Электрооборудование автомобиля

Энергетическое обеспечение

По назначению все электрооборудование автомобиля подразделяется две группы:

     источники тока, обеспечивающие электроэнергией всех потребителей;

     потребители тока, к которым относятся системы и устройства (топливоподачи, зажигания, пуска, освещения, сигнализации, безопасности и комфорта), управляющие перечисленными процессами.

Как правило, на легковых и средних грузовых автомобилях для питания электрооборудования используется постоянный ток напряжением 12 В, на тяжелых грузовых автомобилях — 24 В. В перспективе предполагается использование напряжений 36 и 48 В, что позволит при увеличении числа и мощности потребителей экономить медь для электропроводки, поскольку при повышении напряжения не нужно увеличивать сечение проводов.

В комплекс автомобильного электрооборудования входят устройства энергетического обеспечения, устройства обеспечения безопасности движения и облегчения труда водителя. Каждое устройство содержит системы и группы элементов, органически связанные между собой рабочими процессами, а именно:

     систему электроснабжения — генератор, аккумуляторную батарею и регулятор напряжения;

     систему пуска двигателя внутреннего сгорания — стартер, аккумуляторную батарею, реле автоматического управления процессом пуска, для специальных автомобилей — устройства предпускового подогрева для облегчения пуска двигателя в условиях низких температур;

     систему зажигания — катушку зажигания, свечи, прерыватель-распределитель, коммутатор, высоковольтные провода с наконечниками; для новых и перспективных систем — технические средства с использованием микропроцессорных цифровых элементов, обеспечивающих снижение расхода топлива и токсичности отработавших газов;

     коммутационные устройства — выключатели, переключатели, реле, блоки предохранителей, разъемы, соединители и т.д.;

     систему информации и контроля режима движения, состояния автомобиля и его агрегатов — средства встроенной диагностики (датчики скорости, давления, температуры и датчики, обеспечивающие работу автоматических электромеханических исполнительных элементов) и устройства отображения режимной информации;

     систему освещения и сигнализации — фары, указатели поворотов, габаритные фонари, освещение номерного знака, щитки приборов салона автомобиля;

     систему электроприводов — отопитель, вентилятор, стеклоподъемники, стеклоочистители, опрыскиватели стекол, антенны, зеркала заднего вида, блокировка дверей;

     систему обеспечения электромагнитной совместимости автомобильного электрооборудования с другими системами, в том числе системами связи;

     электронные системы управления агрегатами и механизмами — исполнительные механизмы приводов, топливоподачи, сцепления, тормозных механизмов, работающих в режиме антиблокировки или противобуксовки, локаторные системы предотвращения столкновений и развертывания средств пассивной защиты и др.

Источники тока

В качестве источников тока на автомобиле применяют генератор и аккумуляторную батарею.

Генератор, приводимый во вращение от двигателя, преобразует механическую энергию в электрическую. От генератора питаются все потребители при работающем двигателе и обеспечивается заряд аккумуляторной батареи.

Аккумуляторная батарея преобразует химическую энергию в электрическую и питает потребителей при неработающем двигателе.

Генератор Г-222
а — общий вид; б— полюсные наконечники ротора; в — статор с обмоткой; 1— крышка; 2 — блок выпрямителей; 3 — винт; 4 — контактные кольца; 5 и 16 — подшипники; б — вал; 7—чехол вывода; 8 — вывод выходного напряжения; 9 — вывод обмотки возбуждения; 10 — крышка; 11— щеткодержатель; 12 — щетки; 13— болт; 14 — шкив; 15 — полюсные наконечники; 17 — корпус; 18 — обмотка ротора; 19— сердечник статора; 20— обмотка статора; 21 — стяжной болт; 22 — стальная втулка; 23 — резиновая втулка; 24 — шайба

Электрическая схема генератора (а) и выпрямительный блок (б):
1 — статорная обмотка генератора; 2— блок выпрямительных диодов; 3— аккумуляторная батарея; 4 — ключ зажигания; 5 — регулятор напряжения; 6 — щеточный узел генератора; 7— обмотка возбуждения

Регулирование напряжения генератора

Напряжение генератора при изменении частоты вращения коленчатого вала двигателя должно поддерживаться на строго определенном уровне, зависящем от потребного зарядного напряжения на выводах полностью заряженной аккумуляторной батареи.

Для того чтобы напряжение генератора не повышалось при увеличении частоты вращения якоря, уменьшают силу тока в обмотке возбуждения, а вместе с ней и магнитный поток, создаваемый этой обмоткой. Для этого, как только напряжение генератора достигает предельно допустимого значения, в цепь обмотки возбуждения последовательно с ней включают резистор. Общее сопротивление соединения резистор — обмотка возбуждения возрастает, а сила тока возбуждения уменьшается, что вызывает падение напряжения генератора. При понижении его ниже допустимого значения резистор замыкается накоротко, т. е. выключается из работы, что приводит к возрастанию силы тока возбуждения и увеличению напряжения генератора. Такие процессы происходят непрерывно, и на выводах генератора поддерживается среднее значение требуемого напряжения.

Данный принцип регулирования напряжения может быть осуществлен вибрационными реле или контактно-транзисторными и транзисторными регуляторами.

Вибрационные реле применяют нечасто из-за низкой надежности и ограниченного срока службы (который должен быть не менее 200...250 тыс. км пробега), но низкая стоимость все же вынуждает еще использовать их.

