Тема №4. Устройство автомобилей.

Тема урока № 47 - 48. Электрооборудование автомобиля.
Цель занятия: сформировать у учащихся понятие об общем устройстве и работе электрооборудования автомобилей.

Воспитательная цель: прививать учащимся добросовестное отношение к изучению излагаемого материала.
Тип занятия: урок изложения нового материала.
Основная часть занятия – 70 мин.

Учебные вопросы: 1. Назначение, общая схема и работа электрооборудования автомобилей

2. Назначение, устройство и работу основных приборов электрооборудования автомобилей (АКБ, генератора переменного тока, стартера, приборов освещения и сигнализации).

1. 
   В общую схему электрооборудования автомобилей входят:
   

- источники электрической энергии;

- система зажигания;

- система пуска двигателя;

- контрольно – измерительные приборы;

- система освещения, световой и звуковой сигнализации.

- система отопления, стеклоочистители и т. д.

К источникам электрической энергии на автомобиле относятся аккумуляторная батарея и генератор переменного тока. Они обеспечивают электрической энергией все потребители как при работающем так и неработающем двигателе.

Система зажигания служит для преобразования тока низкого напряжения (12 В) в ток высокого напряжения (в пределах от 18 до 30 тысяч В) и подачи его на свечи зажигания для воспламенения рабочей смеси в цилиндрах двигателя.

Система пуска двигателя ( электростартер) служит для проворачивания коленчатого вала двигателя в момент пуска.

Контрольно – измерительные приборы служат для непрерывного диагностирования систем двигателя и автомобиля в целом.

Система освещения и сигнализации обеспечивает движение автомобиля в ночное время и в условиях недостаточной видимости, а также информирование других участников движения о маневрах автомобиля при движении.

Общая схема электрооборудования (на примере автомобиля ГАЗ – 53 А) показана на рис. 1.

Рис.1. Принципиальная схема электрооборудования автомобиля ГАЗ – 53 А.

1 – передний габаритный фонарь; 2 – фара; 3 – соединительная панель; 4 – боковой повторитель указателя поворотов; 5 – аккумуляторная батарея; 6 – транзисторный коммутатор; 7 – подавительный резистор; 8 – свеча зажигания; 9 – распределитель зажигания; 10 – реле включения стартера; 11 – дополнительные резисторы; 12 – датчик сигнализатора перегрева двигателя;

13 – датчик указателя температуры охлаждающей жидкости двигателя; 14 – стартер; 15 – переключатель электродвигателя стеклоочистителя; 16 – электродвигатель стеклоочистителя; 17 – электродвигатель отопителя; 18 – выключатель зажигания; 19 – задний габаритный фонарь; 20 – переключатель электродвигателя отопителя; 21 – лампы освещения контрольно – измерительных приборов; 22 и 33 – термобиметаллические предохранители; 23 – указатель давления масла; 24 – контрольная лампа указателя поворота; 25 – подкапотная лампа; 26 – амперметр; 27 – спидометр; 28 – контрольная лампа включения дальнего света фар; 29 – лампа сигнализатора аварийного давления масла; 30 - лампа сигнализатора аварийной температуры; 31 – указатель температуры охлаждающей жидкости; 32 – штепсельная розетка для переносной лампы; 34 – датчик уровня топлива; 35 – плафон; 36 – штепсельная розетка прицепа; 37 – выключатель плафона; 38 – центральный переключатель света; 39 – ножной переключатель света; 40 – переключатель указателей поворота; 41 – выключатель стоп – сигнала; 42 – указатель уровня топлива; 43 – прерыватель указателей поворота; 44 – катушка зажигания; 45 – реле – регулятор; 46 – кнопка сигнала; 47 – звуковой сигнал; 48 – генератор; 49 – датчик лампы сигнализатора аварийного давления масла; 50 – датчик указателя давления масла.
Система отопления и другие вспомогательные устройства обеспечивают комфортные условия работы водителя, пассажиров, а также при движении автомобиля в условиях дождя и т. д.

2. 
   Рассмотрим назначение, устройство и работу основных приборов электрооборудования: аккумуляторной батареи, генератора переменного тока и стартера.
   

а). Устройство и принцип действия простейшего аккумулятора.

Простейший аккумулятор состоит из емкости с помещенными в нее двумя свинцовыми пластинами, не соприкасающимися друг с другом.

