- Типы аккумуляторных батарей
- Устройство и работа генератора
- Устройство и работа стартера
- Система зажигания
- Назначение и работа внешних световых приборов и звуковых сигналов
- Работа контрольно-измерительных приборов
- Работа системы отопления и кондиционирования
Типы аккумуляторных батарей
Существует несколько типов аккумуляторных батарей, каждый из которых имеет свои особенности, преимущества и ограничения. Ниже представлены четыре таких типа: свинцово-кислотные (SLA), никель-кадмиевые (NiCd), никель-металлогидридные (NiMH) и литий-ионные (Li-ion)
Свинцово-кислотные (SLA):
Старейшая и наиболее отработанная технология перезаряжаемых батарей. Несмотря на низкую удельную энергоёмкость (30–40 Вт·ч/кг), они остаются востребованными благодаря надёжности, низкой стоимости и способности обеспечивать высокие пусковые токи.
Особенности:герметичная конструкция кислотно-свинцового состава;
не требуют технического обслуживания;
защищены от пролития жидкости.
Где используются: стартерные аккумуляторы в автомобилях, источники бесперебойного питания (ИБП), системы резервного освещения.
Никель-кадмиевые (NiCd):
Предлагают улучшенные характеристики по сравнению со свинцово-кислотными: более высокую удельную энергоёмкость (40–60 Вт·ч/кг) и циклический ресурс (1000–1500 циклов).
Особенности:представляют собой никелевый и кадмиевый электроды, между которыми залита щелочь;
корпус у изделий обязательно герметичный и прочный, его нельзя разрушать;
имеют низкое сопротивление, поэтому у них нет нагрева при заряде даже при большом токе.
Недостатки: высокая токсичность кадмия и эффект «памяти», который снижает эффективную ёмкость при неполных циклах заряда-разряда.
Никель-металлогидридные (NiMH):
Разработаны как более экологичная альтернатива NiCd. Имеют более высокую удельную энергоёмкость (60–80 Вт·ч/кг) и меньший эффект «памяти».
Особенности:компактные габариты при отличной ёмкости;
рассчитаны на 500–800 полных циклов перезарядки без утраты ёмкости;
минимальный эффект памяти;
небольшой саморазряд в период холостого хранения.
Недостаток: ограниченный срок службы, после которого требуется их замена.
Литий-ионные (Li-ion):
Обладают высокой удельной энергоёмкостью (в среднем до 250 Вт·ч/кг, но есть и варианты свыше 350 Вт·ч/кг). Благодаря этому они компактнее и легче при той же ёмкости.
Особенности:увеличенный циклический ресурс — от 1000 до 20 000 циклов при условии соблюдения правил эксплуатации, зарядки, хранения;
низкая степень саморазряда, который при температуре от 0 до +25°С находится в пределах 7%;
возможность эксплуатации зимой при температуре от -20°С и в жару, так как АКБ подходят для работы при +60°С.
Где чаще всего применяются: в приборостроении, медтехнике, а также в электротранспорте и робототехнике.
Важно: в литиевых моделях реализована система защиты в виде интегрированной платы, которая автоматически поддерживает безопасный диапазон тока, анализирует напряжение и ёмкость каждой ячейки.
Устройство и работа генератора
Генератор в автомобиле — устройство, которое вырабатывает электричество, необходимое для работы всех электрических систем машины и зарядки аккумулятора.
Устройство:
Некоторые элементы генератора:
Корпус с крышками — защищает внутренние элементы от повреждений и отводит тепло, выделяемое при работе.
Ротор — вращающаяся часть внутри устройства из двух металлических пластин с треугольными выступами и обмотки под ними.
Статор — неподвижная часть, окружённая обмотками. Когда ротор вращается, в обмотках статора создаётся электрический ток.
Выпрямительный блок (диодный мост) — преобразует переменный ток в постоянный, подходящий для электропитания автомобильных систем и заряда АКБ.
