Проектирование электрооборудования автомобиля

Проектирование электрооборудования автомобиля

Современные автомобили оснащаются значительным количеством электрических устройств, которые требуют качественного технического обслуживания и грамотной эксплуатации. Источники и потребители электрической энергии в совокупности с проводами и элементами коммутации (выключателями и переключателями) составляют систему электрооборудования, предназначенную для воспламенения рабочей смеси в цилиндрах, пуска двигателя стартером, подачи световых сигналов, обеспечивающих безопасность движения, освещения дороги, кабины и кузова, звуковой сигнализации, питания контрольно-измерительных приборов дополнительного оборудования.

В настоящее время в автомобилях применяются все большее число изделий электрического и электронного оборудования. Без них невозможна работа систем пуска и зажигания двигателя систем освещения дороги и сигнализации о маневрах автомобиля. Без них немыслим контроль за работой отдельных агрегатов и узлов автомобиля. Все больше изделий используется для создания комфорт, схемы электрооборудования становятся все более сложными.

Согласно статистике, около 25% всех неисправностей автомобиля приходится на долю электрооборудования. Поэтому, чтобы обеспечить надежную работу электрооборудования, необходимо знать его устройство, грамотно его эксплуатировать и обслуживать.

В рамках курсовой работы выполнена общая схема электрооборудования. Можно выделить отдельные системы, входящие в электрооборудование: система электроснабжения, система пуска, система зажигания, система освещения и сигнализации, вспомогательное электрооборудование, информационно-диагностическая система.

1. Система электроснабжения

Система электроснабжения обеспечивает производство электрической энергии и ее передачу потребителям. Передачу электрической энергии обеспечивает бортовая электрическая сеть, включающая в себя провода, защитную, распределительную и коммутационную аппаратуру. Производство электрической энергии на автомобиле выполняют генераторная установка и аккумуляторная батарея, включенные параллельно. Они обеспечивают в бортовой сети автомобиля постоянное напряжение 12 В.

Аккумуляторная батарея предназначена для питания электрической энергией всех потребителей при неработающем двигателе и при работе его с малой частотой вращения коленчатого вала, а также для пуска двигателя стартером.

Генератор предназначен для питания электрической энергией всех потребителей (кроме системы пуска) и заряда аккумуляторной батареи. Генератор является основным источником электрической энергии на автомобиле. Он преобразует механическую энергию в электрическую. Для преобразования переменного тока в постоянный в генератор встроен выпрямитель.

Для поддержания напряжения в бортовой сети автомобиля на постоянном уровне 13−14 В независимо от оборотов ротора генератора, применяется вибрационный двухступенчатый регулятор напряжения.

Выходное напряжение источников питания подается к потребителям с помощью выключателя зажигания. На данной модели автомобиля существуют четыре основных положения выключателя зажигания.

0 положение («выключено»). Работают только приборы, подключенные к источникам питания напрямую, без помощи выключателя зажигания. (система освещения салона, система включения стоп-сигналов, прикуриватель, система звуковой сигнализации, система световой сигнализации открытых дверей, система освещения багажника).

1 положение («стоянка»). Необходимо для выключения двигателя, для кратковременной или длительной стоянки. В этом положении дополнительно к приборам, подключаемым в 0 положении осуществляется подключение системы внешнего освещения и световой сигнализации, системы управления стеклоочистителем и омывателем, системы отопления салона.

2 положение («зажигание»). Среднее устойчивое положение выключателя зажигания, необходимое для постоянной работы двигателя. В этом положении дополнительно к приборам, подключаемым в 1 положении осуществляется подключение системы зажигания, системы охлаждения и реле-регулятора.

3 положение («стартер»). Используется для пуска двигателя. В этом положении дополнительно к приборам, подключаемым во 2 положении осуществляется включение стартера.

2. Система пуска двигателя

Система пуска предназначена для прокрутки коленчатого вала с целью пуска двигателя. Тип системы пуска определяется видом используемой энергии и конструкцией основного пускового устройства (стартера). Наибольшее распространение получила электростартерная система пуска, обладающая целым рядом положительных качеств. Эта система компактна и надежна в работе, обеспечивает возможность автоматизации процесса пуска с помощью несложных электротехнических устройств. Она состоит из аккумуляторной батареи, стартерной цепи (провода, коммутационная аппаратура управления), стартера и средств облегчения пуска. Общим элементом системы пуска и электроснабжения является аккумуляторная батарея. Во всех режимах кроме режима пуска аккумуляторная батарея работает в режиме циклического разряда и заряда, причем токи не превышают номинальной емкости (0,5…0,7) С20. В системе пуска батарея разряжается в прерывистых режимах при силе тока (2…5) С20.

Стартер предназначен для преобразования электрической энергии аккумуляторной батареи в механическую и передачи ее на маховик с целью прокрутки коленчатого вала двигателя. Стартер состоит из корпуса с обмотками возбуждения, якоря с приводом, двух крышек и тягового электромагнитного реле. Привод стартера состоит из роликовой обгонной муфты и шестерни. Назначение обгонной муфты — передавать крутящий момент от вала якоря стартера к венцу маховика при пуске двигателя, а после пуска, работая в режиме обгона, не допускать передачи крутящего момента от маховика на якорь.

Применяется взаимозаменяемый стартер с двухобмоточным тяговым реле и торцевым коллектором. При повороте ключа зажигания в положении II (положение «Стартер») замыкаются контакты выключателя зажигания и через обмотку тягового реле начинает протекать ток. Якорь реле втягивается до соприкосновения с сердечником, и контактная пластина замыкает контакты. Передвигаясь, якорь реле через рычаг перемещает обгонную муфту с шестерней, вводя ее в зацепление с зубчатым венцом маховика и происходит пуск двигателя. После возвращения ключа в положение I (положение «Зажигание»), цепь питания обмоток тягового реле размыкается. Якорь реле под действием пружины возвращается в исходное положение, размыкая контакты тягового реле и возвращая обгонную муфту в исходное положение.

3. Система зажигания

Система зажигания двигателя предназначена для генерации импульсов высокого напряжения, вызывающих вспышку рабочей смеси в камере сгорания двигателя, синхронизации этих импульсов с фазой двигателя и распределения импульсов зажигания по цилиндрам двигателя. От энергии искры в момент зажигания рабочей смеси в значительной степени зависят экономичность и устойчивость работы двигателя, а также токсичность отработавших газов. На автомобилях в основном применяется классическая (контактная) система зажигания.

Бесперебойное искрообразование между электродами свечи происходит при высоком напряжении (8…20 кВ). На прогретом двигателе достаточно незначительной энергии электрического разряда (порядка 5 мДж) для воспламенения рабочей смеси. Однако имеется ряд режимов работы двигателя, когда необходима значительная энергия искры (30…100 мДж): пусковой режим, работа на бедных смесях при частичном открытии дросселя, работа на холостом ходу, работа при резких открытиях дроссельной заслонки.

В классическую систему зажигания входят следующие элементы: источник тока (аккумуляторная батарея, генератор), катушка зажигания с первичной и вторичной обмотками, распределитель зажигания для 4-х цилиндрового двигателя, свечи зажигания, выключатель зажигания (замок зажигания), провода. Система зажигания имеет первичную цепь (низкого напряжения) и вторичную (высокого напряжения).

Катушка зажигания предназначена для преобразования токов низкого напряжения в токи высокого напряжения. Она представляет собой трансформатор с двумя обмотками: первичной и вторичной, и служит для преобразования тока низкого напряжения (12В) в ток высокого напряжения (11−20 кВ) для пробоя воздушного зазора между электродами свечей зажигания.

Распределитель зажигания служит для прерывания тока в цепи низкого напряжения катушки зажигания и распределения импульсов высокого напряжения по свечам зажигания. Основные части распределителя: прерыватель, центробежный и вакуумный регуляторы опережения зажигания и распределитель.

Свечи зажигания предназначены для воспламенения рабочей смеси в цилиндрах двигателя.

Принцип действия этой системы в следующем: при повороте ключа выключателя зажигания вправо по цепи низкого напряжения пойдет электрический ток в последовательности: с клеммы «+» аккумуляторной батареи на клемму стартера, далее по проводу низкого напряжения через выключатель, добавочный резистор на первичную обмотку катушки зажигания, далее на клемму прерывателя, через замкнутые контакты на «массу» автомобиля, через «массу» на минусовую клемму аккумуляторной батареи.

Рабочим режимом батарейной системы зажигания является переходной режим, в результате чего образуется искровой разряд в свече зажигания. Рабочий процесс может быть разбит на три этапа.

1. Замыкание контактов прерывателя, подключение первичной обмотки катушки к источнику тока. Характеризуется нарастанием первичного тока и накоплением электромагнитной энергии, запасаемой в магнитном поле катушки.

2. размыкание контактов прерывателя, источник тока отключается от катушки зажигания. Первичный ток исчезает, в результате чего накопленная электромагнитная энергия превращается в электростатическую. Возникает ЭДС высокого напряжения во вторичной обмотке.

3. Пробой искрового промежутка свечи: при определенном значении напряжения происходит пробой искрового промежутка свечи с последующим разрядным процессом.

4. Система автоматического управления двигателем

На всех автомобилях устанавливается электромагнитный запорный клапан. Он запитан от предохранителя и срабатывает при включении зажигания (слышен щелчок).

Если клапан не включается, то двигатель будет останавливаться на холостом ходу, хотя на средних и больших оборотах будет работать нормально.

5. Система освещения и сигнализации

двигатель реле автомобиль зажигание

Система освещения занимает особое место в электрооборудовании автомобилей, так как эффективность автономного освещения и сигнализации в условиях роста автомобилизации и возрастающей роли автомобильных перевозок по существу определяет безопасность дорожного движения в темное время суток. Естественно, что нормы на светотехнические характеристики также определяются требованиями безопасности и существующими условиями дорожного движения.

