Вахламов В.К., Шатров М.Г., Юрчевский А.А. Автомобили: Теория и конструкция автомобиля и двигателя

Подождите немного. Документ загружается.

всех описанных элементов влияет на его габариты, но мало ска-

зывается на увеличении полной массы, так как их масса невелика.

На грузовых автомобилях

большой

грузоподъемности, которые

занимают значительное место в междугородних перевозках, иног-

да двигатель устанавливают между передним и задним мостами

под

полом

кузова. Такое же размещение двигателя применяют и

для автобусов в целях повышения их вместимости.

Снижение расходов, связанных с потреблением

топлива

автомо-

билем, стремление повысить эффективность транспортного про-

цесса обусловили работы по совершенствованию конструкции ав-

томобиля, в том числе связанные с уменьшением его массы. При

производстве автомобилей все больше используют легкие сплавы

и пластмассы. Алюминиевые сплавы повсеместно применяют для

картеров коробок передач, сцеплений, рам и панелей кузовов и

кабин. Детали сложной формы для обустройства и внутренней от-

делки кузова (салона) практически на всех легковых автомобилях

и на многих автобусах изготовляют из пластмасс, которые доволь-

но легко штампуются благодаря своей

пластичности

и не подвер-

жены коррозии.

Стремление снизить вредное влияние автомобиля на окружаю-

щую среду привело к разработке новых систем питания двигате-

лей, например впрыска топлива, вместо традиционных карбюра-

торов. Электронная система управления впрыском обеспечивает

более точную количественную и качественную дозировку топлива

и воздуха и в то же время определяет момент воспламенения топ-

ливной смеси, в результате чего снижается токсичность, т.е. со-

держание отравляющих веществ в отработавших газах.

Автоматизация управления приводом сцепления и переключе-

нием передач не только улучшает эргономические характеристи-

ки условий работы водителя, но и способствует оптимизации

выбора

режима движения для

каждой

конкретной нагрузки на

автомобиль, что также позволяет снизить расход топлива и ток-

сичность отработавших газов. На большегрузных автомобилях, осу-

ществляющих междугородные перевозки, устанавливают коробки

передач с большим числом ступеней (обычно 10...

16),

а на неко-

торых зарубежных автомобилях-самосвалах

—

числом

ступеней 25.

Это позволяет выбирать передаточное отношение трансмиссии,

наиболее рациональное для конкретных условий движения.

Автоматические и гидромеханические коробки передач по-пре-

жнему устанавливают на легковые автомобили высшего класса и

автобусы. Трансмиссии с такими передачами облегчают управле-

ние и повышают комфортабельность. Стоимость этих агрегатов

довольно высока, причем автомобили с такими передачами име-

ют худшую приемистость и повышенный расход топлива.

На автобусах и легковых автомобилях среднего и высшего клас-

сов все чаще используют пневматические и гидропневматические

640

подвески с автоматическим регулированием жесткости упругих

элементов, сопротивления амортизаторов, горизонтальности и

высоты кузова автомобиля.

Повышенные требования к безопасности автомобиля привели

к тому, что новые антиблокировочные тормозные системы и про-

тивобуксовочные

устройства стали штатными в автомобилях, вы-

пускаемых крупнейшими зарубежными фирмами, и узаконены

международными стандартами.

Дальнейшее совершенствование систем безопасности направ-

лено на внедрение электроники в управление техническими сред-

ствами, исключающее возможность столкновения автомобилей и

наезда на препятствие впереди или сзади, а также в управление

развертыванием средств пассивной защиты до контакта с препят-

ствием.

42.3. Автомобили будущего

Главной характеристикой автомобиля будущего должна быть

его экологическая чистота. Эта проблема охватывает весь комп-

лекс воздействий автомобиля на окружающую среду не только

при его эксплуатации, но и в процессе производства, начиная от

разработки железорудных месторождений, сырье из которых на

металлургических заводах перерабатывается в металл для автомо-

билей. Свою долю в экологическую проблему производства авто-

мобилей вносит и химическая промышленность, производя крас-

ки, пластмассы, кислоты и т.д.

Некоторое снижение токсичности выбросов автомобиля обеспе-

чивает переход на газообразное топливо. Это требует установки на ав-

томобиль дополнительного оборудования для хранения газа, транс-

портировки его к двигателю и смесеобразования перед подачей в

цилиндры. В зависимости от вида газа (сжатого или сжиженного)

емкости для хранения имеют различные вместимость, прочностные

характеристики и массу. Например, 550 л сжатого до давления

20 МПа (200

кгс/см

)

газа эквивалентны 100 л дизельного топлива.

Но для хранения такого количества сжатого газа нужны прочные

стальные баллоны. Разница в массе по сравнению с обычным ба-

ком

для дизельного топлива составляет 700 кг. Поскольку сжатый

газ хранится в баллонах небольшой емкости, то должно быть много

баллонов, которые будут занимать значительный объем (рис. 42.2).

Сжиженный газ хранят в баллонах, занимающих меньший

объем, используют также теплоизолированные баллоны, но сто-

имость этих баллонов высока. Кассеты с газовыми баллонами 1

устанавливают, как правило, под полом автобуса,

хотя

иногда

встречается расположение баллонов на крыше.

