По какой системе выполнено электрооборудование на автомобилях и тракторах?

ГАОУ СПО ТО «ТЛТ»

Методические указания для самостоятельной подготовки по разделу Электрооборудование автомобилей и тракторов по дисциплине Автомобили и тракторы

Разработал А. Л. Панов

2013

Методические указания для самостоятельной подготовки по разделу Электрооборудование автомобилей и тракторов может быть использована студентами специальностей 190629 Техническая эксплуатация подъемно-транспортных, строительных, дорожных машин и оборудования (по отраслям), 190631 Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта.

Организация-разработчик: ГАОУ СПО ТО «Тюменский лесотехнический техникум»

Разработчики:

А.Л. Панов, преподаватель

Рекомендована

Предметно цикловой комиссией специальности 190629 Техническая эксплуатация подъемно-транспортных, строительных, дорожных машин и оборудования (по отраслям)

Протокол № 1 от «3» сентября 2013 г.

Содержание.

Тема 1. Источники электроэнергии 4

Тема 2. Генератор 14

Тема 3. Система зажигания 22

Тема 4. Бесконтактные системы зажигания 36

Тема 5. Стартеры 46

Литература 53

Рецензии 54

Тема 1. Источники электроэнергии

1. Общая характеристика электрооборудования автомобилей и тракторов и его основные части

Электрооборудование предназначено для выработки электрической энергии (электроснабжения), обеспечения работы системы зажигания, пуска, для освещения и сигнализации, диагностирования и в современных автомобилях для автоматического управления двигателем, трансмиссией и другими агрегатами, обеспечением безопасности движения и комфорта в салоне и т. д.

Электрооборудование может быть выполнено по двух- и однопроводной системе. В основном применяют последнюю, где в качестве второго «провода» использована «масса», т. е. металлические детали автомобиля. Это уменьшает расход меди, однако снижает надежность, так как более вероятна опасность короткого замыкания.

С «массой» соединен минусовой выход источников электрической энергии. На всех автомобилях применяется постоянный ток, что определяется применением аккумуляторных батарей. Напряжение сети 12 В. В современных моделях автомобилей для питания мощных потребителей (кондиционеров и т. п.) применяют дополнительную систему напряжением 24 В.

Все приборы электрооборудования делят на две группы: источники энергии, которые вместе с регулирующей аппаратурой составляют систему энергоснабжения, и потребители. К источникам относят генераторы и аккумуляторные батареи. Остальные приборы (лампы, приборы звуковой сигнализации, системы зажигания, вентиляторы, кондиционеры, очистители стекол и т. д.) относят к потребителям. К этой же группе можно отнести системы микропроцессорного управления двигателем, трансмиссией и всем автомобилем в целом.

2. Аккумуляторная батарея, ее назначение

Аккумуляторная батарея предназначена для питания током потребителей, когда двигатель не работает или работает на малой частоте вращения коленчатого вала. Она состоит из нескольких одинаковых по устройству последовательно соединенных аккумуляторов.

Действие аккумулятора основано на последовательном превращении электрической энергии в химическую (зарядка) и обратно — химической энергии в электрическую (разрядка). На тракторах и автомобилях устанавливают свинцовые кислотные аккумуляторные батареи.

Маркировка батарей. 6СТ-55ЭМ. Первая цифра 3 или 6 характеризует число аккумуляторов и соответственно напряжение батареи — 6 или 12 В. Буквы СТ означают стартерная, ТСТ — тракторная стартерная, следующее число — номинальная емкость в ампер-часах при 20-часовом режиме разряда. Последующие буквы: материал моноблока (Э — эбонит, Т — термопласт, П — полиэтилен), материал сепараторов (М — мипласт, Р — мипор, П — пластипор, С — стекловолокно) и исполнение (отсутствие буквы сухозаряженная, Н — несухозаряженная, А — с общей крышкой).

Пример маркировки: 6СТ-55ЭМ означает, что батарея стартерная напряжением 12 В, емкостью 55 А ч; моноблок выполнен из эбонита, сепараторы — из мипласта; исполнение — сухо-заряженная.

