Тема 4. Электрооборудование автомобилей
Основные сведения по электротехнике
Электричество - это один из видов энергии, широко применяемых на современных автомобилях и др. технике.
Рис. 4.1. Принципиальная схема электрооборудования автомобиля
Электрическая энергия на современных автомобилях применяется для пуска двигателя (стартером), зажигания горючей смеси (карбюраторных двигателей), звуковой и световой сигнализации, освещения пути движения и кабины, питания контрольно-измерительных приборов и вспомогательного оборудования (рис. 4.1).
Приборы, вырабатывающие электрическую энергию, называются источниками электрического тока, а потребляющие ее, - потребителями.
Источники тока - генератор и аккумуляторная батарея.
Потребители тока - стартер, приборы сигнализации и освещения, контрольно-измерительные приборы.
Источники электрического тока преобразуют механическую и химическую энергию в электрическую. Потребители служат для превращения энергии электрического тока в другой вид энергии (механическую, световую, звуковую, тепловую).
Приборы электрооборудования соединены по однопроводной системе, при которой вторым проводом служат металлические части машин - их «масса». С «массой» машины соединен отрицательный полюс источников питания, а с системой проводки - положительный. Напряжение в системе электрооборудования 12 В (легковые автомобили), 24 В (тяжелые грузовые автомобили, устанавливаются 2 батареи по 12 В каждая).
|
|
|
Электрический ток. Каждый атом представляет собой миниатюрную солнечную систему со своим солнцем - ядром, включающим протоны (положительно заряженные частицы) и нейтроны, а планетами этой системы являются электроны. Орбиты электронов расположены в разных плоскостях и занимают строго определенные места, носящие название оболочек (в виде концентрических сфер). Внешнюю оболочку часто называют валентной, имея в виду, что количество электронов на ней определяет валентность атома (вещества). Валентным числом называют количество недостающих до стабильного состояния электронов или же, наоборот, количество электронов, которое атом способен отдать другому атому, чтобы стать стабильным. Стабильным является атом, на внешней оболочке которого имеются восемь электронов. На внешней оболочке атомов большинства металлов находятся один, два или три электрона. Эти электроны легко отрываются от атома и, став свободными, образуют поток электронов. Направленное движение электронов по проводнику называют электрическим током.
Движение электронов в одном направлении называется постоянным током. Ток возникает в замкнутом проводнике под действием электродвижущей силы (ЭДС). Обязательное условие получения электрического тока - наличие источника тока и замкнутой электрической цепи. Электрическую цепь обычно образуют источники тока, потребители и соединяющие их провода.
|
|
|
Материалы, создающие незначительное сопротивление прохождению по ним электрического тока, называют проводниками. Хорошо проводят электрический ток металлы, уголь, водные растворы щелочей и кислот. В качестве проводников, соединяющих приборы электрооборудования, используют медную или алюминиевую проволоки.
Материалы, которые практически не проводят электрический ток при нормальных условиях, называют непроводниками или изоляторами. К ним относят эбонит, резину, пластмассы, ткани и др. Такие изоляторы используют в качестве оболочки для токонесущих проводов и основания приборов электрооборудования.
Приборы электрооборудования на автомобилях питаются постоянным током. В каждом источнике постоянного тока различают два полюса: положительный (+) и отрицательный (-). Условно считают, что во внешней цепи постоянный ток движется от положительного полюса к отрицательному.
Потребители и источники могут быть соединены между собой последовательно и параллельно. При последовательном соединении источников тока положительный полюс одного источника соединяют с отрицательным полюсом другого. При этом общее напряжение равно сумме напряжений всех источников тока.
|
|
|
| Рис. 4.2. Способы электрических соединений: а – последовательное соединение источников тока, б – параллельное соединение источников тока, в – последовательное соединение потребителей тока, г – параллельное соединение потребителей тока. |
Например, при напряжении одного свинцового аккумулятора 2 В для получения напряжения 12 В нужно соединить последовательно шесть аккумуляторов (рис. 4.2, а).
При параллельном соединении источников тока соединяют между собой одноименные полюса (рис. 2, б). В данном примере при таком соединении общее напряжение источников тока будет таким же, как у одного источника тока, а емкость увеличится в шесть раз.
При последовательном соединении потребителей ток проходит через каждый потребитель, а при параллельном - поступает к каждому потребителю отдельно (рис. 4.2, в, г). Количество электричества, которое проходит через поперечное сечение проводника за единицу времени, называется силой тока. Сила тока измеряется амперами (А). Работа электрического тока, выполненная за единицу времени, называется мощностью. Мощность измеряется ваттами (Вт).
|
|
|
Электромагнитная индукция. Из физики известно, что если пропустить электрический ток по проводнику, то вокруг него создается магнитное поле.
| Рис. 4.3. Схема простейших электромашин: а - электродвигателя, б - генератора; 1 - щетка, 2 - токосъемник, 3 - проводник, 4 - полюсы магнита, 5 - аккумуляторная батарея. 6 - приводной шкив. |
Если токонесущий проводник свернуть в спираль и в него поместить сердечник из малоуглеродистой стали, обладающий хорошей магнитной проводимостью, то образуется электромагнит, имеющий все свойства природного магнита. Магнитное поле электромагнита можно усилить, увеличивая число витков спирали или силу тока.
Электромагниты широко применяют в приборах электрооборудования (стартеры, генераторы, звуковые сигналы, контрольно-измерительные и другие приборы).Если токонесущий проводник поместить в магнитное поле магнита (или электромагнита), то в результате взаимодействия магнитных полей проводника и магнита проводник будет выталкиваться. В указанном случае электрическая энергия превращается в механическую. На этом явлении основана работа электродвигателей (рис. 4.3, а).
