Części samochodowe – jak zbudowane jest auto (kompleksowy przewodnik)

Wprowadzenie

Każdy kierowca wie, jak prowadzić samochód, ale niewielu zastanawia się, z czego tak naprawdę zbudowane jest auto. Szacuje się, że współczesny samochód osobowy składa się z około 20–30 tysięcy części (wliczając najdrobniejsze elementy). Codzienna eksploatacja pojazdu nie wymaga znajomości wszystkich mechanizmów, jednak podstawowa wiedza o budowie samochodu może okazać się bardzo przydatna. Dzięki niej łatwiej zrozumieć działanie poszczególnych części samochodowych i szybciej rozpoznać objawy usterek. Co więcej, świadomy kierowca będzie mniej narażony na nieuczciwe praktyki podczas wizyty u mechanika.

W tym kompleksowym przewodniku omówimy główne elementy konstrukcji samochodu osobowego. Przedstawimy najważniejsze układy i podzespoły auta oraz wyjaśnimy, jaką pełnią rolę. Dowiesz się, jak zbudowany jest szkielet pojazdu (podwozie i nadwozie), co kryje się pod maską (silnik i układ napędowy), a także jak działają takie systemy jak zawieszenie, hamulce, kierownica, instalacja elektryczna czy klimatyzacja. Zapraszamy do lektury każdego, kto chce poznać budowę auta od podstaw.

Podwozie i nadwozie – szkielet samochodu

Podwozie stanowi bazę konstrukcji pojazdu. To dolna część samochodu, która łączy i podpiera pozostałe komponenty. Podwoziem nazywamy zwykle elementy nośne ramy lub płyty podłogowej, do których mocowane są inne układy – silnik, zawieszenie, układ napędowy, hamulce czy kierowniczy. Solidne podwozie gwarantuje, że wszystkie części samochodu są stabilnie osadzone i właściwie rozmieszczone. W autach osobowych stosuje się najczęściej konstrukcję samonośną, gdzie elementy podwozia zintegrowane są z nadwoziem. W pojazdach terenowych i ciężarowych nadal spotyka się tradycyjną ramę, do której przykręcona jest karoseria oraz podzespoły mechaniczne. Rama jest wprawdzie cięższa, ale zapewnia bardzo dużą wytrzymałość i łatwość mocowania różnych nadwozi; nadwozie samonośne jest lżejsze i zwykle korzystnie wpływa na własności jezdne samochodu.

Nadwozie to wierzchnia struktura pojazdu, potocznie zwana karoserią. Jest to szkieletowa konstrukcja, która nadaje samochodowi kształt i tworzy kabinę pasażerską. Nadwozie składa się ze struktury nośnej (szkieletu) oraz zewnętrznych paneli karoserii (poszycia). Elementy nadwozia obejmują m.in. dach, słupki, drzwi, maskę silnika, pokrywę bagażnika, błotniki czy zderzaki. Pełni ono kilka istotnych funkcji: chroni pasażerów i podzespoły wewnętrzne przed czynnikami zewnętrznymi, wpływa na aerodynamikę auta oraz stanowi pierwszą strefę bezpieczeństwa podczas kolizji (absorbuje energię uderzenia). Nowoczesne konstrukcje nadwozia uwzględniają tzw. strefy zgniotu – fragmenty, które kontrolowanie deformują się w razie zderzenia, pochłaniając energię uderzenia i chroniąc kabinę pasażerską. Nadwozie jest utrzymywane w określonej odległości od powierzchni jezdni za pomocą układu zawieszenia. To ten element odpowiada za redukcję wstrząsów i poprawę komfortu podróżowania.

Każdy współczesny samochód wyposażony jest również w systemy bezpieczeństwa biernego, takie jak pasy bezpieczeństwa oraz poduszki powietrzne. Pasy bezpieczeństwa skutecznie unieruchamiają pasażerów podczas gwałtownego hamowania lub zderzenia, zapobiegając ich przemieszczaniu się. Poduszki powietrzne (czołowe, boczne, kurtynowe itp.) uzupełniają działanie pasów – w momencie kolizji czujniki zderzeniowe odpalają ładunek, który błyskawicznie napełnia poduszkę gazem, amortyzując uderzenie ciała o elementy wnętrza. Te rozwiązania, wraz ze strefami zgniotu w nadwoziu, znacząco zwiększają bezpieczeństwo podróżujących.

Silnik spalinowy – serce pojazdu

Najważniejszym podzespołem każdego samochodu spalinowego jest silnik. To on odpowiada za wytwarzanie mocy wprawiającej auto w ruch. Typowy silnik spalinowy zbudowany jest z wielu części tworzących złożony układ, jednak jego zasada działania opiera się na prostym zjawisku: zamianie energii chemicznej paliwa na energię mechaniczną. W cylindrach dochodzi do spalania mieszanki paliwa z powietrzem, co powoduje gwałtowny wzrost ciśnienia i pchnięcie tłoków. Ruch posuwisty tłoków zamieniany jest na ruch obrotowy wału korbowego, a stamtąd – poprzez układ napędowy – przekazywany zostaje na koła.

