Электрооборудование автомобилей

СРЕДНЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Серия основана в 2001 году





И.С. Туревский



ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ АВТОМОБИЛЕЙ





Допущено Министерством образования и науки Российской Федерации в качестве учебного пособия для студентов учреждений среднего профессионального образования, обучающихся по специальности 23.02.03 «Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта»







Электронно





            znanium.com



Москва
ИД «ФОРУМ» - ИНФРА-М
2021

УДК 621.3(075.32)
ББК 39.33-04я723
      Т87



     Рецензенты:
        Д.М. Лихачев, преподаватель Отраслевого автомобильного колледжа МОСАВТОТРАНСА;
        М.Н. Дергунов, канд. техн. наук, председатель Ассоциации автомобильных школ




      Туревский И.С.
Т87 Электрооборудование автомобилей : учебное пособие / И.С. Турев-ский. — Москва : ИД «ФОРУМ» : ИНФРА-М, 2021. — 368 с. — (Среднее профессиональное образование).


          ISBN 978-5-8199-0697-2 (ИД «ФОРУМ»)
          ISBN 978-5-16-013198-6 (ИНФРА-М, print)
          ISBN 978-5-16-100447-0 (ИНФРА-М, online)


         В книге рассмотрены общие принципы построения системы электрооборудования автомобиля, ее отдельных элементов и их взаимосвязи. Особое внимание уделено новым системам электрооборудования, используемым в моделях с применением бортовых компьютеров и микропроцессорной техники.
         Учебное пособие написано в соответствии с Федеральным государственным образовательным стандартом среднего образования последнего поколения.
         Учебное пособие предназначено для студентов техникумов и колледжей по специальности «Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта», а также может быть рекомендовано для учебных учреждений по подготовке водителей и технического персонала по ремонту и обслуживанию автомобилей.


УДК 621.3(075.32)
ББК 39.33-04я723










ISBN 978-5-8199-0697-2 (ИД «ФОРУМ»)
ISBN 978-5-16-013198-6 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-100447-0 (ИНФРА-М, online)


© Туревский И.С., Соков В.Б., Калинин Ю.Н., 2014

© ИД «ФОРУМ», 2014

                Введение





    За последние 15—20 лет автомобильный парк России претерпел существенные изменения. Появилось большое количество зарубежных автомобилей различных марок, с системами электрооборудования, отличающимися между собой устройствами, принципом действия и обслуживанием. Отечественные производители, повышая конкурентоспособность своей продукции, значительно расширили и модернизировали электрооборудование автомобиля, особенно в части использования новейших электронных средств для повышения комфортабельности автотранспорта.
    На современных автомобилях электронные устройства управляют системой зажигания, впрыскиванием топлива, осуществляют контроль за работоспособностью узлов и агрегатов, предоставляя водителю информацию о состоянии транспортного средства. Сейчас практически любая система электрооборудования включает элементы электроники. Это всевозможные реле, регуляторы, датчики и т. и. Применение электроники и микропроцессорной техники способствовало разработке систем автоматического управления двигателем и трансмиссией, блокировкой дверей, подъемом стекол, поворотом зеркал заднего обзора и многое другое.
    Увеличение энергопотребителей на автомобиле потребовало увеличения мощности электрогенераторов без существенного изменения их массы и габаритных размеров, что повлекло за собой создание компактных генераторов.
    Генераторы переменного тока с бесконтактными электронными регуляторами напряжения практически полностью заменили генераторы постоянного тока с вибрационными регуляторами. Напряжение генераторов переменного тока стабилизируется регуляторами напряжения, построенными по новым схемам, с применением широтно-импульсной модуляции. Используются так называемые необслуживаемые аккумуляторные батареи. Значительно улучшилась информативность о работе и состоянии узлов и агрегатов автомобиля, чему способствовало появление бортовой системы контроля и системы встроенных датчиков.