Если замкнутым проводником пересекать магнитные силовые линии магнита, то в проводнике возникает электрический ток. Это явление электромагнитной индукции используют для превращения механической энергии в электрическую, например, в генераторах (рис. 4.3, б). Когда проводники генератора в которых индуктируется ток, образуют одну обмотку, то вырабатывается однофазный ток. Если проводники образуют три одинаковые обмотки, расположенные под углом 120°, то будет индуктироваться трехфазный ток.
Полупроводниковые приборы. Материалы, занимающие по проводимости промежуточное положение между проводниками и изоляторами, называют полупроводниками. Их удельное сопротивление изменяется в зависимости от температуры (в обратной пропорциональности) и наличия посторонних примесей. К полупроводникам относятся некоторые металлы, их сплавы и окислы.
Наибольшее распространение для изготовления полупроводниковых приборов получили германий и кремний. Удельное сопротивление германия, например, в 30 млн. раз больше, чем у меди, и в миллион миллионов раз меньше, чем у фарфора. Германий - это хрупкий серибристо-серый металл. Из предмета химии известно, что германий четырехвалентный элемент, т. е на внешней оболочке его атома имеется четыре электрона. В абсолютно чистом германии при очень низких температурах все электроны участвуют в парноэлектрических связях с электронами соседних атомов, образуя, как все твердые тела кристаллическую решетку. В таких условиях германий является изолятором (диэлектриком). Аналогичное строение имеет кристалл кремния.
В полупроводниках обычно присутствуют примеси. Полупроводники, содержащие трехвалентные примеси, такие, как алюминий или индий, называют акцепторами или типа р (от слова positive - положительный), так как они принимают на себя электроны.
| Рис. 4.4. Полупроводниковые приборы: а - диод, б - триод; 1 - схема устройства, 2 – условное изображение; р u n- области полупроводника, Б - база, Э - эмиттер, К – коллектор |
Под действием тепловой или световой энергии кинетическая энергия электронов увеличивается и многие из них разрывают свои связи с атомами и становятся свободными. При наличии электрического поля свободные электроны получают направленное движение и в полупроводнике появляется электрический ток.
Полупроводники обладают свойством образовывать на граничной поверхности между полупроводником и металлом запирающий слой, пропускающий ток только в одном направлении. Такой двухэлектродный прибор называют полупроводниковым диодом (рис.4.4а). Запирающий слой образуется между р- и n- областями полупроводника, где происходит основной рабочий процесс (так называемый р-n-переход). Область р образуется в результате диффузии металла в полупроводник.
Устройство диода простое. Обычно в пластинку германия вплавляют каплю индия, а в пластинку кремния - каплю алюминия. Прямым направлением тока будет направление, например, от алюминиевого электрода к пластинке полупроводника из кремния. Диоды применяют в качестве выпрямителей переменного тока.
Для стабилизации напряжения, т. е. поддержания его в определенных пределах, применяют стабилитроны, или пробойные диоды. Их рабочий режим осуществляется при пробое перехода обратным током.
Полупроводниковый прибор с двумя р-n-переходами (рис. 4.4, б), называемый триодом, или транзистором, состоит из полупроводниковой пластинки - базы и двух направленных капель (или слоев), образующих две зоны проводимости.
Пластина полупроводника в триоде называется базой (Б) или основанием. Слой (капля), к которому подводится напряжение, называется эмиттером (Э), а другой, с которого снимается напряжение, называется коллектором (К). Проводимостью транзистора управляют током, подводимым к базе, которая выполняется очень тонкой толщиной 10- 12 мкм.
В транзисторе различают базовый ток, идущий с эмиттера на базу, и коллекторный, идущий с эмиттера на коллектор. Базовый ток называют током управления, а коллекторный - основным током. Если базового тока нет, сопротивление триода достигает наибольшего значения (нескольких тысяч ОМ), и основной ток через триод в этом случае не проходит, т. е. транзистор заперт. Если ток пропущен через переход эмиттер - база, то потечет «ток базы». При этом электроны, проникнувшие в область базы из эмиттера, проскочат к переходу база - коллектор вследствие диффузии (так как толщина слоя базы меньше, чем диффузионная длина пробега электронов), где под влиянием электрического поля они будут втянуты в коллектор. Этот ток образует «ток коллектора». Транзистор в этом состоянии называется «открытым». Причем небольшой «ток базы» вызывает значительный «ток коллектора». Вследствие этого транзистор обладает усилительными свойствами.
| Рис. 4.5. Схема работы транзистора: а - транзистор открыт, б - транзистор закрыт; Т – транзистор, Б - база, К – коллектор, Г – гальванометр, Э – эмиттер, R1 – переменный резистор, R2 – постоянный резистор. |
Транзисторы применяют для усиления и прерывания тока, в цепи.
Рассмотрим простую схему работы транзистора прямой проводимости структурного типа р-п-р. Если движок переменного резистора R1 находится в верхнем (рис. 4.5, а) положении, то потенциал базы транзистора равен потенциалу коллектора. В этом случае транзистор открыт и через него проходит максимально возможный ток.
Ток проходит по цепи, обозначенной на схеме голубым цветом: положительный зажим источника тока, Э-К-переход транзистора, гальванометр, резистор R2, отрицательный зажим источника тока.