3. Устройство свинцово-кислотной аккумуляторной батареи

Рисунок 1.1 - Аккумуляторная батарея:

а - общий вид; б - блок пластин; 1 и 2 – отрицательные и положительные пластины; 3 — ребра; 4 — бак; 5 — пробка; 6 — крышка; 7 — соединительная перемычка; 8 — полюсный штырь; 9 — сепараторы.

4. Электролит

Электролит приготовливают из аккумуляторной серной кислоты и дистиллированной воды. Кислоту и воду смешивают в кислотоупорных сосудах. Кислоту льют тонкой струйкой в воду. В противном случае кислота разбрызгивается и выплескивается из сосуда. При попадании на тело возможны ожоги.

Соотношение кислоты и воды в электролите определяют по его плотности. Плотность замеряют денсиметром (ареометром).

По плотности электролита определяют степень заряженности аккумуляторной батареи. По мере разрядки аккумулятора плотность электролита уменьшается (табл. 1.1).

Таблица 1.1 - Рекомендуемая плотность электролита в аккумуляторной батарее

Климатический район	Время года	Плотность электролита, приведенная к 25 °С, г/см³
		заливаемого в аккумулятор	заряженной батареи	При разрядке батареи на
		заливаемого в аккумулятор	заряженной батареи	25%	50%
Районы с резко континентальным климатом и температурой зимой ниже - 40° С	Зима	1,28	1,30	1,26	1,22
Северные районы с температурой зимой до — 40° С	Круглый год	1,26	1,28	1,24	1,20
Центральные районы с температурой зимой до — 30º С	То же	1,25	1,27	1,23	1,19
Южные районы	»	1,23	1,25	1,21	1,17

5. Химические процессы происходящие при зарядке и разрядке аккумуляторов

У полностью заряженного свинцового аккумулятора активными веществами являются: двуокись свинца (РbO₂) (темно-коричневого цвета) на положительном электроде (аноде), губчатый свинец (Рb) (темно-серого цвета) на отрицательном электроде (катоде) и водный раствор серной кислоты (Н₂SO₄ + Н₂О) — электролит, в котором помещаются электроды.

Активные вещества электродов, находясь в электролите, частично растворяются в нем. При этом отрицательный электрод выделяет в электролит положительно заряженные ионы свинца, а на нем остаются избыточные электроны. На положительном электроде в результате процесса растворения появляются избыточные положительно заряженные ионы свинца. Поэтому между электродами возникает разность потенциалов и, если соединить электроды между собой через какой-нибудь потребитель (лампочку, электродвигатель и т. д.), избыточные электроны отрицательного электрода будут двигаться по внешнему участку замкнутой электрической цепи к положительному электроду. Другими словами, через потребитель (внешний участок цепи) и аккумулятор (внутренний участок цепи) будет протекать электрический ток. При этом происходит процесс разряда аккумулятора.

В процессе разряда аккумулятора активная масса отрицательного электрода преобразуется из губчатого свинца в сульфат свинца (РbSO₄). Цвет отрицательного электрода меняется с темно-серого на светло-серый. Активная масса положительного электрода по мере разряда преобразуется из двуокиси свинца в сульфат свинца. При этом цвет положительного электрода меняется с темно-коричневого на светло-коричневый.

Плотность электролита в процессе разряда уменьшается, так как реакции протекают с расходом кислоты и образованием воды. Серная кислота расходуется непосредственно у поверхности электродов и в порах активной массы. Поэтому плотность электролита непосредственно у электродов становится меньше, чем в общем объеме. Разность плотностей приводит к возникновению процесса диффузии, который обеспечивает поступление серной кислоты, необходимой для реакций, из общего объема к поверхностям и в поры активной массы электродов. После окончания разряда плотность электролита во всем объеме выравнивается.

Для осуществления заряда ток от внешнего источника пропускают в направлении, противоположном току разряда. При этом сульфат свинца положительного электрода преобразуется в двуокись свинца, а сульфат свинца отрицательного электрода — в губчатый свинец. Процесс сопровождается увеличением в электролите количества серной кислоты и соответствующим уменьшением количества воды, что приводит к повышению плотности электролита. По тем же причинам, что и при разряде, при заряде плотность электролита у поверхностей и в порах активной массы электродов становится больше плотности электролита в общем объеме.