Silnik składa się z wielu elementów, które współpracują ze sobą z ogromną precyzją. Główne komponenty jednostki napędowej to m.in.:

blok silnika (tzw. kadłub) wraz z cylindrami, w których pracują tłoki, oraz kanałami olejowymi i płynu chłodniczego,
wał korbowy umieszczony w dolnej części bloku – obraca się pod wpływem ruchu tłoków,
głowica silnika zamykająca od góry każdy rząd cylindrów, mieszcząca zawory oraz wałek/wałki rozrządu,
układ rozrządu sterujący otwieraniem i zamykaniem zaworów wlotowych (ssących) i wylotowych,
układ zasilania paliwem (układ paliwowy), obejmujący pompę paliwa, wtryskiwacze i elementy doprowadzające paliwo ze zbiornika,
układ zapłonowy (w silniku benzynowym) generujący iskrę zapalającą mieszankę paliwowo-powietrzną – składa się z cewki zapłonowej i świec zapłonowych,
układ smarowania rozprowadzający olej silnikowy do ruchomych części (miska olejowa, pompa oleju, filtr, kanały olejowe),
układ chłodzenia utrzymujący właściwą temperaturę pracy (omówiony szerzej w dalszej części).

Silnik spalinowy może mieć różne konstrukcje i występować w wielu odmianach. W samochodach spotkamy zazwyczaj silniki czterosuwowe, benzynowe lub wysokoprężne (Diesla). Silnik benzynowy różni się od wysokoprężnego (Diesla) sposobem zapłonu mieszanki: w benzynowym zapłon inicjuje iskra ze świecy, podczas gdy w dieslu paliwo zapala się samoczynnie wskutek wysokiego sprężenia powietrza. Silniki Diesla nie mają układu zapłonowego, lecz posiadają świece żarowe ułatwiające rozruch. Charakteryzują się wyższym momentem obrotowym i lepszą sprawnością paliwową, jednak wymagają mocniejszej konstrukcji i stosowania dodatkowych systemów oczyszczania spalin (DPF, katalizatory SCR). Niezależnie od rodzaju zasilania, sercem pojazdu pozostaje mechanizm spalania paliwa generujący moc potrzebną do jazdy. O stan silnika należy dbać – ważna jest regularna wymiana oleju, filtrów oraz kontrola układu rozrządu (np. terminowa wymiana paska rozrządu), aby jednostka napędowa służyła bezawaryjnie przez długi czas. Warto wspomnieć, że rozrząd może być napędzany elastycznym paskiem (wymagającym okresowej wymiany) lub łańcuchem (trwalszym, choć również podlegającym zużyciu).

Układ napędowy – przeniesienie mocy na koła

Moc wygenerowana przez silnik nie miałaby pożytku, gdyby nie została przeniesiona na koła. Tym zadaniem zajmuje się układ napędowy pojazdu, zwany też układem przeniesienia napędu. Jego główną funkcją jest przekazywanie momentu obrotowego z silnika do osi napędzanej, dzięki czemu samochód może ruszyć z miejsca i rozpędzać się. Konstrukcja układu napędowego może się różnić w zależności od rodzaju napędu (na przód, tył lub 4×4), ale podstawowe elementy pozostają podobne.

Główne komponenty typowego układu napędowego to:

skrzynia biegów (manualna lub automatyczna) – zestaw przekładni zmieniających przełożenie napędu, pozwalający dostosować prędkość jazdy i siłę ciągu,
sprzęgło – mechanizm rozłączający i łączący obroty silnika ze skrzynią biegów, umożliwiający płynną zmianę biegów (w automatach jego rolę pełni konwerter momentu lub sprzęgło hydrokinetyczne),
wał napędowy – w pojazdach z napędem na tylną oś lub 4×4 długi wał przenoszący moment obrotowy do tylnego mostu (w autach z przednim napędem rolę tę pełnią półosie),
półosie napędowe – krótsze wały napędowe przekazujące napęd z mechanizmu różnicowego na koła (w przednionapędowych łączą skrzynię biegów z kołami),
przeguby napędowe – złącza na końcach półosi (tzw. przeguby homokinetyczne) umożliwiające przeniesienie napędu pod zmiennym kątem (niezbędne do skręcania kół i pracy zawieszenia),
mechanizm różnicowy (dyferencjał) – przekładnia rozdzielająca napęd na lewe i prawe koło danej osi, pozwalająca im obracać się z różnymi prędkościami w zakręcie,
most napędowy – zespół łączący mechanizm różnicowy i półosie, często tożsame pojęcie z dyferencjałem (termin używany głównie przy napędzie tylnym),
opcjonalnie skrzynia rozdzielcza (reduktor) – dodatkowa przekładnia w autach terenowych 4×4, umożliwiająca dołączanie napędu na drugą oś lub znaczące zmniejszenie przełożeń (tzw. biegi terenowe).

Sposób poprowadzenia układu napędowego zależy od koncepcji pojazdu. W samochodach osobowych najczęściej spotyka się napęd przedni – silnik z przodu napędza koła przednie poprzez skrzynię biegów i półosie. Klasyczny układ z silnikiem z przodu i napędem na tylne koła wykorzystuje długi wał napędowy do połączenia skrzyni z tylnym mostem. Samochody z napędem 4×4 posiadają najbardziej rozbudowany układ napędowy, zawierający skrzynię rozdzielczą i dodatkowe elementy przenoszące moment na obie osie. Rozróżnia się przy tym układy 4×4 stałe (napęd na obie osie działa cały czas, z centralnym mechanizmem różnicowym) oraz tzw. dołączane (druga oś jest załączana tylko w razie potrzeby, np. w terenie). Niezależnie od rodzaju napędu, sprawność układu przeniesienia mocy ma ogromny wpływ na osiągi pojazdu. Warto dbać o jego stan – np. regularnie kontrolować poziom oleju w skrzyni biegów czy stan osłon gumowych i przegubów półosi, aby uniknąć strat mocy i awarii.

