Источники и потребители электроэнергии автомобиля
2017-09-10 Электрооборудование автомобиля
Электрооборудование автомобиля – совокупность трех типов устройств, приборов и систем. Первый тип используется для выработки электрической энергии, второй для ее передачи, третий для ее потребления. Главная задача – обеспечение оптимального функционирования основных систем автомобиля, комфортности и безопасности его эксплуатации.
ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ
Базовые характеристики электрооборудования – постоянное напряжение в электросети и схема электропроводки. На современных легковых автомобилях напряжение электрической сети составляет 12 В, но еще встречаются модели где напряжение составляет 6 В, на грузовых автомобилях это значение равняется 24 В. Схема проводки, как правило, однопроводная, второй провод заменяет «масса» (рама или кузов, к которым подключается отрицательная клемма аккумуляторной батареи).
Источники выработки электрической энергии
На современном автомобиле, в большинстве случаев, используется два основных источника питания:
ПЕРЕДАЧА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
Для передачи электроэнергии используется электропровод и вспомогательные устройства. Электропроводка устанавливается двух типов:
Низковольтные и высоковольтные провода отличаются по конструкции, материалу изоляционного слоя, сечению, условиям использования, техническим и эксплуатационным параметрам, цветовой маркировкой.
К вспомогательным устройствам относятся реле, предохранители, коробки (коммутационные и распределительные), силовые блоки.
Реле различаются по:
Предохранители это плавкие элементы, отличаются по типоразмеру, номинальной величине силы тока (используется цветовая индикация).
ПОТРЕБИТЕЛИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
Потребителями электроэнергии в автомобиле являются различные устройства, включая разнообразные датчики. Условно всех потребителей можно разделить на основных и дополнительных. Основные потребители присутствуют в любом автомобиле, дополнительные – в зависимости от комплектации, класса автомобиля, конструкционных особенностей и его рыночного сегмента (бюджетный, средний, премиум).
К основным потребителям принадлежат такие системы как:
Дополнительные потребители нужны для повышения комфортности, безопасности эксплуатации автомобиля, повышения его технических характеристик, ряда других целей.
СИСТЕМЫ ЗАЖИГАНИЯ и ЗАПУСКА ДВИГАТЕЛЯ
На автомобилях, оборудованных двигателем внутреннего сгорания, системы запуска двигателя и зажигания являются основным потребителем. Без них запуск современного легкового автомобиля невозможен в принципе. Хотя машины с механикой можно завести «с толкача» если они не оборудованы системами активной и пассивной безопасности, на корню пресекающими такие вольности, а старые модели еще заводились и с ручки, но это уже экзотика.
Основные элементы системы зажигания:
Высоковольтные провода выпускаются с резистором или распределенным сопротивлением, металлическим или неметаллическим сердечником, отличаются по материалу и структуре изоляционного слоя.
Устройство управления накопления электроэнергии отличается по принципу работы, чаще всего встречаются такие варианты как прерыватель, коммутатор транзисторного типа и наиболее современное решение – ЭБУ.
Устройство распределения энергии это механический распределитель (трамблер) или ЭБУ.
СИСТЕМА ОСВЕЩЕНИЯ
Освещение автомобиля делится на внутреннее и внешнее. Источником света являются лампы, они различаются по размерам, типу цоколя, рабочим характеристикам, конструкции, функциональному предназначению. На автомобилях могут использоваться такие виды ламп как классические накаливания, ксеноновые, галогеновые и светодиодные.
Внутреннее освещение – это освещение салона, багажника, бардачка, приборной панели, подкапотного пространства и ряда других мест внутри автомобиля при помощи специальных плафонов. Их количество, месторасположение, размеры определяются конструкцией отдельно взятой модели и марки автомобиля.
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ПОТРЕБИТЕЛИ
Список дополнительных потребителей достаточно широкий, они могут присутствовать или отсутствовать в автомобиле. Выделим основные, которые встречаются наиболее часто.
Второй важный дополнительный потребитель – системы безопасности автомобиля. Речь идет о таких элементах как датчики тормозной системы , антиблокировочной системы ABS, подушек безопасности и натяжителей ремней SRS, в ряде случаев электромеханический тормоз стояночной системы и другие.
Третий потребитель, который можно отнести уже по праву к основным – это электронная система управления мотором. Она отличается по конфигурации, функциональным возможностям, присутствует на всех современных моделях автомобилей. Ее основой, как правило, являются электронный блок управления и датчики.
