Лекция 1. Общие сведения об электрооборудовании автомобилей и тракторов (транспортно-технологических машин).

1 вопрос. Основные этапы развития электрооборудования (ЭО) автомобилей и тракторов (АиТ).

2 вопрос. Состав и классификации систем ЭО АиТ.

3 вопрос. Виды схем ЭО АиТ, принципы их построения, условные обозначения.

4 вопрос. Условия эксплуатации ЭО АиТ.

Введение.

Эксплуатационная надежность, экономичность, активная безо­пасность и экологические качества автомобиля в значительной степени определяются работой его электрооборудования. Электро­оборудование современного автомобиля представляет собой очень сложную систему, включающую более 100 изделий, а его стоимость составляет примерно 30% стоимости автомобиля.

С точки зрения системного подхода электрооборудование авто­мобиля может быть представлено в виде ряда самостоятельных функциональных систем - электроснабжения, пуска, зажигания, освещения и сигнализации, информации и диагностирования, ав­томатического управления двигателем и трансмиссией и др. Ряд изделий электрооборудования, например, стеклоочиститель, элек­тродвигатели отопления, вентиляции, звуковые сигналы, радиообо­рудование, трудно отнести к какой-либо из систем. Поэтому все они могут быть объединены и условно названы вспомогательным элек­трооборудованием. Суммарная длина электропроводки автомобиля достигает 250...600 м. Определенную сложность представляют про­кладка проводов, объединение их в жгуты, построение принципи­альных и монтажных схем. Поэтому представляется целесообраз­ным отдельно рассмотреть построение общей схемы, коммутаци­онной и защитной аппаратуры.

Электрооборудование автомобилей постоянно и существенно изменяется. Генераторы переменного тока с бесконтактными элек­тронными регуляторами напряжения практически полностью заме­нили генераторы постоянного тока с вибрационными регуляторами. Появились бесконтактные электронные и микропроцессорные сис­темы зажигания и автоматического управления топливоподачей. Нашли самое широкое применение так называемые необслужи­ваемые аккумуляторные батареи. В системе пуска двигателя внут­реннего сгорания активно используется стартер с редуктором. Су­щественно изменились светооптические приборы системы освеще­ния и сигнализации, занимающие особое место в электрооборудо­вании автомобиля, так как эта система определяет безопасность дорожного движения. Значительно улучшилась информация водителя о режимах работы и состоянии узлов и агрегатов автомобиля, чему способствовало появление бортовой системы контроля и системы встроенной диагностики.

Продолжает расширяться применение электронных приборов и систем на автомобиле. Сейчас практически любая система элек­трооборудования включает элементы электроники: всевозможные реле, контроллеры, регуляторы, датчики и др.

Применение электроники и микропроцессорной техники спо­собствовало разработке систем автоматического управления дви­гателем и трансмиссией. В первую очередь это касается создания систем управления зажиганием и впрыском топлива, антиблокиро­вочных систем тормозов, электронного управления коробкой пере­дач, разработки маршрутного компьютера, системы блокировки дверей и др. Ведущие автомобильные фирмы разработали и вне­дряют интегрированные системы управления силовым агрегатом, электронные системы рулевого управления и управления четырьмя колесами. Находят применение активная подвеска, дисплеи на ло­бовом стекле, интегрированные информационно-диагностические системы. Основной тенденцией развития электронных систем сле­дует считать создание комплексных многофункциональных систем управления и контроля.

Внедрение электронных устройств связано с созданием спе­циальной элементной базы, так как условия работы изделий элек­трооборудования автомобилей весьма специфичны. Это и широкий диапазон изменения температур (-60 – +125°С), и вибрации, и под­верженность агрессивному действию окружающей среды и др.

Усложнение электрооборудования автомобилей имеет и отри­цательную сторону, связанную с увеличением числа отказов. В со­временном автомобиле уже более 30% отказов приходится на электрооборудование. Поэтому остро стоит проблема своевремен­ной разработки методов и средств диагностирования новых систем и узлов. Но еще более острой проблемой является подготовка высококвалифицированных кадров для эксплуатации и обслуживания автотракторной техники и сервисного оборудования.

1 Вопрос. Основные этапы развития эо АиТ.

Слово «автомобиль» - это перевод с двух языков: греческого -autos - «сам», «самостоятельный»; и mobilis - с латыни - «под­вижной, движущийся».

Повозки, которые двигались без помощи лошадей, в конце XIX в. называли безлошадными экипажами, самобеглыми колясками и самоходами.

Каждая страна, каждый народ называли автомо­биль на своем языке. В большинстве случаев за основу брали хорошо известные слова: телега, коляска, вагон. В Америке и Англии автомобиль называют словом «кар» (тележка, вагончик), в Швеции-«биль», в Германии-«крафтфарцойг» (моторная коляска), в Италии-«веттура» (коляска), во Франции-«вуатюр» (коляска).

Считается, что первые автомобили создали немецкие инженеры, но их производство они развернули позже французов. Отцами автомобиля считаются немцы Готлиб Даймлер и Карл Бенц. Несколько сотен изобретателей, до них и даже после них, утверждали, что именно они придумали «без­лошадный экипаж». Но совершить все четыре первых шага смогли только Даймлер и Бенц. Они выдвинули идею авто­мобиля, оформили патент, построили действующий образец и на­конец освоили выпуск автомобилей. Бенц построил свой первый, еще трехколесный, автомо­биль в 1886 г.(объем двигателя-954 см³, мощность- 0,8 л.с., число оборотов-250-300 об/мин) Первый выезд на нем он сделал 3 июля того же года. Машина развивала скорость 16 км/ч. У Карла Бенца (1844-1929) была небольшая фабрика по выпуску двига­телей внутреннего сгорания. Но в конце XIX в. он переключился на выпуск автомобилей. Готлиб Даймлер (1834-1900), как и Карл Бенц, быстро организовал производство автомобилей своей конструкции. Сначала, в 1885 г., Даймлер постро­ил мотоцикл с двигателем внутренне­го сгорания. Но на следующий год был готов и его четырехколесный автомо­биль. Первый «Даймлер» развивал скорость тоже 16 км/ч. Он считается одним из отцов автомобиля как такового. В 1926 г. заводы «Даймлер» и «Бенц» объединились. Новая фир­ма с тех пор стала называться «Даймлер-Бенц». Ее автомобили несут марку «Мерседес-Бенц». С 1902 г. все легковые машины за­вода «Даймлер» стали называться «Мерседес». В марте 1899 г. Эмиль Елинек выиграл одну из ранних го­нок на автомобиле Даймлера. Поз­же он заказал 36 таких же машин и успешно их продал. Свой успех он увековечил тем, что настоял впредь давать автомобилям завода «Даймлер» имя своей дочери Мер­седес (1889-1929).

Правой рукой Готлиба Даймлера стал инженер Вильгельм Майбах (1846-1929), которому машины марки «Даймлер» обязаны многи­ми техническими новшествами. В дальнейшем Майбах расстался с Даймлером и основал собственную автомобильную и моторную фир­му, которая до 1943 года изготав­ливала машины марки «Майбах», а также танковые двигатели.

Почетное место среди изобретателей автомобиля принадлежит и нашим соотечественникам Евгению Александровичу Яковлеву (1857 – 1898 гг.) и Петру Александровичу Фрезе (1844 – 1918 гг.). Е.А. Яковлев (в прошлом лейтенант военно – морского флота) начал проводить эксперименты с ДВС в 1884 г., а в 1889 г. организовал их серийное производство на основанном им в Петербурге «Первом русском заводе керосиновых и газовых двигателей Е.А. Яковлева». Двигатели этого предприятия имели по тем временам немало технических новшеств: электрическое зажигание; съемную головку цилиндра; смазку под давлением. В 1893 г. они экспонировались на Всемирной выставке в Чикаго и были отмечены премией. На этой выставке демонстрировался один из первых немецких серийных автомобилей «Бенц» модели «Вело». Этим экспонатом заинтересовались Е.А. Яковлев и П.А. Фрезе и решили построить свой автомобиль. Эту идею они осуществили в 1896 г. Автомобиль имел одноцилиндровый ДВС объемом 1000 см³ мощность 2 л.с. Зажигание рабочей смеси было электрическим. Карбюратор был простейшим испарительного типа. Автомобиль имел массу около 300 кг, мог развивать скорость около 20 верст в час (21,3 км/ч) и имел запас хода по топливу 200 верст. Для сравнения можно привести данные автомобиля «Руссо – Балт С24/30» 1909 – 1910 гг. выпуска. Автомобиль имел четырехцилиндровый двигатель объемом 4501 см³ мощностью 30 л.с. при 1500 об/мин, снаряженную массу 1800 кг и развивал скорость 70 км/ч.

В своем развитии ЭО АиТ прошло несколько этапов вместе с совершенствованием конструкции автомобиля и его узлов.

На начальном этапе (вторая половина 19 в.- начало 20 в.) на первых автомобилях источником электроэнергии служил аккумулятор (как правило напряжением 6 (8) В). Он использовался для зажигания горючей смеси в двигателях и для освещения. Затем на автомобилях с бензиновым двигателем появляется система зажигания от магнето. Магнето представляет собой магнитоэлектрический агрегат, объединяющий генератор переменного тока низкого напряжения, индукционную катушку зажигания, прерыватель тока низкого напряжения и распределитель тока высокого напряжения. Схема магнето показана на рис. 1.1.

На следующем этапе (начало 20 в. – середина 20 в.) формируется классическая схема ЭО автомобилей. Появляются в составе ЭО более мощные аккумуляторы напряжением 12 В и 24 В, генератор (как правило постоянного тока), электростартер (электродвигатель постоянного тока), релейные регуляторы напряжения, электроприводы различного назначения. В 50-х годах развитие ЭО АиТ идет по пути стандартизации, унификации, применения более качественных электротехнических материалов, что позволяет уменьшить габариты, вес элементов ЭО, повысить их надежность и долговечность.

Рис. 1. Схема магнето.

1 — сердечник индукционной катушки; 2 — первичная обмотка; 3 — вторичная обмотка; 4 — полюсный баш­мак; 5 — предохранительный разрядник; 6 — электроды распределителя; 7—бегунок; 8—шестерни; 9—свечи зажигания; 10 — ротор; 11 — выключатель зажигания; 12—кулачок; 13—контакты; 14—рычажок прерывате­ля; 15 — конденсатор.

Качественным скачком в развитии ЭО АиТ (60-70-е годы) явилось широкое внедрение полупроводниковых приборов, что привело к изменению элементной базы ЭО. На смену генераторам постоянного тока пришли генераторы переменного тока с встроенными выпрямителями. Появились полупроводниковые регуляторы напряжения, что позволило повысить качество подводимой к потребителям электроэнергии. Создаются электронные системы зажигания.

С начала 80 – х годов в ЭО АиТ начинают применяться микроэлектронные устройства (интегральные микросхемы) в том числе микропроцессоры и микроЭВМ для управления работой двигателя и других систем автомобиля.

За последние годы в России парк находящихся в эксплуатации автомобилей сильно изменился и расширился. Появилось большое количество зарубежных автомобилей различных марок, имеющих определенную специфику системы электрооборудования, отличающуюся по устройству, принципу действия и особенностям обслуживания ее элементов. Отечественные производители в борьбе за конкурентоспособность своих изде­лий существенно модернизировали и расширили состав электрооборудования, особенно в части применения средств повышения комфорта в салоне автомо­биля, а также изделий электроники.

Электронные устройства управляют подачей (впрыском) топлива, системой зажигания, тормозной системой, системой подвески, осуществляют контроль за работоспособностью узлов и агрегатов автомобиля.

На электромеханические устройства возложены функции блокировки дверей, стеклоподъема, поворота зеркал заднего вида и т. п.

Практически сейчас нет ни одной системы автомобильного электрооборудо­вания, где бы не использовалась электроника и микроэлектроника.

Рост количества потребителей потребовал увеличения мощности электроге­нераторов без существенного увеличения их массы и габаритов, что вызвало появление на автомобилях генераторов компактной конструкции.

Напряжение генераторов стабилизируется регуляторами напряжения, по­строенными по новому схемному решению с использованием так называемой широтно-импульсной модуляции.

Стартеры со встроенным редуктором и возбуждением от постоянных магни­тов постепенно вытесняют стартеры традиционной конструкции.

В светотехнике широко стали использоваться фары, в которых функции рассеивателя полностью или частично выполняет отражатель, фары с лампой дневного света, а также светодиоды в светосигнальных фонарях и т. п.

Применение электроники и микроэлектроники в системах ЭО позволило объединить системы топливоподачи и зажигания, обеспечить экономию топлива, снизить токсичность отработавших газов, оптимизировать работу систем автомобиля, осуществить текущее диагностирование автомобиля.

На долю электрооборудования современного автомобиля приходится до 40% неисправностей, возникающих в процессе его эксплуатации. Своевременное проведение ТО наряду с совершенствованием конструкции и качества изготовления приборов и устройств автомобильного ЭО ведет к снижению доли их отказов.