Układ zawieszenia – komfort i przyczepność

Zawieszenie to układ, który łączy podwozie (nadwozie) pojazdu z kołami. Jego zadaniem jest zapewnienie stabilnego kontaktu kół z nawierzchnią oraz amortyzacja wstrząsów powstających podczas jazdy. Sprawny układ zawieszenia gwarantuje, że samochód utrzymuje odpowiednią przyczepność nawet na nierównościach, a pasażerowie odczuwają wysoki komfort jazdy. Nawet drobne usterki zawieszenia potrafią obniżyć stabilność auta i pogorszyć prowadzenie, dlatego stan tego układu ma bezpośredni wpływ na bezpieczeństwo.

Typowe elementy zawieszenia można podzielić na trzy grupy:

elementy prowadzące – części utrzymujące właściwą geometrię zawieszenia i położenie kół, np. wahacze, drążki poprzeczne i wzdłużne,
elementy resorujące – odpowiadające za sprężyste zawieszenie nadwozia nad osią, np. sprężyny śrubowe lub stosowane w niektórych pojazdach resory piórowe,
elementy tłumiące – ograniczające drgania i huśtanie pojazdu, przede wszystkim amortyzatory.

Centralnym punktem układu zawieszenia są amortyzatory, które – współpracując ze sprężynami – decydują o charakterystyce pracy zawieszenia. Amortyzator wypełniony jest olejem lub gazem i tłumi ruchy sprężyn, zapewniając płynną jazdę bez nadmiernego bujania pojazdu. Dzięki zawieszeniu samochód pokonuje zakręty i nierówności drogi w sposób kontrolowany – siły działające na koła są absorbowane przez sprężyny i amortyzatory zamiast przenosić się bezpośrednio na nadwozie. Ważne jest, by elementy zawieszenia były utrzymane w dobrym stanie technicznym: zużyte amortyzatory czy wybite wahacze znacząco obniżają kontrolę nad pojazdem i wydłużają drogę hamowania przy nierównościach.

W praktyce producenci stosują różne konstrukcje zawieszenia. Przednie zawieszenie większości aut osobowych to kolumny MacPhersona – uproszczony układ, w którym amortyzator ze sprężyną tworzy wspólną kolumnę prowadzącą koło. Tylne zawieszenie bywa rozwiązywane na kilka sposobów: w tańszych autach często spotyka się belkę skrętną (oś półzależna), natomiast w bardziej zaawansowanych konstrukcjach stosuje się układy wielowahaczowe zapewniające lepszą stabilność i komfort. W pojazdach terenowych i użytkowych nierzadko wykorzystuje się sztywne osie zawieszone na resorach piórowych lub miechach pneumatycznych. Coraz częściej w autach wyższej klasy montuje się również zawieszenie pneumatyczne, gdzie tradycyjne sprężyny zastępują gumowe miechy wypełnione powietrzem pod ciśnieniem – pozwala to regulować wysokość nadwozia i zapewnia wysoki komfort jazdy.

Układ hamulcowy – bezpieczeństwo przede wszystkim

Układ hamulcowy jest jednym z najważniejszych systemów w pojeździe, ponieważ odpowiada za skuteczne zatrzymanie samochodu. Sprawne hamulce pozwalają kierowcy zareagować na nagłe sytuacje na drodze i szybko wytracić prędkość. Większość współczesnych aut wyposażona jest w hamulce tarczowe, które zapewniają dużą siłę hamowania i są odporne na przegrzanie.

Standardowy układ hamulcowy składa się z następujących elementów:

pedał hamulca – naciskany przez kierowcę, przekazuje siłę na pompkę (cylinder) hamulcową,
wzmacniacz hamulca (serwo) – urządzenie wykorzystujące podciśnienie silnika do zwiększenia siły nacisku płynu hamulcowego,
pompa hamulcowa – tłoczy płyn hamulcowy do przewodów pod ciśnieniem,
przewody sztywne i elastyczne przewody hamulcowe – transportują płyn do poszczególnych hamulców przy kołach,
zaciski hamulcowe – mechanizmy przy kołach, w których znajdują się tłoczki wypychane przez płyn,
klocki hamulcowe – elementy cierne zamontowane w zacisku, dociskane do tarczy podczas hamowania,
tarcze hamulcowe – metalowe tarcze połączone z piastami kół; klocki trą o nie, wyhamowując obrót koła.

Działanie układu hamulcowego opiera się na hydraulicznym przekazaniu siły. Gdy kierowca naciska pedał, pompa wytwarza ciśnienie w obiegu i płyn hamulcowy wypycha tłoczki w zaciskach. Te z kolei dociskają klocki do tarcz. Powstające tarcie spowalnia obrót kół, a tym samym zatrzymuje pojazd. W nowoczesnych samochodach układ hamulcowy jest wspomagany przez systemy elektroniczne, takie jak ABS (zapobiega blokowaniu kół podczas gwałtownego hamowania), ESP (stabilizacja toru jazdy) czy ASR (kontrola trakcji przy przyspieszaniu na śliskiej nawierzchni). Choć kierowca może ich bezpośrednio nie odczuwać, elektroniczni asystenci czuwają nad tym, by hamowanie odbywało się jak najskuteczniej i najbezpieczniej.