После полного восстановления активных масс обоих электродов плотность электролита достигает первоначального (до разряда) значения и в процессе заряда перестает повышаться. Происходит только разложение воды на водород и кислород, которые появляются на поверхности электролита в виде газовых пузырьков, что является внешним признаком восстановления заряженности аккумулятора. Этот процесс называют «кипением» электролита. Он требует периодического долива воды.

6. Основные электрические показатели: ЭДС, напряжение, емкость

Электродвижущей силой (ЭДС) называется величина, численно равная работе, совершаемой источником тока при переносе единицы заряда по всей замкнутой цепи, и обозначаемая Е_а. Она измеряется в вольтах (В) и зависит от химических свойств активной массы пластин и плотности электролита. Температура электролита существенно не влияет на величину ЭДС, которая на практике определяется по эмпирической формуле Е_а = 0,84 + γ, где γ — плотность электролита при 15 °С, г/см³.

С изменением плотности электролита изменяется и величина ЭДС. Так, при температуре 15 °С плотность электролита может быть в пределах 1,09... 1,31 г/см³, при этом соответственно изменяется и ЭДС в пределах 1,93...2,15 В. ЭДС аккумуляторной батареи, состоящей из нескольких последовательно соединенных аккумуляторов, Е_б = пЕ_а, где п — число аккумуляторов.

Напряжением аккумулятора называется разность потенциалов положительных и отрицательных пластин (электродов) при замкнутой внешней цепи. Напряжение на клеммах аккумулятора отличается от его ЭДС на величину падения напряжения в самом аккумуляторе, обусловленную его внутренним сопротивлением. При разряде напряжение на клеммах аккумулятора меньше его ЭДС, а при заряде — больше его ЭДС. В среднем можно считать, что напряжение на клеммах аккумулятора равно примерно 2 В. Для того чтобы получить напряжение, соответствующее принятой на автомобиле системе электроснабжения, несколько двухвольтовых аккумуляторов объединяют в батарею с номинальным напряжением 6, 12 или 24 В.

Емкость аккумуляторной батареи является наиболее важной величиной, характеризующей ее работоспособность. Под емкостью понимается такое количество электричества, которое отдает полностью заряженная батарея при непрерывном разряде ее до определенного конечного разрядного напряжения. Емкость С измеряется в ампер-часах (А·ч) и определяется как произведение силы разрядного тока I_р в амперах на время разряда t в часах: С =Iрt. Она зависит от силы разрядного тока, плотности и температуры электролита, типа пластин и количества вещества (активной массы), участвующего в реакции, т.е. от размеров используемой поверхности пластин.

Емкость аккумуляторной батареи при параллельном соединении входящих в нее аккумуляторов равна сумме их емкостей, а ЭДС батареи равна ЭДС одного аккумулятора. При последовательном соединении аккумуляторов емкость батареи равна емкости одного аккумулятора, а ЭДС равна сумме аккумуляторов, входящих в батарею. Номинальная емкость батареи определяется при 20-часовом режиме разряда. Разряд должен проводиться постоянным током I_р= 0,05С₂₀А (где С₂₀— номинальная емкость батареи при 20-часовом режиме разряда и температуре электролита 25 °С) и прекращаться по достижении конечного напряжения на выходах, равного 5,25 В у 6-вольтной батареи и 10,5 В у 12-вольтной батареи.

С увеличением силы разрядного тока емкость батареи уменьшается, а при пуске двигателя стартером снижается в 3 — 6 раз, так как сила разрядного тока в этом случае возрастает до нескольких сотен ампер. При понижении температуры электролита емкость батареи также уменьшается вследствие увеличения вязкости электролита. При этом снижается скорость протекания химических процессов и замедляется проникновение электролита в поры активной массы пластин. В пределах температур от 18 до 27 °С емкость батареи изменяется в среднем на 1 % на каждый градус

7. Особенности аккумуляторных батарей новой конструкции

Обычные аккумуляторы требуют тщательного технического обслуживания, которое следует проводить через 2500 км пробега, иначе возникает ускоренная коррозия решетки положительного электрода, снижение уровня электролита, саморазряд и др. Это вызвано повышенным электролизом воды, чему способствует введение в материал решеток 4,5...6 % сурьмы. Промышленность выпускает «необслуживаемые» или «малообслуживаемые» батареи, в которых решетки положительных пластин изготовлены из свинца с содержанием сурьмы 1,5% и кадмия 1,5%, а решетки отрицательных — из свинцово-кальциевого сплава, удельное сопротивление которых меньше. Кроме того, положительные электроды помещены в сепаратор-конверт, блок электродов опирается на дно моноблока, что позволило увеличить площадь пластин и объем электролита, толщина электродов доведена до 1,9 мм, благодаря чему увеличено их число, аккумуляторы соединены через перегородки моноблоков.