В сосуд заливается электролит, состоящий из дистиллированной воды с добавлением химически чистой серной кислоты в определенной пропорции. Уровень электролита должен превышать высоту пластин, что обеспечивает полное использование их поверхности.

Подготовленный таким образом аккумулятор заряжается от источника постоянного тока — генератора путем соединения одной пластины с положительным, а другой — с отрицательным полюсом (рис. 2. 1, а).

При прохождении тока через пластины и электролит (заряд) в аккумуляторе происходит процесс преобразования электрической энергии в химическую, что выражается в образовании налета активной массы на поверхности пластин. На положительной пластине образуется перекись свинца коричневого цвета, а на отрицательной — губчатый свинец серого цвета. При этом плотность электролита значительно увеличивается — аккумулятор зарядился, Напряжение заряженного аккумулятора составляет 2 В.

При включении в цепь аккумулятора какого-либо потребителя (лампы) происходит обратный процесс превращения химической энергии в электрическую, и аккумулятор постепенно разряжается. При этом активная масса на той и другой пластинах превращается в сернокислый свинец (рис. 2, б), а плотность электролита уменьшается. После полного разряда аккумулятор снова заряжается и работоспособность его восстанавливается.

Для увеличения емкости аккумулятора (запаса электроэнергии) в нем устанавливают большое количество решетчатых пластин, заполненных активной массой и составляющих два полублока (рис. 2, в). При этом для изоляции между положительными и отрицательными пластинами устанавливаются сепараторы.

Рис. 2. Принцип действия аккумулятора:

а — заряд; б — разряд; в — полублоки отрицательных и положительных пластин: 1— баретка полублока отрицательных пластин; 2 — отрицательные пластины; 3 — положительные пластины; 4 — сепараторы.
Устройство аккумуляторной батареи (рис.3).

Аккумуляторная батарея имеет кислотостойкий корпус (моноблок), разделенный перегородками на шесть отсеков, представляющих собой отдельные аккумуляторы.

Сверху аккумуляторы закрыты общей крышкой, приваренной к корпусу ультразвуковой сваркой. В крышке имеются отверстия для заливки электролита в каждый аккумулятор и для прохода двух полюсных выводов батареи (плюсового и минусового).

Рис. 3. Аккумуляторная батарея:

1 — корпус; 2 — крышка; 3 и 5 — соответственно положительный и отрицательный полюсные выводы; 4 — межэлементное соединение (борн); 6— пробка; 7— индикатор для проверки уровня электролита (тубус); 8 — сепаратор; 9 и 10— положительная и отрицательная пластины; 11 — выступ корпуса; 12— кронштейн с болтом крепления батареи.
Каждый аккумулятор состоит из двух полублоков чередующихся пластин: положительных и отрицательных. Пластины одинаковой полярности приварены к межэлементным соединениям (борнам), которые служат для крепления пластин и выводов тока и соединяют аккумуляторы батареи между собой. Решетки пластин отлиты из сплава свинца с добавлением кальция и сурьмы, что замедляет процесс разложения электролита и саморазряд аккумуляторов.

Для увеличения емкости в решетку пластин впрессовы вают активную массу, приготовленную на водном растворе серной кислоты из окислов свинца — свинцового сурика (РЬ₃0₄) и свинцового глета (РЬО) — для положительных пластин и свинцового порошка — для отрицательных пластин Одноименные пластины соединяются в полублоки, заканчивающиеся выводными полюсными штырями.

Полублоки с положительными и отрицательными пластинами собирают в блок таким образом, что положительные пластины располагаются между отрицательными, поэтому отрицательных пластин обычно на одну больше. Это позволяет лучше использовать двустороннюю активную массу крайних положительных пластин и предохраняет их от коробления и разрушения.

Положительные пластины аккумулятора помещаются в сепараторы, изготовленные в виде конвертов из тонкого пластикового микропористого материала. Это исключает их короткое замыкание отрицательными пластинами, а малая толщина и большая пористость сепараторов облегчают прохождение через них электролита, снижают внутреннее сопротивление и обеспечивают получение разрядного тока большой силы.

Кроме того, это исключает короткое замыкание пластин выпадающей активной массой, позволяет устанавливать блоки пластин непосредственно на днище бака без ребер и значительно увеличить объем электролита над пластинами и тем самым увеличить срок доливки дистиллированной воды при эксплуатации автомобиля.

