Check Engine, а диагностический сканер показывает код ошибки пропуска зажигания в третьем цилиндре. Двигатель работает на трёх цилиндрах вместо четырёх.

Трансмиссия, дифференциал и схема привода

Передача мощности на колёса

Двигатель создаёт вращательное усилие (крутящий момент) на коленчатом валу. Но эта сырая мощность не может напрямую передаваться на колёса: её необходимо адаптировать по скорости, направлению и сцеплению с дорогой. Этим занимается трансмиссия.

Трансмиссия: Трансмиссия изменяет передаточное отношение между двигателем и колёсами. На низкой передаче двигатель вращается быстрее относительно колёс: высокий крутящий момент для разгона и подъёма в гору. На высокой передаче двигатель вращается медленнее относительно колёс: экономичное движение на высокой скорости. Механические коробки передач используют сцепление и выбранную водителем передачу. Автоматические коробки передач используют гидротрансформатор и планетарные ряды, управляемые модулем управления трансмиссией (TCM).

Дифференциал: Когда автомобиль поворачивает, внешнее колесо проходит более длинный путь, чем внутреннее. Дифференциал — это набор шестерён в корпусе моста, который позволяет двум ведущим колёсам вращаться с разной скоростью, при этом получая мощность. Без дифференциала шины скользили бы и проскальзывали на каждом повороте.

Схемы привода:

- FWD (Передний привод): Двигатель и коробка передач расположены спереди, приводят передние колёса. Большинство легковых автомобилей используют FWD, потому что эта схема компактная, легче и обеспечивает хорошее сцепление в дождь и при лёгком снеге, поскольку вес двигателя находится над ведущими колёсами.

- RWD (Задний привод): Двигатель спереди, мощность передаётся через карданный вал на задний мост. Лучшее распределение веса, лучше справляется с большой мощностью, предпочтителен для грузовиков, спортивных автомобилей и буксировки. Склонность к избыточной поворачиваемости в скользких условиях.

- AWD (Полный привод): Мощность передаётся на все четыре колеса, обычно через межосевой дифференциал или раздаточную коробку. Компьютер может изменять распределение крутящего момента между передней и задней осью в зависимости от сцепления. Распространён на кроссоверах и внедорожниках.

- 4WD (Полноприводная система): Система частичного или выборочного привода с раздаточной коробкой, которая блокирует переднюю и заднюю оси вместе. Предназначена для бездорожья и условий с низким сцеплением. Не следует использовать на сухом асфальте в заблокированном режиме, потому что это вызывает напряжение в трансмиссии при поворотах.

Выбор схемы привода

Покупатель выбирает новый автомобиль. Он живет в Миннесоте, где зимой выпадает много снега и образуется гололёд. Летом он буксирует 5 000-фунтовую лодку на озеро. Ему нужна машина, которая хорошо справляется с зимними условиями и надёжно буксирует.

12-Вольтовые системы, CAN-шина и OBD-II

Нервная система автомобиля

Современный автомобиль работает от 12-вольтовой системы постоянного тока, питаемой свинцово-кислотным аккумулятором и заряжаемой генератором, приводимым в движение ремнём двигателя.

Аккумулятор обеспечивает запасённую энергию, необходимую для запуска двигателя. Обычный автомобильный аккумулятор выдаёт 400–800 ампер холодного пуска (CCA), чтобы вращать стартер, который проворачивает коленвал двигателя до тех пор, пока не начнётся сгорание.

Генератор — это приводимый ремнём генератор, который преобразует механическую энергию двигателя в электрическую. Когда двигатель работает, генератор питает все электрические системы и заряжает аккумулятор. При неисправном генераторе аккумулятор постепенно разряжается во время движения: в итоге автомобиль глохнет.

Стартер — это электродвигатель с высоким крутящим моментом, который входит в зацепление с зубчатым венцом маховика двигателя для прокручивания двигателя. Он потребляет наибольший ток среди всех компонентов автомобиля: от 150 до 300 ампер в течение нескольких секунд.

CAN-шина (Controller Area Network): В современных автомобилях установлено от 30 до 100 электронных блоков управления (ЭБУ), которым необходимо обмениваться данными. CAN-шина — это двухпроводная сеть связи, которая соединяет все эти блоки. Электронный блок управления двигателем (ECM), блок управления трансмиссией (TCM), блок управления антиблокировочной системой тормозов (ABS), блок управления кузовом (BCM) и десятки других обмениваются данными по CAN-шине. Когда ECM требуется узнать скорость вращения колёс, он считывает данные блока ABS по CAN-шине.

OBD-II (On-Board Diagnostics II): С 1996 года каждый автомобиль, продаваемый в США, оснащён стандартизированным 16-контактным диагностическим разъёмом под приборной панелью. Диагностический прибор подключается к нему и считывает коды неисправностей (DTC), записанные любым блоком управления в сети. Код P0301 означает обнаружение пропусков зажигания в первом цилиндре. P0420 означает, что эффективность каталитического нейтрализатора ниже порогового значения. OBD-II — это универсальный язык автомобильной диагностики.

Диагностика электрооборудования

Автомобиль клиента не заводится. При повороте ключа слышно частое щёлканье, но двигатель не прокручивается. Фары тусклые и становятся ещё тусклее при попытке запустить двигатель. Аккумулятору три года.

Остановка и управление

Дисковые тормоза, ABS и геометрия подвески

Тормозная система преобразует кинетическую энергию (движение) в тепловую энергию (тепло) через трение. Когда вы нажимаете педаль тормоза, вы проталкиваете гидравлическую жидкость по тормозным трубкам к суппортам на каждом колесе.

