Електрообладнання автомобіля є головною складовою частиною повного комплексу бортового обладнання. У електрообладнання включають всі ті бортові пристрої, робота яких безпосередньо пов'язана з електрикою. Першими такими пристроями були магнето і свічки запалювання. Потім на борту автомобіля стали встановлюватися акумуляторна батарея, електрогенератор і електростартер. З'явилося зовнішнє електроосвітлення, система запалювання стала батарейній. Перераховані електричні пристрої в сукупності складають класичне електрообладнання автомобіля. У цій книзі класичне електрообладнання детально не розглядається. Бажаючим докладно ознайомитися з цим розділом можна порекомендувати підручники В.Є. Ютта і Ю.П. Чіжкова, А.В. Акімова. Однак дати короткий огляд нових принципів побудови систем класичного електрообладнання тут необхідно.
Існуюче на борту автомобіля вже багато десятків років електрообладнання першого покоління тепер називають класичним. До його складу входять такі функціональні системи:
Система електропостачання - електрогенератор, реле-регулятори, акумуляторна батарея.
Система пуску двигуна внутрішнього згоряння - стартер, стартерні ланцюга, акумуляторна батарея.
Система електроіскрового запалювання - котушка запалювання, переривач-розподільник, свічки запалювання з високовольтними дротами (на автомобілях з дизельним ДВС відсутня або замінена системою калильного запалювання).
Система освітлення і сигналізації - фари, зовнішні ліхтарі габаритних вогнів і світлової сигналізації, звуковий сигнал, внутрішнє освітлення, пристрої спеціальної сигналізації.
Система контрольно-вимірювальних приладів, додаткового і допоміжного електрообладнання - щиток приладів, водійський пульт управління, електричні дроти, запобіжні і релейні моноблоки, комутаційні пристрої, а також електропривідні пристрої, наприклад склоочисники і електровентилятори.
Перераховані системи є невід'ємною складовою частиною автомобільної бортової автоматики і завжди будуть присутні в її складі.
За останні 40-50 років складові компоненти класичних систем автомобільного електрообладнання зазнали значних удосконалення, але склад самих систем залишився колишнім. Розглянемо ці системи.
У систему електропостачання сучасного автомобіля входять: обслуговуюча або монолітна кислотна акумуляторна батарея (АКБ) і генератор (ГТ) трифазного змінного струму з потужним напівпровідниковим випрямлячем (ВП) і електронним регулятором (Р) напруги, які вмонтовані в конструкцію генератора. АКБ підключена зустрічно-паралельно і безпосередньо до вихідних клем генератора. Ця система забезпечує електроенергією всі бортові електроспоживачі. Застосування нових типів акумуляторних батарей і генератора змінного струму замість генератора постійного струму з многоламельним колектив-торно-щітковим механізмом, що застосовувався раніше спільно з вібраційними реле-регуляторами, дозволило значно підвищити якість напруги і надійність системи бортового електропостачання. Її габаритно-вагові параметри також покращилися.
Слід зауважити, що підвищення потужності, якості електрики і надійності системи електропостачання не самоціль, а нагальна потреба сучасного автомобілебудування. Тепер на борту автомобіля встановлюються до 120 споживачів електроенергії, значна частина з яких напівпровідникові і інтегральні схеми.
Якість напруги (іноді кажуть якість електрики) - технічний термін, що позначає високий ступінь стабільності параметрів напруги на виході блоку (або системи) електропостачання, а також відсутність в вихідній напрузі високочастотних гармонік і випадкових сплесків ( "брязкоту").
Системи автомобільного електрообладнання
Система електропостачання, структурна схема і токоскоростной характеристика якої показані на рис. 1.1, працює таким чином.
Коли ротор генератора не обертається (п = О), напруга Uc бортової мережі дорівнює напрузі АКБ (Uc = U6) і споживачі живляться струмом батареї (1Н = 1б). Якщо після пуску ДВС напруга Ur менше напруги U6 батареї, що буде мати місце при частотах п обертання ротора в межах Про <п <п0, бортовые потребители будут запитывать-ся только от АКБ (Uc = U6, l6 = 1н), а ток генератора пока еще будет оставаться приблизительно равным нулю (1г = 1р). На токоскоростной характеристике — участок до п = п0.