Регулятор напряжения — стабилизирует генерируемое напряжение.
Щётки и контактные кольца — передают ток возбуждения ротору, щётки контактируют с кольцами на валу ротора.
Подшипник — обеспечивает плавное вращение ротора.
Шкив — генератор соединён с двигателем через ремень, когда двигатель работает, ремень вращает шкив, который передаёт движение ротору.
Принцип работы:
Генератор работает за счёт электромагнитной индукции:
Когда ДВС запущен, шкив коленвала вращается, и через ремень вращает ротор генератора.
Вращение ротора создаёт магнитное поле, которое, проходя через обмотки статора, индуцирует в них переменный ток.
Диодный мост преобразует этот ток в постоянный, подходящий для электропитания автомобильных систем и заряда АКБ.
Регулятор напряжения поддерживает напряжение в пределах 13,8–14,5 вольта, чтобы избежать повреждения электроники и аккумулятора.
Когда включаются фары, обогрев стекла, печку или другие энергозатратные устройства, генератору приходится вырабатывать больше электричества, чтобы покрыть возросшую потребность.
Параметры:
Некоторые параметры генератора:
Напряжение — должно соответствовать напряжению бортовой сети. Существует три стандарта: 6 В (для мотоциклов), 12 В (для легковых автомобилей) и 24 В (для грузовиков).
Сила тока — мощность генератора, при которой механизм работает без перегрузок. В современных легковых автомобилях чаще всего устанавливают генераторы на 60–140 А.
Частота вращения — частота вращения ротора, при которой генератор выдаёт номинальную силу тока.
Частота самовозбуждения — частота вращения ротора, при которой устройство выдаёт минимальную силу тока для питания обмотки возбуждения.
Устройство и работа стартера
Стартер автомобиля — это узел, который вращает двигатель, чтобы его запустить. Главная задача — разогнать коленчатый вал до нужных оборотов, после чего начнётся полноценное сгорание топлива, энергии которого хватит, чтобы работать самостоятельно.
Устройство:
Некоторые элементы стартера:
Электродвигатель — создаёт необходимый крутящий момент для запуска двигателя, преобразует электрическую энергию аккумулятора в механическое вращение.
Втягивающее реле (соленоид) — отвечает за передачу электрического сигнала к электродвигателю стартера. При замыкании цепи соленоид включает стартер и одновременно выдвигает бендикс, зацепляющийся с маховиком.
Бендикс (обгонная муфта) — механизм, который соединяет электродвигатель стартера с маховиком двигателя. Включает маховик, обеспечивая передачу крутящего момента. После запуска двигателя бендикс отключается, чтобы предотвратить повреждение стартера.
Щёточный узел — состоит из щёток, которые передают электрический ток на коллектор электродвигателя.
Корпус стартера — прочный металлический корпус, защищающий внутренние элементы стартера от повреждений и внешних воздействий.
Принцип работы:
Схема работы стартера:
Водитель поворачивает ключ в замке зажигания или нажимает кнопку «Старт» — в этот момент на стартер подаётся ток.
Втягивающее реле выдвигает приводную шестерню стартера так, что она цепляется за маховик.
Это же реле замыкает контакты электродвигателя, после чего тот начинает вращаться.
Когда двигатель запустился, маховик начинает вращаться намного быстрее, чем в момент старта. Чтобы стартер не повредился, в стартере есть обгонная муфта — бендикс. Принцип работы бендикса: если маховик вращается быстрее шестерни стартера, муфта проскальзывает. В этот момент водитель обычно отпускает ключ. В автомобилях с автозапуском электроника сама отключает стартер, когда получает сигнал от датчика оборотов.
Ток перестаёт подаваться на реле, оно размыкает обмотку электродвигателя и втягивает шестерню обратно.