Chociaż w samochodach osobowych dominują hamulce tarczowe, na tylnej osi niektórych modeli (zwłaszcza mniejszych i tańszych) wciąż stosuje się hamulce bębnowe. W hamulcu bębnowym rolę tarczy pełni zamknięty bęben – wewnątrz niego rozpierają się na zewnątrz zakrzywione szczęki z okładzinami, ocierając o bęben od środka i hamując koło. Rozwiązanie bębnowe jest mniej skuteczne termicznie (słabsze chłodzenie), ale prostsze i tańsze w produkcji oraz lepiej chronione przed brudem z drogi.

Należy pamiętać, że elementy układu hamulcowego zużywają się podczas eksploatacji i wymagają regularnej kontroli. Klocki i tarcze hamulcowe z czasem się wycierają – zbyt cienkie klocki hamulcowe wydłużają drogę hamowania, a zużyte tarcze mogą pękać lub przegrzewać się. Płyn hamulcowy również traci właściwości po kilku latach, dlatego zaleca się jego wymianę co ok. 2 lata. Dbanie o sprawność hamulców to jeden z fundamentalnych obowiązków kierowcy dbającego o bezpieczeństwo własne i innych uczestników ruchu.

Układ kierowniczy – kontrola nad pojazdem

Układ kierowniczy pozwala kierowcy decydować o kierunku jazdy. Choć na co dzień kręcenie kierownicą jest dla nas intuicyjne, warto wiedzieć, jak mechanicznie odbywa się skręcanie kół. Centralnym elementem jest oczywiście kierownica, którą obraca kierowca. Ruch ten przekazywany jest przez kolumnę kierowniczą do mechanizmu zwanego przekładnią kierowniczą (potocznie nazywaną maglownicą). Przekładnia ta zamienia obrót kierownicy na ruch liniowy – za pomocą zestawu kół zębatych i listwy zębatej – i poprzez układ drążków kierowniczych przesuwa zwrotnice kół w lewo lub prawo, wymuszając skręt.

Typowy układ kierowniczy składa się z następujących komponentów:

koło kierownicy – obręcz, którą trzyma kierowca, połączona z kolumną,
kolumna kierownicza – wał przenoszący obrót kierownicy do przekładni (często łamany ze względów bezpieczeństwa, by pochłaniać energię w razie wypadku),
przekładnia kierownicza – mechanizm zamieniający ruch obrotowy na liniowy (np. zębatkowa – wspomniana maglownica, lub spotykana w starszych autach śrubowo-kulkowa),
drążki kierownicze – elementy łączące przekładnię ze zwrotnicami kół; składają się z drążków podłużnych oraz końcówek (tzw. jabłek) umożliwiających ruchy zawieszenia podczas skrętu,
zwrotnice – elementy zawieszenia, do których zamocowane są piasty kół; zwrotnice obracają się pod wpływem ruchu drążków, skręcając koła.

W samochodach osobowych niemal zawsze stosuje się przekładnię zębatkową, natomiast w dużych i starszych modelach dawniej spotykano przekładnie śrubowo-kulkowe (tzw. recyrkulacyjne), które były wytrzymalsze w ciężkich pojazdach, lecz mniej precyzyjne w prowadzeniu.

Współczesne samochody wyposażone są niemal zawsze we wspomaganie kierownicy. System ten może być hydrauliczny lub elektryczny i ma za zadanie zmniejszyć siłę potrzebną do kręcenia kierownicą. Hydrauliczne wspomaganie wykorzystuje pompę (napędzaną silnikiem) i płyn pod ciśnieniem, aby „odciążyć” ruch kierownicy. Elektryczne wspomaganie zamiast płynu stosuje silnik elektryczny zamontowany przy kolumnie lub przekładni. Dzięki wspomaganiu manewrowanie pojazdem – zwłaszcza ciężkim i przy niskich prędkościach – jest o wiele łatwiejsze.

Poprawnie działający układ kierowniczy zapewnia nie tylko możliwość zmiany kierunku jazdy, ale też stabilizuje tor jazdy na wprost. Przy dobrze zestrojonym mechanizmie, po wyjściu z zakrętu koła samoczynnie wracają do jazdy na wprost – to efekt odpowiedniej geometrii zawieszenia i konstrukcji przekładni. Układ kierowniczy tłumi również drgania i wibracje przenoszone od kół (np. na wybojach), zanim dotrą one do rąk kierowcy. Warto okresowo sprawdzać stan elementów kierowniczych – luzy (np. zużyte końcówki drążków) mogą powodować „bicie” kierownicy i pogarszać precyzję prowadzenia, co negatywnie wpływa na bezpieczeństwo jazdy.