Четвертый потребитель это дополнительные электродвигатели, они используются в различных системах, отметим такие как система охлаждения двигателя с электровентилятором, электростеклоподъемники, стеклоочистители, сервопривод сидений, существуют и другие конструкционные решения.
Потребители электроэнергии. Сведения об электронных системах
Электрооборудование предназначено для обеспечения функционирования большинства систем транспортного средства.
Потребителями электроэнергии в транспортном средстве являются системы:
Кроме того, электроэнергию потребляют контрольные приборы (амперметры, указатели температуры охлаждающей жидкости и др.), приводы управления механизмами и дополнительное оборудование (вентиляторы, стеклоочистители и т.д.).
Основным источником электроэнергии является генератор с приводом от двигателя ТС, а вспомогательном — аккумуляторная батарея. Источники энергии обеспечивают также зажигание рабочей смеси в цилиндрах карбюраторных и газовых двигателей, т.е. работу систем зажигания этих двигателей.
Источники электроэнергии связаны с потребителями проводами. На ТС (колесных и гусеничных) применяется однопров9дная система проводки, в которой положительные полюсы источников и потребителей, работающих только на постоянном токе, соединены друг с другом изолированными проводами. Отрицательные полюсы соединяются через металлические части ТС (корпус машины, рама и др.). Использование однопроводной системы обеспечивает экономию проводов и упрощает схему соединения электрооборудования. Приборы аварийного освещения некоторых ТС подключают к источникам электроэнергии с применением двухпроводной системы.
К электрооборудованию относятся также выключатели, отключатели «массы» (отсоединяющие отрицательный полюс источника электроэнергии от корпуса ТС), предохранители, приборы, обеспечивающие работу генератора и стартера. Выключатели, предохранители и соединительные панели, имеющиеся в электросхеме, составляют группу коммутационной аппаратуры. Приборы, кратковременно потребляющие ток большой силы, и приборы, работающие в аварийных случаях (например, стартер, сигнал, подкапотная лампа для подсветки и др.), подключены к линии «амперметр—аккумулятор», а остальные потребители электроэнергии — к линии «амперметр—генератор». Контрольные приборы, звуковой сигнал и подсветка включены в цепь через плавкие предохранители, защищающие их от перегрузки.
Рис. Схема автоматизации управления трансмиссией полноприводного автомобиля
Схема электрооборудования гусеничной машины мало отличается от электросхемы автомобиля. Потребителями электроэнергии в гусеничных машинах являются, например, электродвигатели насосов, вентиляторов и других вспомогательных механизмов, а основными контрольно-измерительными приборами, обеспечивающими контроль за состоянием и работой всех систем, служат вольтамперметр, тахометр, спидометр, счетчик моточасов, манометры, термометры и др.
Вольтамперметр (комбинированный прибор) служит для измерения напряжения и силы тока, тахометр — для измерения частоты вращения коленчатого вала двигателя, а спидометр — для контроля скорости движения машины. Счетчик моточасов предназначен для измерения общей продолжительности работы двигателя.
Устройство и работу электрооборудования и приборов подробно изучают в специальных курсах по теории и эксплуатации ТС; схемы электрооборудования приводятся в техническом описании и инструкции по эксплуатации конкретной машины.
В настоящее время автотранспортная техника создается с применением электронных систем, заменяющих традиционные узлы электрооборудования: регуляторы напряжения, приборы подогрева ДВС, управления световой и звуковой сигнализацией, тахометры, спидометры и др. Электроника служит для контроля эксплуатационных параметров машин (расход топлива, режим работы ДВС, включения коробок передач и т.д.) и диагностики их технического состояния. Электронные устройства широко используются также для управления агрегатами трансмиссии, тормозными системами и т.д. Командная электромагнитная или электромеханическая аппаратура в электронных системах управляет исполнительными механизмами с гидро- или пневмоприводом. Широко внедряются различные микропроцессорные системы (ЭВМ), например, для автоматического управления переключением передач.
На рисунке представлена схема автоматизации управления трансмиссией автомобиля с межосевым фрикционным дифференциалом, задним активным дифференциалом и антиблокировочной системой (АБС). Эти устройства имеют общую гидравлическую систему и управляются одним компьютером, который в процессе движения автомобиля вычисляет оптимальный коэффициент блокировки и необходимую интенсивность перераспределения вращающего момента между колесами.
Устройство автомобилей
Система электроснабжения
Общие сведения об электроснабжении автомобиля
Все элементы электрооборудования автомобиля можно разделить на две группы: источники электрического напряжения (или система электроснабжения), и потребители электрической энергии.