Если движок переменного резистора находится в нижнем положении (рис. 4.5, б), то потенциал базы транзистора равен потенциалу эмиттера. При этом транзистор закрыт и через него может проходить минимальный ток. Перемещая движок переменного резистора R1 от среднего положения, управляем значением тока (вверх - увеличиваем, вниз - уменьшаем).
4.2. Источники тока
Аккумуляторные батареи
Аккумуляторная батарея служит для питания током потребителей, когда двигатель не работает или работает на малой частоте вращения коленчатого вала. Аккумуляторная батарея состоит из нескольких одинаковых по устройству аккумуляторов, соединенных между собой последовательно.
Действие аккумулятора основано на последовательном превращении электрической энергии в химическую (зарядка) и, наоборот, химической энергии в электрическую (разрядка). На изучаемых тракторах и автомобилях устанавливают свинцовые кислотные аккумуляторные батареи.
Простейший свинцовый аккумулятор (рис. 4.6) состоит из пластмассовой банки, в которую залит электролит (раствор серной кислоты в дистиллированной воде) и двух свинцовых пластин. Поверхности пластин, находящиеся в электролите, покрываются тонким слоем сернокислого свинца, иначе называемым сульфатом свинца.
| Рис. 4.6. Схема простейшего аккумулятора: а - в начале разрядки, б - в конце разрядки; 1 - губчатый свинец, 2 - раствор серной кислоты, 3 - перекись свинца, 4 - сернокислый свинец, 5 - слабый раствор серной кислоты. |
Обязательное условие для работы аккумулятора - зарядка, т. е. через него пропускают электрический ток. При прохождении постоянного электрического тока от постороннего источника через аккумулятор в результате химической реакции на пластине образуется перекись свинца 3, а на пластине, соединенной с отрицательным полюсом источника тока - металлический свинец в виде рыхлой губчатой массы. При этом в электролит выделяется серная кислота, которая увеличивает его плотность. Лампочка, присоединенная к пластинам, после зарядки загорается. Следовательно, накопившаяся в аккумуляторе при зарядке химическая энергия при разрядке превращается в электрическую.
Пластины аккумулятора изготовляют в виде решеток, заполненных активной массой - порошкообразным свинцом. Для увеличения запаса энергии число парных пластин увеличивают. Количество электричества которое отдает полностью заряженный аккумулятор при непрерывном разряде постоянной силой тока до определенного конечного напряжения, называют емкостью аккумулятора. Емкость аккумулятора измеряется в ампер-часах.
Аккумуляторная батарея (рис. 4.7) состоит из бака 4, разделенного внутри перегородками на отделения. В каждом отделении (банке) помещается один аккумулятор. Бак изготовляют из кислотостойкой пластмассы или эбонита Он имеет на дне ребра, на которые опираются пластины. В каждую банку помещен набор положительных 2 и отрицательных 1 пластин.
Положительные пластины соединяют, с полюсным штырем, имеющим знак плюс, а отрицательные соединяют с полюсным штырем со знаком минус. Положительная пластина расположена между отрицательными, поэтому отрицательных пластин на одну больше, чем положительных. Пластины отделены друг от друга пористыми перегородками - сепараторами 9. Они изготовлены из специально обработанного дерева микропористой пластмассы или стекловолокна Сепараторы предупреждают короткое замыкание пластин и свободно пропускают через себя электролит. Банку закрывают крышкой б, в которой предусмотрено отверстие для заполнения банки электролитом.
Заливное отверстие закрывается пробкой 5. В пробке имеется вентиляционное отверстие, сообщающее полость аккумулятора с атмосферой, что необходимо для выхода газов, выделяющихся при химических реакциях. После сборки батареи края крышек аккумуляторов заливают специальной кислотостойкой мастикой.
| Рис. 4.7. Аккумуляторная батарея: а - общий вид, б - блок пластин; 1 – отрицательные пластины, 2 – положительные пластины, 3 - ребра, 4 - бак, 5 – пробка, 6 – крышка, 7 – соединительная перемычка, 8 - полюсный штырь, 9 – сепараторы. |
На перемычках, соединяющих отдельные аккумуляторы, указываются дата изготовления и марка батареи.
Маркировка отечественных батарей состоит из цифр и букв, расположенных в следующем порядке:
- Цифра, указывающая количество последовательно соединенных 2-х вольтовых аккумуляторов в батарее и обозначающая таким образом ее номинальное напряжение (6 или 3 – для аккумуляторных батарей напряжением соответственно 12 или 6 В)
- Буква, обозначающая тип применяемой в аккумуляторной батарее электрохимической системы (С-свинцовая)
- Буква, обозначающая назначение аккумуляторной батареи (Т – стартерная), т.е. обеспечивающая получение высоких разрядных токов, необходимых для пуска двигателя стартером
- Число, отделенное от предыдущей части обозначения дефисом, и указывающее номинальную емкость аккумуляторной батареи в ампер-часах (А*ч)
- Буквы, обозначающие материал и конструктивное исполнение корпуса батареи (Э – эбонитовый, Т – из термопластичной пластмассы, А – пластмассовый с общей крышкой (рис. 8)), материал сепараторов (М – минпласт, Р – мипор), необходимость заливки электролита и заряда батареи (З – залитая и заряженная, Н – несухозаряженная, Л – необслуживаемая)
Например, марка батареи 6СТ-55 АЗЛ означает, что батарея состоит из 6 последовательно соединенных 2-х вольтовых аккумуляторов (следовательно, ее напряжение 12 В) со свинцовой электрохимической системой (буква С). Батарея предназначена для стартерного пуска двигателя (буква Т), и имеет номинальную емкость 55 Ач. Батарея имеет пластмассовый корпус с общей крышкой (буква А), залита электролитом и заряжена (буква З) и является необслуживаемой (буква Л).
