ЛЕКЦИЯ №7
СЖАТЫЙ ОБЗОР РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ АВТОМОБИЛЕЙ
Электрооборудование современного автомобиля - сложная система, что обеспечивает автоматизацию рабочих процессов, экономию топлива, безопасность движения и улучшение условий труда водителя.
Электронные приборы на автомобиле применяются в настоящее время, как для замены электромеханических Электронные приборы на автомобиле применяются в настоящее время, как для замены электромеханических систем, так и для создания принципиально новых систем автомобильной тематики.
Широкое распространение получили электронные системы зажжения, что обеспечивают более надежную работу .двигателя и экономию топлива, снижают токсичность газов, что отра'ботали.
Все увеличивающее количество и мощность потребителей электрической энергии на автомобилях привели к использованию високобежних синхронных генераторов переменного тока с электро н н ыми ре гул я го рам и напряжения.
Внедряются автоматические системы управления главным освещением, скоростью движения, устройствами предупреждения водителя об опасности или близости препятствий, что существенно повышает безопасность движения.
В настоящее время на некоторых автомобилях устанавливается до 35 индикаторов, наблюдение за который затрудняет работу водителя. Применение электронных систем отображения информации, создания приборов, что интегрируют, что обеспечивают приоритетность информации, что поступает, повышает эффективность ее использования водителем.
Электронные системы используются также для диагностики технического состояния узлов и агрегатов автомобиля и могут не только указывать на неисправность, но и давать водителю рекомендации о целесообразных действиях.
Большое распространение получают микропроцессорные системы управления двигателем (подачей топлива. зажжением, трансмиссией, стабилизацией скорости движения, антиблокировочными устройствами)
Разработана програмно-следящаяа система, что оповещает водителя о маршруте прохождения.
Условия эксплуатации электронных систем на автомобиле жестче, чем в других областях применения электроники. Они определяются большим диапазоном изменения температуры электронных- приборов на автомобиле (-60 ... +150 ОС ). значительной влажностью, пылью, грязью, вибрацией, ускорением при разгоне. Напряжение в бортовой сети изменчиво. При отсутствии контакта или электролита в аккумуляторной батарее напряжение бортовой сети может достигать 75 В. При пуске же двигателя в холодных условиях, оно падает до 3.5...6 В. При неправильном подключении аккумуляторной батареи изменяется полярность напряжения, что может привести к выходу из строя электронных приборов. В бортовой сети возникают импульсы перенапряжения до 300 В. Негативно действуют на работу электронных приборов магнитные тюля, которые возникают внутри автомобиля и на городских улицах, поэтому к разработке электронных устройств автомобиля предъявляются высокие требования.
Впервые электрическая энергия была использована в двигателях внутреннего сгорания в 1860 г. для воспаления горючей смеси. Высокое напряжение для образования электрической искры создавали с помощью самой простой индукционной катушки, что поставлялась от гальванических элементов. Однако через свое несовершенство система не получила распространения.
В 80-х годах XIX век был использован зажжение низковольтного магната. ЕРС подводилась до двух электродов, расположенных в цилиндре двигателя. В необходимый момент один из электродов отодвигался от неподвижного электрода, и через отверстие, что образовалось, проскакивала искра низкого напряжения, что зажигало рабочую смесь. Всевозможные конструктивные затруднения привели к тому, что такая система «на отрыв» не нашла значительного распространения.
В .1901-1907 годах было создано магнето высокого напряжения, что повсеместно использовалось на автомобилях до 1920-1930 лет, то есть к применению аккумуляторных батарей. Начиная с 30-х годов, магнето используется редко и применяется только на машинах специального назначения. Широкое распространение получила классическая система зажжения.
Последующее развитие двигателестроение привело к разработке новых систем зажжения, потому что классическая система батарейного зажжения не удовлетворяла предъявленным требованиям. Больше всего перспективные в данный момент электронные, бесконтактные и микропроцессорные системы.
Развитие полупроводниковой техники позволило использовать на автомобилях генераторы переменного тока с полупроводниковыми вмонтированными выпрямителями и транзисторными регуляторами напряжения. Генераторные установки развиваются по пути роста их мощности в связи с увеличением количества и мощности потребителей электрической энергии, срока службы и повышения удельных показателей использования активных материалов.