Система электроснабжения предназначена для питания всех электропотребителей, выполняющих функции, необходимые для нормальной работы автомобиля. Основу автомобильных систем электроснабжения составляют портативные источники электроэнергии – аккумуляторы и генераторы.
Современный автомобиль оснащен различными устройствами, использующими для своей работы электрическую энергию. Такие устройства называются электропотребителями, которые в совокупности с источниками или накопителями энергии образуют систему электрооборудования автомобиля.
Применение электрических и электронных устройств для функционирования различных систем, приборов, элементов и механизмов автомобиля очень удобно с технической точки зрения, поскольку электроэнергию можно накопить, она легко передается на расстояние, ее легко получить преобразованием других видов энергии, и, что немаловажно – без какой-либо обработки использовать по назначению.
Основными потребителями электроэнергии в автомобиле являются система зажигания, микропроцессорная система управления впрыском и зажиганием, система пуска двигателя, системы освещения и сигнализации, контрольно-измерительные приборы и различное дополнительное оборудование и устройства. Количество электрооборудования на автомобилях с каждым годом увеличивается, поэтому разработчикам и конструкторам приходится постоянно трудиться над усовершенствованием системы электроснабжения.
Как правило, для питания приборов электрооборудования автомобилей используется электрический ток постоянного напряжения 12 или 24 В. В автомобилях используется параллельное подключение приборов, а поскольку основные элементы автомобиля изготовлены из металла, являющегося хорошим проводником тока, как правило, системы электрооборудования составляются по однопроводной схеме. Вторым проводом в этом случае является металлические детали автомобиля, т. е. его корпус или так называемая «масса».
Для описания работы электрооборудования используется электрическая принципиальная схема (рис. 1.1, а), которая дает полное представление о взаимодействии всех ее элементов и облегчает поиск неисправностей. Главные питающие цепи в принципиальной электрической схеме располагаются горизонтально, а потребители электроэнергии – между ними и «массой» автомобиля.
Схема соединений (рис. 1) показывает действительное расположение элементов электрооборудования на автомобиле и фактическое подключение их в бортовую сеть автомобиля с указанием выхода из пучка каждого провода, расположения переходных колодок, элементов защиты цепи и т. д.
Как правило, к «массе» автомобиля подсоединены отрицательные выводы электросети.
Источниками электроэнергии на автомобиле являются генератор и аккумуляторная батарея, которые включаются параллельно друг другу.
При работающем двигателе генератор является основным источником электроэнергии и обеспечивает электроснабжение потребителей и подзарядку аккумуляторной батареи. При неработающем двигателе функция источника электроэнергии переходит к аккумуляторной батарее, которая также должна обеспечивать надежный пуск двигателя.
Поскольку автомобильные генераторы работают в режимах переменных частот вращения и нагрузок, изменяющихся в широких пределах, для автоматического поддержания электрического напряжения на заданном уровне применяют различные регуляторы напряжения.
Источники и потребители тока в транспортных средствах. Стартер
Электрооборудование обеспечивает работу большинства систем автомобиля и снабжает током потребители электроэнергии.
К потребителям электрической энергии относятся:
Работу всех перечисленных потребителей тока обеспечивают всего два источника электрической энергии: генератор и аккумуляторная батарея
Главный источник электроэнергии — генератор, приводимый в действие двигателем транспортного средства. Он преобразует механическую энергию двигателя в электрическую. Вал автомобильного генератора через ремень посредством шкива соединяют с вращающимся валом двигателя, и работающий двигатель «заставляет» генератор вырабатывать ток. Генератор состоит из элементов, показанных на рисунке
Устройство генератора: 1-корпус генератора; обмотка статора; 3-ротор; 4-ремень; 5-шкив привода генератора; 6-кронштейн крепления; 7-щетки; 8-регулятор напряжения; 9-контактные кольца; 10-вывод «30″ для подключения потребителей; 11- вывод «61″ для питания цепи амперметра и контрольных ламп на щитке приборов; 12-выпрямитель
Автомобильный генератор устанавливают на двигателе на специальном кронштейне. Надежная работа генератора зависит от степени натяжения ремня привода (регламентируется заводом-изготовителем). Натяжение регулируется перемещением генератора в пазах кронштейна.
При работающем двигателе генератор питает электрическим током все потребители, а также подзаряжает аккумуляторную батарею.