У точці п = п0 напруга Ur генератора майже стане рівним напрузі U6 батареї, а отже, і напрузі Uc бортової мережі (Ur = U6 = Uc). При зустрічно-паралельному включенні двох джерел електроенергії з однаковими напругами обміну струмом між ними не відбувається, тобто ток 13 заряду АКБ поки що нульовий (13 = 0). Регулятор Р починає споживати струм 1р від генератора, а бортові електроспоживачі отримують електроенергію від обох джерел (1н = 1г + 1б). Частота п0 обертання ротора генератора трохи нижче граничних оборотів холостого ходу прогрітого ДВС. Тому переда
Система електропостачання з генератором змінного струму:
АКБ - акумуляторна батарея з напругою U6; 1б - розрядний струм АКБ; 13 - зарядний струм АКБ; ГТ - трифазний генератор синусоїдального змінного струму; 1г. - змінний струм генератора; 1в - струм збудження генератора; Р - регулятор напруги генератора по струму 1в збудження; ВП - трифазний двонапівперіодний випрямляч (Ларіонова); 1р - струм, споживаний регулятором Р; 1М "- постійний струм генератора; Ur - постійна напруга генератора; Uc - напруга бортсети автомобіля; 1н - загальний струм навантаження системи електропостачання; К - контрольна лампа генератора, п - обороти приводного шківа генератора; Ф - магнітний потік.
точне відношення між шківами двигуна і генератора вибирається таким чином, щоб на нижніх обертах холостого ходу електроенергією від генератора забезпечувалися принаймні основні бортові споживачі (система запалювання, упорскування палива, габаритні вогні в нічний час). Тоді після запуску ДВС колінвал розвиває обороти холостого ходу і настає стан, при якому n> n0, а напруга генератора стає більше напруги U6 акумуляторної батареї (Ur> U6). При подальшому збільшенні частоти обертання п генератор забезпечує електроенергією всі бортові споживачі і починає заряджати АКБ (1г = 1 н + 13 + 1р). Струм 1г генератора стає майже лінійною функцією 1г = f (n) від частоти обертання п, а напруга Uc бортової мережі - рівним напрузі Ur генератора (Uc = Ur) і тепер повністю визначається регулятором Р напруги (аж до стану п = пн).
На підвищених обертах ДВС, коли частота п обертання ротора генератора лежить в межах від пн до ns, напруга Ur генератора перестає збільшуватися (Ur = const) і навіть може дещо падати через розмагнічуючого дії струмів статора під великим навантаженням, але струм 1г генератора все ще може зростати, наближаючись до самообмеження (• г = 'н + k + fp = f (n, АФ); Uc = Ur). Явище самообмеження настає при великому струмі 1г генератора (коли 1Г = Irmax) і при високій частоті обертання (п> ns) ротора, як наслідок насичення цим струмом магнітних ланцюгів генератора. При цьому магнітний потік Ф, що зв'язує магнітне поле Вг ротора з витками Ws обмотки статора, частково знищується протидіє (наведеним струмом 1г) магнітним полем Bs статора. Струм 1Г перестає бути функцією від частоти обертання п і починаючи з n = ns стає постійним.
У сучасних генераторах змінного струму максимальне значення струму 1г є робочим і для генераторів автомобілів представницького класу з потужним ДВС може досягати 100 А.
Конструктивною особливістю сучасних генераторів трифазного змінного струму є наявність в них додаткової діодним збирання d, а також включення фазних обмоток генератора не «зіркою", а "трикутником". Це дозволяє спростити схему контрольної лампи До генератора, а також ізолювати ланцюг харчування регулятора Р напруги від большеточ-ної вихідний ланцюга "Вих". Таким способом виключається можливість небажаного розряду акумуляторної батареї через регулятор напруги і обмотку збудження при непрацюючому двигуні, але включеному запалюванні. Крім того, з'єднання фазних обмоток "трикутником" дозволяє застосовувати більш тонкі дроти для фазних обмоток генератора. Надійність генератора при цьому також підвищується. Як наслідок, сучасні автомобільні генератори проходять без ремонту до 250000 км пробігу.
Обмежувати струм заряду АКБ в сучасних системах електропостачання не потрібно, так як регулятор Р напруги на середніх і помірно підвищених обертах ДВС, а самообмеження струму генератора на високих оборотах ДВС не допускають перезарядження автомобільної акумуляторної батареї. Однак слід зауважити, що заряд акумуляторної батареї на борту автомобіля здійснюється при постійній напрузі. І коли АКБ сильно розряджена, ток 13 заряду може бути значним. Якщо номінальна ємність Сп встановленої на автомобілі АКБ не узгоджена з максимальним струмом автомобільного генератора, можливий або перегрів сильно розрядженою АКБ на початку її заряду, або постійний недозаряд батареї, що в обох випадках знижує термін її служби. Тому на автомобілях з генераторами великої потужності не рекомендується встановлювати АКБ малої місткості. І навпаки, АКБ більшої ємності не слід встановлювати на автомобілях з генератором малої потужності. Іншими словами, автомобільний генератор і акумуляторна батарея, що працюють на борту автомобіля як єдина автономна система електропостачання, повинні підбиратися по струмовим параметрам. При заміні АКБ слід дотримуватися умови [ЗСН г 21гтах] *. Основні компоненти системи електропостачання - акумуляторна батарея та електрогенератор сучасного легкового автомобіля - докладно описані в наступних розділах.