Лекция 2 по МДК 1.1. Конструкция, техническое обслуживание и ремонт транспортного электрооборудования и автоматики

СИСТЕМЫ АВТОМОБИЛЬНОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ

Электрооборудование автомобиля является главной составной частью полного комплекса бор­тового оборудования. В электрооборудование включают все те бортовые устройства, работа которых непосредственно связана с электричеством. Первыми такими устройствами были маг­нето и свечи зажигания. Потом на борту автомобиля стали устанавливаться аккумуляторная батарея, электрогенератор и электростартер. Появилось наружное электроосвещение, систе­ма зажигания стала батарейной. Перечисленные электрические устройства в совокупности со­ставляют классическое электрооборудование автомобиля.

1.1. Общие сведения

Существующее на борту автомобиля уже много десятков лет электрооборудование первого поколе­ния теперь называют классическим. В его состав входят следующие функциональные системы:

Система электроснабжения — электрогенера­тор, реле-регуляторы, аккумуляторная батарея.

Система пуска двигателя внутреннего сгора­ния — стартер, стартерные цепи, аккумуляторная батарея.

Система электроискрового зажигания — катуш­ка зажигания, прерыватель-распределитель, свечи зажигания с высоковольтными проводами (на авто­мобилях с дизельным ДВС отсутствует или заменена системой калильного зажигания).

Система освещения и сигнализации — фары, наружные фонари габаритных огней и световой сиг­нализации, звуковой сигнал, внутреннее освещение, устройства специальной сигнализации.

Система контрольно-измерительных приборов, дополнительного и вспомогательного электрообору­дования — щиток приборов, водительский пульт уп­равления, электрические провода, предохранитель­ные и релейные моноблоки, коммутационные устрой­ства, а также электроприводные устройства, напри­мер стеклоочистители и электровентиляторы.

Перечисленные системы являются неотъемлемой составной частью автомобильной бортовой автома­тики и всегда будут присутствовать в ее составе.

За последние 40-50 лет составные компоненты классических систем автомобильного электрообору­дования претерпели значительные усовершенство­вания, но состав самих систем остался прежним. Рассмотрим эти системы.

1.2. Система электроснабжения

В систему электроснабжения современного ав­томобиля входят: необслуживаемая или монолитная кислотная аккумуляторная батарея (АКБ) и генера­тор (ГТ) трехфазного переменного тока с мощным полупроводниковым выпрямителем (ВП) и электрон­ным регулятором (Р) напряжения, которые вмонти­рованы в конструкцию генератора. АКБ подключена встречно-параллельно и непосредственно к выход­ным клеммам генератора. Эта система обеспечива­ет электроэнергией все бортовые электропотреби­тели. Применение новых типов аккумуляторных ба­тарей и генератора переменного тока вместо гене­ратора постоянного тока с многоламельным коллек-торно-щеточным механизмом, применявшимся ра­нее совместно с вибрационными реле-регулятора­ми, позволило значительно повысить качество¹ на­пряжения и надежность системы бортового элект­роснабжения. Ее габаритно-весовые параметры также улучшились.

Следует заметить, что повышение мощности, качества электричества и надежности системы электроснабжения не самоцель, а насущная необ­ходимость современного автомобилестроения. Те­перь на борту автомобиля устанавливаются до 120 потребителей электроэнергии, значительная часть из которых полупроводниковые и интеграль­ные схемы.

Система электроснабжения, структурная схема и токоскоростная характеристика которой показаны на рис. 1.1, работает следующим образом.

Когда ротор генератора не вращается (п = 0), на­пряжение U_c бортовой сети равно напряжению АКБ (U_c = U₆) и потребители запитываются током батареи (I_Н = I_Б - Если после пуска ДВС напряжение U_г мень­ше напряжения U₆ батареи, что будет иметь место при частотах п вращения ротора в пределах 0 n n₀, бортовые потребители будут запитываться только от АКБ (U_c = U₆, I_Б = I_Н). а ток генератора пока еще будет оставаться приблизительно равным нулю (I_г = I_р). На токоскоростной характеристике — участок до n = n₀.

В точке n = n₀ напряжение U_г генератора почти станет равным напряжению U₆ батареи, а следова­тельно, и напряжению U_c бортовой сети (U_г = U₆ = U_c). При встречно-параллельном включении двух источни­ков электроэнергии с одинаковыми напряжениями обмена током между ними не происходит, т.е. ток I₃ заряда АКБ пока еще нулевой (I₃ = О). Регулятор Р на­чинает потреблять ток I_р от генератора, а бортовые электропотребители получают электроэнергию от обоих источников (I_н = I_г+ I₆). Частота n₀ вращения ротора генератора несколько ниже граничных оборо­тов холостого хода прогретого ДВС. Поэтому передаточное отношение между шкивами двигателя и гене­ратора выбирается таким образом, чтобы на нижних оборотах холостого хода электроэнергией от генера­тора обеспечивались по крайней мере основные бор­товые потребители (система зажигания, впрыск топ­лива, габаритные огни в ночное время). Тогда после запуска ДВС коленвал развивает обороты холостого хода и наступает состояние, при котором n n₀, а напряжение генератора становится больше напря­жения U₆ аккумуляторной батареи (U_r U₆). При дальнейшем увеличении частоты вращения п генера­тор обеспечивает электроэнергией все бортовые по­требители и начинает заряжать АКБ (I _г = I _н + I ₃ + I_р). Ток I_г генератора становится почти линейной функци­ей I_г = f(n) от частоты вращения n, а напряжение U_c бортовой сети — равным напряжению U_г генератора (U_c = U_г) и теперь полностью определяется регулято­ром Р напряжения (вплоть до состояния n =n_н).

На повышенных оборотах ДВС, когда частота п вращения ротора генератора лежит в пределах от п_н до n_s, напряжение U_г генератора перестает увеличи­ваться (U_r = const) и даже может несколько падать из-за размагничивающего действия токов статора под большой нагрузкой, но ток I_г генератора все еще может возрастать, приближаясь к самоограничению (I_Г = I_н + I₃ + I_р = f(n, ΔФ); U_c = U_г). Явление самоограни­чения наступает при большом токе I_г генератора (когда I_Г = Iгmax) и при высокой частоте вращения (n n_s) рото­ра, как следствие насыщения этим током магнитных це­пей генератора. При этом магнитный поток Ф, связыва­ющий магнитное поле В_г ротора с витками W_s обмотки статора, частично уничтожается противодействующим (наведенным током I_г) магнитным полем B_s статора. Ток I_Г перестает быть функцией от частоты вращения n и начиная с n = n_s становится постоянным.

В современных генераторах переменного тока максимальное значение тока I_г является рабочим и для генераторов автомобилей представительского класса с мощным ДВС может достигать 100 А.

Конструктивной особенностью современных гене­раторов трехфазного переменного тока является нали­чие в них дополнительной диодной сборки d, а также включение фазных обмоток генератора не "звездой", а "треугольником". Это позволяет упростить схему кон­трольной лампы К генератора, а также изолировать цепь питания регулятора Р напряжения от большеточной выходной цепи "Вых". Таким способом исключает­ся возможность нежелательного разряда аккумулятор­ной батареи через регулятор напряжения и обмотку возбуждения при неработающем двигателе, но вклю­ченном зажигании. Кроме того, соединение фазных обмоток "треугольником" позволяет применять более тонкие провода для фазных обмоток генератора. На­дежность генератора при этом также повышается. Как следствие, современные автомобильные генераторы проходят без ремонта до 250000 км пробега.

Ограничивать ток заряда АКБ в современных системах электроснабжения не требуется, так как регулятор Р напряжения на средних и умеренно по­вышенных оборотах ДВС, а самоограничение тока генератора на высоких оборотах ДВС не допускают перезаряда автомобильной аккумуляторной батареи. Однако следует заметить, что заряд аккумуляторной батареи на борту автомобиля осуществляется при по­стоянном напряжении. И когда АКБ сильно разряже­на, ток 1₃ заряда может быть значительным. Если но­минальная емкость С_н установленной на автомобиле АКБ не согласована с максимальным током автомо­бильного генератора, возможен или перегрев сильно разряженной АКБ в начале ее заряда, или постоян­ный недозаряд батареи, что в обоих случаях снижа­ет срок ее службы. Поэтому на автомобилях с гене­раторами большой мощности не рекомендуется уста­навливать АКБ малой емкости. И наоборот, АКБ боль­шей емкости не следует устанавливать на автомоби­лях с генератором малой мощности. Другими слова­ми, автомобильный генератор и аккумуляторная ба­тарея, работающие на борту автомобиля как единая автономная система электроснабжения, должны под­бираться по токовым параметрам. При замене АКБ следует придерживаться условия [ЗС_Н = 2I_{г мах}].

1.3. Система пуска ДВС

Следующей классической системой электрообору­дования автомобиля является система электростар-терного пуска ДВС.

£|МСХ

IF

Современная система электростартерного пус­ка — это совокупность электростартера, бортовой аккумуляторной батареи и стартерных электроцепей. Элементом системы пуска является также венечная шестерня маховика ДВС. Для автомобилей в север­ном исполнении в систему пуска ДВС иногда включа­ют средства для облегчения пуска [3].

Блок-схема электрической системы пуска ДВС современного легкового автомобиля приведена на рис. 1.2. Главным агрегатом такой системы является электростартер (рис. 1.3).

Это такое устройство, в котором конструктивно совмещены четыре функциональных узла системы: электродвигатель ЭД постоянного тока, электромагнитное тяговое реле TP, дополнительный понижающий (чаще всего на современных легковых автомобилях — планетарный) редуктор Р1 и муфта МСХ свободного хода с шестерней зацепления. Шестерня зацепления образует с венечной шестерней маховика ДВС основной понижающий редуктор Р₂ с передаточным числом не более 18. Дополнительный планетарный редуктор Р₁ применяется в современных электростартерах с быстроходным электродвигателем. Его передаточное число не бо­лее 4-х и определяется как: i_p = 1 + Z_P/Z_K, где Z_p — число зубцов планетарной шестерни, Z_k — число зубьев шестерни на оси якоря электродвигателя.

Пуск стартера осуществляется посредством включения ключа зажигания ВЗ, который через реле стартера PC подает напряжение аккумуляторной батареи АКБ на тяговое реле ТР. Реле TP выполняет две функции: подключает электродвигатель стартера непосредственно к АКБ и механически сочленяет шестерню зацепления муфты свободного хода МСХ с венечной шестерней маховика ДВС (т.е. включает на пуска механический редуктор Р₂).

Муфта МСХ и электрическое управление стартером современного автомобиля устроены таким образом, что как только ДВС запускается, то сначала редуктор Р₂, а затем и электродвигатель ЭД выключаются.

Дополнительный планетарный редуктор Р1 находится внутри конструкции стартера в постоянно включенном состоянии. Он располагается соосно с электродвигателем и муфтой свободного хода. Планетарный редуктор, который иногда называют редуктором Джемса, может иметь два варианта исполнения с неподвижной планетарной шестерней и с вращающимся водилом, на котором установлены сателлитные шестерни, а также с вращающейся пла­нетарной шестерней и с неподвижными сателлитами.

Электродвигатель стартера — это электричес­кая машина постоянного тока, преобразующая элек­трическую энергию W_э от АКБ в механическую энер­гию W_M вращения якоря: W_M = f(W_э).

Принцип действия электродвигателя основан на использовании второго закона электромагнитной ин­дукции, согласно которому механическая сила F, дей­ствующая на проводник L с током I, который поме­щен в магнитное поле с индукцией В, определяется как F= BLI. Направление действия силы F определя­ется по правилу левой руки (рис. 1.4, а).

Если проводник L изогнуть витком в виде токопро-водной рамки R и поместить в магнитное поле В, обра­зуется наглядная модель электродвигателя (рис. 1.4, б). В этой модели постоянный магнит NS — это неподвиж­ный статор с главным магнитным полем В, а токопро­водная рамка R — это вращающийся якорь.

Машины постоянного тока являются коллекторны­ми машинами, т.е. они обязательно содержат в сво­ем составе коллекторно-щеточный механизм (КЩМ).

КЩМ — это устройство, которое обеспечивает контактную гальваническую электросвязь между вра­щающимся якорем (на модели — рамка R) и внешней электроцепью. КЩМ состоит из контактных медных ламелей К, изолированных друг от друга и собранных на оси якоря в виде коллекторного цилиндра, а также из контактных медно-графитовых щеток М, прижатых пружинами к ламелям коллекторного цилиндра. Щетки помещены в щеткодержатели, которые для щеток яв­ляются прижимными центрирующими устройствами, а для внешней электрической цепи — выводными кон­тактами якоря. Число ламелей на коллекторном цилин­дре равно удвоенному числу токопроводных рамок на якоре. Число контактных щеток в современном стар-терном электродвигателе обычно равно четырем. Они включаются по схеме, показанной на рис. 1.3, б.

Модель электродвигателя постоянного тока, при­веденная на рис. 1.4, б, работает следующим обра­зом. Пусть рамка R в исходном состоянии находится в положении, указанном на чертеже (угол а поворо­та рамки относительно магнитных силовых линий по­ля В равен нулю). На клеммы (+) и (—) щеток М от внешнего источника электрической энергии W₃ пода­ется постоянное напряжение U_д. Под действием на­пряжения U_д по токопроводной рамке R, согласно за­кону Ома, начнет протекать ток якоря I_Я = U_Д/R (где R — омическое сопротивление рамки R).

Как видно из чертежа, ток I_я якоря в верхнем стержне рамки R, протекая от плюса к минусу, на­правлен "слева-направо", а в нижнем стержне — "справа-налево". Ток I_я, вступая в электромагнитное взаимодействие с магнитным полем В статора, обра­зует пару сил (F₁и F₂), каждая из которых равна F = B_sL_r I_яcos a. Пара сил развернет рамку R по часо­вой стрелке(согласно правилу левой руки) на угол, равный 90°. В этом месте (точка a = 90°) силы Fi и F₂ станут равными нулю (cos 90° = 0), а ток I_я разомк­нётся, так как ламели КЩМ выйдут из соприкоснове­ния со щетками. Дальнейшее вращение рамки R яко­ря электродвигателя до момента обратного подклю­чения щеток к ламелям будет протекать по инерции. Обратное подключение рамки R к внешнему постоян­ному напряжению U_д приведет к восстановлению то­ка I_я в прежнем по отношению к магнитному полю B_s направлении. Силы F₁ и F₂, действуя в прежнем на­правлении, начнут возрастать по закону косинуса от нуля в точке a = 90° до значения BLI в точке а= 180° и далее от значения BLI до нуля в точке a = 270°. В этой точке (а = 270°) ламели под щетками снова по­меняют свое положение на противоположное, и сно­ва повторятся процессы, описанные для точки a = 90°. В результате поочередного механического воздействия пары сил F₁ и F₂ на стержни токопроводной рамки R вал X якоря электродвигателя начнет постоянно вращаться со скоростью со в направлении действия пары сил.

В реальных стартерных электродвигателях чис­ло токопроводных рамок на якоре не менее 12 (24 ламели на коллекторе). Это обеспечивает электро­двигателю плавность хода, более высокий КПД, мак­симальное значение вращающего момента в любом положении якоря, а также отсутствие таких состоя­ний в КЩМ, при которых ток I_я якоря размыкается. Пара сил действует постоянно.

В описанной модели электродвигателя главное магнитное поле машины на статоре формируется по­стоянным магнитом NS. В реальных стартерных эле­ктродвигателях такая система наведения главного магнитного поля стала применяться только в послед­нее время, когда появились малогабаритные силь­ные постоянные магниты. Ранее для пуска многоци­линдровых ДВС электростартер с возбуждением от постоянных магнитов не применялся. В таких случа­ях использовались стартерные электродвигатели с внешним возбуждением, т.е. с возбуждением глав­ного магнитного поля электродвигателя от внешнего источника электрической энергии.

Это достигается заменой постоянного магнита статора на статорный электромагнит. Обмотка тако­го электромагнита называется обмоткой возбужде­ния. На время работы стартера обмотка возбужде­ния подключается к аккумуляторной батарее через обмотку якоря (последовательное возбуждение). Иногда обмоток возбуждения две (параллельно-по­следовательное возбуждение).

Основными функциональными особенностями стартера являются кратковременность его работы и способность развивать на короткое время пуска большой крутящий момент. Первая особенность поз­воляет изготавливать электродвигатели стартеров со значительным уменьшением веса и габаритов, а вто­рая — обеспечивается значительным увеличением пускового тока по сравнению с обычными электро­двигателями, что допустимо только на короткое вре­мя. Мощность стартера определяется моментом про­кручивания холодного ДВС во время пуска при низ­ких температурах и достигает для некоторых двигате­лей легковых автомобилей 2 кВт.

С другой стороны, в обычных условиях эксплуа­тации мощность стартера может быть значительно меньше. В связи с этим разрабатывается и уже экс­периментально проверена идея двухрежимного стартерного пуска, при котором хорошо прогретый двига­тель запускается от так называемого конденсаторно­го стартера (путем быстрого разряда предваритель­но медленно заряженной конденсаторной батареи на значительно уменьшенный в весе и габаритах бы­строходный электродвигатель с редуктором), а холод­ный двигатель при очень низких температурах запус­кается не от конденсаторов, а от внешней электро­сети. Основная перспектива применения такой сис­темы пуска ориентирована на реализацию режима экономии топлива при движении в городе, когда под каждым светофором двигатель автомобиля выклю­чается, а при прикосновении к педали акселератора вновь автоматически запускается. Такая система пу­ска называется "стоп-стартером". В городском режи­ме движения автомобиля стоп-стартер может функ­ционировать безотказно. По оценке некоторых ис­следователей, это может дать экономию топлива около 30%.

Но даже в классическом исполнении современ­ные системы пуска уже сегодня в целом более совер­шенны, чем им предшествующие. Так, сам стартерный электродвигатель стал меньше в размерах, бо­лее надежным и более легким за счет применения современных технологий сборки и новых электромаг­нитных материалов. Значительно усовершенствова­на механическая передача энергии вращения от стартера к венцу маховика двигателя. Теперь эта пе­редача на мощных ДВС стала редукторной, что так­же позволило уменьшить вес и габариты стартерно-го электродвигателя благодаря повышению его ми­нимальных оборотов и уменьшению пусковых токов. Потребление электрической энергии стартером от АКБ при этом стало более рациональным (чем мень­ше пусковой ток стартера, тем больше напряжение АКБ при пуске ДВС).

Следует заметить, что стартерный режим работы АКБ значительно отличается от ее работы в системе электроснабжения. Современный стартер позволяет работать АКБ в более щадящем режиме, что делает современную систему пуска более надежной.

1.4. Системы электроискрового зажигания

Говоря об электроискровом зажигании, следует заметить, что в самом начале на автомобилях оно реализовывалось от магнето.

Магнето — это электрическая машина индук­торного типа. Преобразует механическую энергию непосредственно в энергию искрового разряда. Ра­ботает независимо от бортовой электросети.

Конструктивно в магнето совмещены (рис. 1.5): индукторный электрогенератор ИГ; повышающий трансформатор TP, первичная обмотка W_± которого является индуктивным накопителем энергии; контакт­ный прерыватель Р тока с кулачковым толкателем К; распределитель S. Ротор (постоянный магнит М) ин­дукторного генератора ИГ, кулачок прерывателя Р и редуктор R распределителя S механически соединены общей осью и приводятся во вращение от коленвала iKB) ДВС. Когда индукционный ток в первичной об­мотке трансформатора TP достигает максимального значения, контакты прерывателя Р размыкаются. Во вторичной обмотке W₂ повышающего трансформато­ра наводится высоковольтное напряжение, которое распределяется по свечам распределителем S.

Магнето и теперь еще достаточно широко использу­ется на тракторных пусковых и на малоцилиндровых, например мотоциклетных двигателях. Но на современ­ных автомобилях магнето теперь не применяется.

Этому есть две причины: низкая надежность электро­механического магнето с высоковольтным распределе­нием при его работе на многоцилиндровых ДВС и невоз­можность получения высокой энергии искрового разря­да при низких оборотах вращения коленвала двигателя наиболее сказывается при пуске холодного ДВС).

Классической для автомобилей является бата­рейная система зажигания (рис. 1.6).

Ее компонент­ный состав прост: катушка зажигания КЗ, прерыва­тель КП с распределителем РП и свечи зажигания СВ с высоковольтными проводами. Источником энергии для системы зажигания является бортовая система электроснабжения (U₆), а источниками управляющих сигналов — механический привод ПР от распредели­тельного вала ДВС и пневмопривод BP от разреже­ния во впускном коллекторе ВК.

Интересной особенностью батарейной системы зажигания является то, что в ней изначально были найдены два совершенно уникальных технических ре­шения: индуктивный накопитель (катушка зажигания) и высоковольтный электроискровой разрядник (свечи зажигания). До тех пор, пока воспламенение топливо-воздушной смеси на легкотопливных ДВС будет осу­ществляться от высоковольтной искры, свечи зажига­ния и катушка зажигания в автомобильной системе зажигания будут присутствовать всегда. Были попыт­ки применить пьезокерамические генераторы высо­кого напряжения, а также полупроводниковые свечи зажигания с поверхностным тлеющим разрядом. Но высокая сложность их конструкции и низкая надеж­ность оставили эти попытки на уровне научно-иссле­довательских разработок. Системы зажигания с ем­костным накопителем также не нашли широкого рас­пространения, так как не обеспечивают требуемой для стандартных ДВС длительности электроискрового разряда. Таким образом, катушка зажигания и свечи зажигания составляют выходную электрическую схе­му в любой современной системе зажигания.

Существуют контактные системы зажигания, в ко­торых число таких выходных электрических схем рав­но числу цилиндров двигателя, что позволяет отка­заться от высоковольтного электромеханического переключателя-распределителя.

В двигателях с парным числом цилиндров воз­можно применение двухвыводных трансформаторов или катушек зажигания, когда оба вывода используют­ся как рабочие (рис. 1.7).

Искрообразование от двух-выводной КЗ в обеих свечах S происходит одновре­менно. При этом одна свеча в данном цикле рабочая, другая — холостая. Свечи устанавливаются в те цилин­дры, в которых поршни имеют одинаковый ход во всех фазах движения. Для 4-х цилиндрового ДВС это пер­вый и четвертый, а также второй и третий цилиндры. Для нормальной работы 4-х цилиндрового ДВС необхо­димы две двухвыводные катушки зажигания; для 6-ти цилиндрового — три; для 8-ми цилиндрового — четы­ре. В двигателях, оборудованных двухвыводными КЗ, порядок работы не нарушается, так как — когда в од­ном цилиндре сжатие и зажигание, в другом — выпуск отработавших газов. Установочный угол опережения зажигания в таких ДВС больше обычного. Инжектором носителей зарядов в одной свече (S+) является корпус­ной электрод, в другой свече (S-) — центральный эле­ктрод (R_n — помехоподавительный резистор).

Все многовыводные системы зажигания с индуктив­ным накопителем требуют значительного величения электроэнергии для их питания.

Кроме этого, в контактных системах зажигания с высоковольтным распределителем (одной катушкой зажигания) угол замкнутого состояния кон­тактов (время накопления энергии в катушке зажига­ния) ограничен. В многовыводных системах зажигания накопление энергии в индуктивном накопителе проис­ходит более продолжительное время.

Главным достижением в конструировании и со­вершенствовании автомобильных систем зажигания является широкое применение в их схемах полупро­водниковых приборов. Так возникли контактно-тран­зисторная (рис. 1.8, а), бесконтактно-транзисторная (рис. 1.8, б) и тиристорная (рис. 1.8, в) системы уп­равления первичным током катушки зажигания. Эле­ктронная часть этих систем получила название элек­тронного коммутатора зажигания.

С внедрением электронных коммутаторов появи­лись совершенно новые возможности реализации ав­томатического управления энергией индуктивного на­копителя, так как коммутация тока первичной обмотки катушки зажигания стала теперь также электронной.

Дальнейшее развитие систем зажигания шло по пу­ти внедрения электронного управления временем на­копления и моментом искрообразования. Электронные блоки управления, реализующие эти функции, получили название контроллеров. Контроллер зажигания управ­ляется от датчиков, а управляет — электронным комму­татором системы зажигания (рис. 1.8, г). Так появились системы зажигания с чисто электронным управлением.

Все это повысило такие эксплуатационные харак­теристики системы зажигания, как функциональная точность, продолжительность наработки на отказ, энергия высоковольтной искры, универсальность применения, надежность.

На повышение надежности электронных схем ока­зывает влияние еще и тот факт, что в них легко осуще­ствить схемотехническое резервирование исполнитель­ных функций. К примеру, если какой-либо из датчиков современной системы зажигания отказывает, это не приводит к отказу всей системы в целом, так как его функции по среднему уровню начинает отрабатывать специальная электронная схема резервирования (ис­ключение составляет датчик частоты вращения ДВС).

В схемотехническом отношении электронные сис­темы зажигания являются самыми сложными устрой­ствами электрооборудования автомобиля.

Подробно современные системы зажигания опи­саны в главе 9.

1.5. Система освещения и сигнализации

Система освещения и сигнализации современных автомобилей развивается в основном по двум направлениям: по пути совершенствования оптики и конструкций наружных осветительных и светосиг­нальных приборов, а также по пути развития элект­росетей коммутации в цепях больших токов для све­тотехнического и сигнального оборудования.

На современном автомобиле наружные освети­тельные приборы оборудованы либо стеклоочистите­лем, либо стеклоомывателем, либо и тем и другим вместе. Пока это в основном относится к передним фарам. Именно поэтому передняя фара автомобиля уже давно многофункциональна. В ней сразу все — и дальний, и ближний, и противотуманный свет, и га­баритные огни, и указатели поворотов (рис. 1.9, а).

Задние фонари большинства современных ав­томобилей также многофункциональны. Здесь в еди­ном монолитном блоке за общим защитным стеклом размещаются электролампы габаритных огней, стоп-сигналов, стояночных огней, указателей поворотов, сигналов заднего хода, освещения номерного знака, противотуманных задних огней, катофоты, огни ава­рийной и противоугонной сигнализации (рис. 1.9, б).

Единый монолитный блок заднего фонаря позво­ляет в перспективе применить и на нем стеклоомыватель или стеклоочиститель. Это особенно важно для обеспечения должной безопасности движения автомобилей на загрязненных автодорогах. На ряде автомобилей внедорожного класса специального на­значения это уже делается.

Разработана также оптоэлектронная система для определения степени загрязнения стекол наружных ос­ветительных приборов. Эта система позволяет автома­тически включать стеклоочиститель и стеклоомыватель передних и задних фонарей при их загрязнении.

Еще одна из задач совершенствования наружно­го освещения — повышение эффективности светоот­дачи передних фар дальнего, ближнего и противоту-манного света. Здесь сходятся воедино два противо­речивых требования: с одной стороны, надо бы иметь больше света впереди автомобиля в ночное время, но с другой — мощный свет ослепляет водителей на встречном транспорте. Так в свое время появились национальные стандарты на освещение дороги авто­мобильными фарами. Были разработаны и созданы самые разнообразные конструкции фарных отражате­лей (рефлекторов) и корректоров положения фар.

Наиболее сложным (с точки зрения формирования в фаре), всегда являлся ближний свет. В универсаль­ных фарах он требует смещения нити электролампы на строго определенное расстояние от фокуса оптики, а также установки специального экрана под нитью. Наст­ройка такой фары при совмещении в ней дальнего све­та — обязательная эксплуатационная процедура.

Последние достижения в области усовершенство­вания передних фар подробно описаны в главе 12.

Звуковые сигналы современного автомобиля те­перь чаще всего выполняют две функции: предупреж­дающего сигнала во время движения (разрешен в экстремальных ситуациях) и сигнала тревоги во вре­мя несанкционированного проникновения в автомо­биль. Эти два сигнала управляются от двух независи­мых друг от друга устройств коммутации и запитыва-ются от различных источников электроэнергии.

Современные противоугонные системы сигнализа­ции помимо звуковых сигналов подают сигналы тре­воги проблеском габаритных огней и устанавливают­ся непосредственно на автомобильном заводе. В си­стему защиты автомобиля от угона теперь включает­ся и так называемый кодированный ключ зажигания.

1.6. Система контрольно-измерительных приборов и вспомогательного электрооборудования

Эта система включает в себя щитковые контроль­но-измерительные приборы и коммутационные орга­ны управления, которые расположены на водитель­ском пульте, а также все те устройства, которые яв­ляются вспомогательными в бортовой системе элект­рооборудования. Сюда относятся релейные и предо­хранительные монтажные блоки, соединительные эле­ктропровода, а также большое количество самых разнообразных приводов от электрических двигате­лей, начиная от стеклоочистителей и вентиляторов и кончая электроприводами для стеклоподъемников и для наружных зеркал заднего вида. Сюда же относят­ся и те устройства комфортного электрооборудова­ния, которыми широко оснащаются современные ав­томобили (радиотелефон, кондиционер, обогрев сидений теле- радио- и аудиоаппаратура, телескопическая радиоантенна, обогрев заднего стекла кузова, салонная вентиляция, прикуриватели и тому подобное).