Как уже говорилось, генератор связан с коленчатым валом двигателя посредством ременной передачи. Следовательно, чем выше обороты двигателя, тем больше оборотов совершает ротор (вращающаяся часть) генератора. Напряжение, вырабатываемое генератором, напрямую зависит от оборотов его ротора. Автомобильный двигатель, работая на повышенных оборотах, вполне может «заставить» генератор вырабатывать напряжение, превышающее необходимый предел. А это приведет к выходу из строя потребителей и порче электроцепей. Для ограничения вырабатываемого генератором напряжения и поддержания его в установленных рамках используют регулятор напряжения. Он поддерживает постоянное напряжение вырабатываемого генератором тока при переменной частоте вращения коленчатого вала двигателя. Современные автомобили оборудованы малогабаритными бесконтактными микроэлектронными регуляторами напряжения, которые либо встроены в генератор и объединены в одном узле со щеткодержателем, либо установлены отдельно в подкапотном пространстве.
Аккумуляторная батарея — источник постоянного тока, предназначенный для пуска двигателя стартером, для питания прочих потребителей при неработающем двигателе.
Аккумуляторная батарея — второй источник электроэнергии. Она превращает химическую энергию в электрическую.
Оба источника энергии обеспечивают также зажигание рабочей смеси в цилиндрах бензиновых и газовых двигателей, т.е. работу систем зажигания этих двигателей.
Источники электроэнергии связаны с потребителями проводами. На автомобилях применяется однопроводная система, при которой положительные полюса источников и потребителей, работающих только на постоянном токе, соединены между собой изолированными проводами. Отрицательные же полюса соединяются через металлические части автомашины, называемые «массой». Применение однопроводной системы упрощает схему электрооборудования и позволяет существенно сэкономить на проводах.
Большинство электрических цепей защищено плавкими предохранителями. Перед началом эксплуатации своего автомобиля выясните, где расположен блок предохранителей; если имеются предохранители, расположенные вне блока, определите их местонахождение. Кроме того, выясните номинал предохранителей и имейте их в запасе. Прежде чем заменить перегоревший предохранитель, следует отключить «массу» от аккумуляторной батареи и выяснить причину выхода его из строя.
Имейте в виду, что на большинстве современных автомобилей при отключении аккумуляторной батарей происходит автоматическая блокировка автомагнитолы. При последующем подключении батареи магнитола не будет работать до тех пор, пока вы не введете специальный код. Загляните в руководство по эксплуатации вашей машины к выясните, так ли это. При покупке автомобиля в автосалоне вам дадут этот код, но хранить его в машине не стоит. Кодирование проводят для того, чтобы затруднить использование похищенной автомобильной аудиотехники. Если вы покупаете машину «с рук», не забудьте выяснить у прежнего хозяина номер кода магнитолы.
Источники и потребители электрической энергии в автомобиле
На любом автомобиле огромное значение имеет степень обеспечения потребителей электрическим током. Его использование определяется как принципом действия двигателя внутреннего сгорания, так и необходимостью обеспечения комфортности и условий перевозки пассажиров и груза.
ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ.
В то же время не любой источник электрической энергии можно установить на автомобиле. Он должен быть компактным, достаточно мощным и иметь длительный срок эксплуатации. На автомобиле используется электрическая энергия постоянного тока, как наиболее оптимальная с точки зрения ее хранения и выработки. Однако постоянный ток имеет особенность, которая заключается в том, что полярность подсоединения потребителей к источникам постоянна.
Поэтому вся система электрооборудования автомобиля разведена только плюсовым проводом, а роль минусового провода выполняет кузов автомобиля. Это определяет ограничения на применение электродуговых сварочных агрегатов при проведении ремонтных кузовных и некоторых других работ. Возможно использование сварочных агрегатов полуавтоматического типа при обязательном отключении потребителей от источников тока.
К источникам электроэнергии относятся аккумуляторная батарея (АБ) и генератор постоянного тока (ГПТ).
Аккумуляторная батарея представляет собой коробку, которую можно снять и поставить. При этом необходимо учитывать посадочные размеры установочного гнезда. Она предназначена для хранения электрической энергии постоянного тока обеспечения ею потребителей при неработающем двигателе и как аварийная, при выходе из строя генератора. Она разделена на банки, внутри которых размещены специальные пластины, взаимодействие которых с электролитом, залитым в банку, обеспечивает появление и хранение электрического тока. Электролит – это серная кислота, разведенная дистиллированной водой до плотности 1,25 – 1,27 г/ см3.
Выведенные по краям АБ клеммы с обозначениями на них (+) или (-), дают возможность подключить к ним потребителей, не путая полярности. Аккумуляторные батареи маркируются следующим образом, например: 6СТ55П.