Термин «необслуживаемая» является условным, поскольку обслуживать такие батареи все же нужно, хотя и в значительно меньшем объеме. Буква Л в маркировке может отсутствовать (например, 6СТ-55А, 6СТ-66А и т.д.).
В настоящее время аккумуляторные батареи производятся в основном в необслуживаемом исполнении и в продажу поступают обычно залитые электролитом и заряженные.
Например, 6 ТСТ-50 ЭМС. Марка батареи расшифровывается следующим образом. Первая цифра (6) указывает на число последовательно соединенных аккумуляторов, определяющее номинальное напряжение батареи (12 В). Буквы, следующие за первой цифрой, означают, что батарея «тяжелая» стартерная. Такая батарея отличается особой прочностью.
Ее применяют для тракторов, комбайнов и автомобилей тяжелой службы. Цифра 50 указывает на номинальную емкость батареи в ампер-часах при двадцатичасовой разрядке. Первая буква (Э) после цифр характеризует материал бака - эбонит, вторая - материал сепараторов: микропористая пластмасса (М) со стекловолокном (С). Сухозаряженные батареи в конце марки имеют букву 3.
Рис. 4.8. АКБ с пластмассовым корпусом с общей крышкой
Электролит приготовляют из химически чистой серной кислоты и дистиллированной воды. Кислоту и воду смешивают в кислотоупорных сосудах, приливая кислоту тонкой струйкой в воду. Если же вливать воду в кислоту, произойдет бурная реакция; кислота разбрызгивается и выплескивается из сосуда, а попав на тело, может вызвать ожоги. Соотношение кислоты и воды в электролите определяют по его плотности.
Электролит составляют с учетом климатических условий. Для центральных районов с зимней температурой до -30°С плотность электролита у полностью заряженного аккумулятора должна быть круглый год 1,27. В условиях низких температур плотность электролита должна быть выше, а при высокой температуре - ниже.
Проверяют плотность электролита ареометром (рис. 4.9). По мере разрядки аккумулятора плотность электролита уменьшается.
| Рис. 4.9. Проверка аккумуляторной батареи: а - уровня электролита, б - напряжения аккумулятора, в - плотности электролита; 1 - стеклянная трубка, 2- нагрузочная вилка с вольтметром, 3 -ареометр. |
Уровень и плотность электролита проверяют в каждом элементе батареи. Уровень электролита должен быть на 12- 14 мм выше верхнего края пластин.
При испарении электролита нужно доливать дистиллированную воду, так как испаряется только вода, а при утечке электролита в аккумулятор добавляют раствор серной кислоты. По плотности электролита определяют степень заряженности аккумуляторной батареи. С большей точностью степень заряженности батареи под нагрузкой определяют нагрузочной вилкой с включенным сопротивлением (рис. 4.9, 6).
Наконечники нагрузочной вилки поочередно плотно прижимают к зажимам аккумулятора на 5 с и смотрят показания вольтметра. Напряжение полностью заряженного аккумулятора не должно падать ниже 1,7 В на каждую секцию (для аккумулятора без верхней приваренной крышки).
Для аккумуляторов с верхней приваренной крышкой проверку напряжения проводят подключением нагрузочной вилки к клеммам «+» и «-». В этом случае суммарное напряжение должно быть не ниже 10,5 В.
Разность напряжения отдельных аккумуляторов батареи не должна превышать 0,1 В. Если разность больше этого значения или батарея разряжена более чем на 50% летом и более чем на 25% зимой, ее необходимо отправить на зарядку. Нельзя допускать длительного пребывания батареи в полузаряженном состоянии во избежание ее порчи. Чтобы не допускать разрушения пластин, запрещается на продолжительное время и несколько раз подряд включать стартер
Табл.4.1. Плотность электролита при 15ºС , г/см3 
В зависимости от климатического района, в котором эксплуатируется автомобиль, плотность электролита должна соответствовать, указанной в таблице 4.1.
При установке на автомобиль выводной штырь батареи со знаком минус присоединяется к «массе» через выключатель «массы». Выключатель «массы» (рис. 4.10) служит для отключения аккумуляторной батареи при неработающем двигателе и во время стоянки в целях уменьшения саморазрядки батареи, возможного замыкания электропроводки и противопожарной безопасности. Выключатель «массы» установлен в кабине. «Масса» включается нажатием руки или ноги на большой шток 3. При этом подвижные 8 и неподвижные 1 контакты замыкаются и удерживаются в замкнутом положении стопорной пластиной 6, которая запирает большой шток пружиной 7.
Отключают аккумуляторную батарею от электрической цепи малым штоком 2. Если нажать на малый шток, стопорная пластина переместится и освободит большой шток, который вместе с подвижными контактами под действием пружин 9 возвратится в исходное (выключенное) положение.
Таким устройством (выключателем «массы») оборудуют в основном тяжелые грузовые автомобили. Легковой автомобиль может не иметь выключателя «массы», например, из-за сигнализации.
| Рис. 4.10. Выключатель «массы»: А - устройство, б, в - схема работы; 1 – неподвижные контакты, 2 - малый шток, 3 - большой шток, 4 – корпус, 5 - изолирующая шайба, 6 - стопорная пластина, 7, 9 - пружины, 8 - неподвижный контакт |
4.2.2. Генераторы Генератор служит для питания током всех потребителей электрооборудования и для заряда аккумуляторной батареи при средней и большой частоте вращения коленчатого вала двигателя.
