Источники и потребители электроэнергии Электрооборудование обеспечивает работу большинства систем автомобиля и снабжает током потребители электроэнергии. К потребителя м электрической энергии относятся: - система пуска двигателя (стартер); - система зажигания (у бензиновых и газовых двигателей; описание и работа этой системы рассмотрены в части 2 настоящего издания); - система освещения (снаружи машины - фары и фонари, лампы освещения номерного знака, внутри - плафоны, лампы, освещающие приборный щиток, подкапотное освещение и т.д.); - система световой сигнализации (указатели поворота, стоп-сигналы, фонари заднего хода); - система звуковой сигнализации; - контрольно-измерительные приборы (амперметр, указатель температуры охлаждающей жидкости, сигнализатор включения стояночного тормоза и т.д.); - дополнительное оборудование (вентилятор, стеклоочиститель, магнитола, прикуриватель, система обогрева заднего стекла, электростеклоподъемники и многие другие приборы, которые вы можете подключать через гнездо прикуривателя). Работу всех перечисленных потребителей тока обеспечивают всего два источника электрической энергии: генератор и аккумуляторная батарея (рис. 3.1). Генератор Главный источник электроэнергии - генератор, приводимый в действие двигателем транспортного средства. Он преобразует механическую энергию двигателя в электрическую. Вал автомобильного генератора через ремень посредством шкива соединяют с вращающимся валом двигателя, и работающий двигатель «заставляет» генератор вырабатывать ток. Генератор состоит из элементов, показанных на рис. 3.2. Автомобильный генератор устанавливают на двигателе на специальном кронштейне. Надежная работа генератора зависит от степени натяжения ремня привода (регламентируется заводом-изготовителем). Натяжение регулируется перемещением генератора в пазах кронштейна. При работающем двигателе генератор питает электрическим током все потребители, а также подзаряжает аккумуляторную батарею. Как уж е говорилось, генератор связан с коленчатым валом двигателя посредством ременной передачи. Следовательно, чем выше обороты двигателя, тем больше оборотов совершает ротор (вращающаяся часть) генератора. Напряжение, вырабатываемое генератором, напрямую зависит от оборотов ротора. Автомобильный двигатель, работая на повышенных оборотах, вполне может «заставить» генератор вырабатывать напряжение, превышающее необходимый предел. А это приведет к выходу из строя потребителей и порче электроцепей. Дл я ограничения вырабатываемого генератором напряжения и поддержания его в установленных рамках используют регулято р напряжени я (см. рис. 3.1). Он поддерживает постоянное напряжение вырабатываемого генератором тока при переменной частоте вращения коленчатого вала двигателя. Современные автомобили оборудованы малогабаритными бесконтактными микроэлектронными регуляторами напряжения, которые либ о встроены в генератор и объединены в одном узле со щеткодержателем, либ о установлены отдельно в подкапотном пространстве. Второй источник электроэнергии - аккумуляторная батарея. Она превращает химическую энергию в электрическую. Оба источника энергии обеспечивают также зажигание рабочей смеси в цилиндрах бензиновых и газовых двигателей, т.е. работу систем зажигания этих двигателей. Источники электроэнергии связаны с потребителями проводами. На автомобилях применяется однопроводная система, при которой положительные полюса источников и потребителей, работающих только на постоянном токе, соединены между собой изолированными проводами. Отрицательные же полюса соединяются через металлические части автомашины, называемые «массой». Применение однопроводной системы упрощает схему электрооборудования и позволяет существенно сэкономить на проводах. Большинство электрических цепей защищено плавкими предохранителями. Перед началом эксплуатации своего автомобиля выясните, где расположен блок предохранителей; если имеются предохранители, расположенные вне блока, определите их местонахождение. Кроме того, выясните номинал предохранителей и имейте их в запасе. Прежде чем заменить перегоревший предохранитель, следует отключить «массу» от аккумуляторной батареи и выяснить причину выхода его из строя. Аккумуляторная батарея Аккумуляторная батарея - источник постоянного тока, предназначенный для пуска двигателя стартером, для питания прочих потребителей при неработающем (или работающем на малых оборотах) двигателе (рис. 3.3). Аккумуляторная батарея преобразует химическую энергию в электричество, являясь источником электроэнергии автомобиля. Если взять две свинцовые пластины и опустит ь их в слабый раствор серной кислоты в воде (электролит), то через некоторое время, подсоединив пластины к зажимам источника тока (донора), например генератора, мы обнаружим, что через аккумулятор течет электрический ток. Между веществом пластин и кислотой произошла химическая реакция. Вследствие этого аккумулятор зарядился, т.е. сам превратился в источник тока. Отсоединив теперь аккумулятор от генератора и соединив с потребителем энергии, можно отбирать накопленную им электроэнергию или, иными словами, разряжать аккумулятор. Этот процесс можно повторять многократно: при работающем генераторе происходит накапливание электрической энергии (заряд), а при неработающем генераторе - отдача запасенной энергии на питание потребител ей (разряд). Простейший аккумулятор, состоящий из двух пластин (положительной и отрицательной), объединяют в аккумуляторную батарею, соединяя пластины последовательно друг с другом. На легковых автомобилях применяют аккумуляторные батареи, вырабатывающие постоянный ток напряжением 12 В. Полностью заряженный свинцово-кислотный аккумулятор имеет напряжение, равное 2,0-2,1 В. Поэтому для получения источника тока напряжением 12 В последовательно соединяют шесть аккумуляторов, которые образуют батарею. Свинцово-кислотная стартерная аккумуляторная батарея, применяемая на автомобилях, позволяет получить ток разрядки, в 3-5 раз превышающий номинальную емкость батареи. 0 емкости аккумуляторной батареи информирует ее маркировка. Например, на многие легковые автомобили устанавливают батареи 6СТ-55. Расшифруем маркировку аккумуляторных батарей: 6 - это количество двухвольтовых аккумуляторов в батарее; СТ - указывает на то, что данная батарея стартерного типа, т.е. ей не страшны значительные разрядные токи, необходимые для работы пускового электродвигателя, известного всем как стартер; 55 - номинальная емкость батареи в ампер-часах (А-ч) при 20-часовом непрерывном режиме разряда. На автомобилях ГАЗ, УАЗ предусмотрена установка батареи емкостью 60 А-ч (ее маркировка - 6СТ-60). Кстати, на автомобиле следует применять батарею именно той емкости, какую установил завод-изготовитель. Мнение о том, что чем больше емкость аккумулятора, тем больше из него можно выдавить пусков двигателя, непрофессионально и ошибочно, когда речь идет не о разовом применении батареи повышенной емкости, а о постоянной эксплуатации автомобиля с ней. Такая эксплуатация приведет к хроническому недозаряду аккумуляторов батареи со всеми вытекающими последствиями. Далее в маркировке батареи используются только буквы. Они информируют о материале корпуса батареи, а также об особенностях конструктивного исполнения и поставки: А - обозначает материал корпуса батареи (полипропилен с общей крышкой); Э - эбонитовый (большинство старых аккумуляторов имели именно такие корпуса); Т - термопластичная пластмасса; М - с сепараторами из мипласта; Р - с сепараторами из мипора; Л - необслуживаемая; 3 - поставляется заряженной; Н - поставляется несухозаряженной. Современные аккумуляторные батареи выпускают чаще всего в необслуживаемом исполнении. Несмотря на это, они требуют к себе со стороны водителя определенного внимания. Батарея не подведет в том случае, если перед эксплуатацией ее поверхность не загрязнена, а сама она надежно закреплена на автомобиле, полностью заряжена, плот ность и уровень электролита находятся в установленных пределах. Электролит получают, растворяя серную кислоту в воде. В процессе эксплуатации автомобиля уровень электролита может понижаться из-за выкипания воды. Следовательно, восстанавливаем необходимый уровень, доливая дистиллированную воду. В 1 л электролита заряженного аккумулятора содержится 500 г чистой серной кислоты и 800 г воды. Важным параметром аккумуляторной батареи является плотность электролита. Нормальная плотность электролита полностью заряженной батареи - 1,28-1,29 г/см3 при температуре окружающего воздуха 15 °С. Летом плотность понижают до значений 1,24-1,27 г/см3 , а зимой из-за опасности замерзания электролит а повышают до 1,31 г/см3 . Вы, наверное, уже догадались, что температура замерзания электролита зависит от его плотности, а последняя - от степени заряженности батареи (табл. 3.1). Плотность измеряют специальным прибором - ареометром (рис. 3.4). Если выяснилось, что батарея разряжена зимой на четверть, а летом наполовину (с помощью таблицы определим плотность электролита -1,24 и 1,21 г/см3 соответственно), то батарею необходимо зарядить. Автомагазины предлагают широкий выбор зарядных устройств. Обратите внимание на то, что существуют как зарядные, так и пускозарядные устройства. Главной особенностью пускозарядных устройств является возможность не только подзарядки аккумуляторной батареи, но и пуска двигателя при разряженной батарее. Стоят эти устройства дороже и, как правило, занимают больше места. Если вы можете принести батарею к зарядному устройству, то для пуска двигателя необходимо иметь рядом с автомобилем розетку 220 В. Поэтому, взвесив все плюсы и минусы указанных устройств, вы можете купить себе именно то устройство, которое вам действительно необходимо. Основа текущего ухода за аккумуляторной батареей - это поддержание в чистоте ее поверхности, дабы не дать возможности малым токам, использующим загрязненную поверхность для своего движения, разрядить ее. Загрязненную поверхность протирают кальцинированной содой или 10%-ным раствором нашатырного спирта, после чего вытирают сухой и чистой ветошью. Кроме того, необходимо обращать внимание на надежность крепления наконечников (клемм) проводов и их чистоту, на состояние полюсных штырей батареи. Окисление этих элементов увеличивает сопротивление в электрических цепях иногда до такой степени, что стартер не может пустить двигатель. Аккумуляторные батареи опасны для здоровья (при нарушении правил обращения с ними) по следующим причинам: - батареи содержат серную кислоту, которая может причинить ожоги при попадании на открытые участки тела; - батареи выделяют взрывоопасный горючий газ; - напряжение и емкость аккумуляторных батарей достаточны, чтобы в определенных условиях нанести человеку поражение электрическим током.
Система пуска двигателя
Система пуска предназначена для проворачивания коленчатого вала двигателя с частотой, достаточной д ля образования, сжатия и воспламенения смеси, а также нормальной работы остальных систем двигателя. Основное требование к данной системе - обеспечение быстрого и надежного пуска двигателя при низких температурах. Энергоемкость системы должна обеспечивать необходимое число повторных пусков и быстро восстанавливаться при работе двигателя. Схема подключения стартера (для пуска двигателя) в электрическую цепь автомобиля показана на рис. 3.5. Система пуска двигателя состоит из: - аккумуляторной батареи; - цепи стартера; - стартера с тяговым реле и механизмом привода; - реле включения стартера; - выключателя зажигания. Стартер (рис. 3.6) - электродвигатель постоянного тока (как правило, последовательного возбуждения), предназначенный для пуска автомобильного двигател я . Основная задача стартера - сообщить коленчатому валу двигателя ту минимально необходимую частоту вращения (50-100 мин 1 ), при которой двигатель начнет устойчиво работать. При понижении температуры окружающего воздуха для пуска двигателя необходимы повышенные обороты коленчатого вала. Итак, водитель расположился за рулем автомобиля, выполнил все необходимые подготовительные операции и теперь приступает к пуску двигателя. Для этого он поворачивает ключ в замке зажигания до момента замыкания контактов электроцепи стартера, после чего раздается характерный, всем знакомый шум включившегося стартера и двигатель пускается. Что же происходит в этот короткий промежуток времени со стартером? Рассмотрим этапы его работы подробнее (рис. 3.7). 1. Подготовительный этап - стыковка стартера с коленчатым валом двигателя. После того как водитель ключом замкнул в замке зажигания соответствующие контакты, якорь тягового реле под действием магнитного поля обмоток через рычаг перемещает муфту привода до зацепления шестерни с венцом маховика двигателя. 2. Основной этап - пуск двигателя. Подвижный контакт тягового реле замыкает цепь «аккумуляторная батарея-стартер», после чего начинается работа стартера в качестве электродвигателя: его якорь через шестерню вращает коленчатый вал двигателя, обеспечивая его пуск. 3. Заключительный этап - расстыковка стартера с коленчатым валом работающего двигателя. После пуска двигателя водитель отпускает ключ зажигания и тяговое реле под действием возвратной пружины расстыковывает коленчатый вал двигателя со стартером, возвратив шестерню в первоначальное положение (втянув в себя). Если после пуска двигателя стартер будет продолжать работать (например, обучающийся вождению не отпустит своевременно ключ зажигания или по какой-либо другой причине), то для того, чтобы стартер не вышел из строя, в его конструкции предусмотрена специальная муфта, которая передает вращение только в одну сторону: от стартера к маховику двигателя (рис. 3.8). Муфта не позволит двигателю, набравшему значительные обороты (800-6000 мин'), вывести стартер из строя.