Дисковые тормоза: Чугунный или композитный диск вращается вместе с колесом. Суппорт охватывает диск и прижимает тормозные колодки к нему под действием гидравлического давления. Трение замедляет диск и колесо. Дисковые тормоза хорошо отводят тепло, устойчивы к перегреву и самоочищаются. На большинстве современных автомобилей дисковые тормоза установлены на всех четырёх колёсах.

Барабанные тормоза: Тормозные колодки прижимаются нарутом к внутренней поверхности вращающегося барабана. Они дешевле в производстве и всё ещё применяются на задней оси некоторых экономичных автомобилей и грузовиков. Барабаны хуже отводят тепло и воду, поэтому они более склонны к перегреву при интенсивном торможении и менее эффективны на мокрой дороге.

ABS (Антиблокировочная система тормозов): Датчики скорости вращения колёс на каждом углу передают данные в модуль ABS. Если колесо блокируется при резком торможении, модуль ABS быстро пульсирует гидравлическим давлением на это колесо: отпускает и снова применяет тормоз десятки раз в секунду. Это предотвращает занос шины и позволяет водителю сохранять управление рулём во время экстренных остановок. ABS не сокращает тормозной путь на сухом покрытии: он сохраняет возможность рулевого управления.

Стойки МакФерсон: Самая распространённая конструкция передней подвески в легковых автомобилях. Одна сборка объединяет амортизатор, пружину и поворотный кулак в один компактный узел. Верх стойки крепится болтами к чашке стойки в кузове,底部 соединяется с поворотным кулак и нижним рычагом.

Схождение-развал: Под схождением-развалом понимают углы установки колёс относительно кузова автомобиля и дорожного полотна. Три основных угла — это развал (наклон колёс вовнутрь или наружу при взгляде спереди), продольный наклон шкворня (наклон оси поворота при взгляде сбоку), и схождение (направление передних частей шин внутрь или наружу при взгляде сверху). Неправильное схождение-развал вызывает uneven износ шин, увод в сторону и плохую управляемость.

Диагностика тормозов

Клиент жалуется, что при резком торможении руль вибрирует и под ногой пульсирует тормозная педаль. Вибрация исчезает при обычном плавном торможении. Автомобиль оснащён дисковыми тормозами на всех четырёх колёсах и имеет пятилетний возраст с пробегом 60 000 миль.

Ландшафт автомобильных карьер

Куда ведёт знание об автомобилях

В автомобильной промышленности только в США занято более 4 миллионов человек. Спрос на квалифицированных техников постоянно превышает предложение: дилерские центры и независимые мастерские испытывают трудности с заполнением вакансий.

Сертификация ASE (Automotive Service Excellence): Стандартный отраслевой сертификат. ASE предлагает сертификацию по конкретным направлениям: Ремонт двигателей (A1), Автоматическая трансмиссия (A2), Механическая трансмиссия (A3), Подвеска и рулевое управление (A4), Тормозные системы (A5), Электрические системы (A6), Системы отопления, вентиляции и кондиционирования (A7), и Характеристики двигателя (A8). Получение всех восьми сертификатов даёт звание ASE Master Technician. Для получения каждого сертификата необходимо сдать письменный экзампл и подтвердить два года соответствующего опыта работы.

Техник дилерского центра: Работает на конкретный бренд (Ford, Toyota, BMW и т.д.) и проходит заводское обучение по данным автомобилям. Дилерские центры используют систему оплаты flat-rate: на каждую работу выделяется определённое время, и техник получает оплату за отведённые часы независимо от того, каков<|eos|>

Техник независимой мастерской: Работает со всеми марками и моделями. Требует более широких знаний и сильных диагностических навыков, поскольку приходится сталкиваться с разными автомобилями. Независимые мастерские могут платить почасово или по фиксированной ставке. Больше автономии, меньше бренд-специфического обучения.

Специализация на электромобилях: Электромобили — самый быстрорастущий сегмент. Техники по электромобилям работают с высоковольтными аккумуляторными батареями (400–800 вольт), электродвигателями, системами рекуперативного торможения и системами терморегуляции. Обязательна сертификация по работе с высоковольтными системами: напряжение в аккумуляторной батарее электромобиля смертельно опасно. Производители, такие как Tesla, Rivian и Lucid, развивают собственные сервисные сети и нанимают техников с профильной подготовкой по электромобилям.

Техник по дизельным двигателям: Работает на коммерческих грузовиках, автобусах, тяжёлой технике и морских двигателях. Дизельные двигатели используют воспламенение от сжатия (без свечей зажигания) и работают при значительно более высоких давлениях и температурах, чем бензиновые двигатели. Дизельные техники востребованы в сфере грузоперевозок, строительства и сельского хозяйства. Многие дизельные техники зарабатывают более $70 000 в год, а специалисты по тяжёлой технике могут получать больше.

С чего начать: Основные пути входа в профессию — программы автомобильного профиля в колледжах (1–2 года), программы обучения, спонсируемые производителями (UTI, Lincoln Tech или программы OEM, такие как Toyota T-TEN или Ford ASSET), а以及学徒制 в дилерских центрах или мастерских.

**Планирование вашего пути**

Свяжите знания об автомобилях с вашим будущим

Теперь вы понимаете основы внутреннего сгорания, трансмиссий, диагностики электрооборудования, тормозов и подвески: это основные системы, которыми должен владеть каждый автомеханик.