В последнее время на автомобилях устанавливают трехфазные генераторы переменного тока с возбуждением от электромагнитов. Магнитный поток в таком генераторе создается обмоткой возбуждения, по которой пропускается постоянный электрический ток. При пуске двигателя постоянный ток используется от аккумуляторной батареи, а при работе двигателя вырабатываемый генератором переменный ток преобразуется выпрямителями в постоянный.
Генератор переменного тока трехфазный, синхронный, с электромагнитным возбуждением, по сравнению с генератором постоянного тока имеет меньшие металлоемкость и габаритные размеры. При той же мощности он проще по конструкции и отличается большим сроком службы.
Синхронным генератор называется потому, что частота вырабатываемого им тока пропорциональна частоте вращения ротора генератора. Удельная мощность генератора переменного тока, т.е. мощность генератора, приходящаяся на единицу его массы, примерно в 2 раза больше, чем у генератора постоянного тока. Это позволяет в 2-3 раза увеличить передаточное число привода генератора, вследствие чего, при частоте вращения на режиме холостого хода двигателя генераторы переменного тока развивают до 40% номинальной мощности, что обеспечивает лучшие условия заряда аккумуляторных батарей и, как следствие, повышение их срока службы.
Для нормальной работы имеющихся на автомобиле потребителей тока должно быть стабильное напряжение питания, поэтому независимо от частоты вращения ротора генератора и числа подключенных потребителей, напряжение генератора должно быть постоянным.
Поддержание постоянства напряжения и защита генератора от перегрузки обеспечиваются прибором, называемым регулятором напряжения или реле-регулятором.
В зависимости от дорожно-климатических условий и режимов эксплуатации автомобилей напряжение генератора, питающее потребителей, рассчитанных на номинальное напряжение 12 В, должно быть в пределах 13, 2 – 15.5 В.
Генератор 37.3701 автомобиля ВАЗ-2109. На автомобилях ВАЗ устанавливаются трехфазные генераторы переменного тока с выпрямителями на кремниевых диодах. Принципиальная схема работы трехфазного генератора переменного тока показана на рис. 4.11.
| Рис. 4.11. Схема устройства трехфазного генератора переменного тока: 1 — статор; 2 — ротор; О — нулевая точка |
.
На стальном статоре 1 (рис. 4.11) с внутренней стороны под углом 120° расположены три катушки Kl, К2 и КЗ с обмотками, которые между собой соединяются звездой, т. е. одни концы обмоток катушек соединяются в одну точку 0, а другие выводятся в общую цепь потребителей (Л1, Л2 и ЛЗ). Катушка с включенным в нее потребителем образует фазу. Внутри статора вращается магнитный ротор 2.
При вращении ротора к катушкам за каждые 120° попеременно подходят северный и южный полюсы. При этом обмотки катушек статора пересекаются магнитными линиями, в которых индуктируется переменная по направлению ЭДС, создающая переменный ток в цепи каждой фазы. Магнитный поток (показан на рис. прерывистыми стрелками) замыкается через корпус 1 статора. При этом ток, созданный в одной любой фазе, обязательно проходит в цепи двух других фаз. За один оборот ротора через равные промежутки времени в каждой цепи фазы меняется направление тока в зависимости от количества пар полюсов и частоты вращения ротора.
Однако переменный ток не может быть использован для заряда аккумуляторной батареи, поэтому в генераторе установлен блок выпрямителей, состоящий из шести кремниевых диодов, преобразующих переменный ток в постоянный (диодом называют двухэлектродный полупроводниковый прибор, который проводит ток только в одном направлении). Кремниевые диоды имеют большой срок службы, пропускают весьма малый обратный ток, надежно работают в широком диапазоне температур (от — 60 до + 125°С), а также имеют малые габариты и массу, что позволяет устанавливать их в крышке генератора автомобиля.
Устройство генератора. Генератор (рис.4.12) состоит из статора, ротора, щеток 11 и 13, выпрямительного блока, электронного регулятора напряжения двух крышек, которые стягиваются при помощи стяжных болтов 26, а также приводного шкива с вентилятором и конденсатора. 
Рис. 4.12. Генератор 37.3701 автомобиля ВАЗ 2109: а - регулятор напряжения и щеточный узел генераторов выпуска с 1996 г. 1 - крышка генератора со стороны контактных колец; 2 - болт крепления выпрямительного блока; 3 – контакт-ные кольца; 4 - шариковый подшип-ник вала ротора со сторон» контакт-ных колец; 5 - конденсатор 2,2 мкФ ±20% для подавления радиопомех; 6 - вал ротора; 7 - провод общего вывода дополнительных диодов; 8 - зажим «30» генератора для подключения потребителей; 9 - штекер «61» генератора (общий вывод дополни-тельных диодов); 10 - провод вывода «Б» регулятора напряжения; 11 - щетка, соединенная с выводом «В» регулятора напряжения; 12 – регуля-тор напряжения; 13 - щетка, соединен-ная с выводом «Ш» регулятора напряжения; 14 - шпилька для креп-ления генератора к натяжному устрой-ству; 15 - крышка генератора со стороны контактных колец; 16 – крыльчатка вентилятора со шкивом привода генератора; 17 - полюсный наконечник ротора; 18 - шайбы крепления подшипника; 19 – дистан-ционное кольцо; 20 - шариковый подшипник вала ротора со стороны привода; 21 - стальная втулка; 22 - обмотка ротора (обмотка возбужде-ния); 23 - сердечник статора; 24 - обмотка статора; 25 – выпрямитель-ный блок; 26 - стяжной болт генерато-ра; 27 - буферная втулка; 28 - втулка; 29 - поджимная втулка; 30 - вывод «В» регулятора напряжения; 31 - щеткодержатель
Статор состоит из сердечника и катушек обмотки (рис. 4.12). Сердечник 23 статора изготавливают в виде кольца из отдельных стальных пластин, изолированных друг от друга лаком. На его внутренней поверхности имеются зубцы, на которых надеты катушки. Катушки образуют обмотку 24 статора, которая разделена на три фазы, расположенные под углом 120° по отношению друг к другу. Одни концы каждой фазы соединены между собой в одну точку называемую нулевой, а другие выводятся в цепь.