Виды:
Стартеры автомобилей делятся на два типа:
Редукторные (также называют планетарными) — используется внутренний редуктор, через который работает бендикс от электродвигателя. Преимущество — даже при низком заряде аккумулятора стартеру удаётся раскрутить маховик.
Без редуктора (или роторные) — вращение передаётся напрямую на шестерню стартера. Такие агрегаты надёжнее и проще в ремонте, но они требовательны к состоянию АКБ.
Система зажигания
Система зажигания в автомобиле — это совокупность приборов и устройств, которые обеспечивают появление электрической искры, воспламеняющей топливовоздушную смесь в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания в строго определённый момент времени. Эта система — часть общего электрооборудования автомобиля.
Задача — преобразовать низкое напряжение бортовой сети (12 В) в высоковольтный импульс (десятки тысяч вольт) и своевременно подать его на свечи зажигания, чтобы искра воспламенила сжатую в цилиндре смесь.
Устройство:
Некоторые компоненты системы зажигания:
Источник питания — аккумуляторная батарея (АКБ) при запуске двигателя и генератор во время его работы.
Выключатель зажигания — замок, который замыкает цепь и подаёт напряжение на систему.
Накопитель энергии — узел, отвечающий за накопление и преобразование энергии. Обычно эту роль выполняет катушка зажигания, которая представляет собой трансформатор, преобразующий низкое напряжение в высокое.
Блок управления — в зависимости от системы, это может быть механический прерыватель, транзисторный коммутатор или современный электронный блок управления (ЭБУ). Он определяет момент подачи искры.
Распределитель зажигания (трамблер) — механическое или электронное устройство, которое распределяет высокое напряжение по свечам соответствующих цилиндров в нужной последовательности. В современных системах может отсутствовать.
Свечи зажигания — устройства, вворачиваемые в головку блока цилиндров, между электродами которых и проскакивает искра, поджигающая топливную смесь.
Высоковольтные провода — кабели с усиленной изоляцией, предназначенные для передачи высокого напряжения от катушки к распределителю и от распределителя к свечам.
Принцип работы:
Принцип работы системы зажигания основан на законе электромагнитной индукции.
Некоторые этапы: От аккумуляторной батареи при включённом зажигании и замкнутых контактах прерывателя ток низкого напряжения проходит по первичной обмотке катушки зажигания, образуя вокруг неё магнитное поле.
Размыкание контактов прерывателя приводит к исчезновению тока в первичной обмотке и магнитного поля вокруг неё.
Исчезающее магнитное поле индуктирует во вторичной обмотке высокое напряжение (около 20–25 киловольт).
Распределитель поочерёдно подводит ток высокого напряжения к высоковольтным проводам и свечам зажигания, между электродами которых проскакивает искровой заряд, топливовоздушная смесь в цилиндрах двигателя воспламеняется.
Для оптимальной работы двигателя момент возникновения искры (угол опережения зажигания) должен быть точно рассчитан. Он регулируется в зависимости от оборотов двигателя и нагрузки на него с помощью центробежных и вакуумных регуляторов в механических системах или по заранее заданным картам в электронных.
Виды:
Некоторые виды систем зажигания в автомобилях:
Контактная — механический прерыватель, формирование импульсов путём замыкания и размыкания контактов.
Бесконтактная (транзисторная) — датчик импульсов (Холла, индуктивный или оптический) и транзисторный коммутатор, отсутствие механического контакта в цепи управления.
Электронная (микропроцессорная) — электронный блок управления (ЭБУ), отсутствие движущихся частей, интеграция в систему управления двигателем.
Назначение и работа внешних световых приборов и звуковых сигналов
Внешние световые приборы и звуковые сигналы в автомобиле предназначены для обеспечения безопасности движения и оповещения участников движения об опасности.
Световые приборы:
Назначение:освещение дорожного полотна, обочины и расположенных на них объектов в условиях ограниченной видимости;
предоставление информации другим участникам движения о наличии на дороге транспортного средства, его размерах, характере движения, совершаемых манёврах;
освещение салона автомобиля и других его частей (багажного отсека, подкапотного пространства и др.) в тёмное время суток.