Układ elektryczny – akumulator, alternator i elektronika

Współczesne samochody są naszpikowane urządzeniami elektrycznymi i elektronicznymi, które czuwają nad pracą wielu układów. Układ elektryczny pojazdu obejmuje zarówno źródła prądu, jak i wszystkie odbiorniki energii oraz sieć przewodów. Podstawą jest akumulator – bateria magazynująca energię elektryczną. Dzięki niej możliwe jest uruchomienie silnika (rozrusznik potrzebuje dużego prądu) oraz zasilanie różnych systemów na postoju lub przy zgaszonym silniku. Podczas jazdy prąd dostarcza alternator, napędzany paskiem klinowym przez silnik. Alternator ładuje akumulator i zasila na bieżąco odbiorniki elektryczne pojazdu, takie jak światła czy wentylator chłodnicy.

Do głównych odbiorników prądu w samochodzie należą m.in.:

rozrusznik – elektryczny silnik uruchamiający silnik spalinowy poprzez obrócenie wału korbowego przy starcie,
układ zapłonowy – w silniku benzynowym generuje iskrę na świecach zapłonowych,
światła zewnętrzne i wewnętrzne – oświetlają drogę (reflektory, lampy) oraz wnętrze pojazdu (np. podświetlenie deski rozdzielczej, lampki kabiny),
wycieraczki i spryskiwacze szyb – silniczki elektryczne napędzają wycieraczki, a pompka podaje płyn na szybę,
układy komfortu i bezpieczeństwa – np. klimatyzacja, system audio, elektryczne szyby i lusterka, centralny zamek, poduszki powietrzne (czujniki), komputer pokładowy itp.

Sercem elektroniki w aucie jest główny komputer sterujący (ECU), który nadzoruje pracę silnika i wielu innych systemów. Nowoczesne pojazdy posiadają też szereg dodatkowych modułów sterujących (ABS, sterowniki poduszek, system multimedialny itd.), które komunikują się ze sobą po wewnętrznej sieci (magistrali danych, np. CAN-Bus). Instalacja elektryczna samochodu to kilometry przewodów zebranych w wiązki oraz dziesiątki czujników i elementów wykonawczych. Całość zasilana jest prądem o napięciu 12 V (w autach osobowych) dostarczanym z akumulatora. Aby uniknąć przeciążeń, obwody zabezpieczone są bezpiecznikami.

Instalacja elektryczna większości aut osobowych działa na napięciu 12 volt. Ciężarówki korzystają z instalacji 24 V, natomiast w samochodach hybrydowych i elektrycznych znajdziemy dodatkowy wysoko-napięciowy układ zasilania (o napięciu rzędu kilkuset woltów) dedykowany napędowi elektrycznemu i ładowaniu baterii. W tych pojazdach jednak nadal obecna jest tradycyjna bateria 12 V, która zasila oświetlenie i urządzenia pokładowe.

Sprawny układ elektryczny jest niezbędny do działania pojazdu – odpowiada za uruchomienie silnika, oświetlenie drogi, pracę wentylatorów, pomp i sterowników. Objawami problemów z elektryką mogą być trudności z rozruchem (np. przy rozładowanym akumulatorze), przygasające światła, przepalające się bezpieczniki lub niestabilne działanie elektroniki. Regularna kontrola stanu akumulatora i alternatora (np. pomiar napięcia ładowania) oraz przegląd instalacji elektrycznej pozwalają uniknąć nagłych awarii, które potrafią unieruchomić samochód.

Układ chłodzenia – kontrola temperatury silnika

Silnik spalinowy podczas pracy wytwarza dużo ciepła, które musi być odprowadzone, aby jednostka napędowa działała niezawodnie. Tym zajmuje się układ chłodzenia. Jego rola to utrzymanie silnika w optymalnym zakresie temperatur – nie może on pracować ani zbyt zimny, ani przegrzany. Niedogrzany motor działa mniej efektywnie i zużywa więcej paliwa, natomiast przegrzanie grozi poważną awarią (np. uszkodzeniem uszczelki pod głowicą czy zatarciem silnika).

Podstawowe elementy układu chłodzenia to:

chłodnica – wymiennik ciepła umieszczony z przodu pojazdu; oddaje ciepło płynu chłodniczego do atmosfery,
płyn chłodniczy – ciecz krążąca w układzie, zabierająca ciepło z silnika i transportująca je do chłodnicy (zwykle mieszanina wody i glikolu o niskiej temperaturze zamarzania),
pompa wody – wymusza obieg płynu w układzie, zazwyczaj napędzana paskiem od silnika,
termostat – zawór termostatyczny, który otwiera się po osiągnięciu przez płyn określonej temperatury, kierując obieg płynu do chłodnicy; przed otwarciem termostatu ciecz krąży tylko wewnątrz silnika (tzw. mały obieg),
nagrzewnica – mały wymiennik ciepła ogrzewający wnętrze pojazdu; działa jak miniaturowa chłodnica ulokowana w kabinie, oddając ciepło do nawiewanego powietrza (wykorzystywany w zimie do ogrzewania wnętrza),
wentylator chłodnicy – zapewnia dodatkowy przepływ powietrza przez chłodnicę, włączając się gdy auto stoi lub jedzie wolno (gdy naturalne chłodzenie pędem powietrza jest niewystarczające),
zbiornik wyrównawczy – pojemnik na nadmiar płynu chłodniczego, kompensujący jego rozszerzanie się pod wpływem temperatury; pozwala też łatwo uzupełniać płyn.