Разряжать батарею более, чем на 50% нельзя, это приведет к необратимым процессам внутри нее. В процессе эксплуатации батарею необходимо подзаряжать (заряжать). При движении длительное (более 2 часов) время это происходит от работающего генератора. В стационарных условиях батарею можно зарядить с помощью специального зарядного устройства. Кроме того, при активном разряде и заряде батареи в электролите выкипает дистиллированная вода, которую необходимо доливать.
Габаритные огни – спереди белого цвета, сзади красного цвета, немигающие.
Освещение заднего номерного знака – белого цвета, сзади, включается вместе с включением габаритных огней.
Фары ближнего и дальнего света. Цвет белый. Включаются поочередно (сначала ближний, затем дальний), только после включения габаритных огней. Могут мыть отдельными, объединенными в одну блок-фару, а также быть совмещенными в одной лампе, с разными нитями освещения.
Световые указатели поворота. Оранжевого цвета, мигающие, расположены спереди, сзади и по бокам. Могут выполнять дополнительную функцию – аварийная сигнализация, когда мигают одновременно все шесть световых указателей поворота.
Фонари сигналов торможения – сзади, два, немигающих, красного цвета.
Фонари заднего хода – сзади, один или два белого цвета, немигающие.
Дополнительно могут на некоторых автомобилях могут быть установлены противотуманные фары – спереди две, белого цвета, немигающие. Задний противотуманный фонарь, один, красного цвета, немигающий.
Система зажигания
Рабочая смесь в цилиндрах карбюраторного двигателя воспламеняется электрической искрой, которая проскакивает между электродами свечи зажигания. Воздушный промежуток между электродами свечи имеет боль-шое электрическое сопротивле-ние, поэтому между ними необходимо создать высокое напряжение, чтобы вызвать искровой разряд. Искровые разряды должны появляться при определенном положении поршней и клапанов в цилиндрах и чередоваться в соответствии с установленным по-рядком работы двигателя.
Эти требования обеспечиваются системой зажигания, состоящей из источников тока (аккумуляторная батарея и генератор), катушки зажигания, прерывателя-распределителя, конденсатора, свечей зажигания (по количеству цилиндров), выклю-чателя (замка) зажигания (имеет четыре положения), проводов высокого и низкого напряжения.
Замок зажигания, который имеет четыре положения: выключено, стоянка, зажигание, стартер. В замок зажигания вставляется ключ зажигания.
С помощью этого ключа зажигания можно выбрать режим использования автомобиля следующим образом.
В положении «выключено» ключ можно вынуть и вставить. Противоугонное (механическое) устройство включено. Автомобиль завести нельзя. Потребители электрической энергии по укороченной схеме, обеспечивающей потребности водителя при стоянке автомобиля, подсоединены к аккумуляторной батарее.
В положении «стоянка» на некоторых автомобилях ключ можно вынуть и вставить, а на некоторых это невозможно. Противоугонное (механическое) устройство выключено. Автомобиль завести нельзя. Потребители электрической энергии по укороченной схеме, обеспечивающей потребности водителя при стоянке автомобиля, подсоединены к аккумуляторной батарее.
В положении «зажигание» ключ вынуть нельзя. Это основное положение ключа, в котором он находится все время, пока работает двигатель. Автомобиль завести можно. Все потребители электрической энергии подсоединены, при неработающем двигателе к аккумуляторной батарее, а после пуска двигателя к генератору.
Положение «стартер» подпружинено так, чтобы после пуска двигателя ключ возвращался в положение «зажигание». После пуска отпущенный ключ возвращается в положение «зажигание», где находится все время, пока двигатель работает. Возврат ключа обязателен, так как скорость вращения стартера значительно меньше, чем скорость вращения маховика после пуска двигателя. Если маховик и стартер останутся в зацеплении, это может привести к выходу из строя стартера.
Поворот ключа на небольшой угол вызывает вращение стартера и пуск двигателя. Для того чтобы остановить двигатель ключ необходимо повернуть в положение «стоянка» или «выключено».
Система пуска двигателя
Она обеспечивает пуск двигателя с помощью стартера, приводящего во вращение маховик КШМ при обязательной подаче электрической энергии на катушку зажигания и далее по цепи.
Если система пуска двигателя не обеспечивает его пуск по причинам, связанным с разряженностью АБ, двигатель можно запустить резервным способом. Таких способов может быть несколько:
К ним могут быть отнесены КИП, устанавливаемые в стандартном исполнении:
К ним можно отнести: