Электрические системы автомобиля

 
 
 
 
О. О. Горшкова, Г. Н. Шпитко 
 
 
 
 
 
 
 
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ АВТОМОБИЛЯ 
 
 
Учебное пособие 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2024 

УДК 629.119  
ББК 39.33-08  
Г70 
 
 
 
Рецензенты: 
кафедра «Автомобилестроение» Южноуральского государственного  
университета (зав. кафедрой канд. техн. наук, доц. В. В. Краснокутский); 
ООО «Испытательно-технический ³Центр Тест Сервис´»  
(директор канд. техн. наук, доц. С. Е. Хоменко) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Горшкова, О. О. 
Г70    Электрические системы автомобиля : учебное пособие / О. О. Горшкова, 
Г. Н. Шпитко. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2024. - 328 с. : ил., 
табл. 
ISBN 978-5-9729-2101-0 
 
Приведены сведения по устройству, принципу действия, характеристикам, а также 
диагностике приборов, устройств, систем автомобильного электрооборудования. Даны 
современные представления по гибридным автомобилям и электромобилям. Представлены тестовые материалы. 
Для студентов вузов, обучающихся по специальности 23.05.01 «Наземные транспортно-технологические средства», направлениям подготовки 23.03.02 «Наземные 
транспортно-технологические комплексы», 23.03.03 «Эксплуатация и обслуживание 
транспортных и технологических машин и оборудования», а также аспирантов и специалистов автотранспорта. 
 
УДК 629.119  
ББК 39.33-08  
 
 
 

ISBN 978-5-9729-2101-0 
© Горшкова О. О., Шпитко Г. Н., 2024 
 
© Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
 
© Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
 

СОДЕРЖАНИЕ 
 
ВВЕДЕНИЕ 
....................................................................................................................... 
6 
КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ............................... 
7 
ГЛАВА 1. АККУМУЛЯТОРНЫЕ БАТАРЕИ ................................................... 
8  
Назначение и условия эксплуатации .......................................................... 
8 
Виды аккумуляторных батарей 
................................................................... 
9 
Работа аккумуляторной батареи ............................................................... 
22 
Параметры аккумуляторных батарей ....................................................... 
23 
Определение полярности аккумуляторных батарей .............................. 
27 
Маркировка аккумуляторных батарей ..................................................... 
28 
Эксплуатация и неисправности аккумуляторной батареи .................... 
30 
ГЛАВА 2. ГЕНЕРАТОРНЫЕ УСТАНОВКИ .................................................. 
37 
Устройство автомобильного генератора 
.................................................. 
38 
Принцип действия генератора 
................................................................... 
49 
Регуляторы напряжения ............................................................................. 
54 
Работа генераторной установки на разных режимах ............................. 
61 
Условное обозначение генераторных установок 
.................................... 
66 
Характеристики автомобильных генераторов ........................................ 
67 
Характерные неисправности генераторных установок и методы  
их обнаружения ........................................................................................... 
68 
ГЛАВА 3. ЭЛЕКТРОСТАРТЕРЫ ..................................................................... 
70 
Особенности работы электростартеров, требования  
к электростартерам 
...................................................................................... 
70 
Системы электростартерного пуска ......................................................... 
73 
Виды стартеров 
............................................................................................ 
74 
Обозначение стартера 
................................................................................. 
75 
Устройство  и принцип действия стартеров 
............................................ 
75 
Стартеры с дополнительными встроенными редукторами  
и постоянными магнитами 
......................................................................... 
83 
Характеристики электростартеров ........................................................... 
88 
Система Стоп-старт .................................................................................... 
91 
Правила эксплуатации и техническое обслуживание стартера ............ 
94 
ГЛАВА 4. СИСТЕМЫ ЗАЖИГАНИЯ.............................................................. 
99 
Назначение и принцип действия 
............................................................... 
99 
Контактная система зажигания ............................................................... 
101 
Контактно-транзисторная система зажигания ...................................... 
105 
Бесконтактная система зажигания 
.......................................................... 
106 
Параметры системы зажигания 
............................................................... 
111 
Основные неисправности с системе зажигания 
.................................... 
112 
Свечи зажигания 
........................................................................................ 
113 
Распределитель зажигания 
....................................................................... 
127 
ГЛАВА 5. СИСТЕМА ОСВЕЩЕНИЯ, СВЕТОВОЙ  
И ЗВУКОВОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ ................................................................. 
137 
Назначение и классификация световых приборов ............................... 
137 
͵


Международная система обозначений световых приборов ................ 
140 
Источники света автомобильных световых приборов 
......................... 
143 
Головные фары автомобиля 
..................................................................... 
147 
Системы светораспределения 
.................................................................. 
149 
Устройство фары 
....................................................................................... 
151 
Приборы световой сигнализации 
............................................................ 
157 
Из истории развития системы освещения ............................................. 
164 
Коммутационная аппаратура 
................................................................... 
178 
Маркировка ламп, применяемых в автомобиле 
.................................... 
188 
Техническое обслуживание систем освещения .................................... 
189 
Звуковые сигналы ..................................................................................... 
194 
ГЛАВА 6. ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА .......... 
197 
Функции информационно-измерительной системы, требования  
к ней, приборы информационно-измерительной системы 
.................. 
197 
Датчики электрических приборов .......................................................... 
200 
Указатели автомобильных информационных измерительных  
систем 
.......................................................................................................... 
204 
Термометры 
................................................................................................ 
206 
Измерители давления и уровня топлива ................................................ 
207 
Спидометры и тахометры ........................................................................ 
211 
Электронные информационные системы .............................................. 
218 
ГЛАВА 7. ЭЛЕКТРОПРИВОД ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО 
ОБОРУДОВАНИЯ ............................................................................................ 
220 
Электродвигатели в приводе вспомогательного  
электрооборудования 
................................................................................ 
221 
Моторедукторы и мотонасосы ................................................................ 
223 
Схемы управления электроприводом 
..................................................... 
225 
ГЛАВА 8. ПРОВОДА АВТОМОБИЛЯ.  
ЗАЩИТНАЯ И КОММУТАЦИОННАЯ АППАРАТУРА 
........................... 
236 
Автомобильные провода .......................................................................... 
236 
Защитная аппаратура ................................................................................ 
238 
Коммутационная аппаратура 
................................................................... 
245 
Мультиплексная система проводки 
........................................................ 
248 
Техническое обслуживание бортовой сети ........................................... 
249 
ГЛАВА 9. ГИБРИДНЫЕ АВТОМОБИЛИ .................................................... 
250 
Из истории создания гибридного автомобиля ...................................... 
250 
Виды схем гибридных автомобилей 
....................................................... 
253  
Дизель-гибридизация 
................................................................................ 
264 
ГЛАВА 10. ЭЛЕКТРОМОБИЛИ 
..................................................................... 
268 
Общие сведения об электромобилях ...................................................... 
268 
Устройство электрического автомобиля 
................................................ 
270 
Эксплуатация электромобиля 
.................................................................. 
273 
Из истории электромобиля ...................................................................... 
274 
Электрические автобусы .......................................................................... 
288 
Электрофуры 
.............................................................................................. 
291 
Ͷ


Зарядка электрического автомобиля ...................................................... 
292 
Беспилотные автомобили 
......................................................................... 
294 
ТЕСТЫ 
........................................................................................................................... 
298 
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ........................................................................................... 
324 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ͷ


ВВЕДЕНИЕ 
 
Номенклатура и число изделий электрического и электронного оборудования на автомобилях, а также выполняемые им функции постоянно расширяются. 
Пуск двигателя, зажигание рабочей смеси в цилиндрах двигателя, освещение дороги ночью, осуществление контроля работы отдельных агрегатов и узлов, а 
также автомобиля в целом, создание комфортных условий для пассажиров - все 
это функции электрического и электронного оборудования. Электрооборудование современного автомобиля - это сложный комплекс электрических машин и 
аппаратов, электронных устройств управления, датчиков и исполнительных механизмов, контрольных и световых приборов, выключателей, переключателей, 
предохранителей и соединительных проводов.  
Число и мощность потребителей электроэнергии на автомобилях постоянно увеличиваются, соответственно возрастает мощность источников электрической энергии. На смену устаревшему электрооборудованию приходят новые, 
более сложные по конструкции и схемным решениям изделия и системы, которые требуют грамотного обращения с ними в эксплуатации. 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. Современный автомобиль уже немыслим без средств электронной 
автоматики, позволяющих оптимизировать управление двигателем и трансмиссией, ходовой частью и рулевым механизмом, оборудованием кузова и бортовым 
контролем.  
Эксплуатационная надежность автомобиля во многом определяется техническим состоянием его электрооборудования, на долю которого приходится 
8−25  неисправностей. От работоспособности электрооборудования автомобиля зависят расход топлива, безопасность движения и степень загрязнения 
окружающей среды. Своевременно проведенные техническое обслуживание  
и диагностирование наряду с совершенствованием конструкции и качества изготовления изделий автомобильного электрооборудования способствуют снижению доли их отказов. 
Настоящее пособие призвано ознакомить студентов с принципом действия, устройством, правилами технического обслуживания автомобильного 
электрооборудования отечественного и зарубежного производства. 
 
АББРЕВИАТУРЫ 
АКБ - аккумуляторная батарея; 
ГУ - генераторная установка; 
СЗ - система зажигания; 
РЗ - распределитель зажигания; 
КА - коммутационная аппаратура; 
ГА - гибридный автомобиль; 
ИИС - информационно-измерительная система. 
 
͸


КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ 
 
Электрооборудование автомобиля (другое наименование - электрическая 
система автомобиля) предназначено для выработки электрической энергии и питания различных систем и устройств автомобиля. 
Электрооборудование автомобилей представляет собой сложный коплекс 
взаимосвязанных электрических и электронных устройств.  
К автотракторному электрооборудованию относят следующие системы  
и устройства: электроснабжения;  электростартерного пуска двигателя; зажигания; освещения, световой и звуковой сигнализации; информации и контроля технического состояния автомобиля и его агрегатов; электропривода; подавления 
радиопомех; электронного управления системами и агрегатами автомобиля. 
В систему электроснабжения входят генераторная установка и аккумуляторная батарея. Система электростартерного пуска двигателя включает в себя 
аккумуляторную батарею, электростартер, реле управления и электротехнические устройства облегчения пуска двигателя. 
Система зажигания обеспечивает воспламенение рабочей смеси в Цилиндрах бензиновых двигателей искрой высокого напряжения, возникающей между 
электродами свечи зажигания. Помимо свечей к системе зажигания относятся 
катушки зажигания, прерыватели-распределители, транзисторные коммутаторы, 
электронные блоки управления (контроллеры), добавочные резисторы, высоковольтные провода, наконечники свечей и т. д. 
Система освещения и световой сигнализации объединяет осветительные 
приборы (фары головного и рабочего освещения), светосигнальные фонари (габаритные огни, указатели поворота, сигналы торможения, фонари заднего хода 
и др.) и различные реле управления ими. 
Система информации и контроля технического состояния автомобиля  
и его агрегатов включает в себя датчики и указатели давления, температуры, 
уровня топлива в баке, спидометр, тахометр, сигнальные (контрольные) лампы 
и т. д. На автомобиле может быть установлена бортовая система контроля с компьютером. 
Электропривод (электродвигатели, моторедукторы, мотонасосы, электромагниты) применяется в системах стеклоочистки, отопления, вентиляции, предпускового подогрева двигателя, в стеклоподъемниках, в системах подъема  
и опускания антенны, в устройствах блокировки дверей, в исполнительных механизмах электронных систем. 
Используется разнообразная коммутационная и защитная аппаратура: выключатели; переключатели; реле различного назначения; контакторы; предохранители и блоки предохранителей; соединительные панели и разъемные соединения. Расширяется применение электронных систем впрыскивания топлива, антиблокировочных, противобуксовочных и навигационных систем, систем 
предотвращения столкновений. От совершенства конструкции и технического 
состояния электрооборудования зависят эксплуатационная надежность и производительность автомобиля. 
 
͹


ГЛАВА 1. АККУМУЛЯТОРНЫЕ БАТАРЕИ 
 
Назначение и условия эксплуатации 
 
Аккумуляторная батарея в автомобиле служит для электроснабжения стартера в процессе пуска двигателя внутреннего сгорания и других потребителей 
электроэнергии при неработающем генераторе или недостатке развиваемой им 
мощности. Работая параллельно с генераторной установкой, батарея устраняет 
перегрузки генератора и возможные перенапряжения в системе электрооборудования в случае нарушения регулировки или при выходе из строя регулятора 
напряжения, сглаживает пульсации напряжения генератора, а также обеспечивает питание всех потребителей в случае отказа генератора и возможность дальнейшего движения автомобиля за счет резервной емкости. 
Наиболее мощным потребителем энергии аккумуляторной батареи является электростартер. В зависимости от мощности стартера и условий пуска двигателя сила тока стартерного режима разряда может достигать нескольких сотен 
и даже тысяч ампер. Сила тока стартерного режима разряда резко возрастает при 
эксплуатации автомобилей в зимний период (пуск холодного двигателя). 
Батарея на автомобиле входит в состав не только системы электростартерного пуска, но и других систем электрического и электронного оборудования. 
После разряда на пуск двигателя и питание других потребителей батарея 
подзаряжается от генераторной установки. Частое чередование режимов разряда 
и заряда (циклирование) − одна из характерных особенностей работы батарей на 
автомобилях. 
При большом разнообразии выпускаемых моделей автомобилей и климатических условий их эксплуатации, в массовом производстве батарей наряду  
с определением оптимальных экономических параметров должное внимание 
уделяется их унификации, повышению надежности и сроков службы. Надежность и срок службы аккумуляторных батарей находятся в прямой зависимости 
от технического уровня их конструкций и условий работы на автомобиле. 
Обычно аккумуляторные батареи на автомобилях после пуска двигателя 
работают в режиме подзаряда и сконструированы таким образом, чтобы развивать достаточную мощность в кратковременном стартерном режиме разряда при 
низких температурах. Однако на некоторых видах автомобилей, где установлено 
электро- и радиооборудование повышенного энергопотребления, АКБ могут 
подвергаться длительным разрядам токами большой силы. Батареи на таких автомобилях должны быть устойчивы к глубоким разрядам. 
Условия, в которых работает аккумуляторная батарея, зависят от типа, 
назначения, климатической зоны эксплуатации автомобиля, а также от места 
установки ее на автомобиле. Режимы работы аккумуляторной батареи на автомобиле определяются температурой электролита, уровнем вибрации и тряски, 
периодичностью, объемом и качеством технического обслуживания, параметрами стартерного разряда, силой токов и продолжительностью разряда и заряда 
при циклировании, уровнем надежности и исправности электрооборудования, 
продолжительностью работы и перерывов в эксплуатации. 
ͺ


Наибольшее влияние на работу АКБ оказывают место размещения и способ крепления батарей на автомобиле, интенсивность и регулярность эксплуатации автомобиля (среднесуточный пробег), температурные условия эксплуатации 
(климатический район, время года и суток), назначение автомобиля, соответствие характеристик генераторной установки, аккумуляторной батареи и потребителей электроэнергии. 
Свинцовая стартерная АКБ - вторичный источник электрической энергии. 
Работоспособность (после разряда) полностью восстанавливается если пропустить электрический ток в обратном направлении (по отношению к току разряда). Принцип работы аккумулятора основан на  превращении электрической 
энергии в химическую  в процесс заряда и химической энергии в электрическую 
в процессе  разряда. 
АКБ выполняет три функции: запускает двигатель, питает бортовые электрические устройства в то время, когда двигатель не работает, при работающем 
двигателе помогает генератору, когда тот не справляется с нагрузкой в бортовой 
электрической сети. 
 
Виды аккумуляторных батарей 
Свинцово-стартерные аккумуляторы 
В зависимости от конструкции у свинцовых стартерных аккумуляторов существуют конструктивные особенности.  Все аккумуляторы состоят из разноименных электродов, которые разделены сепараторами и помещены в сосуд,  
заполняемый электролитом.  
Традиционное исполнение АКБ  сформировалось в начале двадцатого века, 
периодически трансформировалось по мере открытия новейших конструкционных материалов, при этом эксплуатационные недостатки  были не устранены.  
Аккумуляторы в России в традиционном исполнении выпускаются в моноблоках 
с общей крышкой и с отдельными крышками. Первые герметизируют - контактно-тепловой сваркой, вторые - битумной мастикой. 
Аккумуляторные батареи (рис. 1) с отдельными крышками собирают в моноблоке (многоячеечном корпусе) 2, изготовленным из эбонита или другой кислостойкой пластмассы, который разделен перегородками 16 на банки-камерыячейки, по числу в батарее аккумуляторов. В ячейку помещают блок, состоящий 
из отрицательных 3  и положительных 5  электродов, которые чередуются, они 
разделены сепараторами 4. В результате образуется отдельный аккумулятор 
напряжением два вольта. Для накапливания шлама используется пространство 
между верхними кромками опорных призм, фиксирующих электроды 1  и дном 
моноблока. В случае заполнения шламового пространства, замыкаются нижние 
кромки разноименных электродов, в следствии чего  аккумулятор не работает. Электроды состоят из активной массы, которая нанесена на токоотвод решетки. Сепараторы разделяют реагенты, принимающие участие в электрохимических превращениях и обеспечивающих диффузию электролита от одного электрода к другому. Для облегчения доступа электролита к поверхности активной 
массы,  сторона сепаратора, со стороны  положительного электрода ребристая. 
ͻ


Борн 8, приваренный к мостику 6, который соединяет электроды одной полярности (положительные или отрицательные), является токоотводом аккумулятора 
(наружным). Щиток 7 ставят в верхней части электродного блока, он  предохраняет от повреждений кромки сепараторов 4  при замерах плотности и уровня 
электролита. Каждый аккумулятор закрыт крышкой пластмассовой (эбонитовой) 
15, в которой имеются два отверстия с втулками для выводных борнов электродного блока. Также имеется резьбовое отверстие для заливки электролита,  обслуживания в процессе эксплуатации аккумулятора, оно закрыто пробкой из полиэтилена 11, с вентиляционным отверстием 13, чтобы выходили газы, которые образуются  при зарядно-разрядных процессах.  В верхней части пробки выполнен 
глухой прилив (над вентиляционным отверстием). Борн 8 одного аккумулятора 
приварен к мостику 6 (положительных электродов), с целью  последовательного 
соединения аккумуляторов в батарею, перемычкой 12 его с борном соседнего 
аккумулятора, который приварен к мостику отрицательных электродов. Полюсные выводы 9 и 14 приварены к выводным борнам крайних аккумуляторов, они 
осуществляют соединение  внешней электрической цепи и батареи. Отрицательный вывод 14 и положительный вывод  9 имеют разный диаметр, это способствует исключению возможности переполюсовки при подключении к бортовой 
электрической сети автомобиля АКБ. 
 
 
 
Рис. 1. Устройство АКБ с отдельными крышками 
 
В результате появления термопластичной пластмассы со сконструированы 
АКБ с общей крышкой в моноблоке из сополимера пропилена с этиленом.  
На рисунке 2 представлено их устройство. Моноблоке 1, в нем расположены 
электродные блоки, составленные из разноименных электродов 2 и 3, которые 
разделенных сепараторами 4. Они соединяются при помощи укороченных межэлементных соединений 6 , соединение осуществляется через отверстия моноблока в перегородках. Крышка 7 является  единой на все аккумуляторы батареи. 
Свойства Использование термопластичной пластмассы способствовало применению контактно-тепловой сварки с целью герметизации АКБ, что обеспечило 
ͳͲ