В трансмиссии автобуса установлен электромагнитный тормоз-

замедлитель

Газ к двигателю внутреннего сгорания подается че-

Ва

641

Сцепление Сцепление

Рис. 42.2, Автобус, работающий на сжиженном природном газе:

1 — баллоны с газом; 2 — электромагнитный тормоз-замедлитель; 3 — редукци-

онный клапан; 4 — распределитель зажигания; 5 — смесительный паро-

воздушный клапан; 6 — регулятор давления

рез редукционный 3 и смесительный паровоздушный 5 клапаны и

регулятор 6 давления. Распределитель 4 зажигания обеспечивает

подачу высоковольтного электрического импульса на свечи зажи-

гания, осуществляющие воспламенение рабочей смеси в соответ-

ствии с порядком работы цилиндров двигателя.

Для городского транспорта, движущегося с частыми останов-

ками и использующего режим разгон — торможение, разработа-

ны и изготовлены экспериментальные образцы гибридных силовых

агрегатов, которые иногда называют комбинированными. Одной из

таких разработок является созданный компанией «Вольво» дизель-

ный автобус с маховиковым накопителем энергии. Использова-

ние таких накопителей обеспечивает более экономичное расходо-

вание топлива за счет аккумулирования энергии вращающимся

маховиком. При торможении автомобиля осуществляется раскрутка

маховика, который на режиме торможения играет роль тормоза-

замедлителя. В последующем запасенная маховиком энергия ис-

пользуется при разгоне. Этот процесс называют рекуперативным

торможением,

а экономия топлива с использованием таких ре-

жимов достигает

15...

25%.

Конструктивная схема трансмиссии автомобиля с маховико-

вым накопителем энергии показана на рис. 42.3. По этой схеме в

условиях города, когда движение происходит с частыми останов-

ками, используется энергия маховика, а двигатель внутреннего

сгорания подключается лишь для поддержания его вращения. При-

менение

двигателя

только для подкрутки маховика позволяет ему

работать на установившихся режимах с наименьшей

токсичнос-

Рис. 42.3. Конструктивная схема трансмиссии с

маховичным

накопите-

лем энергии

тью

отработавших газов. Бесступенчатая трансмиссия в гибридной

силовой передаче должна согласовывать частоту вращения махо-

вика и колес и передавать вращение в обоих направлениях при

разгоне и торможении.

Фирмой «Дженерал электрик» разработан

гиробус

— автобус,

использующий инерционный аккумулятор

энергии

(рис. 42.4).

Электрическая обратимая машина выполняет функции тягового

электродвигателя 2, а на режиме торможения работает как гене-

ратор для подпитки второй обратимой электрической машины,

связанной с маховиком / при его раскрутке. Таким

образом,

при

Рис. 42.4. Инерционный аккумулятор

гиробуса

фирмы «Дженерал электрик»:

/ — маховик с генератором; 2 — электродвигатель постоянного тока; 3 — элек-

тронный блок; 4 — контактные штанги для зарядки на остановках

642

643

торможении электродвигатель 2 работает в режиме генератора и

передает свою энергию через электронный блок 3 управления в

электрическую машину (генератор) маховика 7, которая при этом

работает как электродвигатель, раскручивая маховик. На режиме

разгона раскрученный маховик вращает соединенную с ним элек-

трическую машину, которая теперь работает в режиме генератора.

От генератора питается машина 2, работающая сейчас как тяго-

вый двигатель.

Автобус массой около 13 т проходит расстояние

5,5

км, полу-

чая энергию от маховика массой 1,5 т.

Используют также устройства типа штанг 4 троллейбуса для

раскрутки маховика в течение 90 с на остановках от контактной

электросети.

Использование гибридных (комбинированных) силовых установок

дает возможность значительно увеличить запас хода автомобиля

(автобуса). Разработаны гибридные силовые установки (например,

для автобуса фирмы

«Мерседес-Бенц»),

обеспечивающие его экс-

плуатацию как в городе, так и на загородных маршрутах. В городе

он используется как электромобиль, а на загородных маршрутах,

где требования к экологической чистоте автотранспорта не такие

высокие, включается дизель, приводящий во вращение электри-

ческий генератор питания тягового электродвигателя. Для этого

на автобусе установлен дизель в блоке с электрическим генерато-

ром, от которого питается электродвигатель с системой воздуш-

ного охлаждения в приводе ведущего моста. В городских условиях

дизель-генераторная установка выключена и питание тягового

электродвигателя осуществляется от аккумуляторных батарей че-

рез электронную систему управления. Аккумуляторные батареи

имеют свою автономную систему охлаждения.

Аналогичная конструкция с гибридной силовой установкой

использована итальянской

металлостроительной

фирмой

«Биггс

энд

Страттон»

для легкового автомобиля. В автомобилях с гибрид-

ной силовой установкой масса аккумулятора значительно мень-

ше, чем в электромобиле.

РАЗДЕЛ IV

ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ АВТОМОБИЛЯ

Глава 43

ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

43.1.