Система освещения предназначена для обеспечения эксплуатации автомобиля в темное время суток. В нее входят фары, подфарники, задние фонари, задние фонари противотуманного света, фонари освещения номерного знака и багажника, плафоны освещения салона кузова, подкапотная лампа, лампа освещения щитка приборов, главный и ножной переключатели, выключатели и предохранители.

На автомобиле устанавливается по четыре фары: две наружные и две внутренние. Наружные фары создают дальний и ближний свет, а внутренние работают только при включении дальнего света. Ближний и дальний свет фар включают трехрычажным переключателем наружного освещения. Кроме того, оттягивая на себя левый длинный рычаг переключателя, можно получить кратковременное включения дальнего света фар независимо от состояния выключателя наружного освещения. И ближний, и дальний свет фар включается с помощью вспомогательных реле.

Габаритный свет в подфарниках и задних фонарях включается выключателем наружного освещения. При этом также загораются лампы фонарей освещения регистрационного знака, лампа освещения багажника и контрольная лампа габаритного света, расположенная в спидометре. Когда открыт капот, то загорается подкапотная лампа.

Современная схема включения указателей поворота предусматривает также включение аварийной сигнализации. Указатели поворота правого и левого борта включаются трехрычажным переключателем, установленным на рулевой колонке. В режиме аварийной сигнализации выключателем аварийной сигнализации включаются все указатели поворота и контрольная лампа в самом выключателе. Мигание ламп в обоих режимах обеспечивается электронным реле-прерывателем, который крепится под щитком приборов на стенке коробки воздухопритока.

6. Вспомогательное электрооборудование

Вспомогательным электрооборудованием называют группу вспомогательных приборов и аппаратов, обеспечивающих отопление и вентиляцию кабины и кузова, очистку стекол кабины, звуковую сигнализацию, радиоприем и другие вспомогательные функции, повышающие комфортность автомобиля.

На автомобиле установлено по два звуковых сигнала: низкого тона и высокого тона. Они включаются с помощью дополнительного реле.

Стеклоочиститель предназначен для очистки ветрового стекла автомобиля. Он состоит из мотор-редуктора (вращающегося электродвигателем), и червячного редуктора, закрепленного на стальной скобе, рычажного механизма и щеток с рычагами. В стеклоочистителях ставится термобиметаллический предохранитель защищающий цепь питания моторредуктора от перегрузок, которые могут возникнуть при заедании рычажного механизма или примерзании щеток к стеклу. Реле стеклоочистителя предназначено для получения прерывистого режима работы стеклоочистителя. Оно состоит из обычного реле и прерывателя с обмоткой на биметаллической пластинке. При включении прерывистого режима работы, ток идет через обмотку реле, оно срабатывает, и контакты реле замыкаются, включая питание моторредуктора. Одновременно протекает ток в обмотке прерывателя, она разогревается, биметаллическая пластинка от нагревания выгибается, и контакты прерывателя размыкаются, отключая питание обмотки реле. Нижние контакты обмотки реле размыкаются, и моторредуктор отключается. Биметаллическая пластинка остывает, принимает прежнюю форму, и контакты прерывателя снова замыкаются, включая питание обмотки реле. Описанный цикл повторяется с частотой 9−17 раз в минуту при напряжении питания 10−14 В и температуре от -20 до +50С.

Для обогрева салона в холодную погоду применяется система отопления салона, в которой вентилятор приводится в действие от электродвигателя. Электродвигатель постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов по своей конструкции унифицирован с электродвигателем стеклоочистителя.

В системе охлаждения автомобиля для привода вентилятора устанавливаются электродвигатель восьмиполюсный, четырехщеточный с возбуждением от постоянных магнитов. Электродвигатель не требует какого-либо обслуживания в эксплуатации.

7. Информационно-диагностическая система

Автомобильная информационно-диагностическая система (АИС) является составной частью современного автомобиля, и предназначена для сбора, обработки, хранения и отображения информации о режимах движения и техническом состоянии автомобиля, а также окружающих его внешних факторах. Для этой цели на автомобили устанавливаются контрольно-измерительные приборы (КИП), такие приборы, как спидометр, тахометр, указатель уровня топлива, указатель давления масла, указатель температуры охлаждающей жидкости и другие различные дополнительные устройства.

1. Ютт В. Е. Электрооборудование автомобилей: Учеб. для студентов вузов.-М.: Транспорт, 1995. — 304 с.

2. ГОСТ 2.702−75 ЕСКД. Правила выполнения электрических схем.

3. ГОСТ 2.702−81 ЕСКД. Обозначения буквенно-цифровые в электрических схемах.

4. ГОСТ 2.755−87 ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах. Устройства коммутирующие.

5. Методические указания к оформлению текстовой и графической документации курсовых и дипломных проектов. /Квашнин И.М., Карпова О. В., Рачкина Н. Г. — Пенза: ПГАСИ, 1995. — 56 с.

6. Проектирование электрооборудования автомобиля. Методические указания к курсовой работе. / Ширшиков А. С. — Пенза: ПГАСА, 1998. — 16 с.