Современный щиток приборов (рис. 1.10) и пульт управления водителя значительно отличаются от своих предшественников, которые устанавливались на старых моделях автомобилей. Многие приборы теперь стали электронными с выходной цифровой индикацией. Это и спидометры, и часы, и указатели уровня топлива в бензобаке, и цифровые указатели автомобильного бортового компьютера путевого контроля. Все они тре­буют для своего функционирования электронных схем управления, специально разработанных для этих целей.

Необходимость коммутации токов в лампах на­каливания большой мощности (в фарах), а также зна­чительное увеличение числа других мощных потреби­телей электроэнергии на борту автомобиля привели к неизбежности применения в цепях коммутации элек­тромагнитных реле с "сухими" контактами. Реле с "су­хими" контактами — это обычное электромагнитное реле, которое в разомкнутом состоянии исключает гальваническую связь между коммутируемыми цепя­ми. Это особенно важно в большеточных электричес­ких цепях. Число релейных устройств на современном автомобиле доходит теперь до 30 единиц. Отсюда возникла необходимость установки в систему автомо­бильных проводов не только блоков с предохранителями, но и специальных монтажных блоков для реле и для их соединительных разъемов. Число предохрани­телей также возросло до 20-30 единиц.

В последнее время все электрооборудование на борту автомобиля условно разбивают на три группы: на группу потребителей, постоянно включенную в борто­вую электросеть при работающем двигателе (устройст­ва, обеспечивающие работоспособность основных уз­лов и агрегатов автомобиля); на группу потребителей, которые подключаются к электросети автомобиля на некоторое время (стартер, система освещения и сиг­нализации, стеклоочиститель); на группу комфортного электрооборудования (прикуриватели, вентиляторы, кондиционер в салоне, электропривода стеклоподъем­ников, теле-, радио- и аудиоаппаратура и т.п.).

Ясно, что по степени важности для движения ав­томобиля эти три группы электропотребителей имеют разное значение. Но если на работающем автомоби­ле включить все три группы потребителей одновре­менно, то на некоторых современных автомобилях это может привести к отбору от бортовой сети до 1,5 кВт мощности (и это не считая стартера). Пере­грузка бортовой сети чревата серьезными повреж­дениями в системе электроснабжения. Чтобы не до­пустить нежелательных перегрузок в системе элект­роснабжения на современных автомобилях применя­ют распределение электроэнергии по группам потре­бителей. При этом в каждой группе также не допус­кается одновременное включение нескольких мощ­ных приборов.

Так, например, на время включения стартера все остальные потребители, кроме систем впрыска топ­лива и зажигания, а также габаритных огней в ноч­ное время, от аккумуляторной батареи отключаются. Это отключение обеспечивает современный замок зажигания.

Другой пример: в салонном кондиционере теперь очень часто устанавливают специальный автоматиче­ский переключатель, который на время работы конди­ционера делает невозможным подключение к элект­росети таких потребителей, как электроподогрев сте­кол, электрообогреватели сидений, электродвигатели стеклоподъемников и салонных вентиляторов.

Этим же целям отвечает и центральный переклю­чатель света современных автомобилей, который не допускает одновременного включения дальнего и ближнего света.

Все это говорит о том, что электроэнергии на бор­ту современного автомобиля уже в ближайшее время может оказаться недостаточно. Отсюда встает зада­ча значительного уменьшения потребляемой электро­энергии отдельными бортовыми электропотребителя­ми. А это становится возможным только с применени­ем современных прогрессивных технологий и новых конструктивных материалов при изготовлении совре­менного автомобильного электрооборудования. При­мером такого подхода может служить установка в фа­рах высокоэкономичных газоразрядных ламп с высо­кой светоотдачей вместо галогенных (потребляемая мощность последних значительно выше).

• Задача улучшения энергетических параметров бортовых устройств при сохранении их функций явля­ется одним из главных направлений в совершенство­вании электрических и электронных компонентов бортового оборудования.

1

1