Układ chłodzenia działa w tzw. małym i dużym obiegu. Po uruchomieniu zimnego silnika płyn krąży tylko w małym obiegu – ograniczonym do wnętrza silnika (bloku i głowicy) oraz nagrzewnicy – by jak najszybciej osiągnąć temperaturę roboczą. Gdy ciecz nagrzeje się do ok. 90°C, termostat stopniowo się otwiera i kieruje płyn do chłodnicy (duży obieg). Tam oddaje on nadmiar ciepła do powietrza opływającego chłodnicę podczas jazdy. Jeśli temperatura nadal rośnie (np. w korku ulicznym), czujnik uruchamia wentylator, który wymusza chłodzenie niezależnie od ruchu pojazdu. W ten sposób utrzymywana jest równowaga termiczna – silnik pracuje w optymalnej temperaturze około 90–100°C. Przy okazji układ chłodzenia ogrzewa kabinę: kiedy kierowca włączy ogrzewanie, ciepły płyn płynie przez nagrzewnicę i oddaje ciepło do wnętrza samochodu.

Prawidłowe funkcjonowanie układu chłodzenia jest niezwykle istotne dla żywotności silnika. Niedobór płynu chłodniczego lub niesprawny termostat mogą szybko doprowadzić do przegrzania jednostki, dlatego należy regularnie sprawdzać poziom płynu i stan chłodnicy. Zaleca się wymianę płynu chłodniczego co kilka lat, zgodnie z zaleceniami producenta pojazdu, by zachować jego odpowiednie właściwości (ochrona przed korozją, właściwa temperatura krzepnięcia i wrzenia). W przypadku zauważenia wycieków lub niepokojących wahań temperatury silnika, konieczna jest szybka diagnostyka układu chłodzenia, aby zapobiec poważniejszym uszkodzeniom.

Układ wydechowy – usuwanie spalin i redukcja hałasu

Produktem ubocznym pracy silnika spalinowego są gazy wydechowe, które muszą zostać odprowadzone z silnika i zneutralizowane. Służy do tego układ wydechowy. Jego główne zadania to: skuteczne usuwanie spalin z cylindrów, oczyszczanie ich z najbardziej szkodliwych składników oraz wyciszenie odgłosu pracy silnika.

Typowy układ wydechowy składa się z następujących elementów:

kolektor wydechowy – układ kanałów zbierający spaliny z cylindrów (każdy cylinder ma osobny kanał wylotowy łączący się w kolektorze),
katalizator – reaktor katalityczny neutralizujący trujące składniki spalin (m.in. tlenki azotu, tlenek węgla, węglowodory) poprzez reakcje chemiczne,
tłumik – komora wyciszająca odgłos przepływających spalin; często układ wydechowy ma kilka tłumików (np. wstępny, środkowy, końcowy) w szeregu,
sondy lambda – czujniki umieszczone przed i za katalizatorem, mierzące skład spalin (stężenie tlenu) w celu optymalizacji mieszanki paliwa (prawidłowa praca katalizatora wymaga odpowiedniego składu spalin),
filtr cząstek stałych (DPF/GPF) – montowany głównie w dieslach (DPF) oraz nowszych benzynach z wtryskiem bezpośrednim (GPF); zatrzymuje sadzę i drobne cząstki ze spalin, które są okresowo dopalane w wysokiej temperaturze,
rury wydechowe – łączą wszystkie powyższe elementy, doprowadzając spaliny do tylnej części samochodu i wyprowadzając je na zewnątrz.

W czasie pracy silnika spaliny wydostają się przez kolektor do dalszych części układu wydechowego. W katalizatorze następuje redukcja toksycznych związków – dzięki obecności metali szlachetnych w jego wnętrzu szkodliwe gazy ulegają reakcjom i zamieniają się w mniej groźne substancje (np. parę wodną, dwutlenek węgla). Dodatkowo w pojazdach z silnikami Diesla filtr DPF wyłapuje cząstki sadzy, ograniczając emisję pyłów do atmosfery. Tłumiki stopniowo wyciszają pulsujące spaliny, redukując hałas do poziomu akceptowalnego dla otoczenia. Nowoczesne układy wydechowe potrafią sprawić, że nawet mocne silniki pracują względnie cicho, a jednocześnie spełniają wyśrubowane normy emisji spalin.

Elementy układu wydechowego są narażone na działanie wysokich temperatur oraz korozję (np. wskutek skraplania się pary wodnej i działania soli drogowej). Typowy katalizator jest w stanie skutecznie oczyszczać spaliny przez przebieg rzędu kilkuset tysięcy kilometrów, choć jego żywotność zależy od stylu jazdy i jakości paliwa. Jazda na krótkich odcinkach (gdy silnik nie zdąży się w pełni rozgrzać) sprzyja odkładaniu się zanieczyszczeń w DPF i może skracać jego żywotność. Z kolei gwałtowne schłodzenie rozgrzanego katalizatora (np. wjechanie w głęboką wodę) potrafi doprowadzić do jego pęknięcia. Ważne jest zatem, by dbać o dobrą kondycję układu wydechowego – stosować właściwe paliwo, unikać ciągłej jazdy na bardzo krótkich dystansach, a w razie zapchania DPF przeprowadzić jego regenerację (np. poprzez dłuższą jazdę, która rozgrzeje układ i wypali sadzę). Sprawny układ wydechowy zapewnia czystsze spaliny i cichą, kulturalną pracę samochodu.