Регулятор напряжения с вибрационным реле:
а — общий вид; б — электрическая схема; в — график процесса регулирования напряжения; 1 — дополнительный резистор; 2 — контакты реле; 3 — пружина; 4— обмотка электромагнита; G— генератор; D_1-6— блок диодов; U_r— напряжение генератора; I_в— сила тока возбуждения; t — время

В связи с насыщением современного автомобиля электрическими потребителями требуется увеличение мощности источников тока, в частности генераторов. При большой мощности генератора регулирование выходного напряжения путем ограничения силы тока возбуждения становится затруднительным, так как ток возбуждения, проходящий через контакты реле, также должен быть большим.

В целях уменьшения силы регулируемого тока возбуждения регуляторы напряжения выполняют по двухступенчатой схеме регулирования. Широко распространенный двухступенчатый регулятор модели РР-380 для автомобилей ВАЗ

Схемы двухступенчатого (а) и комбинированного (б) регуляторов напряжения:
GB — аккумуляторная батарея; G — генератор; ОВ — обмотка возбуждения; В₃ — выключатель зажигания; Ш — вывод обмотки возбуждения; L — дроссель; R_д— дополнительный резистор; PH — обмотка реле; РН 1 — группа нормально замкнутых контактов; РН2— группа нормально разомкнутых контактов; R_т — резистор температурной компенсации; R1 — резистор; VT1 — силовой транзистор

В целях увеличения силы тока возбуждения и срока службы регулятора созданы регуляторы комбинированного (смешанного) типа (рис. б), в которых ток возбуждения может проходить в обмотку по нескольким цепям через специальный силовой транзистор или через резистор.

Достоинством контактно-транзисторного регулятора является то, что контакты реле выполняют коммутацию только управляющих токов, небольших по значению. Таким образом, контакты не пригорают и не изнашиваются. Недостаток регулятора, как и всех регуляторов с реле, — необходимость периодической проверки и регулирования натяжения возвратной пружины якоря. Наибольшей надежностью и простотой в эксплуатации обладают электронные регуляторы напряжения. Рассмотрим упрощенную схему регулятора, объясняющую основные процессы его работы.

Транзисторный регулятор напряжения генератора:
а — общий вид; б — электрическая схема; G — генератор; R_д— дополнительный резистор; ОB — обмотка возбуждения; VT1 — силовой транзистор; R1—R3 — резисторы; VT2 — управляющий транзистор; VD — стабилизирующий диод

Аккумуляторные батареи

Аккумуляторная батарея служит источником электроэнергии для питания потребителей тока при неработающем двигателе или работающем на малой частоте вращения коленчатого вала, когда напряжение генератора не достигло порога регулируемого значения.

Поскольку от аккумулятора требуется отдача значительной энергии для стартера в момент пуска двигателя, на автомобиле используют в основном свинцовые кислотные аккумуляторные батареи. Они обладают малым внутренним сопротивлением и могут в течение короткого промежутка времени (нескольких секунд) отдавать стартеру ток силой в несколько десятков ампер.

Стартерная кислотная аккумуляторная батарея состоит из нескольких соединенных последовательно аккумуляторов напряжением 2 В. На автомобиле с карбюраторным двигателем, как правило, используют батарею, составленную из шести отдельных аккумуляторов так, чтобы общее напряжение было равно 12 В. На автомобиле с дизелем, где установлен более мощный стартер, используют напряжение 24 В. Здесь аккумуляторная батарея составлена из 12 отдельных аккумуляторов или применяют две аккумуляторные батареи напряжением по 12 В, соединенные последовательно.

Кислотные свинцовые стартерные аккумуляторные батареи допускают многоразовое использование, т.е. после разряда производится повторный заряд электрическим током в обратном направлении от внешнего источника.

Внешним источником может служить зарядное устройство, питаемое от стандартной (бытовой) электрической сети напряжением 220 В. В зарядном устройстве сетевое напряжение с помощью электрического трансформатора понижается до напряжения, обеспечивающего необходимый зарядный ток для аккумуляторной батареи, и выпрямляется полупроводниковым (диодным) выпрямителем, аналогичным выпрямителю автомобильного генератора.

Важнейшей характеристикой аккумуляторной батареи является емкость. Под разрядной емкостью понимают максимальное количество электричества, которое аккумулятор может отдать во внешнюю цепь потребителю при разряде от начального напряжения до конечного за определенное время.

Заряд аккумуляторной батареи проводится током, составляющим 10 % численного значения емкости. Так, для аккумуляторной батареи емкостью 65 А- ч зарядный ток должен составлять 6,5 А.

Аккумуляторная батарея содержит отрицательные 1 и положительные 3 электроды (рис. а), разделенные сепараторами 2 — кислотоупорными пористыми вставками из изоляционного материала (дерева или пористой пластмассы).

Аккумуляторные батареи с открытыми (а) и закрытыми (б, в) межэлементными соединениями:
1 и 3— электроды соответственно отрицательные и положительные; 2— сепаратор; 4 —предохранительный щиток; 5— выводной штырь; 6 —перемычка (мостик); 7 — крышка; 8 — отверстие для заливки электролита; 9 —перемычка; 10—пробка; 11 —вывод; 12 — моноблок; 13 — упорный выступ на днище; 14—полость ячейки

Конструкция и параметры каждой стартерной батареи регламентируются стандартами, в соответствии с которыми она маркируется. Буквы СТ означают, что батарея стартерная, далее цифра показывает емкость при 20-часовом режиме разряда. Следующие буквы — материал корпуса (Э — эбонит, Т — термопласт, П — полиэтилен), материал сепараторов (М — мипласт, Р — мипор, П — пластипор, С — стекловолокно) и, наконец, исполнение (Н — несухозаряженная, А — с общей крышкой).