«Необслуживаемые» аккумуляторные батареи имеют лучшие пусковые качества, увеличенный срок службы, лучшие зарядные характеристики, меньший саморазряд, исключается необходимость доливки воды во время эксплуатации. Они не имеют заливных горловин и снабжены индикатором заряженности, цвет которого изменяется при разряде ниже заданного уровня.

8. Основные неисправности и обслуживание аккумуляторных батарей

К основным неисправностям относят повышенный саморазряд, короткое замыкание, коробление, разрушение и сульфатацию пластин, повреждения моноблока. Все эти неисправности, в основном, могут быть исключены или уменьшены при тщательном периодическом техническом обслуживании.

Техническое обслуживание аккумуляторных батарей проводят через 10 ÷ 15 дней или 3000 ÷ 5000 км пробега. Оно включает в себя следующие операции: проверку уровня электролита, измерение его плотности, проверку напряжения нагрузочной вилкой.

Уровень электролита проверяют с помощью стеклянной трубки диаметром 5 ÷ 6 мм (рис. 1.2, а). Для этого трубку опускают через горловину крышки каждого аккумулятора до упора в предохранительную сетку, затем закрывают большим пальцем свободный конец трубки. Вынув трубку, определяют уровень жидкости в ней. Он должен быть 10 ÷ 15 мм. При меньшем уровне доливают в отсек аккумулятора дистиллированную воду.

Плотность электролита измеряют денсиметром (рис. 1.2, в).

Температура электролита должна быть в пределах 20 ÷ 30º С. При меньшей температуре надо пересчитать плотность применительно к 25º С. Ориентировочно изменение температуры на 15° С соответствует изменению плотности на 0,01 г/см³. Если плотность электролита в отдельных банках различается более чем на 0,01 г/см³, ее следует выровнять, доливая электролит плотностью 1,4 г/см³ или дистиллированную воду. Доливать электролит нужно в полностью заряженную батарею. После проверки батарею подвергают непродолжительному заряду (на двигателе) и дают ей постоять 1 ÷ 2ч, чтобы плотность во всех аккумуляторах выровнялась.

Рисунок 1.2 - Приборы обслуживания аккумуляторных батарей:

а — проверка уровня электролита; б — проверка плотности электролита; в — правильное определение уровня в денсиметре; г — нагрузочная вилка; 1 — денсиметр с одним поплавком; 2 — поплавок; 3 — денсиметр с поплавками на разные плотности электролита.

Для определения степени разреженности батареи по плотности можно использовать данные таблицы 1.2.

Таблица 1.2 - Соотношение между степенью заряженности аккумуляторной батареи и плотностью электролита

Степень заряженности батареи, %	Плотность электролита, г/см³
100 25 50	1,31 1,27 1,23	1,29 1,25 1,21	1,27 1,23 1,19	1,25 1,21 1,17	1,23 1,19 1,15

Напряжение батареи проверяют нагрузочной вилкой (рис. 1.2, г) в режиме, соответствующем пуску горячего двигателя. Показания вольтметра вилки при измерении под нагрузкой должны соответствовать данным таблицы 1.3.

Таблица 1.3 - Показания вольтметра вилки

Напряжение аккумулятора, В	1,7...1,8	1,6...1,7	1,5...1,6	1,4...1,5
Степень заряженности, %	100	75	50	25

При этой проверке напряжение должно быть постоянным в течение не менее 5 с. Пробки должны быть завернуты. Аккумуляторы плотность которых менее 1,2 г/см³, проверять вилкой под нагрузкой не рекомендуется.

Батарею, разряженную более чем на 25 % зимой и 50 % летом, следует снять с машины и поставить на подзарядку.