Введение

    Стартеры со встроенным редуктором и возбуждением от постоянных магнитов постепенно вытесняют стартеры традиционной конструкции.
    Существенно изменились светооптические приборы системы освещения и сигнализации, занимающие особое место в электрооборудовании автомобиля, так как эта система определяет безопасность дорожного движения. Широко используются фары, в которых функции рассеивателя полностью или частично выполняет отражатель, а также светодиоды в светосигнальных фонарях. Фары с лампами газового свечения вытесняют нитевые.
    Внедрение электронных устройств на автомобилях связано с созданием специальной элементной базы, так как их условия работы весьма специфичны. Это широкий диапазон изменения температур (от -50 до +150 °C), вибрации, агрессивное воздействие окружающей среды.
    Усложнение электрооборудования автомобилей имеет и отрицательную сторону. Это связано с увеличением числа отказов. В современном автомобиле более 30 % отказов приходится на электрооборудование. Поэтому остро стоит проблема разработки методов и средств диагностирования новых систем и узлов автомобиля.
    Задача данной книги — ознакомить учащихся с устройством, правилами технического обслуживания и ремонтом электрооборудования автомобилей как отечественного, так и зарубежного производства. Являясь учебником по курсу «Электрооборудование автомобиля», она будет полезна и специалистам по эксплуатации, техническому обслуживанию и ремонту автомобилей, а также автолюбителям.

                РАЗДЕЛ I





Глава 1


            ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СИСТЕМЕ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ АВТОМОБИЛЯ


   Система электроснабжения предназначена для питания всех электропотребителей, выполняющих функции, необходимые для нормальной работы автомобиля. К их числу относятся воспламенение рабочей смеси в карбюраторных двигателях, пуск двигателя, освещение дороги перед автомобилем и внутри кузова, сигнализация, работа контрольно-измерительных приборов и различной дополнительной аппаратуры. Количество электрооборудования на автомобилях постоянно увеличивается. Для питания электроприборов необходимы источники электрической энергии.
   Весь комплекс электрических приборов, включая источники тока, образует в совокупности систему электрооборудования автомобиля. В соответствии с назначением все элементы электрооборудования можно разделить на две группы: источники электрического напряжения и потребители электроэнергии.
   К потребителям электроэнергии относятся системы:
   • зажигания (в карбюраторных двигателях), служащая для воспламенения рабочей смеси в цилиндрах двигателя;
   • пуска двигателя, обеспечивающая проворачивание коленчатого вала и перемещение поршней для подачи горючей смеси в цилиндры и ее сжатия для осуществления первых рабочих ходов поршней;
   • освещения и сигнализации, служащие для освещения дороги и обозначения габаритных размеров автомобиля при движении в темное время суток, сигнализации другим участникам движения, а также работы контрольно-измерительных приборов и дополнительной аппаратуры.
   Все большее распространение получают на автомобилях различные электронные приборы, используемые как в системе электрооборудования, так и в качестве самостоятельных систем, управляющих отдельными механизмами автомобиля (регулирование подачи топлива при впрыскивании, антиблокировочные системы в тормозной системе и др.).

Раздел I

    Электрооборудование автомобиля включает в себя ряд систем, обеспечивающих высокоэффективную работоспособность двигателя и безопасность эксплуатации автомобиля, осуществляющих контроль состояния и поддержание оптимального режима работы различных узлов и систем транспортного средства, а также повышающих комфортабельность и удобство управления автомобилем. В систему электрооборудования автомобиля входят источники и потребители электроэнергии, коммутационная аппаратура, контрольно-измерительные приборы, сигнальные устройства и электропроводка.
    Системы электрооборудования автомобилей современных моделей оснащены большим числом защитных (блок реле и предохранители) и контрольно-сигнальных (тахометр, вольтметр, эконометр, лампы с цветными светофильтрами) приборов, а также устройствами, обеспечивающими удобство в эксплуатации автомобиля (стеклоочиститель и обогреватель стекла окна задней двери, противотуманные фары и задние фонари и др.).
    Электроснабжение осуществляется от аккумуляторной батареи и генератора переменного тока, оборудованного встроенным выпрямителем и интегральным регулятором напряжения.
    Как правило, для питания приборов автомобильного электрооборудования используется электрический ток постоянного напряжения 12 или 24 В.
    В автомобиле используется параллельное подключение электроприборов.
    Так как основные элементы автомобиля изготовлены из металла, являющегося хорошим электропроводником, на автомобилях, как правило, применяется однопроводная схема электрооборудования. Вторым проводом в этом случае являются металлические детали автомобиля, т. е. 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 электросхеме располагаются горизонтально, а потребители электроэнергии — между ними и «массой» автомобиля.
    Схема соединений (рис. 1.1, б) 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 отрицатель

ные выводы электроцепи.