Назначение и структурная схема электрооборудования

В двигателе, механизмах, агрегатах и системах автомобиля с

помощью электрической энергии осуществляется большинство

рабочих процессов:

процесс воспламенения рабочей смеси в карбюраторном дви-

гателе и управление некоторыми подсистемами карбюратора, у

современных двигателей — организация рабочего процесса впрыска

топлива и управление моментом его воспламенения (опережени-

ем зажигания); пуск двигателя;

освещение дороги перед автомобилем и пространства внутри

салона;

сигнализация об изменении направления движения и о начале

торможения;

модуляция давления (жидкости или воздуха) в антиблокиро-

вочной тормозной системе;

перераспределение давления в исполнительных тормозных ус-

тройствах левого и правого бортов в

противобуксовочных

сис-

темах;

приведение в действие контрольно-измерительных приборов и

устройств встроенной диагностики, в том числе цифровых щит-

ков приборов и маршрутного компьютера;

приведение в действие устройств жизнеобеспечения в кабине

(салоне) и устройств для создания комфорта (вентилятор, отопи-

тель,

кондиционер, радио или магнитофон, устройство облегче-

ния пуска двигателя);

в перспективе — управление индикаторными или автомати-

ческими системами предотвращения столкновений, бесконтакт-

ным

развертыванием средств пассивной защиты

(пневмоподушек

безопасности), навигационными маршрутными компьютерами,

электрическим рулевым управлением с переменным передаточ-

ным отношением в зависимости от

скорости

движения.

Это далеко не полный перечень процессов, осуществляемых с

помощью электрической энергии. Количество электрической и

электронной аппаратуры на автомобиле постоянно растет. Пред-

645

полагается, что стоимость электрического и электронного обору-

дования составит

25...30%

стоимости автомобиля.

Для питания всех электрических приборов и аппаратуры необ-

ходимы мощные источники электрической энергии. В систему элек-

трооборудования автомобиля входит весь комплекс электричес-

ких приборов и аппаратуры, в том числе источники тока.

По назначению все электрооборудование автомобиля подраз-

деляется две группы:

источники тока, обеспечивающие электроэнергией всех потре-

бителей;

потребители тока, к которым относятся системы и устройства

(топливоподачи, зажигания, пуска,

освещения,

сигнализации,

безопасности и комфорта), управляющие перечисленными про-

цессами. В последние годы появились экспериментальные разра-

ботки, которые в ближайшем будущем будут внедряться в целях

создания конкурентоспособных автомобилей. К таким разработ-

кам относятся устройства контроля полной массы и осевых нагру-

зок для грузовых автомобилей и автопоездов, индикации состоя-

ния дорожного полотна и давления в шинах, автоматического вы-

бора передач в зависимости от нагрузки.

Как правило, на легковых и средних грузовых автомобилях для

питания электрооборудования используется постоянный ток на-

пряжением 12 В, на тяжелых грузовых автомобилях — 24 В. В пер-

спективе предполагается использование напряжений 36 и 48 В,

что позволит при увеличении числа и мощности потребителей

экономить медь для электропроводки, поскольку при повышении

напряжения не нужно увеличивать сечение проводов.

Все приборы автомобильного электрооборудования подключают-

ся параллельно источникам тока и друг другу. На автомобилях приме-

няют

однопроводную

схему системы электрооборудования. Второй

провод образуют металлические детали — корпус

(«масса»).

Как пра-

вило, с корпусом соединены отрицательные полюсы источников тока.

В комплекс автомобильного электрооборудования входят уст-

ройства энергетического обеспечения, устройства обеспечения

безопасности движения и облегчения труда водителя. Каждое уст-

ройство содержит системы и группы элементов, органически свя-

занные между собой рабочими процессами, а именно:

систему электроснабжения — генератор, аккумуляторную ба-

тарею и регулятор напряжения;

систему пуска двигателя внутреннего сгорания — стартер, акку-

муляторную батарею, реле автоматического управления процес-

сом пуска, для специальных автомобилей — устройства предпус-

кового подогрева для облегчения пуска двигателя в условиях низ-

ких температур;

систему зажигания — катушку зажигания, свечи, прерыватель-

распределитель, коммутатор, высоковольтные провода с нако-

646

нечниками;

для новых и перспективных систем — технические

средства с использованием микропроцессорных цифровых эле-

ментов, обеспечивающих снижение расхода топлива и токсично-

сти отработавших

газов;

коммутационные устройства — выключатели, переключатели,

реле, блоки предохранителей, разъемы, соединители и

т.д.;

систему информации и контроля режима движения, состояния

автомобиля и его агрегатов — средства встроенной диагностики

(датчики скорости, давления, температуры и датчики, обеспечи-

вающие работу автоматических электромеханических исполнитель-

ных элементов) и устройства отображения режимной информа-

ции;

систему освещения и сигнализации — фары, указатели поворо-

тов, габаритные фонари, освещение номерного знака, щитки

приборов салона автомобиля;

систему электроприводов — отопитель, вентилятор, стеклоподъ-

емники, стеклоочистители, опрыскиватели стекол, антенны, зер-

кала заднего вида, блокировка дверей;

систему обеспечения электромагнитной совместимости автомо-

бильного

электрооборудования с другими

системами,

в том числе

системами связи;

электронные системы управления агрегатами и механизмами —

исполнительные

механизмы

приводов, топливоподачи, сцепления,

тормозных механизмов, работающих в режиме антиблокировки или

противобуксовки,

локаторные

системы предотвращения столкно-

вений и развертывания средств пассивной защиты и др.

43.2. Источники тока

В качестве источников тока на автомобиле применяют генера-

тор и аккумуляторную батарею.

Генератор,

приводимый

во вращение от двигателя, преобразу-

ет механическую энергию в электрическую. От генератора пита-

ются все потребители при работающем двигателе и обеспечивает-

ся заряд аккумуляторной батареи.

Аккумуляторная батарея преобразует химическую энергию в элек-

трическую и питает потребителей при неработающем двигателе.

В отличие от ранее использовавшихся генераторов постоянно-

го тока в настоящее время применяют в основном генераторы

переменного тока как более надежные и меньшие по размерам и

массе.

Поскольку частота вращения генератора зависит от частоты вра-

щения коленчатого вала двигателя, которая меняется в широких

пределах, то для поддержания заданного напряжения генератора

в нагрузке применяют регулятор напряжения. Название «генера-

тор переменного тока» условно, поскольку в нем устанавливают

647

Рис.

43.1.

Генератор

Г-222:

а — общий вид; 6 — полюсные наконечники ротора; в — статор с обмоткой;

—

крышка; 2 — блок выпрямителей; 3 — винт; 4 — контактные кольца; 5 и 16 —

подшипники; б — вал;

7—

чехол вывода;

8—

вывод выходного напряжения; 9 —

вывод обмотки возбуждения; 10 — крышка; 11 — щеткодержатель; 12 — щетки;

13 — болт;

14—

шкив;

/5—

полюсные наконечники;

17-—

корпус;

18—

обмотка

ротора; 19 — сердечник статора; 20 — обмотка статора; 21 — стяжной болт; 22 —

стальная втулка; 23 — резиновая втулка; 24 — шайба

блок полупроводниковых выпрямителей, благодаря которому по-

требителям поступает постоянный ток.

Основными элементами генератора Г-222 (рис. 43.1) являются

статор и ротор. Статор, к составным частям которого относятся

сердечник 19 и неподвижная обмотка 20, установлен в корпусе 17

и зафиксирован крышкой 1 с помощью стяжного болта 21. Ротор

состоит из

клювообразных

полюсных наконечников /5, размещен-

ных на валу 6, опирающемся на подшипники 5 и 16. Вал приво-

дится во вращение посредством шкива 14 с помощью клиновид-

ного ремня от коленчатого вала двигателя.

При работе генератора по обмотке 18 возбуждения ротора про-

ходит ток, подводимый от аккумуляторной батареи через

регуля-

648

Рис. 43.2. Электрическая схема генератора (а) и выпрямительный блок (б):

1 —

статорная

обмотка генератора; 2 — блок выпрямительных диодов; 3 — акку-

муляторная батарея; 4 — ключ зажигания; 5 — регулятор напряжения; 6 — ще-

точный узел генератора; 7 — обмотка возбуждения

тор напряжения и щетки 72, размещенные в щеткодержателе /7 и

опирающиеся на контактные кольца 4. Этот ток создает магнит-

ное поле возбуждения, которое распределяется между

клювооб-

разными

полюсами и при вращении ротора индуцирует в обмотке

статора переменный ток. Переменный ток поступает в блок 2 по-

лупроводниковых выпрямителей, а подключение к потребителям

осуществляется посредством вывода 8.

В генераторе (рис. 43.2) используется

двухполупериодный

трех-

фазный выпрямитель 2 на полупроводниковых диодах. Фазовые

обмотки 7 статора соединены в звезду и подключены к средним

точкам трех пар последовательно соединенных диодов. Положитель-

ные и

отрицательные

выводы каждых трех диодов объединены.

649

Обмотка

/возбуждения

посредством контактных колец и щеток 6

через регулятор 5 напряжения, ключ 4 зажигания подключена к

положительному выводу аккумуляторной батареи, соединенной с

выводом аналогичной полярности выпрямителя генератора.

Конструктивно выпрямительный блок выполнен на подково-

образном основании (рис. 43.2, б) и

установлен

в районе щеточ-

ного узла генератора.

43.3. Регулирование напряжения генератора

Напряжение генератора при изменении частоты вращения ко-

ленчатого вала двигателя должно поддерживаться на строго опре-

деленном уровне, зависящем от потребного зарядного напряже-

ния на выводах полностью заряженной аккумуляторной батареи.

Для того чтобы напряжение генератора не повышалось при уве-

личении частоты вращения якоря, уменьшают силу тока в обмот-

ке возбуждения, а вместе с ней и магнитный поток, создаваемый

этой обмоткой. Для этого, как только напряжение генератора до-

стигает предельно допустимого значения, в цепь обмотки возбуж-

дения последовательно с ней включают резистор. Общее сопро-

тивление соединения резистор — обмотка возбуждения возраста-

ет, а сила тока возбуждения уменьшается, что вызывает падение

напряжения генератора. При понижении его ниже допустимого

значения резистор замыкается накоротко, т. е. выключается из ра-

боты, что приводит к возрастанию силы тока возбуждения и уве-

личению напряжения генератора. Такие процессы происходят не-

прерывно, и на выводах генератора поддерживается среднее зна-

чение требуемого напряжения.

Данный принцип регулирования напряжения может быть осу-

ществлен вибрационными реле или контактно-транзисторными и

транзисторными регуляторами.

Вибрационные реле применяют нечасто из-за низкой надеж-

ности и ограниченного срока службы (который должен быть не

менее

200...250

тыс. км пробега), но низкая стоимость все же вы-

нуждает еще использовать их.

Рассмотрим схему, поясняющую принцип работы регулятора

напряжения

вибрационным реле (рис. 43.3, а, б).

Между положительным и отрицательным выводами

выпрями-

теля генератора G включена цепь, состоящая из обмотки возбуж-

дения 0В и дополнительного резистора

соединенных после-

довательно, причем резистор замкнут накоротко контактами 2 реле.

В замкнутом состоянии контакты удерживаются пружиной 3.

Обмотка 4 электромагнита вибрационного реле также подключе-

на к выводам генератора. При малой частоте вращения якоря ге-

нератора

ток

поступает в обмотку

ОВ

от положительного вывода

генератора через замкнутые контакты 2 вибрационного реле, ми-

650

1 2

/RW9

"^*«

VWSA—«*

Рис. 43.3. Регулятор напряжения с вибрационным реле:

а — общий вид; б — электрическая схема; в — график процесса регулирования

напряжения;

— дополнительный резистор; 2 — контакты реле; 3 — пружина;

4—

обмотка электромагнита; G

—-

генератор;

}

— блок диодов;

— напря-

жение генератора;

/„

— сила тока возбуждения;

— время

нуя

резистор

По мере увеличения частоты вращения якоря воз-

растают напряжение генератора, сила тока в обмотке 4 электро-

магнита вибрационного реле и сила притяжения якоря реле сер-

дечником этой обмотки, что приводит к размыканию контактов 2.

После размыкания контактов 2 ток может поступать в обмотку

возбуждения

генератора только через дополнительный резистор,

что приводит к уменьшению силы тока возбуждения и напряже-

ния генератора. Понижение напряжения уменьшает силу, с кото-

рой электромагнит притягивает якорь реле. Пружина 3 возвращает

якорь в исходное состояние, и резистор закорачивается, т. е. вык-

лючается из работы.

651

При возрастании силы тока возбуждения

повышается на-

пряжение

генератора до тех пор, пока контакты вновь не ра-

зомкнутся (рис. 43.3, в). Таким образом, сила тока возбуждения

непрерывно колеблется. Строго говоря, напряжение генератора

из-за этого тоже колеблется в небольших пределах, однако его

среднее значение поддерживается на требуемом уровне.

В связи с насыщением современного автомобиля электричес-

кими потребителями требуется увеличение мощности источников

тока, в частности генераторов. При большой мощности генерато-

ра регулирование выходного напряжения путем ограничения силы

тока возбуждения становится затруднительным, так как ток воз-

буждения, проходящий через контакты реле, также должен быть

большим.

В целях уменьшения силы регулируемого тока возбуждения ре-

гуляторы напряжения выполняют по двухступенчатой схеме регу-

лирования. Широко распространенный двухступенчатый регуля-

тор модели РР-380 для автомобилей ВАЗ (рис. 43.4, а) содержит

реле, обмотка РН которого подключена через резистор

темпе-

ратурной компенсации к положительному выводу выпрямителя

генератора G через выключатель зажигания

Контактная группа реле состоит из двух пар контактов. Первая

группа РН1 (нормально замкнутые контакты) соединяет положи-

тельный вывод выпрямителя с выводом Ш обмотки возбуждения.

Рис. 43.4. Схемы двухступенчатого (а) и

комбинированного

(б) регуля-

торов напряжения:

GB — аккумуляторная батарея; G — генератор;

ОБ

— обмотка

возбуждения;

—

выключатель зажигания;

Ш'

— вывод обмотки возбуждения; L — дроссель;

—

дополнительный резистор; РН — обмотка реле;

РН1

— группа нормально замк-

нутых контактов;

РН2

— группа нормально разомкнутых контактов;

— резис-

тор температурной компенсации; R1 — резистор; VT1 — силовой транзистор

652

Вторая группа

РН2

(нормально разомкнутые контакты) может

закорачивать обмотку возбуждения

ОБ,

т. е. соединять вывод

Шс

«массой». Параллельно контактам

РН1

первой группы включена

цепь из последовательно соединенных дросселя (катушки индук-

тивности) L и дополнительного резистора

для сглаживания

импульса нарастания тока через контакты РН2 второй ступени,

что предохраняет их от обгорания.

На схеме показана исходная позиция работы регулятора, когда

двигатель работает при малой частоте вращения коленчатого вала

и связанного с ним

клиноременной

передачей генератора систе-

мы электрооборудования автомобиля. Сила тока возбуждения ге-

нератора в этом случае определяется только напряжением, посту-

пающим от выпрямителя, и сопротивлением обмотки возбужде-

ния. При увеличении частоты вращения напряжение, поступаю-

щее от выпрямителя к обмотке РН реле, растет. Электромагнит-

ное усилие, развиваемое обмоткой РН, увеличивается, и контак-

ты

РН1

размыкаются. После этого ток поступает в обмотку воз-

буждения 0В генератора через дополнительный резистор

со-

противление которого в 10... 15 раз меньше, чем у вибрационного

регулятора. Сопротивление дросселя L невелико, и он практичес-

ки не оказывает влияния на силу тока обмотки возбуждения.

Поступление тока в обмотку возбуждения через резистор

приводит к его снижению, следовательно, из-за уменьшения элек-

тромагнитного потока возбуждения понижается и напряжение ге-

нератора. Первая ступень регулирования напряжения сужает диапа-

зон регулирования и уменьшает поступление тока через контакты.

Как видим, работа первой ступени подобна работе обычного

вибрационного реле регулятора. Особенность работы первой сту-

пени заключается в том, что цепь дросселя L и дополнительного

резистора

выбрана таким образом, чтобы на частоте враще-

ния, равной половине максимальной, прекратилось регулирова-

ние напряжения генератора, т. е. чтобы контакты РН1 первой груп-

пы перестали замыкаться и остались в разомкнутом состоянии.

Сила тока возбуждения при этом не превышает 1,2... 1,3 А. Даль-

нейшее увеличение частоты вращения якоря генератора приводит

к возрастанию его напряжения до момента замыкания контак-

тов

РН2,

которыми закорачиваются обмотки возбуждения. Ток в

обмотке возбуждения падает до нуля, а вместе с ним снижается и

напряжение

генератора.

При этом контакты РН2 размыкаются, сила

тока возбуждения и напряжение генератора возрастают. Этот про-

цесс повторяется с достаточно большой частотой.

В целях увеличения силы тока возбуждения и срока службы

регулятора созданы регуляторы комбинированного (смешанного) типа

(рис. 43.4, б), в которых ток возбуждения может проходить в об-

мотку по нескольким цепям через специальный силовой транзис-

тор или через резистор. После включения замка зажигания ток в

653

Рис. 43.5. Транзисторный регулятор напряжения генератора:

а — общий вид; б — электрическая схема; G — генератор;

— дополнительный

резистор;

ОБ

— обмотка возбуждения;

VT1

— силовой транзистор;

RJ—R3

—

резисторы; VT2 — управляющий транзистор; VD — стабилизирующий диод

обмотку возбуждения ОВ поступает через

эмиттерно-коллектор-

ный

переход силового транзистора

VT1

и далее на «массу». Тран-

зистор управляется по цепи базы с помощью контактов реле РН,

обмотка которого подключена к положительному выводу выпря-

мителя. Поскольку сопротивление

эммитерно-коллекторного

пе-

рехода транзистора

VT1

невелико, ток возбуждения зависит в ос-

новном от сопротивления обмотки возбуждения.

Достоинством

контактно-транзисторного

регулятора является

то, что контакты реле выполняют коммутацию только управляю-

щих токов, небольших по значению. Таким образом, контакты не

пригорают и не изнашиваются. Недостаток регулятора, как и всех

регуляторов с реле, — необходимость периодической проверки и

регулирования натяжения возвратной пружины якоря.

Наибольшей надежностью и простотой в эксплуатации обла-

дают электронные регуляторы напряжения (рис. 43.5,

а).

Поскольку

электрические схемы таких регуляторов довольно сложны и для

их изучения требуется специальная подготовка по электронике.

Рассмотрим упрощенную схему регулятора, объясняющую основ-

ные процессы его работы (рис. 43.5, б).

Как и в комбинированном регуляторе, обмотка возбуждения

генератора включена в цепь

эмиттерно-коллекторного

перехода

силового транзистора

VT1.

Управление этим транзистором осуще-

ствляет транзистор

VT2,

в цепи базы которого установлен стаби-

лизирующий диод VD (стабилитрон), выполняющий функции

чувствительного элемента. Потенциал базы транзистора VT2 оп-

ределяется задающим элементом, составленным из делителя на-

пряжения на резисторах R1 и R2.

Когда напряжение генератора ниже регулируемого, стабилит-

рон VD закрыт и удерживает в закрытом состоянии транзистор

VT2.

Транзистор

VT1

открыт, и через его

эмиттерно-коллекторный

переход

подается

ток на обмотку возбуждения генератора. При

увеличении

нацряжения

генератора выше регулируемого стаби-

литрон VD пробивается, открывая транзистор

VT2.

Выделенное на

резисторе R2

напряжение,

поступая на базу транзистора

VT1,

за-

крывает его. Это приводит к уменьшению силы тока возбужде-

ния, так как ток поступает в обмотку не через эмиттерно-коллек-

торный переход транзистора

VT1,

а через дополнительное сопро-

тивление

Уменьшение напряжения генератора вызывает запи-

рание стабилитрона VD и транзистора

VT2.

Далее процесс цикли-

чески повторяется.

При всех положительных качествах электронных регуляторов они

довольно сложны, дорогостоящи и не позволяют в условиях эксп-

луатации на автотранспортных предприятиях изменять регулируе-

мое напряжение.

Подобный принцип действия имеет типичный электронный

регулятор модели 201.3702, используемый на автомобилях

ЗИЛ-431410

и УДЗ-3962, хотя по схеме он несколько сложнее

и имеет большее число транзисторов и резисторов. Современные

интегральные регуляторы напряжения выполняют в виде нере-

монтируемых моноблоков.

43.4. Аккумуляторные батареи

Аккумуляторная батарея служит источником электроэнергии для

питания потребителей тока при неработающем двигателе или ра-

ботающем на малой частоте вращения коленчатого вала, когда на-

пряжение генератора не достигло порога регулируемого значения.

Поскольку от аккумулятора требуется отдача значительной энер-

гии для стартера в момент

пуска

двигателя, на автомобиле ис-

пользуют в основном свинцовые кислотные аккумуляторные ба-

тареи. Они обладают малым внутренним сопротивлением и могут

в течение короткого промежутка времени (нескольких секунд)

отдавать стартеру ток силой в несколько десятков ампер.

При пуске двигателя аккумуляторная батарея должна обеспе-

чить достаточный ток для работы стартера без

падения

напряжения

655

ниже заданного минимального значения

(6...8

В) для

12-вольто-

вого электрооборудования автомобиля.

Мощность аккумуляторной батареи должна быть соизмерима с

мощностью стартера.

Стартерная кислотная аккумуляторная батарея состоит из не-

скольких соединенных последовательно аккумуляторов напряже-

нием 2 В. На автомобиле с карбюраторным двигателем, как пра-

вило, используют батарею, составленную из шести отдельных акку-

муляторов так, чтобы общее напряжение было равно 12 В. На ав-

томобиле с дизелем, где установлен более мощный стартер, ис-

пользуют напряжение 24 В. Здесь аккумуляторная батарея состав-

лена из

отдельных аккумуляторов или применяют две аккуму-

ляторные батареи напряжением по

12В,

соединенные последова-

тельно.

Стартерный

кислотный аккумулятор является химическим ис-

точником тока. В нем происходит преобразование энергии хими-

ческой реакции двух реагентов непосредственно в электрическую

энергию. В качестве реагентов используют губчатый свинец, вы-

полняющий функции восстановителя, и двуокись свинца

РЬО

качестве окислителя. Реакция проходит в кислой среде — элект-

ролите, в качестве которого используют водный раствор серной

кислоты

концентрацией

28...35

Химическая реакция, при которой происходит токообразова-

ние, имеет вид

РЬО

РЬ

2PbSO

2Н

О.

Отсюда следует, что при разряде аккумулятора разлагается сер-

ная кислота, при этом образуется вода и на обоих электродах от-

кладывается сульфат свинца

PbSO

При заряде процессы проте-

кают в обратном направлении, т.е. разлагается сульфат свинца,

сера из которого образует с водой кислоту, и восстанавливается

двуокись свинца.

Кислотные свинцовые

стартерные

аккумуляторные батареи до-

пускают многоразовое использование,

т.е.

после разряда произ-

водится повторный заряд электрическим током в обратном на-

правлении от внешнего источника.

Внешним источником может служить зарядное устройство, пи-

таемое от стандартной (бытовой) электрической сети напряжени-

ем 220 В. В зарядном устройстве сетевое напряжение с помощью

электрического трансформатора понижается до напряжения, обес-

печивающего необходимый зарядный ток для аккумуляторной ба-

тареи, и выпрямляется полупроводниковым (диодным) выпрями-

телем, аналогичным выпрямителю автомобильного генератора.

Важнейшей характеристикой аккумуляторной батареи являет-

ся емкость. Под разрядной емкостью понимают максимальное ко-

656

личество электричества, которое аккумулятор может отдать во

внешнюю цепь потребителю при разряде от начального напряже-

ния до конечного за определенное время. Разрядная емкость

определяется как произведение силы тока разряда на время раз-

ряда, т. е. Ср

Ipt

Время разряда устанавливают (20 ч) и считают,

что сила тока

равна

5 % численного значения емкости

За единицу

зарядfl

(разряда) принимают кулон

(1Кл=1А-1с),

но на практике используют другую единицу — ампер-час: 1

А-ч

3600

Кл.

Емкость аккумуляторной батареи зависит в основном от коли-

чества (массы) веществ, участвующих в реакции, и электролита.

Однако

значительное

увеличение массы реагентов нецелесообразно

из-за того, что на их поверхности образуется сульфат свинца,

который изолирует активную массу реагента от контакта с элект-

ролитом, вызывая потерю емкости. Емкость также уменьшается

при увеличении разрядного тока и снижении температуры.

Заряд аккумуляторной батареи проводится током, составляю-

щим 10 % численного значения емкости. Так, для аккумуляторной

батареи емкостью 65

А-ч

зарядный ток должен составлять 6,5 А.

Аккумуляторная

батарея содержит отрицательные 7 и положи-

тельные

электроды (рис. 43.6, а), разделенные сепараторами 2 —

кислотоупорными пористыми вставками из изоляционного мате-

риала (дерева или пористой пластмассы).

Для современных аккумуляторов применяют сепараторы из

мипора толщиной

1,1...

1,9

мм. Лучшими показали себя аккумуля-

торы с сепараторами из

поровинила,

которые позволяют на

10... 15 %

повысить

мощность батарей при низких температурах.

Блоки электродов в сборе с сепараторами монтируют в ячей-

ках 14 моноблока 12. Каждая ячейка закрывается крышкой 7 с

отверстиями для

пробок

10 и контактных выводов электродов.

После установки блоков электродов в моноблоки аккумуля-

торной батареи

сверху

укладывают предохранительный щиток 4.

Крышки в каждой ячейке герметизируют (заливают) специаль-

ной битумной мастикой. Электроды / и 3 имеют решетчатую кон-

струкцию, ячейки которой заполнены активной массой. Решетки

делают из свинца с небольшим количеством

(5...13%)

примеси

сурьмы для прочности. Активная масса состоит из порошкообраз-

ного сурика и свинцового глета, пропитанных серной кислотой.

Положительные пластины содержат больше сурика (имеют крас-

новатый оттенок), отрицательные — больше свинцового глета (се-

рая окраска).

Пластины в процессе изготовления аккумулятора подвергают

формовке, т. е. нескольким циклам заряда-разряда. Выводы плас-

тин каждой группы приваривают к общей перемычке — мостику

6 с установленным на нем выводным штырем (борном) 5. Мостик

с борном

называется

бареткой. Штыри групп пластин

(полубло-

657

Рис. 43.6. Аккумуляторные батареи с

открытыми

(а) и закрытыми

(б,

в)

межэлементными соединениями:

и 3 ~ электроды соответственно отрицательные и положительные; 2 -

сепара-

тор;

4 - предохранительный щиток; 5 - выводной

штырь;

6 - перемычка (мо-

гл

кр

шка;

отверстие

для

заливки

электролита;

9 -

перемычка-

10-

пробка; 11 - вывод;

12-

моноблок;

13-

упорный выступ на днище;

14-

полость ячейки

ков) разной полярности соединяют между собой перемычками 9

так, чтобы было обеспечено последовательное соединение акку-

муляторов в батарею. После установки перемычек у аккумулято-

ров крайние свободные штыри снабжают наконечниками для под-

соединения проводов внешней цепи. Блоки пластин при установ-

ке в корпус опирают на выступы 13 на днище. В результате под

блоками пластин образуется пространство, в котором накаплива-

ется шлак (постепенно осыпающаяся с пластин активная масса),

658

что предотвращает короткое замыкание этими частицами разно-

именных электродов и, следовательно, преждевременный выход

из строя аккумулятора.

Корпуса (моноблоки) аккумуляторных батарей изготовляют из

эбонита, термопласта, полипропилена или полистирола. С

помсь

щью таких материалов обеспечиваются тепло-, морозо-,

кислото-

стойкость,

а также достаточно высокая механическая прочность,

поскольку аккумуляторная батарея работает на автомобиле при

постоянной вибрации. Электролит не должен выливаться из бата-

реи при наклоне на угол 45° по отношению к рабочему положению.

Уровень электролита в аккумуляторе поддерживается на 10... 15 мм

выше предохранительного щитка 4.

При изготовлении новых конструкций моноблоков из пласт-

масс междуэлементные соединения отдельных аккумуляторов осу-

ществляют через отверстия в перегородках.

Многие недостатки (ускоренная коррозия решетки положи-

тельных электродов, снижение уровня электролита) возникают

из-за наличия в сплаве свинца, используемого для изготовления

решетки. Это приводит к необходимости частой проверки уров-

ня электролита и добавки дистиллированной воды и даже подза-

ряда аккумуляторной батареи от внешнего источника. В состав

материала решетки разрабатываемых необслуживаемых аккуму-

ляторных батарей (рис. 43.6,

б,

в) входит

свинцово-калъциево-

оловянистый

сплав для отрицательных электродов и сплав с ма-

лым содержанием сурьмы и кадмия — для положительных. При

этом уменьшается электролиз воды в электролите, а вместе с

ним и газовыделение. Срок службы необслуживаемых батарей

больше, чем обычных, они не боятся глубоких разрядов, имеют

лучшие пусковые качества (т. е. более высокое напряжение при

неизменной силе тока), меньший саморазряд, улучшенные за-

рядные характеристики; положительные электроды меньше под-

вержены коррозии, нет необходимости в доливке воды в про-

цессе эксплуатации.

Такие аккумуляторные батареи снабжаются индикатором заря-

женности, меняющим свой цвет после достижения минимально-

го уровня заряда.

Конструкция и параметры

каждой

стартерной батареи регла-

ментируются стандартами, в соответствии с которыми она мар-

кируется. Буквы СТ означают, что батарея стартерная, далее циф-

ра показывает емкость при 20-часовом режиме разряда. Следую-

щие буквы — материал корпуса (Э — эбонит, Т — термопласт,

П — полиэтилен), материал сепараторов (М — мипласт, Р — ми-

пор, П — пластипор, С — стекловолокно) и, наконец, исполне-

ние (Н —

несухозаряженная,

А — с общей крышкой).

Например, обозначение 6СТ-55ЭМ расшифровывается так:

батарея стартерная, состоящая из шести отдельных

аккумулято-

659