Warto dodać, że nowoczesne silniki, szczególnie Diesla, posiadają także zawór recyrkulacji spalin EGR, który kieruje część gazów z powrotem do silnika w celu obniżenia emisji tlenków azotu. W autach z silnikiem wysokoprężnym spotkamy również system SCR z katalizatorem selektywnej redukcji – do spalin wtryskiwany jest specjalny płyn (AdBlue), który w reakcji chemicznej neutralizuje szkodliwe tlenki azotu.

Układ klimatyzacji – komfort termiczny w aucie

Ważnym elementem współczesnych samochodów jest klimatyzacja, odpowiadająca za chłodzenie i wentylację kabiny. Układ klimatyzacji działa na podobnej zasadzie jak domowa lodówka – wykorzystuje czynnik chłodniczy krążący w obiegu zamkniętym, który pochłania ciepło z wnętrza auta i oddaje je na zewnątrz. Głównymi komponentami klimatyzacji są: sprężarka (kompresor) napędzana paskiem od silnika, skraplacz (chłodnica klimatyzacji) umieszczony z przodu pojazdu, parownik wewnątrz deski rozdzielczej (gdzie czynnik odbiera ciepło z kabiny) oraz zawór rozprężny i osuszacz. Gdy klimatyzacja jest włączona, sprężarka tłoczy rozgrzany czynnik do skraplacza, tam oddaje on ciepło do otoczenia i skrapla się. Następnie po obniżeniu ciśnienia w zaworze rozprężnym czynnik gwałtownie odparowuje w parowniku, silnie się ochładzając. Wentylator nawiewu przepuszcza powietrze kabinowe przez zimny parownik i wtłacza je do wnętrza, obniżając temperaturę w kabinie.

Klimatyzacja nie tylko chłodzi, ale także osusza powietrze – co pomaga np. szybko odparować zaparowane szyby. Dla prawidłowego działania tego układu istotne jest jego regularne serwisowanie: uzupełnianie lub wymiana czynnika chłodniczego, kontrola szczelności oraz wymiana filtra kabinowego (pyłkowego), który oczyszcza powietrze dostające się do wnętrza. Sprawna klimatyzacja znacznie podnosi komfort jazdy w upalne dni oraz dba o dobrą widoczność i samopoczucie pasażerów.

Samochód elektryczny – czym różni się budowa?

Coraz większą popularność zdobywają pojazdy z napędem elektrycznym. Samochód elektryczny znacząco różni się konstrukcją napędu od auta spalinowego, choć wiele podzespołów pozostaje wspólnych. Przede wszystkim, zamiast silnika spalinowego, ma jeden lub więcej silników elektrycznych. Taki silnik elektryczny napędza koła bezpośrednio (np. osadzony przy osi napędowej) lub poprzez bardzo prostą przekładnię redukcyjną. Nie występuje tu skomplikowana skrzynia biegów – większość aut elektrycznych ma jednostopniowe przełożenie, ponieważ silniki elektryczne efektywnie pracują w szerokim zakresie prędkości obrotowych bez potrzeby zmiany biegów.

W samochodzie elektrycznym brakuje wielu układów typowych dla spalinowego. Nie ma klasycznego układu wydechowego (brak spalin), układu paliwowego (paliwo zastępuje energia elektryczna z akumulatorów) ani skomplikowanego osprzętu silnika (takiego jak układ zapłonowy czy rozrząd). Centralnym elementem staje się natomiast bateria trakcyjna – zestaw akumulatorów (najczęściej litowo-jonowych) gromadzących energię do napędu. Bateria ta jest zwykle dużych rozmiarów i umieszczona nisko, w podłodze pojazdu, co obniża środek ciężkości auta. Energia z baterii zasila silnik elektryczny poprzez układ sterujący (falownik), który kontroluje jego pracę. Przy hamowaniu silniki elektryczne pełnią rolę generatorów – odzyskują energię (tzw. hamowanie rekuperacyjne) i ładują z powrotem baterię.

Warto podkreślić, że mimo odmienności napędu, samochód elektryczny nadal posiada wiele znanych nam podzespołów: układ zawieszenia, hamulcowy, kierowniczy, nadwozie z kabiną pasażerską, systemy bezpieczeństwa czy wyposażenie wnętrza. W konstrukcji „elektryka” dochodzą jednak nowe elementy, jak np. system zarządzania baterią (BMS), przetwornice napięcia, gniazdo ładowania z odpowiednią elektroniką czy układ chłodzenia baterii i silników elektrycznych. Ogólna zasada budowy auta pozostaje jednak podobna – nadal mamy podwozie i nadwozie tworzące strukturę pojazdu oraz zestaw układów zapewniających możliwość jazdy i komfort podróżowania. Różnica polega głównie na tym, skąd pochodzi energia napędowa i jak jest przekazywana na koła. W kontekście przyszłości motoryzacji warto wspomnieć jeszcze o pojazdach napędzanych wodorowymi ogniwami paliwowymi. Tego typu samochody (np. Toyota Mirai) posiadają zbiorniki wodoru i ogniwo paliwowe, które wytwarza energię elektryczną do zasilania silnika elektrycznego. Choć technologicznie różnią się od typowych „elektryków”, z punktu widzenia budowy auta również należą do kategorii pojazdów elektrycznych (brak silnika spalinowego, obecność silników elektrycznych i baterii buforowej). Być może w przyszłości staną się one uzupełnieniem aut akumulatorowych.