Глава L Общие сведения о системе электроснабжения автомобиля 7

а)

Рис. 1.1. Система электроснабжения автомобиля: а — электрическая принципиальная схема; б — схема соединений; 1 — стартер; 2 — аккумуляторная батарея; 3 — амперметр; 4 — генератор; 5 — регулятор; 6 — свечи зажигания; 7 — распределитель; 8 — прерыватель; 9 — катушка зажигания; 10 — контрольно-измерительные приборы; 11 — головные фары; 12 — переключатель света фар; 13 — центральный переключатель света головных фар; 14 — приборы освещения и световой сигнализации

    Источниками электрической энергии 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 зарядку аккумуляторной батареи. При неработающем двигателе функция источника электроэнергии переходит к аккумуляторной батарее, которая также должна обеспечивать надежный пуск двигателя.
    Автомобильные генераторы работают в режимах переменных частот вращения и нагрузок, изменяющихся в широких пределах. Для автоматического поддержания электрического напряжения на заданном уровне используется регулятор напряжения.
    Для приведенной на рис. 1.1, а принципиальной электрической схемы справедливы следующие уравнения при различных соотношениях напряжений генератора и аккумуляторной батареи:


4 = 4.з + 4 при иг >      4 = 4 при иг = е₅,
           I, + 4.р = 4 при и,. < Еъ, /₆ р = /н при и, = О, где /г — ток генератора; /бз — ток, потребляемый аккумуляторной батареей при зарядке; /н — ток, потребляемый нагрузкой; Uᵥ — напряжение генератора; £б — ЭДС аккумуляторной батареи; /бр — ток, отдаваемый аккумуляторной батареей при разрядке.

Раздел I

Глава 2
АККУМУЛЯТОРНЫЕ БАТАРЕИ




2.1. Устройство и работа аккумуляторных батарей

   Источником электроэнергии на автомобиле при неработающем или работающем с малой частотой вращения коленчатого вала двигателе является аккумуляторная батарея. Широкое распространение получили свинцовые аккумуляторные батареи, состоящие из нескольких последовательно соединенных аккумуляторов. Применение кислотных аккумуляторов объясняется тем, что они обладают небольшим внутренним сопротивлением и способны в течение короткого промежутка времени (несколько секунд) отдавать ток силой в несколько сотен ампер, что необходимо для питания стартера при пуске двигателя.
   Аккумулятор представляет собой сосуд, заполненный электролитом, в который опущены свинцовые электроды. Электролитом является раствор серной кислоты и дистиллированной воды. Электроды выполнены в виде пластин, одна из которых изготовлена из губчатого свинца РЬ, вторая — из диоксида свинца РЬО₂. В результате взаимодействия электролита с электродами на них возникает разность потенциалов.
   При подключении потребителя в аккумуляторе возникает разрядный ток. При этом ионы серно-кислотного остатка SO₄ соединяются со свинцом электродов и образуют на них сернокислый свинец PbSO₄, а ионы водорода — с кислородом, выделяясь на положительной пластине в виде воды. В результате электроды покрываются серно-кислым свинцом, а серная кислота разбавляется образующейся водой, т. е. при разрядке аккумулятора плотность электролита уменьшается. Поэтому по плотности электролита можно определить степень разряженности аккумуляторной батареи.
   При прохождении электрического тока через аккумуляторную батарею протекают обратные электрохимические процессы. Ионы водорода, образующиеся в результате распада воды, взаимодействуют с серно-кислым свинцом электродов. Водород, соединяясь с сернистым осадком, образует серную кислоту, а на электродах восстанавливается губчатый свинец. Выделяющийся из воды кислород, соединяется со свинцом положительной пластины, образуя перекись свинца, содержание воды в электролите уменьшается, а содер