Некоторые элементы системы освещения:Фары. Обеспечивают ближний свет для освещения дороги на расстоянии до 50–80 метров от автомобиля, дальний — на открытых и неосвещённых дорогах.
Противотуманные фары — предназначены для работы в условиях тумана, дождя или снега, когда стандартные фары могут не обеспечивать достаточной видимости.
Габаритные огни — сигнализируют о наличии и примерной ширине автотранспортного средства.
Принцип работы:
Оптические элементы фары помогают направлять световой поток: отражатели отражают свет, который исходит из лампы, а линзы фокусируют этот свет, формируя узор освещения.
Фары подключены к электрической системе автомобиля, обычно включаются через выключатель, который может находиться на панели управления или под рулём. Современные автомобили могут использовать системы автоматического управления фар, которые регулируют яркость и направление света в зависимости от условий окружающей среды.
Звуковые сигналы
Назначение:
- предупреждение других участников дорожного движения об опасности, например, при неисправности автомобиля, при вынужденной остановке;
- оповещение пешеходов и водителей транспортных средств о присутствии автомобиля.
Некоторые типы звуковых сигналов:
- Электромагнитные колокола — состоят из электромагнита и металлической мембраны. Когда на них подаётся электрический ток, электромагнит магнитит мембрану, заставляя её колебаться и создавать характерный звук.
- Пьезоэлектрические сигналы — используют пьезокерамические элементы, которые могут генерировать звуковые волны при подаче на них электрического напряжения.
Принцип работы:
- Работа звукового сигнала осуществляется через кнопку на руле или педаль на полу автомобиля, которые подключены к электрической цепи, активирующей сигнал.
- Звуковой сигнал может иметь различные тональности и громкости, что позволяет водителю выделяться на дороге и привлекать внимание других участников движения.
Важно: звуковые сигналы рассчитаны на кратковременную работу, поэтому необходимо избегать включения сигналов на длительное время.
Работа контрольно-измерительных приборов
Контрольно-измерительные приборы в автомобиле предназначены для оперативного информирования водителя о состоянии важных узлов и агрегатов, текущем скоростном режиме, наличии топлива, количестве пройденного пути и других параметрах.
Приборы находятся на панели приборов (приборном щитке), которая располагается сразу за рулём. Также в некоторых автомобилях параметры работы выводятся на экран.
Виды:
Контрольно-измерительные приборы в автомобиле разделяют на две группы по способу отображения информации:
Указывающие. Имеют шкалу и стрелку, по положению которой относительно шкалы определяется значение измеряемой величины. Например:спидометр — показывает скорость движения автомобиля;
тахометр — отображает частоту вращения коленчатого вала двигателя;
датчик температуры охлаждающей жидкости — показывает текущую температуру охлаждающей жидкости.
Сигнализирующие (сигнализаторы). Реагируют только на одно, как правило, аварийное значение измеряемого параметра, информируют об этом световым или звуковым сигналом. Например:сигнализатор аварийного давления масла — при отсутствии давления в магистрали смазочной системы двигателя диафрагма выгибается под действием пружины в сторону от контактов, и лампа загорается;
сигнализатор перегрева двигателя — при нормальной температуре охлаждающей жидкости контакты датчика разомкнуты, если температура выше расчётной, биметаллическая пластина изогнётся настолько, что контакты замкнутся и включат в электрическую цепь сигнальную лампу.
Принцип работы:
Электрический контрольно-измерительный прибор (указатель) состоит из датчика и приёмника, соединённых между собой проводами для передачи сигнала. В месте контроля нужного параметра (температура, давление, сила тока и т. д.) устанавливают датчик, а в месте наблюдения — приёмник.
Некоторые особенности работы разных приборов:Указатель давления масла — когда давление в магистрали смазочной системы двигателя увеличивается, диафрагма прогибается и перемещает подвижный контакт реостата, изменяя его сопротивление.
Указатель температуры охлаждающей жидкости — изменение температуры охлаждающей жидкости вызывает резкое изменение сопротивления датчика, что вызывает изменение тока в катушках указателя, и результирующее магнитное поле поворачивает постоянный магнит со стрелкой на деление шкалы, соответствующее температуре охлаждающей жидкости.
Указатель уровня топлива — датчик указателя — реостат, смонтированный в металлическом корпусе. Реостат изменяет сопротивление в зависимости от уровня топлива в баке, поскольку его подвижный контакт (ползунок) соединён с рычагом, на конце которого установлен поплавок.
Работа системы отопления и кондиционирования
Система отопления, вентиляции и кондиционирования в автомобиле — единая система, которая предназначена для обеспечения комфортной температуры и циркуляции воздуха в салоне при любых погодных условиях. Выбор системы зависит от климатических условий: в холодное время года задействуется система отопления, в жаркие дни — кондиционер.
Отопление:
Система отопления салона преимущественно используется для обогрева в холодное время года. Некоторые особенности работы:
Охлаждающая жидкость (как правило, антифриз или тосол) циркулирует по системе охлаждения и в нужный момент начинает поступать в радиатор отопителя. Это происходит за счёт поворота специального рычага, меняющего положение заслонки: в закрытом состоянии теплоноситель минует радиатор, а в открытом проходит через него уже в горячем виде.
Когда радиатор становится нагретым, включается вентилятор, работающий на охлаждение и передающий тепло в салон через воздуховоды. Они расположены на передней панели, подведены к решёткам обдува лобового и боковых стёкол и к отверстиям для подачи воздуха к ногам.
В салоне водитель регулирует направление нагретых потоков с помощью переключения заслонок. Тепло может быть направлено на лицо или ноги автомобилиста, а также на лобовое стекло машины.
Важно: отопитель важно включать только после того, как охлаждающая жидкость нагреется минимум до 50 градусов.
Вентиляция:
Система вентиляции отвечает за циркуляцию и очистку воздуха в салоне. Некоторые особенности работы:
Из подкапотного пространства воздух пропускается через специальные фильтры, очищается и передаётся в салон, при этом его температура не меняется. Интенсивность подачи устанавливается вращением вентилятора.
Выходит воздух с помощью клапанов, закрывающих отверстия в боковинах багажника.
Для управления потоками в салоне используются заслонки, меняющие положение и открывающие либо предотвращающие забор наружного воздуха.
В случае необходимости включается режим рециркуляции, когда заслонки закрываются, и воздух в салоне начинает двигаться без поступления снаружи — эта функция особенно полезна при движении по задымлённым или запылённым участкам дороги.
Кондиционирование:
Система кондиционирования в некоторых автомобилях установлена для охлаждения воздуха в салоне. Некоторые особенности работы:
Компрессор кондиционера сжимает поступающий хладагент (как правило, фреон), который изначально находится в виде газа под небольшим давлением, но после выхода из компрессора его давление и температура сильно увеличиваются.
Хладагент подаётся в конденсатор (радиатор кондиционера), расположенный перед радиатором охлаждения двигателя, там обдувается воздухом и конденсирует (превращается в жидкость).
Далее хладагент перетекает в ресивер-осушитель, снабжённый фильтрами для очистки, избавляется от примесей и грязи и подступает к терморегулирующему клапану (вентилю), на выходе из которого резко охлаждается за счёт сильного снижения давления и температуры.
Так, снова в виде газа фреон попадает в испаритель, расположенный в отопителе, и благодаря вентилятору испаряется и через воздуховоды подаётся в салон.
Важно: движение хладагента по трубопроводам регулируется специальными клапанами, а уровень давления отслеживается с помощью датчика, установленного между компрессором и конденсатором.