Ротор состоит из вала 6, на котором напрессована втулка 21 с обмоткой возбуждения 22, и шести пар электромагнитных полюсных наконечников 17, создающих под действием обмотки возбуждения 22 магнитное поле. На валу ротора установлены два контактных кольца, через которые в обмотку возбуждения подается электрический ток. По контактным кольцам скользят графитовые щетки 11 и 13, соединенные с выводами В и Ш регулятора напряжения 12. Ротор вращается в шариковых подшипниках, установленных в передней и задней крышках. Они заполнены специальной смазкой, рассчитанной на весь срок службы генератора. В связи с тем, что для заряда аккумуляторной батареи необходим постоянный ток, внутри задней крышки 1 генератора помещен выпрямительный блок 25, преобразующий переменный ток в постоянный.
Выпрямительный блок 25 представляет собой две алюминиевые пластинки с запрессованными в них шестью диодами, пропускающими электрический ток только в одном направлении, т. е. создающими в цепи постоянный электрический ток (одного направления). На пластине выпрямительного блока установлены еще три дополнительных диода. Напряжение, снимаемое с этих дополнительных диодов, идет для питания постоянным током обмотки 22 ротора и цепи контроля исправности генератора с помощью контрольной лампы разряда аккумуляторной батареи, помещенной на щитке приборов.
Электронный регулятор 12 напряжения представляет собой неразборный и нерегулируемый узел, в котором нет обычных электромагнитных реле с контактами. В паз регулятора напряжения вставляется щеточный узел — пластмассовый щеткодержатель с двумя щетками. Приводной шкив с вентилятором установлен на переднем конце вала ротора.
Вентилятор служит для охлаждения статора, ротора и выпрямителя. Охлаждающий воздух засасывается через окна в задней крышке 1, проходит внутри генератора и выходит через окна передней крышки наружу.
Для подавления радиопомех и защиты электронного оборудования от импульсов напряжения в системе зажигания на генераторе устанавливается конденсатор 5.
Работа генератора осуществляется следующим образом. При включении зажигания загорается контрольная лампа на щитке приборов, сигнализирующая о том, что в обмотку возбуждения ротора поступает ток от аккумуляторной батареи. Протекающий по обмотке возбуждения ток создает вокруг полюсов ротора магнитный поток. После пуска двигателя, когда ротор генератора стал вращаться, под каждым зубцом статора проходит то южный, то северный полюс ротора. Поэтому магнитный поток, проходящий через зубцы статора, меняется по силе и направлению. Переменный магнитный поток пересекает витки обмотки статора, индуцируя в ней ЭДС.
Переменное напряжение и ток, индуцированные в обмотке статора, выпрямляются выпрямитель-ным блоком 25, и для питания потребителей идет уже постоянный ток, снимаемый с клеммы 30 (поз. 8 на рис. 4.12) генератора. Одновременно с общего вывода дополнительных диодов подается выпрямленное напряжение для питания обмотки возбуждения ротора.
У работающего исправного генератора напряжение на клемме 30 и на общем выводе дополнитель-ных диодов равны. Поэтому в контрольную лампу щитка ток не поступает, и она не горит. В этом случае обмотка возбуждения генератора питается от выпрямителя на трех дополнительных диодах, а аккумуляторная батарея заряжается от генератора. Если контрольная лампа будет гореть, то это указывает на неисправность генератора, когда он вообще не дает напряжения или оно ниже напряжения аккумуляторной батареи.
При увеличении частоты вращения ротора, когда напряжение генератора превысит 13,7... 14,5 В, при помощи регулятора напряжения прекращается поступление тока в обмотку возбуждения ротора. В результате этого напряжение генератора падает, регулятор снова пропускает ток в обмотку возбуждения и процесс повторяется. Благодаря большой частоте протекания этого процесса напряжение этого генератора остается практически постоянным в пределах 13,7... 14,5 В. Замыкание и размыкание цепи питания обмотки возбуждения генератора происходит за счет открытия и закрытия выходного транзистора в регуляторе в зависимости от управляющего напряжения на выводе регулятора напряжения 12.
Более точный контроль напряжения в цепи электрооборудования осуществляется вольтметром, расположенным на щитке приборов. Если при работе двигателя стрелка находится в начале шкалы красной зоны, напряжение тока, отдаваемого генератором, ниже нормы, а если в конце шкалы — выше нормы. При нормальном напряжении стрелка должна находиться в зеленой зоне шкалы в пределах 13,7... 14,5 В.
Крепление генератора к двигателю осуществляется подвижно на болтах, вставляемых в отверстие приливов крышек со втулками 21. С верхней стороны генератор крепится к двигателю через натяжную планку с прорезью, обеспечивающей перемещение генератора при регулировке натяжения или замене приводного ремня (ремня вентилятора).