Для облегчения проверки уровня электролита в каждом аккумуляторе у заливных отверстий снизу имеются трубчатые индикаторы (тубусы). Нижний срез индикатора находится на требуемой высоте от уровня пластин. При нормальном уровне поверхность электролита образует четко видимый через наливное отверстие мениск (эллипс). Кроме того, на полупрозрачном пластмассовом корпусе аккумуляторной батареи могут быть метки «МШ» и «МАХ», между которыми должен находиться уровень электролита.

Полублоки положительных и отрицательных пластин отдельных аккумуляторов соединены между собой межэлементными соединениями, проходящими через пластмассовые перегородки. И соединяются соответственно с положительным и отрицательным выводами батареи.

Выводы большинства отечественных и импортных аккумуляторных батарей имеют конусную форму, обеспечивающую сохранение надежного контакта с клеммами проводов при износе их в процессе эксплуатации, и имеют стандартные размеры. Причем положительный вывод батареи по диаметру больше отрицательного, что исключает возможность нарушения полярности при установке батарей на автомобиль.

На верхней поверхности батареи расположены отверстия для заливки электролита в каждый аккумулятор батареи, закрываемые пробками. Пробки имеют вентиляционные отверстия для выхода газов, образующихся в процессе работы батареи. У новых не залитых батарей вентиляционные отверстия закрыты специальными герметизирующими приливами, которые при заливке в батарею электролита удаляются (срезаются).

Электролит, заливаемый в аккумуляторную батарею, представляет собой раствор химически чистой серной кислоты с дистиллированной водой.

Для предотвращения замерзания электролита при эксплуатации аккумуляторной батареи в зимних условиях плотность регламентируется в зависимости от климатических условий эксплуатации (табл. 1).
Таблица 1.Плотность электролита при эксплуатации в различных климатических районах

Климатические районы (средняя месячная температура воздуха в январе)	Время года	Плотность электролита, приведенная к 25°С, г/см3
		заливаемого в батарею	после полного заряда
Очень холодный (-50...-30°С)	Зима	1,28	1,3
	Лето	1,24	1,26
Холодный (-30...-15°С)	Круглый год	1,26	1,28
Умеренный (-15...-8°С)	То же	1,26	1,28
Жаркий сухой (-15...+4°С)	«	1,22	1,24
Теплый влажный (0...+4°С)	«	1,21	1,23

Маркировка аккумуляторных батарей состоит из цифр и букв:

— первая цифра обозначает число аккумуляторов в батарее;

— буквы СТ — свинцовая стартерная батарея, т.е. обеспечивающая получение высокого пускового тока;

— число, отделенное от предыдущей части обозначения черточкой, указывает номинальную емкость АКБ в ампер-часах;

— последние буквы обозначают материал и конструктивное исполнение корпуса батареи: Э — эбонит, Т — полиэтилен, П — асфальтопековая пластмасса, А — пластмассовый с общей крышкой; материал сепараторов: М — мипласт, Р — мипор, С — стекловолокно; потребительские характеристики: 3 — залитая и заряженная, Н — сухозаряженная, Л — необслуживаемая. Термин «необслуживаемая» является условным, так как обслуживать такие батареи все же нужно, хотя и в значительно меньшем объеме.

После буквенных обозначений АКБ указывается соответствующий Государственный стандарт.

Для определения полярности на выводных клеммах проставляют знаки «+» и «- ». Кроме того, отрицательную клемму делают меньшего диаметра. Если нет опознавательных знаков и выводные клеммы АКБ по диаметру различить трудно, то необходимо установить батарею на автомобиль и, подключив клеммы, включить фары. Если стрелка амперметра или лампочка световой сигнализации при неработающем двигателе покажут разряд АКБ, то батарея включена правильно.
б). Генератор служит для питания током всех потребителей электрооборудования автомобиля и для заряда аккумуляторной батареи при средней и большой частоте вращения коленчатого вала двигателя.

На изучаемых автомобилях устанавливаются трехфазные генераторы переменного тока с выпрямителями на кремниевых диодах, преобразующих переменный ток в постоянный. Кремниевые диоды имеют больший срок службы, пропускают малый обратный ток, надежно работают в широком диапазоне температур, а также обладают малыми габаритами и массой, что позволяет устанавливать их в крышке генератора автомобиля.

Генератор переменного тока проще по конструкции, надежнее в работе, меньше по размерам и массе по сравнению с генератором постоянного тока. Поэтому в настоящее время на автомобилях получили широкое распространение генераторы переменного тока. Генератор переменного тока (рис. 4, а)— трехфазная двенадцатиполюсная синхронная электрическая машина с блоком полупроводниковых выпрямителей — кремниевых диодов, преобразующих переменный ток в постоянный. Ротор генератора приводится во вращение от шкива коленчатого вала двигателя при помощи ременной передачи.


Рис. 4. Генератор переменного тока:

а — конструкция; б — электрическая схема;

1 — контактные кольца; 2 и 13 — крышки; 3 — щеткодержатель; 4 — щетка; 5 — обмотка статора; 6 — обмотка возбуждения; 7 — вентилятор; 8 — шпонка; 9 — вал генератора; 10 — шкив; 11 и 19 — герметизированные шарикоподшипники; 12 — втулка; 14 — полюсные наконечники; 15 — магнитопровод статора; 16 — вывод диодов; 17 — блок кремниевых диодов выпрямителя; 18 — изоляционные втулки; 20 — регулятор напряжения; 21 —выключатель зажигания; 22 — аккумуляторная батарея; Ш — вывод, изолированный от корпуса.

Генератор состоит из статора, ротора, двух крышек 2 и 13, вентилятора 7 и шкива 10. Магнитопровод 15 статора набран из отдельных изолированных стальных пластин. На внутренней стороне статора имеются восемнадцать выступов, на которых установлены катушки. Они распределены на три фазы (группы) по шесть последовательно объединенных катушек, соединенных по схеме звезда (рис. 4, б). Другие концы фаз выводами 16 (рис. 2.1, а) присоединены к блоку 17 кремниевых диодов выпрямителя. При этом каждая фаза связана с двумя диодами разной полярности (рис. 4,б).

На валу 9 (рис. 4, а) генератора напрессованы втулка 12, полюсные наконечники 14 и изоляционные втулки 18 контактных колец 1. На втулке между полюсными наконечниками расположена обмотка 6 возбуждения.

Концы обмотки 6 припаяны к контактным кольцам, к которым прижимаются щетки 4, находящиеся в щеткодержателе 3. Одна щетка соединена с корпусом генератора, а вторая изолирована от него и соединена с выводом Ш. Полюсные наконечники имеют по шесть полюсов разной полярности (ТУ и 5), образующих двенадцатиполюсную магнитную систему.

Статор состоит из сердечника и катушек обмотки. Сердечник (рис. 2.1) статора изготовляют в виде кольца из отдельных стальных пластин, изолированных друг от друга лаком. На его внутренней поверхности имеются зубцы, на которые надеты катушки. Катушки образуют обмотку статора, разделенную 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 (рис. 4), на котором напрессована втулка с обмоткой возбуждения, и шести пар электромагнитных полюсных наконечников, создающих под действием обмотки возбуждения магнитное поле. На валу ротора установлены два контактных кольца, через которые в обмотку возбуждения подается электрический ток. По контактным кольцам скользят графитовые щетки, соединенные с выводами В и Ш регулятора напряжения. 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 генератора помещен выпрямительный блок, преобразующий переменный ток в постоянный.

Выпрямительный блок представляет собой две алюминиевые пластинки с запрессованными в них шестью диодами, пропускающими электрический ток только в одном направлении, то – есть, 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 ротора и цепи контроля исправности генератора с помощью контрольной лампы разряда аккумуляторной батареи, помещенной на щитке приборов.

Электронный регулятор 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, 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.

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 нем ЭДС.

Переменное напряжение и ток, индуцированные в обмотке статора, выпрямляются выпрямительным блоком, и для питания потребителей идет уже постоянный ток, снимаемый с клеммы генератора. Одновременно с общего вывода дополнительных диодов подается выпрямленное напряжение для питания обмотки возбуждения ротора.

У работающего исправного генератора напряжение на клемме и на общем выводе дополнительных 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.

На автомобилях с генераторами переменного тока в основном работают транзисторные реле -- регуляторы, которые, как правило, являются регуляторами напряжения. Необходимость в ограничении силы тока и реже обратного тока отсутствует, так как генератор переменного тока обладает свойством самоограничения силы тока нагрузки, а роль реле обратного тока выполняет выпрямительное устройство генератора.

Ниже приведены реле-регуляторы напряжения, как правило, не требующие регулировки и технического обслуживания в течение всего срока службы.

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.

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.
<предыдущая страница