Бензиновые двигатели с небольшим рабочим объемом и низкой степенью сжатия без больших затруднений могли запускать с помощью рукоятки. С 1925 года на автомобилях начали устанавливать систему пуска, что состояла из аккумуляторной батареи, -электростартера и коммутационной аппаратуры. Мощность стартера достигла приблизительно 0,5 кВт, что затрудняло пуск холодного двигателя. Поминальные напряжения системы электрооборудование составляли 6 В. Значний шаг вперед в развитии электрооборудование был сделан при внедрении напряжения системы электрооборудование автомобилей 12 В. Це позволило без увеличения габаритных размеров повысить мощность стартеров до 1 кВт ii таким образом, значительно улучшить пуск. В настоящее время мощность стартеров большегрузных автомобилей составляет 10...15 кВт, а емкость аккумуляторных батарей -200 ... 240 А*г.
Для освещения применялись свечи, керасиновые лампы, а затем ацетиленовые фары. С повышением скоростей движения автомобилей возникла необходимость в улучшении освещения, и начиная с 1911 года стали появляться фары с лампами накаливания.
.Зб'шьшення автомобильного парка затребовало разработки новых систем освещения. Разработанные и внедренные четырёхфарные и автоматически регулируемые системы освещения, иротивотуманные фары, галогенные лампы. В системах освещения перспективно используются полупроводниковые осветительные элементы, светоотводи.
Для контроля состояния и работоспособности агрегатов и систем автомобилей и тракторов применяются контрольно-измерительные приборы, который облегчает работу водителя, контролируют состояние и. работоспособность агрегатов и систем.
Развитие и усовершенствование электрооборудование автомобиля в настоящее время направлен на решение вопросов повышения топливной экономичности, снижения токсичности газов, что отработали, повышение безопасности движения, создания диагностической бортовой аппаратуры.
Историю развития электронных устройств (ЭГ1), используемых на автомобильном транспорте, условно можно представить в виде нескольких этапов.
Первый этап (до 1950 года). Основу элементной базы ЭП этого этапа составляли электронные лампы из свойственной им повышенной чувствительностью к вибрациям и ударам, со значительными габаритными размерами и необходимостью дополнительного питания. Условия работы узлов и агрегатов автомобилей ставили препятствия внедрению электронных устройств того времени. Однако, широкое распространение получили автомобильные радиоприемники и радиостанции служебной связи.
Второй этап (в 1950-1980 г.) - этап интенсивной разработки ЭП для автомобилей. Он связан, в первую очередь, с изобретением и широким распространением полупроводниковой элементной базы. В этот период были разработаны и внедренные полупроводниковые выпрямители для автомобильных генераторов, электронные регуляторы
напряжения. Появились электронные системы зажжения,
В этот период разрабатываются и внедряются устройства для автоматизации управления автомобилем, увеличивается роль и качество информации водителя о работе отдельных узлов и систем, используются антиблокировочные электронные устройства. Создаются устройства для автоматической поддержки скорости автомобиля.
Третий этап (в 1980-1990 г.) характеризуется, в первую очередь, внедрением электронно- вычислительной техники. На изменение одиночным устройствам пришли МИКРОЭВМ и микропроцессор ы.
Четвертый этап ( в 1990 - 2000 г.). Появляются комплексные системы управления силовым агрегатом, информационно-диагностические центры, мультиплексные системы связи, системы предупреждения столкновений, навигационные системы, системы обеспечения максимального комфорта для водителя, снижения токсичности.
Электрооборудование современного автомобиля в зависимости от функциональных связей и целевого назначения можно разделить на такие системы:
электроснабжение. что обеспечивает электроэнергией всех потребителей;
пуска, что осуществляет пуск двигателя внутреннего сгорания автомобиля:
зажжение, что обеспечивает воспаление рабочей смеси двигателя:
освещение и сигнализации, что создает возможность эксплуатации автомобиля в ночное время и повышает безопасность движения:
контрольно-измерительных приборов, информации и диагностики;
автоматического управления двигателем и трансмиссией, что обеспечивает экономию топлива, уменьшения токсичности газов, повышения стабильности и надежности работы двигателя и трансмиссии:
комфортного оборудования (стеклоочистители, отопители, кондиционеры). РАЗДЕЛ 1. СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ АВТОМОБИЛЕЙ
Система электроснабжения предназначена для питания электрической энергией всех потребителей автомобиля. Она есть из себя совокупность систем генерирования и распределения электроэнергии
Система генерирования электроэнергии содержит в себе источники электроэнергии, устройства регуляции напряжения, защите бортовой украшай узором, управления и контроля, что обеспечивают производство электроэнергии и поддержки ее характеристик в заданных границах на всех режимах работы системы. Система распределения электроэнергии состоит из устройств, которые передают электроэнергию от системы генерирования к потребителям.
Основные элементы системы электроснабжения - генератор, аккумуляторная .батарея, регулятор напряжения, и устройства защиты.
Систему электроснабжения выполняют на постоянном токе и, как правило, по однопроводной схеме. Вторым токоироводом в этом случае служат металлические части автомобиля.
Применение однопроводной системы по сравнению с двухпроводной позволяет уменьшить затрату проводов и падений напряжения в линиях. К изъянам однопроводной схемы можно отнести повышенную вероятность коротких замыканий.
1.1 Уклад свинцовых аккумуляторных батарей
Аккумуляторная батарея на автомобиле используется для питания электрического стартера при пуске двигателя внутреннего сгорания, для снабжения энергией потребителей при нетрудящемся двигателе и при работе его на небольшой частоте вращения, а также для общего с генераторной установкой питания потребителей в случае, когда их мощность превышает мощность генератора.
Аккумулятор представляет собой уклад, что превратит электрическую энергию в химическую при заряде и химическую в электрическую при разряде.
По типу применяемого электролита аккумуляторы подразделяются на кислотные и щелочные.
В качестве стартерных аккумуляторных батарей наибольшее распространение получили кислотно-свинцовые, что владеют целым рядом преимуществ перед щелочными аккумуляторами (более большой ККД, ЕРС, ровное 2 В, малое внутреннее сопротивление).
Аккумуляторная батарея - это совокупность последовательно соединенных аккумуляторов (рисунок 1.1).
Рисунок 1.1. Стартерна аккумуляторная батарея: 1- крышка; 2 -межелементная перемычка; 3 - моноблок; 4 - ребра; 5 - полублок негативных электродов; 6 - сепаратор; 7- полублок позитивных электродов; 8 - предохранительный щиток
Аккумуляторная батарея сос тоит из моноблока, изготовленного из эбонита, полиетилена или других пластмасс и разделенного на ячейки по числу аккумуляторов, в которых содержатся блоки пластин. На дни каждой ячейки выполненные ребра, на которые устанавливаются блоки пластин в сборе с сепаратором. В пространстве между ребрами накапливается шлам (активная масса пластин), что на время аопереджнее замыкание разноименных пластин. Пластины складываются с решетки и пористой активной массы, что заполняет ячейке. Для увеличения емкости и уменьшения внутреннего сопротивления в каждом блоке устанавливаются несколько пластин, соединенных между собой.
Количество позитивных пластин в блоке каждого аккумулятора на единицу меньше, чем негативных. Размещение позитивных, пластин между негативными обеспечу равномерную работу
обеих сторон позитивных пластин, что уменьшает коробление позитивных пластин и препятствует выпадению активной массы.
Негативные пластины изготовляют более тоньшими, чем позитивные, потому что губчатий свинец, что является основой активной массы. - красивый проводник большой прочности, меньше поддается коррозии. Кроме того, крайние негативные пластины работают только одной стороной. Позитивные и негативные пластины разделены сепараторами, которые исключают замыкание пластин между собой.
Сепараторы - пористые изоляционные прокладки из микропористого эбонита-мипора, стекловолокна и других материалов. Поры в сепараторах позволяют электролиту свободно проникать в активную массу пластин.
Назначение автомобильных генераторов и требования к ним
Генерат ор - основной источник электрической энергии на автомобиле, что обеспечивает питание потребителей и заряд аккумуляторной батареи при работе двигателя.
К генераторам относятся такие требования: долговечность и надежность в эксплуатации, малые габаритные размеры, масса и стоимость; большая энергетическая мощность; возможность обеспечения заряда аккумуляторных батарей при малой частоте вращения коленного вала двигателя в режиме холостого хода.
Долгое время применялся генератор постоянного тока. В таком генераторе напряжение снимается из оборотного якоря, а выпрямление осуществляется коллектором, что связано с искрением и сносом коллектора и щеток.
Уклад автомобильного генератора переменного тока
Генератор переменного тока представляет собой трехфазную синхронную электрическую машину, что состоит из двух основных частей - статора я ротора (рисунок 1.5). Статор состоит из
кольцевидного сердечника, набранного из тонких листов электротехнической стали. Внутренняя поверхность статора имеет пазы, в которых вмещаются катушки статорной обмотки.
5,
в,
г
Рисунок. 1.5. Схема генератора
переменного тока: 1 -обмотка возбуждение; 2 - клювовидные полюса, 3 - контактные перстеньки: 4 - гцёткоудержйватнлъ, 5 - статор, 6 - трехфазная обмотка статора, 7 - крышка со стороны повода, 8 - шкив, 9 - вентилятор, 10 - крышка со стороны контактных перстеньков