Потребители тока
Система пуска
Система запуска двигателя предназначена для создания первичного крутящего момента коленвала двигателя с оборотами, необходимыми для образования нужной степени сжатия, для воспламенения горючей смеси. Управление системой запуска может быть ручным, автоматическим и дистанционным.
Система пуска двигателя состоит из основных функциональных устройств:
· Аккумуляторная батарея
· Стартер
· Механизмы управления запуска (замок зажигания, блок управления автоматическим пуском, система дистанционного управления)
· Соединительные провода большого сечения (многопроволочные медные).
Предъявляемые требования к системе запуска: надежность работы стартера (отсутствие поломок в 45-50 тыс. км пробега) возможность уверенного запуска в условиях пониженных температур, способность системы к многоразовым пускам в течение короткого времени.
Рис. 4.13. Электрическая схема включения системы пуска двигателя
Устройство стартера автомобиля Основным узлом системы запуска двигателя является стартер. Представляет собой электродвигатель постоянного тока напряжением 12 (24) В и развивающий на холостом ходу примерно 5000 об\мин.
Рис. 4.14. Стартер легкового автомобиля:
1 – шестерня привода, 2 – ролик обгонной муфты, 3 – обгонная муфта, 4 – поводковое кольцо, 5 – резиновая заглушка, 6 – рычаг привода, 7 – крышка со стороны привода, 8,9 – якорь и обмотка реле, 10 – контактная пластина, 11 – крышка реле, 12 – контактные болты, 13 – крышка со стороны коллектора, 14,15 – тормозные диски крышки и вала якоря, 16 – якорь, 17 – втулка подшипника, 18,19 – обмотка и полюс статора, 20 – корпус, 21 – ограничительное кольцо, 2 – регулировочное кольцо
Рис. 4.15. Узлы стартера легкового автомобиля
Рис. 4.16. Схема стартера грузового дизельного тяжелого автомобиля
Стартер состоит из пяти основных элементов:
· Корпус стартера выполнен из стали, имеет форму цилиндра (рис.15). На внутреннюю стенку корпуса крепятся обмотки возбуждения 16 (обычно четыре) совместно с сердечниками (полюсами). Крепеж происходит винтовым соединением. Винт закручивается в сердечник, который прижимает обмотку к стенке. Корпус имеет резьбовые технологические отверстия для крепления передней части, в которой происходит движение обгонной муфты 3.
· Якорь стартера представляет собой ось из легированной стали, на которую запрессован сердечник якоря (поз. 23 рис.16) и коллекторные пластины (поз. 1 рис. 16).
· Сердечник (поз. 23 рис.16) имеет пазы для укладки обмоток якоря. Концы обмоток надежно крепятся к коллекторным пластинам.
· Коллекторные пластины (поз. 1 рис. 16) расположены по кругу и жестко установлены на диэлектрической основе.
Диаметр сердечника напрямую связан с внутренним диаметром корпуса (совместно с обмотками). Якорь крепится в передней крышке стартера и в задней крышке при помощи втулок (поз.12, рис.16), изготовленных из латуни, реже из меди. Втулки одновременно являются и подшипниками.
· Втягивающее реле или тяговое реле (поз.4, рис.16 или поз.8, рис. 15) устанавливается на корпус стартера. В корпусе тягового реле, в задней части находятся силовые контакты 12 (рис. – «пятаки», и подвижный контакт-перемычка 10 (рис.18), выполненные из мягких металлов. «Пятаки» представляют собой обыкновенные болты, запрессованные в эбонитовую крышку тягового реле. При помощи гаек к ним крепятся силовые провода от аккумулятора и от плюсовых щеток стартера. Сердечник тягового реле 5 (рис.17) соединяется, через подвижное «коромысло» 7 с обгонной муфтой 15 (бендиксом).
Механизм привода стартера имеет обгонную муфту (муфта свободного хода) 9 (рис.4.16), которая передает крутящий момент от стартера на маховик и исключает передачу вращения от маховика на вал стартера после пуска двигателя, предотвращая тем самым разнос якоря.
Рис. 4.16. Роликовая муфта свободного хода (обгонная муфта)
Муфта состоит из шлицевой втулки 3, установленной на шлицах вала якоря стартера, обоймы 5, в которой выполнены 4 клиновидных паза, роликов 6 с плунжерами 11, нагруженными пружинами 10, ступицы 7, изготовленной совместно с шестерней 8. Плунжеры с помощью пружин 10 зажимают ролики между поверхностями обоймы и ступицы.
При пуске двигателя крутящий момент передается от шестерни на зубчатый венец маховика. При этом ролики, сдвигаясь в узкую часть клиновидного паза обоймы, жестко заклиниваются между ней и ступицей шестерни.
После пуска двигателя из-за большого передаточного числа зубчатой передачи, маховик начинает вращать шестерню привода с большой частотой, чем вращается вал стартера и связанная с ним обойма 5, которая в этом случае начинает отставать от ступицы 7 шестерни 8, в следствие чего обойма и ступица расклиниваются. Стартер при этом работает в режиме холостого хода до размыкания цепи размыкателя.
Принцип работы пусковой системы и стартера. Этапы работы стартера следующие:
· стыковка с зубчатым венцом маховика,
· пуск стартера,
· расстыковка стартера.
На деле это выглядит следующим образом: при включении замка зажигания и повороте ключа в положение «запуск», по цепи «+» АКБ - замок зажигания - обмотка тягового реле - «+» выхода стартера - плюсовая щетка - обмотка якоря - минусовая щетка, срабатывает тяговое реле.