Глава 2. Аккумуляторные батареи

9

жание кислоты увеличивается, в результате чего плотность электролита повышается.
    Когда прекращается восстановление свинца на электродах, процесс зарядки аккумулятора заканчивается. При дальнейшем прохождении электрического тока начинается процесс электролиза (распада) воды, аккумулятор «закипает», образуется взрывоопасная смесь газообразного водорода с кислородом.
    Значения плотности электролита для различных климатических зон при разной степени разряженности аккумуляторной батареи приведены на странице 15. С уменьшением плотности электролита повышается температура его замерзания. Поэтому при низких температурах окружающего воздуха плотность электролита полностью заряженного аккумулятора должна быть больше. Это предотвращает замерзание электролита в частично разряженном аккумуляторе.
    Напряжение на электродах кислотного аккумулятора возрастает с увеличением плотности электролита и меняется в зависимости от степени заряженности аккумулятора от 2 до 2,15 В. Напряжение на электродах при зарядке аккумулятора выше, а при разрядке ниже электродвижущей силы (ЭДС) на величину падения напряжения на внутреннем сопротивлении аккумулятора. Это падение напряжения прямо пропорционально силе зарядного или разрядного тока. Для зарядки аккумулятора напряжение на клеммах заряжающего источника тока должно быть выше ЭДС аккумулятора. Чем больше разница между этими величинами, тем больше сила зарядного тока. При постоянном напряжении источника тока по мере увеличения степени заряженности аккумулятора повышается его ЭДС и, следовательно, уменьшается сила зарядного тока. Таким образом, если напряжение на клеммах источника тока будет равно ЭДС полностью заряженного аккумулятора плюс ЭДС поляризации, то зарядный ток прекратится, как только аккумулятор полностью зарядится.
    Среднее значение напряжения аккумулятора — 2 В. Поэтому для того, чтобы напряжение аккумуляторной батареи соответствовало напряжению в цепях электрооборудования автомобиля (12 В), необходимо последовательно соединить шесть аккумуляторов.
    На автомобилях с дизелями для увеличения мощности стартера используется напряжение 24 В. В этом случае устанавливают аккумуляторную батарею, состоящую из двенадцати последовательно соединенных аккумуляторов, или две последовательно соединенные аккумуляторные батареи напряжением 12 В каждая.
    Важным параметром аккумулятора является его емкость, т. е. количество электрической энергии, которую способен отдать аккумулятор. Емкость — это произведение силы разрядного тока на про

Раздел I

должительность разрядки (достижение полностью заряженного аккумулятора предельно допустимого разряженного состояния), измеряется в ампер-часах (Ач). Емкость аккумулятора зависит в первую очередь от площади электродов. Поэтому для повышения емкости аккумулятора необходимо увеличивать площадь пластин и обеспечивать участие в реакции всей массы электродов, а не только их поверхности. С этой целью для изготовления электродов используют пористый материал. Увеличение площади пластин достигается параллельным включением нескольких пластин.
    Емкость аккумулятора не является постоянной величиной, она зависит от силы разрядного тока и температуры электролита. При увеличении разрядного тока и понижении температуры электролита емкость аккумулятора уменьшается, что объясняется неполным протеканием химических реакций разрядки в этих условиях, вследствие сокращения времени разрядки и увеличения вязкости электролита при низких температурах.
    Устройство аккумуляторной батареи показано на рис. 2.1.
    Аккумуляторная батарея представляет собой моноблок, выполненный из кислотостойкой пластмассы, который разделен перегородками на отдельные секции, число которых равно числу аккумуляторов в аккумуляторной батарее. Каждая секция сверху закрыва
Рис. 2.1. Свинцовая аккумуляторная батарея: 1 — опорная призма моноблока; 2 — моноблок; 5, 11 — полублоки отрицательных электродов; 4 — баретка; 5 — крышка; 6 — пробка; 7 — межэлементная перемычка; 8 — кислотостойкий щиток; 9 — полюсный наконечник; 10 — полюсный вывод сепаратора; 12 — полублок отрицательных электродов; 13 — решетка моноблока; 14 — отверстие для заливки электролита; 15 — отверстие для сообщения с окружающей средой