Jak powstaje samochód w fabryce?

Projektowanie i budowa samochodu to wyzwanie nie tylko pod względem konstrukcyjnym, ale i produkcyjnym. Nowoczesne auta powstają w zaawansowanych fabrykach, gdzie wiele etapów jest zautomatyzowanych. Produkcja samochodu rozpoczyna się od wytworzenia elementów nadwozia – ogromne prasy tłoczą z arkuszy stali (lub aluminium) poszczególne panele karoserii, takie jak drzwi, maska, dach czy błotniki. Następnie te elementy trafiają na linię, gdzie roboty spawalnicze łączą je ze sobą, tworząc kompletną bryłę nadwozia (tzw. body-in-white). Równolegle montowane są podzespoły mechaniczne: w odlewniach powstają bloki silników i inne komponenty, które są obrabiane i składane na osobnych liniach montażowych (silnik, skrzynia biegów, osiowe komponenty zawieszenia). Gdy struktura nadwozia jest gotowa, trafia do lakierni – kolejne roboty nanoszą warstwy podkładu, lakieru bazowego oraz lakieru bezbarwnego, utwardzając je w wysokiej temperaturze.

Kolejnym etapem jest montaż finalny. Polakierowana karoseria porusza się powoli po taśmie montażowej, a zespoły pracowników (wspieranych przez maszyny) instalują w niej wszelkie komponenty: wiązki elektryczne, izolacje, deskę rozdzielczą, fotele, szyby, układ kierowniczy, silnik wraz z zawieszeniem i układem napędowym, układ wydechowy, układ hamulcowy, koła, płyny eksploatacyjne itp. Podwozie (zespół zawieszenia z jednostką napędową) często łączy się z nadwoziem tzw. metodą „ślubu” – gotowa ramka z elementami mechanicznymi jest unoszona i przykręcana od spodu do karoserii. Na końcu samochód jest zalewany płynami (olej silnikowy, płyn chłodniczy, hamulcowy itp.) i przechodzi szczegółową kontrolę jakości. Cały proces złożenia pojedynczego auta na linii produkcyjnej może trwać kilkanaście godzin. Dla zobrazowania skali – nowoczesna fabryka może produkować nawet kilkaset samochodów dziennie, wykorzystując pracę tysięcy ludzi i setek robotów. Zanim jednak pierwszy egzemplarz danego modelu opuści fabrykę, inżynierowie spędzają kilka lat na projektowaniu konstrukcji i przygotowaniu produkcji (prototypy, testy, oprzyrządowanie fabryki). Tak więc budowa samochodu to skomplikowany proces, który wymaga koordynacji tysięcy części i zaawansowanej technologii produkcji.

Samodzielna budowa samochodu – czy to możliwe?

Poznając teoretycznie budowę samochodu, można zadać sobie pytanie: czy dałoby się zbudować auto samemu? W dobie gotowych pojazdów z taśmy montażowej mało kto podejmuje się konstruowania własnego samochodu, jednak nie jest to całkowicie niemożliwe. Przez dziesięciolecia powstały nawet konstrukcje typu kit car – zestawy do samodzielnego montażu repliki auta sportowego lub buggy z dostarczonych części. Hobbystyczni majsterkowicze budują też własne pojazdy od podstaw, często korzystając z komponentów z rozmaitych aut (np. biorąc silnik z jednego modelu, zawieszenie z innego itd.).

Oczywiście, domowymi metodami trudno osiągnąć precyzję i bezpieczeństwo fabrycznego auta, ale podstawowe założenia konstrukcyjne pozostają takie same. Trzeba dysponować solidną ramą lub podwoziem, zamontować jednostkę napędową z układem przeniesienia napędu, zawieszenie kół, układ kierowniczy i hamulcowy, a na tym osadzić nadwozie z miejscem dla kierowcy. Własnoręcznie skonstruowany pojazd może przybrać prostą formę (np. buggy plażowe z odkrytym nadwoziem i silnikiem z tyłu, bazujące często na podzespołach starego Garbusa), ale samo złożenie wszystkich mechanizmów wymaga sporej wiedzy, umiejętności i narzędzi.

Budowa samochodu w garażu to zajęcie czasochłonne i kosztowne – często znacznie bardziej niż zakup gotowego pojazdu. Niektórym jednak przynosi ogromną satysfakcję stworzenie czegoś własnymi rękami. Nawet jeśli nie planujemy składać auta od zera, wiedza o tym, jak zbudowany jest samochód, pozwala lepiej dbać o pojazd, diagnozować usterki i świadomie rozmawiać z mechanikami. Znajomość konstrukcji auta czyni nas też bardziej świadomymi kierowcami – rozumiemy, co dzieje się pod maską i pod podwoziem podczas każdej jazdy.

Samochód to coś więcej niż tylko środek transportu – to skomplikowana układanka tysięcy elementów, która potrafi budzić fascynację. Im więcej wiemy o budowie auta, tym bardziej świadomie i bezpiecznie możemy z niego korzystać na co dzień. Pozwala to także docenić ogrom pracy inżynierów, którzy projektują samochody, oraz mechaników dbających o ich sprawność.