Под действием сердечника реле подвижный контакт замыкает силовые пятаки, через которые подается ток от АКБ на плюсовой провод стартера. Плюс стартера соединен с плюсовой полюсной пластиной и плюсовыми щётками. Минус по умолчанию подключен постоянно. После подачи тока вокруг обмоток якоря и обмоток возбуждения возникают магнитные потоки, которые направлены в одну сторону, а, как известно, одинаковые полюса магнита отталкиваются друг от друга, так возникает круговое движение якоря.
В момент срабатывания втягивающего реле, «коромысло» приходит в движение вместе сердечником реле и выталкивает роликовую муфту свободного хода на шлицах якоря, в сторону венца маховика. Якорь в этот момент начинает вращаться и приводит в действие маховик.
Если двигатель автомобиля завелся, а ключ зажигания еще не отпущен, наступает момент, когда обороты двигателя превышают обороты стартера, в этом случае срабатывает обгонный механизм муфты. Для дизельных двигателей или двигателей большой мощности, применяется другой механизм подачи вращения на муфту.
Применяется редуктор, встроенный в корпус стартера (рис.16). Редуктор представляет собой механизм привода трансмиссии, т.е. по внутренней зубчатой обойме вращаются три сателлита, которые и приводят в действие вал, на котором подвижно находится муфта. Достоинство таких стартеров в малых габаритах и большой мощности.
Средства облегчения пуска дизельного двигателя.
Электрофакельное устройство (ЭФУ) предназначено для облегчения пуска холодного двигателя при температурах окружающего воздуха до —30 °С.
Условно систему электрофакельного устройства можно подразделить на две взаимосвязанные: топливную и электрическую. Топливная система обеспечивает также дозировку дизельного топлива на сгорание. Она подключена к системе питания двигателя топливом.
Основным элементом электрофакельного устройства являются факельные свечи. Они установлены во впускных трубопроводах двигателя так, чтобы обеспечивалась равномерная подача подогретого воздуха и паров топлива во все цилиндры.
Корпус 1 факельной свечи (рис. 4.17) неразборной конструкции, имеет нижнюю резьбовую часть для вворачивания во впускной трубопровод и фиксации на нем контргайкой 6. Нагревательный элемент 2 выполнен в виде штифтовой свечи и представляет собой металлический кожух, внутри которого запрессована спираль в специальном наполнителе. Наполнитель обладает хорошей теплопроводностью и электрически изолирует спираль от кожуха. Нагревательный элемент осуществляет нагрев свечи до рабочей температуры, что обеспечивает испарение и воспламенение дизельного топлива. Топливо поступает из системы питания к штуцеру, где очищается фильтром 7, а затем попадает в кольцевую полость, образованную поверхностью нагревательного элемента и испарителем 5. Количество топлива дозируется жиклером 8.
Для увеличения поверхности испарения служит объемная сетка 4, окруженная экраном 3 с двумя рядами отверстий. Экран защищает факел пламени от срыва потоком воздуха, засасываемого в цилиндры двигателя.
Принцип работы электрофакельного устройства заключается в следующем. Перед пуском двигателя с помощью ручного топливопрокачивающего насоса создают избыточное давление топлива, которое в период провертывания коленчатого вала стартером поддерживается топливным насосом 7 (рис.4.17).
Клапан-жиклер фильтра тонкой очистки и перепускной клапан ТНВД, перекрывающие дренажные топливопроводы, обеспечивают подачу топлива к факельным свечам 13 с минимальной задержкой во времени под давлением 20...40 кПа. При таком давлении обеспечивается минимальное время для образования факела пламени. Увеличение или уменьшение этого давления приводит к задержке образования факела и соответственно к увеличению времени пуска.
| Рис. 4.17. Факельная свеча: 1— корпус, 2 — нагревательный элемент, 3 - экран,4 — сетка, 5 — испаритель, 6 — контргайка, 7 —фильтр, 8 — жиклер |
Топливо проходит через электромагнитный клапан 11 и попадает к предварительно нагретым факельным свечам, где оно дозируется, нагревается и испаряется. Воспламенение топлива и образование факела пламени происходят в силу того, что в этот момент провертывается стартером коленчатый вал двигателя и во впускных трубопроводах появляется поток воздуха, обдувающий факельные свечи. Частицы не сгоревшего во впускных трубопроводах топлива в виде паров попадают в цилиндры вместе с нагретым воздухом, где воспламеняются и способствуют воспламенению основного топлива, впрыснутого через форсунки. Для сокращения времени выхода двигателя на устойчивый режим предусмотрена возможность совмещения его работы с работой электрофакельного устройства. При этом обеспечивается устойчивое удержание факела во впускных трубопроводах при работе двигателя на холостом ходу.
Система зажигания
Система зажигания бензинового двигателя служит для воспламенения рабочей смеси в цилиндрах в определенный момент. Воспламенение происходит в конце такта «сжатие» электрической искрой, которая образуется между электродами свечи зажигания. Промежуток сжатой рабочей смеси между электродами свечи имеет большое электрическое сопротивление, поэтому между ними необходимо создать высокое напряжение, чтобы вызвать искровой разряд.
Искровые разряды должны появляться при определенном положении поршней в цилиндрах и чередоваться в соответствии с установленным порядком двигателя.
Системы зажигания бывают контактные, контактно-транзисторные и электронные бесконтактные. Например, на двигателях ВАЗ 2105, 2106 устанавливались контактные системы зажигания, а на последних моделях ВАЗ устанавливаются электронные бесконтакные системы зажигания. На грузовиках ЗИЛ - 431410 устанавливают контактно-транзисторное зажигание.
Дата добавления: 2019-09-13; просмотров: 895; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!